КОМПОЗИЦИЯ ТОНЕРА Российский патент 2017 года по МПК G03G9/08 G03G9/00 

Область техники

Настоящее изобретение, в общем, относится к композициям тонера и способам получения таких композиций тонера для использования в формировании и проявлении изображений хорошего качества. Более конкретно, настоящее изобретение относится к композициям тонера, характеризующимся стабильным проявлением и надежной эффективностью очистки, и способам получения таких композиций тонера.

Сущность изобретения

Обеспечивается композиция тонера, содержащая смолу, необязательно воск, краситель, игловидную поверхностную добавку, необязательно сферическую неорганическую поверхностную добавку и необязательно добавку для смазывания поверхности.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показано проявляющее оборудование, используемое в немагнитной однокомпонентной системе проявления;

на фиг. 2 показана частица тонера с игловидным TiO₂ согласно типичному варианту осуществления, раскрытому в настоящем документе;

на фиг. 3 показан график, изображающий изменения плотности относительно количества копий для обычной композиции тонера и композиции тонера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, и

на фиг. 4 показан график, изображающий энергию потока относительно количества игловидного TiO₂ в композиции тонера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 5 показана микрофотография различных коммерчески доступных форм игловидного TiO₂.

На фиг. 6 показана микрофотография коммерчески доступных палочкоподобных форм игловидного TiO₂.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение обеспечивает тонер, подходящий для применения, например, в однокомпонентной системе проявления, и при этом тонер характеризуется превосходными зарядными свойствами, свойствами стабильности и свойствами текучести.

Игловидные поверхностные добавки могут быть включены в вариантах осуществления настоящего изобретения для снижения поверхностных сил и для регулирования свойств текучести частиц тонера без введения изменений в форму частиц. Поверхностные добавки могут прилипать к частицам тонера, отделяя частицы тонера от других поверхностей. Данное отделение может снижать силы адгезии и когезии на тонере и может улучшать перенос тонера с фотопроводника на промежуточные и конечные приемные устройства.

Игловидная поверхностная добавка, например, игловидный TiO₂, может обеспечивать превосходные свойства стабильности и текучести для получаемых тонеров. Кроме того, композиции тонера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения могут снижать частоту загрязнения ножа, дефекты печати и низкую плотность тонера по сравнению с обычно производимыми тонерами.

Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения выражение «игловидный» может относиться к частицам, имеющим неправильную, удлиненную или игольчатую форму, рисовидную форму, палочковидную форму, бабочкообразную форму или форму бантика.

Игловидная форма поверхностной добавки согласно настоящему изобретению может помогать в достижении лучшей очищаемости тонера с поверхности фоторецептора в системе очищающих ножей. Игловидную поверхностную добавку можно применять для улучшения стабильности относительной влажности (ОВ), трибо-заряда и улучшения проявления изображения. Кроме того, считается, что игловидная поверхностная добавка может способствовать улучшению зарядного свойства в широком диапазоне температур и влажностей окружающей среды другой частицы тонера, содержащей только добавки сферической формы.

На фиг. 1 показана печатающая система 2 согласно варианту осуществления, такая как немагнитная, однокомпонентная система проявления. Тонер (не показан) заполняют в резервуар 4 картриджа. Лопатку (не показана) или силу тяжести используют для загрузки тонера на подающий ролик 6. Тонер затем переносят на проявляющий валик 8. Когда проявляющий валик 8 вращается, тонер можно дозировать в зазор 12 ножа 14 для заряда и проявляющий валик 8. Барабан 13 с фотопроводящим слоем может быть расположен в контакте с проявляющим валиком 8. Проявляющий валик 8 может быть присоединен к источнику 16 напряжения. Очищающий нож 18, который может содержать нож из уретанового или силиконового каучука, установленный на жестком держателе 22, присоединен к корпусу 24 картриджа. Физические характеристики и размеры очищающего ножа 18, например, модуль, толщина и длина, могут зависеть от размера барабана 13 с фотопроводящим слоем. Силы, создаваемые в небольшом зазоре 26, образованном между очищающим ножом 18 и барабаном 13 с фотопроводящим слоем, желательно предотвращают проход оставшегося тонера под очищающий нож 18 и загрязнение источника 16 напряжения. Тонер должен быть в состоянии заряжаться и проходить хорошо в зазоре 12, созданном между ножом 14 для заряда и проявляющим валиком 8, чтобы обеспечить достаточно заряженную проявленную массу на барабане 13 с фотопроводящим слоем при введении в контакт со скрытым изображением.

На фиг. 2 показано упрощенное изображение частицы 10 тонера согласно типичным вариантам осуществления настоящего изобретения. Данное упрощенное изображение, однако, не предназначено для ограничения объема вариантов осуществления, раскрытых в настоящем документе, и представлено только для облегчения понимания. Частица 10 тонера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может не требовать изменений механической конструкции электрофотографических печатающих устройств.

Частица 10 тонера может содержать смолу/связующее, краситель, гель и воск.

Как можно видеть на фиг. 2, игловидная поверхностная добавка 20 в частице тонера, например, TiO₂, может прилипать к внешним поверхностям частиц 10 тонера, а не быть включенной в объем частиц 10 тонера.

Использование игловидной поверхностной добавки 20 может снижать момент инерции других обычных частиц тонера и, таким образом, эффект качения частиц тонера при контакте с зазором, образованным между поверхностью фоторецептора и очищающим ножом (не показан) ОКП-системы. Наличие игловидной поверхностной добавки 20 в частице 10 тонера может также снижать вероятность прохода других сферических частиц тонера на поверхность фоторецептора (не показан) и/или под очищающий нож (не показан) ОКП-системы. Кроме того, игловидная поверхностная добавка 20 может увеличивать эффективность очистки очищающего ножа (не показан) относительно поверхности фоторецептора.

Игловидная поверхностная добавка

Игловидную поверхностную добавку(и) можно использовать в качестве упрочняющих средств для увеличения свойств механической прочности частицы тонера. Игловидные частицы присоединяются к поверхности частиц тонера в первую очередь посредством электростатических сил и в меньшей степени посредством механического уплотнения. Это может позволить игловидным частицам находиться на наружной поверхности частиц тонера так, что продольное направление игловидных частиц находится параллельно или под углом к поверхности печатающего устройства, что облегчает осыпание частиц тонера на нож для печати.

Согласно некоторым вариантам осуществления игловидная поверхностная добавка 20 может представлять собой, например, игловидное углеродное волокно, игловидное стекловолокно, игловидные углеродные нанотрубки и игловидное магниевое волокно. Согласно типичному варианту осуществления игловидный диоксид титана (игловидный TiO₂) может представлять собой поверхностную добавку, хотя может быть использовано более одной игловидной поверхностной добавки.

Игловидная поверхностная добавка 20 может снижать свойство качения других обычных частиц тонера в ОКП-системе. Форма игловидной поверхностной добавки может представлять собой, например, игольчатую форму или неправильную форму. Согласно некоторым вариантам осуществления форма игловидной поверхностной добавки может представлять собой, например, рисовидную форму, палочковидную форму, бабочкообразную форму или форму бантика. Из-за игловидной формы добавка может обеспечивать механическую прочность частицы 10 тонера.

Согласно некоторым вариантам осуществления игловидная поверхностная добавка может составлять от приблизительно 0,25% до приблизительно 1,0% по массе, или от приблизительно 0,40 до приблизительно 0,60% по массе, или приблизительно 0,5% по массе композиции тонера.

Частицы игловидной поверхностной добавки могут быть не очень длинными, например, от приблизительно 0,5 до приблизительно 6,0 микрон, или от приблизительно 2,0 до приблизительно 4,0 микрон, или от приблизительно 0,5 до 1,5 микрон.

Однако частицы игловидной поверхностной добавки могут иметь большие коэффициенты пропорциональности (длина/диаметр), такие как от приблизительно 5,0 до приблизительно 25,0 (д/д) или от приблизительно 8,0 до приблизительно 15,0 (д/д).

Таким образом, игловидная поверхностная добавка может снижать момент инерции частиц тонера, который предотвращает ссыпание/скольжение под очищающий нож (не показан), прижатый к поверхности фоторецептора.

Игловидный TiO₂ может представлять собой, например, игловидный TiO₂, продаваемый Titan Kogyo или Sangyo Kaisha, который получают в различных формах, как показано на микрофотографиях на фиг. 5 и 6.

Подобные материалы поставляются Sangyo Kaisha. Эти материалы имеют палочкоподобную форму, однако большую, чем предлагаемые Titan Kogyo.

Основные свойства Sangyo Kaisha:

FTL-100 FTL-200 FTL-300 Композиция / кристалл TiO₂ / рутил TiO₂ / рутил TiO₂ / рутил Обработка поверхности - - -

Форма / цвет Игловидная / белый Игловидная / Белый Игловидная / Белый Длина частицы (мкм) 1,68 2,86 5,15 Диаметр частицы (мкм) 0,13 0,21 0,27 Удельная масса 4,2 4,2 4,2 Удельная площадь поверхности (м²/г)²⁾ 10~15 7~10 5~7 Маслопоглощение (г/100 г) 35~60 35~60 30~60 pH 6~8 6~8 6~8

Латексная смола

Композиция тонера может содержать, например, латексную смолу в комбинации с пигментом.

Любой мономер, подходящий для получения латекса для использования в частице тонера, можно использовать. Такие латексы можно получать обычными способами. Согласно некоторым вариантам осуществления частицу тонера можно получать посредством агрегации эмульсии.

Подходящие мономеры, пригодные при образовании латексной эмульсии и, таким образом, получающиеся частицы латекса в латексной эмульсии, включают, помимо прочего, стиролы, акрилаты, сложные полиэфиры, метакрилаты, бутадиены, изопрены, акриловые кислоты, метакриловые кислоты, акрилонитрилы, их комбинации и подобное.

Смолу можно получать любым способом, находящимся в области компетенции специалистов в данной области техники. Типичные примеры подходящих для тонера смол включают, например, термопластичные смолы, такие как виниловые смолы в общем или стирольные смолы в частности и сложные полиэфиры. Примеры подходящих термопластичных смол включают метакрилат стирола; полиолефины; акрилаты стирола, такие как PSB-2700, полученный от Hercules-Sanyo Inc.; стиролбутадиены; сшитые стирольные полимеры; эпоксиды; полиуретаны; виниловые смолы, включая гомополимеры или сополимеры двух или более виниловых мономеров; и полимерные продукты эстерификации двухосновной карбоновой кислоты и диальдегида, содержащего дифенол. Другие подходящие виниловые мономеры включают стирол; п-хлорстирол, ненасыщенные моноолефины, такие как этилен, пропилен, бутилен, изобутилен и подобные; насыщенные моноолефины, такие как винилацетат, винилпропионат и винилбутират; сложные виниловые эфиры, такие как сложные эфиры одноосновных карбоновых кислот, включая метилакрилат, этилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, додецилакрилат, н-октилакрилат, фенилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат и бутилметакрилат; акрилонитрил; метакрилонитрил; акриламид; их смеси и подобное. Кроме того, можно выбирать сшитые смолы, включая полимеры, сополимеры и гомополимеры стирольных полимеров.

Согласно некоторым вариантам осуществления латексная смола может содержать по меньшей мере один полимер. Типичные примеры включают акрилаты стирола, бутадиены стирола, метакрилаты стирола и, более конкретно, поли(стирол-алкилакрилат), поли(стирол-1,3-диен), поли(стирол-алкилметакрилат), поли(стирол-алкилакрилат-акриловую кислоту), поли(стирол-1,3-диен-акриловую кислоту), поли(стирол-алкилметакрилат-акриловую кислоту), поли(алкилметакрилат-алкилакрилат), поли(алкилметакрилат-арилакрилат), поли(арилметакрилат-алкилакрилат), поли(алкилметакрилат-акриловую кислоту), поли(стирол-алкилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-1,3-диен-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(алкилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен), поли(метилстирол-бутадиен), поли(метилметакрилат-бутадиен), поли(этилметакрилат-бутадиен), поли(пропилметакрилат-бутадиен), поли(бутилметакрилат-бутадиен), поли(метилакрилат-бутадиен), поли(этилакрилат-бутадиен), поли(пропилакрилат-бутадиен), поли(бутилакрилат-бутадиен), поли(стирол-изопрен), поли(метилстирол-изопрен), поли(метилметакрилат-изопрен), поли(этилметакрилат-изопрен), поли(пропилметакрилат-изопрен), поли(бутилметакрилат-изопрен), поли(метилакрилат-изопрен), поли(этилакрилат-изопрен), поли(пропилакрилат-изопрен), поли(бутилакрилат-изопрен), поли(стирол-пропилакрилат), поли(стирол-бутилакрилат), поли(стирол-бутадиен-акриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен-метакриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-бутилакрилат-акриловую кислоту), поли(стирол-бутилакрилат-метакриловую кислоту), поли(стирол-бутилакрилат-акрилонитрил), поли(стирол-бутилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен), поли(стирол-изопрен), поли(стирол-бутилметакрилат), поли(стирол-бутилакрилат-акриловую кислоту), поли(стирол-бутилметакрилат-акриловую кислоту), поли(бутилметакрилат-бутилакрилат), поли(бутилметакрилат-акриловую кислоту), поли(акрилонитрил-бутилакрилат-акриловую кислоту) и их комбинации.

Полимер может представлять собой блок-сополимеры, статистические или чередующиеся сополимеры. Согласно вариантам осуществления поли(стирол-бутилакрилат) можно использовать в качестве латекса. Температура стеклования этого латекса может составлять от приблизительно 35°С до приблизительно 75°С и согласно другим вариантам осуществления от приблизительно 40°С до приблизительно 70°С.

Согласно другим вариантам осуществления полимер, используемый для образования латекса, может представлять собой сложную полиэфирную смолу. Сложные полиэфиры могут быть аморфными, кристаллическими или и теми, и другими. Согласно вариантам осуществления ненасыщенная сложная полиэфирная смола может представлять собой, например, ненасыщенные сложные полиэфирные смолы, включающие, помимо прочего, сополи(фумарат пропоксилированного бисфенола), сополи(фумарат этоксилированного бисфенола), сополи(фумарат бутилоксилированного бисфенола), сополи(фумарат со-пропоксилированного бисфенола и со-этоксилированного бисфенола), поли(1,2-пропиленфумарат), сополи(малеат пропоксилированного бисфенола), сополи(малеат этоксилированного бисфенола), сополи(малеат бутилоксилированного бисфенола), сополи(малеат со-пропоксилированного бисфенола и со-этоксилированного бисфенола), поли(1,2-пропиленмалеат), сополи(итаконат пропоксилированного бисфенола), сополи(итаконат этоксилированного бисфенола), сополи(итаконат бутилоксилированного бисфенола), сополи(итаконат со-пропоксилированного бисфенола и со-этоксилированного бисфенола), поли(1,2-пропиленитаконат) и их комбинации.

Пример смолы фумарата линейного пропоксилированного бисфенола А, которую можно использовать в качестве латексной смолы, доступен под торговым названием SPARII от Resana S/A Industrias Quimicas, Сан-Паулу, Бразилия. Другие смолы фумарата пропоксилированного бисфенола А, которые можно использовать и которые являются коммерчески доступными, включают GTUF и FPESL-2 от Као Corporation, Япония, и ЕМ181635 от Reichhold, Research Triangle Park, Северная Каролина, и подобные.

Поверхностно-активные вещества

Согласно некоторым вариантам осуществления латексную смолу можно получить в водной фазе, содержащей поверхностно-активное вещество или вспомогательное поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активные вещества, которые можно использовать со смолой для образования латексной дисперсии, могут представлять собой ионные или неионные поверхностно-активные вещества в количестве от приблизительно 0,01 до приблизительно 15 массовых процентов твердых веществ и согласно вариантам осуществления от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 массовых процентов твердых веществ.

Анионные поверхностно-активные вещества, которые можно использовать, включают сульфаты и сульфонаты, додецилсульфат натрия (ДСН), додецилбензолсульфонат натрия, додецилнафталинсульфат натрия, диалкилбензолалкилсульфаты и сульфонаты, кислоты, такие как абиетиновая кислота, доступная от Aldrich, NEOGEN R™, NEOGEN SC™, полученные от Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., их комбинации и подобное. Другие подходящие анионные поверхностно-активные вещества включают согласно вариантам осуществления DOWFAX™ 2Al, алкилдифенолоксид дисульфонат от Dow Chemical Company и/или TAYCA POWER BN2060 от Tayca Corporation (Япония), которые представляют собой разветвленные додецилбензолсульфонаты натрия. Комбинации данных поверхностно-активных веществ и любые из вышеуказанных анионных поверхностно-активных веществ можно использовать в вариантах осуществления.

Примеры катионных поверхностно-активных веществ включают, помимо прочего, соединения аммония, например, алкилбензилдиметиламмония хлорид, диалкилбензолалкиламмония хлорид, лаурилтриметиламмония хлорид, алкилбензилметиламмония хлорид, алкилбензилдиметиламмония бромид, бензалкония хлорид, С12,С15,С17-триметиламмония бромиды, их комбинации и подобное. Другие катионные поверхностно-активные вещества включают цетилпиридиния бромид, соли галогенидов кватернизированных полиоксиэтилалкиламинов, додецилбензилтриэтиламмония хлорид, MIRAPOL и ALKAQUAT, доступные от Alkaril Chemical Company, SANISOL (бензалкония хлорид), доступный от Као Chemicals, их комбинации и подобное. Согласно вариантам осуществления подходящее катионное поверхностно-активное вещество включает SANISOL В-50, доступный от Као Corp., который представляет собой главным образом бензилдиметилалкония хлорид.

Примеры неионных поверхностно-активных веществ включают, помимо прочего, спирты, кислоты и эфиры, например, поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту, метазол, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, пропилцеллюлозу, гидроксилэтилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, полиоксиэтиленцетиловый эфир, полиоксиэтиленлауриловый эфир, полиоксиэтиленоктиловый эфир, полиоксиэтиленоктилфениловый эфир, полиоксиэтиленолеиловый эфир, полиоксиэтиленсорбитанмонолаурат, полиоксиэтиленстеариловый эфир, полиоксиэтиленнонилфениловый эфир, диалкилфенокси-поли(этиленокси)этанол, их комбинации и подобное. Согласно вариантам осуществления коммерчески доступные поверхностно-активные вещества от Rhone-Poulenc, такие как IGEPAL СА-210™, IGEPAL СА-520™, IGEPAL СА-720™, IGEPAL СО-890™, IGEPAL СО-720™, IGEPAL СО-290™, IGEPAL СА-210™, ANTAROX 890™ и ANTAROX 897™, можно использовать. Выбор конкретных поверхностно-активных веществ или их комбинаций, а также количеств каждого, которые следует использовать, находятся в области компетенции специалистов в данной области техники.

Инициаторы

Согласно различным вариантам осуществления инициаторы можно добавлять для образования латекса. Примеры подходящих инициаторов включают водорастворимые инициаторы, такие как персульфат аммония, персульфат натрия и персульфат калия, и органические растворимые инициаторы, включая органические пероксиды, и азосоединения, включая пероксиды Vazo, такие как VAZO 64™, 2-метил-2-2'-азобиспропаннитрил, VAZO 88™, 2-2'-азобисизобутирамиддегидрат, и их комбинации. Другие водорастворимые инициаторы, которые можно использовать, включают азоамидиновые соединения, например, 2,2'-азобис(2-метил-N-фенилпропионамидин)дигидрохлорид, 2,2'-азобис[N-(4-хлорфенил)-2-метилпропионамидин]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[N-(4-гидроксифенил)-2-метил-пропионамидин]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[N-(4-аминофенил)-2-метилпропионамидин]тетрагидрохлорид, 2,2'-азобис[2-метил-N(фенилметил)пропионамидин]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2-метил-N-2-пропенилпропионамидин]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[N-(2-гидроксиэтил)2-метилпропионамидин]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2(5-метил-2-имидазолин-2-ил)пропан]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропан]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2-(4,5,6,7-тетрагидро-1Н-1,3-диазепин-2-ил)пропан]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2-(3,4,5,6-тетрагидропиримидин-2-ил)пропан]дигидрохлорид, 2,2'-азобис[2-(5-гидрокси-3,4,5,6-тетрагидропиримидин-2-ил)пропан]дигидрохлорид, 2,2'-азобис{2-[1-(2-гидроксиэтил)-2-имидазолин-2-ил]пропан}дигидрохлорид, их комбинации и подобное.

Инициаторы можно добавлять в подходящих количествах, таких как от приблизительно 0,1 до приблизительно 8 массовых процентов и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 0,2 до приблизительно 5 массовых процентов мономеров.

Регуляторы степени полимеризации

Согласно различным вариантам осуществления регуляторы степени полимеризации можно также использовать при образовании латекса. Подходящие регуляторы степени полимеризации включают додекантиол, октантиол, тетрабромид углерода, их комбинации и подобное, в количествах от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 процентов и согласно другим вариантам осуществления от приблизительно 0,2 до приблизительно 5 процентов по массе мономеров для регулирования свойств молекулярной массы полимера, когда эмульсионную полимеризацию проводят согласно настоящему изобретению.

Стабилизаторы

Согласно типичным вариантам осуществления может быть преимущественным включение стабилизатора при образовании частиц латекса. Подходящие стабилизаторы могут включать мономеры, имеющие функциональную группу карбоновой кислоты.

Согласно вариантам осуществления стабилизатор с функциональной группой карбоновой кислоты может также содержать небольшое количество металлических ионов, таких как натрий, калий и/или кальций, для достижения лучших результатов эмульсионной полимеризации. Металлические ионы могут присутствовать в количестве от приблизительно 0,001 до приблизительно 10 процентов по массе стабилизатора с функциональной группой карбоновой кислоты и согласно конкретным вариантам осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 процентов по массе стабилизатора с функциональной группой карбоновой кислоты. Если есть, стабилизатор можно добавить в количествах от приблизительно 0,01 до приблизительно 5 процентов по массе тонера и согласно другим вариантам осуществления от приблизительно 0,05 до приблизительно 2 процентов по массе тонера.

Дополнительные стабилизаторы, которые можно использовать в операциях с композицией тонера, включают основания, такие как гидроксиды металлов, включая гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония и необязательно их комбинации. Также пригодными в качестве стабилизатора являются карбонат натрия, бикарбонат натрия, карбонат кальция, карбонат калия, карбонат аммония, их комбинации и подобное. Согласно вариантам осуществления стабилизатор может включать композицию, содержащую силикат натрия, растворенный в гидроксиде натрия.

Средство регулирования рН

Согласно некоторым вариантам осуществления средство регулирования рН можно добавлять для регулирования скорости процесса агрегации эмульсии. Средство регулирования рН, используемое в процессах настоящего изобретения, может представлять собой любую кислоту или основание, которое не влияет отрицательно на продукты, которые получаются. Подходящие основания могут включать гидроксиды металлов, такие как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония и необязательно их комбинации. Подходящие кислоты включают азотную кислоту, серную кислоту, соляную кислоту, лимонную кислоту, уксусную кислоту и необязательно их комбинации.

Краситель

Краситель, пригодный для получения частиц тонеров согласно настоящему изобретению, включает пигменты, окрашивающие вещества, смеси пигментов и окрашивающих веществ, смеси пигментов, смеси окрашивающих веществ и подобное. Краситель может представлять собой, например, угольный черный, голубой, желтый, пурпурный, красный, оранжевый, коричневый, зеленый, синий, фиолетовый и/или их комбинации.

Согласно одному варианту осуществления краситель может представлять собой пигмент. Пигмент может представлять собой, например, угольный черный, фталоцианины, хинакридоны или типа RHODAMINE В™, красный, зеленый, оранжевый, коричневый, фиолетовый, желтый, флуоресцентные красители и подобное. Типичные красители могут включать угольный черный, такой как магнетиты REGAL 330^®; магнетиты Mobay, включая МО8029™, МО8060™; магнетиты Columbian; MAPICO BLACKS™ и магнетиты с обработанной поверхностью частиц; магнетиты Pfizer, включая СВ4799™, СВ5300™, СВ5600™, МСХ6369™; магнетиты Bayer, включая BAYFERROX 8600™, 8610™; магнетиты Northern Pigment, включая NP-604™, NP-608™; магнетиты Magnox, включая ТМВ-100™ или ТМВ-104™, HELIOGEN BLUE L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, PYLAM OIL BLUE™, PYLAM OIL YELLOW™, PIGMENT BLUE 1™, доступный от Paul Uhlich and Company, Inc.; PIGMENT VIOLET 1™, PIGMENT RED 48™, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026™, E.D. TOLUIDINE RED™ и BON RED С™, доступные от Dominion Color Corporation, Ltd., Торонто, Онтарио; NOVAPERM YELLOW FGL™, HOSTAPERM PINK E™ от Hoechst и CINQUASIA MAGENTA™, доступный от E.I. DuPont de Nemours and Company. Другие красители включают 2,9-диметил-замещенный хинакридон и антрахиноновое окрашивающее вещество, определенное по цветовому индексу как CI 60710, CI дисперсионный красный 15, диазо-окрашивающее вещество, определенное по цветовому индексу как CI 26050, CI растворимый красный 19, тетра(октадецилсульфонамидо)фталоцианин меди, х-меди фталоцианиновый пигмент, указанный по цветовому индексу как CI 74160, CI синий пигмент, антратреновый синий, определенные по цветовому индексу как CI 69810, специальный синий Х-2137, диарилид желтый, 3,3-дихлорбензидин ацетоацетанилиды, моноазо-пигмент, определенный по цветовому индексу как CI 12700, CI растворимый желтый 16, нитрофениламинсульфонамид, определенное по индексу цвета как желтый Foron SE/GLN, CI дисперсионный желтый 33, 2,5-диметокси-4-сульфонамид-фенилазо-4'-хлор-2,5-диметоксиацетоацетанилид, желтый 180 и постоянный желтый FGL. Органические растворимые окрашивающие вещества, имеющие высокую чистоту для цветовой гаммы, которые можно использовать, включают Neopen желтый 075, Neopen желтый 159, Neopen оранжевый 252, Neopen красный 336, Neopen красный 335, Neopen красный 366, Neopen синий 808, Neopen черный Х53, Neopen черный Х55, комбинации любых вышеуказанных и подобное. Окрашивающие вещества можно использовать в различных подходящих количествах, например, от приблизительно 0,5 до приблизительно 20 процентов по массе тонера и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 18 массовых процентов тонера.

Согласно различным вариантам осуществления примеры красителя могут включать синий пигмент 15:3, имеющий номер цветового индекса 74160, пурпурный красный пигмент 81:3, имеющий номер цветового индекса 45160:3, желтый 17, имеющий номер цветового индекса 21105, и известные окрашивающие вещества, такие как пищевые окрашивающие вещества, желтые, синие, зеленые, красные, пурпурный окрашивающие вещества и подобное. Согласно другим вариантам осуществления пурпурный пигмент, красный пигмент 122 (2,9-диметилхинакридон), красный пигмент 185, красный пигмент 192, красный пигмент 202, красный пигмент 206, красный пигмент 235, красный пигмент 269, их комбинации и подобное можно использовать в качестве красителя.

Краситель может присутствовать в частице тонера настоящего изобретения в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 25 процентов по массе тонера и согласно другим вариантам осуществления в количестве от приблизительно 2 до приблизительно 15 процентов по массе тонера. Полученный латекс, необязательно в дисперсии, и дисперсию красителя можно перемешивать и нагревать до температуры от приблизительно 35°С до приблизительно 70°С и согласно различным вариантам осуществления от приблизительно 40°С до приблизительно 65°С, давая в результате агрегаты тонера с объемным средним диаметром частиц от приблизительно 2 микрон до приблизительно 10 микрон и согласно другим вариантам осуществления с объемным средним диаметром частиц от приблизительно 5 микрон до приблизительно 8 микрон.

Коагулянты

Согласно вариантам осуществления коагулянт можно добавить во время или перед агрегированием латекса и водной дисперсии красителя. Коагулянт можно добавлять в течение периода времени от приблизительно 1 минуты до приблизительно 60 минут и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 1,25 минуты до приблизительно 20 минут в зависимости от условий обработки. Примеры подходящих коагулянтов включают полиалюминия галогениды, такие как полиалюминия хлорид (ПАХ) или соответствующий бромид, фторид или йодид, полиалюминия силикаты, такие как полиалюминия сульфосиликат (ПАСС), и водорастворимые соли металлов, включая хлорид алюминия, нитрит алюминия, сульфат алюминия, сульфат калия-алюминия, ацетат кальция, хлорид кальция, нитрит кальция, оксилат кальция, сульфат кальция, ацетат магния, нитрат магния, сульфат магния, ацетат цинка, нитрат цинка, сульфат цинка, их комбинации и подобное. Одним подходящим коагулянтом является ПАХ, который коммерчески доступен и может быть получен при помощи направленного гидролиза хлорида алюминия с гидроксидом натрия. В общем, ПАХ можно получить добавлением двух моль основания к одному молю хлорида алюминия. Частицы являются растворимыми и стабильными при растворении и хранении при кислых условиях, если рН составляет менее чем приблизительно 5. Частицы в растворе, как считается, имеют формулу Αl₁₃O₄(ΟΗ)₂₄(Η₂O)₁₂ с приблизительно 7 положительными электрическими зарядами на частицу.

Согласно типичным вариантам осуществления подходящие коагулянты включают полиметаллические соли, такие как, например, полиалюминия хлорид (ПАХ), полиалюминия бромид или полиалюминия сульфосиликат. Полиметаллическая соль может находиться в растворе азотной кислоты или других разбавленных кислых растворах, таких как серная кислота, соляная кислота, лимонная кислота или уксусная кислота. Коагулянт можно добавлять в количествах от приблизительно 0,01 до приблизительно 5 процентов по массе тонера и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 0,1 до приблизительно 3 процентов по массе тонера.

Воск

Восковые дисперсии можно также добавлять при образовании латекса или частицы тонера при эмульсионном агрегационном синтезе. Подходящие воски включают, например, субмикронные частицы воска в диапазоне размеров от приблизительно 50 до приблизительно 1000 нанометров и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 500 нанометров по объемному среднему диаметру частиц, суспендированные в водной фазе из воды и ионного поверхностно-активного вещества, неионного поверхностно-активного вещества или их комбинаций. Подходящие поверхностно-активные вещества включают описанные выше. Ионное поверхностно-активное вещество или неионное поверхностно-активное вещество может присутствовать в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 20 процентов по массе и согласно другим вариантам осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 15 процентов по массе воска.

Дисперсия воска согласно вариантам осуществления настоящего изобретения может содержать, например, природный растительный воск, природный животный воск, минеральный воск и/или синтетический воск. Примеры природных растительных восков включают, например, карнаубский воск, канделильский воск, японский воск и воск гвоздичного перца. Примеры природных животных восков включают, например, пчелиный воск, карфагенский воск, ланолин, воск из шеллака, шеллачный воск и спермацетовый воск. Минеральные воски включают, например, парафиновый воск, микрокристаллический воск, монтан-воск, горный воск, церезиновый воск, петролатумный парафин и нефтяной воск. Синтетические воски настоящего изобретения включают, например, воск Фишера-Тропша, акрилатный воск, воск амида жирной кислоты, силиконовый воск, политетрафторэтиленовый воск, полиэтиленовый воск, полипропиленовый воск и их комбинации.

Примеры полипропиленовых и полиэтиленовых восков могут включать коммерчески доступные от Allied Chemical and Baker Petrolite; эмульсии воска, доступные от Michelman Inc. и Daniels Products Company; EPOLENE N-15, коммерчески доступный от Eastman Chemical Products, Inc.; VISCOL 550-P, низкомолекулярный полипропилен, доступный от Sanyo Kasel К.К., и подобные материалы. Согласно вариантам осуществления коммерчески доступные полиэтиленовые воски характеризуются молекулярной массой (Mw) от приблизительно 100 до приблизительно 5000 и согласно другим вариантам осуществления от приблизительно 250 до приблизительно 2500, в тоже время коммерчески доступные полипропиленовые воски характеризуются молекулярной массой от приблизительно 200 до приблизительно 10000 и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 400 до приблизительно 5000.

Согласно вариантам осуществления воски могут быть функционализированы. Примеры групп, добавленных для функционализирования восков, включают амины, амиды, имиды, сложные эфиры, четвертичные амины и/или карбоновые кислоты. Согласно некоторым вариантам осуществления функционализированные воски могут представлять собой эмульсии акриловых полимеров, например, JONCRYL 74, 89, 130, 537 и 538, все доступны от Johnson Diversey, Inc.; или хлорированные полипропилены и полиэтилены, коммерчески доступные от Allied Chemical, Baker Petrolite Corporation и Johnson Diversey, Inc. Воск может присутствовать в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 30 процентов по массе и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 20 процентов по массе тонера.

Способствующие агрегации средства

Любое способствующее агрегации средство, способное вызывать комплексообразование, можно использовать при образовании частиц тонеров настоящего изобретения. Как соли щелочноземельных металлов, так и соли переходных металлов можно использовать в качестве способствующих агрегации средств. Согласно вариантам осуществления соли щелочных металлов (II) можно выбирать для агрегирования коллоидов латексной смолы с красителем для облегчения образования состава тонера. Такие соли включают, например, хлорид бериллия, бромид бериллия, йодид бериллия, ацетат бериллия, сульфат бериллия, хлорид магния, бромид магния, йодид магния, ацетат магния, сульфат магния, хлорид кальция, бромид кальция, йодид кальция, ацетат кальция, сульфат кальция, хлорид стронция, бромид стронция, йодид стронция, ацетат стронция, сульфат стронция, хлорид бария, бромид бария, йодид бария и необязательно их комбинации. Примеры солей или анионов переходных металлов, которые можно использовать в качестве способствующего агрегации средства, включают ацетаты ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, марганца, железа, рутения, кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия или серебра; ацетоацетаты ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, марганца, железа, рутения, кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия или серебра; сульфаты ванадия, ниобия, тантала, хрома, молибдена, вольфрама, марганца, железа, рутения, кобальта, никеля, меди, цинка, кадмия или серебра и соли алюминия, такие как ацетат алюминия, галогениды алюминия, такие как полиалюминия хлорид, их комбинации и подобное.

Согласно различным вариантам осуществления частицы тонера могут также содержать другие необязательные добавки, при желании или необходимости. Например, частица тонера может содержать дополнительные средства регулирования положительного или отрицательного заряда, например, в количестве от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 процентов по массе частицы тонера и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 3 процентов по массе частицы тонера. Примеры подходящих средств регулирования заряда включают соединения четвертичного аммония, включая алкилпиридиния галогениды; бисульфаты; соединения алкилпиридиния, композиции органических сульфатов и сульфонатов; цетилпиридиния тетрафторбораты; дистеарилдиметиламмония метилсульфтат; соли алюминия, включая такие как BONTRON® Е-84 или BONTRON® Е-88 (Hodogaya Chemical); их комбинации и подобное. BONTRON® Е-84 представляет собой цинковый комплекс 3,5-ди-трет-бутилсалициловой кислоты в порошкообразной форме. BONTRON® Е-88 представляет собой смесь гидроксиалюминий-бис[2-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилбензоата] и 3,5-ди-трет-бутилсалициловой кислоты.

Можно также смешивать с частицами тонера внешние добавочные частицы, включающие способствующие текучести добавки, добавки которые могут находиться на поверхности частиц тонера. Примеры этих добавок включают оксиды металлов, такие как оксид титана, диоксид титана, оксид кремния, диоксид кремния, оксид олова, их смеси и подобное; коллоидные и аморфные диоксиды кремния, такие как AEROSIL®, соли металлов и соли металлов жирных кислот, включая стеарат цинка, стеарат стронция, стеарат кальция, оксиды алюминия, оксиды церия и их смеси. Каждая из этих внешних добавок может находиться в количестве от приблизительно 0,1 процента по массе до приблизительно 5 процентов по массе тонера и согласно некоторым вариантам осуществления от приблизительно 0,25 процента по массе до приблизительно 3 процентов по массе частицы тонера.

Пример

Следующий пример показывает один типичный вариант осуществления настоящего изобретения. Данный пример предназначен только для иллюстрации, чтобы показать один из нескольких способов получения частицы тонера, и не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения. Также доли и процентные отношения представлены по массе, если иное не указано.

Получение частицы тонера

Частицы АЭ-тонера получали в 20-галонном реакторе. Реактор был оснащен двумя мешалками из нержавеющей стали, установленными на вертикальном валу, конденсатором, впускным отверстием для азота, термометром, держателем I2R термопары и нагревающей и охлаждающей рубашкой. В реактор загружали 29,7 кг деионизированной воды, 15,7 кг стирол-бутилакрилатной смолы в латексной эмульсии с содержанием твердых веществ приблизительно 41,5%, 0,71 кг дисперсии голубого пигмента с содержанием твердых веществ приблизительно 17% и приблизительно 3,47 кг дисперсии угольного черного пигмента с содержанием твердых веществ приблизительно 17%.

Содержимое в реакторе перемешивали вместе перед добавлением 2,96 кг дисперсии парафинового воска с содержанием твердых веществ приблизительно 31% и 1,76 кг раствора кислоты со способствующим агломерации средством, таким как полиалюминия хлорид. Дисперсию воска добавляли через цикл гомогенизации, чтобы убедиться, что большой агломерат разрушился на частицы небольшого размера. После добавления дисперсии воска и раствора способствующего агломерации средства в реактор, все компоненты в реакторе гомогенизировали в течение шести минут или пока размер частиц в дисперсии не станет заранее определенного значения.

После того как ингредиенты в реакторе гомогенизировали, температуру смеси повышали до приблизительно 56°С до тех пор, пока агрегат частиц не достигал целевого размера. В этой точке агрегат без оболочки или образование ядра завершалось. Как только частицы достигали целевого размера, дополнительные 7,59 кг стирол-бутилакрилатной смолы в латексной эмульсии добавляли в реактор. Латекс перемешивали в реакторе, пока частицы не достигали их конечного целевого размера, и достаточное время обеспечивали для введения всей дополнительной латексной эмульсии в частицы ядра. Как только достигали целевого размера, стадию образования оболочки завершали.

Как только достигали конечного размера, рост частиц останавливали добавлением 1,395 г гидроксида натрия до тех пор, пока рН взвеси не достигал значения от 4,5 до 4,9. Как только рН подтверждали, целевую температуру партии повышали до 96°С. Когда взвесь достигала температуры 90°С, ее рН доводили путем добавления 190 г азотной кислоты до того момента, пока рН взвеси не достигал значения 3,8-4,2.

Как только партия достигала 96°С, температуру взвеси поддерживали постоянной и округлость частиц контролировали относительно времени. Как только округлость достигала целевого значения от приблизительно 0,980 до приблизительно 0,990, или от приблизительно 0,985 до приблизительно 0,990, или приблизительно 0,988, температуру суспензии снижали до 53°С со скоростью 0,6°С/мин. Когда температура суспензии достигала 57°С, рН регулировали добавлением 774 г гидроксида натрия, пока рН суспензии не достигал значения 7,5-7,9.

Как только получали суспензию с частицами, имеющими заранее определенный размер и округлость, частицы подвергали ряду стадий, называемых последующие операции. Эти операции включают просеивание суспензии для удаления частиц, имеющих размер больше, чем заранее определенный размер требуемых частиц, которые могли образоваться вследствие высокой температуры в реакторе, промывку частицы для удаления поверхностно-активных веществ или других ионных частиц, которые придают нежелательные зарядные свойства, и удаление избытка влаги посредством сушки частиц.

Получение композиции тонера

АЭ-частицы объединяли с поверхностными добавками в 10 л вертикальном высокоэффективном смесителе, таком как поставляемый Henschel. В смеситель загружали 3,3 фунта АЭ-частиц, а затем коллоидную двуокись кремния с обработанной поверхностью частиц в количестве приблизительно 1,4%. Как только АЭ-частицы и коллоидная двуокись кремния с обработанной поверхностью частиц смешивались, добавляли игловидный TiO₂. Ингредиенты в смесителе перемешивали вместе в течение приблизительно 13,3 минут. После этого первого цикла перемешивания добавку - стеарат металла - добавляли в количестве 0,14%. Все ингредиенты в смесителе смешивали вместе в течение 3 минут.

В таблице I показаны компоненты каждой типичной композиции тонера, включая количество каждого компонента, сделанной согласно примеру выше.

Таблица I Тонер 1 Тонер 2 Тонер 3 Тонер 4 Тонер 5 АЭ-частицы (фунты) 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 % диоксида кремния с 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 обработанной поверхностью частиц % стеарата металла 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 % игловидного TiO₂ 0 0,25 0,50 0,50 1,0

Тонер 3 и тонер 4 имели одинаковую композицию. Различие состоит в том, что в тонере 4 игловидный TiO₂ добавляли со стеаратом металла во время второй стадии перемешивания. Для других тонеров, имеющих игловидный TiO₂, добавку добавляли во время первой стадии с диоксидом кремния с обработанной поверхностью частиц.

На фиг. 3 показан график, показывающий изменение плотности относительно количества копий для обычной композиции тонера и композиции тонера, содержащей игловидный TiO₂ согласно вариантам осуществления согласно настоящему документу. На графике показано уменьшение плотности композиции тонера при увеличении количества копий при использовании обычной композиции тонера с частицами тонера с округлостью 0,975. Однако, композиция тонера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, имеющая частицы тонера с округлость 0,988, является более стабильной с течением времени. Кроме того, на фиг. 3 показано, что частицы тонера вариантов осуществления настоящего изобретения характеризуются плотностью по меньшей мере 1,3 единиц плотномера.

На фиг. 4 изображен график, показывающий количество энергии, требуемой для текучести тонера, относительно количества игловидного TiO₂ в композиции тонера согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Как можно увидеть из графика, при увеличении количества игловидного TiO₂ количество энергии, требуемой для текучести тонера, также увеличивается. Увеличение энергии, требуемое для начала объемного потока частиц тонера с увеличенным количеством игловидного оксида титана, является показателем ухудшения текучести и увеличения взаимосвязи частиц друг с другом. Это означает, что требуется большая сила для разрушения объединенной группы частиц и также для обеспечения качения частиц, что представляет собой гарантию улучшения очистки.

Изобретение описывает частицу тонера, которая содержит игловидную поверхностную добавку в наружном слое частицы тонера, причем игловидная поверхностная добавка выбрана из группы, состоящей из игловидного углеродного волокна, игловидного стекловолокна, игловидных углеродных нанотрубок и игловидного магниевого волокна. Технический результат заключается в получении тонера, который обладает превосходными зарядными свойствами, свойствами стабильности и текучести. 3 з.п. ф-лы, 2 табл., 6 ил., 1 пр.

1. Частица тонера, содержащая игловидную поверхностную добавку в наружном слое частицы тонера, причем игловидная поверхностная добавка выбрана из группы, состоящей из игловидного углеродного волокна, игловидного стекловолокна, игловидных углеродных нанотрубок и игловидного магниевого волокна.

2. Частица тонера по п. 1, в которой игловидная поверхностная добавка имеет форму, выбранную из группы, состоящей из рисовидной формы, палочковидной формы, бабочкообразной формы и формы бантика.

3. Частица тонера по п. 1, в которой игловидная поверхностная добавка имеет длину от приблизительно 0,25 до приблизительно 8 микрон.

4. Частица тонера по п. 1, в которой игловидная поверхностная добавка имеет длину от приблизительно 0,5 до приблизительно 5 микрон.