ТОНЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ И СПОСОБЫ Российский патент 2019 года по МПК G03G9/83 

Настоящее изобретение, в целом, относится к тонерным композициям и способам, и, более конкретно, к экономичным тонерам, состоящим из одной аморфной сложной полиэфирной смолы, кристаллического сложного полиэфира, красящего вещества, необязательного воска и необязательных добавок, и указанную аморфную сложную полиэфирную смолу получают каталитической полимеризацией мономеров, например, карбоновой кислоты, дикарбоновой кислоты, бензолтрикарбоновой кислоты, по меньшей мере одного бисфенола и компонента, выбранного из группы, состоящей из по меньшей мере одного из додецилянтарного ангидрида и додецилянтарной кислоты, и при этом указанная аморфная сложная полиэфирная смола содержит менее примерно 16 массовых процентов додецилянтарного ангидрида.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно множество тонерных композиций, содержащих сложный полиэфир, включая композиции, в которых выбранные сложные полиэфиры представляют собой определенные аморфные, кристаллические полимеры или их смеси. Так, например, в патенте США 7858285, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки, описаны эмульгированные/агрегированные тонеры, которые содержат некоторые кристаллические сложные полиэфиры.

Известны тонерные композиции, получаемые многочисленными способами эмульгирования/агрегации, которые могут содержать некоторые сложные полиэфиры, и они описаны в патентах США 8466254; 7736832; 7029817; 6830860 и 5593807, описание каждого из указанных патентов включено в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.

Несмотря на то, что известные тонеры могут подходить для предназначенных целей, сохраняется потребность в тонерах с приемлемыми и улучшенными характеристиками в отношении, например, диапазонов температуры закрепления и температуры блокирования, например, температуры блокирования от примерно 52 °С до примерно 60 °С. Существует также потребность в тонерах, содержащих сложный полиэфир, обладающих превосходным блеском и улучшенной когезией, а также характеристиками температуры блокирования, приемлемыми минимальными температурами закрепления и превосходными температурами горячего и холодного офсета, при этом указанные тонеры имеют требуемый диаметр частиц. Кроме того, существует потребность в тонерных композициях, которые по существу не переходят или не переносятся на ксерографический валик для термического закрепления, что называют горячим или холодным офсетом в зависимости от того, происходит ли это при температуре ниже температуры закрепления бумаги (холодный офсет), или тонер переходит на валик для термического закрепления при температуре выше температуры закрепления тонера (горячий офсет).

Кроме того, существует потребность в тонерах, которые могут быть получены экономно, и в которых вместо двух аморфных сложных полиэфирных смол, например, терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А фумарат) (сравнительный пример А, таблица 1) и терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А тримеллитат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А тримеллитат) (сравнительный пример В), выбрана одна аморфная сложная полиэфирная смола.

Кроме того, существует потребность в тонерных композициях, состоящих из одного экономичного аморфного сложного полиэфира, полученного из определенного количества мономера додецилянтарного ангидрида (DDSA), и при этом может быть оптимизирована пластификация или совместимость с некоторыми сложными полиэфирами, такими как смола CPE 10:6 поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоата), для обеспечения превосходных и приемлемых характеристик закрепления, когезии (блокирования), размера частиц тонера, формы частиц тонера, температуры стеклования смолы и характеристик трибоэлектрического заряда, при необходимости при сниженном содержании воскового компонента, и при этом смола CPE 10:6 представляет собой поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоат), который может быть получен взаимодействием додекандионовой кислоты и 1,6-гександиола.

Кроме того, существует потребность в тонерах и способах, обеспечивающих возможность получения экономичных сложных полиэфиров.

Существует также потребность в тонерах, которые содержат ядро из аморфной сложной полиэфирной смолы, кристаллической сложной полиэфирной смолы, красящего вещества и воска, и оболочку поверх него из аморфной сложной полиэфирной смолы, воска и красящего вещества, и при этом аморфные сложные полиэфирные смолы ядра и оболочки могут быть получены с уменьшенным содержанием дорогостоящего мономера додецилянтарного ангидрида (DDSA).

Кроме того, существует потребность в тонерах на основе сложного полиэфира с низкой температурой закрепления, такой как от примерно 100 °С до примерно 130 °С и с широким диапазоном закрепления, таким как от примерно 50 °С до примерно 90 °С.

Другая потребность заключается в обеспечении тонеров с улучшенной температурой блокирования, например, по меньшей мере примерно 52 °С, например, от примерно 52 °С до примерно 59 °С, от примерно 52 °С до примерно 55 °С и от примерно 52 °С до примерно 55 °С.

Кроме того, существует потребность в тонерах с одинаково малым размером частиц, например, со средним диаметром от примерно 1 до примерно 15 мкм, такие частицы имеют подходящую энергосберегающую форму, имеют узкое геометрическое стандартное отклонение частиц по размеру, и такие тонеры содержат различные структуры ядра и оболочки.

Указанные и другие потребности и преимущества могут быть достигнуты в вариантах реализации изобретения с помощью способов и композиций, описанных в настоящем документе.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описана тонерная композиция, состоящая из аморфной сложной полиэфирной смолы, кристаллической сложной полиэфирной смолы, красящего вещества и воска, и указанный аморфный сложный полиэфир получают каталитической полимеризацией мономеров карбоновой кислоты, дикарбоновой кислоты, бензолтрикарбоновой кислоты, по меньшей мере одного бисфенола и компонента, выбранного из группы, состоящей из по меньшей мере одного додецилянтарного ангидрида и додецилянтарной кислоты, и при этом аморфная сложная полиэфирная смола содержит от примерно 8 массовых процентов до примерно 15,9 массовых процентов указанного компонента.

В настоящем документе дополнительно описана тонерная композиция, состоящая из ядра из аморфной сложной полиэфирной смолы, кристаллического сложного полиэфира, воска и красящего вещества, и по меньшей мере одной оболочки, окружающей указанное ядро, которая состоит из аморфной сложной полиэфирной смолы и необязательно воска, и указанный аморфный сложный полиэфир для указанного ядра и указанной оболочки получают каталитической полимеризацией мономеров карбоновой кислоты, дикарбоновой кислоты, бензолтрикарбоновой кислоты, по меньшей мере одного бисфенола и додецилянтарного ангидрида или додецилянтарной кислоты, и при этом указанная аморфная сложная полиэфирная смола содержит более нуля процентов указанного додецилянтарного ангидрида, и при этом указанная аморфная сложная полиэфирная смола содержит более нуля процентов указанной додецилянтарной кислоты, и при этом указанный аморфный сложный полиэфир содержит менее 16 массовых процентов указанной додецилянтарной кислоты, или указанный аморфный сложный полиэфир содержит менее 16 массовых процентов указанной додецилянтарной кислоты.

Кроме того, в настоящем документе представлен способ, включающий смешивание аморфной сложной полиэфирной смолы, кристаллической сложной полиэфирной смолы, красящего вещества и воска, причем аморфный сложный полиэфир получают каталитической полимеризацией мономеров карбоновой кислоты, дикарбоновой кислоты, бензолтрикарбоновой кислоты, по меньшей мере одного бисфенола и соединения, выбранного из группы, состоящей из додецилянтарного ангидрида и додецилянтарной кислоты, и при этом аморфная сложная полиэфирная смола содержит от примерно 8 массовых процентов до примерно 15,9 массовых процентов указанного соединения; и агрегацию и коалесценцию с образованием тонерных частиц.

ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описанные аморфные сложные полиэфирные смолы могут быть получены, в целом, посредством поликонденсации, которая включает взаимодействие подходящих органических диолов и подходящих органических дикислот в присутствии катализаторов поликонденсации и додецилянтарного ангидрида (DDSA), додецилянтарной кислоты или их смесей, и причем варианты реализации, упоминаемые в настоящем документе в отношении додецилянтарного ангидрида (DDSA), включают также додецилянтарную кислоту.

В настоящем документе описаны тонерные композиции, которые содержат аморфную сложную полиэфирную смолу, по меньшей мере одну кристаллическую сложную полиэфирную смолу, красящие вещества, воски и необязательные добавки. Тонерные композиции, представленные в настоящем документе, которые могут быть получены способами эмульгирования/агрегации/коалесценции, содержат единственную экономичную аморфную сложную полиэфирную смолу, кристаллический сложный полиэфир, такой как CPE 10:6, описанный в настоящем документе, воск, красящее вещество и тонерные добавки.

В различных вариантах реализации описанные тонеры могут состоять из ядра, состоящего, например, из одного аморфного сложного полиэфира, кристаллического сложного полиэфира, воска, красящего вещества и добавок, и по меньшей мере одной оболочки поверх него, например, от примерно 1 оболочки до примерно 5 оболочек и, более конкретно, от примерно 1 оболочки до примерно 3 оболочек, и еще более конкретно, от примерно 1 оболочки до примерно 2 оболочек.

Аморфные сложные полиэфиры

Для тонеров, представленных в настоящем документе, могут быть выбраны многочисленные аморфные сложные полиэфиры производства компании Kao Corporation, DIC Chemicals и Reichhold Chemicals. Примеры аморфных сложных полиэфиров, выбранных в качестве замены известных смесей смол, состоящих из первой смолы, представляющей собой, например, терполи-(пропоксилированный бисфенол A терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол A додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол A фумарат) (сравнительный пример A), и второй смолы, представляющей собой, например, терполи-(пропоксилированный бисфенол A терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол A додеценилсукцинат)-терполи-(этоксилированный бисфенол A терефталат)-терполи-(этоксилированный бисфенол A додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол A тримеллитат)-терполи-(этоксилированный бисфенол A тримеллитат) (сравнительный пример B), включают поли(пропоксилированный бисфенол со-фумарат), поли(этоксилированный бисфенол со-фумарат), поли(бутоксилированный бисфенол со-фумарат), поли(со-пропоксилированный бисфенол со-этоксилированный бисфенол со-фумарат), поли(1,2-пропиленфумарат), поли(пропоксилированный бисфенол со-малеат), поли(этоксилированный бисфенол со-малеат), поли(бутоксилированный бисфенол со-малеат), поли(со-пропоксилированный бисфенол со-этоксилированный бисфенол со-малеат), поли(1,2-пропиленмалеат), поли(пропоксилированный бисфенол со-итаконат), поли(этоксилированный бисфенол со-итаконат), поли(бутоксилированный бисфенол со-итаконат), поли(со-пропоксилированный бисфенол со-этоксилированный бисфенол со-итаконат) и терполи(пропоксилированный бисфенол A терефталат)-терполи(пропоксилированный бисфенол A додеценилсукцинат)-терполи(пропоксилированный бисфенол A фумарат), их смеси и т.п.

Аморфные сложные полиэфирные смолы могут иметь, например, среднечисловую молекулярную массу (M_n), измеренную гельпроникающей хроматографией (ГПХ), например, от примерно 5000 до примерно 100000, от примерно 10000 до примерно 75000 или от примерно 5000 до примерно 50000. Средневесовая молекулярная масса (M_w) аморфных сложных полиэфирных смол, определенная с помощью ГПХ с применением полистирольных стандартов, может составлять, например, от примерно 2000 до примерно 100000, от примерно 15000 до примерно 85000 или от примерно 5000 до примерно 80000. Широкое молекулярно-массовое распределение (M_w/M_n) или полидисперсность аморфной сложной полиэфирной смолы составляет, например, от примерно 2 до примерно 8, от примерно 2 до примерно 6 и от примерно 3 до примерно 5.

Описанные аморфные сложные полиэфирные смолы могут быть получены, в целом, способом поликонденсации, которая включает взаимодействие подходящих органических диолов и подходящих органических дикислот в присутствии катализаторов поликонденсации и ангидридов, таких как додецилянтарный ангидрид (DDSA). Как правило, используют стехиометрическое эквимолярное соотношение органического диола и органической дикислоты, однако в некоторых случаях, если температура кипения органического диола составляет, например, от примерно 180 °С до примерно 230 °С, может быть использовано избыточное количество диола, такого как этиленгликоль или пропиленгликоль, составляющее от примерно 0,2 до 1 молярного эквивалента, которое удаляют в процессе поликонденсации с помощью дистилляции. Количество используемого катализатора варьируется и может быть выбрано в количествах, описанных в настоящем документе, и, более конкретно, например, от примерно 0,01 до примерно 1 или от примерно 0,1 до примерно 0,75 молярных процентов аморфной сложной полиэфирной смолы.

Примеры органических дикислот или сложных диэфиров, выбранных для получения аморфных сложных полиэфирных смол, являются такими, как описано в настоящем документе, и включают фумаровую, малеиновую, щавелевую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, субериновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, декановую кислоту, 1,2-додекановую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, нафталин-2,7-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, малоновую кислоту и мезаконовую кислоту, их сложные диэфиры или ангидриды. Органическая кислота выбрана в количестве, например, от примерно 48 до примерно 52 молярных процентов или от примерно 1 до примерно 10 молярных процентов аморфной сложной полиэфирной смолы.

Примеры органических диолов, которые включают алифатические диолы, которые используют для получения описанных аморфных сложных полиэфирных смол и которые могут быть включены в реакционную смесь или добавлены к ней, и при этом указанные диолы могут быть выбраны в количестве, например, от примерно 45 до примерно 55 или от примерно 48 до примерно 52 молярных процентов аморфного сложного полиэфира, и содержащие от примерно 2 до примерно 36 атомов углерода, представляют собой 1,2-этандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,8-октандиол, 1,9-нонандиол, 1,10-декандиол, 1,12-додекандиол, алкиленгликоли типа этиленгликоля или пропиленгликоля, пропоксилированный бисфенол А и этоксилированный бисфенол А. Органический диол выбран в количестве, например, от примерно 48 до примерно 52 молярных процентов аморфной сложной полиэфирной смолы.

В различных вариантах реализации настоящего описания единственный аморфный сложный полиэфир может быть получен из смеси, используемой вместо комбинации мономеров сравнительных примеров А и В, как показано ниже в таблице 1, при этом количество мономера додецилянтарного ангидрида (DDSA) составляет примерно на 50 процентов меньше, чем общая сумма перечисленных количеств, и составляет менее примерно 16 массовых процентов используемого мономера додецилянтарного ангидрида, от примерно 8 до примерно 15,9 массовых процентов, от примерно 8 до примерно 15 массовых процентов, от примерно 8 до примерно 13 массовых процентов, от примерно 9 до примерно 12,8 массовых процентов или от примерно 9,5 до примерно 12,8 массовых процентов в пересчете на твердые вещества, и при этом аморфный сложный полиэфирный продукт сравнительного примера А представляет собой терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А фумарат); и аморфный сложный полиэфирный продукт сравнительного примера В представляет собой терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенола А додеценилсукцинат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А тримеллитат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А тримеллитат).

ТАБЛИЦА 1

BPA ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ БИСФЕНОЛ A

МОНОМЕР СРАВНИТЕЛЬНАЯ СМОЛА А (МАСС. ПРОЦЕНТ) СРАВНИТЕЛЬНАЯ СМОЛА В (МАСС. ПРОЦЕНТ) ТЕРЕФТАЛЕВАЯ КИСЛОТА 16,8 30 ФУМАРОВАЯ КИСЛОТА 7,8 - ДОДЕЦИЛЯНТАРНЫЙ АНГИДРИД 11,1 21,5 ТРИМЕЛЛИТОВАЯ КИСЛОТА - 4,7 ПРОПОКСИЛИРОВАННЫЙ BPA 64,3 3,5 ЭТОКСИЛИРОВАННЫЙ BPA - 8,8

Бисфенолы

Для получения описанных аморфных сложных полиэфирных смол могут быть выбраны многие бисфенолы, примеры которых представляют собой алкоксиалкилированные бисфенолы, пропоксилированный BPA, этоксилированный BPA, 1,1-бис(4-гидроксифенил)-1-фенилэтан, 2,2-бис(4-гидроксифенил)гексафторпропан, 2,2-бис(4-гидроксифенил)бутан, бис(4-гидроксифенил)дифенилметан, 2,2-бис(3-метил-4-гидроксифенил)пропан, бис(4-гидроксифенил)-2,2-дихлорэтилен, бис(4-гидроксифенил)-2,2-дихлорэтилен, бис(4-гидроксифенил)метан, 2,2-бис(4-гидрокси-3-изопропилфенил)пропан, 1,3-бис(2-(4-гидроксифенил)-2-пропил)бензол, бис(4-гидроксифенил)сульфон, 1,4-бис(2-(4-гидроксифенил)-2-пропил)бензол, 5,5’-(1-метилэтилиден)-бис[1,1’-(бисфенил)-2-ол]пропан, 1,1-бис(4-гидроксифенил)циклогексан, P-бисфенол А, который представляет собой 1,4-бис(2-(4-гидроксифенил)-2-пропил)бензол, E-бисфенол А, который представляет собой 1,1-бис(4-гидроксифенил)этан, их смеси и т.п., и при этом по меньшей мере один бисфенол представляет собой, например, от 1 до примерно 5 бисфенолов, от 2 до примерно 4 бисфенолов, от 1 до примерно 2 бисфенолов и 1 бисфенол.

Кристаллические сложные полиэфиры

Для описанных тонерных композиций могут быть использованы многие кристаллические сложные полиэфиры, включая подходящие известные кристаллические сложные полиэфиры. Конкретные примеры кристаллических сложных полиэфиров, которые могут быть выбраны для описанных тонеров, представляют собой поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоат) (обозначение 10:6), поли(1,2-пропилен-диэтилен-терефталат), поли(этилен-терефталат), поли(пропилен-терефталат), поли(бутилен-терефталат), поли(пентилен-терефталат), поли(гексилен-терефталат), поли(гептилен-терефталат), поли(октилен-терефталат), поли(этилен-себацинат), поли(пропилен-себацинат) (8:3), поли(бутилен-себацинат) (8:4), поли(нонилен-себацинат) (8:9), поли(этилен-адипинат) (4:2), поли(пропилен-адипинат) (4:3), поли(бутилен-адипинат) (4:4), поли(пентилен-адипинат) (4:4), поли(гексилен-адипинат) (4:6), поли(гептилен-адипинат) (4:7), поли(октилен-адипинат) (1:8), поли(этилен-глутарат) (1:2), поли(пропилен-глутарат) (1:3), поли(бутилен-глутарат) (1:4), поли(пентилен-глутарат) (1:5), поли(гексилен-глутарат) (1:6), поли(гептилен-глутарат) (1:7), поли(октилен-глутарат) (1:8), поли(этилен-пимелат) (3:2), поли(пропилен-пимелат) (3:3), поли(бутилен-пимелат) (3:4), поли(пентилен-пимелат) (3:5), поли(гексилен-пимелат) (3:6), поли(гептилен-пимелат) (3:7), поли(1,2-пропилен-итаконат), поли(этилен-сукцинат) (2:2), поли(пропилен-сукцинат) (2:3), поли(бутилен-сукцинат) (2:4), поли(пентилен-сукцинат) (3:5), поли(гексилен-сукцинат) (3:6), поли(октилен-сукцинат) (3:8), поли(децилен-деканоат) (8:10), поли(этилен-деканоат) (8:2), поли(этилен-додеканоат) (10:2), поли(нонилен-деканоат) (10:9), сополи(этилен-фумарат)-сополи(этилен-себацинат), сополи(этилен-фумарат)-сополи(этилен-деканоат), сополи(этилен-фумарат)-сополи(этилен-додеканоат), необязательно их смеси и т.п. Конкретный кристаллический сложный полиэфир, выбранный для описанных тонеров, представляет собой CPE 10:6, поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоат), который получают по реакции додекандионовой кислоты и 1,6-гександиола и, более конкретно, кристаллический сложный полиэфир представляет собой поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоат), имеющий следующие повторяющиеся формулы/структуры

.

Кристаллические смолы могут иметь среднечисловую молекулярную массу (M_n), измеренную гельпроникающей хроматографией (ГПХ), например, от примерно 1000 до примерно 50000 или от примерно 200 до примерно 25000. Среднечисловая молекулярная масса (M_w) кристаллических сложных полиэфирных смол, определенная с помощью ГПХ с применением полистирольных стандартов, может составлять, например, от примерно 2000 до примерно 100000 или от примерно 3000 до примерно 80000. Молекулярно-массовое распределение (M_w/M_n) кристаллической сложной полиэфирной смолы составляет, например, от примерно 2 до примерно 6 и, более конкретно, от примерно 2 до примерно 4.

Описанные кристаллические сложные полиэфирные смолы могут быть получены посредством поликонденсации в результате взаимодействия подходящих органических диолов и подходящих органических дикислот в присутствии катализаторов поликонденсации. Как правило, используют стехиометрическое эквимолярное соотношение органического диола и органической дикислоты, однако в некоторых случаях, если температура кипения органического диола составляет от примерно 180 °С до примерно 230 °С, может быть использовано избыточное количество диола, такого как этиленгликоль или пропиленгликоль, составляющее от примерно 0,2 до 1 молярного эквивалента, которое удаляют в процессе поликонденсации с помощью дистилляции. Количество используемого катализатора варьируется и может быть выбрано в количествах, таких как, например, от примерно 0,01 до примерно 1 или от примерно 0,1 до примерно 0,75 молярных процентов кристаллической сложной полиэфирной смолы.

Примеры органических дикислот или сложных диэфиров, выбранных для получения кристаллических сложных полиэфирных смол, являются такими, как описано в настоящем документе, и включают фумаровую, малеиновую, щавелевую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, субериновую кислоту, азелаиновую кислоту, себациновую кислоту, декановую кислоту, 1,2-додекановую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, нафталин-2,7-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, малоновую кислоту и мезаконовую кислоту, их сложные диэфиры или ангидриды. Органическая дикислота выбрана в количестве, например, от примерно 48 до примерно 52 молярных процентов кристаллической сложной полиэфирной смолы.

Примеры органических диолов, которые включают алифатические диолы, выбранные в количестве, например, от примерно 1 до примерно 10 или от 3 до примерно 7 молярных процентов кристаллической сложной полиэфирной смолы, которые могут быть включены в реакционную смесь или добавлены к ней, и которые имеют от примерно 2 до примерно 36 атомов углерода, представляют собой 1,2-этандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,8-октандиол, 1,9-нонандиол, 1,10-декандиол, 1,12-додекандиол, алкиленгликоли типа этиленгликоля или пропиленгликоля и т.п. Органические диолы могут быть выбраны в различных эффективных количествах, таких как, например, от примерно 48 до примерно 52 молярных процентов кристаллической сложной полиэфирной смолы.

Примеры подходящих катализаторов поликонденсации, используемых для получения аморфных сложных полиэфиров и кристаллических сложных полиэфиров, включают тетраалкилтитанаты, оксид диалкилолова, такой как оксид дибутилолова, тетралакилолово, такое как дилаурат дибутилолова, гидроксид оксида диалкилолова, такой как гидроксид оксида бутилолова, алкоксиды алюминия, алкилцинк, диалкилцинк, оксид цинка, оксид олова (II), ацетат цинка, изопропоксид титана, бутилстанноновая кислота, имеющаяся в продаже под маркой FASCAT^® 4100, или их смеси; и указанные катализаторы выбраны в количестве, например, от примерно 0,01 молярных процентов до примерно 5 молярных процентов, от примерно 0,1 до примерно 0,8 молярных процентов, от примерно 0,2 до примерно 0,6 молярных процентов или, более конкретно, примерно 0,2 молярных процентов в пересчете, например, на исходную дикислоту или сложный диэфир, используемый для получения сложных полиэфирных смол.

Для тонерных композиций, описанных в настоящем документе, количество аморфной сложной полиэфирной смолы может быть таким, как описано в настоящем документе, например, от примерно 70 до примерно 90 процентов по массе, от примерно 75 до примерно 85 процентов по массе или от примерно 70 до примерно 80 процентов по массе, а количество кристаллического сложного полиэфира составляет, например, от примерно 4 до примерно 15 процентов по массе, от примерно 5 до примерно 12 процентов по массе или от примерно 7 до примерно 10 процентов по массе, при этом количества воска, красящего вещества и тонерных добавок являются такими, как описано в настоящем документе.

Воски

Для тонеров, представленных в настоящем документе, могут быть выбраны многочисленные подходящие воски, которые могут быть включены в смесь аморфного сложного полиэфира и кристаллического полиэфира, содержащую сложную полиэфирную смолу, по меньшей мере в одну оболочку, и в указанную смесь и указанную по меньшей мере одну оболочку.

Примеры необязательных восков, вводимых в тонер или на поверхность тонера, включают полиолефины, такие как полипропилены, полиэтилены и т.п., такие как продукты производства компании Allied Chemical и Baker Petrolite Corporation; восковые эмульсии производства компании Michaelman Inc. и Daniels Products Company; EPOLENE N-15™ производства компании Eastman Chemical Products, Inc.; VISCOL 550-P™, полипропилен с низкой среднечисловой молекулярной массой производства компании Sanyo Kasei K.K.; OMNOVA D1509^® производства компании IGI Chemicals в виде восковой дисперсии, и подобные материалы. Примеры функционализированных восков, которые могут быть выбраны для описанных тонеров, включают амины и амиды, например, AQUA SUPERSLIP 6550™, SUPERSLIP 6530™ производства компании Micro Powder Inc.; фторированные воски, например POLYFLUO 190™, POLYFLUO 200™, POLYFLUO 523XF™, AQUA POLYFLUO 411™, AQUA POLYSILK 19™, POLYSILK 14™ производства компании Micro Powder Inc.; смешанные фторированные, амидные воски, например, MICROSPERSION 19™ также производства компании Micro Powder Inc.; имиды, сложные эфиры, четвертичные амины, карбоновые кислоты или эмульсии акриловых полимеров, например, JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ и 538™ производства компании SC Johnson Wax; хлорированные полипропилены и полиэтилены производства компании Allied Chemical, Petrolite Corporation и SC Johnson Wax. Многие указанные воски могут быть необязательно фракционированы или дистиллированы с получением определенных погонов или фракций, которые соответствуют критериям вязкости и/или температуры, при этом вязкость составляет, например, примерно 10000 сП, а температура составляет примерно 100 °С.

В различных вариантах реализации воск представлен в форме дисперсии, содержащей, например, воск, имеющий диаметр частиц от примерно 100 нм до примерно 500 нм или от примерно 100 нм до примерно 300 например, воду и анионное поверхностно-активное вещество или полимерный стабилизатор и необязательно неионогенное поверхностно-активное вещество. В различных вариантах реализации воск содержит частицы полиэтиленового воска, такого как POLYWAX^® 655 или POLYWAX^® 725, POLYWAX^® 850, POLYWAX^® 500 (воски POLYWAX^® имеются в продаже у компании Baker Petrolite) и, например, фракционированные/дистиллированные воски, которые представляют собой дистиллированные фракции имеющегося в продаже воска POLYWAX^® 655, обозначаемые X1214, X1240, X1242, X1244 и т.п., но не ограничиваясь ими, погоны POLYWAX^®. Могут быть использованы воски, представляющие собой определенный погон, который соответствует критериям вязкости/температуры, при этом верхний предел вязкости составляет примерно 10000 сП, а верхний предел температуры составляет примерно 100 °С. Указанные воски могут иметь диаметр частиц в диапазоне от примерно 100 до примерно 500 нм, хотя размер или диаметр их частиц не ограничен указанным диапазоном. Другие примеры восков включают воски FT-100 производства компании Shell (SMDA) и FNP0092 производства компании Nippon Seiro.

Поверхностно-активное вещество, используемое для диспергирования воска, может быть анионным поверхностно-активным веществом, таким как, например, NEOGEN RK^® производства компании Daiichi Kogyo Seiyaku или TAYCAPOWER^® BN2060 производства компании Tayca Corporation, или DOWFAX^® производства компании DuPont.

Количество тонерного воска в различных вариантах реализации может составлять, например, от примерно 0,1 до примерно 20 массовых процентов или процентов по массе, от примерно 0,5 до примерно 5 массовых процентов, от примерно 1 до примерно 12 массовых процентов, от примерно 1 до примерно 10 массовых процентов, от примерно 2 до примерно 8 массовых процентов, от примерно 4 до примерно 9 массовых процентов, от примерно 1 до примерно 5 массовых процентов, от примерно 1 до примерно 4 массовых процентов или от примерно 1 до примерно 3 массовых процентов в пересчете на твердые вещества тонера. Стоимость готового тонера может быть уменьшена посредством добавления сниженного количества воска к тонеру, на поверхность тонера или к тонеру и на поверхность тонера, например, от примерно 4,5 массовых процентов до примерно 9 массовых процентов в пересчете на твердые вещества.

Красящие вещества

Примеры красящих веществ для тонеров включают пигменты, красители, смеси пигментов и красителей, смеси пигментов, смеси красителей и т.п. В различных вариантах реализации красящее вещество содержит технический углерод, магнетит, черное, циановое, маджента, желтое, красное, зеленое, сине, коричневое красящее вещество и их смеси.

Красящее вещество для тонера может быть выбрано, например, из циановых, маджента, желтых или черных пигментных дисперсий каждого цвета в анионном поверхностно-активном веществе или необязательно в неионогенном поверхностно-активном веществе с получением, например, пигментных частиц, имеющих среднеобъемный диаметр частиц, например, от примерно 50 нм до примерно 300 нм или от примерно 125 нм до примерно 200 нм. Поверхностно-активное вещество, используемое для диспергирования каждого красящего вещества, может представлять собой любое количество известных компонентов, как, например, анионное поверхностно-активное вещество типа NEOGEN RK™. Для получения красящих дисперсий может быть использовано известное оборудование Ultimizer, хотя для получения восковых дисперсий могут быть использованы измельчители или другие известные технологии.

Количество красящего вещества для тонера варьируется и может составлять, например, от примерно 1 до примерно 50, от примерно 2 до примерно 40, от примерно 2 до примерно 30, от 1 до примерно 25, от 1 до примерно 18, от 1 до примерно 12, от 1 до примерно 6 массовых процентов и от примерно 3 до примерно 10 процентов по массе от общего содержания твердых веществ. При выборе для тонера магнетитовых пигментов, их количества могут составлять до примерно 80 массовых процентов от общего содержания твердых веществ, например, от примерно 40 до примерно 80 массовых процентов или от примерно 50 до примерно 75 массовых процентов от общего содержания твердых веществ.

Конкретные красящие вещества для тонеров, которые могут быть выбраны, включают PALIOGEN фиолетовый 5100™ и 5890™ (BASF), NORMANDY маджента RD-2400™ (Paul Ulrich), перманентный фиолетовый VT2645™ (Paul Ulrich), HELIOGEN зеленый L8730™ (BASF), ARGYLE зеленый XP-111-S™ (Paul Ulrich), бриллиантовый зеленый для тонера GR 0991™ (Paul Ulrich), LITHOL алый D3700™ (BASF), толуидиновый красный™ (Aldrich), алый для термопластов NSD красный™ (Aldrich), LITHOL рубиновый для тонера™ (Paul Ulrich), LITHOL алый 4440™, NBD 3700™ (BASF), BON красный C™ (Dominion Color), ROYAL бриллиантовый красный RD-8192™ (Paul Ulrich), ORACET розовый RF™ (Ciba Geigy), PALIOGEN красный 3340™ и 3871K™ (BASF), LITHOL прочный алый L4300™ (BASF), HELIOGEN синий D6840™, D7080™, K7090™, K6910™ и L7020™ (BASF), SUDAN синий OS™ (BASF), NEOPEN синий FF4012™ (BASF), PV прочный синий B2G01™ (American Hoechst), IRGALITE синий BCA™ (Ciba Geigy), PALIOGEN синий 6470™ (BASF), SUDAN II™, III™ и IV™ (Matheson, Coleman, Bell), SUDAN оранжевый™ (Aldrich), SUDAN оранжевый 220™ (BASF), PALIOGEN оранжевый 3040™ (BASF), ORTHO оранжевый OR 2673™ (Paul Ulrich), PALIOGEN желтый 152™ и 1560™ (BASF), LITHOL прочный желтый 0991K™ (BASF), PALIOTOL желтый 1840™ (BASF), NOVAPERM желтый FGL™ (Hoechst), перманентный желтый YE 0305™ (Paul Ulrich), LUMOGEN желтый D0790™ (BASF), SUCO желтый 1250™ (BASF), SUCO желтый D1355™ (BASF), SUCO прочный желтый D1165™, D1355™ и D1351™ (BASF), HOSTAPERM розовый E™ (Hoechst), FANAL розовый D4830™ (BASF), CINQUASIA маджента™ (DuPont), PALIOGEN черный L9984™ (BASF), пигмент черный K801™ (BASF) и технический углерод, такой как REGAL^® 330 (Cabot), технический углерод 5250™ и 5750™ (Columbian Chemicals), их смеси и т.п.

Примеры красящих веществ включают пигменты в виде дисперсий на водной основе, такие как продукты компании Sun Chemical, например, SUNSPERSE BHD 6011™ (синий, тип 15), SUNSPERSE BHD 9312™ (пигмент синий 15), SUNSPERSE BHD 6000™ (пигмент синий 15:3 74160), SUNSPERSE GHD 9600™ и GHD 6004™ (пигмент зеленый 7 74260), SUNSPERSE QHD 6040™ (пигмент красный 122), SUNSPERSE RHD 9668™ (пигмент красный 185), SUNSPERSE RHD 9365™ и 9504™ (пигмент красный 57), SUNSPERSE YHD 6005™ (пигмент желтый 83), FLEXIVERSE YFD 4249™ (пигмент желтый 17), SUNSPERSE YHD 6020™ и 6045™ (пигмент желтый 74), SUNSPERSE YHD 600™ и 9604™ (пигмент желтый 14), FLEXIVERSE LFD 4343™ и LFD 9736™ (пигмент черный 7), их смеси и т.п. Водные дисперсии красящих веществ, которые могут быть использованы для тонерных композиций, описанных в настоящем документе, включают продукты производства компании Clariant, например, HOSTAFINE желтый GR™, HOSTAFINE черный T™ и черный TS™, HOSTAFINE синий B2G™, HOSTAFINE рубиновый F6B™ и сухой пигмент маджента, такой как маджента для тонера 6BVP2213 и маджента для тонера EO2, и такие пигменты также могут быть диспергированы в смеси воды и поверхностно-активных веществ.

Примеры тонерных пигментов, выбранных и доступных в форме влажного осадка или в концентрированной форме, содержащей воду, могут быть легко диспергированы в воде с помощью гомогенизатора или простого перемешивания, перемешивания в шаровой мельнице, растирания или размола. В других случаях пигменты доступны только в сухой форме, поэтому дисперсию в воде получают посредством микроожижения с помощью, например, устройство для микроожижения M-110 или Ultimizer, и пропускания пигментной дисперсии от примерно 1 до примерно 10 раз через камеру устройства для микроожижения, или посредством обработки ультразвкуом, например, с помощью ультразвукового устройства Branson 700, или с помощью гомогенизатора, шаровой мельницы, растирания или размола с необязательным добавлением диспергирующих агентов, таких как вышеуказанные ионные или неионогенные поверхностно-активные вещества.

Дополнительно, конкретные примеры красящих веществ представляют собой магнетиты, такие как магнетиты компании Mobay MO8029™, MO8960™; колумбийские магнетиты MAPICO BLACKS™ и магнетиты с обработанной поверхностью; магнетиты компании Pfizer CB4799™, CB5300™, CB5600™, MCX6369™; магнетиты компании Bayer BAYFERROX 8600™, 8610™; магнетиты компании Northern Pigments NP-604™, NP-608™; магнетиты компании Magnox TMB-100™ или TMB-104™; и т.п. или их смеси.

Конкретные дополнительные примеры пигментов, присутствующих в тонере в количестве от 1 до примерно 40, от 1 до примерно 20 или от примерно 3 до примерно 10 массовых процентов от общего содержания твердых веществ, включают фталоцианин HELIOGEN синий L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, PYLAM масляный синий™, PYLAM масляный желтый™, пигмент синий 1™ производства компании Paul Ulrich & Company, Inc., пигмент фиолетовый 1™, пигмент красный 48™, хромовый лимонный желтый DCC 1026™, E.D. толуидиновый красный™ и BON красный C™ производства компании Dominion Color Corporation, Ltd., Торонто, Онтарио, NOVAPERM желтый FGL™, HOSTAPERM розовый E™ производства компании Hoechst и CINQUASIA маджента™ производства компании E.I. DuPont de Nemours & Company и т.п. Примеры красителей маджента включают, например, 2,9-диметилзамещенный хинакридоновый и антрахиноновый краситель, обозначенный цветовым индексом CI 60710, дисперсный красный CI 15, диазокраситель, обозначенный цветовым индексом CI 26050, жирорастворимый красный CI 19 и т.п. или их смеси. Иллюстративные примеры циановых красителей включают тетра(октадецилсульфонамид)фталоцианин меди, x-медный фталоцианиновый пигмент, обозначенный цветовым индексом CI74160, CI пигмент синий и антратреновый синий, обозначенный цветовым индексом DI 69810, специальный синий X-2137 и т.п. или их смеси. Иллюстративные примеры желтых красящих веществ, которые могут быть выбраны, включают диарилидный желтый 3,3-дихлорбензиденацетоацетанилид, моноазопигмент, обозначенный цветовым индексом CI 12700, CI сольвент желтый 16, нитрофениламинсульфонамид, обозначенный цветовым индексом форон желтый SE/GLN, CI дисперсный желтый 33, 2,5-диметокси-4-сульфонанилид, фенилазо-4'-хлор-2,4-диметоксиацетоацетанилид, а также перманентный желтый FGL. В качестве пигментов могут быть выбраны также окрашенные магнетиты, такие как смеси MAPICO BLACK™ и циановых компонентов. Пигментная дисперсия содержит пигментные частицы, диспергированные в водной среде с анионным диспергатором/поверхностно-активным веществом или неионогенным диспергатором/поверхностно-активным веществом, и при этом количество диспергатора/поверхностно-активного вещества составляет от примерно 0,5 до примерно 10 процентов по массе или от примерно 1 до примерно 7 процентов по массе.

Тонерные композиции

Тонерные композиции, представленные в настоящем документе, могут быть получены способами агрегации/коалесценции, как описано в ряде патентов, включая, например, патенты США 5593807; 5290654; 5308734; 5370963; 6120967; 7029817; 7736832 и 8466254, описание каждого из указанных патентов включено в настоящий документ посредством ссылки в полном объеме.

В различных вариантах реализации тонерные композиции могут быть получены любым из известных способов эмульсионной агрегации, таким как способ, включающий агрегацию смеси необязательного красящего вещества, необязательного воска и необязательные тонерных добавок с эмульсией, содержащей единственную аморфную сложную полиэфирную смолу и кристаллическую сложную полиэфирную смолу, агрегацию с последующей коалесценцией агрегированной смеси. Вышеуказанная эмульсия смеси смол может быть получена известным способом обращения фаз, таким как растворение аморфной сложной полиэфирной смолы и кристаллической сложной полиэфирной смолы в подходящем растворителе с последующим добавлением воды, такой как деионизированная вода, содержащей стабилизатор и необязательно поверхностно-активное вещество.

Примеры необязательных подходящих стабилизаторов, которые выбраны для тонерных процессов, представленных в настоящем документе, включают водный гидроксид аммония, водорастворимые гидроксиды щелочных металлов, такие как гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид лития, гидроксид бериллия, гидроксид магния, гидроксид кальция или гидроксид бария; гидроксид аммония; карбонаты щелочных металлов, такие как бикарбонат натрия, бикарбонат лития, бикарбонат калия, карбонат лития, карбонат калия, карбонат натрия, карбонат бериллия, карбонат магния, карбонат кальция, карбонат бария или карбонат цезия; или их смеси. В различных вариантах реализации особенно предпочтительный стабилизатор представляет собой бикарбонат натрия или гидроксид аммония. Стабилизатор обычно присутствует в количестве, например, от примерно 0,1 процента до примерно 5 процентов, например, от примерно 0,5 процента до примерно 3 процентов по массе или массовых процентов от смеси красящего вещества, воска и смолы. При добавлении солей в качестве стабилизатора в различных вариантах реализации может потребоваться отсутствие несовместимых солей металлов в композиции.

Подходящие растворяющие растворители, используемые для тонерных процессов, описанных в настоящем документе, включают спирты, кетоны, сложные эфиры, простые эфиры, хлорированные растворители, азотсодержащие растворители и их смеси. Конкретные примеры подходящих растворителей включают ацетон, метилацетат, метилэтилкетон, тетрагидрофуран, циклогексанон, этилацетат, N,N-диметилформамид, диоктилфталат, толуол, ксилол, бензол, диметилсульфоксид, их смеси и т.п. Смесь смол аморфного сложного полиэфира и кристаллического сложного полиэфира может быть растворена в растворителе при повышенной температуре, например, от примерно 40 °С до примерно 80 °С, например, от примерно 50 °С до примерно 70 °С или от примерно 60 °С до примерно 65 °С, при этом в различных вариантах реализации требуемая температура ниже температуры стеклования смеси воска и аморфной сложной полиэфирной смолы. В различных вариантах реализации смесь смол растворяют в растворителе при повышенной температуре, но ниже температуры кипения растворителя, например, на значение от примерно 2 °С до примерно 15 °С или от примерно 5 °С до примерно 10 °С ниже температуры кипения растворителя.

Необязательно, к описанной водной эмульсионной среде может быть добавлен дополнительный стабилизатор, такой как поверхностно-активное вещество, для обеспечения дополнительной стабилизации смеси смол. Подходящие поверхностно-активные вещества включают анионные, катионные и неионогенные поверхностно-активные вещества. В различных вариантах реализации применение анионных и неионогенных поверхностно-активных веществ может дополнительно способствовать стабилизации процесса агрегации в присутствии коагулянта.

Примеры анионных поверхностно-активных веществ включают додецилсульфат натрия (SDS), додецилбензолсульфонат натрия, додецилнафталинсульфонат натрия, диалкилбензолалкил сульфаты и сульфонаты, абиетиновую кислоту и анионные поверхностно-активные вещества марки NEOGEN^®. Пример подходящего анионного поверхностно-активного вещества представляет собой NEOGEN^® R-K производства компании Daiichi Kogyo Seiyaku Co. Ltd. (Япония) или TAYCAPOWER^® BN2060 производства компании Tayca Corporation (Япония), который состоит преимущественно из разветвленного додецилбензолсульфоната натрия.

Примеры катионных поверхностно-активных веществ включают хлорид диалкилбензолалкиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония, хлорид алкилбензилметиламмония, бромид алкилбензилдиметиламмония, хлорид бензалкония, бромид цетилпиридиния, бромиды C₁₂, C₁₅, C₁₇ триметиламмония, галогенидные соли кватернизованных полиоксиэтилалкиламинов, хлорид додецилбензилтриэтиламмония, MIRAPOL^® и ALKAQUAT^® производства компании Alkaril Chemical Company, SANIZOL^® (хлорид бензалкония) производства компании Kao Chemicals и т.п. Пример подходящего катионного поверхностно-активного вещества представляет собой SANISOL^® B-50 производства компании Kao Corporation, который состоит преимущественно из хлорида бензилдиметилалкония.

Примеры неионогенных поверхностно-активных веществ включают поливиниловый спирт, полиакриловую кислоту, металозу, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, пропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, цетиловый эфир полиоксиэтилена, лауриловый эфир полиоксиэтилена, октиловый эфир полиоксиэтилена, октилфениловый эфир полиоксиэтилена, олеиловый эфир полиоксиэтилена, полиоксиэтиленсорбитанмонолаурат, стеариловый эфир полиоксиэтилена, нонилфениловый эфир полиоксиэтилена, диалкилфенокси-поли(этиленокси)этанол производства компании Rhone-Poulenc Inc. под названием IGEPAL^® CA-210, IGEPAL^® CA-520, IGEPAL^® CA-720, IGEPAL^® CO-890, IGEPAL^® CG-720, IGEPAL^® CO-290, ANTAROX^® 890 и ANTAROX^® 897. Пример подходящего неионогенного поверхностно-активного вещества представляет собой ANTAROX^® 897 производства компании Rhone-Poulenc Inc., который состоит преимущественно из алкилфенолэтоксилата.

Таким образом, с помощью гомогенизатора может быть осуществлено смешивание и агрегация смеси эмульсии кристаллической сложной полиэфирной смолы и аморфной сложной полиэфирной смолы в присутствии красящего вещества и необязательно воска с агрегирующим агентом, таким как сульфат алюминия, при рН, например, от примерно 3 до примерно 5. Температура полученной смеси может быть медленно повышена до температуры от примерно 40 °С до примерно 65 °С или от примерно 35 °С до примерно 45 °С и выдержана при указанном значении в течение от примерно 3 часов до примерно 9 часов, например, примерно 6 часов для получения агрегированных частиц диаметром, например, от примерно 2 до примерно 15 мкм или от примерно 3 мкм до примерно 5 мкм, с последующим добавлением описанной эмульсии аморфного сложного полиэфира и необязательно восковой эмульсии с получением оболочки, и при этом размер агрегированных частиц увеличивается от примерно 4 мкм до примерно 7 мкм, с последующим необязательным добавлением дополнительного количества эмульсии аморфного сложного полиэфира для второй оболочки вместе с необязательной восковой эмульсией. Конечная смесь агрегированных частиц может быть затем нейтрализована водным раствором гидроксида натрия или буферным раствором до рН, например, от примерно 8 до рН примерно 9. Агрегированные частицы затем нагревают до температуры от примерно 50 °С до примерно 90 °С, вызывая коалесценцию в тонерные композиты с размером частиц, измеренным по среднеобъемному диаметру, например, от примерно 1 до примерно 15 мкм или от примерно 5 до примерно 7 мкм, и с превосходным коэффициентом формы, например, от примерно 105 до примерно 170, от примерно 110 до примерно 160 или от примерно 115 до примерно 130, измеренным на анализаторе FPIA SYSMEX или сканирующей электронной микроскопией (SEM) и визуальным анализом (IA).

Дополнительно рассматривая процессы эмульгирования/агрегации/коалесценции, после агрегации далее проводят коалесценцию агрегатов как описано в настоящем документе. Коалесценция может быть проведена нагреванием описанной полученной смеси агрегата до температуры, которая от примерно 5 °С до примерно 30 °С выше Tg аморфной смолы. В целом, агрегированная смесь может быть нагрета до температуры от примерно 50 °С до примерно 95 °С или от примерно 75 °С до примерно 90 °С. В различных вариантах реализации агрегированная смесь при нагревании также может быть подвергнута перемешиванию с помощью мешалки, имеющей лопасти, вращающиеся со скоростью от примерно 200 до примерно 750 оборотов в минуту, для облегчения коалесценции частиц, и при этом коалесценция может быть завершена в течение времени, например, от примерно 3 до примерно 9 часов.

Необязательно, во время коалесценции частицы можно контролировать посредством регулирования рН полученной смеси. Как правило, для регулирования размера частиц рН смеси может быть доведен до значения от примерно 5 до примерно 8 с помощью основания, такого как, например, гидроксид натрия.

После коалесценции смесь может быть охлаждена до комнатной температуры, примерно 25 °С, и полученные тонерные частицы могут быть промыты водой, а затем высушены. Высушивание может быть проведено любым подходящим способом, включая сушку замораживанием, которую обычно проводят при температурах примерно -78 °С в течение примерно 72 часов.

После агрегации и коалесценции тонерные частицы в различных вариантах реализации имеют среднеобъемный диаметр частиц, описанный в настоящем документе, измеренный с помощью счетчика Культера, от примерно 1 до примерно 15 мкм, от примерно 4 до примерно 15 мкм или от примерно 6 до примерно 11 мкм, например, примерно 11 мкм. Распределение частиц тонера по объемному геометрическому размеру (GSD_V), измеренное с помощью счетчика Культера, может составлять от примерно 1,20 до примерно 1,35, и в различных вариантах реализации менее примерно 1,25.

Кроме того, в различных вариантах реализации настоящего описания может быть получена предварительная тонерная смесь посредством объединения красящего вещества и необязательно воска и других тонерных компонентов, стабилизатора, поверхностно-активного вещества и описанного кристаллического сложного полиэфира, и описанного аморфного сложного полиэфира в эмульсию или множество эмульсий. В различных вариантах реализации рН предварительной тонерной смеси может быть доведен до значения от примерно 2,5 до примерно 4 с помощью кислоты, такой как, например, уксусная кислота, азотная кислота или т.п. Кроме того, в различных вариантах реализации предварительная тонерная смесь может быть необязательно гомогенизирована. При гомогенизации предварительной тонерной смеси ее гомогенизация может быть осуществлена перемешиванием при скорости, например, от примерно 600 до примерно 4000 оборотов в минуту, например, с помощью гомогенизатора образцов TKA ULTRA TURRAX T50.

После получения предварительной тонерной смеси получают агрегатную смесь посредством добавления агрегирующего агента (коагулянта) к предварительной тонерной смеси. Агрегационный агент, в целом, состоит из водного раствора материала, содержащего двухвалентный катион или поливалентный катион. Агрегационный агент может представлять собой, например, полигалогениды алюминия, такие как полихлорид алюминия (PAC) или соответствующий бромид, фторид или йодид, полисиликаты алюминия, такие как полисульфосиликат алюминия (PASS) и водорастворимые соли металлов, включая хлорид алюминия, нитрит алюминия, сульфат алюминия, сульфат алюминия-калия, ацетат кальция, хлорид кальция, нитрит кальция, оксалат кальция, сульфат кальция, ацетат магния, нитрат магния, сульфат магния, ацетат цинка, нитрат цинка, сульфат цинка, хлорид цинка, бромид цинка, бромид магния, хлорид меди, сульфат меди и их комбинации. В различных вариантах реализации агрегирующий агент может быть добавлен к предварительной тонерной смеси при температуре, которая ниже температуры стеклования (Tg) эмульсии, содержащей аморфный сложный полиэфир. В некоторых вариантах реализации агрегирующий агент может быть добавлен в количестве от примерно 0,05 до примерно 3 частей на сто частей (pph) и от примерно 1 до примерно 10 pph (частей на сто частей) относительно массы тонера. Агрегирующий агент может быть добавлен к предварительной тонерной смеси в течение от примерно 0 до примерно 60 минут, и при этом агрегация может быть проведена при поддерживании гомогенизации или без нее.

Более конкретно, в различных вариантах реализации тонеры согласно настоящему описанию могут быть получены посредством эмульгирования/агрегации/коалесценции путем (i) получения или обеспечения латексной эмульсии, содержащей смесь аморфной сложной полиэфирной смолы, кристаллической сложной полиэфирной смолы, воды и поверхностно-активных веществ, и получения или обеспечения дисперсии красящего вещества, содержащей красящее вещество, воду и ионное поверхностно-активное вещество или неионогенное поверхностно-активное вещество; (ii) смешивания латексных эмульсий с дисперсией красящего вещества и необязательными добавками, такими как воск; (iii) добавления к полученной смеси коагулянта, содержащего коагулянт на основе иона полиметалла, коагулянт на основе иона металла, коагулянт на основе галогенида полиметалла, коагулянта на основе галогенида металла или их смесь; (iv) агрегации посредством нагревания полученной смеси ниже или примерно до температуры стеклования (Tg) аморфной сложной полиэфирной смолы с получением ядра; (v) необязательного добавления дополнительного количества латекса, состоящего из эмульсии аморфной сложной полиэфирной смолы и необязательно восковой эмульсии, с получением оболочки; (vi) введения раствора гидроксида натрия для повышения рН смеси до примерно 4 с последующим добавлением связывающего агента для частичного удаления металла коагулянта из агрегированного тонера контролируемым образом; (vii) нагревания полученной на стадии (vi) смеси до температуры, примерно равной или выше Tg (температуры стеклования) смеси аморфных смол при рН от примерно 7 до примерно 9; (viii) поддерживания стадии нагревания до инициации слияния или коалесценции смол и красящего вещества; (ix) изменения рН полученной на стадии (viii) смеси до рН от примерно 6 до примерно 7,5, тем самым ускоряя слияние или коалесценцию, с получением тонерных частиц, состоящих из аморфного сложного полиэфира, кристаллического сложного полиэфира, воска и красящего вещества; и (x) необязательно выделения тонера.

В описанных выше конкретных способах эмульгирования/агрегации/коалесценции тонера, для облегчения контролирования агрегации и коалесценции частиц агрегирующий агент при необходимости может быть дозированно введен в смесь, содержащую смолу, в течение определенного периода времени. Например, агрегирующий агент может быть дозированно введен в смесь, содержащую смолу, в течение периода времени, в одном из вариантов реализации, по меньшей мере от примерно 5 минут до примерно 240 минут, от примерно 5 до примерно 200 минут, от примерно 10 до примерно 100 минут, от примерно 15 до примерно 50 минут или от примерно 5 до примерно 30 минут. Добавление агрегирующего агента или добавки также может быть проведено при сохранении условий перемешивания смеси при скорости от примерно 50 об./мин. (оборотов в минуту) до примерно 1000 об./мин. или от примерно 100 об./мин. до примерно 500 об./мин., хотя скорость перемешивания может быть за пределами указанных диапазонов, и при температуре, которая ниже температуры стеклования аморфной сложной полиэфирной смолы, например, примерно 100 °С, от примерно 10 °С до примерно 50 °С или от примерно 35 °С до примерно 45 °С, хотя температура может выходить за пределы указанных диапазонов.

Образовавшиеся частицы могут быть оставлены для агрегации до достижения требуемого размера частиц, и при этом размер частиц контролируют в процессе роста до достижения требуемого или заданного размера частиц. Образцы композиции могут быть взяты в процессе роста и проанализированы, например, с помощью счетчика Культера, для определения и измерения среднего размера частиц. Таким образом, агрегация может протекать при сохранении повышенной температуры или при медленном повышении температуры, например, до значения от примерно 35 °С до примерно 100 °С (хотя температура может выходить за пределы указанного диапазона), или от примерно 35 °С до примерно 45 °С с выдерживанием полученной смеси при указанной температуре в течение периода времени, например, от примерно 0,5 часа до примерно 6 часов и, в различных вариантах реализации, от примерно 1 часа до примерно 5 часов (хотя могут быть использованы периоды времени за пределами указанных диапазонов) при сохранении перемешивания с получением агрегированных частиц. По достижении определенного требуемого размера частиц процесс роста прекращают.

По достижении требуемого конечного размера тонерных частиц рН смеси может быть доведен с помощью основания до значения, которое в одном из вариантов реализации составляет от примерно 6 до примерно 10, и в другом варианте реализации составляет от примерно 6,2 до примерно 7, хотя могут быть использованы значения рН за пределами указанных диапазонов. Регулирование рН может быть использовано для «замораживания», то есть остановки роста тонерных частиц. Основание, используемое для остановки роста тонера, может включать любое подходящее основание, такое как гидроксиды щелочных металлов, включая гидроксид натрия и гидроксид калия, гидроксид аммония, их комбинации и т.п. В конкретных реализации изобретения для облегчения регулирования рН до требуемых значений, указанных выше, может быть добавлена этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТК). В конкретных вариантах реализации основание может быть добавлено в количестве от примерно 2 до примерно 25 процентов по массе смеси, и в более конкретных вариантах реализации от примерно 4 до примерно 10 процентов по массе смеси, хотя могут быть использованы количества за пределами указанных диапазонов.

После агрегации до требуемого размера частиц, частицы могут быть затем подвержены коалесценции до требуемого размера и конечной формы, коалесценцию проводят, например, нагреванием полученной смеси до любой требуемой или эффективной температуры, составляющей от примерно 55 °С до примерно 100 °С, от примерно 75 °С до примерно 90 °С, от примерно 65 °С до примерно 75 °С, или примерно 75 °С, хотя могут быть использованы температуры за пределами указанных диапазонов, и указанные температуры могут быть ниже температуры плавления кристаллической смолы для предотвращения или минимизации пластификации. Для коалесценции могут быть использованы более высокие или низкие температуры, чем описано выше, и, как было отмечено, указанные температуры могут быть, например, связаны с выбранными компонентами тонера, такими как смолы и смеси смол, воски и красящие вещества.

Коалесценция может протекать и может быть осуществлена в течение любого требуемого или эффективного периода времени, такого как от примерно 0,1 часа до примерно 10 часов, от примерно 0,5 часа до примерно 8 часов или примерно 4 часа, хотя могут быть использованы периоды времени за пределами указанных диапазонов.

После коалесценции описанная смесь может быть охлаждена до комнатной температуры, обычно от примерно 20 °С до примерно 25 °С (хотя могут быть использованы температуры за пределами указанного диапазона). При необходимости охлаждение может быть быстрым или медленным. Подходящий способ охлаждения может включать введение холодной воды в рубашку, окружающую реактор, содержащий отдельные компоненты тонера. После охлаждения тонерные частицы могут быть необязательно промыты водой, а затем высушены. Высушивание может быть осуществлено любым подходящим способом, включая, например, сушку замораживанием с получением тонерных частиц, имеющих относительно узкое распределение частиц по размеру, с более низким среднечисловым геометрическим стандартным отклонением (GSDn) от примерно 1,15 до примерно 1,40, от примерно 1,18 до примерно 1,25, от примерно 1,20 до примерно 1,35 или от 1,25 до примерно 1,35.

Тонерные частицы, полученные в соответствии с настоящим описанием, в различных вариантах реализации могут иметь среднеобъемный диаметр, описанный в настоящем документе (также называемый «среднеобъемным диаметром частиц» или «D50v»), и, более конкретно, среднеобъемный диаметр может составлять от примерно 1 до примерно 25, от примерно 1 до примерно 15, от примерно 1 до примерно 10 или от примерно 2 до примерно 5 мкм. D50v, GSDv и GSDn могут быть измерены с помощью измерительного прибора, такого как Beckman Coulter Multisizer 3, эксплуатируемого в соответствии с инструкциями производителя. Иллюстративный отбор образцов может быть проведен следующим образом. Небольшое количество образца тонера, около 1 г, может быть получено и отфильтровано через сито с размером ячеек 25 мкм, затем помещено в изотонический раствор с получением концентрации примерно 10 процентов, затем образец подвергают измерению на Beckman Coulter Multisizer 3.

Дополнительно, тонеры, описанные в настоящем документе, могут иметь низкую температуру плавления, поэтому указанные тонеры могут представлять собой низкоплавкие или ультранизкоплавкие тонеры. Описанные низкоплавкие тонеры демонстрируют температуру плавления от примерно 80 °С до примерно 130 °С или от примерно 90 °С до примерно 120 °С, тогда как описанные ультранизкоплавкие тонеры демонстрируют температуру плавления от примерно 50 °С до примерно 100 °С и от примерно 55 °С до примерно 90 °С.

Тонерные добавки

Для описанных тонерных композиций могут быть выбраны любые подходящие поверхностные добавки. Примеры добавок представляет собой пирогенный диоксид кремния с обработанной поверхностью, такой как, например, TS-530^® производства компании Cabosil Corporation, с размером частиц 8 нм и поверхностной обработкой гексаметилдисилазаном (HMDS); диоксид кремния NAX50^® производства компании DeGussa/Nippon Aerosil Corporation, покрытый HMDS; диоксид кремния DTMS^® производства компании Cabot Corporation, состоящий из пирогенного диоксида кремния L90, составляющего ядро, покрытого DTMS; H2050EP^® производства компании Wacker Chemie, покрытого аминофункционализированным органополисилоксаном; оксиды металлов, такие как, например, TiO₂, например, MT-3103^® производства компании Tayca Corporation, с размером частиц 16 нм и поверхностной обработкой децилсиланом; SMT5103^® производства компании Tayca Corporation, состоящий из ядра из кристаллического диоксида титана MT500B, покрытого DTMS; P-25^® производства компании Degussa Chemicals, без поверхностной обработки; оксиды альтернативных металлов, такие как оксид алюминия, и, в качестве смазывающего агента, например, стеараты или длинноцепочечные спирты, такие как UNXLIN 700^®, и т.п. В целом, диоксид кремния наносят на тонерную поверхность для обеспечения текучести тонера, улучшения трибоэлектрических свойств, регулирования смешивания, улучшенного проявления и стабильности переноса, а также для повышения температуры блокирования тонера. TiO₂ наносят для улучшения стабильности при относительной влажности, трибологического регулирования и улучшенного проявления, а также стабильности переноса.

Поверхностные добавки, диоксид кремния и оксиды титана, которые, более конкретно, должны иметь, например, размер первичных частиц более примерно 30 нм или по меньшей мере 40 нм, при этом размер первичных частиц измеряют, например, с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (ТЭМ) или рассчитывают (принимая сферическую форму частиц) по результатам измерения газовой абсорбции или по площади поверхности по БЭТ, наносят на тонерную поверхность с общей укрывистостью тонера в диапазоне, например, от примерно 140 до примерно 200 процентов от теоретической площади покрытия поверхности (SAC), где теоретическую SAC (здесь и далее SAC) рассчитывают, принимая, что все частицы тонера имеют сферическую форму и имеют диаметр, равный среднеобъемному диаметру частиц тонера, измеренному по стандартному методу на счетчике Культера, и что частицы добавки распределены в виде первичных частиц на тонерной поверхности в структуре гексагональной плотной упаковки. Другой параметр, имеющий отношение к количеству и размеру добавок, представляет собой сумму «SAC х размер» (площадь покрытия поверхности, умноженная на первичный размер частиц добавки в нанометрах) для частиц из диоксида кремния и частиц из диоксида титана, или т.п., для которого все добавки, более конкретно, должны иметь общее значение SAC х размер, например, от примерно 4500 до примерно 7200. Соотношение частиц диоксида кремния к частицам диоксида титана, в целом, составляет от примерно 50 процентов диоксида кремния/50 процентов диоксида титана до примерно 85 процентов диоксида кремния/15 процентов диоксида титана (в пересчете на массовые проценты).

В качестве тонерных добавок также могут быть выбраны стеарат кальция и стеарат цинка, главным образом, как обеспечивающие смазывающие свойства тонера, проводимость проявителя и улучшение трибоэлектрического заряда, более высокий заряд тонера и стабильность при хранении за счет увеличения количества точек контакта между тонером и частицами носителя. Примеры стеаратов представляют собой SYNPRO^®, стеарат кальция 392A, и SYNPRO^®, стеарат кальция NF из растительного сырья, или стеарат цинка L. В различных вариантах реализации тонеры содержат, например, от примерно 0,1 до примерно 5 масс. процентов диоксида титана, от примерно 0,1 до примерно 8 масс. процентов диоксида кремния и необязательно от примерно 0,1 до примерно 4 масс. процентов стеарата кальция или цинка.

Получение оболочки

Необязательная по меньшей мере одна оболочка из аморфной сложной полиэфирной смолы и необязательной восковой смолы может быть нанесена на агрегированные тонерные частицы, полученные в форме ядра, любым требуемым или эффективным способом. Например, смола оболочки может быть в форме эмульсии, которая содержит описанный аморфный сложный полиэфир, воск и поверхностно-активное вещество. Полученные агрегированные частицы могут быть смешаны с эмульсией смолы оболочки, так что смола оболочки образует оболочку поверх 80-100 процентов сформированных агрегатов.

Композиции проявителя

Настоящее описание включает также композиции проявителя, состоящие из тонеров, представленных в настоящем документе, и частиц носителя. В различных вариантах реализации композиции проявителя содержат частицы описанного тонера, смешанные с частицами носителя, с образованием двухкомпонентной композиции проявителя. В некоторых вариантах реализации концентрация тонера в композиции проявителя может составлять от примерно 1 масс. процента до примерно 25 масс. процентов, например, от примерно 2 масс. процентов до примерно 15 масс. процентов от общей массы композиции проявителя.

Примеры частиц носителя, подходящих для смешивания с описанными тонерными композициями, включают частицы, которые могут трибоэлектрически приобретать заряд, противоположный по полярности заряду тонерных частиц, такие как гранулированный циркон, гранулированный кремний, стекло, сталь, никель, ферриты, железные ферриты, диоксид кремния и т.п. Выбранные частицы носителя могут быть использованы с покрытием или без покрытия, при этом покрытие обычно состоит из фторполимеров, таких как поливинилиденфторидные смолы; терполимеров стирола; метилметакрилата; силанов, таких как триэтоксисилан; тетрафторэтиленов; других известных покрытий; и т.п.

В применениях, в которых описанные тонеры используют с устройством, проявляющим изображение с помощью валкового термического закрепления, таким как ксерографическая визуализирующая система, ядро носителя может быть по меньшей мере частично покрыто полиметилметакрилатным (ПММА) полимером, имеющим средневесовую молекулярную массу от 300000 до 350000, например, производства компании Soken. ПММА представляет собой электроположительный полимер, который, в целом, сообщает отрицательный заряд тонеру при приведении в контакт с ним. В различных вариантах реализации покрытие имеет массу покрытия от примерно 0,1 масс. процента до примерно 5 масс. процентов или от примерно 0,5 масс. процента до примерно 2 масс. процентов носителя. ПММА может быть необязательно сополимеризован с любым требуемым сомономером, так чтобы полученный сополимер сохранял подходящий размер частиц. Подходящие сомономеры для сополимеризации могут включать моноалкил или диалкиламины, такие как диметиламиноэтилметакрилаты, диэтиламиноэтилметакрилаты, диизопропиламиноэтилметакрилаты, трет-бутиламиноэтилметакрилаты, их смеси и т.п. Частицы носителя могут быть получены смешиванием ядра носителя с от примерно 0,05 масс. процента до примерно 10 масс. процентов полимера, например, от примерно 0,05 масс. процента до примерно 3 масс. процента полимера от массы частиц носителя с покрытием, до налипания полимерного покрытия на ядро носителя за счет механического уплотнения и/или электростатического притяжения. Для нанесения полимера на поверхность частиц ядра носителя могут быть использованы различные эффективные и подходящие способы, например, каскадное смешивание вальцеванием, опрокидывание, размол, встряхивание, электростатическое распыление порошка, смешивание в псевдоожиженном слое, дисковая электростатическая обработка и отражательная электростатическая обработка. Смесь частиц ядра носителя и полимераз затем нагревают до расплавления и спекания полимера с частицами ядра носителя. Затем частицы носителя с покрытием охлаждают и классифицируют до требуемого размера частиц.

Частицы носителя могут быть смешаны с тонерными частицами в любой подходящей комбинации, такой как, например, от примерно 1 до примерно 5 масс. частей частиц носителя смешивают с от примерно 10 до примерно 300 масс. частями частиц тонера.

Тонерные композиции, описанные в настоящем документе, также могут содержать известные заряженные добавки в эффективных количествах, таких как от примерно 0,1 до примерно 10 масс. процентов или от 1 до примерно 5 масс. процентов, такие как галогениды алкилпиридиния, бисульфаты, другие подходящие известные добавки для регулирования заряда и т.п. Поверхностно-активные добавки, которые могут быть добавлены в тонерные композиции после промывания или высушивания, включают, например, добавки, описанные в настоящем документе, типа солей металлов, солей металлов и жирных кислот, коллоидного диоксида кремния, оксидов металлов, их смесей и т.п., и такие добавки обычно присутствуют в количестве от примерно 0,1 до примерно 2 масс. процентов, см. патенты США 3590000, 3720617, 3655374 и 3983045, полное описание которых включено в настоящий документ посредством ссылки. Примеры конкретных подходящих добавок включают стеарат цинка и AEROSIL R972^® производства компании Degussa, в количестве от примерно 0,1 до примерно 2 процентов, которые могут быть добавлены в процессе агрегации или смешаны с готовым тонерным продуктом.

Кроме того, в настоящем описании предложен способ проявления скрытого ксерографического изображения, включающий нанесение тонерной композиции, описанной в настоящем документе, на фотопроводник, перенос проявленного изображения на подходящую подложку типа бумаги и закрепление спеканием тонерной композиции на подложке посредством воздействия на тонерную композицию нагревания и давления.

Далее подробно описаны конкретные варианты реализации изобретения. Данные примеры являются иллюстративными и не ограничены материалами, условиями или технологическими параметрами, указанными в них. Все доли и проценты выражены относительно массы твердых веществ, если не указано иное, и все размеры частиц измерены с помощью счетчика Культера Multisizer 3^® производства компании Beckman Coulter.

В следующих примерах когезия может быть измерена при различных температурах (51 °С, 52 °С, 53 °С, 54 °С, 55 °С) с последующим построением графика зависимости когезии от температуры. Температуру, при которой когезия отсекает значение когезии 20 процентов, считают температурой блокирования тонера.

Когезия относится к проценту тонера, который не протекает через сито(-а) после выдерживания полученных тонеров в печи при определенных температурах, таких как 51 °С. Затем температура может быть увеличена от 51 °С до 52 °С, 53 °С и т.п., и значения когезии могут быть измерены при каждой из указанных температур. Значение когезии (при каждой температуре) может быть затем нанесено на график зависимости от температуры, и температуру, при которой значение когезии составляет примерно 20 процентов, определяют как температуру блокирования.

Более конкретно, 20 г полученных тонеров, описанных в настоящем документе, имеющих среднеобъемный диаметр от примерно 5 до примерно 8 мкм, смешивали с от примерно 2 до примерно 4 процентами поверхностно-активных добавок, таких как диоксид кремния и/или диоксид титана и просеивали через сито с размером отверстий 106 мкм. Образец каждого тонера массой 10 г помещали в отдельные алюминиевые тигли для взвешивания и выдерживали образцы на рабочей поверхности акклиматизационной камеры при различных температурах (51 °С, 52 °С, 53 °С, 54 °С, 55 °С, 56 °С, 57 °С) и RH 50 процентов в течение 24 часов. Через 24 часа образцы тонера убирали и охлаждали на воздухе в течение 30 минут до проведения измерений.

Каждый из охлажденных образцов тонера переносили из тигля для взвешивания на сито с размером отверстий 1000 мкм в верхней части блока сит (вверху (А) 1000 мкм, внизу (B) 106 мкм). Измеряли разность масс, по которой определяли массу тонера (m), прошедшего через блок сит. Блок сит, содержащий образец тонера, устанавливали в держатель прибора для испытания текучести Hosokawa. Прибор эксплуатировали в течение 90 секунд с амплитудой вибрации 1 мм. По истечении времени работы прибора для испытания текучести измеряли массу тонера, оставшегося на каждом сите, и рассчитывали процент тепловой когезии по уравнению 100*(A+B)/m, где A представляет собой массу тонера, оставшегося на сите с размером ячеек 1000 мкм, B представляет собой массу тонера, оставшегося на сите с размером ячеек 106 мкм, и m представляет собой общую массу тонера, помещенного на верх блока сит. Когезию, определенную при каждой температуре, затем наносили на график зависимости от температуры, и точка, при которой интерполировали (или экстраполировали) 20 процентов когезии, соответствовала температуре блокирования.

ПРИМЕР I

В реактор Бюкки объемом 1 л, оснащенный механической мешалкой, нижним сливным клапаном и дистилляционным аппаратом, загружали пропоксилированный бисфенол А (433,8 г, 53,25 процента по массе), терефталевую кислоту (109,4 г, 23,4 процента по массе), додецилянтарный ангидрид (DDSA) (100,5 г, 16 процентов по массе), тримеллитовый ингидрид (9,5 г, 2,33 процента по массе) и катализатор FASCAT^® 4100, бутилстаннановую кислоту (2,5 г), затем нагревали до 230 °С в течение двух-трех часов и выдерживали в течение еще 8 часов при 230 °С – 235 °С в атмосфере азота. В течение этого времени в перегонном приемнике собирали воду. Затем полученную смесь нагревали при 225 °С и вакуумировали (2-3 мм рт.ст.) в течение 6 часов, после чего кислотное число составило 4,19 мг/г KOH, а температура размягчения 101,4 °С. Полученную смесь затем нагревали при 190 °С, а затем добавляли фумаровую кислоту (16,7 г, 3,9 процента по массе) и гидрохинон (0,5 г), затем нагревали до 203 °С в течение 3 часов, после чего вакуумировали еще 3 часа до достижения температуры размягчения 120,2 °С с кислотным числом 14,2 мг/г KOH. Затем продукт реакции, терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А фумарат)-(попоксилированный бисфенол А тримеллитат) выгружали в контейнер и оставляли остывать до комнатной температуры, примерно 25 °С.

Эмульсию полученной выше аморфной сложной полиэфирной смолы получали растворением 100 г смолы в 100 г метилэтилкетона и 3 г изопропанола. Затем полученную смесь нагревали до 40 °С при перемешивании, и к этой смеси по каплям добавляли 5,5 г гидроксида аммония (10 процентный водный раствор), после чего по каплям добавляли 200 г воды в течение 30 минут. Полученную дисперсию затем нагревали до 80 °С и удаляли перегонкой метилэтилкетон с получением дисперсии аморфной сложной полиэфирной смолы в воде с содержанием твердых веществ 60,4 процента. Размер частиц эмульсии аморфного сложного полиэфира, измеренный с помощью электронного микроскопа, составил 155 нм в диаметре.

ПРИМЕРЫ II-IV

Продукты примеров II-IV, терполи-(пропоксилированный бисферол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А фумарат)-(пропоксилированный бисфенол А тримеллитат) получали по отдельности, повторяя способы описанного выше примера I с количествами DDSA, представленными в таблице 2.

Сравнительные смолы А и В имеются в продаже у компании Kao Corporation, где сравнительная смола A представляет собой терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А фумарат), и сравнительная смола B представляет собой терполи-(пропоксилированный бисферол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А тримеллитат)-терполи-(этоксилированный бисфенол А тримеллитат).

В таблице 2, где представлены свойства отдельных смол, Tg представляет собой температуру стеклования, измеренную с помощью дифференциального сканирующего калориметра TA Instruments Q1000 в диапазоне температур от 0 °С до 150 °С со скоростью нагревания 10 °С в минуту в потоке азота. Кислотное число (КЧ) измеряли по методу ASTM D974, используя образец смолы массой 0,5 г, растворенный в ТГФ с 2-3 каплями добавленного в качестве индикатора фенолфталеина, и 0,1 н. гидроксид калия (KOH) в метаноле в качестве титрующего раствора. Температуру размягчения (Ts) измеряли с помощью прибора для измерения температуры капли Mettler Toledo FP83HT и определяли при первоначальной температуре 100 °С и скорости нагревания 10 °С/мин. Среднеобъемный размер частиц смолы измеряли с помощью счетчика Культера. M_n и M_w представляют собой среднечисловую молекулярную массу и средневесовую молекулярную массу в тысячах (4,3 означает 4300), каждую из которых определяли с помощью ГПХ.

ТАБЛИЦА 2

СМОЛА DDSA СВОЙСТВА Tg V Ts M_n M_w Масс. процент °C мг KOH/г °C /1000 г/моль /1000 г/моль СРАВНИТЕЛЬНАЯ СМОЛА A 21,5 59,2 11,4 116 4,3 16,1 СРАВНИТЕЛЬНАЯ СМОЛА B 11,1 56,4 12,2 128 7,2 63,4 1:1 СООТНОШЕНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОЙ СМОЛЫ A И B 16,3 58 - 60 10 - 15 120 - 124 5,5 - 6,5 25 - 40 ПРИМЕР I 16 60,5 14,2 120,2 7,1 25,9 ПРИМЕР II 16 59,7 12,7 120,2 6,3 29,0 ПРИМЕР III 12,8 61,9 13,6 121,5 6,6 28,7 ПРИМЕР IV 9,5 61,1 10,2 119,8 5,9 27,4

ПРИМЕР V

Эмульсию, содержащую кристаллическую смолу CPE 10:9, получали следующим образом.

Водную эмульсию кристаллической сложной полиэфирной смолы, поли(1,9-нониленсукцинат), приобретенной у компании DIC Chemicals, получали растворением 100 г указанной смолы в этилацетате (600 г). Затем полученную смесь добавляли к 1 л воды, содержащей 2 г бикарбоната натрия, и гомогенизировали в течение 20 минут при 4000 об./мин., затем нагревали до 85 °С – 85 °С, чтобы отогнать этилацетат. Полученная водная эмульсия кристаллического сложного полиэфира имела содержание твердых веществ 32,4 процента по массе и размер частиц 155 нм.

ПРИМЕР VI

Эмульсию, содержащую кристаллический сложный полиэфир CPE 10:6, получали следующим образом:

Водную эмульсию кристаллической сложной полиэфирной смолы, поли(1,6-гексиленсукцинат), приобретенной у компании DIC Chemicals, получали растворением 100 г указанной смолы в этилацетате (600 г). Затем полученную смесь добавляли к 1 л воды, содержащей 2 г бикарбоната натрия, и гомогенизировали в течение 20 минут при 4000 об./мин., затем нагревали до 85 °С – 85 °С, чтобы отогнать этилацетат. Полученная водная эмульсия кристаллического сложного полиэфира имела содержание твердых веществ 35 процента по массе и размер частиц 150 нм.

ПРИМЕР VII

Получение тонера с 9 масс. процентами воска

В стеклянный реактор объемом 2 л, оснащенный верхней мешалкой, добавляли 100 г эмульсии, содержащей аморфную смолу из приведенного выше примера I, содержащей 60,4 г твердых веществ, 25 г эмульсии, содержащей кристаллическую смолу из приведенного выше примера V, содержащей 8,64 г твердых веществ, 36,12 г дисперсии полипропиленового воска, приобретенной под торговой маркой OMNOVA D1509^® у компании IGI Chemicals (30,65 масс. процентов твердых веществ) и 40,21 г цианового пигмента PB15:3 (17,89 масс. процентов). Отдельно добавляли 2,15 г Al₂(SO₄)₃ (27,85 масс. процентов) в качестве флокулянта, при гомогенизации. Полученную смесь нагревали до примерно 40 °С для агрегации частиц смеси, перемешивая с помощью магнитной мешалки при 250 об./мин. (оборотов в минуту). Размер частиц контролировали с помощью счетчика Культера до достижения среднеобъемного размера частиц ядра 4,6 мкм (микрон), а затем добавляли полученную выше эмульсию аморфной смолы, содержащую 33,6 г твердых веществ, в качестве материала оболочки, с получением частиц, имеющих структуру ядра и оболочки, со средним размером частиц примерно 5,6 мкм. Затем рН полученных агрегированных частиц увеличили до 8,5, добавляя 4 масс. процентный раствор гидроксида натрия (NaOH), затем добавляли 4,62 г ЭДТК (39 масс. процентов) для остановки роста частиц тонера. После остановки роста частиц реакционную смесь нагревали до 85 °С для обеспечения возможности коалесценции, с получением частиц готового тонера со среднеобъемным диаметром примерно 6 мкм и округлостью, измеренной с помощью анализатора Sysmex FPIA 3000 производства компании Malvern Instruments, примерно 0,970. Затем полученные коалесцированные частицы охлаждали до комнатной температуры, примерно 25 °С, разделяли просеиванием (25 мм), фильтровали и затем промывали водой и сушили замораживанием с получением готовых частиц тонера.

ПРИМЕРЫ VIII-XIII

Тонеры получали, повторяя способ описанного выше примера VII, за исключением того, что аморфная смола, кристаллическая смола, количество DDSA и воска, а также их свойства указаны в следующей таблице 3.

ТАБЛИЦА 3

ТОНЕР АМОРФНАЯ СМОЛА КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СМОЛА DDSA, МАСС. ПРОЦЕНТ ВОСК (%) P. S. (мкм) GSD (v/n) Округлость ПРИМЕР VII ПРИМЕР I ПРИМЕР V 16 9 6,02 1,22/1,25 0,968 ПРИМЕР VIII ПРИМЕР I ПРИМЕР VI 16 9 6,08 1,24/1,25 0,971 ПРИМЕР IX ПРИМЕР III ПРИМЕР VI 12,8 9 6,08 1,24/1,25 0,969 ПРИМЕР X ПРИМЕР IV ПРИМЕР VI 9,5 9 6,02 1,27/1,25 0,969 ПРИМЕР XI ПРИМЕР II ПРИМЕР VI 16 4,5 5,96 1,22/1,24 0,970 ПРИМЕР XII ПРИМЕР III ПРИМЕР VI 12,8 4,5 6,15 1,23/1,28 0,965 ПРИМЕР XIII ПРИМЕР IV ПРИМЕР VI 9,5 4,5 6,55 1,30/1,28 0,970

Когезия (блокирование) тонера

В следующей таблице 4 представлены результаты характеристик блокирования тонера, которые были определены так, как описано в настоящем документе, и при этом контрольный тонер, состоящий из аморфной единственной смолы (16 масс. процентов DDSA) с кристаллическим сложным полиэфиром CPE 10:9, продемонстрировал представленную температуру блокирования, тогда как оба тонера с 10 масс. процентами смолы DDSA и 9 масс. процентами более дешевой кристаллической сложной полиэфирной смолы CPE 10:6 и 4,5 масс. процентами воска имели неудовлетворительными температуры блокирования; при этом более дешевый кристаллический полиэфир CPE 10:6 продемонстрировал слишком высокую пластификацию аморфной смолы и/или неспособность CPE 10:6 к перекристаллизации из аморфной смолы. При использовании единственной аморфной смолы со сниженным содержанием DDSA (12,8 и 9,5 масс. процентов) было обнаружено, что тонеры с более дешевой кристаллической смолой CPE 10:6 обладают улучшенной когезией (блокированием), демонстрируя оптимальную пластификацию при 9 и 4,5 масс. процентах воска. Аморфные смолы, состоящие из меньшего количества DDSA, также предположительно являются более экономичными, на примерно $0,20-$0,25/кг, по сравнению, например, со стоимостью сравнительной аморфной смолы B.

ТАБЛИЦА 4

ХАРАКТЕРИСТИКИ БЛОКИРОВАНИЯ ТОНЕРА

ТОНЕР КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СМОЛА DDSA (%) КОГЕЗИЯ (%) БЛОКИРОВАНИЕ (°C) 51,9°C 53°C 54°C ПРИМЕР VII CPE 10:9 16 10,6, 9,6 13,8, 12,2 17,2, 22,1 53,7 ПРИМЕР VIII CPE 10:6 16 91,5, 83,1 < 51,9 ПРИМЕР IX CPE 10:6 12,8 11,5, 12,2 14,6, 13,6 23,2, 23,7 54,0 ПРИМЕР X CPE 10:6 9,5 13,3, 10,9 22,4, 25,9 83,3, 78,9 52,7 ПРИМЕР XI CPE 10:6 16 58,9, 53,9 < 51,9 ПРИМЕР XII CPE 10:6 12,8 10,8, 15,2 28,3, 35,2 67,5, 76,5 52,5 ПРИМЕР XIII CPE 10:6 9,5 12,2, 9,7 31,5, 28,3 70,7, 62,3 52,5

Тонер из таблицы 4, пример VII, в котором аморфная смола состоит из 16 масс. процентов DSA и кристаллического полиэфира CPE 10:9, имел хорошую температуру блокирования, 53,7 °С. Для тонеров примеров VIII и XI температуры блокирования были относительно низкими, <51,9 °С. Тонеры примеров IX, X, XII и XIII, в которых использована более дешевая смола CPE 10:6 с аморфной смолой, состоящей из 9,5 или 12,8 масс. процентов DSA, демонстрировали превосходную температуру блокирования 52,5 °С или выше. Указанные результаты демонстрируют, например, что тонеры, содержащие более экономичную сложную полиэфирную смолу CPE 10:6, вместе с другими указанными компонентами, такими как воск, и аморфную сложную полиэфирную смолу, в которой содержание DDSA менее 16 масс. процентов и, например, от 9,5 до 12,8 масс. процентов, имели улучшенные температуры блокирования.

Характеристики закрепления тонеров, представленные ниже в таблице 5, демонстрируют хорошие показатели холодного и горячего офсета, MFT залома и блеск в сравнении имеющимся в продаже аналогичным тонером Xerox 7000, который не содержит компонент, выбранный из группы, состоящей из по меньшей мере одного из додецилянтарного ангидрида и додецилянтарной кислоты, и при этом аморфная сложная полиэфирная смола содержит от примерно 8 масс. процентов до примерно 15,9 масс. процентов указанного компонента, или их способы.

Предположительно, уровень блеска может быть увеличен посредством оптимизации M_n/M_w аморфной сложной полиэфирной смолы.

ТАБЛИЦА 5

ТОНЕР MFT ЗАЛОМА
°C ХОЛОДНЫЙ ОФСЕТ
°C ГОРЯЧИЙ ОФСЕТ
°C БЛЕСК 50
°C XEROX 7000 124 120 205 121 ПРИМЕР VII 113 110 210 133 ПРИМЕР VIII 114 110 205 135 ПРИМЕР IX 115 115 210 136 ПРИМЕР X 115 110 210 137 ПРИМЕР XI 114 110 210 130 ПРИМЕР XII 119 115 210 140 ПРИМЕР XIII 120 115 210 131

Формула изобретения, представленная в первоначальном виде, а также в возможно измененном виде, охватывает изменения, альтернативные варианты, модификации, улучшения, эквиваленты и существенные эквиваленты вариантов реализации и идеи, описанные в настоящем документе, включая те, которые не предвидены или не приняты во внимание в настоящее время, а также те, которые, например, могут возникать у авторов заявки/правообладателей патента и других лиц. Если в пункте формулы изобретения специально не оговорено иное, то стадии или элементы формулы изобретения не следует понимать или привносить из данного описания или любых других пунктов формулы изобретения в отношении какого-либо конкретного порядка, количества, положения, размера, формы, угла, цвета или материала.

Настоящее изобретение, в целом, относится к тонерным композициям и способам и, более конкретно, к экономичным тонерам, состоящим из одной аморфной сложной полиэфирной смолы, кристаллического сложного полиэфира, красящего вещества, необязательного воска и необязательных добавок, и указанную аморфную сложную полиэфирную смолу получают каталитической полимеризацией мономеров, например карбоновой кислоты, дикарбоновой кислоты, бензолтрикарбоновой кислоты, по меньшей мере одного бисфенола и компонента, выбранного из группы, состоящей из по меньшей мере одного из додецилянтарного ангидрида и додецилянтарной кислоты, и при этом указанная аморфная сложная полиэфирная смола содержит менее примерно 16 мас.% додецилянтарного ангидрида. Заявленная тонерная композиция состоит из ядра из первой аморфной сложной полиэфирной смолы, второго кристаллического сложного полиэфира, воска и красящего вещества, и по меньшей мере одной оболочки, окружающей указанное ядро, которая состоит из указанной первой аморфной сложной полиэфирной смолы и воска, причем указанную первую аморфную сложную полиэфирную смолу получают поликонденсацией органического диола, органической двухосновной кислоты, катализатора поликонденсации и додецилянтарного ангидрида, присутствующего в количестве от примерно 9,5 до примерно 12,8 мас.%, или додецилянтарной кислоты, присутствующей в количестве от примерно 9,5 до примерно 12,8 мас.%, причем в результате получают терполи(пропоксилированный бисфенол А со-додецилсукцинат)-терполи(пропоксилированный бисфенол А со-терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А со-додецилсукцинат), терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А-додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А фумарат)-(пропоксилированный бисфенол А-тримеллитат), или терполи(пропоксилированный бисфенол А-терефталат)-терполи(пропоксилированный бисфенол А-додеценилсукцинат)-терполи(пропоксилированный бисфенол А-фумарат), и при этом указанную кристаллическую сложную полиэфирную смолу выбирают из группы, состоящей из поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоата), поли(1,9-нонилен-сукцината) и поли(1,6-гексилен-сукцината). Технический результат заключается в обеспечении тонеров с одинаково малым размером частиц, например со средним диаметром от примерно 1 до примерно 15 мкм, так как такие частицы имеют подходящую энергосберегающую форму, имеют узкое геометрическое стандартное отклонение частиц по размеру, и такие тонеры содержат различные структуры ядра и оболочки. 3 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. Тонерная композиция, состоящая из ядра из первой аморфной сложной полиэфирной смолы, второго кристаллического сложного полиэфира, воска и красящего вещества, и по меньшей мере одной оболочки, окружающей указанное ядро, которая состоит из указанной первой аморфной сложной полиэфирной смолы и воска, причем указанную первую аморфную сложную полиэфирную смолу получают поликонденсацией органического диола, органической двухосновной кислоты, катализатора поликонденсации и додецилянтарного ангидрида, присутствующего в количестве от примерно 9,5 до примерно 12,8 мас.%, или додецилянтарной кислоты, присутствующей в количестве от примерно 9,5 до примерно 12,8 мас.%, причем в результате получают терполи(пропоксилированный бисфенол А со-додецилсукцинат)-терполи(пропоксилированный бисфенол А со-терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А со-додецилсукцинат), терполи-(пропоксилированный бисфенол А терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А-додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А фумарат)-(пропоксилированный бисфенол А-тримеллитат), или терполи(пропоксилированный бисфенол А-терефталат)-терполи(пропоксилированный бисфенол А-додеценилсукцинат)-терполи(пропоксилированный бисфенол А-фумарат), и при этом указанную кристаллическую сложную полиэфирную смолу выбирают из группы, состоящей из поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоата), поли(1,9-нонилен-сукцината) и поли(1,6-гексилен-сукцината).

2. Тонерная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что указанный аморфный сложный полиэфир представляет собой терполи(пропоксилированный бисфенол А со-додецилсукцинат)-терполи(пропоксилированный бисфенол А со-терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А со-додецилсукцинат) или терполи-(пропоксилированный бисфенол А-терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А-додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А-фумарат)-(пропоксилированный бисфенол А-тримеллитат), кристаллический сложный полиэфир представляет собой поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоат); красящее вещество представляет собой пигмент, и при этом по меньшей мере одно вещество из указанного додецилянтарного ангидрида и указанной додецилянтарной кислоты представляет собой додецилянтарный ангидрид, присутствующий в количестве 9,5 или 12,8 мас.%.

3. Тонерная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что указанный тонер имеет температуру закрепления от примерно 52 до примерно 55°С, указанный кристаллический сложный полиэфир представляет собой поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоат, указанный аморфный сложный полиэфир представляет собой терполи-(пропоксилированный бисфенол А-терефталат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А-додеценилсукцинат)-терполи-(пропоксилированный бисфенол А-фумарат)-(пропоксилированный бисфенол А-тримеллитат), и указанный тонер получают способами эмульгирования/ агрегации/коалесценции.

4. Тонерная композиция по п. 1, отличающаяся тем, что указанный аморфный сложный полиэфир присутствует в количестве от примерно 70 до примерно 80 мас.%, указанная кристаллическая сложная полиэфирная смола присутствует в количестве от примерно 5 до примерно 12 мас.%, указанный воск присутствует в количестве от примерно 4 до примерно 9 мас.%, и указанное красящее вещество присутствует в количестве от примерно 3 до примерно 10 мас.% твердых веществ, и при этом указанный кристаллический сложный полиэфир представляет собой поли(1,6-гексилен-1,12-додеканоат).