Композиции тонеров для закрепления холодным давлением на основе смесей кристаллического сложного полиэфира и аморфного органического соединения - RU2710594C1

Чертежи

Описание

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее описание относится к композициям тонеров для применения в ксерографии. В частности, настоящее описание относится к композициям тонеров для закрепления холодным давлением.

[002] Тонеры для закрепления холодным давлением обычно используют в системах с парой цилиндров высокого давления для закрепления тонера на бумаге без нагревания. К преимуществам таких систем относится применение низкой мощности и небольшого нагрева бумаги. В одном из примеров тонер для закрепления холодным давлением содержит преимущественно воск на основе этиленвинилацетатного сополимера с температурой размягчения 99 °С, а также полиамидный термопластичный полимер с температурой размягчения 120 °С. Пример такого подхода описан в патенте США № 4935324, включенном в настоящий документ посредством ссылки. В другом примере тонер для закрепления холодным давлением содержит сополимер стирола с 1-трет-бутил-2-этенилбензолом и полиолефиновый воск, примером которого является тонер для закрепления холодным давлением Xerox 4060. Другие тонеры холодного закрепления имеют в своей основе ядро из длинноцепочечного акрилата, получаемого суспензионной полимеризацией, такого как лаурилакрилат. Примеры таких композиций описаны в патентах США № 5013630 и 5023159, которые включены в настоящий документ посредством ссылки. Такие системы разрабатывают таким образом, чтобы их ядро имело температуру стеклования T_g ниже комнатной температуры. Для сохранения жидкого содержимого ядра в частице тонера на ядро наносят твердую оболочку, такую как полиуретан, полученный межфазной полимеризацией.

[003] Сложности работы со структурами с высоким содержанием воска включают их работу только при высоком давлении, таком как примерно 2000 psi или даже 4000 psi, что составляет, соответственно, 140 кгс/см² и 280 кгс/см², и даже после этого стойкость изображения может быть недостаточной. В случае структур с длинноцепочечным акрилатным ядром оболочка должна быть очень тонкой, чтобы разрушаться под давлением, но предотвращение протекания капсул может быть весьма затруднительным, поскольку ядро обычно является жидким при комнатной температуре.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

[004] В некоторых аспектах варианты реализации настоящего изобретения относятся к композициям тонеров для закрепления холодным давлением, содержащим по меньшей мере один материал на основе кристаллического сложного полиэфира, имеющий температуру плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, и по меньшей мере один материал на основе аморфного C16-C80 органического соединения, имеющий Tg от примерно -30 °С до примерно 70 °С.

[005] В других аспектах варианты реализации настоящего изобретения относятся к способам нанесения тонера для закрепления холодным давлением, включающим обеспечение композиции тонера для закрепления холодным давлением, содержащей по меньшей мере один материал на основе кристаллического сложного полиэфира, имеющий температуру плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, и по меньшей мере один аморфный C16-C80 органический сложный эфир, имеющий Tg от примерно 0 °С до примерно 60 °С, нанесение композиции тонера для закрепления холодным давлением на подложку и приложение давления на композицию, нанесенную на подложку, в условиях закрепления холодным давлением.

[006] В других аспектах варианты реализации настоящего изобретения относятся к латексам, полученным из композиции тонера для закрепления холодным давлением, содержащим по меньшей мере один кристаллический сложный полиэфир, имеющий температуру плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, и по меньшей мере один C16-C80 аморфный сложный эфир канифоли, имеющий Tg от примерно -30 °С до примерно 60 °С.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее описаны различные варианты реализации настоящего описания со ссылкой на фигуры, где:

[007] На фиг. 1 представлена вязкость, измеренная с помощью прибора для определения текучести Shimadzu, с температурным профилем для иллюстративной смеси кристаллического сложного эфира, представляющего собой дистеарилтерефталат, и аморфной политерпеновой смолы SYLVARES™ TR A25 в соотношении 79/21 масс. % для применения для закрепления холодным давлением. При низком давлении, составляющем 10 кгс/см², температура перехода для достижения вязкости 10⁴ Па-с составляет 77 °С, тогда как при высоком давлении, составляющем 100 кгс/см², температура перехода для достижения вязкости 10⁴ Па-с составляет 38 °С. Изменение температуры перехода для достижения вязкости 10⁴ Па-с при давлении от 10 кгс/см² до 100 кгс/см² составляет 39 °С.

[008] На фиг. 2A представлены температуры перехода, измеренные с помощью прибора для определения текучести Shimadzu, для иллюстративной смеси кристаллического сложного эфира, представляющего собой дистеарилтерефталат, с различными аморфными низкомолекулярными органическими материалами с различными Tg в соотношении 79/21 масс. %. Представлены температуры перехода для достижения 10⁴ Па-с при 10 кгс/см², при 100 кгс/см² и разность температуры перехода для достижения 10⁴ Па-с при 10 кгс/см² за вычетом соответствующей температуры при 100 кгс/см².

[009] На фиг. 2B представлен график, полученный для тех же материалов, как на фиг. 2A, и с температурами перехода, как на фиг. 1, но демонстрирующий влияние различных Ts различных аморфных низкомолекулярных соединений.

[0010] На фиг. 3 представлены результаты измерений на приборе Shimadzu для иллюстративной смеси кристаллического сложного полиэфирного полимера с аморфной низкомолекулярной политерпеновой смолой SYLVARES™TR A25 в соотношении 79/21 масс. %.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0011] В вариантах реализации настоящего изобретения предложены тонеры для закрепления холодным давлением, которые содержат по меньшей мере одно кристаллическое органическое соединение, которое может представлять собой низкомолекулярное соединение или органический полимер, любой из которых связан с по меньшей мере одним аморфным органическим низкомолекулярным соединением или органической олигомерной смолой. Кристаллические и аморфные компоненты смешивают друг с другом с получением материала, который подвергается фазовому переходу из твердого состояния в жидкое при невысокой температуре, такой как от примерно 20 °С до примерно 70 °С при давлении лишь от примерно 25 кгс/см² до примерно 100 кгс/см² и до примерно 400 кгс/см². В различных вариантах реализации предложены тонеры для закрепления холодным давлением, которые содержат по меньшей мере одно кристаллическое низкомолекулярное соединение, такое как, например, кристаллический низкомолекулярный сложный эфир, и по меньшей мере одно аморфное органическое соединение или композицию смолы, или в различных вариантах реализации по меньшей мере одно аморфное органическое низкомолекулярное соединение или композицию органической олигомерной смолы. Кристаллические и аморфные низкомолекулярные соединения смешивают друг с другом с обеспечением материала, который подвергается фазовому переходу из твердого состояния в жидкое при невысокой температуре, такой как от примерно 20 °С до примерно 70 °С при давлении лишь от примерно 25 кгс/см² до примерно 100 кгс/см² и до примерно 400 кгс/см². В некоторых вариантах реализации тонеры для закрепления холодным давлением могут содержать структуру твердых чернил, используемую при струйной печати твердыми чернилами. В то время как твердые чернила для струйной печати обычно используют при нагревании выше 100 °С, было неожиданно обнаружено, что при приложении давления указанные материалы демонстрируют требуемую текучесть вблизи комнатной температуры и, следовательно, идеально подходят для применения в тонерах для закрепления холодным давлением.

[0012] В различных вариантах реализации предложены тонеры для закрепления холодным давлением, которые содержат по меньшей мере одну смолу на основе кристаллического сложного полиэфира и по меньшей мере одно аморфное органическое низкомолекулярное соединение или композицию органической олигомерной смолы. Смолу на основе кристаллического сложного полиэфира и аморфные низкомолекулярные соединения смешивают друг с другом с обеспечением материала, который подвергается фазовому переходу из твердого состояния в жидкое при невысокой температуре, такой как от примерно 20 °С до примерно 70 °С при давлении лишь от примерно 25 кгс/см² до примерно 100 кгс/см² и до примерно 400 кгс/см².

[0013] В данном контексте «низкомолекулярная» или олигомерная смола имеет менее примерно 80 атомов углерода и менее примерно 100 атомов углерода и кислорода в сумме.

[0014] В различных вариантах реализации предложены композиции тонеров для закрепления холодным давлением, содержащие по меньшей мере один кристаллический органический материал, такой как кристаллический сложный эфир или кристаллический сложный полиэфир, имеющий температуру плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, и по меньшей мере одно C₁₆-C₈₀ аморфное низкомолекулярное соединение или олигомерную смолу, имеющую T_g от примерно -30 °С до примерно 70 °С.

[0015] В различных вариантах реализации предложены композиции тонеров для закрепления холодным давлением, содержащие по меньшей мере один кристаллический C₁₆-C₈₀ органический материал, такой как кристаллический сложный эфир, имеющий температуру плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, и по меньшей мере одно аморфное соединение или смолу, имеющую Tg от примерно -30 °С до примерно 70 °С, или в различных вариантах реализации по меньшей мере одно C₁₆-C₈₀ аморфное низкомолекулярное соединение или олигомерную смолу, имеющую T_g от примерно -30 °С до примерно 70 °С.

[0016] В данном контексте «низкомолекулярное соединение» относится к органическому соединению, т.е. соединению, содержащему по меньшей мере атомы углерода и водорода, и имеющему молекулярную массу менее 2000 дальтон или менее 1500 дальтон, или менее 1000 дальтон, или менее 500 дальтон.

[0017] В данном контексте «тонер для закрепления холодным давлением» или «тонер CPF» относится к тонерному материалу, предназначенному для нанесения на подложку и который закрепляют на подложке, главным образом, посредством приложения давления. Несмотря на то, что для облегчения закрепления тонера CPF может быть необязательно использовано нагревание, одно из преимуществ композиций, описанных в настоящем документе, заключается в возможности применения более слабого нагрева или, в различных вариантах реализации, без нагревания. Закрепление посредством приложения давления может быть обеспечено в широком диапазоне давлений, таком как от примерно 50 кгс/см² до примерно 100 кгс/см² и до примерно 200 кгс/см². При необходимости может быть использовано более высокое давление до примерно 400 кгс/см², однако, в целом, такие более высокие значения давлений являются нежелательным, поскольку вызывают каландрирование или даже сморщивание бумаги, что искажает внешний вид и тактильные качества бумаги и требует применения более прочных прижимных цилиндров и пружинных механизмов.

[0018] В различных вариантах реализации тонер CPF содержит по меньшей мере один кристаллический сложный полиэфир. В некоторых таких вариантах реализации тонер CPF содержит кристаллический сложный диэфир. В различных вариантах реализации по меньшей мере один кристаллический сложный полиэфир содержит необязательно замещенный фениловый или бензиловый сложный эфир. В некоторых вариантах реализации по меньшей мере один кристаллический сложный полиэфир содержит дистеарилтерефталат (DST).

[0019] В некоторых вариантах реализации подходящие кристаллические сложные эфиры могут представлять собой диэфиры от примерно C₁₆ до C₈₀, с температурой плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, например, такие как представлены далее в примерах в таблице 1.

[0020] В определенных вариантах реализации может потребоваться введение в указанные материалы одной или более кислотных групп, таких как карбоксилатная или сульфонатная, для обеспечения отрицательного заряда для улучшения характеристик тонера. Указанные кислотные группы также могут быть подходящими для применения материалов при эмульсионно-агрегационной обработке тонера. В различных вариантах реализации кислотный фрагмент может быть расположен в любом месте ароматических остатков соединений, перечисленных в таблице 1. В других вариантах реализации кислота может быть обеспечена посредством включения некоторого количества сложного моноэфира вместо диэфира, так чтобы один конец молекулы содержал кислотный фрагмент.

Таблица 1.

СтруктураT_плавл (°C)T_крист (°C)T_g (°C)

9447н.д.

11562н.д.

74~50н.д.

10251н.д.

8634н.д.

35н.д.н.д.

12775н.д.

5920-26н.д.

10062н.д.

56-5н.д.

119~75н.д.

8018н.д.

80, 8363н.д.

7121н.д.

87~50н.д.

6942н.д.

583н.д.

«DST»8879н.д.

«DBT»9582н.д.

«DPT»11083н.д.

[0021] В различных вариантах реализации кристаллическое соединение представляет собой сложное диэфирное соединение, полученное по схеме 1, представленной ниже.

Схема 1

[0022] где R представляет собой насыщенную или этиленненасыщенную алифатическую группу, в одном из вариантов реализации содержащую по меньшей мере примерно 6 атомов углерода, а в другом варианте реализации содержащую по меньшей мере примерно 8 атомов углерода, и в одном из вариантов реализации не более примерно 100 атомов углерода, в другом варианте реализации не более примерно 80 атомов углерода, и в другом варианте реализации не более примерно 60 атомов углерода, хотя количество атомов углерода может выходить за пределы указанных диапазонов. В конкретном варианте реализации кристаллическое соединение получают из природных жирных спиртов, таких как октанол, стеариловый спирт, лауриловый спирт, бегениловый спирт, миристиловый спирт, каприновый спирт, линолеиловый спирт и т.п. Указанная выше реакция может быть проведена посредством смешивания диметилтерефталата и спирта в расплаве в присутствии оловянного катализатора, такого как дилаурат дибутилолова (Fascat 4202), оксид дибутилолова (Fascat 4100); цинкового катализатора, такого как Bi cat Z; или висмутового катилазитора, такого как Bi cat 8124, Bi cat 8108; титанового катализатора, такого как диоксид титана. Для проведения процесса необходимы лишь следовые количества катализатора.

[0023] В различных вариантах реализации катализатор присутствует в количестве от примерно 0,01 масс. процента до 2 масс. процентов или от примерно 0,05 масс. процента до примерно 1 масс. процента относительно общего продукта.

[0024] Реакция может быть проведена при повышенной температуре от примерно 150 °С до примерно 250 °С или от примерно 160 °С до примерно 210 °С. такой способ без применения растворителя является экологически безопасным и исключает проблемы с побочными продуктами, а также подразумевает более высокую производительность реактора.

[0025] В различных вариантах реализации кристаллический компонент может иметь структуру Формулы A:

где p1 равен от примерно 1 до примерно 40, и q1 равен от примерно 1 до примерно 40. В некоторых вариантах реализации p1 равен от примерно 8 до примерно 26, от примерно 14 до примерно 20 или от примерно 16 до примерно 18. В некоторых вариантах реализации q1 равен от примерно 8 до примерно 26, от примерно 14 до примерно 20 или от примерно 16 до примерно 18. В некоторых вариантах реализации p1 равен q1.

[0026] В некоторых вариантах реализации кристаллический компонент присутствует в количестве от примерно 50 процентов до примерно 95 процентов по массе, от примерно 60 процентов до примерно 95 процентов по массе или от примерно 65 процентов до примерно 95 процентов по массе, или от примерно 70 процентов до примерно 90 процентов по массе от общей массы композиции тонера CPF.

[0027] Как правило, массовое соотношение кристаллического компонента к аморфному компоненту составляет от примерно 50:50 до примерно 95:5 или составляет от примерно 60:40 до примерно 95:5, или составляет от примерно 70:30 до примерно 90:10.

[0028] В различных вариантах реализации кристаллический компонент представляет собой смолу на основе сложного полиэфира. Смолы на основе кристаллического сложного полиэфира могут быть получены из двухосновной кислоты и диола. Примеры органических диолов, выбранных для получения смол на основе 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 и т.п.; соли сульфоалифатических диолов с щелочными металлами, такие как 2-сульфо-1,2-этандиол натрия, 2-сульфо-1,2-этандиол лития, 2-сульфо-1,2-этандиол калия, 2-сульфо-1,3-пропандиол натрия, 2-сульфо-1,3-пропандиол лития, 2-сульфо-1,3-пропандиол калия, их смеси и т.п. Алифатический диол, например, выбран в количестве от примерно 45 до примерно 50 мольных процентов смолы, а соль сульфоалифатического диола с щелочным металлом может быть выбрана в количестве от примерно 1 до примерно 10 мольных процентов смолы.

[0029] Примеры органических двухосновных кислот или сложных диэфиров, выбранных для получения смол на основе кристаллического сложного полиэфира, включают щавелевую кислоту, янтарную кислоту, глутаровую кислоту, адипиновую кислоту, субериновую кислоту, азелаиновую 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 диэфиры или ангидриды; и соли сульфоорганической двухосновной кислоты с щелочными металлами, такими как натриевая, литиевая или калиевая соль диметил-5-сульфоизофталата, диалкил-5-сульфоизофталат-4-сульфо-1,8-нафталинового ангидрида, 4-сульфофталевой кислоты, диметил-4-сульфофталата, диалкил-4-сульфофталата, 4-сульфофенил-3,5-дикарбометоксибензола, 6-сульфо-2-нафтил-3,5-дикарбометоксибензола, сульфотерефталевой кислоты, диметилсульфотерефталата, 5-сульфоизофталевой кислоты, диалкилсульфотерефталата, сульфо-п-гидроксибензойной кислоты, N,N-бис(2-гидроксиэтил)-2-аминоэтансульфоната, или их смеси. Органическая двухосновная кислота может быть выбрана в количестве, например, от примерно 40 до примерно 50 мольных процентов смолы, а соль сульфоалифатической двухосновной кислоты с щелочным металлом может быть выбрана в количестве от примерно 1 до примерно 10 мольных процентов смолы.

[0030] Например, получены кристаллические смолы 1,12-додекандиовой кислоты с диолами от C3 (1,3-пропиленгликоль) до C12 (1,12-додекандиол) с получением кристаллических сложных полиэфиров с Tпл от примерно 60 °С до примерно 90 °С. Свойства кристаллических сложных полиэфиров, используемых согласно вариантам реализации настоящего изобретения, представлены ниже в таблице 2.

[0031] Тонеры для закрепления холодным давлением состоят из смеси смолы на основе кристаллического сложного полиэфира с температурой плавления от примерно 30 °С до примерно 90 °С и по меньшей мере одного аморфного сложного моно-, ди-, три- и тетраэфира, включая эфиры канифоли, на основе глицерина, пропиленгликоля, дипропиленгликоля, винной кислоты, лимонной кислоты или пентаэритрита, или терпенового олигомера, содержащего от примерно 16 до примерно 80 атомов углерода и имеющего Tg от примерно 0 °С до примерно 40 °С.

[0032] В различных вариантах реализации кристаллический сложный полиэфир может иметь кислотное число от примерно 6 до примерно 30, Mn от примерно 1000 до примерно 10000, и Mw от примерно 2000 до примерно 30000.

[0033] Тонеры могут быть получены любыми способами, включая обычную экструзию и измельчение, суспендирование, способ SPSS, включение в N-Cap тонер, включение в EA тонер, необязательно с оболочкой.

[0034] Латексы могут быть получены, но не ограничиваясь этим, мгновенным испарением растворителя или эмульгированием с инверсией фаз, включая способы без применения растворителя.

[0035] В различных вариантах реализации композиция тонера для закрепления холодным давлением содержит по меньшей мере один резинат или сложный эфир канифоли, который может представлять собой сложный моно-, ди-, три-, тетраэфир на основе спирта, такого как метанол, глицерин (1,2,3-тригидроксипропан), диэтиленгликоль, этиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, ментол, неопентилгликоль, пентаэритрит (2,2-бис(гидркосиметил)-1,3-пропандиол), фенол, трет-бутил-фенол, и кислоты, такой как винная кислота, лимонная кислота, щавелевая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, адипиновая кислота, субериновая кислота, азелаиновая кислота, фумаровая кислота, малеиновая кислота, додекандиовая кислота и себациновая кислота. Подходящие сложные эфиры канифоли включают, без ограничения, сложные эфиры, содержащие от примерно 16 до примерно 80 атомов углерода, включая сложные эфиры, имеющие среднечисловую молекулярную массу Mn от примерно 300 до примерно 1200 и средневесовую молекулярную массу Mw от примерно 300 до примерно 2000. Подходящие сложные эфиры канифоли, без ограничения, имеют кислотное число от примерно 0 до примерно 300. Необязательно могут быть включены сложные моноэфиры, в том числе сложные моноэфиры с некоторой кислотной функциональной группой, включая канифольные кислоты, с кислотным числом от примерно 30 до примерно 400.

[0036] В данном контексте «резинат» или «сложный эфир канифоли» синонимично относятся к этерифицированным канифольным кислотам. Такие канифольные кислоты могут включать природные смолистые кислоты, выделяемые различными видами деревьев, главным образом, сосной и другими хвойными породами. Канифоль может быть выделена из эфирного масла живичного скипидара посредством перегонки. Смолу таллового масла получают при перегонке сырого таллового масла, побочного продукта процесса производства крафт-бумаги. Кроме того, «отходы корчевания» сосновых деревьев могут быть перегнаны или экстрагированы с растворителем для выделения канифоли, которую называют экстракционной канифолью. Канифоль, используемая для получения сложного эфира канифоли, может быть частично или полностью гидрирована для удаления некоторых или по существу всех двойных связей в канифоли, что приводит к осветлению цвета и существенно улучшает стабильность канифоли и эфира канифоли. Например, абиетиновая кислота может быть частично дегидрирована с получением дигидроабиетиновой кислоты или полностью дегидрирована с получением тетрагидроабиетиновой кислоты.

[0037] Более того, может потребоваться введение некоторого количества кислотных групп в аморфный компонент тонерных материалов для холодного закрепления для обеспечения отрицательного заряда для улучшения характеристик тонера и эмульсионно-агрегационной обработки тонера. Для указанной цели может быть использовано некоторое количество аморфного материала, имеющего на конце молекул свободную кислотную группу, а не сложноэфирную. В альтернативном варианте, некоторые сложноэфирные группы могут быть замещены сложноэфирными группами, дополнительно содержащими кислотную функциональную группу. Подходящие сложные эфиры канифоли, которые имеются в продаже, включают метиловый эфир канифоли ABALYN®, эфир пентаэритрита и канифоли PENTALYN® A, глицериновый эфир канифоли PEXALYN® 9085, эфир пентаэритрита и канифоли PEXALYN® T, глицериновый эфир канифоли PINOVA® Ester Gum 8BG, глицериновый эфир гидрированной канифоли FORAL® 85, эфир пентаэритрита и гидроабиетиновой (канифолевой) кислоты FORAL® 105, глицериновый эфир гидрированной канифоли FORAL® 3085, метиловый эфир гидрированной канифоли HERCOLYN® D, эфир пентаэритрита и канифоли PENTALYN® H, все продукты производства компании Pinova; ARAKAWA® Ester Gum G, ARAKAWA® Ester Gum AA-L, ARAKAWA® Ester Gum AAV, ARAKAWA® Ester Gum AT, эфиры канифоли производства компании Arakawa Chemical Industries, Ltd.; ARAKAWA® Ester Gum HP, ARAKAWA® Ester Gum H, ARAKAWA® Ester Gum HT, эфиры гидрированной канифоли производства компании Arakawa Chemical Industries, Ltd.; ARAKAWA® S-80, ARAKAWA® S-100, ARAKAWA® S-115, ARAKAWA® A-75, ARAKAWA® A-100, ARAKAWA® A-115, ARAKAWA® A-125, ARAKAWA® L, ARAKAWA®A-18, стабилизированные эфиры канифоли производства компании Arakawa Chemical Industries, Ltd.; смолы ARAKAWA® KE-311 и KE-100, триглицериды гидрированной абиетиновой (канифолевой) кислоты производства компании Arakawa Chemical Industries, Ltd.; эфир гидрированной канифоли ARAKAWA® KE-359 и эфир диспропорционированной канифоли ARAKAWA® D-6011 производства компании Arakawa Chemical Industries, Ltd.; и SYLVALITE® RE 10L, SYLVALITE® RE 80HP, SYLVALITE® RE 85L, SYLVALITE® RE 100XL, SYLVALITE® RE 100L, SYLVALITE® RE 105L, SYLVALITE® RE 110L, SYLVATAC® RE 25, SYLVATAC® RE 40, SYLVATAC® RE 85, SYLVATAC® RE 98, все продукты производства компании Arizona Chemical; и глицериновый эфир канифоли PERMALYN™ 5095, глицериновый эфир канифоли PERMALYN™ 5095-C, эфир пентаэритрита и канифоли PERMALYN™ 5110, эфир пентаэритрита и канифоли PERMALYN™ 5110-C, эфир пентаэритрита и канифоли PERMALYN™ 6110, эфир пентаэритрита и канифоли PERMALYN™ 6110-M, эфир пентаэритрита и канифоли PERMALYN™ 8120, эфир частично гидрированной канифоли STAYBELITE™ Ester 3-E, эфир частично гидрированной канифоли STAYBELITE™ Ester 5-E и эфир частично гидрированной канифоли STAYBELITE™ Ester 10-E, все продукты производства компании Eastman Kodak; и латексы эфиров канифоли ARAKAWA® ESTER E-720 и SUPER ESTER E-730-55 производства компании Arakawa Chemical Industries, Ltd. В таблице 3 представлены примеры других аморфных сложных эфиров, подходящих для тонеров для закрепления холодным давлением, описанных в настоящем документе.

Таблица 3

СтруктураT_плавл (°C)T_крист (°C)T_g (°C)

«TMC»н.д.н.д.6

«DMT«н.д.н.д.11-16

+ смеси «TBCT»н.д.н.д.5

[0038] Другие подходящие низкомолекулярные аморфные материалы включают другие модифицированные канифоли, и они не ограничиваются сложными эфирами канифоли. Примеры других подходящих низкомолекулярных аморфных модифицированных канифолей включают UNI-TAC® 70 производства компании Arizona Chemicals и гидроабиетиловый спирт ABITOL™ E производства компании Eastman Kodak; и димеризованную канифоль POLY-PALE™ производства компании Eastman Kodak.

[0039] Другие подходящие низкомолекулярные аморфные материалы включают терпеновые смолы, такие как смолы из α-пинена, включая PICCOLYTE® A25, PICCOLYTE® A115 и PICCOLYTE® A125 производства компании Pinova; и смолы из β-пинена, PICCOLYTE®S25, PICCOLYTE® S85, PICCOLYTE® S115 и PICCOLYTE® S125 производства компании Pinova; и смолы из d-лимонена, включая PICCOLYTE® C85, PICCOLYTE® C105, PICCOLYTE® C115, PICCOLYTE® C115, PICCOLYTE® D115 производства компании Pinova; и смолы из смешанных терпенов, такие как PICCOLYTE® F105 IG и PICCOLYTE® F115 IG производства компании Pinova; и другие смолы на основе терпенов, включая SYLVARES® TR A25, SYLVARES® TR B115, SYLVARES® TR 7115, SYLVARES® TR 7125, SYLVAGUM® TR 90, SYLVAGUM® TR 105, стирол-модифицированную терпеновую смолу ZONATAC® NG 98 производства компании Arizona Chemicals; и синтетические политерпеновые смолы, такие как NEVTAC® 2300, NEVTAC® 100 и NEVTAC® 80 производства компании Neville Chemical Company; и стирол-модифицированную политерпеновую смолу d-лимонена PICCOLYTE® HM106 производства компании Pinova; и гидрированные терпеновые смолы, такие как CLEARON® P115, CLEARON® P105, CLEARON® P85 производства компании Yasuhara Chemical Co., Ltd.; гидрированные терпеновые смолы, модифицированные ароматическими соединениями, такие как CLEARON® M115, CLEARON® M105, CLEARON® K100, CLEARON® K4100, терпеновые полимерные смолы, модифицированные ароматическими соединениями, такие как YS Resin TO115, YS Resin TO105, YS Resin TO85, YS Resin TR105 производства компании Yasuhara Chemical Co., Ltd.; и терпенфенольные смолы, включая YS Polyster U130, YS Polyster U115, YS Polyster T115, YS Polyster T100, YS Polyster T80, все продукты производства компании Yasuhara Chemical Co., Ltd., и SYLVARES® TP 96, SYLVARES® TP 300, SYLVARES® TP 2040, SYLVARES® TP 2019, SYLVARES® TP 2040HM, SYLVARES® TP 105, SYLVARES® TP 115 производства компании Arizona chemicals.

[0040] Другие подходящие низкомолекулярные аморфные материалы включают канифолевые кислоты, включая, но не ограничиваясь ими, FORAL® AX, термопластичную кислотную смолу, получаемую гидрированием экстракционной канифоли, и FORAL® NC, синтетическую смолу, которая представляет собой частичный резинат натрия экстракционной канифоли с высокой степенью гидрирования, FORAL® AX, оба производства компании Pinova; и ARAKAWA® KE-604, ARAKAWA® KE-604B, ARAKAWA® KR-610, ARAKAWA® KR-612 и ARAKAWA® KR-614, гидрированные канифоли производства компании Arakawa Chemical Industries, Ltd.

[0041] Другие подходящие низкомолекулярные аморфные материалы включают класс материалов, известных как загустители, и в данную категорию обычно входят многие аморфные материалы, указанные в настоящем документе. Известны также другие загустители, и они могут подходить в качестве низкомолекулярного аморфного материала, используемого согласно настоящему изобретению, или могут быть добавлены в эффективных количествах, до примерно 40%. Примеры других потенциально эффективных загустителей включают алифатическую смолу мономера C5, PICCOTAC™ 1095, гидрированную смолу мономера C5 EASTOTAC™ H-100R, смолу EASTOTAC™ H-100L, смолу EASTOTAC™ H-100W, смолы мономера C9 KRISTALEX™ 1120, PICCOTEX™ 75, PICCOTEX™ LC, углеводородную смолу PICCOTEX™ 100, смолы стирольных мономеров C8 PICCOLASTIC™ A5, PICCOLASTIC™ A75, гидрированные смолы ароматического мономера C9 REGALITE™ S1100, частично гидрированные смолы ароматического мономера C9 REGALITE™ S5100, REGALITE™ S7125, REGALITE™ R1100, REGALITE™ R7100, REGALITE™ R1090, REGALITE™ R1125, REGALITE™ R9100, смолы смешанных алифатических мономеров C5 и ароматических мономеров C9 PICCOTAC™ 8095, PICCOTAC™ 9095, PICCOTAC™ 7050, ароматические углеводородные смолы, REGALREZ™ 1094, гидрированные ароматические углеводородные смолы мономера C9, REGALREZ™ 1085, частично гидрированную смолу ароматического мономера C9 REGALREZ™, все продукты производства компании Eastman; нефтяную смолу, модифицированную алифатическим C5, WINGTACK® 10, WINGTACK® 95, WINGTACK® 98, WINGTACK® 86, нефтяную смолу, модифицированную ароматическими соединениями, WINGTACK® ET, и нефтяную смолу, модифицированную ароматическими соединениями, WINGTACK® STS, все продукты производства компании Cray Valley.

[0042] В композиции тонера для закрепления холодным давлением кислотная функциональная группа может присутствовать в по меньшей мере одном кристаллическом сложном эфире, в по меньшей мере одном аморфном резинате, или в обоих соединениях. В некоторых таких вариантах реализации кислотную функциональную группу вводят в виде сложного моноэфира двухосновной кислоты. В других вариантах реализации кислотную функциональную группу вводят в виде отдельной функциональной группы, присутствующей в по меньшей мере одном кристаллическом сложном эфире. В других вариантах реализации кислотную функциональную группу вводят в виде отдельной функциональной группы, присутствующей в по меньшей мере одном аморфном резинате. В различных вариантах реализации аморфный низкомолекулярный компонент может иметь кислотное число от примерно 0 до примерно 30.

[0043] В различных вариантах реализации температура для снижения вязкости материала до значения примерно 10000 Па-С при приложенном давлении примерно 100 кгс/см² составляет от примерно 0 °С до примерно 50 °С, в других вариантах реализации от примерно 10 °С до примерно 40 °С, в дополнительных вариантах реализации от примерно 0 °С до примерно 30 °С. В других вариантах реализации приложенное давление для обеспечения текучести тонерных материалов составляет от примерно 25 до примерно 400 кгс/см², и в дополнительных вариантах реализации от примерно 50 до примерно 200 кгс/см². Для тонера, закрепляемого холодным давлением, может потребоваться, чтобы тонерный материал обладал текучестью при температуре вблизи комнатной температуры при приложенном давлении системы закрепления холодным давлением, для обеспечения растекания тонера по поверхности подложки и в поры или волокна в подложке, а также для обеспечения затекания частиц тонера друг в друга с обеспечением гладкого сплошного слоя тонера, эффективно склеенного с подложкой. Может быть необходимым, чтобы приложенное давление было относительно низким по сравнению с известным в данной области техники, таким как примерно 100 кгс/см². Однако в различных вариантах реализации давление может быть более высоким, до примерно 400 кгс/см², или более низким, например, лишь 25 кгс/см², при условии, что могут быть соблюдены вышеуказанные условия для обеспечения начала течения тонера и вязкости потока. В различных вариантах реализации может быть использовано некоторое нагревание для предварительного нагрева тонера или бумаги перед подачей в систему закрепления холодным давлением, что может обеспечивать возможность закрепления холодным давлением при температурах несколько выше комнатной температуры.

[0044] В различных вариантах реализации может потребоваться такое закрепление холодным давлением, что при низком давлении, таком как прилагаемое давление примерно 10 кгс/см², тонер для закрепления холодным давлением не имеет существенной текучести, в результате чего частицы тонера слипаются друг с другом, например, в тонерном картридже или в принтере, включая камеру проявления, или на визуализирующих поверхностях, таких как фотоэлемент, или в различных вариантах реализации на промежуточной ленте для переноса изображения. При транспортировке или внутри принтера температура может увеличиваться до 50 °С, поэтому в различных вариантах реализации может потребоваться, чтобы тонер не имел существенной текучести для обеспечения слипания частиц друг с другом при температурах до 50 °С при давлении примерно 10 кгс/см². Так, в различных вариантах реализации температура для снижения вязкости материала до значения примерно 10000 Па-с, для тонера для закрепления холодным давлением при более низком давлении, например, приложенном давлении примерно 10 кгс/см², составляет от примерно 50 °С до примерно 70 °С, в различных вариантах реализации от примерно 55 °С до примерно 70 °С, в различных вариантах реализации от примерно 60 °С до примерно 90 °С, или в дополнительных вариантах реализации при давлении от примерно 20 кгс/см² до примерно 40 кгс/см².

[0045] Следовательно, может потребоваться высокая температура для обеспечения текучести материала при низком давлении, репрезентативном для хранения и использования в принтере, и низкая температура для материала при требуемом более высоком давлении закрепления холодным давлением. В различных вариантах реализации расчетное изменение температуры составляет от примерно 10 °С до примерно 60 °С, при этом вязкость потока композиции для закрепления холодным давлением равна примерно 10000 Паскаль-секунд при повышении давления, прилагаемого к композиции для закрепления холодным давлением, от 10 до 100 кгс/см². В таких вариантах реализации изменение температуры может быть рассчитано по уравнению

Δ T_η=10000 = T_η=10000(10 кгс/см²) – T_η=10000(100 кгс/см²)

где T_η=10000(10 кгс/см²) представляет собой температуру для вязкости потока η, равной 10000 Па-с, при приложенном давлении 10 кгс/см², а T_η=10000(100 кгс/см²) представляет собой температуру для вязкости потока η, равной 10000 Па-с, при 100 кгс/см². В других вариантах реализации прилагаемое низкое давление для хранения и использования в принтере может составлять от примерно 10 кгс/см² до примерно 40 кгс/см², а прилагаемое высокое давление для закрепления холодным давлением может составлять от примерно 25 кгс/см² до примерно 400 кгс/см².

[0046] В различных вариантах реализации предложены способы нанесения тонера для закрепления холодным давлением, включающие обеспечение композиции тонера для закрепления холодным давлением, содержащей: по меньшей мере один кристаллический материал и один низкомолекулярный аморфный материал, C₁₆-C₈₀ кристаллический сложный эфир, имеющий температуру плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, и по меньшей мере один аморфный сложный эфир, имеющий T_g от примерно -30 °С до примерно 70 °С, нанесение композиции тонера для закрепления холодным давлением на подложку и приложение давления на композицию, нанесенную на подложку, в условиях закрепления холодным давлением. В некоторых вариантах реализации прилагаемое давление составляет от примерно 25 кгс/см² до примерно 400 кгс/см². В различных вариантах реализации закрепление холодным давлением проводят посредством приложения давления в вышеуказанном диапазоне между двумя прижимными цилиндрами, которые могут быть выбраны из известных прижимных цилиндров, таких как цилиндры, описанные в патенте США 8541153, включенном в настоящий документ посредством ссылки. Примеры прижимных цилиндров представляют собой цилиндрические металлические ролики, которые могут быть необязательно покрыты фторсодержащими смолами, такими как политетрафторэтиленовые смолы TEFLON® PTFE, перфторалкокси-смолы TEFLON® PFA, фторированный этиленпропилен TEFLON® FEP, аморфные фторопластовые смолы DUPONT™ TEFLON® AF, и силиконовыми смолами, или комбинациями различных смол. Два прижимных цилиндра могут быть изготовлены из одного материала или могут быть различными. В различных вариантах реализации стадия закрепления представляет собой закрепление холодным давлением без какого-либо непосредственного применения нагревания на стадии закрепления. Однако в результате нагрева компонентов принтера, фрикционного нагревания между цилиндрами, температура в спекающем зазоре может быть выше комнатной температуры. Кроме того, бумага и/или слой тонера на бумаге в различных вариантах реализации могут быть нагреты, например, с помощью нагревательной лампы до входа в устройство закрепления холодным давлением.

[0047] В различных вариантах реализации предложены латексы, полученные из композиции тонера для закрепления холодным давлением, содержащие по меньшей мере один кристаллический C₁₆-C₆₀ сложный полиэфир, имеющий температуру плавления в диапазоне от примерно 30 °С до примерно 130 °С, и по меньшей мере один C₁₆-C₈₀ аморфный резинат, имеющий T_g от примерно 0 °С до примерно 60 °С.

[0048] Тонеры могут быть получены из композиций тонера для закрепления холодным давлением, описанных в настоящем документе, любым способом, включая обычную экструзию и измельчение, суспендирование, способ SPSS (получение сферических частиц тонера на основе сложного полиэфира суспендированием раствора полимера и пигмента с последующим удалением растворителя, как описано в Journal of the Imaging Society of Japan, том 43, 1, 48-53, 2004), включение в N-Cap тонер (инкапсулированный тонер, описанный, например, в патенте США 5283153) и включение в эмульсионно-агрегационный тонер, необязательно с оболочкой. Там, где это требуется для применений тонеров, могут быть получены латексы, содержащие кристаллические и/или аморфные смеси, полученные мгновенным испарением растворителя, эмульгированием с инверсией фаз, включая способы без применения растворителя.

[0049] В тонерах CPF, описанных в настоящем документе, могут присутствовать другие добавки. Композиции тонера CPF согласно вариантам реализации настоящего изобретения могут дополнительно необязательно содержать одну или более обычных добавок для обеспечения преимущества известной функциональности, обусловленной указанными обычными добавками. Указанные добавки могут включать, например, окрашивающие агенты, антиоксиданты, пеногасители, скользящие и выравнивающие агенты, осветлители, модификаторы вязкости, адгезивы, пластификаторы и т.п. При их наличии, необязательные добавки, каждая по отдельности или все вместе, могут присутствовать в тонере CPF в любом требуемом или эффективном количестве, таком как от примерно 1% до примерно 10%, от примерно 5% до примерно 10% или от примерно 3% до примерно 5% по массе тонера CPF.

[0050] В стандартную композицию тонера CPF добавляют антиоксиданты для предотвращения изменения цвета низкомолекулярной композиции. В различных вариантах реализации антиоксидантный материал может включать IRGANOX® 1010; и NAUGARD® 76, NAUGARD® 445, NAUGARD® 512 и NAUGARD® 524. В различных вариантах реализации антиоксидант представляет собой NAUGARD® 445. В других вариантах реализации антиоксидант может включать MAYZO® BNX® 1425, кальциевую соль фосфоновой кислоты, и тиофенол MAYZO® BNX® 358, оба продукта производства компании MAYZO®, а также дисульфид нонилфенола ETHANOX® 323A производства компании SI Group.

[0051] В различных вариантах реализации тонеры CPF, описанные в настоящем документе, могут дополнительно содержать пластификатор. Иллюстративные пластификаторы могут включать Uniplex 250 (производства компании Unitex), пластификаторы на основе фталатных сложных эфиров производства компании Ferro под торговым названием SANTICIZER®, такие как диоктилфталат, диундецилфталат, алкилбензилфталат (SANTICIZER® 278), трифенилфосфат (производства компании Ferro), KP-140, трибутоксиэтилфосфат (производства компании Great Lakes Chemical Corporation), дициклогексилфталат MORFLEX® 150 (производства компании Morflex Chemical Company Inc.), триоктилтримеллитат (производства компании Sigma Aldrich Co.) и т.п. Пластификаторы могут присутствовать в количестве от примерно 0,01 до примерно 30 процентов, от примерно 0,1 до примерно 25 процентов, от примерно 1 до примерно 20 процентов по массе тонера CPF.

[0052] В различных вариантах реализации композиции тонера для закрепления холодным давлением, описанные в настоящем документе, содержат также окрашивающий агент. В композициях тонера для закрепления холодным давлением может быть использован любой требуемый или эффективный окрашивающий агент, включая красители, пигменты, их смеси. Может быть выбран любой краситель или пигмент, при условии, что он может быть диспергирован или растворен в тонере CPF и является совместимым с другими компонентами тонера CPF. Могут быть использованы любые обычные окрашивающие материалы для тонера для закрепления холодным давлением, такие как красители, растворимые в органических средах, дисперсные красители, модифицированные кислотные и прямые красители, основные красители, сернистые красители, кубовые красители, флуоресцентные красители в соответствии с цветовым индексом (C.I.) и т.п. Примеры подходящих красителей включают NEOZAPON® красный 492 (BASF); ORASOL® красный G (Pylam Products); прямой бриллиантовый розовый B (Oriental Giant Dyes); прямой красный 3BL (Classic Dyestuffs); SUPRANOL® бриллиантовый красный 3BW (Bayer AG); лимонный желтый 6G (United Chemie); светопрочный желтый 3G (Shaanxi); Aizen Spilon желтый C-GNH (Hodogaya Chemical); Bemachrome желтый GD Sub (Classic Dyestuffs); CARTASOL® бриллиантовый желтый 4GF (Clariant); цибаноновый желтый 2G (Classic Dyestuffs); ORASOL® черный RLI (BASF); ORASOL® черный CN (Pylam Products); Savinyl черный RLSN (Clariant); пиразоловый черный BG (Clariant); MORFAST® черный 101 (Rohm & Haas); диазоловый черный RN (ICI); THERMOPLAST® синий 670 (BASF); ORASOL® синий GN (Pylam Products); Savinyl синий GLS (Clariant); LUXOL® голубой стойкий MBSN (Pylam Products); Sevron синий 5GMF (Classic Dyestuffs); BASACID® синий 750 (BASF); KEYPLAST® синий (Keystone Aniline Corporation); NEOZAPON® черный X51 (BASF); Classic сольвент черный 7 (Classic Dyestuffs); SUDAN® синий 670 (C.I. 61554) (BASF); SUDAN® желтый 146 (C.I. 12700) (BASF); SUDAN® красный 462 (C.I. 26050) (BASF); дисперсный желтый C.I. 238; Neptune красный основной NB543 (BASF, сольвент красный C.I. 49); Neopen синий FF-4012 (BASF); Fastol черный BR (сольвент черный C.I. 35) (Chemische Fabriek Triade BV); Morton Morplas маджента 36 (сольвент красный C.I. 172); металлофталоцианиновые красители, такие как описаны в патенте США № 6221137, полное описание которого включено в настоящий документ посредством ссылки, и т.п. Также могут быть использованы полимерные красители, такие как красители, описанные, например, в патенте США 5621022 и в патенте США 5231135, полное описание которых включено в настоящий документ посредством ссылки, а также полимерные красители, имеющиеся в продаже, например, у компании Milliken & Company под названием Milliken чернильный желтый 869, Milliken чернильный синий 92, Milliken чернильный красный 357, Milliken чернильный желтый 1800, Milliken чернильный черный 8915-67, неразбавленный Reactint оранжевый X-38, неразбавленный Reactint синий X-17, сольвент желтый 162, кислотный красный 52, сольвент синий 44 и неразбавленный Reactint фиолетовый X-80.

[0053] Подходящие окрашивающие агенты для тонеров для закрепления холодным давлением представляют собой также пигменты. Примеры подходящих пигментов включают PALIOGEN® фиолетовый 5100 (BASF); PALIOGEN® фиолетовый 5890 (BASF); HELIOGEN® зеленый L8730 (BASF); LITHOL® алый D3700 (BASF); SUNFAST® синий 15:4 (Sun Chemical); HOSTAPERM® синий B2G-D (Clariant); HOSTAPERM® синий B4G (Clariant); перманентный красный P-F7RK; HOSTAPERM® фиолетовый BL (Clariant); LITHOL® алый 4440 (BASF); Bon красный C (Dominion Color Company); ORACET® розовый RF (BASF); PALIOGEN® красный 3871 K (BASF); SUNFAST® синий 15:3 (Sun Chemical); PALIOGEN® красный 3340 (BASF); SUNFAST® карбазол фиолетовый 23 (Sun Chemical); LITHOL® стойкий алый L4300 (BASF); SUNBRITE® желтый 17 (Sun Chemical); HELIOGEN® синий L6900, L7020 (BASF); SUNBRITE® желтый 74 (Sun Chemical); SPECTRA® PAC C оранжевый 16 (Sun Chemical); HELIOGEN® синий K6902, K6910 (BASF); SUNFAST® маджента 122 (Sun Chemical); HELIOGEN® синий D6840, D7080 (BASF); SUDAN® синий OS (BASF); NEOPEN синий FF4012 (BASF); PV стойкий синий B2GO1 (Clariant); IRGALITE синий GLO (BASF); PALIOGEN® синий 6470 (BASF); SUDAN® оранжевый G (Aldrich); SUDAN® оранжевый 220 (BASF); PALIOGEN® оранжевый 3040 (BASF); PALIOGEN® желтый 152, 1560 (BASF); LITHOL® стойкий желтый 0991 K (BASF); PALIOTOL желтый 1840 (BASF); NOVOPERM желтый FGL (Clariant); желтый для струйной печати 4G VP2532 (Clariant); тонер желтый HG (Clariant); Lumogen желтый D0790 (BASF); Suco желтый L1250 (BASF); Suco желтый D1355 (BASF); Suco стойкий желтый D1355, D1351 (BASF); HOSTAPERM розовый E 02 (Clariant); ганза бриллиантовый желтый 5GX03 (Clariant); перманентный желтый GRL 02 (Clariant); перманентный рубиновый L6B 05 (Clariant); FANAL розовый D4830 (BASF); CINQUASIA® маджента (DU PONT); PALIOGEN® черный L0084 (BASF); пигмент черный K801 (BASF); и технический углерод, такой как REGAL 330™ (Cabot), Nipex 150 (Evonik), техуглерод 5250 и техуглерод 5750 (Columbia Chemical), и т.п., а также их смеси.

[0054] Дисперсии пигментов в тонере CPF могут быть стабилизированы синергистами и диспергирующими агентами. Как правило, подходящие пигменты могут быть органическими или неорганическими материалами. Подходят также пигменты на основе магнитных материалов, например, для получения прочных чернил для распознавания символов, нанесенных магнитными чернилами (MICR). Магнитные пигменты включают магнитные наночастицы, такие как, например, ферромагнитные наночастицы.

[0055] Подходят также окрашивающие агенты, описанные в патенте США № 6472523, в патенте США № 6726755, в патенте США № 6476219, в патенте США № 6576747, в патенте США № 6713614, в патенте США № 6663703, в патенте США № 6755902, в патенте США № 6590082, в патенте США № 6696552, в патенте США № 6576748, в патенте США № 6646111, в патенте США № 6673139, в патенте США № 6958406, в патенте США № 6821327, в патенте США № 7053227, в патенте США № 7381831 и в патенте США № 7427323, полное описание каждого из которых включено в настоящий документ посредством ссылки.

[0056] В различных вариантах реализации используют красители, растворимые в органических средах. Пример красителя, растворимого в органических средах и подходящего для применения согласно настоящему изобретению, может включать спирторастворимые красители, благодаря их совместимости с носителями для тонера CPF, описанными в настоящем документе. Примеры подходящих спирторастворимых красителей включают NEOZAPON® красный 492 (BASF); ORASOL® красный G (Pylam Products); прямой бриллиантовый розовый B (Global Colors); Aizen Spilon красный C-BH (Hodogaya Chemical); Kayanol красный 3BL (Nippon Kayaku); Spirit желтый стойкий 3G; Aizen Spilon желтый C-GNH (Hodogaya Chemical); CARTASOL® бриллиантовый желтый 4GF (Clariant); PERGASOL® желтый 5RA EX (Classic Dyestuffs); ORASOL® черный RLI (BASF); ORASOL® синий GN (Pylam Products); Savinyl черный RLS (Clariant); MORFAST® черный 101 (Rohm and Haas); THERMOPLAST® синий 670 (BASF); Savinyl синий GLS (Sandoz); LUXOL® синий прочный MBSN (Pylam); Sevron синий 5GMF (Classic Dyestuffs); BASACID® синий 750 (BASF); KEYPLAST® синий (Keystone Aniline Corporation); NEOZAPON® черный X51 (C.I. сольвент черный, C.I. 12195) (BASF); SUDAN® синий 670 (C.I. 61554) (BASF); SUDAN® желтый 146 (C.I. 12700) (BASF); SUDAN® красный 462 (C.I. 260501) (BASF), их смеси и т.п.

[0057] Окрашивающий агент может присутствовать в тонере для закрепления холодным давлением в любом требуемом или эффективном количестве для получения требуемого цвета или оттенка, таком как, например, по меньшей мере от примерно 0,1 процента по массе тонера CPF до примерно 50 процентов по массе тонера CPF, по меньшей мере от примерно 0,2 процента по массе тонера CPF до примерно 20 процентов по массе тонера CPF, и от по меньшей мере примерно 0,5 процента по массе тонера CPF до примерно 10 процентов по массе тонера CPF. Окрашивающий агент может быть включен в тонер CPF в количестве, например, от примерно 0,1 до примерно 15% по массе тонера CPF или от примерно 0,5 до примерно 6% по массе тонера CPF.

[0058] Следующие примеры представлены для иллюстрации вариантов реализации настоящего описания. Предполагается, что указанные примеры являются лишь иллюстративными, и они не предназначены для ограничения объема настоящего описания. Кроме того, доли и проценты выражены относительно массы, если не указано иное. В контексте настоящего документа «комнатная температура» относится к температуре от примерно 20 °С до примерно 25 °С.

ПРИМЕРЫ

Пример 1. Кристаллический C16-C80 органический материал

[0059] В данном примере описано испытание иллюстративных тонеров для закрепления холодным давлением в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

[0060] Испытание способности к закреплению холодным давлением на приборе для определения текучести Shimadzu: Для испытания способности материалов к текучести под давлением, в соответствии с требованиями закрепления холодным давлением, использовали прибор для определения текучести Shimadzu, также известный как капиллярный реометр (производства компании Shimadzu Scientific Instruments). Твердые образцы разрезали или разламывали на кусочки с помощью резинового молотка. Образцы не высушивали и не измельчали. Все материалы прессовали в заготовки при давлении 5000 фунтов и времени выдержки 10 секунд. Затем образцы испытывали на приборе Shimadzu CFT 500/100. Все образцы продавливали через конический мундштук размером 1,0 х 1,0 мм, используя поршень с площадью поперечного сечения 1 см². Типичная масса образцов составляла примерно от 1,5 г до 2,5 г. Использовали следующие условия: примерно от 23 до 26 °С в начале, 10 кг или 100 кг, 180 секунд предварительного нагревания и скорость нагревания 3 °С/мин. Таким образом, испытывали два давления: 10 кгс/см² в качестве контрольного, низкого давления, и 100 кгс/см² в качестве высокого давления, при этом второе, т.е. высокое, давление является репрезентативным для целевого давления в процессе закрепления холодным давлением. Ниже в таблице 4 представлены композиции и результаты испытаний двух контрольных тонеров на приборе Shimadzu.

[0061] Контроль 1 представляет собой пример тонера для закрепления холодным давлением, который состоит из сополимера стирола с 1-трет-бутил-2-этенилбензолом и полиолефинового воска, тонер для закрепления холодным давлением Xerox 4060. В таблице 4 показано, что переход от высокой к низкой вязкости потока контрольного тонера 1, который представляет собой тонер для закрепления холодным давлением, при примерно 10⁴ Па-с при высоком давлении происходит при температуре примерно на 10 °С ниже, чем при низком давлении, и даже при высоком давлении имеет температуру перехода в текучее состояние более 100 °С. Следует отметить, что контроль 1 предназначен для закрепления при давлении около 300 кгс/см², что примерно в 3 раза выше, чем давление, использованное в данном примере. Но явно не подходит для закрепления холодным давлением при 100 кгс/см².

[0062] Контроль 2 представляет собой черный эмульсионно-агрегационный тонер с размером частиц примерно 5,7 мкм, состоящих из ядра, содержащего примерно по 25% сложного полиэфира A и сложного полиэфира B, примерно 8% кристаллического сложного полиэфира C, примерно 10% полиэтиленового воска, примерно 6% технического углерода и 1% цианового пигмента, и оболочки, содержащей примерно по 14% сложного полиэфира A и сложного полиэфира B, где сложный полиэфир A имеет среднюю молекулярную массу (Mw) примерно 86000, среднечисловую молекулярную массу (Mn) примерно 5600 и температуру начала стеклования (Tg начала) примерно 56 °С, где сложный полиэфир B имеет Mw примерно 19400, Mn примерно 5000, Tg начала примерно 60 °С, и где смола на основе кристаллического сложного полиэфира C имеет Mw примерно 23300, Mn примерно 10500 и температуру плавления (Tпл) примерно 71 °С, где полиэтиленовый воск имеет Tпл примерно 90 °С. Обе аморфные смолы имеют формулу

где m равен от примерно 5 до примерно 1000. Кристаллическая смола имеет формулу

где n равен от примерно 5 до примерно 2000.

[0063] Как показано в таблице 4, тонер, представляющий собой контроль 2, который представляет собой смесь кристаллической и аморфной полимерных смол, совершенно не демонстрирует зависимости реологии от давления, а также имеет очень высокую температуру перехода в состояние низкой вязкости, составляющую 100 °С, поэтому сам по себе он не может быть использован для закрепления холодным давлением при указанном давлении.

[0064] В таблице 5 представлены композиции и результаты испытаний образцов с низкомолекулярными аморфными и кристаллическими материалами.

[0065] Образец 1 состоит из дистеарилтерефталата, или DST, сложного диэфира (I):

[0066] Образец 2 состоит, главным образом, из смеси с массовым соотношением 70:30 кристаллического сложного диэфира (II) с аморфным короткоцепочечным олигомером, состоящим из амидной и сложноэфирной групп в основной цепи, при этом концевые группы представляют собой бензоатные сложноэфирные группы (III).

[0067] Образец 3 имеет соотношение 79:21 кристаллического дистеарилтерефталата (DST; соединение (I)) и SYLVATAC® RE40, аморфной смеси резинатов (IV), где основной компонент представляет собой сложный диэфир диэтиленгликоля, а второстепенные компоненты представляют собой сложный моноэфир диэтиленгликоля, а также сложные ди-, три- и тетраэфиры пентаэритрита.

[0068] Стандартный тонер для закрепления холодным давлением (контроль 1 в таблице 4) имеет температуру перехода для 10⁴ Па-с при примерно 113 °С, что является слишком высокой температурой для возможности применения при закреплении холодным давлением, и изменение температуры 10 °С при высоком давлении. Тонер на основе смолы (контроль 2) со смолами на основе кристаллических и аморфных сложных полиэфиров не демонстрирует изменения температуры в зависимости от давления и, следовательно, не подходит в качестве основного компонента для закрепления холодным давлением. Образцы, содержащие смеси кристаллических/аморфных низкомолекулярных сложных эфиров, такие как твердые чернила - образец 2 и, в частности, твердые чернила - образец 3 (таблица 5), представляют собой подходящие материалы для закрепления холодным давлением. В частности, образец 3 имеет более высокое изменение температуры в зависимости от давления, чем стандартный тонер для закрепления холодным давлением (контроль 1), но гораздо более низкую температуру перехода, приближающуюся к комнатной температуре. Следовательно, образцы 1 и 3 демонстрируют преимущество по сравнению с используемыми в настоящее время тонерами для закрепления холодным давлением.

Пример 2. Кристаллический сложный полиэфир

[0069] Испытание способности к закреплению холодным давлением на приборе для определения текучести: Для испытания способности материалов к текучести при давлении для закрепления холодным давлением (CPF) использовали прибор для определения текучести Shimadzu. Твердые образцы разрезали или разламывали на кусочки с помощью резинового молотка. Все материалы прессовали в заготовки при давлении 5000 фунтов и времени выдержки 10 секунд. Затем образцы испытывали на приборе Shimadzu CFT 500/100. Все образцы продавливали через конический мундштук размером 1,0 х 1,0 мм, используя поршень с площадью поперечного сечения 1 см². Использовали следующие условия: ≤27,7 °С в начале, 10 кг или 100 кг, 180 секунд предварительного нагревания и скорость нагревания 3 °С/мин. Таким образом, испытали два давления: 10 кгс/см² и 100 кгс/см². Последнее давление представляет собой особенно подходящее целевое давление для CPF. Результаты представлены в таблице 6.

[0070] Подходящие образцы обычно имеют температуру перехода для достижения вязкости 10⁴ Па-с от примерно 0 °С до 50 °С при 100 кгс/см², чтобы обеспечивать возможность спекания при комнатной температуре, и от примерно 55 °С до 70 °С при низком давлении для обеспечения хорошего тиснения тонера. В примере 1 использовано кристаллическое низкомолекулярное соединение, дистеарилтерефталат, и аморфное низкомолекулярное соединение, SYLVARES™TR A25, которое представляет собой низкомолекулярный, олигомерный альфа-пинен. Температура начала перехода при высоком давлении для данного материала в примере 1 составила примерно 38 °С, что лишь немного выше комнатной температуры, тогда как температура перехода при низком давлении была все еще достаточно высокой, примерно 73 °С, для потенциального обеспечения достаточного тиснения.

[0071] Напротив, в представленном примере, который является смесью кристаллической смолы на основе C12:C9 двухосновная кислота:диол (CPE) и аморфных смол вместо кристаллических и аморфных низкомолекулярных веществ, не наблюдали заметного изменения температуры в зависимости от давления, и, следовательно, имеет место очень высокая температура перехода при высоком давлении. Смола на основе сложного полиэфира CPE сама по себе не демонстрирует никакого изменения температуры в зависимости от давления и, следовательно, имеет очень высокую температуру перехода при высоком давлении. Также следует отметить, что температура перехода CPE при низком давлении составляет примерно 73 °С, что близко к температуре плавления CPE, но при добавлении аморфной смолы с T_g примерно 55 °С – 60 °С температура перехода действительно увеличивается. Следовательно, тонер CPF на основе смеси указанных смол на основе аморфных и кристаллических сложных полиэфиров неожиданно является неподходящим для CPF.

[0072] Поэтому было очень неожиданно, что такая же C12:C9 смола CPE, смешанная с SYLVARES™ TR A25 (смолой на основе низкомолекулярного, олигомерного альфа-пинена), демонстрировала изменение температуры перехода до более низкой температуры, составляющей примерно 54 °С, при высоком давлении, при этом изменение температуры составило 15 °С. CPE с длиной цепи диола от C3 до C6 также имеет аналогичный переход при высоком давлении, при около 54 °С. Переход при низком давлении во всех случаях был очень близок к температуре плавления CPE. Таким образом, во всех случаях при низком давлении все образцы соответствуют критерию тиснения, и в то же время имеют гораздо более низкую температуру перехода при высоком давлении, чем контрольный материал.

Таблица 6.

[0073] Как показано в образцах 7-12, увеличение количества аморфного низкомолекулярного соединения приводит к дальнейшему снижению температуры перехода при высоком давлении. Добавление аморфной смолы существенно не влияет на фазовый переход при низком давлении, температура перехода при низком давлении остается близкой к температуре плавления CPE, поэтому температура перехода при высоком давлении может быть уменьшена при сохранении достаточно высокой температуры при низком давлении для хорошего тиснения.

[0074] Существует несколько важных преимуществ применения смолы CPE для тонера CPF в сравнении с низкомолекулярным кристаллическим материалом. Поскольку CPE представляет собой полимер, в отличие от низкомолекулярного DST, то он обладает повышенной ударной вязкостью и эластичностью, что может быть очень важным для получения прочной частицы тонера.

[0075] Кроме того, поскольку смолы CPE уже были разработаны для эмульсионно-агрегационного (EA) тонера, то хорошо известно регулирование кислотного числа для получения требуемого кислотного числа. Регулирование кислотного числа низкомолекулярного кристаллического материала является не столь очевидным.

[0076] Поскольку DST представляет собой низкомолекулярное соединение, то внедрение кислотной группы в каждую молекулу приведет к слишком высокому кислотному числу для получения тонера. Поэтому, например, лишь небольшое количество молекул DST может потенциально иметь кислотную группу для обеспечения возможности получения функционального EA тонера: кислотное число влияет как на получение тонера, так и на зарядные характеристики тонера. Кроме того, один из самых простых способов введения кислотной группы в низкомолекулярный DST представляет собой, например, наличие только одной стеаратной группы и присутствие другой функциональной группы терефталата в виде свободной кислотной группы. Однако это приведет к изменению характеристик расплава и баропластических характеристик таких молекул моностеарилтерефталевой кислоты по сравнению с характеристиками DST. Может быть добавлено другое низкомолекулярное соединение с кислотными группами, но и в этом случае могут быть ухудшены баропластические характеристики. Указанные проблемы не возникают при использовании полимерных CPE.

Пример 3. Получение тонера

[0077] Получение латекса: Латекс с размером частиц 190 нм получали совместным эмульгированием смеси 79/21 C10/C6 CPE (КЧ=10,2) и SYLVARES™TR A25 (КЧ=0). 79 грамм смолы C10/C6 CPE и 21 г SYLVARES™TR A25 взвесили в стакан объемом 2 л, содержащий примерно 1000 г этилацетата. Смесь перемешивали со скоростью примерно 300 об/мин при 65 °С для растворения смолы и CCA в этилацетате. Взвесили 6,38 г Dowfax (47 масс. %) в стеклянный стакан объемом 4 л, содержащий примерно 1000 г деионизированной воды. Гомогенизацию указанного водного раствора в указанном стеклянном стакане объемом 4 л проводили с помощью гомогенизатора IKA Ultra Turrax T50 со скоростью 4000 об/мин. Затем раствор смеси смол медленно выливали в водный раствор, продолжая перемешивать смесь для гомогенизации, скорость гомогенизатора увеличивали до 8000 об/мин и проводили гомогенизацию при указанных условиях в течение примерно 30 минут. После завершения гомогенизации реактор в виде стеклянного стакана и его содержимое поместили в нагревательную рубашку и подключили к дистилляционному устройству. Смесь перемешивали при скорости примерно 250 об/мин и повышали температуру указанной смеси до 80 °С со скоростью примерно 1 °С в минуту для отгонки этилацетата из смеси. Перемешивание указанной смеси продолжали при 80 °С в течение примерно 120 минут, затем охлаждали со скоростью примерно 2 °С в минуту до комнатной температуры. Продукт просеивали через сито с размером ячеек 25 микрон. Полученная эмульсия смолы состояла из примерно 13,84 масс. процентов твердых веществ в воде и имела средний объемный диаметр частиц примерно 196,2 нм, измеренный с помощью анализатора размера частиц HONEYWELL MICROTRAC® UPA150. Таким же образом получали также два дополнительных латекса, за исключением того, что использовали 70 г смолы C10/C6 CPE с 30 г SYLVARES™TR A25 для получения латекса с размером частиц 183,1 нм и содержанием твердого вещества 17,52 масс. %, и использовали 70 г смолы C10/C6 CPE с 30 г SYLVATAC® RE25 для получения другого латекса с размером частиц 139,6 нм и содержанием твердого вещества 17,44 масс. %.

[0078] Получение тонера А: В стеклянный реактор объемом 2 л, оснащенный верхней мешалкой, добавляли 33,95 г дисперсии PB15:3 (17,89 масс. %) и 726,26 г полученного выше латекса из 79 г смолы C10/C6 CPE и 21 г SYLVARES™TR A25. Полученная смесь имела рН 3,71, затем при перемешивании добавляли 20,17 г раствора Al₂(SO₄)₃ (1 масс. %) в качестве флокулянта. Температуру смеси повышали до 55 °С при скорости перемешивания 250 об/мин. Размер частиц контролировали с помощью Coulter Counter до достижения среднеобъемного размера частиц ядра 7,42 мкм. Затем рН реакционной суспензии увеличивали до 9,5 с помощью 15,81 г ЭДТК (39 масс. %) и NaOH (4 масс. %) для остановки роста частиц тонера. После остановки роста частиц тонера реакционную смесь нагревали до 70 °С. После коалесценции тонер быстро охлаждали, и конечный размер частиц составил 9,64 мкм. Затем суспензию тонера охлаждали до комнатной температуры, разделяли просеиванием (25 мкм), фильтровали, затем промывали и сушили замораживанием.

[0079] Получение тонера В: В стеклянный реактор объемом 2 л, оснащенный верхней мешалкой, добавляли 34,18 г дисперсии PB15:3 (17,89 масс. %) и 577,61 г (17,52 масс. %) латекса из смеси C10/C6 CPE с SYLVARES™TR A25 в соотношении 70 к 30. Полученная смесь имела рН 3,70, затем при перемешивании добавляли 56,15 г раствора Al₂(SO₄)₃ (1 масс. %) в качестве флокулянта. Температуру смеси повышали до 60,5 °С при скорости перемешивания 250 об./мин. Размер частиц контролировали с помощью Coulter Counter до достижения среднеобъемного размера частиц ядра 6,48 мкм. Затем рН реакционной суспензии увеличивали до 9,5 с помощью 13,08 г ЭДТК (39 масс. %) и NaOH (4 масс. %) для остановки роста частиц тонера. После остановки роста частиц тонера реакционную смесь нагревали до 67,9 °С. После коалесценции тонер быстро охлаждали, и конечный размер частиц составил 8,24 мкм. Затем суспензию тонера охлаждали до комнатной температуры, разделяли просеиванием (25 мкм), фильтровали, затем промывали и сушили замораживанием.

[0080] Получение тонера С: В стеклянный реактор объемом 2 л, оснащенный верхней мешалкой, добавляли 38,70 г дисперсии PB15:3 (16,00 масс. %) и 571,97 г латекса из смеси C10/C6 CPE с SYLVATAC® RE25. Полученная смесь имела рН 4,07, затем при перемешивании добавляли 61,71 г раствора Al₂(SO₄)₃ (1 масс. %) в качестве флокулянта. Температуру смеси повышали до 60,8 °С при скорости перемешивания 250 об/мин. Размер частиц контролировали с помощью Coulter Counter до достижения среднеобъемного размера частиц ядра 6,75 мкм. Затем рН реакционной суспензии увеличивали до 9,01 с помощью NaOH (4 масс. %) для остановки роста частиц тонера. После остановки роста частиц тонера реакционную смесь нагревали до 68 °С. После коалесценции тонер быстро охлаждали, и конечный размер частиц составил 7,90 мкм. Затем суспензию тонера охлаждали до комнатной температуры, разделяли просеиванием (25 мкм), фильтровали, затем промывали и сушили замораживанием.

[0081] В таблице 7 показано, что разность температуры фазового перехода, измеренная с помощью прибора Shimadzu, в образцах тонера была не такой большой, как в простых смесях CPE и низкомолекулярных аморфных соединений, представленных в таблице 6. Например, в таблице 6 образец 5, представляющий собой смесь 79/21 CPE C10:C6/SYLVARES™ TR A25, имел изменение температуры, зависящее от давления, равное 17 °С, до температуры перехода 53 °С при 100 кгс/см², по сравнению с образцом тонера A, имеющим изменение температуры, зависящее от давления, равное 3 °С, до температуры перехода 68 °С при 100 кгс/см². Кроме того, в таблице 6 образец 1, который представляет собой смесь CPE C10:C6/SYLVARES™ TR A25 в соотношении 70/30, имел изменение температуры, зависящее от давления, равное 25 °С, до температуры перехода 45 °С при 100 кгс/см², по сравнению с образцом тонера B с изменением температуры, зависящим от давления, равным 4 °C, до температуры перехода 68 °C при 100 кгс/см². Кроме того, в таблице 6 образец 10, который представляет собой смесь CPE C10:C6/SYLVATAC® RE40 в соотношении 70/30, имел изменение температуры, зависящее от давления, равное 17 °С, до температуры перехода 45 °С при 100 кгс/см², по сравнению с образцом тонера C с таким же составом и изменением температуры, зависящим от давления, равным 7 °С, до температуры перехода 62 °С при 100 кгс/см². Как показано в таблице 7, уменьшение температуры фазового перехода и увеличение изменения температуры в зависимости от давления может быть достигнуто при дальнейшем увеличении содержания аморфного компонента.

[0082] Таблица 7

Реферат

Изобретение относится к композициям тонеров для применения в ксерографии. Предложена композиция тонера для закрепления холодным давлением, содержащая: кристаллический сложный полиэфир, имеющий температуру плавления в диапазоне от 60°С до 90°С, причем кристаллический сложный полиэфир получен из 1,12-додекандикарбоновой кислоты и алифатического диола, содержащего от 3 до 9 атомов углерода; и аморфное органическое соединение, имеющее Tот -30°С до 70°С, причем аморфное органическое соединение представляет собой сложный эфир канифоли. Предложен также способ нанесения тонера для закрепления холодным давлением. Технический результат - предложенная композиция тонера позволяет получать хорошее качество печати без нагрева бумаги. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил., 7 табл., 3 пр.

Формула