СВЕРХЛЕГКОПЛАВКИЙ ТОНЕР ИЗ ИМЕЮЩИХ СЕРДЦЕВИНУ И ОБОЛОЧКУ ЧАСТИЦ
EXTRA FUSIBLE TONER, HAVING CORE AND PARTICLES SHELL

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к тонерам, более точно к способам агрегации и коалесценции эмульсии, а также к композициям тонеров, изготавливаемых такими способами, и способам проявления с использованием таких тонеров.
Уровень техники
Хорошо известны способы агрегации/коалесценции эмульсии с целью изготовления тонеров.
В ряде электрофотографических средств и способов проявленные тонером изображения могут наноситься на подложки. Затем тонеры могут закрепляться на подложке путем нагревания тонера контактным или бесконтактным термофиксатором, и в результате переноса тепла происходит плавление тонера на подложке. При добавлении кристаллической смолы в тонер, содержащий только аморфные смолы, ускоряется плавление тонера и в целом снижается температура термического закрепления. Соответственно, тонеры, содержащие как аморфные, так и кристаллические смолы, обеспечивают энергосберегающую печать за счет низкого расхода электроэнергии термофиксатором по сравнению с тонерами, содержащими исключительно аморфные смолы. В соответствии с изобретением пластифицирующее действие кристаллической смолы предположительно происходит только при ее включении в аморфную смолу во время термического закрепления.
Частицы тонера, содержащие кристаллическую смолу, обычно содержат от около 5 до 20% кристаллической смолы. Дальнейшее увеличение содержания кристаллической смолы обычно приводит к соответствующему снижению температуры термического закрепления. Тем не менее в результате увеличения количества кристаллической смолы может снижаться способность поддерживать заряд способность и восприимчивость к относительной влажности. По существу, низкая способность поддерживать заряд и/или низкий заряд тонера, в особенности, во влажной среде может наблюдаться у частиц тонера, содержащих более около 15% кристаллической смолы, что объясняется низким удельным сопротивлением кристаллической смолы в частицах тонера. Таким образом, снижение MFT у частиц тонера путем дополнительного увеличения количества содержащейся в них кристаллической смолы может приводить к резкому снижению способности частиц тонера поддерживать заряд и/или заряда тонера.
Даже при формировании оболочки из аморфной смолы вокруг содержащей кристаллическую смолу сердцевины часть кристаллической смолы может проникать в оболочку или на поверхность частиц тонера в случае увеличения содержания кристаллической смолы. Кроме того, во время коалесценции частиц тонера может происходить диффузия или улучшаться совместимость кристаллического компонента со смолой оболочки. Таким образом, частицы тонера, имеющие структуру из сердцевины и оболочки, тем не менее могут содержать кристаллическую смолу на поверхности. В результате из-за низкого удельного сопротивления кристаллической смолы в оболочке или на поверхности частиц тонера они по-прежнему могут обладать низкой способностью поддерживать заряд и/или иметь низкий заряд, как описано выше.
Таким образом, существует потребность в способах включения большего количества кристаллической смолы в частицы тонера с одновременным преодолением недостатков, связанных с включением значительных количеств кристаллической смолы.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предложены частицы тонера, имеющие оболочку и сердцевину. Сердцевина может содержать кристаллическую смолу в количестве от около 10% до около 35% по весу частиц тонера. Вес оболочки может составлять от около 45% до около 70% по весу частиц тонера. В настоящем изобретении также предложен способ формирования изображения с использованием упомянутых частиц тонера.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показаны графики зависимости площади перегиба от температуры термического закрепления у описанных в примерах тонеров,
на фиг.2 показаны графики зависимости блеска от температуры термического закрепления у описанных в примерах тонеров.
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предложены частицы тонера, имеющие сердцевину и оболочку, при этом сердцевина содержит кристаллическую смолу и необязательно аморфную смолу, а оболочка содержит аморфную смолу. В сердцевине увеличено количество кристаллической смолы по сравнению с традиционными тонерами с целью обеспечения более низкой температуры термического закрепления, чем у традиционных тонеров. Кроме того, увеличена толщина оболочки, чтобы не позволять увеличенному количеству кристаллической смолы достигать поверхности частиц тонера. Оболочка или по меньшей мере наружная поверхность оболочки частиц тонера может преимущественно или вообще не содержать кристаллической смолы и может инкапсулировать сердцевину. Иными словами, кристаллическая смола остается преимущественно или полностью в сердцевине частиц тонера.
В настоящем изобретении также предложен способ получения частиц тонера, включающий использование частиц тонера, имеющих сердцевину, которая содержит кристаллическую смолу и необязательно аморфную смолу, и оболочку, которая содержит аморфную смолу, при этом оболочка частиц инкапсулирует сердцевину частиц тонера и может преимущественно или вообще не содержать кристаллической смолы. Пластифицирующее действие может происходить в частицах тонера согласно настоящему изобретению даже в том случае, когда оболочка частиц тонера содержит только аморфную смолу и вообще не содержит кристаллической смолы.
Способы согласно настоящему изобретению могут включать агрегирование частиц, таких как частицы, содержащие кристаллические и аморфные полимерные смолы, такие как сложные полиэфиры, необязательно воск и необязательно красящее вещество в присутствии коагулянта.
Тонер, полученный с использованием описанных в изобретении способов и композиций, обеспечивает ряд преимуществ. Например, частицы тонера согласно настоящему изобретению могут иметь минимальную температуру термического закрепления для приемлемой стойкости к перегибу от около 80°С до около 140°С или от около 100°С до около 120°С или от около 105°С до около 115°С. Соответственно, минимальная температура термического закрепления может быть снижена на около 10-30°С по сравнению с к контрольными тонерами, изготовленными без использования композиций и способов согласно настоящему изобретению. Кроме того, частицы тонера согласно настоящему изобретению обеспечивают сравнимые с контрольными тонерами ксерографические характеристики, такие как способность поддерживать заряд.
В вариантах осуществления частицы тонера согласно настоящему изобретению имеют увеличенное содержание оболочки при сохранении желаемых свойств термического закрепления, легкоплавкости и зарядки.
Тонеры согласно настоящему изобретению могут содержать любую смолу, применимую для использования при получении тонера. Такие смолы в свою очередь могут быть получены из любого применимого мономера. Применимые мономеры, которые могут использоваться при получении смолы, включают без ограничения акрилонитрилы, диолы, двухосновные кислоты, диамины, сложные диэфиры, диизоцианаты, их сочетания и т.п. Любой применяемый мономер может быть выбран в зависимости от конкретного полимера, который должен использоваться.
В вариантах осуществления полимером, используемым для получения смолы, может являться полиэфирная смола. Применимые полиэфирные смолы включают, например, сульфированные, несульфированные, кристаллические, аморфные смолы, их сочетания, и т.п. Полиэфирные смолы могут представлять собой линейные, разветвленные смолы, их сочетания и т.п. В вариантах осуществления полиэфирные смолы могут включать смолы, описанные в патентах US 6593049 и 6756176. Применимые смолы также могут включать смесь аморфной полиэфирной смолы и кристаллической полиэфирной смолы, как описано в патенте US 6830860.
Для получения тонера может использоваться одна, две или более смол. В вариантах осуществления, в которых используется две или более смол, смолы могут использоваться в любом применимом соотношении (например, по весу), таком как, например, от около 1% (первой смолы)/99% (второй смолы) до около 99% (первой смолы)/1% (второй смолы), в вариантах осуществления от около 10% (первой смолы)/90% (второй смолы) до около 90% (первой смолы)/10% (второй смолы).
В вариантах осуществления применимый тонер согласно настоящему изобретению может содержать одну или несколько аморфных полиэфирных смол и кристаллическую полиэфирную смолу. Смолы могут использоваться в весовом соотношении от около 98% аморфных смол/2% кристаллической смолы до около 70% аморфных смол/30% кристаллической смолы, в вариантах осуществления от около 90% аморфных смол/10% кристаллической смолы до около 85% аморфных смол/25% кристаллической смолы.
Смолы могут быть получены методами агрегации эмульсии. За счет применения таких методов смола находится в виде эмульсия, которая затем может быть соединена с другими компонентами и добавками с целью изготовления тонера согласно настоящему изобретению.
Смолы могут содержаться в количестве от около 65 до около 95% по весу или от около 70 до около 90% по весу или от около 75 до около 85% по весу частиц тонера (то есть частиц тонера без посторонних добавок) в пересчете на твердое вещество. Соотношение кристаллической смолы и аморфной смолы может составлять от около 1:99 до около 40:60, например от около 5:95 до около 35:65, от около 10:90 до 30:70, от около 15:75 до около 30:70, от 20:80 до около 25:75, от около 25:75 до около 30:70.
Кристаллической смолой может являться полиэфирная смола, полученная путем введения диола в реакцию с двухосновной кислотой или сложным диэфиром в присутствии необязательного катализатора. Органические диолы, применимые для получения кристаллического сложного полиэфира, включают алифатические диолы, имеющие от около 2 до около 36 атомов углерода, такие как 1,2-этандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,8-октандиол, 1,9-нонандиол, 1,10-декандиол, 1,12-додекандиол, этиленгликоль, их сочетания и т.п. Алифатический диол может быть выбран, например, в количестве от около 40 до около 60 молярных процентов, в вариантах осуществления от около 42 до около 55 молярных процентов или от около 45 до около 53 молярных процентов смолы. Примеры органических двухосновных кислот или сложных диэфиров, выбранных для получения кристаллических смол, включают щавелевую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, пробковую кислоту, азелаиновую кислоту, фумаровую кислоту, малеиновую кислоту, додекандикарбоновую кислоту, себациновую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, нафталин-2,7-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, малоновую кислоту и мезаконовую кислоту, их сложный диэфир или ангидрид и их сочетания. Органическая двухосновная кислота может быть выбрана в количестве, например, от около 40 до около 60 молярных процентов, в вариантах осуществления от около 42 до около 55 молярных процентов, например от около 45 до около 53 молярных процентов.
Примеры кристаллических смол включают сложные полиэфиры, полиамиды, полиимиды, полиолефины, полиэтилен, полибутилен, полиизобутират, сополимеры этилена и пропилена, сополимеры этилена и винилацетата, полипропилен, их смеси и т.п. Конкретные кристаллические смолы могут иметь основу из сложного полиэфира, такого как поли(этиленадипат), поли(пропиленадипат), поли(бутиленадипат), поли(пентиленадипат), поли(гексиленадипат), поли(октиленадипат), поли(этиленсукцинат), поли(пропиленсукцинат), поли(бутиленсукцинат), поли(пентиленсукцинат), поли(гексиленсукцинат), поли(октиленсукцинат), поли(этиленсебацинат), поли(пропиленсебацинат), поли(бутиленсебацинат), поли(пентиленсебацинат), поли(гексиленсебацинат), поли(октиленсебацинат), щелочной сополи(5-сульфоизофталоил)-сополи(этиленадипат), поли(дециленсебацинат), поли(децилендеканоат), поли(этилендеканоат), поли(этилендодеканоат), поли(нониленсебацинат), поли(нонилендеканоат), поли(нонилендодеканоат) сополи(этиленфумарат)-сополи(этиленсебацинат), сополи(этиленфумарат)-сополи(этилендеканоат), сополи(этиленфумарат)-сополи(этилендодеканоат) и их сочетания.
Количество кристаллической смолы в сердцевине частиц тонера может составлять от около 10% до около 35% по весу частиц тонера, например, от около 12% до около 30% или от около 15% до около 25% по весу частиц тонера. Кристаллическая смола может иметь различные температуры плавления, например, от около 30°С до около 120°С, в вариантах осуществления от около 50°С до около 90°С. Кристаллическая смола может иметь среднечисловую молекулярную массу (Mn), определенную методом гель-проникающей хроматографии (GPC), например, от около 1000 до около 50000, в вариантах осуществления от около 2000 до около 25000, и среднемассовую молекулярную массу (Mw), например, от около 2000 до около 100000, в вариантах осуществления от около 3000 до около 80000, определенную методом гель-проникающей хроматографии с использованием стандартов на полистирол. Кристаллическая смола может иметь молекулярно-массовое распределение (Mw/Mn), например, от около 2 до около 6, в вариантах осуществления от около 3 до около 4.
Катализаторы поликонденсации, которые могут использоваться для получения кристаллических сложных полиэфиров, включают тетраалкилтитанаты, окиси диалкилолова, такие как окись дибутилолова, тетраалкилолово, такое как дибутилоловодилаурат, и гидроксиды окиси диалкилолова, такие как гидроксид окиси бутилолова, алкоксиды алюминия, алкилцинк, диалкилцинк, окись цинка, окись олова или их сочетания. Такие катализаторы могут использоваться в количествах, например, от около 0,01 молярного процента до около 5 молярных процентов в пересчете на исходную двухосновную кислоту или сложный диэфир, использованный для получения полиэфирной смолы.
Применимые кристаллические смолы включают смолы, описанные в публикации патентной заявки US 2006/0222991. В вариантах осуществления применимая кристаллическая смола может состоять из этиленгликоля и смеси сомономеров додекандикарбоновой кислоты и фумаровой кислоты со следующей формулой:
в которой b имеет величину от около 5 до около 2000, такую как от около 7 до около 1750, в вариантах осуществления от около 10 до около 1500; a d имеет величину от около 5 до около 2000, такую как от около 7 до около 1750, в вариантах осуществления от около 10 до около 1500.
В вариантах осуществления применимая кристаллическая смола, используемая в тонере согласно настоящему изобретению, может иметь среднемассовую молекулярную массу от около 10000 до около 100000, такую как от около 12000 до около 75000, в вариантах осуществления от около 15000 до около 30000.
Аморфной смолой также может являться полиэфирная смола, получаемая путем введения диола в реакцию с двухосновной кислотой или сложным диэфиром в присутствии необязательного катализатора. Применимые катализаторы включают описанные выше катализаторы поликонденсации.
Примеры двухосновных кислот или сложных диэфиров, выбранных для получения аморфных сложных полиэфиров, включают дикарбоновые кислоты или сложные диэфиры, такие как терефталевая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, янтарная кислота, итаконовая кислота, янтарная кислота, янтарный ангидрид, додецилянтарная кислота, додецилянтарный ангидрид, додеценилянтарная кислота, додеценилянтарный ангидрид, глутаровая кислота, глутаровый ангидрид, адипиновая кислота, пимелиновая кислота, пробковая кислота, азелаиновая кислота, двухосновная додекановая кислота, диметилтерефталат, диэтилтерефталат, диметилизофталат, диэтилизофталат, диметилфталат, фталевый ангидрид, диэтилфталат, диметилсукцинат, диметилфумарат, диметилмалеат, диметилглутарат, диметиладипат, диметилдодецилсукцинат и их сочетания. Органическая двухосновная кислота или сложный диэфир может содержаться, например, в количестве от около 40 до около 60 молярных процентов смолы, в вариантах осуществления от около 42 до около 55 молярных процентов смолы, в вариантах осуществления от около 45 до около 53 молярных процентов смолы.
Примеры диолов, используемых для получения аморфного сложного полиэфира, включают 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, 1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, пентандиол, гександиол, 2,2-диметилпропандиол, 2,2,3-триметилгександиол, гептандиол, додекандиол, бис(гидроксиэтил)-бисфенол А, бис(2-гидроксипропил)-бисфенол А, 1,4-циклогександиметанол, 1,3-циклогександиметанол, ксилолдиметанол, циклогександиол, диэтиленгликоль, бис(2-гидроксиэтил)оксид, дипропиленгликоль, дибутилен и их сочетания. Количество выбранного органического диола может изменяться и составлять, например, от около 40 до около 60 молярных процентов смолы, в вариантах осуществления от около 42 до около 55 молярных процентов смолы, в вариантах осуществления от около 45 до около 53 молярных процентов смолы.
В вариантах осуществления применимые аморфные смолы включают сложные полиэфиры, полиамиды, полиимиды, полиолефины, полиэтилен, полибутилен, полиизобутират, сополимеры этилена и пропилена, сополимеры этилена и винилацетата, полипропилен, их сочетания и т.п. Примеры аморфных смол, которые могут использоваться, включают щелочные сульфированные полиэфирные смолы, разветвленные щелочные сульфированные полиэфирные смолы, щелочные сульфированные полиимидные смолы и разветвленные щелочные сульфированные полиимидные смолы. В вариантах осуществления могут использоваться щелочные сульфированные полиэфирные смолы, такие как металлические или щелочнометаллические соли сополи(этилен-терефталат)-сополи(этилен-5-сульфо-изофталата), сополи(пропилен-терефталат)-сополи(пропилен-5-сульфо-изофталата), сополи(диэтилен-терефталат)-сополи(диэтилен-5-сульфо-изофталата), сополи(пропилен-диэтилен-терефталат)-сополи(пропилен-диэтилен-5-сульфоизофталата), сополи(пропилен-бутилен-терефталат)-сополи(пропилен-бутилен-5-сульфо-изофталата) и сополи(пропоксилированного бисфенол-А-фумарат)-сополи(пропоксилированногобисфенол-А-5-сульфо-изофталата). В вариантах осуществления в качестве смолы может использоваться ненасыщенная аморфная полиэфирная смола. Примеры таких смол включают смолы, описанные в патенте US 6063827. Примеры ненасыщенных аморфных полиэфирных смол включают без ограничения поли(пропоксилированный бисфенол-софумарат), поли(этоксилированный бисфенол-софумарат), поли(бутоксилированный бисфенол-софумарат), поли(сопропоксилированный бисфенол-соэтоксилированный бисфенол-софумарат), поли(1,2-пропилен фумарат), поли(пропоксилированный бисфенол-сомалеат), поли(этоксилированный бисфенол-сомалеат), поли(бутоксилированный бисфенол-сомалеат), поли(сопропоксилированный бисфенол-соэтоксилированный бисфенол-сомалеат), поли(1,2-пропиленмалеат), поли(пропоксилированный бисфенол-соитаконат), поли(этоксилированный бисфенол-соитаконат), поли(полибутоксилированный бисфенол-соитаконат), поли(сопропоксилированный бисфенол-соэтоксилированный бисфенол-соитаконат), поли(1,2-пропиленитаконат) и их сочетания. В вариантах осуществления аморфная смола, используемая в сердцевине, может являться линейной.
В вариантах осуществления применимой аморфной полиэфирной смолой может являться поли(пропоксилированная бисфенол-А-софумаратная) смола, имеющая следующую формулу
в которой m может иметь величину от около 5 до около 1000, такую как от около 7 до около 750, в вариантах осуществления от около 10 до около 500. Примеры таких смол и способов их получения описаны, в том числе, в патенте US 6063827.
Один из примеров линейной пропоксилированной бисфенол-А-фумаратной смолы, которая может использоваться, является смола, производимая под торговым наименованием SPARII компанией Resana S/A Industrias Quimicas (Сан-Паулу, Бразилия). Другие пропоксилированные бисфенол-А-фумаратные смолы, которые могут использоваться и предлагаются на рынке, включают GTUF и FPESL-2 производства компании Као Corporation (Япония), ХР777 производства компании Reichhold, Research Triangle Park (Северная Каролина, США) и т.п.
В вариантах осуществления аморфная смола, используемая в тонере согласно настоящему изобретению, может иметь среднемассовую молекулярную массу от около 10000 до около 100000, такую как от около 12000 до около 75000, в вариантах осуществления от около 15000 до около 30000.
Для получения композиций тонера могу использоваться смолы описанных выше эмульсий, в вариантах осуществления аморфная полиэфирная смола кристаллическая полиэфирная смола. Такие композиции тонера могут содержать необязательные красящие вещества, воски и другие добавки. Тонеры могут быть получены любым способом в пределах компетенции специалистов в данной области техники, включая без ограничения способы агрегации эмульсии.
В вариантах осуществления красящие вещества, воски и другие добавки, используемые для получения композиций тонера, могут находиться в виде дисперсий, содержащих поверхностно-активные вещества. Кроме того, частицы тонера могут быть получены способами агрегации эмульсии, в которых смолу и другие компоненты тонера помещают в одно или несколько поверхностно-активных веществ, получают эмульсию, агрегируют, коалесцируют, необязательно промывают и сушат и извлекают частицы тонера.
Может использоваться одно, два или более поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества могут выбираться из ионных поверхностно-активных веществ и неионных поверхностно-активных веществ. Анионные поверхностно-активные вещества и катионнные поверхностно-активные вещества подпадают под определение "ионные поверхностно-активные вещества". В вариантах осуществления поверхностно-активное вещество может использоваться в количестве от около 0,01% до около 5% по весу композиции тонера, например от около 0,75% до около 4% по весу композиции тонера, в вариантах осуществления от около 1% до около 3% по весу композиции тонера.
В качестве добавляемого красящего вещества в тонер могут включаться различные применимые красящие вещества, такие как красители, пигменты, смеси красителей, смеси пигментов, смеси красителей и пигментов и т.п. Красящее вещество может включаться в тонер в количестве, например, от около 0,1 до около 35% по весу тонера или от около 1 до около 15% по весу тонера или от около 3 до около 10% по весу тонера.
Помимо полимерной связующей смолы тонеры согласно настоящему изобретению также необязательно содержат воск, который может представлять собой воск одного вида или смесь двух или более восков различных видов.
Воск также необязательно может сочетаться со смолами при формировании частиц тонера. Воск, если он включен, может содержаться в количестве, например, от около 1% по весу до около 25% по весу частиц тонера или от около 2% по весу до около 25% по весу или от около 5% по весу до около 20% по весу частиц тонера.
Частицы тонера могут быть получены любым способом в пределах компетенции специалистов в данной области техники. Может использоваться любой способ получения частиц тонера, включая химические процессы, такие как суспендирование и инкапсуляция, описанные в патентах US 5290654 и 5302486. В вариантах осуществления композиции и частицы тонера могут быть получены способами агрегации и коалесценции, в ходе которых мелкие частицы смолы агрегируют с целью получения частиц тонера соответствующего размера, а затем коалесцируют с целью придания частицам тонера окончательной формы и морфологии.
В вариантах осуществления композиции тонера могут быть получены способами агрегации эмульсии, такими как способ, включающий агрегацию смеси необязательного воска и любых других желательных или требуемых добавок и эмульсий, содержащих описанные выше смолы, необязательно в описанных выше поверхностно-активных веществах, а затем коалесценцию агрегированной смеси. Смесь может быть получена путем добавления необязательного воска или других веществ, которые также могут необязательно находиться в виде дисперсии(-й), содержащей поверхностно-активное вещество, в эмульсию, которой может являться смесь двух или более эмульсий, содержащих смолы.
После получения описанной смеси в нее может быть добавлен агрегатор. Для получения тонера может использоваться любой применимый агрегатор. В вариантах осуществления агрегатор может добавляться в смесь при температуре ниже температуры стеклования (Tg) смолы.
Агрегатор может добавляться в смесь, используемую для получения тонера, в количестве, например, от около 0,1% до около 8% по весу, в вариантах осуществления от около 0,2% до около 5% по весу, в других вариантах осуществления от около 0,5% до около 5% по весу смолы, хотя его количества могут выходить за пределы этих интервалов. Тем самым обеспечивается достаточное количество агрегатора.
3+
3+
Блеск тонера может зависеть от количества удерживаемых частицами ионов металла, таких как Al. Количество удерживаемых ионов металла может дополнительно регулироваться путем таких веществ, как EDTA. В вариантах осуществления количество сшивающего агента, например Al, удерживаемого частицами тонера согласно настоящему изобретению, может составлять от около 0,1 част./сто до около 1 част./сто, в вариантах осуществления от около 0,25 част./сто до около 0,8 част./сто, в вариантах осуществления около 0,5 част./сто.
С целью регулирования агрегации и коалесценции частиц в вариантах осуществления агрегатор может добавляться в смесь дозами с течением времени. Например, агрегатор может добавляться в смесь дозами в течение от около 5 до около 240 минут, в вариантах осуществления от около 30 до около 200 минут, хотя по желанию или необходимости может использоваться большее или меньшее время. Добавление агрегатора может также осуществляться в условиях перемешивания смеси, в вариантах осуществления со скоростью от около 50 об/мин до около 1000 об/мин, в других вариантах осуществления от около 100 об/мин до около 500 об/мин и при температуре ниже температуры стеклования смолы, как описано выше, в вариантах осуществления от около 30°С до около 90°С, в вариантах осуществления от около 35°С до около 70°С. Агрегация частиц может продолжаться, пока не будут получены частицы заданного желаемого размера. Таким образом, агрегация может осуществляться путем поддержания повышенной температуры или медленного повышения температуры, например, до от около 40°С до около 100°С и выдерживания смеси при этой температуре в течение от около 0,5 часа до около 6 часов, в вариантах осуществления от около 1 часа до около 5 часов с одновременным перемешиванием с целью получения агрегированных частиц. После достижения заданного желаемого размера частиц процесс роста прекращают. В вариантах осуществления заданный желаемый размер частиц находится в пределах упомянутого выше интервала размера частиц тонера.
Рост и формирование частиц после добавления агрегатора могут осуществляться в любых применимых условиях. Например, рост и формирование могут осуществляться в условиях, в которых агрегация происходит отдельно от коалесценции. В случае раздельных стадий агрегации коалесценции процесс агрегации может осуществляться в условиях сдвига при повышенной температуре, например от около 40°С до около 90°С, в вариантах осуществления от около 45°С до около 80°С, которая может быть ниже температуры стеклования смолы, как описано выше.
В вариантах осуществления на сформированные агрегированные частицы тонера наносят оболочку. В качестве смолы оболочки может использоваться любая описанная выше аморфная смола, применимая в качестве смолы сердцевины. Смола оболочки может наноситься на агрегированные частицы любым способом в пределах компетенции специалистов в данной области техники. В вариантах осуществления смолой оболочки может являться эмульсия, содержащая любое описанное выше поверхностно-активное вещество. Описанные выше агрегированные частицы могут быть объединены с эмульсией, в результате чего смола образует оболочку вокруг сформированных агрегатов. В вариантах осуществления для формирования оболочки вокруг агрегатов с целью получения частиц тонера, имеющих сердцевину и оболочку, может использоваться аморфный сложный полиэфир. Сердцевина может содержать кристаллическую смолу. Оболочка может содержать аморфную смолу, которая преимущественно или полностью не содержит кристаллической смолы.
11
14
Смола оболочки может иметь достаточную толщину, чтобы содержащаяся в увеличенном количестве кристаллическая смола не достигала поверхности частиц тонера. Таким образом, смола оболочки может содержаться в количестве от около 20% до около 70% по весу частиц тонера, в вариантах осуществления от около 30% до около 70% по весу частиц тонера, например, от около 45% до около 70% по весу частиц тонера, например, от около 50% до около 65% по весу частиц тонера или от около 55 до около 60% по весу частиц тонера. За счет того что кристаллическая смола отсутствует на поверхности частиц тонера, они могут иметь удельное сопротивление по меньшей мере от около 1×10 Ом⋅см до около 1×10 Ом⋅см.
Эмульсии согласно настоящему изобретению, содержащие описанные выше смолы и необязательные добавки, могут содержать частицы размером от около 100 нм до около 260 нм, в вариантах осуществления от около 105 нм до около 155 нм, в некоторых вариантах осуществления около 110 нм.
Эмульсии, содержащие эти смолы, могут иметь содержание твердых частиц от около 10% по весу до около 50% по весу, в вариантах осуществления от около 15% по весу до около 40% по весу, в вариантах осуществления около 35% по весу.
После того, как достигнут желаемый окончательный размер частиц тонера, рН смеси может быть доведен с помощью основания до уровня от около 6 до около 10, в вариантах осуществления от около 6,2 до около 8. Регулирование рН может использоваться для замораживания, то есть прекращения роста частиц тонера. Основанием, используемым для прекращения роста частиц тонера, может являться любое применимое основание, такое как, например, гидроксиды щелочных металлов, такие как, например, гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония, их сочетания и т.п. В вариантах осуществления может добавляться хелатирующий агент для доведения рН до указанных выше желаемых уровней. Основание может добавляться в количестве от около 2 до около 25% по весу смеси, в вариантах осуществления от около 4 до около 10% по весу смеси.
После агрегации частиц до желаемого размера с образованием необязательной оболочки, как описано выше, частицы могут быть коалесцированы до окончательной желаемой формы, при этом коалесценция осуществляется, например, путем нагревания смеси до температуры от около 55°С до около 100°С, в вариантах осуществления от около 65°С до около 85°С, в вариантах осуществления около 70°С, которая может быть ниже температуры плавления кристаллической смолы во избежание пластификации. Могут использоваться более высокие или низкие температуры, при этом подразумевается, что температура зависит от смолы, используемой в качестве связующего.
Коалесценция может осуществляться в течение от около 0,1 до около часов, в вариантах осуществления от около 0,5 до около 4 часов, хотя могут использоваться другие промежутки времени за пределами этих интервалов. После коалесценции смесь может быть охлаждена до комнатной температуры, такой как от около 20°С до около 25°С. Охлаждение по желанию может осуществляться быстро или медленно. Один из применимых способов охлаждения может включать введение холодной воды в рубашку, окружающую реактор. После охлаждения частицы тонера могу быть необязательно промыты водой, а затем высушены. Сушка может осуществляться любым применимым способом, включая, например, сублимационную сушку.
В вариантах осуществления частицы тонера также могут по желанию или необходимости содержать другие необязательные добавки. Например, тонер может содержать средства регулирования положительного или отрицательного заряда, например, в количестве от около 0,1 до около 10% по весу тонера, в вариантах осуществления от около 1 до около 3% по весу тонера. Такие средства регулирования заряда могут наноситься одновременно с описанной выше смолой оболочки или после нанесения смолы оболочки.
С частицами тонера также могут быть смешаны частицы посторонних добавок, включая добавки для повышения текучести, которые могут присутствовать на поверхности частиц тонера. И в этом случае, эти добавки могут наноситься одновременно с описанной выше смолой оболочки или после нанесения смолы оболочки.
50v
Характеристики частиц тонера могут определяться любыми применимыми методами и устройствами. Среднеобъемный диаметр частиц D среднеобъемное стандартное геометрическое отклонение (GSDv) и среднечисловое стандартное геометрическое отклонение (GSDn) могут быть измерены с помощью такого прибора, как Beckman Coulter Multisizer 3 в соответствии с указаниями изготовителя. Репрезентативная выборка может осуществляться следующим образом: может быть получено небольшое количество (около 1 грамма) образца тонера и профильтровано через 25-мкм фильтр, а затем помещено в изотопический раствор с целью достижения концентрации около 10%, после чего образец исследуют в Beckman Coulter Multisizer 3. Тонеры, изготавливаемые согласно настоящему изобретению, могут обладать отличными зарядными характеристиками в экстремальных условиях относительной влажности (RH). RH в зоне низкой влажности (зона С) может составлять около 10°С/15%, a RH в зоне высокой влажности (зоне А) может составлять около 28°С/85%. Тонеры согласно настоящему изобретению также могут иметь отношение исходного заряда к массе (Q/m) от около -3 мкк/г до около -45 мкк/г, в вариантах осуществления от около -10 мкк/г до около -40 мкк/г и отношение окончательного заряда к массе после смешивания с поверхностными добавками от около -10 мкк/г до около -45 мкк/г.
Способами согласно настоящему изобретению может быть получен блеск желаемого уровня. Так, например, уровень блеска у тонера согласно настоящему изобретению, измеренный в единицах блеска по шкале Гарднера, может составлять от около 20 до около 100, в вариантах осуществления от около 50 до около 95, в вариантах осуществления от около 60 до около 90 единиц Гарднера.
В вариантах осуществления тонеры согласно настоящему изобретению могут использоваться в качестве легкоплавких тонеров. В вариантах осуществления сухие частицы тонера без посторонних поверхностных добавок могут иметь следующие характеристики:
(1) среднеобъемный диаметр (также называемый "среднеобъемным диаметром частиц") от около 2,5 до около 20 мкм, в вариантах осуществления от около 2,75 до около 10 мкм, в других вариантах осуществления от около 3 до около 9 мкм;
(2) среднечисловое стандартное геометрическое отклонение (GSDn) и(или) среднеобъемное стандартное геометрическое отклонение (GSDv) от около 1,05 до около 1,55, в вариантах осуществления от около 1,1 до около 1,4;
(3) округлость от около 0,9 до около 1 (измеренную, например, с помощью анализатора Sysmex FPIA 2100), в вариантах осуществления от около 0,93 до около 0,99, в других вариантах осуществления от около 0,95 до около 0,98;
(4) температуру стеклования от около 45°С до около 60°С;
2
2
2
2
(5) частицы тонера могут иметь площадь поверхности, измеренную хорошо известным методом БЭТ, от около 1,3 до около 6,5 м/г. Например, измеренная методом БЭТ площадь поверхности голубых, желтых и черных частиц тонера может составлять менее 2 м/г, например, от около 1,4 до около 1,8 м/г, а пурпурных частиц тонера от около 1,4 до около 6,3 м/г.
В вариантах осуществления может быть желательным, чтобы частицы тонера имели различную температуру плавления кристаллического сложного полиэфира и воска и температуру стеклования аморфного сложного полиэфира, определенную методом DSC, и чтобы температура плавления и температура стеклования преимущественно не снижались в результате пластификации аморфных или кристаллических сложных полиэфиров или необязательного воска. С целью предотвращения пластификации может быть желательным осуществлять агрегацию эмульсии при температуре коалесценции ниже температуру плавления кристаллического компонента и восковых компонентов.
Из сформированных таким способом частиц тонера может быть получена композиция проявителя. Частицы тонера могут быть смешаны с частицами носителя с целью получения двухкомпонентной композиции проявителя. Содержание тонера в проявителе может составлять от около 1% до около 25% в пересчете на общий вес проявителя, в вариантах осуществления от около 2% до около 15% в пересчете на общий вес проявителя.
Тонеры могут применяться в электрофотографических процессах, включая процессы, описанные в патенте US 4295990. В вариантах осуществления в устройстве проявления изображений может использоваться система проявления изображений любого известного типа, включая, например, проявление магнитной кистью, "прыгающее" однокомпонентное проявление, гибридное проявление без промывки (HSD) и т.п. Эти и аналогичные системы проявления известны специалистам в данной области техники.
Примеры
3
Смешали линейный аморфный сложный полиэфирный латекс (105 г), разветвленный аморфный сложный полиэфирный латекс (99 г), кристаллический алифатический сложный полиэфирный латекс (29 г), деионизированную воду (516 г), Dowfax 2A1 (2,6 г), дисперсию Pigment Blue 15:3 (52 г) и дисперсию воска IGI D1509 (46 г), и довели рН до 4,2 с помощью разбавленной НМО. Перемешали смесь в гомогенизаторе IKA ULTRA TURRAX с большими сдвиговыми усилиями и медленно добавили смесь из 2,7 г раствора сульфата алюминия (28%) и 72 г воды при комнатной температуре. Полученную густую смесь переместили в нагревательный кожух и перемешали со скоростью 250-350 об/мин с медленным нагреванием приблизительно до 50°С.
Когда средний размер частиц достиг приблизительно 5,3 мкм, добавили смесь оболочки, состоящую из деионизированной воды (56 г), линейного аморфного сложного полиэфирного латекса (58 г), разветвленного аморфного сложного полиэфирного латекса (55 г) и DOWFAX 2A1 (1,3 г). Смесь нагревали до 50°С, пока размер частиц не достиг приблизительно 5,7 мкм. Затем добавили раствор из 5,8 г DOW VERSENE 100 в 10 мл воды и довели рН до 7,8 с помощью разбавленной NaOH.
Снизили скорость перемешивания до 180 об/мин и медленно повысили температуру до 85°С. Через 45 минут нахождения при этой температуре смесь подкислили путем порционного добавления 3М буфера из ацетата натрия с рН 5,7. Когда частицы приобрели желаемую округлость (при изучении через световой микроскоп), нагревание прекратили и смесь поместили на дробленый лед.
Охлажденную реакционную смесь пропустили через металлическое сито с порами размером 25 мкм, затем профильтровали и трижды ресуспендировали в деионизированной воде. Промытые частицы тонера профильтровали и подвергли сублимационной сушке, в результате чего получили исходные частицы тонера, имеющие средний размер 6,0 мкм, GSDv 1,20, GSDn 1,25 и среднюю округлость 0,975. Осуществили общую процедуру, описанную в Сравнительном примере 1, при этом использовали такое количество всех сложных полиэфирных латексов, чтобы получить тонер с окончательным содержанием кристаллического сложного полиэфира 17%. Частицы имели средний размер 6,3 мкм, GSDv 1,32, GSDn 1,26 и среднюю округлость 0,973.
Осуществили общую процедуру, описанную в Сравнительном примере 1, при этом использовали такое количество всех сложных полиэфирных латексов, чтобы получить тонер с содержанием оболочки 56%. Частицы имели средний размер 5,4 мкм, GSDv 1,23, GSDn 1,26 и среднюю округлость 0,958.
Осуществили общую процедуру, описанную в Сравнительном примере 1, при этом стадия окончательной коалесценции осуществлялась при температуре 70°С, а не 85°С. Частицы имели средний размер 5,7 мкм, GSDv 1,24, GSDn 1,29 и среднюю округлость 0,968.
Осуществили общую процедуру, описанную в Сравнительном примере 1, при этом использовали такое количество всех сложных полиэфирных латексов, чтобы получить тонер с содержанием оболочки 56%, а стадия окончательной коалесценции осуществлялась при температуре 70°С, а не 85°С. Частицы имели средний размер (D50) 6,0 мкм, GSDv 1,25, GSDn 1,23 и среднюю округлость (SYSMEX FPIA) 0,955.
Осуществили общую процедуру, описанную в Сравнительном примере 1, при этом использовали такое количество всех сложных полиэфирных латексов, чтобы получить тонер с содержанием кристаллического сложного полиэфира 17% и содержанием оболочки 56%, а стадия окончательной коалесценции осуществлялась при температуре 70°С, а не 85°С. Частицы имели средний размер 5,9 мкм, GSDv 1,21, GSDn 1,23 и среднюю округлость 0,959.
Осуществили общую процедуру, описанную в Сравнительном примере 1, при этом использовали такое количество всех сложных полиэфирных латексов, чтобы получить тонер с содержанием кристаллического сложного полиэфира 17% и содержанием оболочки 56%. Частицы имели средний размер 6,3 мкм, GSDv 1,31, GSDn 1,25 и среднюю округлость 0,985.
2
2
2
2
В качестве испытательного приспособления в этих примерах использовали не требующий смазки термофиксатор Patriot (для принтера DC250). С использованием модифицированной модели DC 12 сформировали на бумаге без покрытия COLOR XPRESSIONS+(90 г/м), а также с глянцевым покрытием DIGITAL COLOR ELITE (120 г/м) незакрепленные изображения при расходе тонера на единицу площади 0,50 мг/сми 1,00 мг/см, а затем обработали термофиксатором. Рабочая скорость термофиксатора составляла 220 мм/с, а температуры валиков термофиксатора варьировала в интервале от температуры глянцевой офсетной печати до температуры термоофсетной печати. Затем с помощью глянцемера BYK GARDNER 75° измерили блеск закрепленных отпечатков. Измерили стойкость к перегибу, для чего перегнули отпечаток и переместили по сгибу стандартное фальцевальное устройство. Развернули отпечаток и удалили с него потрескавшийся тонер. Путем анализа изображения определили количество тонера, удаленного с отпечатка.
С частицами исходного тонера смешали добавки, чтобы оценить зарядку. Поместили в держатель образца лабораторной мельницы SK-M10 30-40 г исходного тонера. Ввели в мельницу добавки в весовых частях на сто весовых частей исходного тонера. Перемешивали тонер в мельнице в течение 30 секунд со скоростью 13500 об/мин. После завершения перемешивания тонер просеяли через 45-мкм сито с использованием акустического встряхивателя.
Получили образцы проявителя, для чего 0,5 г тонера с добавками поместили на 10 г носителя Xerox 700 в вымытой 60-мл стеклянной пробирке. Образцы проявителя получили описанным способом в двух экземплярах для каждого оцениваемого тонера. Один из двух образцов выдерживали в среде зоны А при температуре 28°С и относительной влажности 85%, а другой образец - в среде зоны J при температуре 21°С и относительной влажности 15%. Образцы выдерживали в соответствующих условиях в течение ночи с целью доведения до полностью равновесного состояния. На следующий день проявители зарядили путем перемешивания образцов в соответствующей зоне в течение 60 минут в смесителе Turbula. С помощью спектрографа заряда измерили отношение заряда к диаметру частиц тонера (q/d). Путем анализа изображения спектрограммы заряда (CSG) рассчитали заряд тонера в качестве средней точки отслеженного заряда тонера. Определили значение q/d в миллиметрах смещения от нулевой точки. Также определили для образца соответствующее значение Q/m в мкк/г.
Получили образец проявителя, для чего 0,6 г тонера с добавками поместили на 10 г носителя Xerox 700 в вымытой 60-мл стеклянной пробирке. Выдерживали проявитель в среде зоны А при температуре 28°С и относительной влажности 85% в течение ночи с целью доведения до полностью равновесного состояния. На следующий день проявитель зарядили путем перемешивания образца в течение 2 минут в смесителе Turbula. Методом продувки определили отношение трибоэлектрического заряда образца к массе. Затем вернули образец в нерабочее положение в камере зоны А. Через 24 часа и 7 дней снова определили отношение заряда образца к массе. На основании заряда через 24 часа и 7 дней рассчитали способность поддерживать заряд в процентах исходного заряда.
Поместили около двух граммов тонера с добавками в открытый сосуд и выдерживали в камере искусственного климата при заданной температуре и относительной влажности 50%. Через 17 часов образцы удалили и в течение 30 минут акклиматизировали в условиях окружающей среды. Проанализировали каждый реакклиматизированный образец путем просеивания через составную конструкцию из двух предварительно взвешенных сит, которые были размещены следующим образом: 1000-мкм сито сверху, а 106-мкм сито снизу. Ситам сообщили вибрацию в течение 90 секунд путем амплитудной модуляции в приборе Hosokawa для испытания на текучесть. После завершения вибрации сита снова взвесили и на основании общего количества тонера, оставшегося на обоих ситах, определили тепловое сцепление тонера в процентах исходного веса.
Получили образец проявителя, для чего 0,8 г исходных частиц поместили на 10 г носителя Xerox 700 в вымытой 60-мл стеклянной пробирке. Образцы проявителя получили описанным способом в двух экземплярах для каждого оцениваемого тонера.
Один из двух образцов выдерживали в среде зоны А при температуре 28°С и относительной влажности 85%, а другой образец - в среде зоны J при температуре 21°С и относительной влажности 15%. Образцы выдерживали в соответствующих условиях в течение ночи с целью доведения до полностью равновесного состояния. На следующий день проявители зарядили путем перемешивания образцов в соответствующей зоне в течение 60 минут в смесителе Turbula. На следующий день проявитель зарядили путем перемешивания образца в течение 10 минут в смесителе Turbula. С помощью спектрографа заряда измерили отношение заряда к диаметру частиц тонера (q/d). Также определили для образца соответствующее значение Q/m в мкк/г.
Тонеры согласно Примерам 1 и 2 имели зарядку в зонах А и J и соотношение RH, сравнимые с показателями предлагаемого на рынке контрольного тонера Xerox 700, и находились в диапазоне приемлемых значений. Способность поддерживать заряд значительно повысилась по сравнению с тонером согласно Сравнительному примеру 2 и являлась сравнимой со способностью предлагаемого на рынке контрольного тонера Xerox 700. В частности, тонер согласно Примеру 1 имел несколько лучшую способность поддерживать заряд, чем контрольный голубой тонер Xerox 700.
В отличие от Сравнительного примера 1 использование толстой оболочки и/или более низкой температуры коалесценции в Сравнительных примерах 3-5: 1) не оказывало значительного влияния на стойкость к перегибу, крапчатость, термоофсетную печать или интервал термического закрепления; 2) приводило к незначительному сдвигу кривой блеска в сторону более высоких температур; 3) оказывало небольшое влияние на ксерографическую зарядку, при этом тонер, содержащий 56% оболочки и коалесцированный при 70°С, имел меньшее значение q/d через 60 минут нахождения в зоне А; и 4) повышало способность поддерживать заряд.
В отличие от тонера согласно Сравнительному примеру 1 увеличение содержания кристаллического сложного полиэфира до 17% в Сравнительном примере 2: 1) снижало минимальную температуру термического закрепления приблизительно на 14°С, незначительно увеличивало крапчатость и незначительно ослабляло термоофсетную печать; 2) смещало кривую блеска: сместилась в сторону более низких температур; 3) не оказывало существенного влияния на интервал термического закрепления; 4) не оказывало существенного влияния на ксерографическую зарядку; и снижало способность поддерживать заряд.
В отличие от описанного тонера согласно Сравнительному примеру 2, содержащего 17% кристаллического сложного полиэфира, сохранение 17% содержания кристаллического сложного полиэфира и использование толстой оболочки в Примерах 1-2: 1) незначительно снижало минимальную температуру термического закрепления (при температуре коалесценции 85°С) и уменьшало максимальный блеск; не оказывало существенного влияния на холодную офсетную печать, крапчатость или термоофсетную печать; улучшало ксерографическую зарядку, в особенности, исходную зарядку; и повышало способность поддерживать заряд.
Характеристики термического закрепления тонеров с содержанием кристаллического сложного полиэфира 17% и толстой оболочкой согласно Примерам 1-2 ограничены холодной офсетной печатью, а не стойкостью к перегибу, при этом их эффективная минимальная температура термического закрепления является примерно на 40°С ниже, чем у тонеров согласно Сравнительным примерам.