ВОДНЫЕ ДИСПЕРСИИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КАЧЕСТВЕ ТОНЕРОВ
AQUEOUS DISPERSIONS FOR USE AS TONER

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Данная заявка имеет дату приоритета на основании предварительной заявки на патент США №60/779126, поданной 3 марта 2006 г., раскрытие которой приведено здесь в качестве ссылочного материала.
Уровень техники
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в общем, относится к водным дисперсиям. Более конкретно, настоящее изобретение относится к дисперсионным композициям, которые используются в качестве тонера для печати.
Описание предшествующего уровня техники
В обычных электрофотографических процессах поверхность фоторецептора заряжают отрицательным электрическим зарядом, которую затем экспонируют изображением. Поскольку освещенные участки (области изображения) становятся в большей степени проводящими, заряд рассеивается в экспонированных областях, формируя латентное изображение. Отрицательно заряженные частицы тонера, распределяемые над поверхностью, прилипают в областях латентного изображения, формируя изображение из тонера. В качестве альтернативы фоточувствительную поверхность равномерно заряжают статическим электричеством, и латентное изображение может быть сформировано на ней путем экспозиции области изображения светом. Частицы тонера распределяют по поверхности, и они прилипают к латентному изображению, сформированному светом, которое имеет меньший отрицательный заряд, чем окружающая поверхность, формируя, таким образом, изображение из тонера и делая латентное изображение видимым. Если требуется, изображение из тонера может быть перенесено на материал переноса, такой как бумага. Изображение из тонера затем может быть зафиксировано с помощью фиксирующего средства, такого как тепло, давление, тепло и давление или пары растворителя, для получения фиксированного изображения. Такой процесс описан, например, в патенте США №2297691.
Обычно тонеры, используемые для проявления и последующей фиксации изображений из тонера в электрофотографии, получали путем смешивания с расплавом термопластичной смолы красящего агента, изготовленного из красителя и/или пигмента, для получения состава смолы, в которой однородно распределен красящий агент. Для получения состава тонера, имеющего определенный размер частиц, состав смолы можно распылять и/или разделять для удаления грубых и/или очень мелких частиц, которые могут повлиять на качество получаемого в результате изображения. Оптимизация распределения размера частиц тонера позволяет получить изображение с высокой разрешающей способностью. В частности, более крупные частицы могут приводить к блокированию, в то время как слишком мелкие пылеобразные частицы прилипают к поверхности печатающей головки и слишком малы, чтобы иметь достаточно заряда, с помощью которого ими можно управлять. Таким образом, поскольку требуется получать изображения с более высокой разрешающей способностью, в частности цветные изображения с высокой разрешающей способностью, требуется обеспечить меньшие размеры частиц и более узкое распределение размеров частиц. Малые частицы также являются предпочтительными, поскольку они обычно позволяют улучшить скорость печати и снизить затраты на страницу.
Типичный процесс распыления для получения таких тонеров, которые, тем не менее, обеспечивают возможность управлять размером частиц тонера для получения тонера высокого качества, часто имеет несколько практических ограничений. Например, распыление является дорогостоящим и неэффективным процессом для получения малого размера частиц и накладывает ограничения на тип полимера, который можно использовать, таким образом, что полимеры, которые обладают исключительными свойствами во всех других аспектах, могут быть исключены, поскольку их невозможно обрабатывать с помощью распыления. Кроме того, блок состава смолы, в котором распределен краситель, должен быть распылен с получением микрочастиц с помощью экономически пригодного для использования производственного устройства. Однако, поскольку состав смолы является неустойчивым, частицы, имеющие широкий диапазон размеров частиц, легко получить, когда состав смолы распыляют с высокой скоростью с получением микрочастиц. Кроме того, такой хрупкий материал может быть дополнительно распылен в проявляющем устройстве копировальной машины.
Кроме того, в таком процессе распыления чрезвычайно трудно обеспечить однородное распределение твердых мелких частиц, таких как красящий агент, в смоле. Поэтому достаточное внимание требуется уделять степени дисперсии, для того чтобы предотвратить возможное повышение размывания контуров, понижение плотности изображения и снижение степени смешения цветов или прозрачности тонера, которые зависят от степени дисперсии. Кроме того, форма и состояния поверхности таких частиц тонера, которые также могут существенно влиять на качество изображения, получаемого с помощью тонера, определяются осколками, получаемыми в результате расщепления частиц, получаемых при распылении. В частности, процесс распыления представляет трудности при регулировании состояния поверхности частиц тонера, так что окрашивающий агент появляется на поверхности разлома мелких частиц смолы, качество проявления изображения может быть снижено.
Поэтому для преодоления проблем, связанных с процессом распыления, ранее было предложено производить химически получаемый тонер путем полимеризации, что описано, например, в патенте США №4816366. Процесс полимеризации представляет собой процесс формирования окрашенных цветных частиц полимера (то есть окрашенных частиц смолы) путем смешения полимеризуемого мономера с дополнительными компонентами, такими как краситель, агент управления зарядом и агент разделения, для приготовления состава полимеризуемого мономера с последующей полимеризацией состава полимеризуемого мономера, используя полимеризацию суспензии, полимеризацию эмульсии, полимеризацию дисперсии или тому подобное. В качестве альтернативы получаемые химическим способом тонеры также могут быть произведены путем агрегатирования заранее сформированных полимеров с необходимыми пигментами и добавками. В процессах полимеризации компонент полимера, формируемый в результате полимеризации, становится связующей смолой, которая непосредственно формирует частицы окрашенного полимера.
В результате устранения стадии распыления полимеризация суспензии или полимеризация эмульсии позволяет использовать более мягкий материал в качестве частиц тонера, что требуется для того, чтобы он был устойчивым. При этом может лучше поддерживаться целостность формы частиц тонера, что также предотвращает выход красящего агента на поверхность частиц тонера. Кроме того, этап классификации в случае необходимости может быть исключен; таким образом, достигается значительный эффект снижения стоимости благодаря экономии энергии, сокращению времени производства и улучшенной производительности на стадии.
Однако тонерам, получаемым с помощью таких процессов полимеризации, присущи ограничения. Например, такие ограничения могут включать высокие требования к капитальным затратам, в связи с тем что получаемые тонеры могут содержать остаточный мономер или могут быть загрязнены добавками, и могут быть установлены ограничения по типу полимера. В частности, что касается установленных ограничений по типам полимеров, обычно можно использовать только полимеры, которые могут полимеризоваться в присутствии воды, что исключает, таким образом, широкий набор типов полимеров. Например, процессы полимеризации некоторых полимеров, включающих некоторые полиолефины, не терпят присутствия воды. Что касается остаточных мономеров, трудно полностью провести реакцию полимеризуемого мономера на этапе полимеризации для формирования связующей смолы, и, таким образом, непрореагировавший полимеризуемый мономер часто остается в смоле. В результате тонер часто может содержать остаточный непрореагировавший мономер. Когда тонер, содержащий остаточный полимеризуемый мономер, используют в устройстве формирования изображения, полимеризуемый мономер испаряется из тонера под действием тепла на этапе фиксации, что ухудшает рабочую среду, или выделяются неприятные запахи. Когда содержание полимеризуемого мономера в тонере высоко, тонер также проявляет тенденцию блокирования во время его хранения с образованием агрегатов, или это приводит к явлению смещения при нанесении пленки тонера на отдельные элементы в устройстве формирования изображения.
Попытки удалить полимеризуемый мономер имели разный успех из-за различных добавок, которые непосредственно поглощают какие-либо остаточные полимеризуемые мономеры в полимеризованном тонере. Поглощение остаточного мономера добавками усложняет удаление остаточного мономера по сравнению с удалением мономера только из связующей смолы. Даже когда полимеризуемый тонер полностью промывают после полимеризации, трудно удалить остаточный полимеризуемый мономер, поглощенный в полимеризованном тонере. Попытки удаления остаточного полимеризуемого мономера путем обработки теплом полимеризованного тонера приводят к образованию агрегатов полимеризуемого тонера.
В патенте США №6894090 раскрыт тонер, в котором используются определенные типы смол, но которые, в частности, требуют органического растворителя.
В соответствии с этим существует потребность в композициях и способах получения тонера с высокими рабочими характеристиками, которые позволяют получать изображение высокого качества без остаточных побочных эффектов.
Сущность изобретения
В одном аспекте настоящее изобретение относится к композиции, которая содержит водную дисперсию, в которой дисперсия содержит термопластичную смолу, по меньшей мере, один стабилизирующий агент и, по меньшей мере, один агент, выбранный из группы, состоящей из красителя и магнитного пигмента, где дисперсия имеет средний размер объемного диаметра частиц от приблизительно 0,05 до приблизительно 10 микрон.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к способу получения тонера, включающему получение композиции, содержащей водную дисперсию и краситель, где дисперсия содержит термопластичную смолу и, по меньшей мере, один стабилизирующий агент и где дисперсия имеет средний размер объемного диаметра частиц от приблизительно 0,05 до приблизительно 10 микрон, и удаление, по меньшей мере, части воды из дисперсии для формирования частиц тонера.
Другие аспекты и преимущества изобретения будут понятны из следующего описания и приложенной формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
На чертеже показан экструдер, который можно использовать при получении дисперсии в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Варианты воплощения настоящего изобретения относятся к водным дисперсиям и соединениям, полученным из водных дисперсий, которые используют в качестве композиций тонера. Дисперсия, используемая в вариантах воплощения настоящего изобретения, содержит воду (A), по меньшей мере, одну термопластичную смолу и (B) стабилизирующий агент. Они описаны более подробно ниже. Композиции включают водную дисперсию и добавку, по меньшей мере, из одного из красителя и магнитного пигмента и могут дополнительно включать множество добавок. Такие компоненты композиции более подробно описаны ниже.
Термопластичная смола
Термопластичная смола (A), включенная в варианты воплощения водной дисперсии в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой смолу, которая сама по себе не является легко диспергируемой в воде. Термин "смола", используемый здесь, следует рассматривать, как включающий синтетические полимеры или химически модифицированные природные смолы, такие как, но без ограничений, термопластичные материалы, такие как поливинилхлорид, полистирол, полиэфиры, стиролакрилаты и полиэтилены и термореактивные материалы, такие как полиэфиры, эпоксидные смолы и силиконы, которые используют с наполнителями, стабилизаторами, пигментами и другими компонентами для формирования пластмасс.
Термин смола, используемый здесь, также включает эластомеры, и его следует понимать, как включающий смеси олефиновых полимеров. В некоторых вариантах воплощения термопластичная смола представляет собой полукристаллическую смолу. Термин "полукристаллическая" предназначен для идентификации таких смол, которые обладают, по меньшей мере, одним эндотермом, когда их подвергают стандартной оценке дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC, ДСК). Некоторые полукристаллические полимеры проявляют эндотерм DSC, который имеет относительно пологий наклон по мере увеличения температуры сканирования после конечного максимума эндотерма. Это отражает полимер с широким температурным диапазоном плавления, а не полимер, имеющий то, что обычно рассматривают как резко выраженную точку плавления. Некоторые термопластичные смолы, используемые в дисперсиях в соответствии с изобретением, имеют одну точку плавления, в то время как другие полимеры имеют более чем одну точку плавления.
В некоторых термопластичных смолах одна или больше точек плавления могут быть резко выраженными, таким образом, что весь или часть полимера плавится в пределах довольно узкого диапазона температур, такого как несколько градусов по шкале Цельсия. В других вариантах воплощения термопластичные смолы могут проявлять широкие характеристики плавления в диапазоне приблизительно 20°C. В еще других вариантах воплощения термопластичные смолы могут проявлять широкие характеристики плавления в диапазоне больше чем 50°C.
3
3
3
3
В некоторых других вариантах воплощения термопластичная смола может иметь плотность от 0,8 до 1,5 г/см. В других вариантах воплощения термопластичная смола может иметь плотность от 0,85 до 1,4 г/см; от 0,86 до 1,3 г/см в других вариантах воплощения и от 0,87 до 1,2 г/см в дополнительных вариантах воплощения.
Примеры термопластичных смол (A), которые можно использовать в настоящем изобретении, включают гомополимеры и сополимеры (включая эластомеры) альфа-олефина, такого как этилен, пропилен, 1-бутен, 3-метил-1-бутен, 4-метил-1-пентен, 3-метил-1-пентен, 1-гептен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен и 1-додецен, которые типично представлены полиэтиленом, полипропиленом, поли-1-бутеном, поли-3-метил-1-бутеном, поли-3-метил-1-пентеном, поли-4-метил-1-пентеном, сополимером этилена и пропилена, этилен-1-бутеновым сополимером и пропилен-1-бутеновым сополимером; сополимерами (включая эластомеры) альфа-олефина с сопряженным или несопряженным диеном, которые типично представлены этилен-бутадиеновым сополимером и этилен-этилиден-норборненовым сополимером; и полиолефинами (включая эластомеры), такими как сополимеры двух или больше альфа-олефинов с сопряженным или несопряженным диеном, как типично представлено этилен-пропилен-бутадиеновым сополимером, этилен-пропилен-дециклопентадиеновым сополимером, этилен-пропилен-1,5-гексадиеновым сополимером и этилен-пропилен-этилиден-норборненовым сополимером; сополимерами этилена и винильного соединения, такими как этилен-винилацетатный сополимер, сополимер этилена и винилового спирта, этилен-винилхлоридный сополимер, сополимеры этилена и акриловой кислоты или этилена и (мет)акриловой кислоты и этилен-(мет)акрилатный сополимер; стирольными сополимерами (включая эластомеры), такими как полистирол, ABS, акрилонитрил-стирольный сополимер, б-метилстирол-стирольный сополимер, стиролвиниловый спирт, стиролакрилатами, такими как стиролметакрилат, стиролбутилакрилат, стиролбутилметакрилат и стиролбутадиенами и стирольными сшитыми полимерами; и стирольными блок-сополимерами (включая эластомеры), такими как стирол-бутадиеновый сополимер и его гидрат и стирол-изопрен-стирольный триблок-сополимер; поливинильными соединениями, такими как поливинилхлорид, поливинилиденхлорид, винилхлорид-винилиденхлоридный сополимер, полиметилакрилатом и полиметилметакрилатом; полиамидами, такими как нейлон 6, нейлон 6,6 и нейлон 12; термопластичными полиэфирами, такими как полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат; поликарбонат, полифениленоксид и т.п.; и стекловидные смолы на основе углеводородов, включающие поли-дециклопентадиеновые полимеры и родственные полимеры (сополимеры, терполимеры); насыщенные моноолефины, такие как винилацетат, винилпропионат и винилбутират и т.п.; виниловые эфиры, такие как эфиры монокарбоксильных кислот, включающие метилакрилат, этилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, додецилакрилат, н-октилакрилат, фенилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат и бутилметакрилат и т.п.; акрилонитрил, метакрилонитрил, акриламид их смеси; смолы, полученные с помощью реакции обмена с раскрытием цикла и полимеризации за счет реакции перекрестного обмена и т.п. Эти смолы можно использовать либо по отдельности, либо в комбинации двух или более. Примеры конкретных термопластичных смол для тонера включают сополимеры стирола и бутадиена с содержанием стирола от приблизительно 70 до приблизительно 95 мас. процентов.
Термопластичные смолы могут включать полимеры, содержащие, по меньшей мере, одну эфирную связь. Например, полиэфирполиолы могут быть получены, используя обычный процесс этерификации с использованием молярного избытка алифатического диола или гликоля по отношению к алкандикарбоновой кислоте. Иллюстративный пример гликолей, которые можно использовать для приготовления полиэфиров, представляет собой этиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол и другие бутандиолы, 1,5-пентадиол и другие пентандиолы, гександиолы, декандиолы и додекандиолы. В некоторых вариантах воплощения алифатический гликоль может содержать от 2 до приблизительно 8 атомов углерода. Иллюстративный пример дикарбоновых кислот, которые можно использовать для приготовления полиэфиров, представляет собой малеиновую кислоту, малоновую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, 2-метил-1,6-капроновую кислоту, пимелиновую кислоту, субериновую кислоту и додекандикарбоновую кислоту. В некоторых вариантах воплощения алкандикарбоновые кислоты могут содержать от 4 до 12 атомов углерода. Иллюстративный пример полиолов полиэфира представляет собой поли(адипат гександиола), поли(адипат бутиленгликоля), поли(адипат этиленгликоля), поли(адипат диэтиленгликоля), поли(оксалат гександиола) и поли(себекат этиленгликоля).
В качестве другого примера - полиэфирные смолы, получаемые путем конденсации компонентов двухосновной карбоновой кислоты (эти компоненты двухосновной карбоновой кислоты могут быть заменены группой сульфоновой кислоты, карбоксильной группой и т.п.) и спиртовых компонентов (эти спиртовые компоненты могут быть заменены гидроксильной группой и т.п.), смолы эфира полиакриловой кислоты или смолы эфира полиметакриловой кислоты, такие как полиметилметакрилат, полибутилметакрилат, полиметилакрилат, полибутилакрилат и т.п.; поликарбонатная смола, поливинилацетатная смола, стиролакрилатная смола, смола сополимера стирола и эфира метакриловой кислоты, смола винилтолуолакрилата и т.п.
Термопластичные смолы могут включать гомополимеры и сополимеры стирола и их производные, такие как полистирол, поли-п-хлорстирол, поливинилтолуол, стирол-п-хлорстирольный сополимер и стирол-винилтолуольный сополимер, сополимеры стирола и акрилатов, такие как стирол-метакрилатный сополимер, стирол-этилакрилатный сополимер и стирол-н-бутилакрилатный сополимер; сополимеры стирола и метакрилата, такие как стирол-метилакрилатный сополимер, стирол-этилметакрилатный сополимер, стирол-н-бутилметакрилатный сополимер; полинарные сополимеры стирола, акрилата и метакрилата; а также стирольные сополимеры, такие как сополимеры стирола и другого винильного мономера, такие как стирол-акрилонитрильный сополимер, сополимер стирола и винилметилового эфира, стирол-бутадиеновый сополимер, стирол-винилметилкетоновый сополимер, стирол-акрилонитрилинденовый сополимер и стирол-малеатный сополимер; полиметилметакрилат, полибутилметакрилат, поливинилацетат, полиэфир, полиамид, эпоксидную смолу, поливинилбутирал, полиакриловую кислоту, фенольную смолу, алифатическую или циклоалифатическую углеводородную смолу, кумароноинденовую смолу и хлорированный парафин, которые можно использовать по отдельности или которые можно использовать в их соответствующей комбинации.
Термопластические смолы могут включать соответствующие сопряженные мономеры, такие как диен с прямой цепью, с разветвленной цепью или циклический углеводородный диен, имеющий от 6 до 15 атомов углерода. Примеры соответствующих несопряженных диенов включают, но без ограничений, алифатические диены с прямой цепью, такие как 1,4-гексадиен, 1,6-октадиен, 1,7-октадиен, 1,9-декадиен, алифатические диены с разветвленной цепью, такие как 5-метил-1,4-гексадиен; 3,7-диметил-1,6-октадиен; 3,7-диметил-1,7 октадиен и смешанные изомеры дигидромирицена и дигидрооцинена, алициклические диены с одним кольцом, такие как 1,3-циклопентадиен; 1,4-циклогексадиен; 1,5-циклооктадиен и 1,5-циклододекадиен, и полициклические алициклические диены с конденсированными или соединенными мостиковой связью циклами, такие как тетрагидроинден, метилтетрагидроинден, дициклопентадиен, бицикло-(2,2,1)-гепта-2,5-диен; алкенил, алкилиден, циклоалкенил и циклоалкилиден, норборнены, такие как 5-метилен-2-норборнен (MNB); 5-пропенил-2-норборнен, 5-изопропилиден-2-норборнен, 5-(4-циклопентенил)-2-норборнен, 5-циклогексилиден-2-норборнен, 5-винил-2-норборнен и норборнадиен. Среди диенов, обычно используемых для приготовления EPDM, особенно предпочтительные диены могут быть представлены 1,4-гексадиеном (HD), 5-этилиден-2-норборненом (ENB), 5-винилиден-2-норборненом (VNB), 5-метилен-2-норборненом (MNB) и дициклопентадиеном (DCPD).
3
20
2
Один класс желаемых термопластичных смол, которые можно использовать в соответствии с раскрытыми здесь вариантами воплощения, включает эластомерные интерполимеры этилена, C-C α-олефин, в частности пропилен, и, необязательно, один или несколько диеновых мономеров. Предпочтительные α-олефины для использования в данном варианте воплощения определяются формулой CH=CHR*, где R* представляет собой линейную или разветвленную алкильную группу, состоящую из от 1 до 12 атомов углерода. Примеры соответствующих α-олефинов включают, но не ограничены этим, пропилен, изобутилен, 1-бутен, 1-пентен, 1-гексен, 4-метил-1-пентен и 1-октен. Полимеры на основе пропилена обычно называются в области техники как EP или EPDM полимеры. Соответствующие диены, предназначенные для использования при приготовлении таких полимеров, в частности многоблочных полимеров типа EPDM, включают сопряженные или несопряженные, с прямой или разветвленной цепью, циклические или полициклические диены, содержащие от 4 до 20 атомов углерода. Диены могут включать 1,4-пентадиен, 1,4-гексадиен, 5-этилиден-2-норборнен, дициклопентадиен, циклогексадиен и 5-бутилиден-2-норборнен.
В качестве пригодного типа термопластичной смолы могут использоваться продукты этерификации ди- или поликарбоновой кислоты и диола, содержащего дифенол. Эти смолы представлены в патенте США №3590000, который приведен здесь в качестве ссылочного материала. Другие конкретные примеры смол тонера включают сополимеры стирола/метакрилата и сополимеры стирола/бутадиена; бутадиены стирола, полимеризованные в суспензии; полиэфирные смолы, полученные в результате реакции бисфенола A и пропиленоксида, с последующим осуществлением реакции полученного продукта с фумаровой кислотой; и смолы с разветвленным полиэфиром, получаемые в результате реакции диметилтерфталата, 1,3-бутандиола, 1,2-пропандиола и пентаэритритола, акрилатов стирола и их смеси.
Далее в конкретных вариантах воплощения настоящего изобретения используются полимеры на основе этилена, полимеры на основе пропилена, сополимеры этилена и пропилена и стирольные сополимеры в качестве одного компонента композиции. В других вариантах воплощения настоящего изобретения используют полиэфирные смолы, включая смолы, содержащие алифатические диолы, такие как 3,4 диол UNOXOL, поставляемый компанией Dow Chemical Co. (Midland, MI).
В выбранных вариантах воплощения один компонент получен из этилен-альфа-олефиновых сополимеров или пропилен-альфа-олефиновых сополимеров. В частности, в выбранных вариантах воплощения термопластичная смола содержит один или несколько неполярных полиолефинов.
В конкретных вариантах воплощения могут использоваться полиолефины, такие как полипропилен, полиэтилен, их сополимеры и их смеси, а также этилен-пропилен-диеновые терполимеры. В некоторых вариантах воплощения предпочтительные олефиновые полимеры включают гомогенные полимеры, как описано в патенте США №3645992, выданном Elston; полиэтилен высокой плотности (HDPE), как описано в патенте США №4076698, выданном Anderson; гетерогенно разветвленный линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE); гетерогенно разветвленный линейный полиэтилен ультранизкой плотности (ULDPE); гомогенно разветвленные, линейные этилен/альфа-олефиновые сополимеры; гомогенно разветвленные, по существу, линейные этилен/альфа-олефиновые полимеры, которые могут быть приготовлены, например, с использованием процессов, раскрытых в патентах США №5272236 и 5278272, раскрытие которых приведено здесь в качестве ссылочного материала; и полимеры этилена высокого давления, полимеризованного со свободными радикалами, и сополимеры, такие как полиэтилен низкой плотности (LDPE) или этиленвинилацетатные полимеры (EVA).
Полимерные композиции и их смеси, описанные в патентах США №6566446, 6538070, 6448341, 6316549, 6111023, 5869575, 5844045 или 5677383, каждый из которых приведен здесь полностью в качестве ссылочного материала, также могут быть пригодны в некоторых вариантах воплощения. В некоторых вариантах воплощения смеси могут включать два разных полимера типа Циглера-Натта. В других вариантах воплощения смеси могут включать смеси полимера Циглера-Натта и металлоценового полимера. В еще других вариантах воплощения используемая здесь термопластичная смола может представлять собой смесь двух разных металлоценовых полимеров. В других вариантах воплощения можно использовать полимеры с одноточечным катализатором.
13
13
В некоторых вариантах воплощения термопластичная смола представляет собой сополимер на основе пропилена или интерполимер. В некоторых конкретных вариантах воплощения сополимер или интерполимер пропилена/этилена отличается тем, что он имеет, по существу, изотактическую последовательность пропилена. Термин "по существу, изотактические последовательности пропилена" и аналогичные термины означают, что последовательности имеют изотактическую триаду (мм), измеренную с помощью C ЯМР больше чем приблизительно 0,85, предпочтительно больше чем приблизительно 0,90, более предпочтительно больше чем приблизительно 0,92, и наиболее предпочтительно больше чем приблизительно 0,93. Изотактические триады хорошо известны в данной области техники и описаны, например, в патенте США №5504172 и в публикации WO 00/01745, которая относится к изотактической последовательности, выраженной как модуль триады в молекулярной цепи сополимера, определенного по спектрам C ЯМР.
В других конкретных вариантах воплощения термопластичная смола может представлять собой полимеры на основе этиленвинилацетата (EVA). В других вариантах воплощения основной полимер может представлять собой полимеры на основе этиленметилакрилатов (EMA). В других конкретных вариантах воплощения этилен-альфа-олефиновый сополимер может представлять собой этилен-бутеновые, этилен-гексеновые или этилен-октеновые сополимеры или интерполимеры. В других конкретных вариантах воплощения пропилен-альфа-олефиновый сополимер может представлять собой пропилен-этиленовый или пропилен-этилен-бутеновый сополимер или интерполимер.
Раскрытые здесь варианты воплощения также могут включать полимерный компонент, который может включать, по меньшей мере, один многоблочный олефиновый интерполимер. Соответствующие многоблочные олефиновые интерполимеры могут включать описанные, например, в предварительной заявке на патент США №60/818911, который приведен здесь в качестве ссылочного материала. Термин "многоблочный сополимер" или "многоблочный интерполимер" относится к полимеру, содержащему две или несколько химически различных областей, или сегментов (называемых "блоками"), предпочтительно, соединенных линейно, то есть полимер, составляющий химически отличающиеся модули, которые соединены конец к концу по отношению к полимеризованной этиленовой функциональной группе либо в виде боковой группы, либо в виде прививки. В некоторых вариантах воплощения блоки отличаются по количеству или типу сомономера, внедренного в них, по плотности, степени кристалличности, размеру кристаллита, приписываемого полимеру с таким составом, типу или степени регулярности молекулярной структуры (изотактический или синдиотактический), региорегулярности или регионерегулярности, количеству разветвлений, включающих разветвление с длинной цепью или гиперразветвление, гомогенности или любому другому химическому или физическому параметру.
3
20
4
20
Другие интерполимеры олефина включают полимеры, содержащие моновинилиденовые ароматические мономеры, включающие стирол, о-метилстирол, п-метилстирол, трет-бутилстирол и т.п. В частности, можно использовать интерполимеры, содержащие этилен и стирол. В других вариантах воплощения можно использовать сополимеры, содержащие этилен, стирол и C-C α-олефин, необязательно содержащий C-C диен.
3
3
В некоторых вариантах воплощения термопластичная смола может представлять собой сополимер этилена и октена или интерполимер, имеющий плотность от 0,863 до 0,911 г/см и индекс расплава (ASTM D1238, 190°C при 2,16 килограммах массы) от 0,1 до 100 г/10 мин. В других вариантах воплощения сополимеры этилена и октена могут иметь плотность от 0,863 до 0,902 г/cм и индекс расплава (ASTM D1238, 190°C при 2,16 килограммах массы) от 0,8 до 35 г/10 мин.
В некоторых вариантах воплощения термопластичная смола может представлять собой сополимер пропилена-этилена или интерполимер, имеющий содержание этилена от 5 до 20% массы и скорость течения расплава (ASTM D1238, 230°C при 2,16 килограммах массы) от 0,5 до 300 г/10 мин. В других вариантах воплощения сополимер или интерполимер пропилена и этилена может иметь содержание этилена от 9 до 12 мас.% и скорость течения расплава (ASTM D1238, 230°C при 2,16 килограммах массы) от 1 до 100 г /10 мин.
3
В некоторых других вариантах воплощения термопластичная смола может представлять собой полиэтилен низкой плотности с высокой степенью разветвленности, имеющий плотность от 0,911 до 0,925 г/см и индекс расплава (ASTM D1238, 190°C при 2,16 килограммах массы) от 0,1 до 100 г/10 мин.
В других вариантах воплощения термопластичная смола может иметь кристалличность меньше чем 50 процентов. В предпочтительных вариантах воплощения кристалличность термопластичной смолы может составлять от 5 до 35 процентов. В более предпочтительных вариантах воплощения кристалличность может находиться в диапазоне от 7 до 20 процентов.
В некоторых других вариантах воплощения термопластичная смола представляет собой полукристаллический полимер и может иметь точку плавления ниже чем 110°C. В предпочтительных вариантах воплощения точка плавления может составлять от 25 до 100°C. В более предпочтительных вариантах воплощения точка плавления может находиться в диапазоне от 40 до 85°C.
В других вариантах воплощения термопластичная смола представляет собой стекловидный полимер и может иметь температуру стеклования ниже чем 130°C; в других вариантах воплощения ниже чем 110°C. В предпочтительных вариантах воплощения температура стеклования может составлять от 20 до 100°C. В более предпочтительных вариантах воплощения температура стеклования может составлять от 50 до 75°C.
В некоторых вариантах воплощения термопластичная смола может иметь средневесовой молекулярный вес больше чем 10000 г/моль. В других вариантах воплощения средевесовой молекулярный вес может составлять от 20000 до 150000 г/моль; в дополнительных вариантах воплощения от 50000 до 100000 г/моль.
Одна или несколько термопластичных смол могут содержаться в водной дисперсии в количестве от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 96 мас.%. Например, во время формирования частиц термопластичная смола может присутствовать в водной дисперсии в количестве от приблизительно 40 мас.% до приблизительно 95 мас.%, например в некоторых вариантах воплощения приблизительно от 45 мас.% до 90 мас.%, и от приблизительно 60% до приблизительно 80 мас.% в других вариантах воплощения. После формирования частиц дисперсия может быть дополнительно разбавлена, что способствует обработке.
В одном или больше вариантах воплощения настоящего изобретения одну или несколько смол, выбранную из следующих, можно использовать в раскрытой здесь дисперсии для получения композиции тонера. Соответствующие смолы включают SAA100, SAA101 и SAA104, которые представляют собой коммерчески доступный продукт компании Lyondell Chemical и содержат сополимеры стирольного/аллилового спирта, имеющие 60-80% стирола, средневесовой молекулярный вес от 3000 до 8000, среднечисленный молекулярный вес от 1500 до 3200 и температуру стеклования от 57 до 78°C; полимеры из серии DIANAL FB (сополимеры стирола-акрила) и из серии DIACRON (полиэфирные смолы) и акриловые смолы, включающие смолы SE-5437, SE-5102, SE-5377, SE-5649, SE-5466, SE-5482, HR-169, 124, HR-1127, HR-116, HR-113, HR-148, HR-131, HR-470, HR-634, HR-606, HR-607, LR-1065, 574, 143, 396, 637, 162, 469, 216, BR-50, BR-52, BR-60, BR-64, BR-73, BR-75, BR-77, BR-79, BR-80, BR-83, BR-85, BR-87, BR-88, BR-90, BR-93, BR-95, BR-100, BR-101, BR-102, BR-105, BR-106, BR-107, BR-108, BR-112, BR-113, BR-115, BR-116, BR-117, которые представляют собой коммерчески доступные продукты компании Misubishi Rayon Co., Ltd. и ее дочерней компании Dianal America, Inc.; Himer ST95 и С-120, которые представляют собой сополимеры акрила, коммерчески доступные от Sanyo Chemical Industries, Ltd.; FM601, которая представляет собой акриловую смолу, коммерчески доступную от Mitsui Chemicals; HRJ11441, которая представляет собой разветвленную частично сшитую полиэфирную смолу, коммерчески доступную от Schenectady Int'l; TUFTONE NE-382, TUFTONE U-5, ATR-2009 и ATR-2010, которые представляют собой полиэфирные смолы, коммерчески доступные от Kao Specialties Americas, LLC; S103C и S111, которые представляют собой стирол-акрилонитрильные терполимеры, коммерчески доступные от Zeon Chemicals, LP; смолы LUPRETON, которые представляют собой полиэфирные смолы с цветными концентратами, коммерчески доступные от BASF Corp.; FINE-TONE T382ESHHMW, T382ES, T6694, TCX 100, TCX700, TPL400TRM70, которые представляют собой полиэфирные смолы, коммерчески доступные от Reichhold Chemicals, Inc.; TOPAS ТМ, TOPAS TB и TOPAS 8007, которые представляют собой сополимеры циклического олефина, коммерчески доступные от Ticona GMBH Corp.; смолы S-LEC, включающие SE-0020, SE-0030, SE-0040, SE-0070, SE-0080, SE-0090, SE-0100, SE-1010 и SE-1035, которые представляют собой стирол-акриловые сополимеры, коммерчески доступные от Sekisui Chemical Co., Ltd.; BAILON 290, BAILON 200, BAILON 300, BAILON 103, BAILON GK-140 и BAILON GK-130, которые коммерчески поставляет компания Toyobo Co., Ltd.; Eritel UE3500, UE3210 и XA-8153, коммерчески доступные от Unitika Ltd.; и полиэфир TP-220 и R-188, коммерчески доступные от Nippon Synthetic Chemical Industry Co., Ltd.
Для специалистов в данной области техники будет понятно, что приведенный выше список является неисчерпывающим списком пригодных полимеров. Следует понимать, что объем настоящего изобретения ограничен только формулой изобретения.
Стабилизирующий агент
В вариантах воплощения настоящего изобретения используется стабилизирующий агент, который способствует получению стабильной дисперсии или эмульсии. В выбранных вариантах воплощения стабилизирующий агент может представлять собой поверхностно-активное вещество, полимер (отличающийся от термопластичных смол, подробно описанных выше) или их смеси. В других вариантах воплощения термопластичная смола представляет собой самостабилизатор, таким образом, что дополнительный экзогенный стабилизирующий агент может не потребоваться. Например, самостабилизирующаяся система может включать частично гидролизованный полиэфир, в котором путем комбинирования полиэфира с водным основанием может быть получена полиэфирная смола и молекула стабилизатора, аналогичная поверхностно-активному веществу. Кроме того, стабилизирующие агенты можно использовать отдельно или в комбинации из двух или более.
В некоторых вариантах воплощения стабилизирующий агент может представлять собой полярный полимер, имеющий полярную группу, либо в виде сомономера, или привитого мономера. В предпочтительных вариантах воплощения стабилизирующий агент может включать один или несколько полярных полиолефинов, имеющих полярную группу, либо в виде сомономера, или привитого мономера. Типичные полимеры включают сополимеры этиленакриловой кислоты (EAA) и этилен-мeтакриловой кислоты, такие как поставляются под товарными знаками PRIMACOR™ (товарный знак компании Dow Chemical), NUCREL™ (товарный знак EI DuPont de Nemours) и ESCOR™ (товарный знак ExxonMobil) и описанные в патентах США №4599392, 4988781 и 5938437, каждый из которых приведен здесь полностью в качестве ссылочного материала. Другие пригодные полимеры включают этилен-этилакрилатный (EEA) сополимер, этилен-метилметакрилат (EMMA) и этилен-бутилакрилат (EBA). Также можно использовать другие сополимеры этилена и акриловой кислоты. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что также можно использовать множество других полезных полимеров.
4
Если полярная группа полимера является кислотной или основной по своей природе, стабилизирующий полимер может быть частично или полностью нейтрализован нейтрализующим агентом для получения соответствующей соли. Соли могут представлять собой соли щелочных металлов или соли аммония жирной кислоты, приготовленной в результате нейтрализации кислоты с соответствующим основанием, например NaOH, KOH и NHOH. Эти соли могут быть получены in situ на этапе дисперсии, как более полно описано ниже. В некоторых вариантах воплощения нейтрализация стабилизирующего агента, такого как жирная кислота с длинной цепью или EAA, может составлять от 10 до 200% в расчете на количество молей; от 25 до 200% в расчете на количество молей в других вариантах воплощения; от 20 до 110% в расчете на количество молей в других вариантах воплощения и от 50 до 110% в расчете на количество молей в еще других вариантах воплощения. Например, для EAA нейтрализующий агент представляет собой основание, такое как гидроксид аммония или гидроксид калия. Другие нейтрализующие агенты могут включать гидроксид лития или гидроксид натрия, например. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что выбор соответствующего нейтрализующего агента зависит от конкретной составленной композиции и что такой выбор находится в пределах знаний специалиста в данной области техники.
Другие поверхностно-активные вещества, которые можно использовать, включают жирные кислоты с длинной цепью или соли жирных кислот, имеющие от 12 до 60 атомов углерода. В других вариантах воплощения жирные кислоты с длинной цепью или соли жирных кислот могут иметь от 12 до 40 атомов углерода.
Дополнительные поверхностно-активные вещества, которые можно использовать на практике согласно настоящему изобретению, включают катионные поверхностно-активные вещества, анионные поверхностно-активные вещества, неионогенные поверхностно-активные вещества или их комбинации. Примеры анионных поверхностно-активных веществ включают сульфонаты, карбоксилаты и фосфаты. Примеры катионных поверхностно-активных веществ включают четвертичные амины. Примеры неионогенных поверхностно-активных веществ включают блок-сополимеры, содержащие этиленоксид, и силиконовые поверхностно-активные вещества. Поверхностно-активные вещества, используемые как стабилизирующий агент, могут быть либо внешними поверхностно-активными веществами, либо внутренними поверхностно-активными веществами. Внешние поверхностно-активные вещества представляют собой поверхностно-активные вещества, которые не вступают в химическую реакцию со структурой полимера во время приготовления дисперсии. Примеры используемых здесь внешних поверхностно-активных веществ включают соли додецилбензолсульфоновой кислоты и лаурилсульфоновой кислоты. Внутренние поверхностно-активные вещества представляют собой поверхностно-активные вещества, которые вступают в химическую реакцию со структурой полимера во время приготовления дисперсии. Пример внутреннего поверхностно-активного вещества, используемого здесь, включает 2,2-диметилолпропионовую кислоту и ее соли или сульфированные полиолы, нейтрализованные хлористым аммонием.
В конкретных вариантах воплощения диспергирующий агент или стабилизирующий агент можно использовать в количестве в диапазоне от больше нуля до приблизительно 60 мас.% в расчете на количество используемой термопластичной смолы (или смеси термопластичных смол). Что касается термопластичной смолы и диспергирующего стабилизирующего агента, в некоторых вариантах воплощения термопластичная смола может содержать от приблизительно 30% до 99% (мас.) в расчете на общее количество термопластичной смолы и диспергирующего стабилизирующего агента в композиции. В других вариантах воплощения термопластичная смола может содержать от приблизительно 50% до приблизительно 80% (мас.) в расчете на общее количество термопластичной смолы и диспергирующего стабилизирующего агента в композиции. В дополнительных вариантах воплощения термопластичные смолы могут составлять приблизительно 70% (мас.) в расчете на общее количество термопластичной смолы и диспергирующего стабилизирующего агента в композиции. Например, жирные кислоты с длинной цепью или их соли можно использовать от 0,5 до 10 мас.% в расчете на общее количество термопластичной смолы. В других вариантах воплощения сополимеры этилена и акриловой кислоты или этилена и метакриловой кислоты можно использовать от 0,5 до 60 мас.% в расчете на общее количество термопластичной смолы. В дополнительных вариантах воплощения соли сульфоновой кислоты можно использовать от 0,5 до 10 мас.% в расчете на общее количество термопластичной смолы.
Краситель
В вариантах воплощения настоящего изобретения можно использовать краситель как часть композиции. Можно использовать различные красители. Как правило, можно использовать такие красители, как желтый, пурпурный и голубой. Можно использовать черный красящий агент, сажу, магнитный материал и красящий агент, тонированный до черного с использованием желтого/пурпурного/голубого красящих агентов, описанных ниже.
В качестве желтого красящего агента можно использовать соединения, типичным представителем которых является конденсированное азо-соединение, изоиндолиновое соединение, антрахиноновое соединение, азометаллическое комплексное метиновое соединение и аллиламидное соединение. В частности, в качестве желтого красящего агента могут быть пригодны для использования желтые CI пигменты 3, 7, 10, 12-15, 17, 23, 24, 60, 62, 74, 75, 83, 93-95, 99, 100, 101, 104, 108-111, 117, 123, 128, 129, 138, 139, 147, 148, 150, 166, 168-177, 179, 180, 181, 183, 185, 191:1, 191, 192, 193 и 199. Примеры красителей включают растворимые желтые пигменты CI 33, 56, 79, 82, 93, 112, 162 и 163 и диспергируемые желтые CI пигменты 42, 64, 201 и 211.
В качестве пурпурного красящего агента можно использовать конденсированное азо-соединение, дикетопирролопирроловое соединение, антрахинон, хинакридоновое соединение, основное соединение ализоринового красителя, нафтоловое соединение, бензимидазолоновое соединение, тиоиндиго соединение и периленовое соединение. В частности, в качестве пурпурного красящего агента могут быть пригодны для использования красные пигменты CI 2, 3, 5-7, 23, 48:2, 48:3, 48:4, 57:1, 81:1, 122, 146, 166, 169, 177, 184, 185, 202, 206, 220, 221 и 254 и фиолетовый пигмент CI 19.
В качестве голубого красящего агента можно использовать соединение фталоцианина меди и его производные, антрахиноновое соединение, основное соединение ализоринового красителя и т.п. В частности, в качестве голубого красящего агента могут быть пригодны для использования голубые пигменты CI 1, 7, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 60, 62 и 66.
Эти красящие агенты можно использовать по отдельности, в смеси или в виде твердого раствора. Красящий агент в соответствии с настоящим изобретением выбирают с учетом угла цветного тона, насыщенности, яркости, устойчивости к погодным условиям, прозрачности OHP (верхний источник света) и диспергируемости в тонере. Красящий агент можно добавлять в количестве от 0,5 до 20 весовых частей в расчете на 100 весовых частей термопластичной смолы.
Магнитный пигмент
Кроме того, тонер в соответствии с настоящим изобретением может содержать магнитный материал и может использоваться как магнитный тонер. В этом случае магнитный материал также может выполнять функцию красящего агента. Примеры магнитного материала, содержащегося в магнитном тонере, в соответствии с настоящим изобретением, включают оксиды железа, такие как магнетит, гематит и феррит; металлы, такие как железо, кобальт и никель, или сплавы этих металлов с металлами, такими как алюминий, кобальт, медь, свинец, магний, олово, цинк, сурьма, бериллий, висмут, кадмий, кальций, марганец, селен, титан, вольфрам и ванадий; и их смеси.
Магнитный материал, используемый в настоящем изобретении, предпочтительно, может быть поверхностно-модифицированным магнитным материалом. Примеры поверхностных модификаторов, которые можно использовать для гидрофобной обработки магнитного материала, включают кремнийорганический аппрет и связующее вещество на основе титана.
Магнитный материал, используемый в раскрытых здесь композициях, может иметь средний размер частиц 2 мкм или меньше, предпочтительно, от 0,1 до 0,5 мкм. Магнитный материал может быть включен в композицию в количестве от 20 до 200 весовых частей, предпочтительно от 40 до 150 весовых частей, в расчете на 100 весовых частей термопластичной смолы.
При приложении магнитного поля 796 кА/м (10 килоэрстед) магнитный материал, предпочтительно, имеет такие магнитные свойства, как коэрцитивная сила (He) от 1,59 до 23,9 кА/м (20-300 эрстед), магнетизация насыщения (as) 50-200 электромагнитных единиц/г и остаточная намагниченность (or) 2-20 электромагнитных единиц/г.
Агент, регулирующий заряд
В некоторых вариантах воплощения настоящего изобретения агент, регулирующий заряд, может быть включен в описанные здесь композиции. Примеры агента, регулирующего заряд, используемого для регулирования заряда, так, чтобы он был отрицательным, включают металлоорганическое соединение, хелатное соединение, моноазометаллическое соединение, ацетилацетон-металлическое соединение, производное мочевины, металлсодержащее соединение салициловой кислоты, металлсодержащее соединение нафтойной кислоты, соль третичного аммония, каликсарен, соединение кремния и соединение карбоновой кислоты с неметаллом и их производные.
Примеры агента, регулирующего заряд, используемого для регулирования заряда, так, чтобы он был положительным, включают нигрозин и его модифицированный продукт с металлической солью жирной кислоты; солью четвертичного аммония, такой как трибутилбензиламмоний-1-гидрокси-4-нафтосульфонат и тетрафтороборат тетрабутиламмония, и ониевые соли и их аналоги, такие как фосфониевая соль, и их краплаки, и трифенилметановые красители и их краплаки, из которых красящие агенты включают фосфорновольфрамовую кислоту, фосфорномолибденовую кислоту, фосфорновольфраммолибденовую кислоту, дубильную кислоту, лауриновую кислоту, галловую кислоту, феррицианид и ферроцианид; металлические соли высших жирных кислот; диоловоорганические оксиды, такие как дибутилолова оксид, диоктилолова оксид и дициклогексилолова оксид; и диоловоорганические бораты, такие как дибутилолова борат, диоктилолова борат и дициклогексилолова борат. Их можно использовать по отдельности или в комбинации из двух или более. Из них могут быть предпочтительными такие агенты, регулирующие заряд, как нигрозины и соли четвертичного аммония.
Композиции тонера могут включать агент, регулирующий заряд, в количестве от 0,01 до 20 весовых частей, предпочтительно от 0,5 до 10 весовых частей на основе 100 весовых частей термопластичной смолы в тонере.
Другие добавки
Множество других добавок, известных специалистам в данной области техники, можно использовать в вариантах воплощения настоящего изобретения. Например, добавку можно использовать для улучшения различных свойств тонера. Примеры таких добавок включают окислы металлов, такие как оксид кремния, оксид алюминия, оксид титана и гидротальцит; сажу и фторзамещенный углерод. Предпочтительно, эти добавки могут быть гидрофобно обработаны.
Другие добавки, которые можно использовать для улучшения различных свойств тонера, включают воски, такие как металлоценовые воски и полипропиленовые воски.
Полирующий агент можно использовать в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения. Типичные полирующие агенты включают титанат стронция; окислы металла, такие как оксид церия, оксид алюминия, оксид магния и оксид хрома; нитриды, такие как нитрид кремния; карбиды, такие как карбид кремния; и соли металла, такие как сульфат кальция, сульфат бария и карбонат кальция.
Смазки можно использовать в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения. Типичные смазки включают порошки фторосмол, таких как винилиденфторид и политетрафторэтилен; и металлические соли жирных кислот, такие как стеарат цинка и стеарат кальция.
Кроме того, частицы, регулирующие заряд, включают оксиды металлов, такие как оксид олова, оксид титана, оксид цинка, оксид кремния и оксид алюминия; и сажу.
Эти добавки можно использовать в количестве в диапазоне от 0,1 до 10 весовых частей, предпочтительно от 0,1 до 5 весовых частей в расчете на 100 весовых частей частиц тонера. Такие внешние добавки можно использовать по отдельности или в комбинации.
Составы
В предпочтительных составах дисперсии в соответствии с настоящим изобретением могут включать термопластичную смолу, стабилизирующий агент (который может быть полимерным или поверхностно-активным веществом) и, по меньшей мере, один из красителя и магнитного пигмента. Также можно использовать множество других добавок, зависящих от конкретных составов и свойств тонера, который должен быть получен.
В одном варианте воплощения термопластичная смола, стабилизирующий агент и, по меньшей мере, один из красителя и магнитного пигмента замешивают в расплаве в экструдере вместе с водой и нейтрализующим агентом, таким как аммиак, гидрохлорид калия, или комбинацией этих двух веществ для получения дисперсионной композиции. Добавки могут быть примешаны к термопластичной смоле во время или перед получением дисперсии и/или экструзии. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что можно использовать множество других нейтрализующих агентов. В некоторых вариантах воплощения, по меньшей мере, один из красителя и магнитного пигмента может быть добавлен после смешивания термопластичной смолы и стабилизирующего агента. В других предпочтительных вариантах воплощения может быть добавлен, по меньшей мере, один из красителя и магнитного пигмента после получения дисперсии. Кроме того, любые другие пригодные для использования добавки (такие, как описаны выше) могут быть добавлены к составу перед получением дисперсии.
В другом варианте воплощения термопластичную смолу, такую как самостабилизирующаяся смола, и, по меньшей мере, один из красителя и магнитного пигмента смешивают в расплаве в экструдере вместе с водой и нейтрализующим агентом, таким как аммиак, гидроксид калия, или комбинацией этих двух веществ для получения дисперсионной композиции. В еще одном варианте воплощения термопластичную смолу, стабилизирующий агент и, по меньшей мере, один из красителя и магнитного пигмента смешивают в виде расплава в экструдере вместе с водой без использования нейтрализующего агента для получения дисперсионной композиции.
Можно использовать любые средства смешения расплава, известные в данной области техники. В некоторых вариантах воплощения используют месилку, такую как миксер BANBURY, одношнековый экструдер или мультишнековый экструдер. Процесс производства дисперсии в соответствии с настоящим изобретением не ограничен этим конкретным примером. Любая ссылка на использование экструдера в данном описании не предназначена для ограничения настоящего изобретения. Один из предпочтительных процессов, например, представляет собой процесс, содержащий смешение расплава упомянутых выше компонентов в соответствии с патентом США №5756659 и патентом США №6455636, которые приведены здесь полностью в качестве ссылочного материла. Альтернативный пример, в котором экструдер не требуется, позволяет получить механическую дисперсию в миксере с высокой степенью сдвига. Миксер с высокой степенью сдвига может, в частности, применяться для дисперсий, в которых, например, используются полиэфиры и некоторые стироловые сополимеры.
3
3
3
На чертеже схематично иллюстрируется устройство для экструзии, которое можно использовать в вариантах выполнения изобретения. Экструдер 20, в определенных вариантах воплощения двухшнековый экструдер, соединен с регулятором обратного давления, насосом для расплава или шестеренчатым насосом 30. В вариантах воплощения также предусматривается основной резервуар 40 и исходный резервуар 50 для воды, каждый из которых включает насос (не показан). Требуемое количество основной и исходной воды подают из основного резервуара 40 и исходного резервуара 50 для воды соответственно. Можно использовать любой соответствующий насос, но в некоторых вариантах воплощения насос, который обеспечивает поток приблизительно 150 см/мин под давлением 240 бар, используют для получения основной и исходной воды для экструдера 20. В других вариантах воплощения насос для впрыска жидкости обеспечивает поток 300 см/мин под давлением 200 бар или 600 см/мин под давлением 133 бар. В некоторых вариантах воплощения основную и исходную воду предварительно нагревают в предварительном нагревателе.
Термопластичную смолу в форме шариков, порошка или хлопьев подают из питателя 80 во входное отверстие 90 экструдера 20, где термопластичная смола плавится или компаундируется. В некоторых вариантах воплощения диспергирующий агент добавляют к термопластичной смоле через и вместе с термопластичной смолой и в других вариантах воплощения диспергирующий агент подают отдельно в двухшнековый экструдер 20. Расплав термопластичной смолы затем подают из зоны смешения и переноса в зону эмульсификации экструдера, где исходное количество воды и основания из резервуаров 40 и 50 добавляют через входное отверстие 55. В некоторых вариантах воплощения диспергирующий агент может быть добавлен дополнительно или исключительно к потоку воды. В некоторых вариантах воплощения эмульгированную смесь дополнительно разбавляют дополнительной водой через впускное отверстие 95 из резервуара 60 в зоне разбавления и охлаждения экструдера 20. Как правило, дисперсию разбавляют, по меньшей мере, до 30 мас. процентов воды в зоне охлаждения. Кроме того, разбавленная смесь может быть разбавлена любое количество раз, до тех пор пока не будет достигнут требуемый уровень разбавления. В некоторых вариантах воплощения воду не добавляют в двухшнековый экструдер 20, а вместо этого ее добавляют в поток, содержащий расплав смолы после того, как расплав выйдет из экструдера. Таким образом, устраняется накопление давления пара в экструдере 20.
Предпочтительно, благодаря использованию экструдера в некоторых вариантах воплощения термопластичную смолу и стабилизирующий агент можно смешивать в одном процессе для получения дисперсии. Кроме того, предпочтительно, благодаря использованию одного или больше упомянутых выше стабилизирующих агентов дисперсия получается стабильной относительно добавок.
Дисперсии, получаемые в соответствии с вариантами воплощения настоящего изобретения, отличаются тем, что они имеют средний размер частиц от приблизительно 0,05 до приблизительно 10 микрон. В других вариантах воплощения дисперсия может иметь средний размер частиц от приблизительно 0,05 до приблизительно 8,0 микрон. В других вариантах воплощения дисперсия может иметь средний размер частиц от приблизительно 0,1 до приблизительно 6,0 микрон. Используемый здесь "средний размер частиц" относится к среднему объемному размеру частиц. Для измерения размера частиц можно использовать, например, технологии дифракции лазера. Размер частиц в этом описании относится к диаметру полимера в дисперсии. Для полимерных частиц, которые не являются сферическими, диаметр частицы представляет собой среднее значение длинной и короткой осей частицы. Размеры частиц можно измерять, например, в анализаторе размеров частиц с лазерной дифракцией Beckman-Coulter LS230 или с помощью другого соответствующего устройства. В одном варианте воплощения требуемый размер частиц может быть получен путем формирования очень малых частиц с последующим их агрегатированием до требуемого размера частиц.
После получения дисперсии, по меньшей мере, часть воды можно удалить для формирования частиц тонера. В выбранных вариантах воплощения, по существу, всю воду можно удалить для формирования основных частиц тонера. В одном варианте воплощения сушка дисперсии может осуществляться путем сушки с разбрызгиванием дисперсии. Как известно, сушка с разбрызгиванием включает измельчение исходной жидкости до мелких брызг или капелек и контакт этих капелек с горячим воздухом в сушильной камере. Распыление обычно получают с помощью распылителей с вращающимся (колесом) или соплом. Испарение влаги из капелек и формирование сухих частиц продолжается в условиях управляемой температуры и потока воздуха. Порошок выгружают, по существу, непрерывно из сушильной камеры. Рабочие условия такой конструкции сушильной камеры выбирают в соответствии с характеристиками сушки продукта и спецификацией порошка. Другие технологии сушки, известные в данной области техники, также можно использовать, включая сушку в псевдоожиженном слое, вакуумную сушку, сушку облучением и термическую сушку, помимо прочих.
Таким образом, в одном варианте воплощения дисперсия может быть получена и может поставляться в другое место, где эту дисперсию подвергают процессу последующей обработки, такому как сушка распылением, для формирования порошка тонера.
В выбранных вариантах воплощения предпочтительно добавлять вспомогательные мелкие частицы к частицам основного тонера для улучшения текучести, стабильности к электризации или стабильности к блокированию при высокой температуре и т.д. Вспомогательные мелкие частицы, которые предназначены для фиксации на поверхности основных частиц тонера, можно соответствующим образом выбрать для использования среди различных неорганических или органических мелких частиц.
В качестве неорганических мелких частиц можно, например, использовать, различные карбиды, такие как карбид кремния, карбид бора, карбид титана, карбид циркония, карбид гафния, карбид ванадия, карбид тантала, карбид ниобия, карбид вольфрама, карбид хрома, карбид молибдена и карбид кальция, различные нитриды, такие как нитрид бора, нитрид титана и нитрид циркония, различные бориды, такие как борид циркония, различные оксиды, такие как оксид титана, оксид кальция, оксид магния, оксид цинка, оксид меди, оксид алюминия, оксид церия, кремнезем и коллоидный кремнезем, различные соединения титанатов, такие как титанат кальция, титанат магния и титанат стронция, соединения фосфатов, такие как фосфат кальция, сульфиды, такие как дисульфид молибдена, фториды, такие как фторид магния и фторид углерода, различные металлические мыла, такие как стеарат алюминия, стеарат кальция, стеарат цинка и стеарат магния, тальк, бентонит, различные сорта сажи и электропроводной сажи, магнетита и феррита. В качестве органических мелких частиц можно, например, использовать мелкие частицы стироловой смолы, акриловой смолы, эпоксидной смолы или меламиновой смолы.
Из таких вспомогательных мелких частиц, например, особенно предпочтительно использовать кремнезем, оксид титана, глинозем, оксид цинка, различные виды сажи или электропроводной сажи. Кроме того, такие вспомогательные мелкие частицы могут включать упомянутые выше неорганические или органические мелкие частицы, где поверхность частиц обрабатывают с помощью поверхностной обработки, такой как гидрофобная обработка агентами обработки, такими как кремнийорганический аппрет, связующий агент - титанат, силиконовое масло, модифицированное силиконовое масло, силиконовый лак, фторированный кремнийорганический аппрет, фторированное силиконовое масло или связующий агент, имеющий аминогруппы или основания четвертичного аммония. Такие агенты обработки можно использовать отдельно или в комбинации как смесь из двух или более из них.
Описанные выше вспомогательные мелкие частицы могут иметь средний размер частиц от 0,001 до 3 мкм, предпочтительно, от 0,005 до 1 мкм, и множество частиц, имеющих разные размеры частиц, можно использовать в комбинации. Средний размер частиц вспомогательных мелких частиц можно определить на основе наблюдений с помощью электронного микроскопа.
В качестве описанных выше вспомогательных мелких частиц можно использовать два или несколько разных типов вспомогательных мелких частиц в комбинации. Например, частицы с обработанной поверхностью и частицы с необработанной поверхностью можно использовать в комбинации, или частицы с по-разному обработанной поверхностью можно использовать в комбинации. В других случаях положительно заряжаемые частицы и отрицательно заряжаемые частицы можно соответствующим образом комбинировать для использования.
В качестве способа добавления вспомогательных мелких частиц к основным частицам тонера известен способ добавления и смешивания их с помощью высокоскоростного перемешивающего устройства, такого как миксер Henschel. Однако для улучшения устойчивости к блокированию при высокой температуре, предпочтительно, чтобы вспомогательные мелкие частицы были зафиксированы на поверхности основных частиц тонера. В настоящем изобретении фиксация означает дополнительный способ, в котором используется устройство, позволяющее прикладывать напряжение сжатия при сдвиге (ниже называется устройством для обработки сжатием при сдвиге), или устройство, позволяющее плавить или размягчать поверхность основных частиц тонера (ниже называется устройством для обработки расплава поверхности частиц). При использовании такой фиксирующей обработки вспомогательные мелкие частицы могут быть прочно закреплены на поверхности основных частиц тонера без существенного распыления основных частиц тонера, в результате чего устойчивость к блокированию во время хранения при высокой температуре может быть улучшена и становится возможным получить тонер, в меньшей степени подверженный сплавлению с компонентами копировального устройства или принтера, даже при непрерывной операции копирования.
Описанное выше устройство для обработки сжатием при сдвиге построено так, что оно имеет узкий зазор, определенный поверхностью головки и поверхностью головки, поверхностью головки и поверхностью стенки или поверхностью стенки и поверхностью стенки, которые установлены подвижными относительно друг друга, в то время как расстояние поддерживается таким образом, что обрабатываемые частицы принудительно пропускают через зазор, в результате чего прикладывается напряжение сжатия и напряжение при сдвиге к поверхности частиц, без существенного их распыления. В качестве устройства для обработки сжатием при сдвиге, пригодного для использования, можно, например, упомянуть устройство механического расплава, производства компании Hosokawa Micron KK.
Описанное выше устройство для обработки расплава поверхности частиц обычно построено таким образом, что смесь мелких частиц основного тонера и мелких вспомогательных частиц мгновенно нагревают до температуры, составляющей, по меньшей мере, температуру инициирования расплава с использованием, например, потока горячего воздуха, в результате чего обеспечивается фиксация вспомогательных мелких частиц. В качестве пригодного для использования устройства для обработки поверхностного расплава частиц можно упомянуть систему поверхностного расплава производства компании Nippon Neumatic KK.
В другом варианте воплощения термопластичная смола может быть получена в непрерывном процессе или в процессе полимеризации in situ. В этом варианте воплощения может формироваться механическая дисперсия или эмульсия мономеров в водном растворе. Полимеризация мономеров может происходить либо во время, или после эмульгирования. Добавки могут быть добавлены к системе либо во время, или после эмульгирования и/или полимеризации. В другом варианте воплощения смола, производимая в непрерывном процессе полимеризации, может быть прямо соединена с процессом эмульгирования и оконечной обработки.
Применение
Тонеры, описанные выше, можно использовать в картриджах, картриджах обработки и в устройствах формирования изображений. Например, картриджи обработки, в которых используются описанные здесь тонеры, могут включать фотопроводники, модули заряда, модули проявления, модули очистки и могут быть прикреплены к основному корпусу устройства формирования изображения с возможностью закрепления и отсоединения. В качестве другого примера картриджи тонера могут включать элемент, несущий электростатическое изображение, и средство проявления для формирования видимого изображения путем проявления с помощью тонера латентного электростатического изображения, формируемого на элементе, несущем изображения. Устройство формирования изображения может включать элемент, несущий латентное электростатическое изображение, средство формирования латентного электростатического изображения, средство проявления, предназначенное для проявления электростатического изображения и формирования видимого изображения, средство переноса, которое переносит видимое изображение на носитель - подложку, и средство фиксации, которое фиксирует перенесенное изображение на носителе-подложке. Картриджи, картриджи обработки и устройства формирования изображения раскрыты, например, в патентах США №7177582, 7177570, 7169525, 7166401, 7161612, 6477348, 5974281 и в других.
Примеры
Варианты воплощения настоящего изобретения могут иметь компонент (A) термопластичной смолы и стабилизирующие агент в количестве от приблизительно 45% до приблизительно 99 мас.% от общего состава тонера. В других вариантах воплощения их количество может находиться в диапазоне от 60% до 80%. Кроме того, в вариантах воплощения настоящего изобретения могут использоваться красители в количестве от более чем приблизительно 0% до приблизительно 30 мас.% от всего состава тонера. Кроме того, также в вариантах воплощения настоящего изобретения можно использовать магнитный пигмент в количестве от более чем приблизительно 0% до приблизительно 50 мас.% от общего состава тонера. Также дополнительно в вариантах воплощения настоящего изобретения можно использовать множество дополнительных добавок в количестве от больше чем приблизительно 0% до приблизительно 10 мас.% от общего состава тонера.
2
2
В одном варианте воплощения тонер может включать 5-15 мас.% черного пигмента, 2-5 мас.% полиэфирной смолы, 70-85 мас.% стиролбутилакрилатной смолы, 0,2-0,8 мас.% CCA, 5-15 мас.% воска (эфирный воск), 0,5-2 мас.% кремнезема (может быть добавлен после приготовления тонера), 0,5-2 мас.% TiО (может быть добавлен после приготовления тонера) и 0,5-2 мас.% поверхностно-активного вещества (на основе твердых веществ). В конкретном варианте воплощения тонер может включать 9 мас.% черного пигмента, 3,5 мас.% полиэфирной смолы, 77 мас.% стиролбутилакрилатной смолы, 0,5 мас.% CCA, 10 мас.% воска (эфирный воск), 1 мас.% кремнезема, 1 мас.% TiО и 1 мас.% поверхностно-активного вещества (на основе твердых веществ).
В одном варианте воплощения голубой цветной тонер может быть приготовлен путем формирования водной дисперсии с 79 мас.% стиролбутилакрилатного сополимера, 2 мас.% цинксалициловой кислоты, агента, регулирующего заряд, 4 мас.% полипропиленового воска, 1 мас.% кварцевой пудры, 9,5 мас.% дисперсии пигмента, состоящего из 30,8 мас.% голубого пигмента BFD-1121, 60 мас.% воды и 9,2 мас.% стабилизатора на основе акрилового полимера и 4,5 мас.% сухого пигмента Keystone Blue GN, поставляемого компанией Keystone Aniline Co. Смесь может быть экструдирована и высушена для удаления избыточной воды. Агенты, добавляемые после приготовления, которые могут быть включены для улучшения регулирования потока, включают 1 мас.% гидрофобного кремнезема, обработанного силаном, и 0,7 мас.% гидрофобного диоксида титана.
В другом варианте воплощения тонер желтого цвета может быть приготовлен путем получения водной дисперсии с 77 мас.% стиролбутилакрилатного сополимера, 2 мас.% цинксалициловой кислоты, агента, регулирующего заряд, 4 мас.% полипропиленовго воска, 1% кварцевой пудры, 11,5 мас.% дисперсии пигмента, состоящего из 30,8 мас.% желтого пигмента YFD-4244, 60 мас.% воды и 9,2 мас.% стабилизатора на основе акрилового полимера, и 4,5 мас.% сухого пигмента Clarient Permanent Yellow 17, поставляемого компанией Keystone Aniline Co. Смесь может быть экструдирована и высушена для удаления избыточной воды. Добавляемые после приготовления агенты, которые могут быть включены для улучшения регулирования потока, включают 1 мас.% гидрофобного кремнезема, обработанного силаном, и 0,7 мас.% гидрофобного диоксида титана.
В одном варианте воплощения пурпурный цветной тонер может быть приготовлен путем получения водной дисперсии с 69 мас.% стиролбутилакрилатного сополимера, 2 мас.% цинксалициловой кислоты, агента, регулирующего заряд, 4 мас.% полипропиленового воска, 21 мас.% дисперсии пигмента, состоящего из 30,8 мас.% красного пигмента QFD-1146, 60 мас.% воды и 9,2 мас.% стабилизатора на основе акрилового полимера, и 4 мас.% сухого пигмента Clarient Hostacopy М. 501 пигмента Red 122, поставляемого компанией Keystone Aniline Co. Смесь можно экструдировать и сушить для удаления избыточной воды. Агенты последующей добавки, которые могут быть включены для улучшения регулирования потока, включают 1 мас.% гидрофобного кремнезема, обработанного силаном, и 0,7 мас.% гидрофобного диоксида титана.
В еще одном варианте воплощения магнитный черный тонер может быть приготовлен путем получения водной дисперсии со 100 частями полиэфира, 95 частями магнетида, 1 части полидиметилсилоксана и 1 части электропроводной сажи.
Предпочтительно, варианты воплощения, раскрытые здесь, позволяют использовать широкий диапазон полимеров в композициях тонера. Другие варианты воплощения, раскрытые здесь, могут включать процессы обработки, не содержащие растворителей и мономеров, которые в значительно меньшей степени загрязняют окружающую среду, чем процессы предшествующего уровня техники. Кроме того, варианты воплощения позволяют получать меньшие размеры частиц и более узкое распределение размера частиц, чем в предшествующем уровне техники.
Хотя изобретение было описано в отношении ограниченного количества вариантов воплощения, для специалистов в данной области техники, после чтения настоящего раскрытия, будет понятно, что могут быть разработаны другие варианты воплощения, которые не выходят за пределы объема изобретения в том виде, как оно раскрыто здесь. В соответствии с этим охват изобретения должен быть ограничен только приложенной формулой изобретения.