Полимеризованная заполняющая частица с усиленным зарядом

Полимеризованная заполняющая частица с усиленным зарядом

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится в целом к методам изготовления тонеров, более точно, к методам агрегации и коалесценции эмульсии, а также к композициям тонеров, получаемым такими методами, и к методам проявления с использованием таких тонеров.

Уровень техники

В ряде электрофотографических устройств и процессов проявленные тонером изображения наносятся на подложки. Затем может осуществляться термическое закрепление тонера на подложке путем его нагрева контактным или бесконтактным термозакрепителем, при этом под действием переносимого тепла тонер расплавляется на подложке. Тем не менее, качество проявленного изображения может варьировать в зависимости, в том числе, от свойств композиции тонера, срока службы тонера (измеряемого числом циклов печати, осуществленных с использованием композиции тонера) и от того, как композиция тонера реагирует на изменения условий работы, таких как температура и относительная влажность.

У многих существующих тонеров накопление заряда зависит от температуры и влажности. Например, многие тонеры удовлетворительно действуют в условиях окружающей среды (70°F, относительной влажности 20%) и в условиях низкой температуры и низкой влажности (60°F, относительной влажности 10%), но их эффективность снижается в условиях высокой температуры и высокой влажности (80°F, относительной влажности 80%). Желательна удовлетворительная эффективность композиции тонера в более широком диапазоне различных условий с сохранением высокого качества печати.

В качестве решения этой задачи предлагалось включать в композицию тонера регулятор заряда (ССА) путем применения на поверхности частиц тонера в качестве внешней добавки поверх частиц тонера или включения непосредственно в частицы тонера в качестве внутренней добавки. Тем не менее, включение в частицы тонера не усиливает заряд в достаточной степени, а применение в качестве внешней добавки не обеспечивает свойств накопления постоянного заряда с течением времени по мере старения композиции тонера. Ни один из этих двух подходов не обеспечивает эффективного решения задачи накопления частицами тонера постоянного заряда с течением времени.

Эта задача в свою очередь усложняется в связи с возрастающими требованиями к процессу проявления тонера. Например, внедряются электрофотографические устройства и процессы, требующие большего числа отпечатанных копий и увеличенного срока службы композиции тонера с точки зрения числа циклов печати. Тем не менее, в случае многих композиций тонеров требование большего числа отпечатанных копий привело бы к увеличению количества добавок, внедряемых в поверхность частицы тонера, что уводит в сторону от задачи увеличения срока службы. После использования тонера для получения 10000, 20000 и даже 30000 отпечатанных копий внедрение добавок в поверхность частица тонера достигает такой степени, что снижается заряд и увеличивается число отказов при печати.

Соответственно, существует потребность в композициях тонеров, обеспечивающих свойства более постоянного накопления заряда на протяжении срока службы тонера. Также существует потребность в композициях тонеров без такой степени внедрения добавок в поверхность частицы тонера до окончания срока службы картриджа, что обеспечивает более высокую эффективность и стабильность печати в более широком диапазоне температурных/влажностных условий и увеличенный срок службы картриджа.

Сущность изобретения

В настоящем изобретении предложена частица тонера, имеющая сердцевину и оболочку, окружающую сердцевину, при этом оболочка содержит полимеризованную заполняющую частицу с усиленным зарядом, содержащую сополимер регулятора заряда и мономера.

В настоящем изобретении также предложен способ получения частиц тонера, включающий:

получение суспензии путем смешивания первой эмульсии, содержащей смолу, необязательно воск, необязательно краситель, необязательно поверхностно-активное вещество, необязательно коагулянт и одну или несколько дополнительных добавок, нагревание суспензии с целью получения агрегированных в суспензии частиц, формирование второй эмульсии, содержащей:

мономер и

регулятор заряда,

полимеризацию второй эмульсии с целью получения сополимера мономера и регулятора заряда, и

включение сополимера в частицы тонера,

при этом агрегированные частицы образуют сердцевину частиц тонера.

В настоящем изобретении дополнительно предложен тонер, содержащий частицы тонера, имеющие сердцевину и оболочку, окружающую сердцевину, при этом оболочка содержит полимеризованную заполняющую частицу с усиленным зарядом, содержащую сополимер регулятора заряда и мономера.

Подробное описание изобретения

В настоящем изобретении предложена частица тонера, имеющая сердцевину и оболочку, которая содержит полимеризованную заполняющую частицу с усиленным зарядом. Полимеризованная заполняющая частица с усиленным зарядом содержит сополимер регулятора заряда (ССА) и мономера. Соответственно, ССА включен в оболочку частиц тонера и является ее частью. Тем самым обеспечивается ряд преимуществ по сравнению с композициями тонеров, у которых ССА включен в сердцевину частиц тонера, и композициями тонеров, у которых ССА добавляется в частицы тонера в качестве внешней добавки.

За счет включения ССА в заполняющие частицы оболочки путем сополимеризации уменьшается взаимодействие регуляторов заряда с карбоксильными группами в процессах агрегации и коалесценции эмульсии, что снижает потерю ССА частицами тонера. Тем самым дополнительно усиливается накопление отрицательного заряда тонером, обеспечиваются отличные характеристики накопления заряда и продлевается срок службы тонера. Поскольку в результате включения ССА в заполняющие частицы оболочки уменьшается количество традиционных поверхностных добавок, необходимых для корректировки трибоэлектрического заряда, тем самым также может достигаться снижение издержек.

Для изготовления тонера может использоваться любой мономер, применимый для получения используемого в тонере латекса.

Полимерный латекс может содержать один полимер или смесь полимеров. Применимые полимеры включают стиролакрилаты, стиролбутадиены, стиролметакрилаты, в частности поли(стиролалкилакрилат), поли(стирол-1,3-диен),

поли(стиролалкилметакрилат), поли(стиролалкилакрилат-акриловую кислоту), поли(стирол-1,3-диен-акриловую кислоту), поли(стиролалкилметакрилат-акриловую кислоту), поли(алкилметакрилат-алкилакрилат), поли(алкилметакрилат-арилакрилат), поли(арилметакрилат-алкилакрилат), поли(алкилметакрилат-акриловую кислоту), поли(стиролалкилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-1,3-диен-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(алкилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен), поли(метилстирол-бутадиен), поли(метил метакрилат-бутадиен), поли(этилметакрилат-бутадиен), поли(пропилметакрилат-бутадиен), поли(бутилметакрилат-бутадиен), поли(метилакрилат-бутадиен), поли(этилакрилат-бутадиен), поли(пропилакрилат-бутадиен), поли(бутилакрилат-бутадиен), поли(стирол-изопрен), поли(метилстирол-изопрен), поли(метилметакрилат-изопрен), поли(этилметакрилат-изопрен), поли(пропилметакрилат-изопрен), поли(бутилметакрилат-изопрен), поли(метилакрилат-изопрен), поли(этилакрилат-изопрен), поли(пропилакрилат-изопрен), поли(бутилакрилат-изопрен), поли(стирол-пропилакрилат), поли(стирол-бутилакрилат), поли(стирол-бутадиен-акриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен-метакриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-бутилакрилат-акриловую кислоту), поли(стирол-бутилакрилат-метакриловую кислоту), поли(стирол-бутилакрилат-акрилонитрил), поли(стирол-бутилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту), поли(стирол-бутадиен), поли(стирол-изопрен), поли(стирол-бутилметакрилат), поли(стирол-бутилакрилат-акриловую кислоту), поли(стирол-бутилметакрилат-акриловую кислоту), поли(бутилметакрилат-бутилакрилат), поли(бутилметакрилат-акриловую кислоту), поли(акрилонитрил-бутилакрилат-акриловую кислоту) и их сочетания. Полимеры могут являться блок-сополимерами, статистическими или чередующимися сополимерами.

Для получения полимерного латекса также могут использоваться полиэфирные смолы. Полиэфирная смола может использоваться в дополнение к описанным полимерным латексам или может заменять полимерный латекс.

Для получения полимерных латексов может использоваться любая полиэфирная смола. Смолой может являться аморфная смола, кристаллическая смола и/или их сочетание. Смолой может являться полиэфирная смола, такая как описана в патентах US 6593049 и 6756176. Применимые также включают смесь аморфной полиэфирной смолы и кристаллической полиэфирной смолы, как описано в патенте US 6830860,

Полиэфирная смола может быть получена из продуктов реакции с участием бисфенола А и окиси пропилена или карбоната пропилена, а также из сложных полиэфиров, полученных путем введения этих продуктов реакции в реакцию с фумаровой кислотой, как описано в патенте US 5227460, и разветвленных полиэфирных смол, образующихся в результате реакции диметилтерефталата с 1,3-бутандиолом, 1,2-пропандиолом и пентаэритритом.

Если полимер получают не в виде эмульсии, для агрегации эмульсии требуется, чтобы из полимеров были сначала получены латексные эмульсии поточными методами с использованием растворителя, такими как эмульгирование с испарением растворителя и/или фазоинверсное эмульгирование с растворителем.

Сшитой смолой может являться сшитый полимер, такой как сшитые стиролакрилаты, стиролбутадиены и/или стиролметакрилаты. Применимые сшитые смолы включают сшитый поли(стиролалкилакрилат), поли(стирол-бутадиен), поли(стирол-изопрен), поли(стиролалкилметакрилат), поли(стиролалкилакрилат-акриловая кислоту), поли(стирол-бутадиен-акриловую кислоту), поли(стирол-изопрен-акриловую кислоту), поли(стиролалкилметакрилат-акриловую кислоту), поли(алкилметакрилаталкилакрилат), поли(алкилметакрилат-арилакрилат), поли(арилметакрилаталкилакрилат), поли(алкилметакрилат-акриловую кислоту), поли(стиролалкилакрилат-акрилонитрил акриловую кислоту), сшитую поли(алкилакрилат-акрилонитрил-акриловую кислоту) и их смеси.

Для сшивания полимера может использоваться сшивающий агент, такой как дивинилбензол или другие дивинилароматические или дивинилакрилатные или метакрилатные мономеры. Сшивающий агент может содержаться в количестве от около 0,01 до около 25%, например от около 0,5 до около 15% или от около 1 до около 10% по весу сшитой смолы.

Частицы сшитой смолы могут содержаться в тонере в количестве от около 1 до около 20%, например от около 4 до около 15% или от около 5 до около 14% по весу тонера. Смолой, используемой для изготовления тонера, может являться смесь гель-смолы и несшитой смолы. В несшитую латексную смолу может добавляться гель-латекс, суспендированный в поверхностно-активном веществе. Гель-латекс означает, например, латекс, содержащий сшитую смолу или полимер или их смеси или несшитую смолу, подвергнутую сшиванию.

Гель-латекс может содержать субмикронные частицы сшитой смолы со среднеобъемным диаметром от около 10 до около 200 нм, например от около 20 до около 100 нм или от около 30 до около 80 нм. Гель-латекс может быть суспендирован в водной фазе содержащего воду поверхностно-активного вещества, количество которого может составлять от около 0,5 до около 5%, например от около 0,7 до около 2% или от около 0,75 до 1,5% по весу всего сухого вещества.

Красители, воски и другие добавки, используемые для получения композиций тонера, могут находиться в виде дисперсий, которые содержат поверхностно-активные вещества. Кроме того, частицы тонера могут быть получены методами агрегации эмульсии, в которых смолу и другие компоненты тонера вводят в контакт с одним или несколькими поверхностно-активными веществами, получают эмульсию, агрегируют частицы тонера, сцепляют, необязательно промывают и сушат, и восстанавливают.

Может использоваться одно, два или более поверхностно-активных веществ. Применимые поверхностно-активные вещества включают ионные или неионные поверхностно-активные вещества. Используемое поверхностно-активное вещество может содержаться в количестве от около 0,01 до около 15% или от около 0,75 до около 4% или от около 1 до около 3% по весу композиции тонера.

Применимые неионные поверхностно-активные вещества включают, например, спирты, кислоты и простые эфиры.

Применимые анионные поверхностно-активные вещества включают сульфаты и сульфонаты, додецилсульфат натрия (SDS), додецилбензолсульфонат натрия, додецилнафталинсульфат натрия, диалкилбензолалкилсульфаты и сульфонаты, кислоты, такие как абиетиновая кислота и их сочетания.

Примеры применимых катионных поверхностно-активных веществ включают алкилбензилдиметиламмонийхлорид, диалкилбензолалкиламмонийхлорид, лаурилтриметиламмонийхлорид, алкилбензилметиламмонийхлорид, алкилбензилдиметиламмонийбромид, бензалконийхлорид, цетилпиридинийбромид, C₁₂, C₁₅, C₁₇ триметиламмонийбромиды, галоидные соли четвертичных полиоксиэтилалкиламинов, додецилбензилтриэтилхлоридаммония, MIRAPOL™ и ALKAQUAT™ производства компании Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (бензалконийхлорид) производства компании Као Chemicals и их смеси.

Выбор конкретных поверхностно-активных веществ или их сочетаний, а также используемых количеств каждого из них находится в компетенции специалистов в данной области техники.

При получении полимерного латекса могут использоваться инициаторы. Применимые инициаторы включают растворимые в воде инициаторы, такие как персульфат аммония, персульфат натрия и персульфат калия, и органические растворимые инициаторы, включающие органические перекиси и азосоединения, включая Vazo-перекиси, такие как VAZO 64™ (2-метил 2-2'-азобиспропаннитрил), VAZO 88™ (2-2'-азобис(изобутирамид)дигидрат) и их сочетания. Дополнительные растворимые в воде инициаторы включают соединения азоамидина, например 2,2'-азобис(2-метил-N-фенилпропионамидин)дихлоргидрат, 2,2'-азобис[N-(4-хлорфенил)-2-метилпропионамидин]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[N-(4-гидроксифенил)-2-метил-пропионамидин]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[N-(4-аминофенил)-2-метилпропионамидин]тетрахлоргидрат, 2,2'-азобис[2-метил-N(фенилметил)пропионамидин]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[2-метил-N-2-пропенилпропионамидин]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[N-(2-гидроксиэтил)2-метилпропионамидин]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[2(5-метил-2-имидазолин-2-ил)пропан]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[2-(2-имидазолин-2-ил)пропан]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[2-(4,5,6,7-тетрагидро-1Н-1,3-диазепин-2-ил)пропан]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[2-(3,4,5,6-тетрагидропиримидин-2-ил)пропан]дихлоргидрат, 2,2'-азобис[2-(5-гидрокси-3,4,5,6-тетрагидропиримидин -2-ил)пропан]дихлоргидрат, 2,2'-азобис {2-[1-(2-гидроксиэтил)-2-имидазолин-2-ил]пропан}дихлоргидрат, их сочетания и т.п.

Инициаторы могут добавляться в любых применимых количествах, таких как от около 0,1 до около 8%, от около 0,2 до около 5% или от около 0,3 до 4% по весу мономеров.

При получении полимерного латекса также могут использоваться регуляторы степени полимеризации. Применимые регуляторы степени полимеризации включают додекантиол, октантиол, четырехбромистый углерод и т.п. или их сочетания. Регуляторы степени полимеризации могут добавляться в любом применимом количестве, например от около 0,1 до около 10%, от около 0,2 до около 5% или от около 3 до около 4% по весу мономеров.

В тонер могут включаться применимые красящие вещества, такие как красители, пигменты, смеси красителей, смеси пигментов, смеси красителей и пигментов в количествах от около 0,1 до около 35%, от около 1 до около 15% или от около 3 до около 10% по весу тонера.

Тонеры могут необязательно содержать воск, которым может являться воск одного типа или сочетание двух или более восков различных типов. При включении воска он может содержаться в количестве, например, от около 1 до около 25%, от около 2 до около 25% или от около 5 до около 20% по весу частиц тонера.

Применимые воски включают воски со средней молекулярной массой от около 500 до около 20000, например от около 700 до около 15000 или от около 1000 до около 10000. Применимые воски включают, например, полиолефины, такие как полиэтиленовые, полипропиленовые и полибутеновые воски, такие как предлагаются на рынке компанией Allied Chemical and Petrolite Corporation, например, POLYWAX™, полиэтиленовые воски производства компании Baker Petrolite, парафиновые эмульсии производства компаний Michaelman, Inc. и Daniels Products, EPOLENE N-15™, предлагаемый на рынке компанией Eastman Chemical Products, Inc., и VISCOL 550-P™, представляющий собой полипропилен с низкой среднемассовой молекулярной массой производства компании Sanyo Kasei К. К.; воски на растительной основе, такие как карнаубский воск, рисовый воск, канделильский воск, сумаховый воск и масло хохобы; воски на животной основе, такие как пчелиный воск; воски на минеральной основе и воски на нефтяной основе, такие как горный воск, озокерит, церезин, парафиновый воск, микрокристаллический воск и воск, получаемый синтезом Фишера-Тропша; сложноэфирные воски, получаемые из высших жирных кислот и высших спиртов, такие как стеарилстеарат и бегенилбегенат; сложноэфирные воски, получаемые из высших жирных кислот и одновалентных или многовалентных низших спиртов, такие как бутилстеарат, пропилолеат, глицеридмоностеарат, глицериддистеарат и пентаэритритолтетрабегенат; сложноэфирные воски, получаемые из высших жирных кислот и многовалентных мультимерных спиртов, такие как диэтиленгликольмоностеарат, дипропиленгликольдистеарат, диглицерилдистеарат и триглицерилтетрастеарат; воски на основе сложного эфира сорбита и высшей жирной кислоты, такие как сорбитмоностеарат, и воски на основе сложного холестерилового эфира высшей жирной кислоты, такие как холестерилстеарат. Примеры функционализованных восков, которые могут использоваться, включают, например, амины, амиды, например AQUA SUPERSLIP 6550™, SUPERSLIP 6530™ производства компании Micro Powder Inc., фторированные воски, например POLYFLUO 190™, POLYFLUO 200™, POLYSILK 19™, POLYSILK 14™ производства компании Micro Powder Inc., фторированные амидные воски, например, MICROSPERSION 19™ также производства компании Micro Powder Inc., имиды, сложные эфиры, четвертичные амины, карбоновые кислоты или акриловую полимерную эмульсию, например, JONCRYL 74™, 89™, 130™, 537™ и 538™ во всех случаях производства компании SC Johnson Воск, и хлорированные полипропилены и полиэтилены производства компаний Allied Chemical and Petrolite Corporation и SC Johnson. Также могут использоваться смеси и сочетания перечисленных восков. Воски могут использоваться, например, в качестве антиадгезионных средств в валиках для термического закрепления.

Частицы тонера могут быть получены любым способом, находящимся в компетенции специалистов в данной области техники. Например, они могут быть получены путем сочетания связующего полимерного латекса, необязательного воска, необязательного красителя и других необязательных добавок. Хотя далее описаны методы агрегации эмульсии, для получения частиц тонера может использоваться любой применимый способ, включая химические методы, такие как суспендирование и инкапсуляция, описанные в патентах US 5290654 и 5302486. Композиции и частицы тонера могут быть получены методами агрегации и коалесценции, в которых небольшие частицы смолы агрегируются до достижения соответствующего размера частиц тонера, а затем подвергаются коалесценции с целью получения частиц окончательной формы и структуры.

Композиции тонера могут быть получены методами агрегации эмульсии, например, путем агрегации смеси необязательного воска и любых других желательных или требуемых добавок и эмульсий, содержащих описанные выше смолы, необязательно в описанных выше поверхностно-активных веществах, а затем коалесценции агрегированной смеси. Смесь может быть получена путем добавления необязательного воска или других материалов, которые также могут необязательно находится в дисперсии(-ях), содержащей поверхностно-активное вещество, в эмульсию, которой может являться смесь двух или более содержащих смолы эмульсий.

В процессе эмульсионной полимеризации в соответствующий реактор, такой как смеситель, могут добавляться реагенты. В реакторе может смешиваться соответствующее количество по меньшей мере одного мономера, например от 1 до около 10 мономеров, поверхностно-активного вещества (веществ), необязательного функционального мономера, необязательного инициатора и необязательного регулятора степени полимеризации, и может инициироваться процесс эмульсионной полимеризации. Условия реакции, выбранные для осуществления эмульсионной полимеризации, включают температуры от около 45 до около 120°С, например от около 60 до около 90°С или от около 65 до около 85°С.

Полимеризация может продолжаться до получения частиц желаемого размера. Частицы могут иметь среднеобъемный диаметр от около 40 до около 800 нм, например, от около 100 до около 400 нм или от около 140 до около 350 нм, измеренный, например, с помощью анализатора размера частиц Microtrac UPA150,

Уровень рН получаемой смеси может регулироваться с помощью кислоты. Уровень рН смеси может регулироваться от около 2 до около 8, например от около 2,5 до около 5,5 или от около 2,5 до около 4,5. Смеси могут быть подвергнуты гомогенизации. Если смесь гомогенизируется, гомогенизация может осуществляться путем перемешивания со скоростью от около 600 до около 8000 оборотов в минуту (об/мин) или от около 2000 до около 7000 об/мин или от около 4000 до около 6000 об/мин. Гомогенизация может осуществляться любыми применимыми средствами.

После получения описанной смеси в нее может быть добавлено вызывающее агрегацию вещество. Применимые вызывающие агрегацию вещества включают водные растворы двухвалентного или многовалентного катионного вещества. Вызывающим агрегацию веществом могут являться, например, галоидные соединения полиалюминия, хлорид полиалюминия (РАС) или соответствующий бромид, фторид или йодид, силикаты полиалюминия, такие как сульфосиликат полиалюминия (PASS), и растворимые в воде соли металлов, включающие хлорид алюминия, нитрит алюминия, сульфат алюминия, алюминиевокалиевые квасцы, 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 сочетания. Вызывающее агрегацию вещество, например, соль полиметалла может находиться в растворе азотной кислоты или разбавленных растворах других кислот, таких как серная кислота, соляная кислота, лимонная кислота или уксусная кислота. Вызывающее агрегацию вещество может добавляться в смесь при более низкой температуре, чем температура стеклования (Tg) смолы.

Вызывающее агрегацию вещество может добавляться в смесь, используемую для изготовления тонера, в количестве от около 0,1 до около 0,25, от около 0,11 до около 0,20 или от около 0,12 до около 0,18 частей на сто частей смолы в смеси.

Количество удерживаемых частицей ионов металла, таких как Al³⁺, может влиять на блеск тонера. Количество удерживаемых ионов металла может дополнительно регулироваться путем добавления таких веществ, как ЭДТК. Количество удерживаемого частицами тонера сшивающего агента, например, Al³⁺ может составлять от около 0,1 до около 1, от около 0,25 до около 0,8 или около 0,5 частей на сто частей.

С целью регулирования агрегации и коалесценции частиц вызывающее агрегацию вещество может дозироваться в смесь в течение определенного времени. Оно может дозироваться в смесь в течение от около 5 до около 240 минут, от около 30 до около 200 минут или от около 40 до около 120 минут. Добавление также может осуществляться в условиях перемешивания смеси, например, со скоростью от около 50 до около 1000 об/мин, от около 100 до около 500 об/мин или от около 125 до около 450 об/мин и при более низкой температуре, чем температура стеклования смолы, как описано выше, например от около 30 до около 90°С, от около 35 до около 70°С или от около 40 до около 65°С.

Агрегация частиц может осуществляться, пока не будут получены частицы предварительно заданного желаемого размера. Заданный желаемый размер означает определенный заранее размер частиц, который желательно получить, при этом размер частиц контролируется в процессе агрегации до достижения такого размера. В процессе агрегации могут отбираться образцы для анализа и определения среднего размера частиц. Таким образом, агрегация может осуществляться путем поддержания повышенной температуры или путем медленного повышения температуры, например, до уровня от около 40 до около 100°С, от около 45 до около 75°С или от около 50 до около 65°С и выдерживания смеси при этой температуре в течение от около 30 до около 360 минут, от около 50 до около 300 минут, или от около 60 до около 120 минут с продолжающимся перемешиванием с целью получения агрегированных частиц. После того, как достигнут предварительно заданный желаемый размер частиц, процесс агрегации прекращают. Заданный желаемый размер частиц может находиться в упомянутых выше диапазонах размеров частиц тонера.

На сформированные агрегированные частицы тонера может наноситься оболочка. В качестве оболочки может использоваться любая смола, описанная выше как смола, применимая в качестве сердцевины. Оболочка может содержать или состоять из одной или нескольких аморфных смол. Оболочка из смолы может наноситься на агрегированные частицы любым способом, находящимся в компетенции специалистов в данной области техники. Оболочка может наноситься до достижения желаемого окончательного размера частиц тонера. Окончательный размер частиц тонера может составлять от около 2 до около 15 микрон, например, от около 3 до около 10 микрон, или от около 3,5 до около 8 микрон.

Для формирования оболочки поверх агрегатов и получения частиц тонера с конфигураций сердцевина-оболочка может использоваться аморфный сложный полиэфир. В качестве альтернативы, для формирования латексной оболочки может использоваться сополимер стирола и n-бутилакрилата. Латекс, используемый для формирования оболочки, может иметь температуру стеклования от около 35 до около 75°С, например от около 40 до около 70°С или от около 45 до около 65°С. Оболочка может содержать второй несшитый полимер, такой как стирол, акрилат, метакрилат, бутадиен, изопрен, акриловые кислоты, метакриловую кислоту, акрилонитрил, сложный полиэфир или их сочетания.

При нанесении оболочки на сформированные агрегированные частицы тонера может добавляться латекс в количестве от около 20 до около 40%, например от около 26 до около 3% или от около 28 до около 34% по весу сухой частицы тонера.

Эмульгированная смола, используемая в процессе формирования оболочки, обычно содержит частицы размером от около 100 до около 260 нм, от около 105 до около 155 нм или около 110 нм и обычно имеет содержание твердого вещества от около 10 до около 50%, от около 15 до около 40% или около 35% по весу.

Частицы тонера могут содержать полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом, которые содержат сополимер регулятора заряда и мономер.

Применимые регуляторы заряда включают комплексы металлов с алкильными производными кислот, таких как салициловая кислота, с другими кислотами, такими как производные дикарбоновой кислоты, бензойная кислота, оксинафтойная кислота, сульфоновые кислоты, другие комплексы, такие как полигидроксиалканоат, трехгалоидная цинковая соль четвертичного фосфония, комплексы металлов с диметилсульфоксидом и их сочетания. Металлы, используемые при формировании таких комплексов, включают цинк, марганец, железо, кальций, цирконий, алюминий, хром и их сочетания. Алкильные группы, которые могут использоваться при получении производных салициловой кислоты, включают метил, бутил, трет-бутил, пропил, гексил и их сочетания. Примеры таких регуляторов заряда включают такие предлагаемые на рынке продукты, как BONTRON® Е-84 и BONTRON® Е-88 (производства компании Orient Chemical). BONTRON® Е-84 является комплексом цинка с 3,5-ди-трет-бутилсалициловой кислотой в виде порошка. BONTRON® E-88 является смесью гидроксиалюминий-бис[2-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилбензоата] и 3,5-ди-трет-бутилсалициловой кислоты. Другие применимые регуляторы заряда включают комплекс калия с 3,5-ди-трет-бутилсалициловой кислотой, комплекс циркония с 3,5-ди-трет-бутилсалициловой кислотой и комплекс алюминия с 3,5-ди-трет-бутилсалициловой кислотой, описанные в патентах US 5223368 и 5324613, и их сочетания.

Применимые мономеры включают мономеры с функциональностью карбоновых кислот, такие как акриловая кислота, метакриловая кислота, β-СЕА, поли(2-карбоксиэтил)акрилат, 2-карбоксиэтилметакрилат, акриловая кислота и их производные и сочетания. Например, функциональные мономеры могут иметь следующую формулу (I):

в которой R1 означает водород или метильную группу; R2 и R3 независимо выбраны из алкильных групп, содержащих от около 1 до около 12 атомов углерода, или фенильной группы; n равно от около 0 до около 20, например, от около 1 до около 10 или от около 2 до около 8. Применимые функциональные мономеры включают бета-карбоксиэтилакрилат (β-СЕА), поли(2-карбоксиэтил)акрилат, 2-карбоксиэтилметакрилат и их сочетания.

Функциональные мономеры с функциональностью карбоновых кислот также могут содержать небольшое количество ионов металлов, таких как натрий, калий и/или кальций, для достижения лучших результатов эмульсионной полимеризации. Ионы металлов могут содержаться в количестве от около 0,001 до около 10%, например, от около 0,5 до около 5% или от около 1,0 до около 3,5% по весу функционального мономера с функциональностью карбоновой кислоты.

Функциональный мономер может добавляться в количестве от около 0,01 до около 5%, например от около 0,05 до около 2% или от около 0,1 до около 1% по весу тонера. Полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом могут содержать один или несколько ССА и один или несколько мономеров. Например, ССА может являться салицилово-цинковая кислота или салицилово-алюминиевая кислота, а мономером может являться метилметакрилат.

Мономер может содержаться в количестве от около 99,9 до около 80,0%, например от около 99,6 до около 85,0% или от около 99,0 до около 92,0% по общему весу полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом. ССА может содержаться в количестве от около 0,01 до около 20,0%, например от около 0,1 до около 15,0% или от около 0,5 до около 8,0% по общему весу полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом.

Условия получения полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом находятся в компетенции специалистов в данной области техники. Полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом могут быть получены путем сочетания и растворения регулятора заряда (ССА), функционального мономера, дополнительного мономера, регулятора степени полимеризации и необязательного поверхностно-активного вещества в применимой емкости, такой как смеситель. Затем в реактор с соответствующим количеством воды и поверхностно-активного вещества может быть загружено соответствующее количество затравочных мономеров, функциональных мономеров и т.п., после чего добавляется соответствующее количество инициатора для начала процесса образования латексной затравки. После получения затравочных частиц начинают подачу смеси мономеров, содержащей растворенный ССА, с целью получения полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом желаемого размера.

Смесь может быть полимеризована, например, методом эмульсионной полимеризации, суспензионной полимеризации, дисперсионной полимеризаций и их сочетаний.

Условия реакции, выбранные для получения полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом, включают температуры, например, от около 30 до около 90°С, например от около 40 до около 75°С или от около 45 до около 70°С. Смешивание может осуществляться со скоростью от около 75 до около 450 оборотов в минуту (об/мин), например, от около 120 до около 300 об/мин или от около 150 до около 250 об/мин. Реакция может продолжаться до получения полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом, что может занимать от около 100 до около 660 минут, например, от около 200 до около 400 минут, или до полного преобразования мономера с получением приемлемых остаточных нелетучих веществ.

Для получения полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом может использоваться любое описанное выше поверхностно-активное вещество. Поверхностно-активное вещество может содержаться в количестве от около 0,25 до около 1,25%, например от около 0,37 до около 0,85% или от около 0,45 до около 0,7% по весу полимеризуемой смеси.

Условия реакции, выбранные для получения полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом, включают температуры от около 30 до около 100°С, от около 40 до около 90°С или от около 45 до около 80°С. Смешивание может осуществляться со скоростью от около 75 до около 450 оборотов в минуту (об/мин), от около 100 до около 450 об/мин или от около 120 до около 300 об/мин. Реакция может продолжаться до получения полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом, что может занимать от около 100 до около 660 минут или от около 200 до около 400 минут или от 225 до около 300 минут, или до полного преобразования мономера с получением приемлемых остаточных нелетучих веществ.

Получаемые полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом могут иметь размер от около 250 до около 1000 нм, например, от около 300 до около 650 нм или от около 325 до около 500 нм.

Полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом могут быть включены в оболочку частицы тонера путем включения в латексную оболочку до ее добавления к сердцевине, включения в последние 10, 20 или 30% остающейся латексной оболочки во время ее формирования, включения в конце формирования латексной оболочки или добавления в поверхность сухой частицы.

Полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом могут включаться в оболочку в любой желаемый момент ее формирования с последующим завершением формирования оболочки. Это может делаться путем добавления полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом в эмульсию для формирования оболочки, при этом полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом могут добавляться непосредственно в эмульсию, или желательно в эмульсию для формирования оболочки добавляют раствор или эмульсию, содержащую полимеризованные заполняющие частицы с усиленным зарядом. Включение заполняющих частиц в частицы тонера описано, например, в патенте US 7276320,

Частицы тонера также могут содержать другие необязательные добавки. Например, помимо описанных выше полимеризованных заполняющих частиц с усиленным зарядом тонер может содержать регуляторы положительного или отрицательного заряда в количестве от около 0,1 до около 10%, от около 1 до около 3% или от 1,5 до около 2,5% по весу тонера. Применимые регуляторы заряда включают четвертичные соединения аммония, в том числе алкилпиридиний-галогениды; бисульфаты; соединения алкилпиридиний, включая описанные в патенте US 4298672; композиции органических сульфатов и сульфонатов, включая описанные в патенте US 4338390; тетрафторбораты цетилпиридиния; метилсульфат дистеарилдиметиламмония; алюминиевые соли, такие как BONTRON E84™ или Е88™ (Hodogaya Chemical); и их сочетания. Такие регуляторы заряда могут применяться одновременно с описанной выше смолой оболочки или после применения смолы оболочки.

С частицами тонера также могут быть смешаны частицы внешней добавки, включая ускорители потока, которые могут присутствовать на поверхности частиц тонера. Примеры этих добавок включают окиси металлов, такие как окись титана, окись кремния, окись олова их смеси и т.п.; коллоидные и аморфные кремнеземы, такие как AEROSIL®, соли металлов и соли металлов жирных кислот, включая стеарат цинка, окиси алюминия, окиси церия и их смеси. Каждая из этих внешних добавок может содержаться в количестве от около 0,1 до около 5%, от около 0,25 до около 3% или от около 1,5 до около 2,5% по весу тонера. Применимые добавки описаны в патентах US 3590000, 3800588 и 6214507.

Свойства частиц тонера могут быть определены любым применимым методом и устройством. Среднеобъемный диаметр частиц (D_50v); среднеобъемное стандартное геометрическое отклонение (GSDv) и среднечисловое стандартное геометрическое отклонение (GSDn) могут определяться с помощью измерительного прибора, такого как Beckman Coulter Multisizer 3,