Тонер с очень низкой температурой закрепления, содержащий кристаллические имиды
Изобретение раскрывает тонер, содержащий полимерную смолу, необязательный краситель и кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеющий молекулярную массу менее 1000 г/моль. Также раскрывается тонер, полученный методом эмульсионной агрегации, и способ получения частиц тонера. Технический результат заключается в получении тонера, у которого минимальная температура закрепления (МТП) при закреплении с фальцовкой составляет примерно -20°С. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Варианты реализации, предложенные в настоящем описании, в целом относятся к тонерным композициям, содержащим кристаллические имиды. Более конкретно, варианты реализации, предложенные в настоящем описании, относятся к тонерным композициям, содержащим кристаллические имиды, состоящие из небольших молекул, которые совместимы со связующими смолами, входящими в состав тонера, для обеспечения низкой минимальной температуры закрепления при закреплении с фальцовкой.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Электрофотографию, представляющую собой способ визуализации информации путем получения скрытого электростатического изображения, в настоящее время применяют в различных областях. Термин «электростатографический» в целом используют взаимозаменяемо с термином «электрофотографический». В целом электрофотография включает получение скрытого электростатического изображения на фоторецепторе с последующим проявлением изображения при помощи девелопера, содержащего тонер, дальнейшим переносом изображения на материал для перевода, такой как бумага или печатный лист, и закреплением изображения на материале для переноса с использованием нагрева, растворителя, давления и т.д. для получения устойчивого изображения.
[0003] Минимальная температура закрепления, МТП (англ. crease fix Minimum Fusing Temperature, MFT) при закреплении с фальцовкой является мерой, определяющей рабочие характеристики и энергоэффективность конкретного тонера в комбинации с конкретным типом бумаги и конкретным термофиксатором (который закрепляет тонер на бумаге). МТП при закреплении с фальцовкой измеряют следующим образом: фальцуют бумагу в зоне со сплошным изображением и затем прокатывают ролик с определенной массой через фальцованную зону. Бумагу также можно фальцевать с использованием коммерчески доступной фальцевальной машины, такой как фальцевальная машина для бумаги Duplo D-590. Получают несколько листов бумаги, содержащих изображения, термически закрепленные при широком диапазоне температур закрепления. Затем листы бумаги удаляют из фальцевальной машины и тонер, который не прикрепился к листу бумаги, удаляют с поверхности. Затем проводят визуальное сравнение фальцованной зоны со стандартной картой, на которой определен приемлемый уровень адгезии тонера; в качестве альтернативы фальцованную зону можно оценивать количественно с использованием компьютерного анализа изображений. Чем меньше зона, в которой отсутствует тонер, тем лучше адгезия тонера, и температуру, требуемую для достижения приемлемого уровня адгезии, определяют как МТП при закреплении с фальцовкой.
[0004] Тонер с очень низкой температурой закрепления (ULM, англ. Ultra-Low-Melt), полученный методом эмульсионной агрегации (ЕА, англ. emulsion aggregation), такой как описан в патенте США №7547499, например, имеет эталонную на настоящее время МТП при закреплении с фальцовкой, составляющую примерно -20°С по сравнению с ЕА тонерами на основе стирола/акридата. Указанные улучшенные характеристики МТП при закреплении с фальцовкой обеспечивают уменьшение энергозатрат для термофиксатора и улучшенный срок использования в термофиксаторе по сравнению с ЕА тонерами. Существует потребность в дальнейшем уменьшении МТП, например, еще на 10°С-20°С.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В некоторых вариантах реализации предложен тонер, содержащий: полимерную смолу; необязательно краситель; и кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеющий молекулярную массу менее 1000 г/моль.
[0006] В другом варианте реализации предложен тонер, полученный методом эмульсионной агрегации, содержащий: аморфную полимерную смолу; необязательно краситель; и кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеющий молекулярную массу менее 500 г/моль и температуру плавления менее чем примерно 120°С; где смесь аморфной полимерной смолы и кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, характеризуется уменьшением температуры стеклования относительно температуры стеклования аморфной полимерной смолы и отсутствием значительного пика перехода из твердой в жидкую фазу кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, что определено путем дифференциальной сканирующей калориметрии, где измеренная энтальпия плавления кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, входящего в состав смеси, составляет менее 10% от энтальпии закрепления чистого кристаллического имида, состоящего из небольших молекул.
[0007] В другом варианте реализации предложен способ получения частиц тонера, включающий: смешение эмульсии полимерной аморфной смолы, необязательно эмульсии по меньшей мере одного красителя, необязательно эмульсии воска и эмульсии кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, где кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеет молекулярную массу менее 1000 г/моль, для получения композитной эмульсии; и добавление агрегирующего агента в композитную эмульсию для получения частиц тонера, полученных методом эмульсионной агрегации.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] На фигуре 1 приведен график зависимости уровня глянца от температуры ролика термофиксатора в тонере, содержащем N-бензилфталимид; и
[0009] На фигуре 2 приведен график зависимости площади фальцованной зоны от температуры ролика термофиксатора, по которому определяют МТП при закреплении с фальцовкой в тонере, содержащем N-бензилфталимид.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] Согласно настоящему изобретению предложены тонеры, содержащие кристаллические имиды, состоящие из небольших молекул. В некоторых вариантах реализации тонер может содержать кристаллические имиды, состоящие из небольших молекул, и аморфную полимерную смолу, где смесь аморфной полимерной смолы и кристаллических имидов, состоящих из небольших молекул, характеризуется уменьшением температуры стеклования по сравнению с температурой стеклования аморфной полимерной смолы и отсутствием значительного пика перехода из твердой в жидкую фазу кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, что определено путем дифференциальной сканирующей калориметрии. Например, отсутствие значительного пика перехода из твердой в жидкую фазу может быть продемонстрировано тем, что измеренная энтальпия закрепления кристаллических имидов, состоящих из небольших молекул, входящих в состав смеси, составляет менее 20% от обычного для указанных имидов значения, в некоторых вариантах реализации менее 10% от обычного значения, а в некоторых вариантах реализации менее 5% от обычного значения, где указанное обычное значение представляет собой энтальпию закрепления небольших молекул, измеренную независимо; этим характеризуется совместимость кристаллических имидов, состоящих из небольших молекул, с аморфной полимерной смолой. Кроме того, в некоторых вариантах реализации кристаллические имиды, состоящие из небольших молекул, могут иметь температуру плавления менее 120°С. Согласно некоторым вариантам реализации тонеры, полученные методом эмульсионной агрегации (ЕА), содержащие кристаллические имиды, состоящие из небольших молекул, могут иметь МТП при закреплении с фальцовкой по меньшей мере сравнимую с существующими ULM ЕА тонерами, такими как, например, тонер Xerox® 700 Digital Color Press (DCP), доступный в Xerox Corp., и даже более низкую, например, ниже по меньшей мере на 5°С, или от 10°С до 20°С.
[0011] Смолы
[0012] В способах согласно настоящему изобретению можно применять любые смолы для тонеров. Указанные смолы, в свою очередь, можно получать из любого подходящего мономера или мономеров при помощи любого подходящего способа полимеризации. В некоторых вариантах реализации смолу можно получать при помощи способа, отличного от эмульсионной полимеризации. В дополнительных вариантах реализации смолу можно получать путем конденсационной полимеризации.
[0013] В некоторых вариантах реализации смола может представлять собой сложный полиэфир, полиимид, полиолефин, полиамид, поликарбонат, эпоксидную смолу и/или их сополимеры. В некоторых вариантах реализации смола может представлять собой аморфную смолу, кристаллическую смолу и/или смесь кристаллической и аморфной смол. Кристаллическая смола может содержаться в смеси кристаллической и аморфной смол, например, в количестве от 0 до примерно 50 процентов по массе от общей массы смолы для тонера, в некоторых вариантах реализации от 5 до примерно 35 процентов по массе от массы смолы для тонера. Аморфная смола может содержаться в смеси, например, в количестве от примерно 50 до примерно 100 процентов по массе от общей массы смолы для тонера, в некоторых вариантах реализации от 95 до примерно 65 процентов по массе от массы смолы для тонера.
[0014] В некоторых вариантах реализации аморфная смола может быть выбрана из группы, состоящей из сложного полиэфира, полиамида, полиимида, полистирол-акрилата, полистирол-метакрилата, полистирол-бутадиена или полистирол-имида и их смесей. В некоторых вариантах реализации кристаллическая смола может быть выбрана из группы, состоящей из сложного полиэфира, полиамида, полиимида, полиэтилена, полипропилена, полибутилена, полиизобутирата, сополимера этилена и пропилена или сополимера этилена и винилацетата и их смесей. В дополнительных вариантах реализации смола может представлять собой кристаллическую сложную полиэфирную и/или аморфную сложную полиэфирную смолу. В некоторых вариантах реализации полимер, применяемый для получения смолы, может представлять собой сложную полиэфирную смолу, включая смолы, описанные в патентах США №6593049 и 6756176. Подходящие смолы также могут включать смесь аморфной сложной полиэфирной смолы и кристаллической сложной полиэфирной смолы, такую как описано в патенте США №6830860.
[0015] В некоторых вариантах реализации смола может представлять собой сложную полиэфирную смолу, полученную путем взаимодействия диола с двухосновной кислотой необязательно в присутствии катализатора. Диолы, подходящие для получения кристаллического сложного полиэфира, включают алифатические диолы, содержащие от примерно 2 до примерно 36 атомов углерода, такие как 1,2-этандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 1,5-пентандиол, 1,6-гександиол, 1,7-гептандиол, 1,8-октандиол, 1,9-нонандиол, 1,10-декандиол, 1,12-додекандиол, их комбинации и т.д. Выбранное количество алифатического диола, например, может составлять от примерно 40 до примерно 60 мольных процентов, в некоторых вариантах реализации от примерно 42 до примерно 55 мольных процентов, в некоторых вариантах реализации от примерно 45 до примерно 53 мольных процентов от количества смолы.
[0016] Примеры органических двухосновных кислот или сложных диэфиров, выбранных для получения кристаллических смол, включают щавелевую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, субериновую кислоту, азелаиновую кислоту, фумаровую кислоту, малеиновую кислоту, додекандиовую кислоту, себациновую кислоту, фталевую кислоту, изофталевую кислоту, терефталевую кислоту, нафталин-2,6-дикарбоновую кислоту, нафталин-2,7-дикарбоновую кислоту, циклогександикарбоновую кислоту, малоновую кислоту и мезаконовую кислоту, их сложный диэфир или ангидрид и их комбинации. Выбранное количество органической двухосновной кислоты может составлять, например, от примерно 40 до примерно 60 мольных процентов, в некоторых вариантах реализации от примерно 42 до примерно 55 мольных процентов, в некоторых вариантах реализации от примерно 45 до примерно 53 мольных процентов.
[0017] Примеры кристаллических смол включают сложные полиэфиры, полиамиды, полиимиды, полиолефины, полиэтилен, полибутилен, полиизобутират, сополимеры этилена и пропилена, сополимеры этилена и винилацетата, полипропилен, их смеси и т.д. Конкретные кристаллические смолы могут представлять собой смолы на основе сложных полиэфиров, такие как поли(этилен-адипат), поли(пропилен-адипат), поли(бутилен-адипат), поли(пентилен-адипат), поли(гексилен-адипат), поли(октилен-адипат), поли(этилен-сукцинат), поли(пропилен-сукцинат), поли(бутилен-сукцинат), поли(пентилен-сукцинат), поли(гексилен-сукцинат), поли(октилен-сукцинат), поли(этилен-себакат), поли(пропилен-себакат), поли(бутилен-себакат), поли(пентилен-себакат), поли(гексилет-себакат), поли(октилен-себакат), щелочная соль сополимера (5-сульфоизофталоил)-(этилен-адипата), поли(децилен-себакат), поли(децилен-декандиоат), поли(этилен-декандиоат), поли(этилен-додекандиоат), поли(нонилен-себакат), поли(нонилен-декандиоат), поли(нонилен-додекандиоат), поли(децилен-додекандиоат), сополимер (этилен-фумарат)-(этилен-себаката), сополимер (этилен-фумарат)-(этилен-декандиоата) и сополимер (этилен-фумарат)-(этилен-додекандиоата). Кристаллическая смола, если ее используют, может, например, содержаться в количестве от примерно 5 до примерно 50 процентов по массе от массы компонентов тонера, в некоторых вариантах реализации от примерно 10 до примерно 35 процентов по массе от массы компонентов тонера.
[0018] Кристаллическая смола может иметь различные температуры плавления, например, от примерно 30°С до примерно 120°С, в некоторых вариантах реализации от примерно 50°С до примерно 90°С. Кристаллическая смола может иметь среднечисловую молекулярную массу (Μn), измеренную путем гельпроникающей хроматографии (ГПХ), составляющую, например, от примерно 1000 до примерно 50000, в некоторых вариантах реализации от примерно 2000 до примерно 25000, и среднемассовую молекулярную массу (Mw), составляющую, например, от примерно 2000 до примерно 100000, в некоторых вариантах реализации от примерно 3000 до примерно 80000, определенную путем гельпроникающей хроматографии с использованием стандартов полистирола. Молекулярно-массовое распределение (Mw/Mn) кристаллической смолы может составлять, например, от примерно 2 до примерно 6, в некоторых вариантах реализации от примерно 2 до примерно 4.
[0019] Примеры двухосновных кислот или сложных диэфиров, выбранных для получения аморфных сложных полиэфиров, включают двухосновные карбоновые кислоты или сложные диэфиры, такие как терефталевая кислота, фталевая кислота, изофталевая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, янтарная кислота, итаконовая кислота, янтарная кислота, ангидрид янтарной кислоты, додеценилянтарная кислота, ангидрид додеценилянтарной кислоты, глутаровая кислота, ангидрид глутаровой кислоты, адипиновая кислота, пимелиновая кислота, субериновая кислота, азелаиновая кислота, додекандиовая кислота, диметилтерефталат, диэтилтерефталат, диметилизофталат, диэтилизофталат, диметилфталат, фталевый ангидрид, диэтилфталат, диметилсукцинат, диметилфумарат, диметилмалеат, диметилглутарат, диметиладипат, диметилдодеценилсукцинат и их комбинации. Органические двухосновные кислоты или сложные диэфиры могут содержаться, например, в количестве от примерно 40 до примерно 60 мольных процентов от количества смолы, в некоторых вариантах реализации от примерно 42 до примерно 55 мольных процентов от количества смолы, в некоторых вариантах реализации от примерно 45 до примерно 53 мольных процентов от количества смолы.
[0020] Примеры диолов, используемых для получения аморфного сложного полиэфира, включают 1,2-пропандиол, 1,3-пропандиол, 1,2-бутандиол, 1,3-бутандиол, 1,4-бутандиол, пентандиол, гександиол, 2,2-диметилпропандиол, 2,2,3-триметигександиол, гептандиол, додекандиол, бис(гидроксиэтил)бисфенол А, бис(2-гидроксипропил)бисфенол А, 1,4-циклогександиметанол, 1,3-циклогександиметанол, ксилолдиметанол, циклогександиол, диэтиленгликоль, бис(2-гидроксиэтилен)оксид, дипропиленгликоль, дибутиленгликоль и их комбинации. Количество выбранного органического диола может быть различным и составляет, например, от примерно 40 до примерно 60 мольных процентов от количества смолы, в некоторых вариантах реализации от примерно 42 до примерно 55 мольных процентов от количества смолы, в некоторых вариантах реализации от примерно 45 до примерно 53 мольных процентов от количества смолы.
[0021] В некоторых вариантах реализации для получения сложных полиэфиров можно применять катализаторы поликонденсации. Катализаторы поликонденсации, которые можно применять для получения кристаллических или аморфных сложных полиэфиров, включают тетраалкилтитанаты, оксиды диалкилолова, такие как оксид дибутилолова, тетраалкилолово, такое как дилаурат дибутилолова, и смешанные оксиды-гидроксиды диалкилолова, такие как оксид-гидроксид бутилолова, октоат олова, алкоксиды алюминия, алцилцинк, диалкилцинк, оксид цинка, оксид олова (II) или их комбинации. Указанные катализаторы можно применять в количестве, например, от примерно 0,01 мольного процента до примерно 5 мольных процентов относительно количества исходной двухосновной кислоты или сложного диэфира, используемых для получения сложной полиэфирной смолы.
[0022] В некоторых вариантах реализации подходящие аморфные смолы включают сложные полиэфиры, полиамиды, полиимиды, полиолефины, полиэтилен, полибутилен, полиизобутират, сополимеры этилена и пропилена, сополимеры этилена и винилацетата, полипропилен, их комбинации и т.д. Примеры аморфных смол, которые можно применять, включают щелочные сульфонированные сложные полиэфирные смолы, разветвленные щелочные сульфонированные сложные полиэфирные смолы, щелочные сульфонированные полиимидные смолы и разветвленные щелочные сульфонированные полиимидные смолы. Для некоторых вариантов реализации могут подходить щелочные сульфонированные сложные полиэфирные смолы, такие как соли металла или щелочного металла и сополимера (этилен-терефталат)-(этилен-5-сульфоизофталата), сополимера (пропилен-терефталат)-(пропилен-5-сульфоизофталата), сополимера (диэтилен-терефталат)-(диэтилен-5-сульфоизофталата), сополимера (пропилен-диэтилен-терефталат)-(пропилен-диэтилен-5-сульфоизофталата), сополимера (пропилен-бутилен-терефталат)-(пропилен-бутилен-5-сульфоизофталата) и сополимера (пропоксилированный бисфенол А-фумарат)-(пропоксилированный бисфенол A-5-сульфоизофталата).
[0023] В некоторых вариантах реализации можно применять ненасыщенную аморфную сложную полиэфирную смолу, такую как латексная смола. Примеры указанных смол включают те, что предложены в патенте США №6063827. Типовые ненасыщенные аморфные сложные полиэфирные смолы включают, но не ограничиваются ими, поли(пропоксилированный бисфенол-фумарат), поли(этоксилированный бисфенол-фумарат), поли(бутоксилированный бисфенол-фумарат), поли(пропоксилированный бисфенол-этоксилированный бисфенол-фумарат), поли(1,2-пропиленфумарат), поли(пропоксилированный бисфенол-малеат),
поли(этоксилированный бисфенол-малеат), поли(бутоксилированный бисфенол-малеат), поли(пропоксилированный бисфенол-этоксилированный бисфенол-малеат), поли(1,2-пропиленмалеат), поли(пропоксилированный бисфенол-итаконат), поли(этоксилированный бисфенол-итаконат), поли(бутоксилированный бисфенол-итаконат), поли(пропоксилированный бисфенол-этоксилированный бисфенол-итаконат), поли(1,2-пропиленитаконат) и их комбинации.
[0024] Аморфная смола может иметь различные температуры стеклования (Тст), составляющие, например, от примерно 40°С до примерно 100°С, в некоторых вариантах реализации от примерно 45°С до примерно 70°С, в некоторых вариантах реализации от примерно 50°С до примерно 65°С. Кристаллическая смола может иметь среднечисловую молекулярную массу (Mn), например, от примерно 1000 до примерно 50000, в некоторых вариантах реализации от примерно 2000 до примерно 25000, в некоторых вариантах реализации от примерно 2000 до примерно 10000, и среднемассовую молекулярную массу (Mw), например, от примерно 2000 до примерно 100000, в некоторых вариантах реализации от примерно 3000 до примерно 80000, в некоторых вариантах реализации от примерно 4000 до примерно 20000, определенные путем гельпроникающей хроматографии (ГПХ) с использованием стандартов полистирола. Молекулярно-массовое распределение (Mw/Mn) кристаллической смолы, например, может составлять от примерно 2 до примерно 6, в некоторых вариантах реализации от примерно 2 до примерно 5, а в некоторых вариантах реализации от примерно 2 до примерно 4.
[0025] Например, в некоторых вариантах реализации аморфная сложная полиэфирная смола может представлять собой смолу сополимера (пропоксилированный бисфенол А-фумарата), имеющую следующую формулу (1):
где m может составлять от примерно 5 до примерно 1000, в некоторых вариантах реализации от примерно 10 до примерно 500, в других вариантах реализации от примерно 15 до примерно 200. Примеры указанных смол и способов их получения включают те, что предложены в патенте США №6063827.
[0026] Один из примеров линейной смолы на основе пропоксилированного бисфенол А-фумарата, которую можно применять в качестве смолы для тонера, доступен под торговой маркой SPARII производства Resana S/A Industrias Quimicas, Sao Paulo, Brazil. Другие смолы на основе пропоксилированного бисфенол А-фумарата, которые можно применять и которые коммерчески доступны, включают GTUF и FPESL-2 производства Као Corporation, Japan, и EMI81635 производства Reichhold, Research Triangle Park, North Carolina, США, и т.д.
[0027] В некоторых вариантах реализации аморфная сложная полиэфирная смола может представлять собой сополимер алкоксилированного бисфенола А по меньшей мере с одной двухосновной кислотой. Алкоксилированный бисфенол А может включать этоксилированный бисфенол А, пропоксилированный бисфенол А и/или этоксилированный-пропоксилированный бисфенол А. Подходящие двухосновные кислоты включают фумаровую кислоту, терефталевую кислоту, додеценилянтарную кислоту и/или тримеллитовую кислоту.
[0028] В некоторых вариантах реализации для получения тонера можно использовать комбинацию аморфных смол с низкой Mw и высокой Mw. Смолы с низкой Mw могут иметь среднемассовую молекулярную массу от примерно 10 кг/моль до примерно 20 кг/моль и среднечисловую молекулярную массу от примерно 2 кг/моль до примерно 5 кг/моль. Смолы с высокой Mw могут иметь среднемассовую молекулярную массу от примерно 90 кг/моль до примерно 160 кг/моль и среднечисловую молекулярную массу от примерно 4 кг/моль до примерно 8 кг/моль. Отношение, по массе, аморфных смол с низкой Mw к смолам с высокой Mw может составлять от примерно 0:100 до примерно 100:0, в некоторых вариантах реализации от примерно 70:30 до примерно 30:70, а в некоторых вариантах реализации от примерно 60:40 до примерно 40:60.
[0029] Дополнительные примеры кристаллических смол, которые необязательно можно применять в комбинации с аморфной смолой, такой как описано в настоящей заявке, включают смолы, предложенные в опубликованной заявке на патент США №2006/0222991. В некоторых вариантах реализации подходящая кристаллическая смола может содержать смолу, полученную из этиленгликоля и смеси сомономеров додекандиовой кислоты и фумаровой кислоты, имеющую следующую формулу (2):
где b составляет от примерно 5 до примерно 2000, и d составляет от примерно 5 до примерно 2000.
[0030] Например, в некоторых вариантах реализации для получения смолы, подходящей для получения тонера, смолу на основе поли(пропоксилированный бисфенол А-фумарата), имеющую формулу I, описанную выше, можно объединять с кристаллической смолой формулы II.
[0031] Примеры двух смол или полимеров, которые можно применять в тонерах, включают смолы и полимеры на основе стиролов, акрилатов, метакрилатов, бутадиенов, изопренов, акриловых кислот, метакриловых кислот, акрилонитрилов и их комбинаций. Типовые дополнительные смолы или полимеры включают, но не ограничиваются ими, 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) и поли(стирол-бутилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту) и их комбинации. Полимер может представлять собой блочные, случайные или чередующиеся сополимеры.
[0032] В дополнительных вариантах реализации смолы, применяемые для тонера, могут иметь вязкость расплава от примерно 10 до примерно 1000000 паскаль-секунд (Па*с) примерно при 130°С, в некоторых вариантах реализации от примерно 20 до примерно 100000 Па*с.
[0033] Можно применять одну, две или более смол для тонера. В тех вариантах реализации, где применяют две или более смол для тонера, смолы для тонера могут присутствовать в любом подходящем отношении (например, массовом отношении), таком как, например, от примерно 10% (первая смола)/90% (вторая смола) до примерно 90% (первая смола)/10% (вторая смола).
[0034] В некоторых вариантах реализации полимерный латекс можно получать при помощи способов эмульсификации. При использовании указанных способов смола может быть представлена в виде эмульсии смолы, которую затем можно объединять с другими компонентами и добавками для получения тонера согласно настоящему изобретению.
[0035] Содержание полимерной смолы может составлять от примерно 65 до примерно 95 процентов по массе, в некоторых вариантах реализации от примерно 70 до примерно 90 процентов по массе, а в некоторых вариантах реализации от примерно 75 до примерно 85 процентов по массе в пересчете на общее количество твердых частиц тонера (то есть частиц тонера, не содержащих внешних добавок). Если смола представляет собой комбинацию кристаллической смолы и одной или более аморфных смол, то отношение кристаллической смолы к аморфной(ым) смоле(ам) может в некоторых вариантах реализации составлять от примерно 1:99 до примерно 30:70, в некоторых вариантах реализации от примерно 5:95 до примерно 25:75, в некоторых вариантах реализации от примерно 5:95 до примерно 15:85.
[0036] Поверхностно-активные вещества
[0037] В некоторых вариантах реализации смолы, красители, воски и другие добавки, применяемые для получения композиций, могут находиться в виде дисперсий, содержащих поверхностно-активные вещества. Кроме того, частицы тонера можно получать при помощи способов эмульсионной агрегации, где смолу и другие компоненты тонера помещают в одно или более поверхностно-активных веществ, получают эмульсию, происходит агрегация частиц тонера, частицы слипаются, их необязательно промывают, сушат и выделяют.
[0038] Можно применять одно, два или более поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества могут быть выбраны из ионных поверхностно-активных веществ и неионных поверхностно-активных веществ. Термином «ионные поверхностно-активные вещества» охвачены анионные поверхностно-активные вещества и катионные поверхностно-активные вещества. В некоторых вариантах поверхностно-активное вещество можно применять в таких количествах, чтобы его содержание составляло от примерно 0,01% до примерно 5% по массе от массы тонерной композиции, например, от примерно 0,75% до примерно 4% по массе от массы тонерной композиции, в некоторых вариантах реализации от примерно 1% до примерно 3% по массе от массы тонерной композиции.
[0039] Примеры неионных поверхностно-активных веществ, которые можно применять, включают, например, полиакриловую кислоту, метгалозу, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, пропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, простой цетиловый эфир полиоксиэтилена, простой лауриловый эфир полиоксиэтилена, простой октиловый эфир полиоксиэтилена, простой октилфениловый эфир полиоксиэтилена, простой олеиловый эфир полиоксиэтилена, полиоксиэтилен сорбитана монолаурат, простой стеариловый эфир полиоксиэтилена, простой нонилфениловый эфир полиоксиэтилена, диалкилфенокси-поли(этиленокси)этанол, доступный в Rhone-Poulenc 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™. Другие примеры подходящих неионных поверхностно-активных веществ включают блоксополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида, включая те, что являются коммерчески доступными как SYNPERONIC PE/F, в некоторых вариантах реализации как SYNPERONIC PE/F 108.
[0040] Анионные поверхностно-активные вещества, которые можно применять, включают сульфаты и сульфонаты, додецилсульфат натрия (SDS), додецилбензолсульфонат натрия, додецилнафталинсульфат натрия, диалкилбензолалкилсульфаты и сульфонаты, кислоты, такие как абиетиновая кислота, доступная в Aldrich, NEOGEN R™, NEOGEN SC™, полученные в Daiichi Kogyo Seiyaku, их комбинации и т.д. Другие подходящие анионные поверхностно-активные вещества включают в некоторых вариантах реализации DOWFAX™ 2А1, дисульфонат алкилдифенилоксида производства The Dow Chemical Company, и/или TAYCA POWER BN2060 производства Tayca Corporation (Japan), которые представляют собой разветвленные додецилбензолсульфонаты натрия. В некоторых вариантах реализации можно применять комбинации указанных поверхностно-активных веществ и любых вышеуказанных анионных поверхностно-активных веществ.
[0041] Примеры катионных поверхностно-активных веществ, которые, как правило, являются положительно заряженными, включают, например, хлорид алкилбензилдиметиламмония, хлорид диалкилбензолалкиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония, хлорид алкилбензилметиламмония, бромид алкилбензилдиметиламмония, хлорид бензалкония, бромид цетилпиридиния, бромиды С12, C15, С17 триметиламмония, галогенидные соли четвертичных полиоксиэтилалкиламинов, хлорид додецилбензилтриэтиламмония, MIRAPOL™ и ALKAQUAT™, доступные в Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (хлорид бензалкония), доступный в Као Chemicals и т.д. и их смеси.
[0042] Красители
[0043] В качестве необязательно добавляемого красителя тонер может содержать различные известные подходящие красители, такие как вещества-красители, пигменты, смеси веществ-красителей, смеси пигментов, смеси веществ-красителей и пигментов и т.д. Количество красителя в тонере может составлять, например, от примерно 0,1 до примерно 35 процентов по массе от массы тонера или от примерно 1 до примерно 1 процентов по массе от массы тонера или от примерно 3 до примерно 10 процентов по массе от массы тонера.
[0044] Среди примеров подходящих красителей следует отметить сажу типа REGAL 330®; магнетиты, такие как магнетиты Mobay МО8029™, МО8060™; магнетиты Columbian; MAPICO BLACKS™ и магнетиты с обработанной поверхностью; магнетиты Pfizer СВ4799™, СВ5300™, СВ5600™, МСХ6369™; магнетиты Bayer, BAYFERROX 8600™, 8610™; магнетиты Northern Pigments, NP-604™, NP-608™; магнетиты Magnox TMB-100™ или ТМВ-104™; и т.д. В качестве красящих пигментов можно выбирать голубой, пурпурный, желтый, красный, зеленый, коричневый, синий или их смеси. В целом, применяют голубые, пурпурные или желтые пигменты или красители или их смеси. Пигмент или пигменты обычно используют в виде дисперсий пигментов на водной основе.
[0045] Конкретные примеры пигментов включают дисперсии пигментов на водной основе SUNSPERSE 6000, FLEXIVERSE и AQUATONE производства SUN Chemicals, HELIOGEN BLUE L6900™, D6840™, D7080™, D7020™, PYLAM OIL BLUE™, PYLAM OIL YELLOW™, PIGMENT BLUE 1™, доступные в Paul Uhlich & Company, Inc., PIGMENT VIOLET 1™, PIGMENT RED 48™, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026™, E.D. TOLUIDINE RED™ и BON RED С™, доступные в Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario, NOVAPERM YELLOW FGL™, HOSTAPERM PINK E™ производства Hoechst и CINQUASIA MAGENTA™, доступный в E.I. DuPont de Nemours & Company, и т.п. В целом, красители, которые могут быть выбраны, представляют собой черный, голубой, пурпурный или желтый и смеси указанных красителей. Примерами пурпурных красителей являются 2,9-диметил-замещенный хинакридоновый краситель и антрахиноновый краситель, определенный цветовым индексом CI 60710, CI дисперсионный красный 15, диазокраситель, определенный цветовым индексом CI 26050, CI растворимый красный 19 и т.п. Иллюстративные примеры голубых красителей включают тетра(октадецилсульфонамидо)фталоцианин меди, медный фталоцианиновый пигмент, определенный цветовым индексом CI 74160, CI пигмент голубой, пигмент голубой 15:3, Anthrathrene Blue, определенный цветовым индексом CI 69810, Special Blue Х-2137 и т.п. Иллюстративные примеры желтых красителей включают диарилидные желтые 3,3-дихлорбензиденацетоацетанилиды, моноазопигмент, определенный цветовым индексом CI 12700, CI растворимый желтый 16, нитрофениламинсульфонамид, определенный цветовым индексом Foron Yellow SE/GLN, CI дисперсионный желтый 33 2,5-диметокси-4-сульфонанилид фенилазо-4'-хлор-2,5-диметоксиацетоацетанилид и постоянный желтый FGL. Красящие магнетиты, такие как смеси MAPICO BLACK™, и голубые компоненты также могут быть выбраны в качестве красителей. Могут быть выбраны другие известные красители, такие как Levanyl Black A-SF (Miles, Bayer) и Sunsperse Carbon Black LHD 9303 (Sun Chemicals), и красящие вещества, такие как неопен синий (BASF), судан синий OS (BASF), PV прочный синий B2G01 (American Hoechst), Sunsperse Blue BHD 6000 (Sun Chemicals), иргалит синий BCA (Ciba-Geigy), палиоген синий 6470 (BASF), судан III (Matheson, Coleman, Bell), судан II (Matheson, Coleman, Bell), судан IV (Matheson, Coleman, Bell), судан оранжевый G (Aldrich), судан оранжевый 220 (BASF), палиоген оранжевый 3040 (BASF), Ortho Orange OR 2673 (Paul Uhlich), палиоген желтый 152, 1560 (BASF), литоль прочный желтый 099IK (BASF), палиотол желтый 1840 (BASF), неопен желтый (BASF), новоперм желтый FG 1 (Hoechst), постоянный желтый YE 0305 (Paul Uhlich), люмоген желтый D0790 (BASF), Sunsperse Yellow YHD 6001 (Sun Chemicals), Suco-Gelb L1250 (BASF), Suco-Yellow D1355 (BASF), хостаперм розовый Ε (American Hoechst), фаналь розовый D4830 (BASF), Cinquasia Magenta (DuPont), литоль алый D37O0 (BASF), толуидин красный (Aldrich), Scarlet for Thermoplast NSD PS PA (Ugine Kuhlmann of Canada), E.D. толуидин красный (Aldrich), литоль-рубиновый тонер (Paul Uhlich), литоль алый 4440 (BASF), Bon Red С (Dominion Color Company), королевский бриллиантовый красный RD-8192 (Paul Uhlich), орацет розовый RF (Ciba-Geigy), палиоген красный 3871К (BASF), палиоген красный 3340 (BASF), литоль прочный алый L4300 (BASF), комбинации вышеуказанных пигментов и т.д.
[0046] Воск
[0047] Необязательно можно также сочетать со смолой и необязательно красителем для получения частиц тонера. При введении количество воска может составлять, например, от примерно 1 процента по массе до примерно 25 процентов по массе от массы частиц тонера, в некоторых вариантах реализации от примерно 5 процентов по массе до примерно 20 процентов по массе от массы частиц тонера.
[0048] Воски, которые могут быть выбраны, включают воски, имеющие, например, среднемассовую молекулярную массу (Mw) от примерно 500 до примерно 20000, в некоторых вариантах реализации от примерно 1000 до примерно 10000. Воски, которые можно применять, включают, например, полиолефины, такие как полиэтиленовые, полипропиленовые и полибутеновые воски, такие, как коммерчески доступные в Allied Chemical and Petrolite Corporation, например, полиэтиленовые воски POLYWAX™ производства Baker Petrolite, эмульсии восков, доступные в Michaelman, Inc. и the Daniels Products Company, EPOLENE N-15™, коммерчески доступная в Eastman Chemical Products, Inc., и VISCOL 550-P™, полипропилен с низкой среднемассовой молекулярной массой, доступный в Sanyo Kasei К. К.; растительные воски, такие как карнаубский воск, рисовый воск, канделильский воск, сумаховый воск и масло жожоба; животные воски, такие как пчелиный воск; минеральные воски и нефтяные воски, такие как горный воск, озокерит, церезин, парафиновый воск, микрокристаллический воск и воск Фишера-Тропша; восковые эфиры, полученные из высших жирных кислот и высших спиртов, такие как стеарилстеарат и бегенилбегенат; восковые эфиры, полученные из высших жирных кислот и одноатомных или многоатомных низших спиртов, такие как бутилстеарат, пропилолеат, глицеридмоностеарат, глицериддистеарат и пентаэритриттетрабегенат; восковые эфиры, полученные из высших жирных кислот и многоатомных мультимеров спиртов, такие как диэтиленгликольмоностеарат, дипропиленгликольдистеарат, диглицерилдистеарат и триглицерилтетрастеарат; воски на основе сложных сорбитановых эфиров высших жирных кислот, такие как сорбитан моностеарат, и воски на основе сложных холестериновых эфиров высших жирных кислот, такие как холестерилстеарат.
Примеры функционализированных восков, которые можно применять, включают, например, амины, амиды, например, AQUA SUPERSLIP 6550™ и SUPERSLIP 6530™, доступный в Micro Powder Inc., фторированные воски, например, POLYFLUO 190™, POLYFLUO 200™, POLYSILK 19™, POLYSILK 14™, доступные в Micro Powder Inc., смешанные фторированные, амидные воски, например, MICROSPERSION 19™, также доступный в Micro Powder Inc., эмульсии имидов, сложных эфиров, четвертичных аминов, карбоновых кислот и акриловых полимеров, например, JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ и 538™, все из которых доступны в SC Johnson Wax, и хлорированные полипропилены и полиэтилены, доступные в Allied Chemical and Petrolite Corporation и SC Johnson wax. В некоторых вариантах реализации также можно применять смеси и комбинации вышеуказанных восков. Воски можно включать, например, в виде агентов для высвобождения ролика термофиксатора.
[0049] Смолы для покрытий
[0050] В некоторых вариантах реализации на полученные агрегированные частицы тонера можно наносить оболочку. В качестве смолы для покрытия можно использовать любую смолу, описанную выше и подходящую в качестве смолы для ядра. Смолы для покрытий можно наносить на агрегированные частицы при помощи любого способа, который находится в рамках компетенции специалистов в данной области техники. В некоторых вариантах реализации смола для покрытий может находиться в виде эмульсии, содержащей любое поверхностно-активное вещество, описанное выше. Агрегированные частицы, описанные выше, можно объединять с указанной эмульсией, чтобы таким образом смола образовывала оболочку поверх полученных агрегатов. В некоторых вариантах реализации для получения оболочки поверх агрегатов с образованием частиц тонера, имеющих конфигурацию ядро-оболочка, можно применять по меньшей мере одну аморфную сложную полиэфирную смолу. В некоторых вариантах реализации для получения оболочки поверх агрегатов с образованием частиц тонера, имеющих конфигурацию ядро-оболочка, можно применять аморфную сложную полиэфирную смолу и кристаллическую смолу. В некоторых вариантах реализации подходящая оболочка может содержать по меньшей мере одну аморфную сложную полиэфирную смолу, присутствующую в количестве от примерно 10 процентов до примерно 90 процентов по массе от массы оболочки, в некоторых вариантах реализации от примерно 20 процентов до примерно 80 процентов по массе от массы оболочки, в некоторых вариантах реализации от примерно 30 процентов до примерно 70 процентов по массе от массы оболочки.
[0051] Смола для покрытий может присутствовать в количестве от примерно 5 процентов до примерно 40 процентов по массе от массы частиц тонера, в некоторых вариантах реализации от примерно 24 процентов до примерно 30 процентов по массе от массы частиц тонера.
[0052] После достижения желаемого конечного размера частиц тонера можно регулировать рН смеси с использованием основания для обеспечения значения от примерно 5 до примерно 10, а в других вариантах реализации от примерно 6 до примерно 8. Регулировку рН можно применять для блокировки, т.е. прекращения, роста тонера. Основание, применяемое для прекращения роста тонера, может включать любое подходящее основание, такое как, например, гидроксиды щелочных металлов, такие как, например, гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония, их комбинации и т.д. Основание можно добавлять в количестве от примерно 2 до примерно 25 процентов по массе от массы смеси, в некоторых вариантах реализации от примерно 4 до примерно 10 процентов по массе от массы смеси. Кроме того, для блокировки роста оболочки можно добавлять раствор ЭДТА. В некоторых вариантах реализации для блокировки роста частиц тонера можно использовать комбинацию раствора ЭДТА и раствора основания.
[0053] Кристаллические имиды, состоящие из небольших молекул
[0054] В некоторых вариантах реализации кристаллические имидные соединения, состоящие из небольших молекул, которые представляют собой кристаллические твердые вещества при комнатной температуре, добавляют в тонер для уменьшения минимальной температуры закрепления (МТП) тонера. В отдельных вариантах реализации кристаллические имидные соединения, состоящие из небольших молекул, добавляют в тонеры, полученные методом эмульсионной агрегации (ЕА), для полной или частичной замены кристаллического полимерного компонента, если его используют, где кристаллические органические соединения, состоящие из небольших молекул, совместимы с аморфной(ыми) связующей(ими) смолой(ами) для тонера. Совместимость может быть показана при помощи исследования расплавленной смеси аморфной смолы и кристаллического(их) имидного(ых) соединения(ий), состоящего(их) из небольших молекул - аморфную смолу и кристаллическое(ие) имидное(ые) соединение(я), состоящее(ие) из небольших молекул, рассматривают как совместимые, если расплавленная смесь характеризуется уменьшением температуры стеклования по сравнению с температурой стеклования аморфной смолы и отсутствием значительного пика перехода из твердой в жидкую фазу кристаллического(их) имидного(ых) соединения(ий), состоящего(их) из небольших молекул, что определяют путем дифференциальной сканирующей калориметрии, где измеренная энтальпия закрепления кристаллического имидного соединения, состоящего из небольших молекул, входящего в состав смеси, составляет менее 20% от обычного значения, в некоторых вариантах реализации менее 10% от обычного значения, а в некоторых вариантах реализации менее 5% от обычного значения, где указанное обычное значение представляет собой измеренную независимо энтальпию закрепления имида, состоящего из небольших молекул. Кроме того, в некоторых вариантах реализации кристаллические имидные соединения, состоящие из небольших молекул, имеют температуру закрепления ниже температуры закрепления ЕА тонера. Согласно некоторым вариантам реализации тонеры, полученные методом эмульсионной агрегации, содержащие кристаллические имидные соединения, состоящие из небольших молекул, могут иметь МТП при закреплении с фальцовкой по меньшей мере сравнимую с существующими ULM тонерами, такими как тонер Xerox® 700 DP, доступный в Xerox Corp., например, или даже более низкую, например, ниже по меньшей мере на 5°С или на 10°С-20°С.
[0055] В некоторых вариантах реализации кристаллические имидные соединения, состоящие из небольших молекул, имеют молекулярную массу менее 1000 г/моль; в дополнительных вариантах реализации кристаллические имидные соединения, состоящие из небольших молекул, имеют молекулярную массу менее 750 г/моль; а в других вариантах реализации кристаллические имидные соединения, состоящие из небольших молекул, имеют молекулярную массу менее 500 г/моль.
[0056] Вкратце, испытание на совместимость аморфной смолы и кристаллических имидных соединений, состоящих из небольших молекул, проводили следующим образом. Кристаллическое имидное соединение, состоящее из небольших молекул, смешивали с аморфной смолой в отношении, схожем с тем, которое используют непосредственно в тонере. Смесь нагревали по меньшей мере до температуры, превышающей температуру плавления кристаллического компонента, в течение времени, достаточного для полного плавления, при перемешивании, затем охлаждали до комнатной температуры. Полученный материал анализировали путем ДСК. Согласно указанному исследованию полагают, что небольшие молекулы, не совместимые со смолой, перекристаллизовываются из расплавленной смеси при ее охлаждении, и на полученной кривой ДСК (1) содержится четкий пик плавления, соответствующий имиду, состоящему из небольших молекул, и (2) температура стеклования является обычной для аморфной смолы (при этом может присутствовать или отсутствовать сдвиг в сторону слегка более низкой температуры). При включении в ЕА тонер небольшие молекулы, обладающие указанными характеристиками, как правило, не обеспечивают свойство низкой температуры плавления тонеров. В противоположность этому, небольшие молекулы, совместимые со смолой, в целом, не перекристаллизовываются из расплавленной смеси. В указанных случаях на полученных кривых ДСК (1) содержится небольшой пик плавления, или он отсутствует, (2) температура стеклования является уменьшенной и/или присутствует ее сдвиг, что указывает на пластификацию аморфной смолы небольшими молекулами. При включении в ЕА тонер указанные небольшие молекулы, в целом, обеспечивают свойства тонеров с низкой температурой плавления, если температура плавления имидов, состоящих из небольших молекул, ниже обычной температуры закрепления тонера (от примерно 110°С до 120°С для типового ULM ЕА тонера, такого как, например, тонер Xerox® 700 DCP). Кроме того, для измерения степени совместимости можно измерять энтальпию кристаллизации - в случае полной совместимости получают значение менее 5% от обычного значения, тогда как в случае полной несовместимости получают значение более 20% от обычного значения, где обычное значение представляет собой энтальпию закрепления имида, состоящего из небольших молекул, измеренную независимо.
[0057] Примеры подходящих имидов включают имиды, имеющие общую структуру (3):
где R1 представляет собой необязательное связующее звено (непосредственно связь в случае сукцинимидов, метиленовое звено в случае глутаримидов, 1,2-фениленовое звено в случае фталимидов или схожее связующее звено), a R представляет собой алкильное или арильное звено, такое как бензил, фенил, метил, этил или родственную структуру. Имиды, конкретно указанные в настоящем описании, включают циклические алифатические имиды (например, сукцинимиды) и ароматические имиды (например, фталимиды), а также ациклические имиды, содержащие или не содержащие алкильные или арильные заместители при центральном атоме азота.
[0058] В конкретном варианте реализации кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, представляет собой N-бензилфталимид (т.пл. 119°С) формулы (4):
[0059] Получение тонера
[0060] Частицы тонера можно получать при помощи любого способа, входящего в рамки компетенции специалиста в данной области техники. Несмотря на то, что варианты реализации, относящиеся к получению частиц тонера, описаны ниже как способы эмульсионной агрегации, можно применять любой подходящий способ получения частиц тонера, включая химические способы, такие как способы суспендирования и инкапсулирования, предложенные, например, в патентах США №5290654 и 5302486. В некоторых вариантах реализации тонерные композиции и частицы тонера можно получать при помощи способов агрегации и слипания, в которых частицы смолы небольших размеров агрегируют до достижения соответствующего размера частиц тонера, а затем слипаются с получением конечной формы и морфологии частиц тонера.
[0061] В некоторых вариантах реализации тонерные композиции можно получать при помощи способов эмульсионной агрегации, таких как способы, включающие агрегацию смеси, необязательно содержащей краситель, воск и любые другие желательные или требуемые добавки, и эмульсий, содержащих смолы и по меньшей мере одно или более кристаллических имидных соединений, состоящих из небольших молекул, описанных выше, необязательно в поверхностно-активных веществах, описанных выше, и последующее слипание агрегированной смеси. Примеры возможных подходящих красителей, восков и/или других добавок описаны выше. В некоторых вариантах реализации кристаллическое(ие) имидное(ые) соединение(я), состоящее(ие) из небольших молекул, составляет(ют) от примерно 5% до примерно 25% в пересчете на сухую массу тонера, не содержащего какие-либо внешние добавки, в некоторых вариантах реализации от примерно 10% до примерно 20%, а в некоторых вариантах реализации кристаллическое(ие) имидное(ые) соединение(я), состоящее(ие) из небольших молекул, составляет(ют) примерно 15% в пересчете на сухую массу тонера. В некоторых вариантах реализации сначала получают эмульсии каждого из компонентов, а затем их объединяют. Кроме того, в некоторых вариантах реализации тонер содержит кристаллическое имидное соединение, состоящее из небольших молекул, и кристаллическую смолу. Например, кристаллическая смола может представлять собой кристаллическую сложную полиэфирную смолу, описанную выше, и/или любую из других кристаллических смол, описанных в настоящей заявке. В некоторых вариантах реализации кристаллическая смола составляет от примерно 3% до примерно 20% в пересчете на сухую массу тонера, не содержащего какие-либо внешние добавки, в некоторых вариантах реализации от примерно 5% до примерно 15%, а в некоторых вариантах реализации кристаллическое(ие) органическое(ие) соединение(я), состоящее(ие) из небольших молекул, составляет(ют) от примерно 5% до примерно 10% в пересчете на сухую массу тонера.
[0062] Смесь можно получать путем необязательного добавления красителя(ей), воска(ов) и/или других материалов, которые также необязательно могут быть в виде дисперсии(й), содержащей(их) поверхностно-активное вещество, в эмульсию, которая может представлять собой смесь двух или более эмульсий, содержащих смолу. При необходимости можно регулировать рН полученной смеси.
[0063] После получения указанной выше смеси в смесь можно добавлять агрегирующий агент или флокулянт. Для получения тонера можно применять любой подходящий агрегирующий агент. Подходящие агрегирующие агенты включают, например, водные растворы двухвалентного катионного или поливалентного катионного материала. Агрегирующий агент, например, может представлять собой галогениды полиалюминия, такие как хлорид полиалюминия (РАС) или соответствующий бромид, фторид или йодид, силикаты полиалюминия, такие как сульфосиликат полиалюминия (PASS), и водорастворимые соли металлов, включая хлорид алюминия, нитрит алюминия, сульфат алюминия, сульфат алюминия-калия, ацетат кальция, хлорид кальция, нитрит кальция, оксилат 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 некоторых вариантах реализации агрегирующий агент можно добавлять в смесь при температуре ниже температуры стеклования (Тст) смолы.
[0064] Частицы можно оставлять для агрегации до достижения предварительно определенного желаемого размера частиц. Предварительно определенный желаемый размер частиц относится желаемому размеру частиц, который необходимо получать и который был определен перед их получением, где размер частиц отслеживают во время роста до достижения указанного размера частиц. Во время роста можно отбирать образцы и анализировать средний размер частиц, например, с использованием анализатора Coulter. Для получения агрегированных частиц, таким образом, агрегацию можно проводить, поддерживая повышенную температуру, или путем медленного увеличения температуры при необходимости, выдерживая смесь при указанной температуре в течение времени, требуемого для достижения желаемого размера частиц, при перемешивании. После достижения предварительно определенного желаемого размера частиц для нанесения оболочки добавляют эмульсии смол, что тем самым обеспечивает частицы, имеющие структуру ядро-оболочка. Оболочку наносят до достижения желаемого размера частицы тонера, имеющего структуру ядро-оболочка, затем процесс роста прерывают путем увеличения рН реакционной суспензии, добавляя основание, такое как NaOH, а затем раствор ЭДТА.
[0065] После прерывания роста частиц реакционную смесь нагревают, например, до 85°С, для слипания частиц. Затем суспензию тонера охлаждают до комнатной температуры, частицы тонера разделяют путем просеивания и фильтрования, после чего промывают и лиофилизируют.
[0066] Характеристики частиц тонера можно определять при помощи любого подходящего способа и устройства, что более подробно описано ниже.
ПРИМЕРЫ
[0067] Примеры, приведенные ниже в настоящем описании, иллюстрируют различные композиции и условия, которые можно применять для осуществления вариантов реализации настоящего изобретения. Все отношения приведены в пересчете на массу, если не указано иное. Тем не менее, следует понимать, что варианты реализации настоящего изобретения можно осуществлять с применением различных типов композиций, и они могут иметь множество различных применений согласно приведенному выше описанию и информации, приведенной далее.
[0068] Исследования совместимости примеров вышеуказанных кристаллических имидных соединений, состоящих из небольших молекул, и аморфной сложной полиэфирной связующей смолы для тонера проводили путем смешения полученных отдельно расплавов кристаллических органических соединений, состоящих из небольших молекул, и линейной аморфной смолы А с низкой Mw (сложный полиэфир алкоксилированного бисфенола А и фумаровой, терефталевой и додеценилянтарной кислот). Смешение расплавов проводили на горячей плитке при 150°С в течение 20 минут, после чего их охлаждали и исследовали путем ДСК.
[0069] Кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, используемый в настоящем примере, представлял собой N-бензилфталимид формулы (4). Исследования совместимости указанного имида и аморфной сложной полиэфирной связующей смолы для тонера А проводили путем ДСК.
[0070] Кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеет выраженный пик плавления при 119°С и перекристаллизации при 72°С; линейная аморфная смола А имеет температуру стеклования, Тст, примерно 60°С. Смесь кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, N-бензилфталимида, и линейной аморфной сложной полиэфирной смолы А, имела температуру стеклования примерно 29°С, пик плавления на кривой ДСК не наблюдали, что указывает на их полную совместимость.
[0071] Пример 1
[0072] Получение дисперсии N-бензилфталимида
[0073] В 250 мл пластиковую бутыль, содержащую примерно 700 г дроби из нержавеющей стали, добавляли 10,33 грамма N-бензилфталимида, полученного в TCI America, 1,98 г неионного поверхностно-активного вещества DOWFAX, доступного в The Dow Chemical Co. (47 масс. %), и 70 г деионизованной воды (DIW). Затем содержимое бутыли измельчали в течение 7 дней. Получали дисперсию частиц со средним диаметром 414 нм.
[0074] Пример 2
[0075] Получение тонера, содержащего 15% N-бензилфталимида
[0076] В 2-литровый стеклянный реактор, оборудованный верхнеприводной мешалкой, добавляли 493,32 г дисперсии N-бензилфталимида, полученной в примере 1 (2,32 масс. %), 43,08 г линейной аморфной смолы В с высокой Mw в виде эмульсии (35,22 масс. %), 43,63 г линейной аморфной смолы А с низкой Mw в виде эмульсии (34,84 масс. %), 21,39 г дисперсии воска (воска, доступного в International Group Inc., 30,19 масс. %) и 24,38 г голубого пигмента РВ15:3 (17,21 масс. %). Линейная аморфная смола В представляет собой сополимерный сложный полиэфир алкоксилированного бисфенола А и терефталевой и додеценилянтарной кислот. Во время гомогенизации при 3500 об./мин в качестве флоккулянта отдельно добавляли 2,51 г Al2(SO4)3 (27,85 масс. %). Смесь нагревали до 43°С для агрегации частиц при перемешивании при 200 об./мин. Размер частиц отслеживали с использованием анализатора Coulter до тех пор, пока размер ядра частиц не достигал среднего размера 4,05 микрон, среднеобъемное GSD (распределение зерен по размерам) 1,30, а затем в качестве материала покрытия добавляли смесь 28,38 г и 28,75 г, соответственно, вышеуказанных эмульсий смолы А и смолы В, что приводило к получению частиц, имеющих структуру ядро-оболочка, со средним размером 6,21 микрон, среднеобъемное GSD 1,25. После этого, для прекращения роста частиц тонера рН реакционной суспензии увеличивали до 8 при помощи 4 масс. % раствора NaOH, затем 5,39 г ЭДТА (39 масс. %). После прекращения роста реакционную смесь нагревали до 85°С, частицы тонера оставляли слипаться при 85°С, рН 7,7. После слипания тонер гасили, что приводило к получению конечного размера частиц 8,15 микрон, среднеобъемное GSD 1,36, среднечисловое GSD 1,35. Затем суспензию тонера охлаждали до комнатной температуры, разделяли путем просеивания (25 мкм), фильтровали, после чего промывали и лиофилизировали.
[0077] Результаты закрепления
[0078] Тонер согласно примеру 2 оценивали с использованием термофиксатора принтера Xerox® 700 Digital Color Press. Тонер наносили со скоростью 220 мм/с на бумагу Xerox® Color Xpressions® (90 г/кв.м), где масса тонера на единицу площади (ТМА) составляла 1,00 мг/см2, для определения уровня глянца, МТП, характеристик при холодной офсетной печати и характеристик при горячей офсетной печати. В качестве контрольных тонеров применяли тонер Xerox® 700 DCP, содержащий кристаллическую смолу с температурой плавления от 65°С до 85°С, и тонер Xerox® ЕА с высоким уровнем глянца (high-gloss, HG) такой, как используют в принтере Xerox® DC250. Температура ролика термофиксатора для измерений уровня глянца и фальцованной зоны изменялась от температуры, используемой для холодной офсетной печати, до температуры горячей офсетной печати (до 210°С). Характеристики закрепления тонеров показаны на фигурах 1 и 2.
[0079] На фигурах 1 и 2 показаны графики зависимости уровня глянца после печати и фальцованной зоны после печати, соответственно, от температуры закрепления для тонера согласно примеру 2, содержащего 15% N-бензилфталимида, тонера Xerox® с высоким уровнем глянца и ULM Ε А тонера Xerox® 700 DCP. По сравнению с контролем тонер, содержащий N-бензилфталимид, имел несколько более низкий уровень глянца и уменьшенную МТП при закреплении с фальцовкой. Следует отметить, что экспериментальный тонер имел очень низкую температуру холодной офсетной печати и высокую температуру горячей офсетной печати, что обеспечивает неожиданно широкий диапазон температур закрепления.
[0080] Результаты введения в девелопер
[0081] Образцы тонера, описанного выше, смешивали с добавками Xerox® 700 DCP и носителем для обеспечения образцов девелопера. Образцы девелопера выдерживали в течение ночи в зонах А и J, а затем заряжали с использованием смесителя Turbula в течение примерно 60 минут. Зона А представляла собой зону с высокой влажностью с температурой примерно 28°С и относительной влажностью (отн.вл.) 85%, а зона J представляла собой зону с низкой влажностью с температурой примерно 21°С и отн.вл. 10%. Заряд тонера (Q/d) измеряли с использованием спектрометра, определяющего заряженные частицы, с полем 100 В/см, и его определяли визуально как среднее значение распределения заряда тонера. Отношение заряда тонера к массе (Q/m) измеряли при помощи способа определения суммарного заряда продувочным методом путем измерения заряда в клетке Фарадея, содержащей девелопер, после удаления тонера путем продувки потоком воздуха. Общий заряд, накопленный в клетке, делили на массу тонера, удаляемого путем продувки, определяемую путем взвешивания клетки до и после продувки, и получали отношение Q/m.
[0082] Исследовали тонер согласно примеру 2, обнаружили, что результаты исследования зарядов были приемлемыми и схожими с результатами для стандартного ULM тонера, используемого в качестве контроля. Кроме того, зарядные свойства тонеров можно оптимизировать, улучшая, например, Q/m и Q/d, путем: регулировки толщины оболочки тонера; изменения массового содержания кристаллического материала; включения кристаллических имидов, состоящих из небольших молекул, и кристаллического полимера и оптимизации их отношения; регулировки способа агломерации/слипания тонера, например, путем регулировки температуры слипания.
[0083] Следует понимать, что варианты предложенных выше и иных отличительных признаков и функций или их альтернативные варианты можно объединять в виде многих других различных систем или способов применения. Специалисты в данной области техники впоследствии могут проводить различные не указанные или не предусмотренные в настоящем описании альтернативные варианты, модификации, изменения или усовершенствования, предполагается, что они также будут охвачены объемом следующей формулы изобретения.
1. Тонер, содержащий:
полимерную смолу;
необязательно краситель; и
кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеющий молекулярную массу менее 1000 г/моль.
2. Тонер по п. 1, отличающийся тем, что кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеет температуру плавления менее чем примерно 120°С.
3. Тонер по п. 1, отличающийся тем, что кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, выбран из группы, состоящей из кристаллических имидов, состоящих из небольших молекул, имеющих общую структуру:
,
где R1 представляет собой необязательное связующее звено, a R2 выбран из группы, состоящей из алкильного и арильного звеньев.
4. Тонер по п. 3, отличающийся тем, что R1 представляет собой ароматическое соединительное звено.
5. Тонер по п. 3, отличающийся тем, что R1 представляет собой метиленовое соединительное звено.
6. Тонер по п. 3, отличающийся тем, что имид представляет собой циклический алифатический имид.
7. Тонер по п. 1, отличающийся тем, что кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, представляет собой N-бензилфталимид, имеющий формулу:
.
8. Тонер по п. 1, отличающийся тем, что полимерная смола представляет собой аморфную смолу.
9. Тонер по п. 8, дополнительно содержащий кристаллическую полимерную смолу.
10. Тонер по п. 9, отличающийся тем, что кристаллическая полимерная смола представляет собой кристаллическую полиэфирную смолу.
11. Тонер по п. 8, отличающийся тем, что тонер представляет собой тонер, полученный методом эмульсионной агрегации.
12. Тонер по п. 8, отличающийся тем, что смесь аморфной полимерной смолы и кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, характеризуется уменьшением температуры стеклования относительно температуры стеклования аморфной полимерной смолы и отсутствием значительного пика перехода из твердой в жидкую фазу кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, что определено путем дифференциальной сканирующей калориметрии, где измеренная энтальпия закрепления кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, входящего в состав смеси, составляет менее 10% от энтальпии закрепления чистого кристаллического имида, состоящего из небольших молекул.
13. Тонер по п. 1, отличающийся тем, что полимерная смола представляет собой полиэфирную смолу.
14. Тонер по п. 1, отличающийся тем, что тонер сконфигурирован иметь минимальную температуру закрепления меньше либо равную минимальной температуре закрепления тонера с очень низкой температурой закрепления, полученного методом эмульсионной агрегации, при этом измерения минимальной температуры закрепления проводят с использованием одного фьюзера при номинально идентичных условиях.
15. Тонер по п. 14, отличающийся тем, что минимальная температура закрепления тонера меньше по меньшей мере на 5°С минимальной температуры закрепления тонера с очень низкой температурой закрепления, полученного методом эмульсионной агрегации.
16. Тонер, полученный методом эмульсионной агрегации, содержащий:
аморфную полимерную смолу;
необязательно краситель; и
кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеющий молекулярную массу менее 500 г/моль и температуру плавления менее чем примерно 120°С;
где смесь аморфной полимерной смолы и кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, характеризуется уменьшением температуры стеклования относительно температуры стеклования аморфной полимерной смолы, и отсутствием значительной температуры перехода из твердой в жидкую фазу относительно температуры перехода из твердой в жидкую фазу аморфной полимерной смолы, и отсутствием пика перехода из твердой в жидкую фазу кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, что определено путем дифференциальной сканирующей калориметрии, где измеренная энтальпия закрепления кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, входящего в состав смеси, составляет менее 10% от энтальпии закрепления чистого кристаллического имида, состоящего из небольших молекул.
17. Тонер по п. 16, отличающийся тем, что кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, выбран из группы, состоящей из кристаллических имидов, состоящих из небольших молекул, имеющих общую структуру:
,
где R1 представляет собой необязательное связующее звено, a R2 выбран из группы, состоящей из алкильных и арильных звеньев.
18. Тонер по п. 16, отличающийся тем, что тонер сконфигурирован иметь минимальную температуру закрепления меньше либо равную минимальной температуре закрепления тонера с очень низкой температурой закрепления, полученного методом эмульсионной агрегации, при этом измерения минимальной температуры закрепления проводят с использованием одного фьюзера при номинально идентичных условиях.
19. Способ получения частиц тонера, включающий:
смешение эмульсии полимерной аморфной смолы, необязательно эмульсии по меньшей мере одного красителя, необязательно эмульсии воска и эмульсии кристаллического имида, состоящего из небольших молекул, где кристаллический имид, состоящий из небольших молекул, имеет молекулярную массу менее 1000 г/моль, для получения композитной эмульсии; и
добавление агрегирующего агента в композитную эмульсию для получения частиц тонера, полученных методом эмульсионной агрегации.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что кристаллическое имидное соединение, состоящее из небольших молекул, составляет от примерно 5% до примерно 25% в пересчете на сухую массу тонера.
