DE602005000577T2

DE602005000577T2 - Verfahren zur Beschichtung von Partikeln

Info

Publication number: DE602005000577T2
Application number: DE602005000577T
Authority: DE
Inventors: Zbigniew Woodbury Tokarski; Ronald J. Woodbury Moudry; Truman Frank Lakeland Kellie; William D. New Richmond Edwards; James A. Hudson Baker
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2025-05-07
Also published as: DE602005000577D1; US20050249871A1; EP1595603A1; KR20050107271A; CN1692993A; JP2005319465A; KR100694052B1; EP1595603B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten von Partikeln. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Beschichten von Partikeln unter Verwendung von Vibration.
Verschiedene Techniken wurden zum Beschichten von Partikeln verwendet, wie beispielsweise Sprühbeschichten und Lösungsmittelverdampfungsbeschichten. Diese Prozesse sind in Bezug auf die Natur des Materials beschränkt, das auf das Partikel beschichtet werden kann, und zwar dahingehend, dass das zu beschichtende Material häufig einem Lösen zugänglich sein muss, um eine Beschichtungszusammensetzung in flüssiger Form zu erzeugen.
Trockene Pulver wurden in alternativen Prozessen, wie beispielsweise mechanisches Verbinden, an Kernpartikeln angehaftet. Bei diesem Prozess wird eine Mischung aus Pulver und Kernpartikeln einer Kammer zugeführt, die erwärmt werden kann. Sich in der Kammer schnell bewegende Teile kollidieren mit dem Pulver und den Kernpartikeln, so dass diese bei solchen Geschwindigkeiten miteinander kollidieren, dass sie aneinander fixiert werden. Es können mehrere Durchlaufe durchgeführt werden, um eine dickere Beschichtungsschicht auf einem Kernpartikel oder um mehrere verschiedene Schichten zu erzeugen. Grenzen dieses Prozesses beinhalten einen übermäßigen Maschinenverschleiß, wenn es sich bei den Kernpartikeln um abrasive Partikel handelt, eine Neigung zum Bruch harter Kernpartikel oder brüchiger Kernpartikel, Schwierigkeiten beim Beschichten kompliziert geformter kleiner Artikel sowie beim Beschichten kontinuierlich ausgebildeter Artikel, wie beispielsweise ein Faserseil.
US-Patent Nr. 6,037,019 offenbart einen Prozess zum Anhaften eines Pulvers an einem Substrat. Der Prozess umfasst die Schritte: a) Bereitstellen eines oszillierenden Magnetfeldes, b) kontinuierliches Zuführen von Beschichtungsmaterial, eines Substrats und eines Mittels zum Befestigen des Beschichtungsmaterials an dem Substrat in das magnetische Feld durch Ausbilden eines Wirbelbettes wenigstens des Beschichtungsmaterials und durch Bereitstellen einer ausreichenden Kraft, die bewirkt, dass das Beschichtungsmaterial an der Oberfläche des Substrats anhaftet, und c) kontinuierliches Sammeln des beschichteten Substrats.
Ein Prozess zum Anhaften einer Flüssigkeit an einem partikulären Substrat ist in US-Patent Nr. 5,962,082 offenbart. Der Prozess umfasst die Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung, die ein oszillierendes Magnetfeld innerhalb einer Kammer erzeugen kann, b) Bereitstellen von partikulärem magnetischen Material innerhalb der Kammer der Vorrichtung, während das oszillierende Feld aktiv ist, c) Anordnen eines flüssigen Beschichtungsmaterials und eines mit der Flüssigkeit zu beschichtenden partikulären Substrats in der Kammer innerhalb des oszillierenden Magnetfeldes, d) und Ausbilden eines Wirbelbettes wenigstens des partikulären magnetischen Materials durch das magnetische Feld, wobei das flüssige Beschichtungsmaterial die Oberfläche des partikulären Substrats beschichtet, und e) optionales kontinuierliches Sammeln des beschichteten partikulären Substrats.
Die zuvor beschriebenen Beschichtungsprozesse weisen ihnen eigene Grenzen in Bezug auf den Host-Partikel und/oder das Material auf, das auf den Host-Partikel beschichtet wird. Ferner können einige Prozesse unerwünschte Komponenten in die Endzusammensetzung einbringen, wie beispielsweise magnetische Elemente oder Reste derselben.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Anhaften eines Beschichtungsmaterials an einem Host-Partikel zu schaffen, das normalerweise allgemein (eine) gute und/oder nützliche und/oder vorteilhafte (Eigenschaft) Eigenschaften aufweist und/oder das vorzugsweise zumindest eines oder mehrere der zuvor in Bezug auf den Stand der Technik beschriebenen Probleme oder Anliegen adressiert.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zu den bereits bekannten Verfahren zu schaffen.
Eine weitere bevorzugte Aufgabe der Ausführungsformen der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, das bevorzugt bestimmte vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
Weitere Aufgaben und/oder Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert und werden anhand dieser Beschreibung deutlich, oder sie werden bei der Ausführung der Erfindung erlernt.
Die vorliegende Erfindung beschafft ein Verfahren gemäß den beiliegenden Ansprüchen. Bevorzugte Merkmale der Erfindung werden anhand den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung deutlich.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Anhaften eines Beschichtungsmaterials an einem Host-Partikel. Bei diesem Verfahren werden ein Beschichtungsmaterial enthaltendes Gemisch und Host-Partikel in einem Beschichtungsbehälter bereitgestellt. Der das Gemisch enthaltende Beschichtungsbehälter wird einer Vibrationskraft in einem Maße ausgesetzt, das ausreicht, um das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel dazu zu bringen, mit ausreichender Kraft zu kollidieren, um das Beschichtungsmaterial an der Oberfläche des Host-Partikels anzuhaften.
Somit schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Anhaften eines Beschichtungsmaterials an einem Host-Partikel, das die Schritte aufweist:

a) Bereitstellen eines Beschichtungsmaterial enthaltenden Gemisches und von Host-Partikeln in einem Beschichtungsbehälter, und
b) Ausüben einer Vibrationskraft auf den das Gemisch enthaltenden Beschichtungsbehälter in einem Maße, das ausreicht, um das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel dazu zu bringen, mit ausreichender Kraft zu kollidieren, um das Beschichtungsmaterial an eine Oberfläche des Host-Partikels anzuhaften, wobei die resultierenden beschichteten Partikel Toner-Partikel sind.

Das vorliegende Verfahren schafft ein ökonomisches und einfaches Verfahren zum Beschichten, das äußerst flexibel in Bezug auf die Auswahl von Materialien ist, die als Host-Partikel und/oder Beschichtungsmaterialien verwendet werden können. Das Verfahren ist leicht zu steuern und kann mit Anlagenkomponenten durchgeführt werden, die sowohl in Bezug auf die Investitions- als auch in Bezug auf die Instandhaltungskosten sehr preiswert sind. Da die Energiemenge, der die Materialien in dem Beschichtungsverfahren ausgesetzt werden, vergleichsweise gering sein kann, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung physikalisch schonend auf die Komponenten wirken. Entsprechend können gemäß dem vorliegenden Verfahren vergleichsweise brüchige oder empfindliche Beschichtungsmaterialien oder Host-Partikel verwendet werden, die in anderen Beschichtungsverfahren nicht einsetzbar sind. Diese Flexibilität in Bezug auf die Auswahl von Materialien schafft einen wesentlichen Vorteil für den Hersteller.
Da nur die Außenfläche der Host-Partikel mit dem Beschichtungsmaterial beschichtet werden muss, kann der gewünschte Effekt, der durch diese Komponente erzielt werden soll, mit einer geringeren Menge an Beschichtungsmaterial erreicht werden. Es wird somit weniger Material im Vergleich zu herkömmlichen Fräs-, Schleif-, Extrusions- oder Mischverfahren verschwendet, die eine Mischung von Material mit Partikeln an der Außenfläche und im Innern der Zusammensetzung des Host-Partikels erzeugen. Als ein spezifisches Beispiel sind bestimmte Inhaltsstoffe, die bei stromleitenden Drucktoneranwendungen verwendet werden, wie beispielsweise so genannte „Charge-Directors", visuell verbessernde Materialien und dergleichen, hauptsächlich oder nur dann von Vorteil, wenn sie an der Außenseite des Tonerpartikels aufgetragen werden. Diese Tonerinhaltsstoffe werden besonders vorteilhaft an der Oberfläche des Tonerpartikels mit Hilfe des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung aufgetragen.
Die beiliegenden Zeichnungen, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet und die einen Teil derselben bilden, zeigen verschiedene Aspekte der Erfindung und dienen zusammen mit einer Beschreibung der Ausführungsformen zum Erläutern der Prinzipien der Erfindung. Eine kurze Beschreibung der Zeichnungen ist wie folgt:
1 ist eine schematische Ansicht eines Systems zum Beschichten eines Host-Partikels mit einem Beschichtungsmaterial, wobei das System einen Beschichtungsbehälter aufweist, der einer Vibrationskraft mit Hilfe von Audio-Boxen ausgesetzt wird.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei den mit einem Beschichtungsmaterial zu beschichtenden Host-Partikeln lediglich um Trägermaterialien handeln, oder sie können selbst eine aktive Funktion in Bezug auf die letztendliche Verwendung der beschichteten Partikel ausüben. Wenn das Host-Partikel ein Trägermateri al ist, kann das Partikel die Natur eines Füllers oder Trägers aufweisen, um ein Bindemittel für die Zuführung eines oder mehrerer Inhaltsstoffe zu schaffen, die in dem Beschichtungsmaterial enthalten sind. Die Konfiguration derartiger beschichteter Partikel kann einen gewünschten Oberflächenbereich erzeugen, anstelle derer sonst ein sehr geringes Volumen eines aktiven Inhaltsstoffes vorhanden wäre. Eine derartige Konfiguration ist insbesondere dann nützlich, wenn das Trägermaterial einen Katalysator oder dergleichen enthält. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem Host-Partikel um jedes anorganische oder organische Material handeln, das in Bezug auf die Kosten geeignet ist und die Funktion des Partikels nicht stört.
Alternativ kann das Host-Partikel selbst eine Funktion in Bezug auf die Verwendung des endgültigen beschichteten Partikels ausüben. Beispielsweise kann es sich bei dem Host-Partikel selbst um ein biologisch oder chemisch reaktives Material (beispielsweise ein Katalysator oder ein Reaktionspartner für eine chemische Reaktion), oder um ein aktives Material handeln, wie beispielsweise ein Aromastoff für ein Nahrungsmittel. Der Host-Partikel kann bevorzugt ein adhäsives Material sein, um einen oder mehrere Inhaltsstoffe, die in dem Beschichtungsmaterial enthalten sind, miteinander zu verbinden, oder um zwei diverse Substrate miteinander zu verbinden. Bei der Ausführungsform, bei welcher der Host-Partikel selbst eine Funktion in Bezug auf die Verwendung des endgültig beschichteten Partikels ausübt, kann es sich bei dem Beschichtungsmaterial, das auf dieses aufgetragen wird, selbst um ein biologisch oder chemisch reaktives Material oder um ein aktives Material handeln. Besonders bevorzugte Beschichtungsmaterialien umfassen Inhaltsstoffe, die sichtbar sind, wie beispielsweise solche Inhaltsstoffe, die dem beschichteten Partikel eine sichtbare Farbe verleihen, oder solche, die im Dunkeln funkeln oder leuchten. Ein weiteres besonders bevorzugtes Beschichtungsmaterial umfasst Inhaltsstoffe, die eine Ladung enthalten, um dem beschichteten Partikel eine positive oder negative Ladung zu verleihen. Derart beschichtete Partikel können durch Ladungssysteme ausgerichtet werden, und sie können insbesondere für stromleitende Abbildungssysteme verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann es sich bei dem Beschichtungsmaterial um ein eine Oberfläche modifizierendes Material handeln, das eine Fließbarkeit, Dispergierbarkeit, Benetzbarkeit und dergleichen bewirkt. Alternativ kann es sich bei dem Beschichtungsmaterial um eine Schutzbeschichtung handeln, das eine verzögerte oder gesteuerte Freisetzfunktion ausübt. Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise als ein Schutzelement dienen, wobei das Host-Partikel vor nachteiligen Umgebungsbedingungen geschützt werden kann, wie beispielsweise Feuchtigkeit, chemische Empfindlichkeit und Lichtempfindlichkeit.
Der Host-Partikel kann anfänglich in der Form loser Agglomerate vorgesehen werden, wenn Agglomerate einfach durch Kollisionen in den Beschichtungsbehälter aufgebrochen werden können. Die Bröckeligkeit der Host-Partikel kann jedoch über einen breiten Bereich variieren und ist nur dahingehend begrenzt, dass der Host-Partikel haltbar genug sein sollte, um eine Interaktion der einzelnen Partikel in der Anwesenheit zahlreicher Kollisionen zu erlauben, ohne dass Haupthost-Partikel brechen. Die Host-Partikel weisen bevorzugt eine Moh's-Härte von weniger als etwa 4 auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Host-Partikel polymerische Binderpartikel. Gemäß einer Ausführungsform sind die Host-Partikel polymerische Binderpartikel, die eine T_g an der Oberfläche der Partikel von weniger als etwa 50°C aufweisen.
Die hierin verwendete Bezeichnung "Copolymer" umfasst sowohl Oligomer- als auch Polymer-Materialien und beinhaltet Polymere mit zwei oder mehreren Monomeren. Die hierin verwendete Bezeichnung "Monomer" bezieht sich auf ein Material mit relativ geringem Molekulargewicht (d.h. im Wesentlichen mit einem Molekulargewicht, das geringer als etwa 500 Daltons ist) mit einer oder mehreren polymerisierbaren Gruppen. "Oligomer" bezieht sich auf ein Molekül mit relativ mittlerer Größe, das zwei oder mehrere Monomere beinhaltet und normalerweise ein Molekülgewicht von etwa 500 bis etwa 10.000 Daltons aufweist. "Polymer" bezieht sich auf ein relativ großes Material mit einer Unterstruktur, die aus zwei oder mehreren Monomer-, Oligomer- und/oder Polymer-Komponenten gebildet wird und normalerweise ein Molekulargewicht von nicht mehr als etwa 10.000 Daltons aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Host-Partikel Polymer-Binderpartikel, die aus willkürlichen Polymeren gebildet sind. Derartige Polymer-Binderpartikel können unter Verwendung eines breiten Bereiches von Herstellungstechniken erzeugt werden. Eine weit verbreitete Herstellungstechnik umfasst ein Schmelzmischen der Bestandteile, ein Zerkleinern der so erzeugten festen Mischung, um Partikel zu erzeugen, und dann ein Klassifizieren der auf diese Weise erzeugten Partikel, um feines oder grobes Material mit einer unerwünschten Partikelgröße zu entfernen.
Vorzugsweise umfasst das Polymer-Binderpartikel ein amphipathisches Pfropf-Copolymer. Die Polymer-Binderpartikel umfassen einen Polymerbinder mit wenigstens einem amphipathischen Copolymer, das eine oder mehrere S-Materialbereiche und einen oder mehrere D-Materialbereiche aufweist.
Der hierin verwendete Begriff "amphipathisch" bezieht sich auf ein Copolymer mit einer Kombination von Bereichen mit markanten Lösbarkeits- und Dispergierbarkeitseigenschaften in einem gewünschten flüssigen Träger, der zur Herstellung des Copolymers verwendet wird. Vorzugsweise wird der flüssige Träger (manchmal auch als "Trägerflüssigkeit" bezeichnet) derart ausgebildet, dass wenigstens ein Bereich (hierin auch als S-Material oder Block(Blöcke) bezeichnet) des Copolymers stärker durch den Träger solvatisiert wird, während wenigstens ein anderer Bereich (hierin auch als D-Material oder Block(Blöcke) bezeichnet) des Copolymers mehr eine dispergierte Phase in dem Träger bildet.
Gemäß einer Betrachtungsweise können die Polymerpartikel, wenn sie in dem flüssigen Träger dispergiert sind, derart betrachtet werden, als hätten sie eine Kern/Hüllenstruktur, in der das D-Material dazu neigt, in dem Kern positioniert zu sein, während das S-Material dazu tendiert, in der Hülle angeordnet zu sein. Das S-Material dient somit als eine Dispergierhilfe, ein räumlicher Stabilisator oder ein Pfropf-Copolymer-Stabilisator, um Dispergierungen der Copolymerpartikel in dem flüssigen Träger zu stabilisieren. Somit kann das S-Material hierin auch als ein "Pfropf-Stabilisator" bezeichnet werden. Die Kern/Hüllenstruktur der Binderpartikel neigt dazu, intakt zu bleiben, wenn die Partikel getrocknet werden, wenn sie in den flüssigen Tonerpartikeln beinhaltet sind.
Normalerweise werden Organosole durch eine nichtwässrige Dispergierungspolymerisation von polymerisierbaren Zusammensetzungen (beispielsweise Monomeren) synthetisiert, um Copolymer-Binderpartikel zu erzeugen, die in einem gering dielektrischen Kohlenwasserstoff-Bindemittel (Trägerflüssigkeit) dispergiert sind. Diese dispergierten Copolymer-Partikel werden in Bezug auf eine Aggregation durch chemische Bindung eines raumlichen Stabilisators (beispielsweise Pfropf-Stabilisator), der durch die Träger flüssigkeit gelöst ist, an den dispergierten Kern-Partikel räumlich stabilisiert, wenn diese bei der Polymerisation gebildet werden. Einzelheiten des Mechanismus einer derartigen räumlichen Stabilisation sind von Napper, D.H., "Polymeric Stabilization of Colloidal Dispersions", Academic Press, New York, N.Y., 1983 beschrieben. Verfahren zum Synthetisieren selbststabiler Organosole sind in "Dispersion Polymerization in Organic Media", K.E.J. Barrett, ed., John Wiley: New York, N.Y., 1975 beschrieben.
Die Glasübergangstemperatur T_g bezieht sich auf die Temperatur, bei der ein (Co)Polymer oder ein Bereich desselben von einem harten, glasigen Material in ein gummiartiges oder viskoses Material übergeht, was auf einen starken Anstieg in Bezug auf das freie Volumen zurückzuführen ist, wenn das (Co)Polymer erwärmt wird. Die T_g kann für ein (Co)Polymer oder einen Bereich desselben unter Verwendung bekannter T_g-Werte für die Homopolymere mit hohem Molekulargewicht und der nachfolgenden Fox-Gleichung berechnet werden: 1/Tg = w1/Tg1 + w2/Tg2 + ... wi/Tgi wobei jedes w_n der Gewichtsanteil des Monomers "n" und jedes T_gn die absolute Glasübergangstemperatur (in Grad Kelvin) des Homopolymers mit hohem Molekulargewicht des Monomers "n" ist, wie es in Wicks, A.W., F.N. Jones & S.P. Pappas, Organic Coatings 1. John Wiley, NY, Seiten 54-55 (1992) beschrieben ist.
Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung können die T_g-Werte für das Polymer des Binders oder Bereiche desselben (wie beispielsweise der D- oder S-Bereich des Pfropf-Copolymers) unter Verwendung der zuvor genannten Fox-Gleichung bestimmt werden, obwohl die T_g des Copolymers insgesamt auch experimentell bestimmt werden kann, beispielsweise unter Verwendung des Differentialscanning-Kalorimeters.
Die Glasübergangstemperaturen (T_g's) der S- und D-Bereiche können über einen breiten Bereich variieren und können unabhängig gewählt werden, um die Herstellbarkeit und/oder die Leistung der erzeugten Tonerpartikel zu verbessern. Die T_g's der S- und D-Bereiche werden in einem größeren Maß von der Art der Monomere abhängen, die solche Bereiche bilden. Um ein Copolymermaterial mit höherer T_g zu erzeugen, kann man entsprechend ein oder mehrere Monomere mit höherer T_g mit geeigneten Lösbarkeitsei genschaften für die Art des Copolymerbereiches (D oder S) wählen, in dem das (die) Monomer (Monomere) verwendet wird (werden). Umgekehrt können zum Erzeugen eines Copolymermaterials mit geringerer T_g ein oder mehrere Monomere mit geringerer T_g mit geeigneten Lösbarkeitseigenschaften für die Art des Bereiches gewählt werden, in dem das (die) Monomer(Monomere) verwendet wird (werden).
Alternativ kann das Host-Partikel ein Nicht-Polymermaterial sein. Bevorzugt sind derartige Nicht-Polymere weicherer Metalle, wie beispielsweise Gold, Kupfer und dergleichen. Weitere bevorzugte Nicht-Polymere sind Minerale, wie beispielsweise Talk, Gips und dergleichen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Beschichtungsmaterial als ein trockenes Material bereitgestellt. Beschichtungsmaterialien können, wenn sie in Partikelform vorliegen, eine breite Vielzahl verschiedener Formen aufweisen, wie beispielsweise sphärische, flockenförmige und unregelmäßige Formen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Beschichtungsmaterial in Form von brüchigen Partikeln vorgesehen sein, die während des Vibrationsbeschichtungsprozesses weiter in feinere Partikel zerbrechen. Unter den Beschichtungsbedingungen der vorliegenden Erfindung werden Beschichtungsmaterialien in dieser Klasse bevorzugt als eine feine Beschichtung in nahezu vollständiger Abdeckung der Host-Partikelfläche vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform erzeugt eine sehr geringe Gewichtsmenge eines Beschichtungsmaterials den funktionalen Vorteil, für den bei früheren Konfigurationen ein viel größerer Gewichtsmaterialprozentsatz erforderlich war. Ein Beispiel dieser Ausführungsform ist die Verwendung von brüchigem Silizium auf Tonerpartikeln, wobei das Silizium einen außergewöhnlichen visuellen Verbesserungseffekt bei einem überraschend geringen Gewichtsprozentanteil basierend auf der Gesamttonerzusammensetzung erzeugt.
Alternativ kann das Beschichtungsmaterial in flüssiger Form bereitgestellt werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Flüssigkeit der Zusammensetzung entweder unabhängig von dem zu beschichtenden Host-Partikel zugeführt werden (sie kann beispielsweise vor, nach oder während der Initiierung der Bewegung der Partikel, vor, mit oder nach dem Hinzufügen von zu beschichteten Partikeln, mittels Sprühen, Einspritzen, Ein tauchen, Transportieren auf anderen Partikeln und mit Hilfe jedes anderen Verfahrens zum Bereitstellen einer Flüssigkeit in der Kammer hinzugefügt werden, so dass sie durch Bewegen der Partikel kontaktiert und in der Beschichtungskammer verteilt werden kann), oder sie kann mit partikelförmigen Materialien hinzugefügt werden (beispielsweise können die Partikel mit einer Flüssigkeit vorbehandelt oder vorbeschichtet sein, woraufhin der Partikelbewegungsprozess initiiert oder beschichtet wird, oder die Flüssigkeit kann gleichzeitig mit Hilfe des gleichen oder eines anderen Einlassmittels hinzugefügt werden). Vorbehandelte (vorbeschichtete) Partikel können vor oder während der Bewegung der Partikel bereitgestellt werden. Alles, was dazu erforderlich ist, ein Flüssigbeschichten der Partikel innerhalb des Bettes auszuführen, ist sicherzustellen, dass eine Zeit lang während der Partikelbewegung sowohl die zu beschichtende Flüssigkeit als auch die Partikel, die beschichtet werden sollen, innerhalb des Systems vorhanden sind. Die physikalischen Kräfte, die innerhalb des Systems wirken, werden sicherstellen, dass die Flüssigkeit gleichmäßig über die Partikel ausgebreitet wird, wenn die Partikel und die Flüssigkeit für eine angemessene Zeitdauer in dem System verbleiben können. Die Zeitdauer, während der das System ins Gleichgewicht gebracht wird, kann von einigen wenigen Sekunden bis hin zu Minuten variieren, was teilweise von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt. Je höher die Vskosität der Flüssigkeit ist, desto mehr Zeit wird benötigt, um die Flüssigkeit über den Partikelflächen auszubreiten. Dieser Zeitfaktor kann einfach mit Hilfe von Routineversuchen bestimmt werden, und er kann basierend auf der Viskosität, den Partikelgrößen, der relativen Benetzungsfähigkeit der Flüssigkeit in Bezug auf die Partikelfläche und basierend auf anderen einfach zu beobachtenden Eigenschaften des Systems geschätzt und korreliert werden.
Das Gewichtsverhältnis des Host-Partikels zu dem auf den Host-Partikel beschichteten Beschichtungsmaterial des entstehenden beschichteten Partikels beträgt bevorzugt von etwa 100:1 bis 1:20, besser noch von 50:1 bis 1:1 und am besten von 20:1 bis 5:1.
Bevorzugt liegen die Volumendurchschnittspartikeldurchmesser (D_v) der Host-Partikel, die mit Hilfe einer Laser-Strahlenbeugungs-Partikelgrößenmesseinrichtung bestimmt werden, im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 50,0 μm, besser noch im Bereich von etwa 3 bis etwa 10 μm, am besten in dem Bereich von etwa 5 bis etwa 7 μm. Wenn das Beschichtungsmaterial ein Partikel ist, beträgt das Verhältnis des Durchmessers des Hostpartikels zu dem des Beschichtungspartikels bevorzugt mehr als etwa 20.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Mischung mit zusätzlichen Kollisionsmedien versehen, um den Beschichtungsprozess zu unterstützen. Derartige zusätzliche Kollisionsmedien weisen bevorzugt eine Dichte auf, die größer als diejenige der Host-Partikel und des Beschichtungsmaterials ist. Vorzugsweise weisen die zusätzlichen Kollisionsmedien eine Dichte von mehr als 2 g/cm³ auf, und das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel haben eine Dichte von weniger als 2 g/cm³. Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die zusätzlichen Kollisionsmedien eine Dichte auf, die größer als 5 g/cm³ ist. Zusätzlich zu dem Vorteil des Vereinfachens des Beschichtens der Host-Partikel mit Beschichtungsmaterial neigen Kollisionsmedien höherer Dichte dazu, verschleißfester zu sein.
Die zusätzlichen Kollisionsmedien sind bevorzugt härter als das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel, um einen Verschleiß der Medien während des Herstellungsprozesses zu verhindern, und sie minimieren das Zuführen von Verunreinigungen von dem Material der Medien in die beschichteten Partikel. Höchst bevorzugt weisen die zusätzlichen Kollisionsmedien einen Rockwell-C-Skalenhärtewert von mehr als etwa 40, besser noch von mehr als etwa 50 und am besten von mehr als etwa 60 auf.
Alternativ können die zusätzlichen Kollisionsmedien eine Härte aufweisen, die gewählt ist, um unter den Beschichtungsbedingungen einen voraussagbaren Verschleiß zu erzeugen, um den beschichteten Partikeln, die dabei erzeugt werden, eine vorbestimmte Materialmenge zuzuführen. Derartige Medien können beispielsweise dazu verwendet werden, eine sehr geringe Materialmenge bei Konzentrationsniveaus zuzuführen und gleichmäßig zu verteilen, die sonst schwer zu erzielen sind. Derartiges Material, das durch den Verschleiß der Kollisionsmedien bereitgestellt wird, kann vorteilhafte chemische oder physikalische Eigenschaften erzeugen, oder es kann einen visuellen Vorteil erzeugen, indem den beschichteten Partikeln eine Farbe oder ein visuell erkennbarer Effekt verliehen wird.
Die zusätzlichen Kollisionsmedien können eine Größe in einem Bereich aufweisen, der sich von einer geringeren Größe als diejenige des Pulvers des aufzutragenden Beschichtungsmaterials bis zu mehr als dem 1.000-fachen der Größe der zu beschichteten Host-Partikel erstreckt. Wenn die zusätzlichen Kollisionsmedien zu klein sind, kann es schwer sein, diese von beschichteten Host-Partikeln zu trennen. Allgemein weisen die zusätzlichen Kollisionsmedien eine Größe in Bezug auf die größte Durchschnittsabmessung (d.h. der Durchmesser bei einer kugeligen Form) von etwa 0,005 μm bis etwa 1 cm auf, besser noch von etwa 0,005 mm bis etwa 10 mm, noch besser von etwa 0,1 mm bis etwa 5 mm, und am besten von etwa 0,5 mm bis etwa 3 mm.
Bevorzugt umfassen derartige zusätzliche Kollisionsmedien Zerkleinerungsmedien, wie beispielsweise dichte kristalline Glasperlen (Zum Beispiel Hi Bea Ceram C-20, 0,8-1,2 mm Durchmesser, HV-Härte von 880 Kgf/mm, spezifische Dichte von 3,18 g/cm³, von Ohara Corp. New Jersey, USA), gehärteter Chromstahl, rostfreier Stahl, hochdichtes Aluminiumoxid, Porzellan, Siliziumcarbid, Flintsteine, verschiedene Arten von Zirkonoxid (wie beispielsweise Zirkonoxidperlen und Yttrium-stabilisierte Zirkonoxidperlen), Silizium und dergleichen.
Vorzugsweise sollte das Gewicht der zusätzlichen Kollisionsmedien etwa dem Gewicht der Mischung in dem Beschichtungsbehälter zu einer vorgegebenen Zeit entsprechen.
In Abhängigkeit von der endgültigen Verwendung der entstehenden beschichteten Partikel können die zusätzlichen Kollisionsmedien in der Endzusammensetzung verbleiben, oder sie werden bevorzugt aus der Mischung entfernt, nachdem das Beschichtungsmaterial an die Oberfläche des Host-Partikels angehaftet wurde.
Wenn es gewünscht wird, können der Mischung für die endgültig beschichteten Partikel auch andere Inhaltsstoffe zuzugeben werden. Derartige Inhaltsstoffe können in dem Host-Partikel oder in dem Beschichtungsmaterial vorgesehen werden, oder sie können als ein separater Inhaltsstoff der Mischung vor, während oder nach dem Ausüben einer Vibrationskraft hinzugefügt werden, wie es hierin beschrieben ist. Beispiele solcher Inhaltsstoffe umfassen Farbmittel, Ladungssteuerungsadditive, Stabilisatoren, oberflächenmodifizierende Mittel, Geschmacksstoffe und dergleichen.
Die zuvor beschriebene Mischung wird in einem Beschichtungsbehälter zum Durchführen der Beschichtungsoperation angeordnet. Eine Vibrationskraft wird auf den Beschichtungsbehälter in einer derartigen Art und Weise ausgeübt, dass eine Kollision des Beschichtungsmaterials und der Host-Partikel bewirkt wird, so dass die Beschichtung statt findet. Der Behälter kann aus einem geeigneten Material hergestellt sein und einen Aufbau aufweisen, der Energie an die Mischung überträgt, um diese Kollision zu bewirken. Vorzugsweise ist der Beschichtungsbehälter aus einem dünnen leichten Material hergestellt, der eine Vibrationsenergie leicht und effizient an die in diesem aufgenommene Mischung transferiert. Bei einer Ausführungsform ist der Beschichtungsbehälter ausreichend dünn und flexibel, so dass sich die Flächen des Behälters selbst unter der Vibrationskraft verlagern oder biegen, um Energie an die Mischung zu übertragen. Ein Beispiel eines solchen Materials wäre eine dünne, flexible Aluminiumpfanne. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Beschichtungsbehälter aus einem dickeren, schwerere Material hergestellt sein, wie beispielsweise eine Pfanne aus Aluminium oder rostfreiem Stahl, die sich nicht biegt. Bei dieser Ausführungsform kann der Beschichtungsbehälter Kräften ausgesetzt werden, die einen relativ großen Lageversatz erzeugen, so dass die Host-Partikel und das Beschichtungsmaterial in dem Beschichtungsbehälter "hüpfen". Optional kann der Beschichtungsbehälter aus verschiedenen nicht-metallischen Materialien hergestellt sein, wie beispielsweise Flintglas; Hartglas, beispielsweise PYREX^TM-Glas; synthetische organische Kunststoffmaterialien, wie beispielsweise Polytetrafluoroethylen, Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat und Nylon; und keramische Materialien.
Bevorzugt weist der Beschichtungsbehälter ein geringes Gewicht auf, wodurch der Gesamtenergieaufwand verringert wird, der dazu erforderlich ist, Kollisionen der Host-Partikel und des Beschichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzeugen. Höchst bevorzugt umfasst der Beschichtungsbehälter wenigstens eine Wand, die als Reaktion auf die Vibrationskraft schwingt oder vibriert, wodurch die Übertragung der Energie, die auf den Beschichtungsbehälter und auf die in diesem enthaltene Mischung ausgeübt wird, vereinfacht wird.
Die Dicke der Kammerwand sollte ausreichend sein, um den Kollisionen der in der Kammer aufzunehmenden Partikel auszuhalten, und sie hängt von den verwendeten Materialien ab. Eine geeignete Dicke kann leicht von Fachleuten bestimmt werden. Wenn Polycarbonat zur Ausbildung der Kammer verwendet wird, beträgt eine geeignete Wanddicke bevorzugt von 0,1 mm bis 25 mm, besser noch von 1 mm bis 5 mm, am besten von 1 mm bis 3 mm.
Die Form der Kammer kann zylindrisch, sphärisch, vielflächig oder unregelmäßig sein. Die Kammer kann jede Ausrichtung aufweisen, wie beispielsweise vertikal, horizontal, winklig oder korkenzieherartig.
Das Maß an Vibrationskraft, das auf den Beschichtungsbehälter ausgeübt wird, muss ausreichend sein, um die zuvor beschriebenen Kollisionen zu erzeugen. Bevorzugt wird eine ausreichende Vibrationskraft auf den Beschichtungsbehälter ausgeübt, um das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel zu verflüssigen. Überraschend ist das vorliegende Verfahren im Vergleich zu anderen Beschichtungstechniken, die auf Kollisionen von Materialien basieren, recht schonend. Bevorzugt ist die auf den Beschichtungsbehälter ausgeübte Vibrationskraft ausreichend gering, so dass ein minimaler Host-Partikel- oder Beschichtungsmaterialbruch beobachtet wird. Vorteilhaft kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung leicht in Bezug auf den Energieaufwand gesteuert werden, um die Erzeugung unerwünschter finanzieller Einbußen zu minimieren. Zudem neigt die Verwendung geringer Energiemengen bei dem Verfahren dazu, die Wärmemenge zu reduzieren, der das Probematerial ausgesetzt wird. Die vorliegende Erfindung erweitert somit die mögliche Auswahl von Polymeren, die als eine Komponente entweder des Host-Partikels oder des Beschichtungsmaterials verwendet werden können, da Polymere mit einer höheren T_g in beiden Inhaltsstoffen im Vergleich zu Beschichtungstechniken, die eine höhere Energie einsetzen, verwendet werden können, die dazu neigen würden, das Polymer aufzuweichen, was zu einer Partikelagglomeration führen würde. Gemäß einem Aspekt erlaubt die vorliegende Erfindung eine Feinabstimmung der Polymerauswahl in Bezug auf das Energieniveau des Prozesses. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Mischung einer Energie im Bereich von weniger als etwa 0,1 Watt pro Gramm der Mischung ausgesetzt, und bevorzugt weniger als etwa 0,025 Watt pro Gramm der Mischung.
Das vorliegende Verfahren vereinfacht die Steuerung der Energiemenge, die an die Mischung übertragen wird, unter Verwendung von Parametern, die einfach an Steuerungen anpassbar sind. Bei einer Ausführungsform wird die Vibrationskraft mit Hilfe einer Vorrichtung ausgeübt, deren Frequenz modulierbar ist. Bei einer anderen Ausführungsform wird die Vibrationskraft durch eine Vorrichtung ausgeübt, deren Amplitude modulierbar ist. Vorzugsweise wird die Vibrationskraft durch eine Vorrichtung ausgeübt, die sowohl in Bezug auf ihre Frequenz als auch in Bezug auf ihre Amplitude modulierbar ist.
Es kann jedes geeignete System verwendet werden, um eine Vibrationskraft auf den Beschichtungsbehälter auszuüben. Bei einer Ausführungsform wird die Vibrationskraft durch ein mechanisches Versetzen des Beschichtungsbehälters ausgeübt. Beispielsweise kann der Beschichtungsbehälter auf einer mechanisch betätigbaren "Rüttel"-Vorrichtung befestigt sein. Alternativ kann die Vibrationskraft durch einen physikalischen Aufprall eines Schlagmechanismus auf den Beschichtungsbehälter ausgeübt werden. Beispielsweise können Kolben oder andere derartige Strukturen betätigt werden (beispielsweise mechanisch oder elektromechanisch), um gegen eine oder mehrere Positionen an dem Behälter zu schlagen, wodurch eine Vibrationskraft auf den Behälter übertragen wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vibrationskraft akustisch oder pneumatisch auf den Beschichtungsbehälter ausgeübt werden. Beispielsweise können Lautsprecher vorgesehen sein, um Teilwellen (bei hörbaren oder nichthörbaren Frequenzen) in einem Maß zu übertragen, das dazu ausreicht, eine Kollision des Beschichtungsmaterials und der Host-Partikel zu verursachen. Bei einem weiteren Beispiel können Lautsprecher in einer abgedichteten Art und Weise befestigt werden, an die ein Luftdruck übertragen wird, der nach Durchqueren des Lautsprecherkonus an einen flexiblen Beschichtungsbehälter weitergeleitet wird, wodurch eine Kollision des Beschichtungsmaterials und der Host-Partikel hervorgerufen wird.
Optional wird das Anhaften der Beschichtung an dem Host-Partikel durch die Verwendung von Prozessbedingungen oder chemischen Verbindungstechniken verbessert. Beispielsweise kann das Beschichtungsverfahren bei einer erhöhten Temperatur durchgeführt werden, so dass die Oberfläche der Host-Partikel, wenn sie polymerischer Natur sind, zumindest teilweise haftend wird, wodurch das Anhaften des Beschichtungsmaterials an dem Host-Partikel aufgrund der Hafteigenschaften verbessert wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Prozesstemperatur sorgfältig an die Konzentration sowohl der Host-Partikel als auch des Beschichtungsmaterials sowie an andere Faktoren (beispielsweise die T_g des Polymers, und insbesondere des S-Bereiches, wenn das Polymer des Host-Partikels ein amphipathisches Pfropf-Copolymer ist) angepasst, um eine unerwünschte Agglomeration der Host-Partikel während des Partikelbeschichtungsprozesses zu minimieren. Vorzugsweise wird das Beschichtungsverfahren bei einer Umge bungstemperatur in dem Behälter, in dem der Beschichtungsprozess stattfindet, durchgeführt, die zwischen 1°C bis 35°C unterhalb der T_g des Polymer-Binderpartikels liegt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polymer-Binderpartikel ein Pfropf-Copolymer mit S- und D-Bereichen, und die Umgebungstemperatur in dem Behälter liegt zwischen 10°C bis etwa 35°C unterhalb der T_g des S-Bereiches des Polymer-Binderpartikels.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird zur Verbesserung der Haftung der Beschichtung an dem Host-Partikel die chemische Affinität eines oder mehrerer Materialien in der Beschichtungszusammensetzung zu dem Host-Partikel unter Verwendung einer überbrückenden Chemikalie, wie beispielsweise ein Klebstoff, oder durch die Aufnahme chemischer Funktionalitäten sowohl in das Material der Beschichtung als auch in das des Host-Partikels verbessert, die kovalente Bindungen bildet oder eine Affinität aufweist, um eine verbesserte Haftung einer oder mehrerer Beschichtungsmaterialien an dem Host-Partikel zu erzeugen.
Eine verbesserte Haftung der Beschichtung an dem Polymer-Binderpartikel ist sowohl in trocken als auch flüssigen Tonerumgebungen besonders wünschenswert. Bei trockenen Tonerzusammensetzungen kann der Transport des Toners geringfügige Kollisionen verursachen, die zu einem Haftungsfehler führen. Ähnlich kann bei flüssigen Tonerzusammensetzungen eine schlechte Haftung der Beschichtung zu einer unerwünschten Trennung der Beschichtung von dem Polymer-Binderpartikel während der Lagerung oder der Verwendung führen. In beiden Umgebungen kann eine nichtordnungsgemäße Haftung des Beschichtungsmaterials an dem Binderpartikel zu Einbußen führen, die Entwicklungsprobleme erzeugen können, wie beispielsweise falsche Zeichentonerergebnisse („sign toner issues").
Aufgrund der Natur des vorliegenden Verfahrens kann eine breite Vielfalt an Materialien zum Beschichten und zum Beschichtet werden ausgewählt werden. Die resultierenden Partikel können daher Zusammensetzungen aufweisen, die unter Verwendung anderer Beschichtungsprozesse schwer oder unmöglich zu erzielen sind. Beispielsweise umfasst ein bekanntes Verfahren zum Beschichten bestimmter Materialien, wie es zuvor beschrieben wurde, die Verwendung von magnetischen Komponenten in einem oszillierenden magnetischen Feld. Bei derartigen Prozessen würde man erwarten, dass ein Rest des magnetischen Materials in der Endproduktzusammensetzung verbleibt. Im Gegensatz dazu weist die Mischung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen kein magnetisches Material auf.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die entstehenden beschichteten Partikel Tonerpartikel für einen stromleitenden Druckprozess. Bevorzugte amphipathische Pfropf-Copolymere zur Verwendung in den Binderpartikeln sind in Qian et al., U.S. Serien Nr. 10/612,243, eingereicht am 30. Juni 2003, mit dem Titel "ORGANOSOL INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER AND USE OF THE ORGANOSOL TO MAKE DRY TONERS FOR ELECTROGRAPHIC APPLICATIONS (veröffentlicht als US 2004/0091806 A1) und Qian et al., US-Serien Nr. 10/612,535, eingereicht am 30. Juni 2003 mit dem Titel "ORGANSOL INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER HAVING CRYSTALLINE MATERIAL, AND USE OF THE ORGANOSOL TO MAKE DRY TONER FOR ELECTROGRAPHIC APPLICATIONS" (veröffentlicht als US 2004/0091805 A1) für trockene Tonerzusammensetzungen; und Qian et al., US-Serien Nr. 10/612,534, eingereicht am 30. Juni 2003 mit dem Titel "ORGANOSOL LIQUID TONER INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER HAVING CRYSTALLINE COMPONENT" (veröffentlicht als US 2004/0091808 A1); Qian et al., US-Serien Nr. 10/612,765, eingereicht am 30. Juni 2003 mit dem Titel "ORGANOSOL INCLUDING HIGH T_g AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER AND LIQUID TONER FOR E-LECTROPHOTOGRAPHIC APPLICATIONS" (veröffentlicht als US 2004/0091809 A1); und Qian et al., US-Serien Nr. 10/612,533, eingereicht am 30. Juni 2003 mit dem Titel "ORGANOSOL INCLUDING AMPHIPATHIC COPOLYMERIC BINDER MADE WITH SOLUBLE HIGH T_g MONOMER AND LIQUID TONERS FOR ELECTROPHOTOGRAPHIC APPLICATIONS" (veröffentlicht als US 2004/0091807 A1) für flüssige Tonerzusammensetzungen, beschrieben, wobei der Offenbarungsgehalt der zuvor genannten Druckschriften durch diesen Querbezug hierin aufgenommen ist. Besonders bevorzugte amphiphathische Pfropf-Copolymere zur Verwendung in den Binderpartikeln umfassen einen S-Bereich mit einer Glasübergangstemperatur, die unter Verwendung der Fox-Gleichung berechnet wird (ohne Pfropflagekomponenten („grafting site components"), von wenigstens etwa 90°C, besser noch etwa 100°C bis etwa 130°C.
Vorzugsweise umfasst das Beschichtungsmaterial wenigstens ein visuell verbesserndes Additiv. Bevorzugt ist das visuell verbessernde Additiv im Wesentlichen vollständig in der Beschichtung auf der Fläche des Tonerpartikels angeordnet. Diese Konfiguration unterscheidet sich sehr von vorherigen Tonerkonfigurationen, bei denen die visuell verbessernden Additive homogen mit den Polymer-Bindermaterialien vermischt sind. Diese einzigartige Konfiguration schaffte signifikante Vorteile bei der Erzeugung eines einzigartigen Schutzelementes, wobei die Polymer-Binderkomponente des Tonerpartikels von nachteiligen Umgebungsbedingungen geschützt wird, wie beispielsweise Feuchtigkeit, chemische Empfindlichkeit und Lichtempfindlichkeit, ohne Inhaltsstoffe zuzugeben, die nicht zu der Funktionalität des Toners bei seiner endgültigen Verwendung beitragen (oder die diese sogar nachteilig beeinflussen). Ferner kann eine solche äußere Beschichtung des Polymer-Binders eine günstige Anti-Agglomerations-Funktionalität oder eine andere Interaktions-Funktionalität zwischen den Partikeln erzeugen, ohne dass es erforderlich ist, besondere Gleitmittel oder andere derartige Materialien hinzuzufügen. Die Anordnung des visuell verbessernden Additivs an der Oberfläche des Binder-Partikels kann eine bessere Farbsättigung erzeugen, wodurch eine ausgezeichnete optische Dichte geschaffen wird, ohne die Gesamtmenge des visuell verbessernden Additivs in dem Tonerpartikel wie bei bekannten Tonern zu erhöhen. Überraschend beeinträchtigt die Anordnung des visuell verbessernden Additivs und optionaler weiterer Komponenten an der Oberfläche des Binder-Partikels nicht die Haftung des Tonerpartikels an dem Endsubstrat in Abbildungsprozessen.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird der mit Hilfe des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugte Tonerpartikel aus einem Binder mit wenigstens einem amphipathischen Pfropf-Copolymer erzeugt, das einen oder mehrere S-Materialbereiche und einen oder mehrere D-Materialbereiche umfasst. Derartige amphipathische Pfropf-Copolymere erzeugen einen besonderen Vorteil im Bezug auf die einzigartige Geometrie des Copolymers, die das Beschichten der Polymer-Binderpartikel mit Beschichtungsmaterialien besonders erleichtern kann. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der S-Bereich des amphipathischen Pfropf-Copolymers eine relativ geringe T_g aufweisen, während der D-Bereich eine höhere T_g als der S-Bereich aufweist. Diese Ausführungsform schafft einen Polymer-Binderpartikel mit einer Oberfläche, der für die Beschichtung mit einem Beschichtungsmaterial sehr empfänglich ist, während die gesamte T_g des Polymer-Binderpartikels nicht so gering ist, um einen Tonerpartikel zu erzeugen, der während der Lagerung oder der Verwendung blockiert oder zusammenhaftet.
Bevorzugt ist das beschichtete Partikel, das mit Hilfe der vorliegenden Erfindung erzeugt werden soll, ein Tonerpartikel, und das Beschichtungsmaterial umfasst wenigstens ein Ladungssteuermittel oder einen so genannten „Charge Director".
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Beschichtungsprozess ein kontinuierlicher Prozess. Bei einem derartigen Prozess beschichtet eine bestimmte Menge des Beschichtungsmaterials die Host-Partikel, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Sobald der Gleichgewichtszustand erreicht ist, wird dieser aufrechterhalten, während der kontinuierliche Beschichtungsprozess fortgesetzt wird. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber dem zeitaufwendigen diskontinuierlichen Verfahren dar, bei dem ausreichend Zeit vorhanden ist oder nicht, um einen Gleichgewichtszustand zu erreichen, weshalb keine übereinstimmend gleichmäßigen Beschichtungen erzielt werden.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Bauteile bezeichnen, ist 1 eine schematische Ansicht eines Systems 10 zum Beschichten eines Host-Partikels 40 mit einem Beschichtungsmaterial 42. Bei diesem dargestellten System 10 ist ein Beschichtungsbehälter 20 vorgesehen, der ein ausreichendes Volumen aufweist, um eine Mischung aus Host-Partikeln 40, Beschichtungsmaterial 42 und zusätzlichen Kollisionsmedien 44 aufzunehmen. Die Mischung umfasst, wie es gezeigt ist, ein Beschichtungsmaterial 42 in der Form kleiner, trockener Partikel, und zusätzliche Kollisionsmedien 44 in der Form von größeren sphärischen Materialien. Das System 10 umfasst ferner Lautsprecher 30, die Lautsprecherkegel 32 umfassen, die sich während des normalen Betriebs der Lautsprecher 30 (in einer vertikalen Richtung, wie es gezeigt ist) auf den Beschichtungsbehälter 20 zu und von diesem weg bewegen. Vorzugsweise weisen die Lautsprecher 30 kein Schutzgitter auf, so dass jeder Lautsprecherkegel 32 in direkten physikalischen Kontakt mit dem Beschichtungsbehälter 20 kommen kann, wenn dem Lautsprecher 30 ein Signal mit einer vorbestimmten Amplitude zugeführt wird. Alternierende elektrische Signale werden den Lautsprechern 30 mit einer solchen Amplitude zugeführt, dass der Lautsprecherkegel 32 gegen den Beschichtungsbehälter 20 schlägt, wodurch die Mischung aus Host-Partikeln 40, Beschichtungsmaterial 42 und zusätzlichen Kollisionsmedien 44, die in diesem enthalten sind, einer Vibrationskraft ausgesetzt wird. Die Frequenz und die Amplitude des Signals können derart eingestellt werden, dass die gewünschte Kollisionsrate und Kollisionsstärke der Mischungsmateria lien erzielt werden. Vorzugsweise werden die Frequenz und die Amplitude des Signals derart eingestellt, dass eine Verflüssigung der Mischung erzielt wird. Alternativ können Lautsprecher 30 derart positioniert werden, dass die Lautsprecherkegel 32 nicht in direkten physikalischen Kontakt mit dem Beschichtungsbehälter 20 kommen, wenn den Lautsprechern 30 ein Signal bei einer vorbestimmten Amplitude zugeführt wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Vibration des Beschichtungsbehälters 20 durch eine Übertragung von Schallwellen und nicht durch ein direktes Schlagen der Lautsprecherkegel 32 gegen den Beschichtungsbehälter 20 erzielt.
BEISPIELE
Testverfahren und Vorrichtung
Bei den nachfolgenden Tonerzusammensetzungsbeispielen wurden prozentuale Feststoffanteile der Pfropf-Stabilisatorlösungen und des Organosols sowie flüssiger Tonerdispersionen thermo-gravimetrisch bestimmt, indem in einer Aluminiumwiegepfanne eine vorab gewogene Probe bei 160°C für vier Stunden getrocknet wurde, die getrocknete Probe erneut gewogen wurde und das prozentuale Verhältnis des getrockneten Probengewichtes zum ursprünglichen Probengewicht berechnet wurde, nachdem das Gewicht der Aluminiumwiegepfanne abgezogen wurde. Bei jeder Bestimmung der prozentualen Feststoffanteile unter Verwendung dieses thermo-gravimetrischen Verfahrens wurden etwa 2 Gramm der Probe verwendet.
In der Praxis der Erfindung wird die Molekülmasse bzw. das Molekulargewicht normalerweise in Form der massegemittelten Molekülmasse ausgedrückt, während die Molekülmassen-Polydispersität durch das Verhältnis der massengemittelten Molekülmasse zu der zahlengemittelten Molekülmasse angegeben wird. Molekülmassenparameter wurden mit Hilfe der Gelpermeationschromatographie (GPC) unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Trägerlösungsmittel bestimmt. Die absolute massengemittelte Molekülmasse wurde unter Verwendung eines Dawn DSP-F-Lichtstreu-Detektors (Wyatt Technology Corp., Santa Barbara, Calif.) bestimmt, während die Polydispersität anhand des Verhältnisses des gemessenen massegemittelten Molekülmassenwertes zu dem zahlengemittelten Molekülmassenwert, der mit einem Optilab 903 Differential- Refraktometer-Detektor (Wyatt Technology Corp. Santa Barbara, Calif.) bestimmt wurde, bewertet wurde.
Die Organosol- und Flüssigtonerpartikelgrößenverteilungen wurden durch das Laser-Diffraktions-Lichtstreu-Verfahren unter Verwendung eines Horiba LA-900 oder LA-920-Laser-Diffraktions-Partikelgrößen-Analysators (Horiba Instruments, Inc., Irvine, Calif.) bestimmt. Flüssige Proben wurden etwa 1/10 bezogen auf das Volumen in Norpar^TM 12 verdünnt und für eine Minute bei 150 Watt und 20 kHz mit Ultraschall behandelt, bevor die Messung in dem Partikelgrößen-Analysator gemäß den Instruktionen des Herstellers durchgeführt wurde. Trockene Tonerpartikelproben wurden in Wasser dispergiert, wobei 1% Triton-X-100-Netzmittel als ein Benetzungsmittel hinzugegeben wurde. Die Partikelgröße wurde sowohl als zahlenmittlerer Durchmesser (D_n) als auch als ein volumenmittlerer Durchmesser (T_v) ausgedrückt, um eine Indikation sowohl der grundsätzlichen (Primär-)Partikelgröße als auch für das Vorhandensein von Aggregaten oder Agglomeraten zu schaffen.
Eine wichtige Eigenschaft von xerographischen Tonern ist die elektrostatische Ladungsleistung (oder spezifische Ladung) des Toners, die in Einheiten von Coulomb pro Gramm angegeben wird. Die spezifische Ladung jedes Toners wurde in den nachfolgenden Beispielen unter Verwendung eines so genannten Blow-Off-Tribo-Tester-Geräts (Toshiba Model T6200, Toshiba Chemical Co., Tokyo, Japan) ermittelt. Zur Verwendung dieser Vorrichtung wird der Toner zuerst elektrostatisch geladen, indem er mit einem Trägerpulver kombiniert wird. Letzteres ist normalerweise ein Ferrit-Pulver, das mit einer Polymerhülle beschichtet ist. Der Toner und die beschichteten Trägerpartikel werden zusammengebracht, um den Entwickler zu bilden. Wenn der Entwickler behutsam gerührt wird, erfolgt eine Reibaufladung in beiden Komponentenpulvern, wodurch eine gleiche und entgegen gesetzte elektrostatische Ladung erzielt wird, deren Größe anhand der Eigenschaften des Toners bestimmt wird, zusammen mit jeglichen Verbindungen, die dem Toner zur Beeinflussung der Ladung frei hinzugefügt wurden (beispielsweise Ladungssteuermittel).
Nachdem die Entwicklermischung geladen wurde, wird sie in einem kleinen Halter innerhalb des Blow-Off-Tribo-Testers eingesetzt. Der Halter wirkt als ein Ladungsmess-Faraday-Auffänger, das an einem empfindlichen Kapazitätsmessgerät befestigt ist. Der Auffänger umfasst eine Verbindung zu einer unter Druck stehenden Stickstoffleitung und ein feines Sieb an seiner Basis, das derart bemessen ist, das es die größeren Trägerpartikel zurückhält, während die kleineren Tonerpartikel durch dieses hindurch gelangen können. Wenn die Gasleitung unter Druck gesetzt wird, strömt Gas durch den Auffänger und zwingt die Tonerpartikel durch das feine Sieb aus dem Auffänger. Die Trägerpartikel verbleiben in dem Faraday-Auffänger. Das Kapazitätsmessgerät in dem Tester misst die Ladung des Trägers; die Ladung an dem Toner, der entfernt wurde, ist in Bezug auf die Größe gleich mit entgegen gesetztem Vorzeichen. Eine Messung der Menge der verlorenen Tonermasse ergibt die spezifische Ladung des Toners in Mikro-Coloumbs pro Gramm.
Bei den vorliegenden Messungen wurde ein siliziumbeschichteter Ferrit-Träger (Vertex Image Systems Type 2) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von etwa 80-100 μm verwendet. Dem Trägerpulver wurde Toner hinzugefügt, um einen 3-gewichtsprozentigen Tonergehalt in dem Entwickler zu erzeugen. Dieser Entwickler wurde behutsam auf einem Rollentisch für wenigstens 45 Minuten gerührt, bevor das Blow-Off-Testverfahren durchgeführt wurde. Spezifische Ladungsmessungen wurden wenigstens fünf Mal für jeden Toner wiederholt, um einen durchschnittlichen Wert und eine Standardabweichung zu erzielen. Versuche wurden als zubassig erachtet, wenn die Menge der Tonermasse, die während des Blow-Off-Verfahrens verloren ging, zwischen 50 und 100% des Gesamttonergehalts lag, der in jeder Probe erwartet wurde. Versuche mit Massenverlusten außerhalb dieser Werte wurden als unzulässig erachtet.
Wärmeübergangsdaten für synthetisiertes Tonermaterial wurden unter Verwendung eines TA-Instruments-Model 2929-Differential-Scanning-Kalorimeters (New Castle, DE) gesammelt, das mit einem DSC-gekühlten Kühlsystem (–70°C minimale Grenztemperatur) und trockenen Helium- und Stickstoff-Austauschgasen ausgerüstet war. Das Kalorimeter lief auf einem Thermal-Analyst-2100-Arbeitsplatzsystem mit Software der Version 8.10B. Eine leere Aluminiumpfanne wurde als Referenz verwendet. Die Proben wurden präpariert, indem 6,0 bis 12,0 mg des Versuchsmaterials in einer Aluminiumprobenpfanne angeordnet wurden und der obere Deckel gecrimpt wurde, um eine hermetisch abgedichtete Probe für den DSG-Versuch zu erzeugen. Die Ergebnisse wurden auf einer Pro-Masse-Basis normalisiert. Jede Probe wurde unter Verwendung von 10°C/min-Erwärmungs- und Kühlraten mit einem 5-10 min isothermen Bad am Ende jeder Erwär mungs- oder Kühlrampe bewertet. Die Versuchsmaterialien wurden fünf Mal erwärmt: Die erste Wärmerampe entfernt den früheren thermischen Hintergrund der Probe und ersetzt diesen durch die 10°C/min-Kühlbehandlung, und darauf folgende Wärmerampen werden verwendet, um einen stabilen Glasübergangstemperaturwert zu erzeugen – Werte werden entweder von der dritten oder von der vierten Wärmerampe angezeigt.
Materialien
In den Beispielen werden die nachfolgenden Abkürzungen verwendet:

EMA:: Ethyl-methacrylat (erhältlich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)
HEMA:: 2-Hydroxyethyl-methacrylat (erhältlich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)
TCHMA:: Trimethyl-cyclohexyl-methacrylat (erhältlich von Ciba Specialty Chemical Co., Suffolk, Virginia)
TMI:: Dimethyl-m-isopropenyl-benzyl-isocyanat (erhältlich von CYTEC Industries, West Paterson, NJ)
V-601:: Dimethyl-2-2'-azobisisobutyrat (ein Initiator, der als V-601 von WAKO Chemicals U.S.A., Richmond, VA) erhältlich ist.
DBTDL:: Dibutyl-zinn-dilaurat (ein Katalysator, der von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI erhältlich ist).
St:: Styrol (erhältlich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI).
AIBN:: Azobisisobutyronitril (ein Initiator, der als VAZO-64 von DuPont Chemical Co., Wilmington, DE, erhältlich ist).
nBA:: n-Butyl-acrylat (erhältlich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)
MAA:: Methacrylsäure (erhältlich von Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI).

Nomenklatur
In den nachfolgenden Beispielen werden die Zusammensetzungsdetails jedes Copolymers zusammengefasst, indem die Gewichtsprozente von Monomeren, die zum Erzeugen des Copolymers verwendet wurden, ins Verhältnis gesetzt werden. Die Pfropfstellenzusammensetzung ist als ein Gewichtsanteil der Monomere ausgedrückt, die das Copolymer oder ggf. den Copolymervorläufer umfassen. Beispielsweise wird ein Pfropf- Stabilisator (Vorläufer des S-Bereiches des Copolymers) als TCHMA/HEMA-TMI (97/3-4.7) bezeichnet, und er wird hergestellt, indem auf einer relativen Basis 97 Gewichtsteile TCHMA und 3 Gewichtsteile HEMA copolymerisiert werden, und dieses hydroxyfunktionale Polymer wurde mit 4,7 Gewichtsteilen TMI umgesetzt.
Ähnlich wird ein Pfropf-Copolymer-Organosol mit der Bezeichnung TCHMA/HEMA-TMI/IEMA (97-3-4,7//100) hergestellt, indem der designierte Pfropf-Stabilisator (TCHMA/HEMA-TMI (97/3-4,7)) (S-Bereich oder Hülle) mit dem designierten Kernmonomer EMA (D-Bereich oder Kern) bei einem spezifischen Verhältnis von D/S (Kern/Hülle), das durch die relativen Gewichte, die in den Beispielen genannt sind, bestimmt wird, copolymerisiert werden.
A. Positiv geladenes Tonerpartikel
A.1 Organosol-Partikelpräparation
Beispiel A1
Ein 50-Gallonen-Reaktor mit einem Kondensator, einem Thermoelement, das mit einer digitalen Temperatursteuerung verbunden ist, sowie einem Stickstoffeinlassrohr, das mit einer Quelle von trockenem Stickstoff und einer Mischeinrichtung verbunden ist, wurde mit einer Mischung aus 201,9 lb Norpar^TM12, 66,4 lb TCHMA, 2,10 lb von 98%-igem HEMA und 0,86 lb Wako V-604 beladen. Während die Mischung gerührt wurde, wurde der Reaktor mit trockenem Stickstoff für 30 Minuten bei einer Durchflussrate von etwa 2 Litern/Minute gereinigt, und die Stickstoffdurchflussrate wurde auf etwa 0,5 Liter/Minute reduziert. Die Mischung wurde auf 75°C für 4 Stunden erwärmt. Der Umsatz war quantitativ.
Die Mischung wurde auf 100°C erwärmt und auf dieser Temperatur für 1 Stunde gehalten, um sämtliches verbleibendes V-601 zu vernichten, woraufhin sie zurück auf 70°C gekühlt wurde. Das Stickstoffeinlassrohr wurde anschließend entfernt, und der Mischung wurden 0,11 lb von 95%-igem DBTDL zugegeben, gefolgt von 3,23 lb TMI. Das TMI wurde tropfenweise in einem Zeitrahmen von etwa 5 Minuten zugegeben, während die Reaktionsmischung gerührt wurde. Die Mischung konnte bei 70°C für 2 Stunden reagieren, wobei nach dieser Zeitdauer der Umsatz quantitativ war.
Die Mischung wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt. Die gekühlte Mischung wurde eine viskose, transparente Flüssigkeit, die keinen sichtbaren unlöslichen Bestandteil enthält. Der prozentuale Feststoffanteil der Flüssigmischung wurde unter Verwendung des zuvor beschriebenen Halogen-Trocknungsverfahrens auf 25,7% bestimmt. Daraufhin wurde eine Bestimmung des Molekulargewichts unter Verwendung des zuvor beschriebenen GPC-Verfahrens durchgeführt; das Copolymer hatte ein M_w von 299.100 und ein M_w/M_n von 2,6 basierend auf zwei unabhängigen Messungen. Das Produkt ist ein Copolymer aus TCHMA und HEMA, das statistische Seitenketten von TMI enthält und hierin als TCHMA/HEMA-TMI (97/3-4,7% w/w) bezeichnet wird und zur Herstellung eines Organosols verwendet werden kann.
Ein 560-Gallonen-Reaktor mit einem Kondensator, einem Thermoelement, das mit einer digitalen Temperatursteuerung verbunden ist, einem Stickstoffeinlassrohr, das mit einer Quelle von trockenem Stickstoff verbunden ist, und einer Mischeinrichtung wurde mit einer Mischung aus 1.596,5 lb Norpar^TM12, 203 lb EMA, 98,6 lb der oben genannten Pfropf-Stabilisatormischung mit 25,7% Polymerfeststoffen und mit 2,28 lb V-601 beladen. Während des Rührens der Mischung wurde der Reaktor mit trockenem Stickstoff für 30 Minuten bei einer Durchflussrate von etwa 2 Litern/Minute gereinigt, woraufhin die Stickstoffdurchflussrate auf etwa 0,5 Liter/Minute reduziert wurde. Die Mischung wurde auf 70°C für 5 Stunden erwärmt. Der Umsatz war quantitativ.
Etwa 190 lb n-Heptan wurden dem gekühlten Organosol hinzugefügt, und die entstehende Mischung wurde in Bezug auf Rest-Monomer unter Verwendung eines Rotationsverdampfers, der mit einem Trockeneis/Aceton-Kondensator ausgerüstet war und bei einer Temperatur von 90°C und einem Vakuum von etwa 15 mm Hg betrieben wurde, abgereichert. Das abgereicherte Organosol wurde auf Raumtemperatur gekühlt, wodurch eine opake weiße Dispersion erzeugt wurde.
Dieses Gel-Organosol wird als TCHMA/HEMA-TMI/IEMA (97/3-4,7//100% w/w) bezeichnet. Der prozentuale Feststoffanteil der Organosol-Dispersion nach der Abreicherung wurde unter Verwendung des zuvor beschriebenen Halogen-Trocknungsverfahrens auf 12,5% bestimmt. Eine darauf folgende Bestimmung der durchschnittlichen Partikelgröße wurde unter Verwendung des zuvor beschriebenen Lichtstreu-Verfahrens durchgeführt; das Organosol hatte einen volumengemittelten Durchmesser von 13,8 μm.
Das Organosol wurde bei 5.000 Umdrehungen pro Minute für 1 Stunde zentrifugiert, und das Norpar^TM12 wurde entfernt. Das konzentrierte Organosol wurde bei Raumtemperatur unter einer Haube bei einer starken Luftzirkulation plattengetrocknet. Die Glasübergangstemperatur wurde unter Verwendung von DSC wie zuvor beschrieben gemessen. Die Organosol-Partikel hatten eine T_g von 62,7°C.
A2. Trockentoner durch VAIC-Pigmentbeschichten auf ein Organosol
Beispiel A2
Feste Binder-Partikel wurden unter Verwendung einer so genannten Vibrationally Assisted Interfacial Coating (VAIC)-Technik beschichtet, wie es allgemein zuvor beschrieben wurde. Die Beschichtungsprozedur war wie folgt: Prozedur:

1) Die nachfolgende Ladung wurde einem sauberen, dünnen, rechteckigen Aluminiumblech hinzugefügt: 81 g eines trockenen Organosol-Binders, 9 g eines schwarzen EK8200-Pigmentes und 200 g von 0,8-1,2 mm kristallisierten Glasperlen (Hi Bea Ceram C-20, 0,8-1,2 mm Durchmesser, Hv-Härte 880 Kgf/mm, spezifische Dichte 3,18 g/cm³ von Ohara Corp., New Jersey, USA). In dieser Situation wurde die gesamte Ladung vor der Fluidisierung hinzugegeben. Es sollte klar sein, dass die Zugabesequenz und die Zugabezeit relativ zu der Fluidisierung variiert werden kann.
2) Das Blech wurde auf den beiden Lautsprechern abgelegt. Es wurde keine Blechhalteklammer verwendet.
3) Die Frequenz und die Amplitude wurden ausgewählt, um bei visueller Inspektion das größte Fluidisierungsmaß des Materials und der Medien zu erzielen, ohne dass Material über die Seiten des Bleches verloren geht. Beachte: Es kann ein Deckel verwendet werden, der das Material daran hindert, von dem Blech zu entweichen. Die optimale Generatorfrequenz am Betriebspunkt betrug 34,5 Hz. Der Verstärker wurde auf maximale Ausgangsleistung eingestellt. Die Probe wurde alle 10-15 Minuten mit einem Spachtel gerührt, um den Toner neu zu verteilen, so dass der Toner den VAIC-Beschichterlautsprechern gleichmäßig ausgesetzt war.
4) Nach 2 Stunden kontinuierlichen Betriebs wurde die Probe gesiebt, um die Glasmedienperlen von dem beschichteten Tonermaterial zu entfernen, wobei ein 8-Inch-Durchmesser, Nr. 35, US-Standard Testsieb verwendet wurde (500 μm Nominalöffnung, 315 μm Nominaldrahtdurchmesser, erhältlich von VWR Scientific, USA).

Tabelle 1 fasst die Probenbedingungen zusammen. Tabelle 1, Probenbeschreibungen
A3. Bewertung der Tonerpartikel
i) Q/M durch Blow-Off-Tester
Die VAIC-beschichteten Proben, die im Beispiel A2 erzielt wurden (0,5 g pro Probe), wurden mit einem Trägerpulver gemischt (0,5 g, Canon, 3000-4000 Träger, K101, Typ TefV 150/250, Japan). Nach einem Mischen bei geringer Geschwindigkeit während einer Zeitdauer von 5, 15 und 30 Minuten wurden die 0,2 g des Toner/Träger-Entwicklers unter Verwendung eines Toshiba-Blow-Off-Testers analysiert, um die spezifische Ladung (in MikroCoulombs/Gramm) jedes Entwicklers zu ermitteln. Wenigstens drei solcher Messungen wurden durchgeführt, woraufhin ein mittlerer Wert und eine Standardabweichung ermittelt wurden. Die Daten wurden in Bezug auf die Qualität kontrolliert, und zwar wurde visuell beobachtet, dass fast der gesamte Toner während der Messung von dem Träger geblasen wurde. Ferner wurden Toner mit bekannten Ladungseigenschaften als Testkalibrationsstandard der Prozedur unterzogen.
ii) Tonerpartikelgröße
Die VAIC-beschichteten Proben, die im Beispiel A.2 erzielt wurden, wurden in destilliertem DDI (destilliertem und deionisiertem) Wasser verteilt, das 1% Aerosol OT enthielt (Dioctyl-natrium-sulfosuccinat, Natriumsalz, Fisher Scientific, Fairlawn, NJ). Die Tonerpartikelgröße wurde unter Verwendung eines so genannten Horiba LA-900-Laser-Diffraktions-Partikelgrößen-Analysators wie zuvor beschrieben gemessen. Tabelle 2, Trockentoner durch VAIC
B. Negativgeladene Tonerpartikel
Beispiel B1
Schritt 1. Pfropf-Stabilisatorpräparation
Ein 50-Gallonen-Reaktor mit einem Kondensator, einem Thermoelement, das mit eine digitalen Temperatursteuerung verbunden ist, einem Stickstoffeinlassrohr, das mit einer Quelle von trockenem Stickstoff verbunden ist, und einer Mischeinrichtung wurde mit einer Mischung aus 201,9 lb Norpar^TM12, 66,4 lb TCHMA, 2,10 lb von 98%-igem HEMA und 0,86 lb V-601 beladen. Während die Mischung gerührt wurde, wurde der Reaktor mit trockenem Stickstoff für 30 Minuten bei einer Durchflussrate von etwa 2 Litern/Minute gereinigt, und die Stickstoffdurchflussrate wurde daraufhin auf etwa 0,5 Liter/Minute reduziert. Die Mischung wurde auf 75°C für 4 Stunden erwärmt. Der Umsatz war quantitativ.
Die Mischung wurde auf 100°C erwärmt und bei dieser Temperatur für 1 Stunde gehalten, um Rest-V-601 zu zerstören, und dann wurde die Mischung auf 70°C zurückgekühlt. Das Stickstoffeinlassrohr wurde daraufhin entfernt, und der Mischung wurden 0,11 lb von 95%-igem DBTDL hinzugefügt, gefolgt von 3,23 lb TMI. Das TMI wurde tropfenweise über einen Zeitraum von etwa 5 Minuten zugeführt, während die Reaktionsmischung gemischt wurde. Die Mischung konnte bei 70°C für 2 Stunden reagieren, wobei nach dieser Zeitdauer der Umsatz quantitativ war.
Die Mischung wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt. Die gekühlte Mischung war eine Viskose, transparente Flüssigkeit, die keine sichtbaren unlöslichen Stoffe enthielt. Die prozentualen Feststoffanteile der flüssigen Mischung wurden auf 26,2% unter Verwendung des zuvor beschriebenen Halogen-Trocknungsverfahrens bestimmt. Anschließend wurde das Molekulargewicht unter Verwendung des zuvor beschriebenen GPC-Verfahrens ermittelt; das Copolymer hatte basierend auf zwei unabhängigen Messungen ein M_w von 251,300 und ein M_w/M_n von 2,8. Das Produkt ist ein Copolymer aus TCHMA und HEMA, das statistische Seitenketten von TMI aufweist und hierin als TCHMA/HEMA-TMI (97/3-4,7% w/w) bezeichnet wird und zur Herstellung eines Organosols verwendet werden kann.
Schritt 2. Organosol-Partikelpräparation
Ein 5-Liter-3-Hals-Rundkolben mit einem Kondensator, einem Thermoelement, das mit einer digitalen Temperatursteuereinrichtung verbunden ist, einem Stickstoffeinlassrohr, das mit einer Quelle von trockenem Stickstoff verbunden ist, und einer Überkopf-Rühreinrichtung wurde mit einer Mischung aus 2.573 g Norpar^TM12, 486,08 g Styrol (kommerziell erhältlich von Aldrich Chemical, Milwaukee, WI), 98,81 g n-Butylacrylat (kommerziell erhältlich von Aldrich Chemical, Milwaukee, WI), 35,09 g Methacrylsäure (kommerziell erhältlich von Aldrich Chemical, Milwaukee, WI), 296,86 g der zuvor präparierten Pfropf-Stabilisatormischung (26,2%) und 10,50 g AIBN beladen. Während die Mischung gerührt wurde, wurde der Reaktionsbehälter mit trockenem Stickstoff für 30 Minuten bei einer Durchflussrate von etwa 2 Litern/Minute gereinigt. Daraufhin wurde ein hohler Glasstopfen in das offene Ende des Kondensators eingesetzt, und die Stickstoffdurchflussrate wurde auf etwa 0,5 Liter/Minute reduziert. Die Mischung wurde auf 70°C unter Rühren erwärmt, die Mischung konnte bei 70°C für 16 Stunden polymerisieren. Der Umsatz war quantitativ.
Etwa 350 g n-Heptan wurde dem gekühlten Organosol zugefügt, und die auf diese Weise erzeugte Mischung wurde in Bezug auf Rest-Monomer unter Verwendung eines Rotationsverdampfers mit einem Trockeneis/Aceton-Kondensator, der bei einer Temperatur von 90°C betrieben wurde, und einem Vakuum von etwa 15 mm Hg abgereichert. Das abgereicherte Organosol wurde auf Raumtemperatur gekühlt, so dass ein opakes weißes Gel erzeugt wurde.
Die Partikel konnten sich absetzen, und die Mischung aus Ethylalkohol und Wasser wurde entfernt, und die Konzentration wurde bei Raumtemperatur unter einer Haube mit einer hohen Luftzirkulation plattengetrocknet. Der prozentuale Feststoffanteil dieser nicht-gelförmigen Organosol-Dispersion wurde auf 18% bestimmt. Anschließend wurde die durchschnittliche Partikelgröße des getrockneten Polymers unter Verwendung des Horiba 920-Laser-Lichtstreu-Partikelgrößen-Analysators (Horiba Instruments, Inc., Irvine, Calif.) ermittelt, was eine volumengemittelte Partikelgröße von 10,3 μm ergab. Die Glasübergangstemperatur wurde unter Verwendung des zuvor beschriebenen DSC gemessen. Die Partikel hatten eine T_g von 68,54°C.
Schritt 3. Trockentoner durch VAIC-Pigmentbeschichten auf Organosol-Partikel
Feste Binderpartikel wurden unter Verwendung eines so genannten Vibration Assisted Interfacial Coating ("VAIC")-Verfahrens, das allgemein zuvor beschrieben wurde, beschichtet. Die Beschichtungsprozedur entsprach derjenigen, die unter Bezugnahme auf den Versuchsabschnitt A2 bereits beschrieben wurde, mit der Ausnahme, dass etwa eine Mischung von 40 Gramm getrockneter Polymerpartikel und 5 Gramm eines Pigmentes mit etwa 50 Gramm von 0,8-1,2 mm kristallisierter Glasperlen gemischt wurde (wie beispielsweise Hi Bea Ceram C-20, 0,8-1,2 mm Durchmesser, Hv-Härte von 880 Kgf/mm, spezifische Dichte 3,18 g/cm³, erhältlich von Ohara Corp. New Jersey, USA), und in die saubere, dünne, rechteckige Aluminiumschale gegeben wurden.
BEISPIEL B2
Die getrockneten Polymerpartikel, die in Beispiel B1 erzielt wurden, wurden mit einem Carbon-Black-Pigment (Mogul L, Cabot Corporation, Billerica, MA) und einem Ladungssteuermittel (Hostacopy N4P N203 VP2655, erhältlich von Clariant Corp., Coventry, RI) wie zuvor beschrieben kombiniert. Tabelle 3 fasst die für das VAIC-Beschichten präparierten Proben zusammen. Tabelle 3, Probenbeschreibungen
Die Probe 2 wurde erzeugt, indem 40,5 g des getrockneten Polymers, das in Schritt 3 des Beispiels B1 erzielt wurde, 4,5 g des schwarzen Pigmentes und 200 g der kristallisierten Glasmedienperlen in einer sauberen, dünnen, rechteckigen Aluminiumschale kombiniert wurden. In diesem Zustand wurde die gesamte Ladung vor dem VAIC-Beschichten hinzugefügt. Es sollte klar sein, dass die Zugabesequenz und die Zugabezeit relativ zu der Fluidisierung variiert werden können.
Die Probe 3 wurde präpariert, indem 40,5 g des getrockneten Polymers, das im Schritt 3 des Beispiels B1 erzielt wurde, 4,5 g des schwarzen Pigmentes, 0,5 g des Ladungssteuermittels und 200 g der kristallisierten Glasmedienperlen in einer sauberen, dünnen, rechteckigen Aluminiumpfanne kombiniert wurden. In diesem Zustand wurde die gesamte Ladung vor dem VAIC-Beschichten zugegeben. Es sollte klar sein, dass die Zugabesequenz und die Zugabezeit relativ zu der Fluidisierung variiert werden können.
B3. Bewertung der Tonerpartikel
1. Q/M durch Blow-Off-Tester
Die 2 VAIC-beschichteten Proben, die im Beispiel 62 erzielt wurden, wurden (0,5 g pro Probe) mit einem Trägerpulver (9,5 g, Canon 3000-4000 Träger, K101, Typ TefV 150/250, Japan) gemischt. Nach einem langsamen Mischen während einer Zeitdauer von 5, 15 und 30 Minuten wurden 0,2 g des Toner/Träger-Entwicklers unter Verwendung eines Toshiba-Blow-Off-Tester analysiert, um die spezifische Ladung (in MikroCou lombs/Gramm) jedes Entwicklers zu ermitteln. Wenigstens drei solcher Messungen wurden durchgeführt, und es wurden ein mittlerer Wert und eine Standardabweichung ermittelt. Die Daten wurden in Bezug auf Qualität kontrolliert, und zwar wurde visuell festgestellt, dass nahezu der gesamte Toner während der Messung von dem Träger geblasen wurde. Die Toner mit bekannten Ladungseigenschaften wurden als Testkalibrationsstandards ebenfalls dieser Behandlung unterzogen.
2. Tonerpartikelgröße
Die VAIC-beschichteten Proben, die im Beispiel B2 erzielt wurden, wurden in Norpar^TM12 dispergiert, das 1% Aerosol OT enthielt (Dioctyl-natrium-sulfosuccinat, Natriumsalz, Fisher Scientific, Fairlawn, NJ). Die Tonerpartikelgröße wurde unter Verwendung eines Horiba LA-900-Laser-Diffraktions-Partikelgrößen-Analysierers wie zuvor beschrieben gemessen.
Die Tonerpartikelgröße und die Ladungs(Q/M)werte wurden für jedes Material bestimmt, was in Tabelle 4 aufgeführt ist.
Tabelle 4, Trockener Toner durch VAIC
Sämtliche Patente, Patentdruckschriften und Veröffentlichungen, die hierin zitiert wurden, sind durch den Querverweis so aufgenommen, als wären sie einzeln aufgenommen. Wenn es nicht anders gekennzeichnet ist, beziehen sich sämtliche Teile und Prozentangaben auf die Masse, und sämtliche Molekulargewichte sind Gewichtsdurch schnitt-Molekulargewichte. Die vorhergehende genaue Beschreibung dient lediglich dem besseren Verständnis. Es sollen keine unnötigen Einschränkungen aus dieser abgeleitet werden. Die Erfindung ist nicht auf die genauen Einzelheiten beschränkt, die zuvor gezeigt und beschrieben wurden, sondern es sind auch Variationen innerhalb des durch die beiliegenden Ansprüche definierten Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, die für Fachleute offensichtlich sind.
Obwohl einige bevorzugte Ausführungsformen zuvor gezeigt und beschrieben wurden, sollte Fachleuten klar sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
Die Aufmerksamkeit wird auf sämtliche Unterlagen und Druckschriften gerichtet, die zeitgleich oder vor dieser Beschreibung in Verbindung mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurden und die mit dieser Beschreibung der Öffentlichkeit zugänglich sind, und die Inhalte sämtlicher dieser Unterlagen und Dokumente sind durch den Querverweis hierin aufgenommen.
Sämtliche der in dieser Beschreibung offenbarten Merkmale (einschließlich der beiliegenden Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) und/oder sämtliche der offenbarten Verfahrens- oder Prozessschritte können in jeder Kombination miteinander kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen sich einige der Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen.
Sämtliche der in dieser Beschreibung offenbarten Merkmale (einschließlich der beiliegenden Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) können durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem entsprechenden Merkmal gleichen, einem äquivalenten oder ähnlichen Zweck dienen, außer es wird auf das Gegenteil explizit hingewiesen. Wenn nicht explizit auf das Gegenteil hingewiesen wird, ist jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel einer gattungsgemäßen Reihe von äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der zuvor beschriebenen Ausführungsform bzw. Ausführungsformen beschränkt. Die Erfindung erstreckt sich auf jedes neue Merk mal oder auf jede neue Kombination von Merkmalen, die in dieser Beschreibung offenbart sind (einschließlich der beiliegenden Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen), oder auf jeden neuen Schritt oder auf jede neue Kombination von Schritten eines hierin beschriebenen Verfahrens oder Prozesses.

Claims

Verfahren zum Anhaften eines Beschichtungsmaterials an einem Host-Partikel, das die Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Beschichtungsmaterial enthaltenden Gemisches und von Host-Partikeln in einem Beschichtungsbehälter, und b) Ausüben einer Vibrationskraft auf den das Gemisch enthaltenden Beschichtungsbehälter in einem Maße, das ausreicht, um das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel dazu zu bringen, mit ausreichender Kraft zu kollidieren, um das Beschichtungsmaterial an der Oberfläche des Host-Partikels anzuhaften, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierenden beschichteten Partikel Toner-Partikel sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem auf den Beschichtungsbehälter eine ausreichende Vibrationskraft ausgeübt wird, um das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel zu verflüssigen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Energie bei einer Rate auf das Gemisch ausgeübt wird, die geringer als etwa 0,1 Watt pro Gramm des Gemisches ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Energie bei einer Rate auf das Gemisch ausgeübt wird, die geringer als etwa 0,025 Watt pro Gramm des Gemisches ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vibrationskraft durch eine Vorrichtung ausgeübt wird, die in Bezug auf die Frequenz modulierbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vibrationskraft durch eine Vorrichtung ausgeübt wird, die in Bezug auf die Amplitude modulierbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vibrationskraft durch eine Vorrichtung ausgeübt wird, die sowohl in Bezug auf die Frequenz als auch auf die Amplitude modulierbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vibrationskraft durch mechanische Verlagerung des Beschichtungsbehälters ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Vibrationskraft durch einen physikalischen Aufprall eines Schlagmechanismus' auf den Beschichtungsbehälter ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vibrationskraft akustisch ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gemisch ferner zusätzliche Kollisionsmedien aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die zusätzlichen Kollisionsmedien eine Dichte von mehr als 2 g/m² aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel eine Dichte von weniger als etwa 2 g/cm³ aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die zusätzlichen Kollisionsmedien einen Rockwell-C-Skalen-Härtewert von mehr als etwa 40 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Beschichtungsmaterial und die Host-Partikel einen Rockwell-C-Skalen-Härtewert von mehr als etwa 50 aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die zusätzlichen Kollisionsmedien von dem Gemisch entfernt werden, nachdem das Beschichtungsmaterial an der Oberfläche der Host-Partikel anhaftet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Host-Partikel eine Moh's-Härte von weniger als etwa 4 aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Host-Partikel polymerische Bindepartikel sind.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die polymerischen Binderpartikel eine T_g an der Oberfläche der Partikel von weniger als etwa 50°C aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die polymerischen Binderpartikel aus zufälligen Polymeren ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die polymerischen Binderpartikel aus einem polymerischen Binder ausgebildet sind, der wenigstens ein amphypatisches Pfropf-Copolymer mit einem oder mehreren S-Materialbereichen und einem oder mehreren D-Materialbereichen aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gewichtsverhältnis des Host-Partikels zum Beschichtungsmaterial, das auf den Host-Partikel in dem resultierenden beschichteten Partikel beschichtet ist, 50:1 bis 1:1 beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem das Gewichtsverhältnis des Host-Partikeis zum Beschichtungsmaterial, das auf den Host-Partikel in dem resultierenden beschichteten Partikel beschichtet ist, 20:1 bis 5:1 beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gemisch im Wesentlichen kein magnetisches Material aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Beschichtungsmaterial wenigstens ein visuell verbesserndes Additiv aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Beschichtungsmaterial wenigstens ein Ladungssteuermittel oder einen Ladungsrichter aufweist.