ПОКРЫТЫЙ ПОРОШКОМ НОСИТЕЛЬ
POWDER COATED CARRIER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в основном относится к смолам, предназначенным для получения носителей, а в особенности к способу получения носителей с покрытием с увеличенным сроком хранения, причем в таком способе увеличивается обогащение смеси поверхностно-активным веществом без оказания влияния на размер частиц латекса и снижается С, (дзета) потенциал; девелоперам, содержащим упомянутые носители и тонер; устройствам, содержащим упомянутые девелоперы, компонентам устройств для формирования изображения, содержащим упомянутые девелоперы; устройствам для формирования изображений, содержащим упомянутые девелоперы; изображениям и т.д.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Состоящие из двух частей девелоперы содержат тонер и носитель. Часто на носитель наносят покрытие, например смолу. Использование добавок (например, поверхностно-активных веществ) совместно с полученными агрегацией эмульсии (ЕА) частицами тонера может быть важным для получения оптимальных эксплуатационных характеристик тонера, включая характеристики в области срока хранения, например носители из заряженных циклических алифатических акрилатных и аминомономеров используют в комбинации с тонерами из полиэфирных смол. Таким образом, сохраняется постоянная потребность в улучшении носителей в составе девелоперов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении описываются способы получения латексных смол для нанесения покрытий на носители для состоящих из двух частей девелоперов с использованием разделения в процессе получения покрытия поверхностно-активного вещества на порции, при этом смолы проявляют более низкий С, потенциал, более высокую стабильность латексной эмульсии, имеют больший размер частиц латекса или комбинацию этих характеристик, при этом не оказывается отрицательного влияния на заряд тонера или другие параметры.
Раскрывается способ получения латексной смолы, включающий получение раствора по меньшей мере одного первого поверхностно-активного вещества в сосуде с мешалкой; отдельно смешение для формирования смеси по меньшей мере одного второго поверхностно-активного вещества и по меньшей мере одного формирующего латексную смолу состава; перенос части смеси в сосуд с мешалкой для формирования латексной затравки; необязательно добавление к затравке инициатора; объединение оставшейся части смеси в сосуде с мешалкой и выдержка объединенной смеси в сосуде с мешалкой для формирования частиц. Добавление поверхностно-активного(-ых) вещества(-в) порциями увеличивает насыщение поверхностно-активным веществом без воздействия на размер частиц латексной смолы по сравнению с латексной смолой, полученной без разделения поверхностно-активного вещества на множество введений в реакционную смесь.
Раскрывается способ получения частиц с покрытием, включающий контактирование вышеупомянутой латексной смолы и носителя, при этом носитель может содержать ядро, такое как, ферритовое ядро, и необязательно пигмент, такой как черный пигмент, такой как сажу, и необязательно базовое покрытие на упомянутом ядре; необязательно термическое прикрепление смолы к ядру носителя;
необязательно нагревание термически соединенных ядра и смолы, для того чтобы осуществить растекание смолы по ядру; охлаждение полученного в результате носителя с покрытием и выделение охлажденного носителя.
Раскрывается девелопер, содержащий вышеупомянутый носитель с покрытием и тонер, при этом носитель с покрытием является стабильным в течение по меньшей мере одного месяца. В некоторых вариантах осуществления девелопер является ультранизкоплавким девелопером.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении описывается полунепрерывная полимеризация эмульсии, в которой общее количество поверхностно-активного вещества разделяют и вводят поэтапно в процессе образования смолы так, что достигается желаемый размер частиц и при этом ξ потенциал является достаточным для обеспечения стабильного диспергирования и срока хранения эмульсии. Может быть использовано одно или множество поверхностно-активных веществ. Часто ξ потенциал измеряют как напряжение. Напряжение может иметь отрицательное значение с более низкими потенциалами, имеющими более низкие отрицательные значения напряжения. Таким образом, -30 мВ меньше -20 мВ. Также ξ потенциал может иметь положительное значение. Как известно, для потенциала в качестве точки отсчета используют 0, и, по сути, потенциал является абсолютным значением показателя без учета знака. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, более высокий потенциал также является одним из тех, что более отстоят от нуля, например в вышеупомянутом примере -30 мВ является более высоким потенциалом, чем -20 мВ.
Раскрывается способ получения латексной смолы, включающий получение раствора из воды и по меньшей мере одного первого поверхностно-активного вещества в первом сосуде с мешалкой; объединение для формирования смеси воды и по меньшей мере одного второго поверхностно-активного вещества, и по меньшей мере одного формирующего латексную смолу состава, такого как мономеры, которые полимеризуются с образованием смолы; перенос части упомянутой смеси в упомянутый первый сосуд с мешалкой для того, чтобы сформировать латексную затравку; необязательно добавление инициатора в упомянутый содержащий затравку первый сосуд с мешалкой; введение оставшейся части упомянутой смеси в упомянутый первый сосуд с мешалкой для того, чтобы сформировать частицы; и необязательно сушку частиц до порошковой формы, где введение поверхностно-активного вещества порциями в процессе реакции полимеризации повышает насыщение поверхностно-активным веществом без воздействия на размер частиц латексной смолы по сравнению с латексной смолой, полученной без разделения поверхностно-активного вещества на порции, вводимые на различных этапах формирования частиц.
Для целей настоящего изобретения термин «смола, предназначенная для изготовления носителя» или «латекс, предназначенный для изготовления носителя» представляет собой полимер, который прикреплен к части поверхности частицы ядра.
«Ультранизкоплавкий» тонер или девелопер представляет собой один из тех тонеров или девелоперов, которые имеют температуру плавления менее чем около 120°С или менее чем около 110°С, или менее чем около 100°С.
В контексте настоящего документа определение «около», используемое во взаимосвязи с количественными показателями, является включающим указанное значение и имеет значение в соответствии с контекстом (например, включает по меньшей мере степень погрешности, связанную с измерением конкретного количественного показателя). При использовании в контексте диапазона, определение «около» также должно быть рассмотрено как раскрывающее диапазон, определенный абсолютными значениями двух конечных точек. Например, диапазон «от около 2 до около 4» также раскрывает диапазон «от 2 до 4».
Под «отрицательными добавками, которые являются отрицательно заряжаемыми по отношению к указанному носителю» подразумевается, что добавки являются отрицательно заряжающими относительно поверхности тонера, что определяется путем определения трибоэлектрического заряда тонера с добавкой и без добавки. Аналогично, под «положительными добавками, которые являются положительно заряжаемыми по отношению к носителю» подразумевается, что добавки являются положительно заряжающими относительно поверхности тонера, что определяется путем определения трибоэлектрического заряда тонера с добавкой и без добавки.
Отрицательные добавки, которые являются отрицательно заряжаемыми по отношению к носителю, включают, например, частицы диоксида кремния, частицы оксида алюминия и любые частицы малого размера (например, со среднеобъемным диаметром от около 7 до около 100 нм, определенным с помощью любой приемлемой методики), включая, например, полимерные микросферы, необязательно обработанные композицией, приводящей частицы в состояние, когда они являются отрицательно заряжаемыми по отношению к носителю при трибоэлектрическом контакте с ним. Обрабатывающим веществом может быть, например, фторсилан, другие галогенсодержащие органосиланы, силазаны, силоксаны и т.п.
Для носителей и девелоперов по настоящему изобретению могут быть использованы различные приемлемые образующие твердое ядро материалы. Характерные свойства ядра включают те, что позволяют частицам тонера приобретать положительный или отрицательный заряд и обеспечивают желаемые свойства текучести в резервуаре девелопера, присутствующем в аппарате для электрофотографического формирования изображения. Другие желательные свойства ядра включают, например, приемлемые магнитные характеристики, которые обеспечивают формирование магнитной кисти в процессах проявления магнитной кистью; характеристики механического старения и морфологию поверхности, желательные для того, чтобы обеспечить высокую электрическую проводимость любого девелопера, содержащего носитель и приемлемый тонер.
Примеры ядер носителя, которые могут быть использованы, включают порошки из железа и/или стали, такие как тонкоизмельченные порошки из железа или стали (Hoeganaes Corporation, Sweden или Pomaton S.p.A, Italy); ферриты, такие как Cu/Zn-ферриты, содержащие, например, около 11% оксида меди, около 19% оксида цинка и около 70% оксида железа (D.M. Steward Corporation или Powdertech Corporation), Ni/Zn-ферриты (Powdertech), Sr (стронциевые)-ферриты, содержащие, например, около 14% оксида стронция и около 86% оксида железа (Powdertech) и Ваферриты; магнетиты (Hoeganaes); никель; их комбинации и т.п. Другие приемлемые ядра носителя могут включать гранулированный циркон, гранулированный кремний, стекло, диоксид кремния, их комбинации и т.п. В некоторых вариантах осуществления приемлемые ядра носителя могут иметь средний размер частиц, например, от около 20 мкм до около 400 мкм в диаметре.
Полученные полимерные частицы используют для нанесения покрытия на ядра любого известного типа разнообразными известными способами, а затем носители объединяют с известным тонером для формирования девелопера, предназначенного электрофотографической печати.
Носители по настоящему изобретению могут содержать ядро, имеющее размер от около 20 мкм до около 100 мкм, содержащее от около 0,5 масс.% до около 10 масс.% полимерного покрытия по настоящему изобретению, необязательно содержащее пигмент, такой как черный пигмент.
Полимерное покрытие на металле ядра содержит указанный в настоящем документе латекс, который может содержать по меньшей мере один алифатический циклоакрилат, необязательно, кислый акрилатный мономер, и, необязательно, пигмент, такой как черный пигмент, такой как сажу. Приемлемые алифатические циклоакрилаты, которые могут быть использованы при формировании полимерного покрытия, включают, например, метилметакрилат, циклогексилметакрилат, циклопропилакрилат, циклобутилакрилат, циклопентилакрилат, циклогексилакрилат, циклопропилметакрилат, циклобутилметакрилат, циклопентилметакрилат, изоборнилметакрилат, изоборнилакрилат, их комбинации и т.п.
Регулирующие заряд агенты включают, но не ограничиваются, кислые акрилаты и диалкиламиноакрилаты. Приемлемые кислые акрилаты включают, например, акриловую кислоту, метакриловую кислоту, β-карбоксиэтилакрилат, их комбинации и т.п. Приемлемые диалкиламиноакрилаты включают, например, диметиламиноэтилметакрилат (DMAEMA), 2-(диметиламино)-этилметакрилат, диэтиламиноэтилметакрилат, диметиламинобутилметакрилат, метиламиноэтилметакрилат, их комбинации и т.п.
В тех случаях, когда циклоакрилат комбинируют с регулирующим заряд агентом, циклоакрилат может присутствовать в сополимере, используемом в качестве полимерного покрытия ядра носителя, в количестве от около 95 масс.% до около 99,9 масс.% от массы сополимера. Регулирующий заряд агент может присутствовать в таком сополимере в количестве от около 0,1 масс.% до около 5 масс.% от массы сополимера.
Способы изготовления полимерного покрытия известны специалисту в данной области техники и включают полимеризацию эмульсии.
В процессе полимеризации взаимодействующие вещества могут быть добавлены вводу в приемлемом реакторе, таком как сосуд с мешалкой. Соответствующее количество исходных веществ необязательно может быть растворено в растворителе, в раствор может быть добавлен необязательный инициатор, и может быть приведено в контакт с по меньшей мере одним поверхностно-активным веществом для формирования эмульсии. В эмульсии может быть сформирован сополимер, который затем может быть выделен и использован в качестве полимерного покрытия для частиц носителя.
В том случае, когда они используются, растворители включают, но не ограничиваются, органические растворители, включая толуол, бензол, ксилол, тетрагидрофуран, ацетон, ацетонитрил, тетрахлорид углерода, хлорбензол, циклогексан, диэтиловый эфир, диметиловый эфир, диметилформамид, гептан, гексан, метиленхлорид, пентан, их комбинации и т.п.
Латекс может быть получен в водной фазе, содержащей поверхностно-активное вещество, необязательно, в атмосфере инертного газа, такого как азот, при этом водную фазу, содержащую воду и поверхностно-активное вещество разделяют таким образом, что дополнительное поверхностно-активное вещество добавляют позднее при полимеризации. Поверхностно-активные вещества, которые совместно со смолой могут быть использованы для формирования латексной дисперсии, могут быть ионогенными или неионогенными поверхностно-активными веществами, и могут быть использованы в количестве от около 0,01 до около 15 масс.% от массы твердых веществ, в некоторых вариантах осуществления от около 0,1 до около 10 масс.% от массы твердых веществ или от около 0,5 масс.% до около 8 масс.%.
Анионогенные поверхностно-активные вещества, которые могут быть использованы, включают сульфаты и сульфонаты, лаурилсульфат натрия (SLS), додецилбензолсульфонат натрия, додецилнафталинсульфат натрия, диалкилбензолалкилсульфаты и диалкилбензолалкилсульфонаты, кислоты, такие как абиетиновая кислота, доступная в Aldrich, NEOGEN R™ и NEOGEN SC™, полученные от Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., их комбинации и т.п. Другие приемлемые анионогенные поверхностно-активные вещества включают DOWFAX™ 2А1, алкилдифенилоксид дисульфонат The Dow Chemical Company и TAYCA POWER BN2060 Tayca Corporation (Japan), которые являются разветвленными додецилбензолсульфонатами натрия.
12
15
17
Примеры катионогенных поверхностно-активных веществ включают, но не ограничиваются, соли аммония, например, хлорид алкилбензилдиметиламмония, хлорид диалкилбензолалкиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония, хлорид алкилбензилметиламмония, бромид алкилбензилдиметиламмония, хлорид бензалкония, бромиды С, С, С-триметиламмония, их комбинации и т.п. Другие катионогенные поверхностно-активные вещества включают цетилпиридиния бромид, галогенидные соли кватернизованных полиоксиэтилалкиламинов, хлорид додецилбензилтриэтиламмония, MIRAPOL и ALKAQUAT, доступные в Alkaril Chemical Company, SANISOL (бензалкония хлорид), доступный в Као Chemicals, их комбинации и т.п. Приемлемое поверхностно-активное вещество включает SANISOL В-50, доступный в Као Corp., который преимущественно представляет собой хлорид бензилдиметилалкония.
Примеры неионогенных поверхностно-активных веществ включают, но не ограничиваются, спирты, кислоты и эфиры, например поливиниловый спирт, полиакриловый спирт, металозу, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, пропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, цетиловый эфир полиоксиэтилена, лауриловый эфир полиоксиэтилена, октиловый эфир полиоксиэтилена, октилфениловый эфир полиоксиэтилена, олеиловый эфир полиоксиэтилена, полиоксиэтилен-сорбитан-монолаурат, стеариловый эфир полиоксиэтилена, нонилфениловый эфир полиоксиэтилена, диалкилфенокси-поли-(этиленокси)-этанол, их комбинации и т.п. Могут быть использованы коммерчески доступные поверхностно-активные вещества Rhone-Poulenc, такие как IGEPAL СА-210™, IGEPAL CA520™ IGEPAL CA720™ IGEPAL CO-890™, IGEPAL CO-720™, IGEPAL СО-290™. IGEPAL СА-210™, ANTAROX 890™ и ANTAROX 897™.
Выбор конкретных поверхностно-активных веществ или их комбинаций, а также количеств каждого подлежащего использованию поверхностно-активного вещества относится к компетенции специалиста в данной области. В полунепрерывном процессе полимеризации общее количество поверхностно-активного вещества может быть разделено между стадиями образования затравки и стадией роста частиц. Однако в некоторых вариантах осуществления поверхностно-активное вещество может быть добавлено более чем в два момента времени или может быть добавлено в реакционную смесь с заданной скоростью непрерывно или импульсно.
Полимеризация латекса повышает насыщение поверхностно-активным веществом без воздействия на размер частиц латекса и может проявлять ξ, потенциал в стабильных диапазонах, включающих ξ потенциалы ниже чем около -55 мВ или ниже чем около -60 мВ, или ниже чем около -65 мВ, или ниже чем около -70 мВ. Это может быть выполнено с помощью разделения общего количества поверхностно-активного вещества таким образом, что дополнительное поверхностно-активное вещество может быть добавлено за кратное число моментов времени в процессе получения латекса, например, при образовании затравочных частиц и/или после того, как затравочные частицы были образованы. Размер частиц может определяться числом частиц, образованных на начальных стадиях полимеризации эмульсии. Таким образом, может быть, что поскольку нет вторичного зародышеобразования, больше поверхностно-активного вещества может быть добавлено в процесс позднее для того, чтобы повысить стабильность латекса путем снижения ξ потенциала и увеличения стабильности латекса, не имеющего при этом неблагоприятных показателей, включая заряд тонера, эффективность нанесения покрытия, проводимость носителя и т.п.
Насыщение поверхностно-активным веществом может быть увеличено на по меньшей мере около 30% или по меньшей мере около 70%, или по меньшей мере около 130%, или по меньшей мере 200%, или более по сравнению с получением латексной смолы без разделения поверхностно-активного вещества на порции, которые добавляют многократно в процессе формирования частиц.
Для формирования латекса, используемого при формировании полимерного покрытия, могут быть добавлены инициаторы. Примеры приемлемых инициаторов включают растворимые в воде инициаторы, такие как персульфат аммония, персульфат натрия и персульфат калия, и растворимые в органических растворителях инициаторы, включая органические пероксиды и азосоединения, их комбинации и т.п.
Инициаторы могут быть добавлены в приемлемых количествах, таких как от около 0,1 до около 8 масс.% от массы мономеров.
При формировании эмульсий исходные вещества: первое поверхностно-активное вещество и вода, необязательный растворитель и необязательный инициатор, могут быть скомбинированы с использованием любых способов и средств, известных специалисту в данной области. Реакционная смесь может смешиваться в течение от около 1 минуты до около 72 часов при поддержании температуры от около 10°С до около 100°С, хотя могут быть использованы время и температура за пределами указанных диапазонов.
Затем в процессе формирования частиц в реакцию полимеризации за одну или несколько стадий может быть добавлена большая часть первого поверхностного вещества или второго поверхностного вещества, или нескольких поверхностно-активных веществ.
Результирующий размер частиц латекса составляет по меньшей мере около 85 нм или по меньшей мере около 90 нм, или по меньшей мере 95 нм.
Полимер или сополимер, используемые в качестве покрытия для носителя, как только они были получены, могут быть высушены до формы порошка с помощью любого способа, известного специалисту в данной области.
Частицы полимера или сополимера могут иметь размер от около 40 нм до около 200 нм или от около 50 нм до около 150 нм, или от около 60 нм до около 120 нм.
Если размер частиц высушенного полимерного покрытия слишком велик, частицы могут быть подвергнуты тонкому измельчению, гомогенизации, обработке ультразвуком и т.п., для того чтобы дополнительно диспергировать частицы и разбить любые агломераты или слабо связанные частицы, тем самым обеспечив получение частиц указанных выше размеров.
n
w
Полимеры или сополимеры, используемые в качестве покрытия носителей, могут иметь среднечисловую молекулярную массу (M), измеренную гель-проникающей хроматографией (ГПХ), например от около 60000 до около 400000, и среднемассовую молекулярную массу (M), например от около 200000 до около 800000.
ст
Полимеры или сополимеры могут иметь температуру стеклования (Т) от около 85°С до около 140°С.
Покрытие носителя может включать проводящий компонент, такой как пигмент, например черный пигмент.
В носитель может быть добавлено множество добавок, например, повышающие заряд добавки, включая аминосмолы в форме частиц, такие как меламин, и порошки определенных фторполимеров, таких как алкиламиноакрилаты и алкиламинометакрилаты, полиамиды и фторированные полимеры, и фторалкилметакрилаты. Другие повышающие заряд добавки, которые могут быть использованы, включают четверичные аммонийные соли, включая метилсульфат дистеарилдиметиламмония, (DDAMS), хлорид цетилпиридиния (СРС), FANAL PINK D4830, их комбинации и т.п., и другие эффективные известные действующие на заряд агенты или добавки. Действующие на заряд дополнительные компоненты могут быть выбраны в различных эффективных количествах, таких как от около 0,5 масс.% до около 20 масс.% от, например, суммы масс полимера/сополимера, проводящего компонента и других действующих на заряд дополнительных компонентов. Добавление проводящих компонентов может служить для увеличения отрицательного трибоэлектрического заряда, придаваемого тонеру. Покрытие носителя может быть термически присоединено к ядру носителя.
Проводимость является важной для проявления полупроводящей магнитной кистью. Добавление полимерного покрытия по настоящему изобретению, необязательно совместно с проводящем компонентом, таким как пигмент, такой как черный пигмент, такой как сажа, может давать в результате носители с трибоэлектрическим ответом девелопера на изменение относительной влажности, сниженным на от около 20% до около 90%, в некоторых вариантах осуществления на от около 40% до около 80%, так что заряд становится более стабильным при изменении относительной влажности, и таким образом, заряд меньше снижается при высокой относительной влажности, снижая область без тонера на отпечатках, и меньше повышается, как следствие, меньше теряя проявляющую способность, при низкой относительной влажности, что имеете результатом улучшенные показатели качества изображения вследствие улучшения оптической плотности.
Полимерное покрытие может быть нанесено на ядро носителя в виде сухого порошка. Для процесса нанесения покрытия на порошок не требуется растворимость в растворителях, но требуется, чтобы смола, подлежащая нанесению в качестве покрытия, была в виде частиц с размером от около 10 нм до около 2 мкм или от около 30 нм до 1 мкм, или от около 50 нм до около 400 нм.
После нанесения полимеров или сополимеров на ядро может быть произведен нагрев, для того чтобы обеспечить растекание покрывающего материала по поверхности ядра носителя. Концентрация покрывающего вещества, в некоторых вариантах осуществления частиц в виде порошка, и параметры нагрева могут быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить образование непрерывной пленки образующих покрытие полимеров на поверхности ядра носителя или чтобы обеспечить образование покрытия только на выбранных областях ядра носителя, подлежащего нанесению покрытия. Носитель с полимерным порошковым покрытием может быть нагрет до температуры от около 170°С до около 280°С в течение например, от около 10 минут до около 180 минут, для того чтобы обеспечить расплавление полимерного покрытия и термическое прикрепление к ядру носителя.
Зона покрытия охватывает от около 10% до около 100% площади поверхности ядра носителя. Если выбранные области металлического ядра носителя остаются непокрытыми или обнаженными, частицы носителя могут обладать электропроводящими свойствами, например, если материалом ядра является металл.
При формировании тонера по настоящему изобретению может быть использована любая латексная смола. Такие смолы, в свою очередь, могут быть изготовлены из любых приемлемых мономеров.
cт
Смолы могут иметь Т от около 30°С до около 80°С. Используемые в тонере смолы могут иметь вязкость расплава от около 10 до около 1000000 Па·с при около 130°С.
Смолы могут быть сложным полиэфиром, таким как аморфная смола, кристаллическая смола и их комбинации. Приемлемые смолы также могут включать смесь аморфной сложнополиэфирной смолы и кристаллического сложного полиэфира.
Приемлемые аморфные смолы включают сложные полиэфиры, полиамиды, полиимиды, полиолефины и т.п. В качестве латексной смолы может быть использована ненасыщенная аморфная сложнополиэфирная смола. Смола может быть сложнополиэфирной смолой, образованной взаимодействием двухатомного спирта с дикарбоновой кислотой в присутствии необязательного катализатора.
Дикарбоновая кислота или сложный диэфир могут присутствовать, например, в количестве от около 40 до около 60 мол.% от количества смолы.
Двухатомный спирт выбирают, например, в количестве от около 45 до около 50 мол.% от количества смолы. Термин «кристаллическая сложнополиэфирная смола» указывает на смолу, которая демонстрирует отчетливый эндотермический пик при дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Полимер, полученный сополимеризацией основной цепи кристаллического сложного полиэфира и по меньшей мере одного другого компонента, также называют кристаллическим сложным полиэфиром, если количество другого компонента составляет 50 масс.% или менее.
Кристаллическая сложнополиэфирная смола может быть синтезирована из кислого компонента (дикарбоновая кислота) и спиртового компонента (двухатомный спирт).
Другие кислоты особенно не ограничиваются, и их примеры включают традиционно известные двухосновные карбоновые кислоты и двухатомные спирты, например те, что описаны в "Polymer Data Handbook Basic Edition" (Soc. Polymer Science, Japan Ed.: Baihukan).
n
w
w
n
Кристаллическая смола может присутствовать, например, в количестве от около 5 до около 50 масс.% от массы компонентов тонера. Кристаллическая смола может обладать различными температурами плавления, например, от около 30°С до около 120°С. Кристаллическая смола может иметь M, например, от около 1000 до около 50000 и M, например, от около 2000 до около 100000. Молекулярно-массовое распределение (M/M) кристаллической смолы может составлять, например, от около 2 до около 6.
Могут быть использованы одна, две или больше смол для тонера. В тех случаях, когда используется две или больше смол для тонера, смолы для тонера могут быть в любом приемлемом соотношении (например, массовом соотношении), таком как, например, от около 10% (первой смолы)/90% (второй смолы) до около 90% (первой смолы)/10% (второй смолы). Смола для тонера может содержать множество аморфных смол и кристаллическую смолу.
В дисперсиях, содержащих поверхностно-активные вещества, могут быть красящие вещества, воски и другие добавки, используемые для формирования композиций тонеров. Более того, частицы тонера могут быть сформированы с помощью способов агрегации эмульсии, в которых смолу и другие компоненты тонера помещают в одно или несколько поверхностно-активных веществ, формируют эмульсию, агрегируют частицы тонера, сращивают их, необязательно отмывают и сушат их, и выделяют их.
Могут быть использованы одно, два или больше поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества могут быть выбраны из ионогенных поверхностно-активных веществ и неионогенных поверхностно-активных веществ. Может быть использовано любое поверхностно активное вещество, описанное выше как предназначенное для использования при формировании смолы, используемой в качестве полимерного покрытия для ядра носителя. В тонер могут быть включены различные известные приемлемые красящие вещества, такие как красители, пигменты, смеси красителей, смеси пигментов, смеси красителей и пигментов и т.п. Красящее вещество может содержаться в тонере в количестве, например, от около 0,1 до около 35 масс.% от массы тонера или от около 1 до около 15 масс.% от массы тонера, или от около 3 до около 10 масс.% от массы тонера, хотя могут быть использованы количества за пределами этих диапазонов.
Необязательно, при формировании частиц тонера со смолой и необязательным красящим веществом также может быть скомбинирован воск. Если он включен, воск может присутствовать в количестве, например, от около 1 масс.% до около 25 масс.% от массы частиц тонера, в некоторых вариантах осуществления от около 5 масс.% до около 20 масс.% от массы частиц тонера, хотя могут быть использованы количества за пределами этих диапазонов.
Воски, которые могут быть выбраны, включают воски, имеющие среднемассовую молекулярную массу, например, от около 500 до около 20000, в некоторых вариантах осуществления от около 1000 до около 10000, хотя могут быть использованы воски с молекулярными массам за пределами этих диапазонов.
Частицы тонера могут быть получены любым способом, известным специалисту в данной области. Хотя варианты осуществления, относящиеся к производству частиц тонера, описываются в настоящем документе со ссылкой на процессы агрегации эмульсии, может быть использован любой приемлемый способ получения частиц тонера, включая химические процессы, такие как процессы суспендирования и капсулирования.
После получения вышеупомянутой смеси в смесь может быть добавлен агрегирующий агент. Для формирования тонера может быть использован любой приемлемый агрегирующий агент. Приемлемые агрегирующие агенты включают, например, водные растворы веществ с двухвалентными или многовалентными катионами, например, галогенидов полиалюминия, таких как хлорид полиалюминия (РАС) или соответствующие бромид, фторид или иодид, силикаты полиалюминия, такие как сульфосиликат полиалюминия (PASS), и растворимые в воде соли металлов. В некоторых вариантах осуществления агрегирующий агент может быть добавлен в смесь при температуре, которая ниже Тот смолы.
Агрегирующий агент может быть добавлен в смесь, используемую для формирования тонера, в количестве, например, от около 0,1 масс.% до около 8 масс.% или от около 0,2 масс.% до около 5 масс.%, или от около 0,5 масс.% до около 5 масс.% от массы смолы в смеси, хотя могут быть использованы количества за пределами этих диапазонов.
Как только желаемый конечный размер частиц тонера достигнут, для того чтобы остановить рост частиц тонера рН смеси может быть отрегулирован с помощью основания до значения от около 3 до около 10 или от около 5 до около 9, хотя может быть использован рН за пределами этих диапазонов. Основание, используемое для того, чтобы остановить рост частиц тонера, может включать любое приемлемое основание, такое как, например, гидроксиды щелочных металлов, такие как, например, гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония, их комбинации и т.п. В некоторых вариантах осуществления, для того чтобы помочь отрегулировать рН до указанных выше желательных значений, может быть добавлена этилендиаминтетрауксусная кислота (EDTA).
ст
После агрегирования до желаемого размера частиц и нанесения любой необязательной оболочки частицы затем могут быть сращены в любую желаемую конечную форму. Сращивание обеспечивается, например, нагреванием смеси до температуры от около 45°С до около 100°С или от около 55°С до около 99°С (хотя могут быть использованы температуры за пределами этих диапазонов), которая может быть Т смолы, используемой для формирования частиц тонера, или температурой выше нее, и/или уменьшения скорости перемешивания до, например, от около 100 об/мин до около 1000 об/мин или от около 200 об/мин до около 800 об/мин (хотя могут быть использованы скорости за пределами этих диапазонов). У сплавленных частиц может измеряться коэффициент формы или округлость, например, с помощью анализатора Sysmex FPIA 2100, до тех пор, пока не будет достигнута желаемая форма частиц.
Сращивание может быть выполнено за время от около 0,01 до около 9 часов, или от около 0,1 до около 4 часов (хотя может быть использовано время за пределами этих диапазонов). Частицы тонера могут также содержать другие необязательные добавки, желательные или необходимые. Например, тонер может включать дополнительные положительные или отрицательные регулирующие заряд агенты, например, в количестве от около 0,1 до около 10 масс.% от массы тонера или от около 1 до около 3 масс.% от массы тонера (хотя могут быть использованы количества за пределом этих диапазонов). Такие регулирующие заряд агенты могут быть нанесены одновременно со смолой оболочки, описанной выше, или после нанесения смолы оболочки.
После формирования с частицами тонера также могут быть смешаны внешние добавки, включая добавки, улучшающие текучесть. При этом добавки могут присутствовать на поверхности частиц тонера. Примеры таких добавок включают оксиды металлов.
В некоторых вариантах осуществления тонеры по настоящему изобретению могут быть использованы в качестве ультранизкоплавких (ULM) тонеров.
Из частиц тонера путем комбинирования их с содержащими покрытие носителями может быть составлена рецептура композиции девелопера. Например, частицы тонера могут быть смешаны с содержащими покрытие частицами носителя для создания двухкомпонентной композиции девелопера. Частицы носителя могут быть смешаны с частицами тонера в разнообразных приемлемых комбинациях. Концентрация тонера в девелопере может составлять от около 1 масс.% до около 25 масс.% от массы девелопера, в некоторых вариантах осуществления от около 2 масс.% до около 15 масс.% от общей массы девелопера или от около 3% до около 10%, совместно с носителем, присутствующим в количестве от около 80 масс.% до около 96 масс.% от массы девелопера, в некоторых вариантах осуществления - от около 85 масс.% до около 95 масс.% от массы девелопера. В некоторых вариантах осуществления концентрация тонера может составлять от около 90 масс.% до около 98 масс.% от массы носителя. Хотя для получения композиции девелопера с желаемыми характеристиками могут быть использованы различные процентные содержания тонера и носителя.
9
14
10
13
8
13
9
12
Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением, например, могут быть составлены рецептуры девелоперов с сопротивлением, определяемым в проводящей ячейке магнитной кисти, от около 10 Ом·см до около 10 Ом·см при 10 Вольтах, в некоторых вариантах осуществления от около 10 Ом·см до около 10 Ом·см при 10 Вольтах, и от около 10 Ом·см до около 10 Ом·см при 150 Вольтах, в некоторых вариантах осуществления от около 10 Ом·см до около 10 Ом·см при 150 Вольтах.
Таким образом, тонеры, содержащие носители по настоящему изобретению, могут иметь трибоэлектрический заряд от около 15 мкКл/г до около 60 мкКл/г, в некоторых вариантах осуществления от около 20 мкКл/г до около 55 мкКл/г или от около 15 мкКл/г до около 70 мкКл/г.
Для того чтобы измерить проводимость или сопротивление носителя, от около 50 до 150 грамм носителя может быть помещено в приспособление, предназначенное для того, чтобы имитировать размещение девелопера в ксерографическом аппарате. Приспособление для измерения проводимости может состоять из магнитного вала, удерживающего носитель или девелопер на поверхности вала посредством магнитного поля. С помощью вращения внешней гильзы вал переносит носитель или девелопер за режущую кромку, отмеряющую постоянную массу на единицу площади вала. Расстояние от режущей кромки до вала может составлять от около 0,05 дюйма до около 0,1 дюйма. Затем носитель или девелопер на валу счищается расположенным сверху плоским электродом, расположенным с определенным зазором к валу. Межэлектродный зазор может быть любого размера, например, от около 0,05 дюйма до около 0,1 дюйма. Между расположенным сверху электродом и магнитным валом может быть приложено напряжение от около -3000 вольт до +3000 вольт, и может быть измерен результирующий ток. Таким образом может быть создана магнитная кисть, подобная магнитной кисти, образующейся в SCMB ксерографических печатающих устройствах.
-1
Проводимость в (Ом·см) может быть получена умножением тока в амперах на межэлектродный зазор в сантиметрах и делением на площадь электрода в см и на приложенное напряжение. Сопротивление может быть получена как величина, обратная проводимости и может быть измерена в Ом·см. Приложенное напряжение может варьироваться от около -3000 вольт до около +3000 вольт, и может регистрироваться зависимость тока от напряжения или «кривая I-V».
9
14
7
11
В соответствии с настоящим изобретением носитель может иметь сопротивление от около 10 до около 10 Ом·см, измеряемое при 750 вольтах и при зазоре к режущей кромке и межэлектродном зазоре 0,1 дюйма или от около 10 до около 10 Ом·см, измеряемое при 750 вольтах и при зазоре к режущей кромке и межэлектродном зазоре 0,05 дюйма. Прилагаемое напряжение, при котором ток превышает 1 мА, может указываться в качестве напряжение пробоя. В некоторых вариантах осуществления напряжение пробоя, измеряемое при использовании межэлектродного зазора 0,05 дюйма, может быть выше 3000 вольт.
В некоторых вариантах осуществления заряд зоны А может составлять от около -15 до около -60 мкКл/г, в некоторых вариантах осуществления от около -20 до около -55 мкКл/г, в то время как заряд зоны С может составлять от около -15 до около -60 мкКл/г, в некоторых вариантах осуществления от около -20 до около -55 мкКл/г.В некоторых вариантах осуществления отношение заряда зоны А к заряду зоны С, иногда указываемое в настоящем документе как соотношение RH, может составлять от около 0,40 до около 1,0, в некоторых вариантах осуществления от около 0,6 до около 0,8.
Также части и процентные содержания являются массовыми, до тех пор, пока не указано иначе. Используемый в настоящем документе термин «комнатная температура» относится к температуре от около 20°С до около 25°С.
ПРИМЕРЫ
Получение контрольных латексов (без разделения поверхностно-активного вещества на порции).
Латексную эмульсию, содержащую частицы полимера, образованные полимеризацией эмульсии циклогексилметакрилата и 2-(диметиламино)-этилметакрилата, готовили следующим образом.
В мерном стакане посредством смешения в течение 10 минут готовили раствор поверхностно-активного вещества, состоящий из 0,75 части лаурилсульфата натрия (анионогенный эмульгатор) и 381 части деионизированной (DI) воды. Водный раствор поверхностно-активного вещества переносили в реактор. Реактор непрерывно продували азотом при перемешивании со скоростью 450 об/мин. В отдельной емкости объединяли 112 частей циклогексилметакрилата и 1 часть 2-(диметиламино)-этилметакрилата, как описано в Таблице 1. Десять масс.% этого раствора добавляли в водную смесь поверхностно-активного вещества в качестве затравки. Затем реактор нагревали вплоть до 65°С с контролируемой скоростью и поддерживали эту температуру. Для того чтобы сформировать раствор инициатора, отдельно растворяли 0,47 части инициатора - персульфата аммония в 4 частях DI воды. Затем раствор инициатора медленно загружали в реактор, а спустя 40 минут в реактор со скоростью 0,8 масс.%/мин непрерывно подавали остаток смеси смол, используя дозирующий насос. Как только вся эмульсия мономеров была загружена в основной реактор, в течение дополнительных 2 часов температуру поддерживали на уровне 65°С, для того чтобы завершить взаимодействие. Затем применяли полное охлаждение и температуру реактора снижали до 35°С. Образец жидкости использовали для того, чтобы определить размер частиц с помощью анализатора размера частиц Nanotrac (Microtac) и ξ, потенциал с помощью Zetasizer (Malvern), в то время как остаток продукта высушивали до порошка, используя сублимационную сушку. Получение латексов с использованием разделение поверхностно-активного на порции
Латексную эмульсию, содержащую частицы полимера, образованные полимеризацией эмульсии циклогексилметакрилата и 2-(диметиламино)-этилметакрилата, готовили следующим образом.
В реактор 1 добавляли заданное, как показано в таблице 1, количество лаурилсульфата натрия и 25300 частей DI воды, Ректор 1 нагревали до 65°С осуществляли в нем перемешивание со скоростью 450 об/мин. В реактор 2 добавляли заданное, как показано в таблице 1, количество поверхностно-активного вещества - лаурилсульфата натрия, 12800 частей DI воды, 11200 частей мономера -циклогексилметакрилата и 105 частей 2-(диметиламино)-этилметакрилата. В реакторе 2 осуществляли перемешивание со скоростью 1200 об/мин, чтобы эмульгировать раствор мономера в водном растворе поверхностно-активного вещества. Один масс.% из реактора 2 извлекали и добавляли в реактор 1 в качестве затравки. Затем в реактор 1 добавляли 47 частей инициатора - персульфата аммония, растворенного в 400 частях DI воды. После 40 минут осуществления перемешивания в реакторе 1 при 450 об/мин и 65°С, содержимое реактора 2 медленно со скоростью 0,8 масс.% в минуту отмеряли в реактор 1, используя насос. Как только всю эмульсию мономеров загружали в основной реактор, температуру поддерживали на уровне 65°С в течение дополнительных 2 часов, для того чтобы завершить взаимодействие. Затем применяли полное охлаждение и температуру реактора снижали до 35°С. Образец жидкости использовали для того чтобы определить размер частиц с помощью анализатора размера частиц Nanotrac (Microtac) и ξ потенциал с помощью Zetasizer (Malvem), в то время как остаток продукта высушивали до порошка, используя сублимационную сушку. Получение носителя и девелопера
В полиэтиленовую бутылку на 250 мл добавляли 120 грамм 35 мкм частиц ядер из феррита и 0,912 грамма полимерного латекса как описано в таблице 1. Затем бутылку запечатывали и загружали в аппарате C-zone TURBULA. Смеситель TURBULA запускали на 45 минут, для того чтобы распылить порошок на частицы носителя. Затем в смесителе Haake устанавливали следующие условия: заданная температура 200°С (все зоны), время замеса 30 минут, 30 оборотов роторов с большим усилием сдвига в минуту. После того как в смесителе Haake достигалась соответствующая температура, включали вращение смесителя и смесь из аппарата TURBULA переносили в смеситель Haake. По прошествии 45 минут носитель выгружали из смесителя и пропускали через сито 45 мкм.
Конструкции носителей оценивали с помощью ультранизкоплавкого (ULM) полученного агрегацией эмульсии (ЕА) голубого тонера Xerox 700. Девелопер выдерживали в течение ночи в зоне А и зоне С, а затем осуществляли 60-минутное старение, используя метод TURBULA. Результаты по приданию заряда сравнивали с тремя различными контрольными носителями. Контроль 1 и контроль 2 представляют собой носители, изготовленные с использованием латекса, полученного полимеризацией эмульсии в 100-галонном эксперименте и 1-литровом стендовом эксперименте, соответственно, в которых не производилось разделение поверхностно-активного вещества на порции. Носитель покрывали порошком. Результаты по приданию заряда показаны в Таблице 2.
Таблица 1
Составление рецептуры латекса и свойства покрытий носителя
Латекс
Лаурилсульфат натрия реактор 1 (частей)
Лаурилсульфат натрия реактор 2 (частей)
% избытка лаурилсульфата натрия
Размер (нм)
T<sub>ст</sub> наступления (C)
ξ потенциал
Эмульсия после 30 дней
Контроль 1
75
0
0
90
98,1
-53,1
гель
Контроль 2
75
0
0
90
100,2
-52,8
гель
Эксперимент 1
32
70
36
87
99,7
-64,1
стабильная
Эксперимент 2
32
100
76
86
99,1
-66
стабильная
Эксперимент 3
24
150
131
105
96,6
-67
стабильная
Эксперимент 4
24
300
331
101
93,3
-64
стабильная
ст
Все латексы имели целевой размер частиц около 90 нм. По мере того как количество поверхностно-активного вещества - лаурилсульфата натрия повышалось, Т (наступления) понижалась. Латексы, для которых не использовали разделение поверхностно-активного вещества на порции, не были стабильны в течение одного месяца и превращались в плотные гели. Латексы, для которых использовалось разделение поверхностно-активного вещества на порции и избыток поверхностно-активного вещества, были стабильными в течение по меньшей мере 30 дней или дольше.
В коллоидной химии известно, что, для того чтобы получить стабильную дисперсию, ξ потенциал частиц должен быть выше +30 или ниже -30 мВ. Однако в стабильности суспензий частиц могут играть роли другие факторы, такие как тип поверхностно-активного вещества, химический состав смолы и т.п. В свете вышеизложенного, разделение поверхностно-активного вещества на две порции демонстрирует, что: 1) добавление большего количества поверхностно-активного вещества не воздействует на размер частиц и 2) может быть достигнуто снижение ξ, потенциала до уровня ниже -60 мВ, что требуется для того, чтобы обеспечить стабильность латекса. Разделение поверхностно-активного вещества на порции также улучшает заряд.
Таблица 2
Результаты по приданию заряда
зона А
зона С
RH соотношение
Тонер
q/d
q/m
q/d
q/m
q/d
q/m
Контроль 1, без разделения на порции, 100 галонов
7,7
40,7
19,5
77,3
0,40
0,53
Контроль 2, без разделения на порции, 1 литр
8,1
40,1
18,7
78,8
0,43
0,51
36% лаурисульфата натрия, разделенного напорции
9,3
43,9
20,6
82,8
0,45
0,53
76% лаурисульфата натрия, разделенного напорции
7,9
42,6
17,5
72,6
0,45
0,59
131% лаурисульфата натрия, разделенногона порции
7,8
39,4
15,9
70,0
0,49
0,56
331% лаурисульфата натрия, разделенногона порции
5,7
30,9
11,0
47,6
0,52
0,65
Данные по использованному поверхностно-активному веществу и протестированным количествам демонстрируют, что 36% дополнительного поверхностно-активного вещества в составе являются достаточными. Данные по проводимости при 750 В и напряжению пробоя были проанализированы и показали, что носитель с 36% избытком поверхностно-активного вещества имел самый высокий заряд и наибольшее сопротивление (а следовательно, был лучше покрыт). Лучшее из протестированных образцов напряжение пробоя также проявлялось носителем с 36% избытком лаурилсульфата натрия. Носитель, изготовленный с использованием 36% избытка лаурилсульфата натрия, имел лучший заряд.