專利名稱：非磁性單組分顏色調(diào)色劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由于窄的電荷分布和優(yōu)良的充電率而具有極佳的圖像密度和打印效率、并且由于顯著提高的電荷維持性而具有極佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的非磁性單組分顏色調(diào)色劑，及其制備方法。
背景技術(shù)：
近來，在電子照相術(shù)領(lǐng)域中對(duì)顏色調(diào)色劑的需求正在增加。通過捏合并碾碎(kneading and crushing)、懸浮聚合、乳液聚合等方法制備顏色調(diào)色劑。在這些方法中，捏合并碾碎方法由于穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率等方面而被主要使用。
在捏合并碾碎方法中，粘合劑樹脂、顏料、電荷調(diào)節(jié)劑、釋放劑等被熔化并捏合，從而得到混合物。冷卻混合物，并碾碎至需要的粒度，并篩分得到調(diào)色劑。調(diào)色劑通過根據(jù)被顯影的靜電潛像的極性而摩擦充入正或負(fù)電荷，從而被顯影。近來，其中激光束被用作光源的采用靜電攝影的打印機(jī)一直領(lǐng)導(dǎo)著市場(chǎng)。對(duì)緊密性、亮度、可靠性、和純色的需求快速增加。因此，需要具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、并提供極好的質(zhì)量和耐久性的電子照相的設(shè)備。并且，需要具有優(yōu)良打印效率和長(zhǎng)期的穩(wěn)定顯影特性的調(diào)色劑。
為了滿足近來對(duì)更高的分辨率和更好的圖像質(zhì)量的需求，調(diào)色劑的粒度變得越來越小。隨調(diào)色劑的粒度的減小，每單位重量的調(diào)色劑顆粒的表面積就增加。結(jié)果，表面特性影響調(diào)色劑的充電和顆粒特性。隨粒度減小，充電特性就更受電荷調(diào)節(jié)劑影響。通常，金屬絡(luò)合物、含鉻的金屬染料或季銨鹽作為電荷調(diào)節(jié)劑被用于負(fù)充電，苯胺黑或季銨鹽作為電荷調(diào)節(jié)劑被用于正充電。電荷調(diào)節(jié)劑與粘合劑樹脂、石蠟、著色劑等一起被熔化并且被捏合，并且進(jìn)行碾碎和分篩，從而獲得調(diào)色劑。
電荷調(diào)節(jié)劑的原料可以具有相當(dāng)寬的粒度分布。盡管電荷調(diào)節(jié)劑顆粒在熔化或捏合過程中可能被破碎，但是原始的粒度決定電荷調(diào)節(jié)劑的特性。如果電荷調(diào)節(jié)劑具有過大的粒度，則與粘合劑樹脂的粘合能力會(huì)下降，從而在碾壓過程中電荷調(diào)節(jié)劑易與調(diào)色劑分離。結(jié)果，許多調(diào)色劑顆粒不含有電荷調(diào)節(jié)劑，從而電荷分布較寬，因此易發(fā)生背景污染和圖象不清。否則，如果電荷調(diào)節(jié)劑具有過小的粒度，則大多數(shù)電荷調(diào)節(jié)劑顆粒存在于調(diào)色劑內(nèi)部，從而它們沒有幫助改進(jìn)充電特性。
因此，需要通過限定電荷調(diào)節(jié)劑的粒度和分布而改進(jìn)與粘合劑樹脂的粘合能力、電荷分布以及電荷維持性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人研究具有窄的電荷分布和優(yōu)良充電率的顏色調(diào)色劑，該顏色調(diào)色劑能夠提高電荷維持性(charge maintenance)。本發(fā)明的發(fā)明人注意到電荷調(diào)節(jié)劑的粒度和分布影響與粘合劑樹脂的粘合能力、電荷分布、電荷維持性等，因此他們通過確定含有10～35wt％的具有50～500nm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑和65～90wt％的具有1～4μm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑的調(diào)色劑由于均一的電荷分布和優(yōu)良充電率而具有極佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，從而完成本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種含有包括具有大粒度的電荷調(diào)節(jié)劑和具有小粒度的電荷調(diào)節(jié)劑的調(diào)色劑母顆粒；二氧化硅和二氧化鈦的非磁性單組分的顏色調(diào)色劑及其制備方法。
具體實(shí)施例方式
在以下詳細(xì)的說明書中，本發(fā)明的實(shí)施例通過說明實(shí)施本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為最優(yōu)的模式而被描述和說明?？梢岳斫?，本發(fā)明可以在許多方面被修改，所有這些修改不脫離本發(fā)明。因此，說明書被認(rèn)為是本質(zhì)上的說明，而不是限制性的。
本發(fā)明提供了一種非磁性單組分顏色調(diào)色劑，該顏色調(diào)色劑包括含有10～35wt％的具有50～500nm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑和65～90wt％的具有1～4μm粒度電荷調(diào)節(jié)劑的調(diào)色劑母顆粒；二氧化硅和二氧化鈦。
本發(fā)明還提供了一種制備非磁性單組分顏色調(diào)色劑的方法，該方法包括以下步驟制備含有10～35wt％的具有50～500nm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑和65～90wt％的具有1～4μm粒度電荷調(diào)節(jié)劑的調(diào)色劑母顆粒(步驟1)；以及用二氧化硅和二氧化鈦涂覆該調(diào)色劑母顆粒(步驟2)。
本發(fā)明使用的電荷調(diào)節(jié)劑包括a)10～35wt％的具有50～500nm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑和b)65～90wt％的具有1～4μm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑。更優(yōu)選地，本發(fā)明使用的電荷調(diào)節(jié)劑包括15～25wt％的具有150～450nm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑和b)75～85wt％的具有1～4μm粒度的電荷調(diào)節(jié)劑。優(yōu)選含有0.5～5wt％、更優(yōu)選含有1～3wt％的電荷調(diào)節(jié)劑。二氧化硅具有5～50nm、優(yōu)選10～40nm的平均粒度。優(yōu)選含有1.0～3.0wt％、更優(yōu)選含有1.5～2.8wt％的二氧化硅。二氧化鈦具有0.05～2μm、優(yōu)選0.1～1.5μm的平均粒度。優(yōu)選含有0.2～2.5wt％、更優(yōu)選含有0.5～2wt％的二氧化鈦。
除非特別指出，否則本發(fā)明的說明書中提及的平均粒度為數(shù)目平均粒度(number-average particle size)。
如果具有較小粒度的電荷調(diào)節(jié)劑的含量低于10wt％，則不能獲得充分均一的電荷分布。另外，如果其含量超過35wt％，則具有較大的比表面積的具有較小粒度的顆粒穿入調(diào)色劑顆粒，從而不能在調(diào)色劑顆粒的表面上充分地起到電荷調(diào)節(jié)劑的功能。此時(shí)，長(zhǎng)期印刷效率可能被破壞。
如果具有較大平均粒度的電荷調(diào)節(jié)劑的含量低于65wt％，則具有較大平均粒度的電荷調(diào)節(jié)劑易于在調(diào)色劑顆粒的表面上聚集，從而不能夠提供優(yōu)良的充電率。此外，如果其含量超過90wt％，則難以獲得均一的電荷分布，并且如果大量的電荷調(diào)節(jié)劑顆粒出現(xiàn)在表面，則大多數(shù)電荷調(diào)節(jié)劑由于其比具有較小粒度的顆粒而具有與粘合劑樹脂更弱的粘合能力而被分離。結(jié)果，難以獲得均一的電荷分布，并且可能發(fā)生背景污染或圖像不清晰。
對(duì)于具有特定形狀的粒度分布的電荷調(diào)節(jié)劑，金屬絡(luò)合物、苯胺黑染料、三苯甲烷染料、季銨鹽或有機(jī)金屬酒石(organotartar)化合物如氧化二丁錫等可以被使用。金屬絡(luò)合物中的金屬可以為Al、Zr、Zn、Ba等。盡管電荷調(diào)節(jié)劑的固有特性如正充電性或負(fù)充電性沒有改變，但是由于特定的粒度分布可以獲得更窄的電荷分布和更好的充電率。
調(diào)色劑母顆粒還包括作為必要組分的粘合劑樹脂、著色劑和石蠟。
粘合劑樹脂可以為苯乙烯類，如苯乙烯、氯代苯乙烯和乙烯基苯乙烯；烯烴，如乙烯、丙烯、丁烯和異戊二烯；乙烯基酯，如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯基酯、苯甲酸乙烯酯和乳酸乙烯基酯；丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸十二烷基酯；乙烯基醚，如乙烯基·甲基醚、乙烯基·乙基醚和乙烯基·丁基醚；乙烯基酮，如乙烯基甲基酮、乙烯基己基酮和乙烯基異丙基酮；及其混合物。
優(yōu)選地，聚苯乙烯、苯乙烯-烷基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-烷基甲基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-馬來酸酐共聚物、聚乙烯、聚丙烯等被使用。更優(yōu)選地，聚酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰胺、改性樹脂、石蠟(paraffin)等被使用。
對(duì)于著色劑，碳黑、磁性顏料、染料或色素可以被使用。例如，苯胺黑染料、苯胺藍(lán)、木炭藍(lán)、鉻黃、海軍藍(lán)、杜邦油紅(DuPont oilred)、氯化亞甲基藍(lán)、酞菁藍(lán)、燈黑(lamp black)、玫瑰紅、C.I.顏料紅48:1、C.I.顏料紅48:4、C.I.顏料紅122、C.I.顏料紅57:1、C.I.顏料紅257、C.I.顏料紅269、C.I.顏料黃97、C.I.顏料黃12、C.I.顏料黃17、C.I.顏料黃14、C.I.顏料黃13、C.I.顏料黃16、C.I.顏料黃81、C.I.顏料黃126、C.I.顏料黃127、C.I.顏料藍(lán)9、C.I.顏料藍(lán)15、C.I.顏料藍(lán)15:1、C.I.顏料藍(lán)15:3等可以被使用。
無機(jī)氧化細(xì)顆粒如用六甲基二硅氮烷、二甲基二氯硅烷、辛基三甲氧硅烷等疏水處理的SiO2、TiO2、MgO、Al2O3、MnO、ZnO、Fe2O3、CaO、BaSO4、CeO2、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO、K2O·(TiO2)n和Al2O3·2SiO2可以作為流動(dòng)性促進(jìn)劑(fluidityaccelerator)被加入到調(diào)色劑母顆粒中。調(diào)色劑母顆?？梢赃M(jìn)一步含有釋放劑。
調(diào)色劑母顆粒的粒度優(yōu)選為10μm、更優(yōu)選為4～10μm、最優(yōu)選為5～9μm。
在通過將具有特定形狀的粒度分布的電荷調(diào)節(jié)劑與樹脂粘合劑、著色劑和石蠟(釋放劑)混合并捏合制備調(diào)色劑母顆粒后，二氧化硅和二氧化鈦顆粒被加入以制備本發(fā)明的非磁性單組分的顏色調(diào)色劑。
優(yōu)選二氧化硅的平均粒度為5～50nm、更優(yōu)選為10～40nm。優(yōu)選含有1.0～3.0wt％、更優(yōu)選含有1.5～2.8wt％的二氧化硅。二氧化鈦的平均粒度優(yōu)選為0.05～2μm、更優(yōu)選為0.1～1.5μm。優(yōu)選含有0.2～2.5wt％、更優(yōu)選含有0.5～2wt％的二氧化鈦。
盡管二氧化硅和二氧化鈦可以靜電吸附于調(diào)色劑母顆粒的表面，但是使用亨舍爾混合機(jī)(Henschel mixer)、雜交儀(hybridizer)等的機(jī)械混合處理是優(yōu)選的。優(yōu)選地，調(diào)色劑母顆粒、二氧化硅、二氧化鈦在以至少10m/s的攪拌速度混合后被涂覆。
所得的非磁性單組分顏色調(diào)色劑優(yōu)選具有至多20μm、更優(yōu)選具有3～15μm的平均粒度。
本發(fā)明的非磁性單組分顏色調(diào)色劑提供比常規(guī)的對(duì)應(yīng)物更好的長(zhǎng)期圖像穩(wěn)定性。在提供更高的分辨率、更好的印刷效率和更清晰的顏色方面也是有利的。隨調(diào)色劑顆粒的尺寸逐漸減小，取得更好的效果。
因此，具有優(yōu)良的充電性、電荷維持性和清晰顏色的非磁性單組分顏色調(diào)色劑可以根據(jù)本發(fā)明被制備。該調(diào)色劑是更環(huán)保的，并且能夠提供更穩(wěn)定的圖像，同時(shí)滿足較高分辨率的需要。
以下，通過實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，以下實(shí)施例僅用于理解本發(fā)明，而不限定本發(fā)明。
實(shí)施例11)調(diào)色劑母顆粒的制備使用亨舍爾混合機(jī)混合94重量份的聚酯樹脂(分子量＝2.5×105)、4重量份的酞菁P.BI.15:3、1重量份的含有30wt％的具有50～500nm粒度的顆粒和70wt％的具有1～4μm粒度的顆粒的含金屬偶氮鹽(電荷調(diào)節(jié)劑C)和4重量份的具有低分子量的聚丙烯。該混合物在165℃下使用雙熔化捏合機(jī)(twin melt kneader)被熔化并捏合、使用噴射研磨粉碎機(jī)被碾碎、并且使用空氣分級(jí)器被分篩，從而獲得具有7.5μm的體積-平均粒度的調(diào)色劑母顆粒。
2)非磁性單組分顏色調(diào)色劑的制備將2.0wt％的具有17nm平均粒度的二氧化硅和1.0wt％的具有0.1μm平均粒度的二氧化鈦顆粒與100重量份所制備的調(diào)色劑母顆?；旌希瑫r(shí)使用亨舍爾混合機(jī)以至少10m/s的葉尖速度攪拌3分鐘，從而獲得非磁性單組分顏色調(diào)色劑。
實(shí)施例2～182除了根據(jù)以下表4～8中所示的組成使用以下表1中所示的二氧化硅、以下表2中所示的二氧化鈦和以下表3中所示的電荷調(diào)節(jié)劑外，以與實(shí)施例1相同的方法制備非磁性單組分顏色調(diào)色劑。
表1

*1 BET測(cè)量酯*2 HMDS＝六甲基二硅氮烷表2

表3


表4


表5


表6


表7


表8


<對(duì)比實(shí)施例1～270>
除了根據(jù)以下表9～16中所示的組成使用上述表1中所示的電荷調(diào)節(jié)劑、上述表2中所示的二氧化硅、和上述表3中所示的二氧化鈦外，以與實(shí)施例1相同的方法制備非磁性單組分顏色調(diào)色劑。也就是，在對(duì)比實(shí)施例中使用不具有特定形狀的粒度的電荷調(diào)節(jié)劑。
表9


表10


表11


表12


表13

表14

表15

表16

<測(cè)試實(shí)施例1>
使用接觸型非磁性單組分顯影打印機(jī)(HP 4600，Hewlett-Packard)在標(biāo)準(zhǔn)溫度和濕度(20℃，55％RH)下，使用實(shí)施例1～182和對(duì)比實(shí)施例1～270中制備的各非磁性單組分顏色調(diào)色劑打印5000張紙。測(cè)試圖象密度、打印效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。結(jié)果如下表17-22所示。
1)圖像密度(I.D.)使用麥克佩斯反射型顯象密度計(jì)(Macbeth reflectancedensitometer)RD918測(cè)試實(shí)心面積。
○圖像密度為1.4，或大于1.4。
△圖像密度為1.2～1.4。
×圖像密度為1.0～1.2。
2)打印效率在5000張紙中，通過計(jì)算每500張紙中的廢紙數(shù)而計(jì)算打印效率。
◎打印效率為80％或更高。
○打印效率為70～80％。
△打印效率為60～70％。
×打印效率為50～60％。
3)長(zhǎng)期穩(wěn)定性確認(rèn)打印5000張紙后是否I.D.和打印效率被維持。
AI.D.為1.4或更高，打印效率為80％或更高。
BI.D.為1.3～1.4，打印效率為70～80％。
CI.D.為1.2～1.3，打印效率為60～70％。
DI.D.為1.0～1.2，打印效率為50～60％。
表17


表18


表19


表20


表21


表22


如表所示，當(dāng)使用如本發(fā)明的具有特性形狀的粒度分布的電荷調(diào)節(jié)劑時(shí)，則具有優(yōu)良的圖像密度、打印效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這是因?yàn)?，具有較大粒度的電荷調(diào)節(jié)劑顆粒易出現(xiàn)在表面，然而，具有較小粒度的電荷調(diào)節(jié)劑顆粒由于與粘合劑樹脂的較強(qiáng)粘合力而不出現(xiàn)在顆粒表面。
由以上描述顯然可知，本發(fā)明的含有具有特性形狀的粒度分布的電荷調(diào)節(jié)劑的非磁性單組分顏色調(diào)色劑由于具有較小粒度的電荷調(diào)節(jié)劑與粘合劑樹脂具有優(yōu)良粘合力、以及具有較大粒度的電荷調(diào)節(jié)劑易于出現(xiàn)在表面因而其作為電荷調(diào)節(jié)劑能夠發(fā)揮極優(yōu)的功能。包括此類電荷調(diào)節(jié)劑的調(diào)色劑由于良好的充電性而提供較高的分辨率，并且由于均勻的電荷分布而確保長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
盡管，根據(jù)解釋性的實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解在不脫離附加權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和替代。
權(quán)利要求
1.一種非磁性單組分顏色調(diào)色劑，包括含有10～35wt％的平均粒度為50～500nm的電荷調(diào)節(jié)劑和65～90wt％的平均粒度為1～4μm的電荷調(diào)節(jié)劑的調(diào)色劑母顆粒；二氧化硅和二氧化鈦。
2.如權(quán)利要求1所述的非磁性單組分顏色調(diào)色劑，其特征在于，調(diào)色劑母顆粒進(jìn)一步含有粘合劑樹脂、顏料、和石蠟。
3.如權(quán)利要求1所述的非磁性單組分顏色調(diào)色劑，其特征在于，調(diào)色劑母顆粒的平均粒度至多為10μm。
4.如權(quán)利要求1所述的非磁性單組分顏色調(diào)色劑，其特征在于二氧化硅的平均粒度為5～50nm。
5.如權(quán)利要求1所述的非磁性單組分顏色調(diào)色劑，其特征在于，二氧化硅含有1.0～3.0wt％。
6.如權(quán)利要求1所述的非磁性單組分顏色調(diào)色劑，其特征在于，二氧化鈦的平均粒度為0.05～2μm。
7.一種制備非磁性單組分顏色調(diào)色劑的方法，包括以下步驟步驟1，制備含有10～35wt％的粒度為50～500nm的電荷調(diào)節(jié)劑和65～90wt％的粒度為1～4μm的調(diào)色劑母顆粒；以及步驟2，用二氧化硅和二氧化鈦涂覆調(diào)色劑母顆粒。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，涂覆是將調(diào)色劑母顆粒與二氧化硅和二氧化鈦混合后，以至少10m/s的速率攪拌。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非磁性單組分顏色調(diào)色劑及其制備方法。在該包括調(diào)色劑母顆粒、二氧化硅和二氧化鈦的非磁性單組分顏色調(diào)色劑中，調(diào)色劑母顆粒包括特定形狀的粒度分布的電荷調(diào)節(jié)劑，并且因此，使非磁性單組分顏色調(diào)色劑具有窄的電荷分布和優(yōu)良的充電率。因此，該顏色調(diào)色劑不導(dǎo)致在非成像區(qū)域的污染。并且，因?yàn)樵擃伾{(diào)色劑具有優(yōu)良的圖像密度和打印效率以及顯著提高的電荷維持性，從而具有優(yōu)良的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G03G9/08GK1764874SQ200580000030
公開日2006年4月26日 申請(qǐng)日期2005年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月13日
發(fā)明者李炯鎮(zhèn), 樸柱鏞, 李昶淳 申請(qǐng)人:Lg化學(xué)株式會(huì)社