製備色調劑的方法
2023-04-26 07:05:21
專利名稱：製備色調劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電子照相成像設備的色調劑的製備方法。更具體地，本發明涉及一種製備色調劑的方法，其中進行多個步驟的外部添加過程，以將外部添加劑均勻地分散在色調劑顆粒的表面上，並通過外部添加劑提高表面塗布密度，從而防止因外部添加劑的分離而導致的色調劑物理性質變化和顯影構件被汙染。
背景技術：
一般地，電子照相成像設備，如複印機、雷射印表機、或傳真，可以通過如下步驟生成所希望的圖像在光電導介質，如光電導鼓或光電導帶上形成靜電潛像，用具有預定的顏色的色調劑顯影所述靜電潛像，及將色調劑圖像轉移到一張紙上。
用在電子照相成像設備中的色調劑分為兩種類型液體色調劑和幹色調劑。幹色調劑以粉末狀態使用，而液體色調劑與液體載體混合。
使用幹色調劑的幹顯影方法包括雙組分顯影方法，其中使用擔載色調劑顆粒的載體顆粒；和單組分顯影方法，其中使用不帶載體的色調劑。所述單組分顯影方法分為磁性的單組分顯影方法和非磁性的單組分顯影方法。在磁性的單組分顯影方法中，使用磁性的單組分顯影色調劑；而在非磁性的單組分顯影方法中，當顯影圖像時，使用非磁性的單組分顯影色調劑在顯影輥上形成的色調劑層接觸或不接觸光電導介質。
在所述接觸型非磁性的單組分顯影方法中，價格競爭能力良好，但是點再現性、線再現性及解析度差，這使得難於得到高質量的圖像。同時，在非接觸型非磁性的單組分顯影方法的情況下，由於顯影設備的簡單結構可能實現小型化，且色彩再現性、邊緣再現性、色調漸近性及解析度良好，這使得形成高質量的圖像容易。
用於非接觸顯影方法的非磁性單組分色調劑包含色調劑顆粒和粘合劑樹脂，其中均勻地添加了內部添加劑如著色劑、電荷控制劑(CCA)、防粘劑等，以改善色品度、電荷性質及定影(fusing)性質；及各種添加到色調劑顆粒中的外部添加劑，該外部添加劑提供流動性、電荷穩定性及清潔性質。
在所述非接觸型非磁性的單組分顯影方法中，為了即使在列印後很長時間，也保持良好的顯影質量而不汙染非圖像區域，色調劑的穩定電荷量和均勻的電荷量分布應該連續地保持。因而，控制添加到色調劑顆粒中的外部添加劑的種類和量。
通過使用兩種或多種具有不同顆粒尺寸的無機顆粒作為外部添加劑，可以控制色調劑的電荷量，流動性及耐溼性。向未處理的色調劑中加入外部添加劑，並在高速混合機，如亨舍爾(Henschel)混合機中攪拌，然後塗到未處理的色調劑的表面。外部添加的狀態隨著下列因素而變所添加的外部添加劑的量、攪拌時間或攪拌速率，色調劑的物理性質和顯影構件的汙染程度基於外部添加的狀態而變。
韓國專利待審公開第1999-62642號公開了一種用於顯影靜電潛像的色調劑，其中混有外部添加劑，該外部添加劑包括顆粒直徑為30～200nm的超細顆粒和顆粒直徑為5～30nm的特別超細顆粒。
同樣，日本專利公開平成8-272130公開了在一般的外部添加之後，單獨地向平均顆粒直徑為5～15μm的色調劑中加入氧化鈦，該氧化鈦用矽油、鋅硬脂酸鹽、矽烷耦合劑等處理過，以使其具有5％或更大的疏水性，從而防止色調劑的電荷量增加及在列印過程中的電荷量減少。
通常，色調劑的外部添加過程是通過一次混合多種外部添加劑進行的，不考慮外部添加劑的尺寸和類型。在該過程中，不能期待在色調劑顆粒的外表面上均勻的塗布，因而，不可能保持均勻的電荷性質，且不可能改善流動性。並且，由於非均勻的外部添加，顯影構件容易被與色調劑顆粒分離的外部添加劑汙染，從而導致圖像的汙染。
發明內容
本發明的其它方面和/或優點將部分地在隨後的說明書中闡述，部分地將從說明書中顯而易見，也可以通過本發明的實施來了解。
一方面，本發明提供一種製備色調劑的方法，在該色調劑中，許多具有不同尺寸的外部添加劑均勻地塗布在色調劑顆粒的表面上，使得即使連續使用色調劑時，所述外部添加劑也不會同色調劑顆粒的表面相分離，從而保持色調劑的耐久性，並防止顯影構件被汙染。
另一方面，本發明提供一種製備色調劑的方法，包括向色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑，所述色調劑顆粒包括粘合劑樹脂和著色劑，並攪拌第一外部添加劑與色調劑顆粒，從而在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及向含有第一外部添加劑層的色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑，並攪拌第二外部添加劑與色調劑顆粒，從而在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層。第一外部添加劑的攪拌線速度小於第二外部添加劑的攪拌線速度。
在添加第一外部添加劑的過程中的攪拌時間可以比在添加第二外部添加劑的過程中的攪拌時間短。
第一外部添加劑層的形成可以包括以約20～30m/秒的線速度攪拌。
第二外部添加劑層的形成可以包括以約30～45m/秒的線速度攪拌。
再一方面，本發明提供一種製備色調劑的方法，包括以第一速度攪拌平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑與包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒，以在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及以大於第一速度的第二速度攪拌平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑與含有第一外部添加劑層的色調劑顆粒，以在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層。
又一方面，本發明提供一種製備色調劑的方法，包括混合平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑與包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒，從而在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及混合平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑與含有第一外部添加劑層的色調劑顆粒，從而在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層。第一外部添加劑以小於第二外部添加劑的速度混合。
還一方面，本發明提供一種增加色調劑耐久性的方法，包括通過以第一速度混合平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑與色調劑顆粒，在包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及通過以第二速度混合平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑層與含有第一外部添加劑層的色調劑顆粒，在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層。第二速度大於第一速度。
從下面結合附圖的這些實施方式的描述中，本發明的這些和/或其它方面和優點將變得顯而易見且更容易理解，附圖中圖1為根據本發明的實施方式的製備色調劑的方法流程圖。
具體實施例方式
現將詳述本發明的實施方案，並在附圖中圖示本發明的實施例，其中相同的附圖標記始終代表相同的元件。下面參考附圖描述該實施方式以解釋本發明。
在根據本發明實施方式的製備色調劑的方法中，根據外部添加劑的尺寸，單獨地向包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒中加入外部添加劑；且攪拌混合物，從而在色調劑顆粒的表面上形成均勻的外部添加劑塗層。
參考圖1，製備色調劑的方法包括向色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑為30～200nm的第一外部添加劑，所述色調劑顆粒包括粘合劑樹脂和著色劑，並攪拌第一外部添加劑與色調劑顆粒，以在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層(操作10)；及向含有第一外部添加劑層的色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑為5～30nm的第二外部添加劑，並攪拌第二外部添加劑和色調劑顆粒，以在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層(操作20)。第一外部添加劑的攪拌線速度小於第二外部添加劑的攪拌線速度。
在本實施方式中，向色調劑顆粒中順序地加入平均初級顆粒直徑為30～200nm的第一外部添加劑和平均初級顆粒直徑為5～30nm的第二外部添加劑。換言之，首先向色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑更大的第一外部添加劑，並與之攪拌；然後，向色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑比第一外部添加劑更小的第二外部添加劑，並與之攪拌。因而，具有更大尺寸的第一外部添加劑充分地塗布在色調劑顆粒的表面上，然後，塗布具有小尺寸的第二外部添加劑。因此，由於非均勻的外部添加或外部添加劑的分離所引起的、常規的外部添加過程所具有的問題可以得到解決。
所述外部添加劑可以是選自矽、鋁、鈦、錫、鋯、鍶、鎢和鐵中的至少一種金屬的氧化物，且可以是鈦二氧化物或二氧化矽。
第一外部添加劑的平均初級顆粒直徑可以為30～200nm，優選為30～150nm。
第二外部添加劑的平均初級顆粒直徑可以為5～30nm，5～20nm，或7～16nm。
當第二外部添加劑的平均初級顆粒直徑低於5nm時，其可能容易浸入到色調劑顆粒的表面的細突起和沉降內，且難於控制色調劑的電荷性質和流動性。當第二外部添加劑的平均初級顆粒直徑大於30nm時，難於充分地改善色調劑的流動性。
第一外部添加劑與第二外部添加劑的重量比可能隨著顯影系統而變，但是在本實施方式中可以為0.5∶1～3∶1。
當第一外部添加劑的量超過上面的範圍時，所述外部添加劑層變得太厚，電荷量減少，且定影性質差。當第一外部添加劑的量小於上面的範圍時，色調劑的流動性惡化。
通常用有機材料對微粒進行表面處理，以減少顆粒之間的粘結性。因為該表面處理，所述外部添加劑具有高的電阻和疏水性。如果用無機材料對所述顆粒進行表面處理，那麼所述外部添加劑具有導電性和低的電阻。
第一外部添加劑的攪拌線速度應該小於第二外部添加劑的攪拌線速度，因為當第一外部添加劑攪拌速度太大時，第一外部添加劑可能浸入色調劑顆粒內。第一外部添加劑的攪拌線速度可以為20～30m/秒，第二外部添加劑的攪拌線速度可以為30～45m/秒。當攪拌線速度小於上述範圍時，不能得到外部添加劑的均勻分布；而當攪拌線速度大於上述範圍時，外部添加劑沒有位於色調劑顆粒的表面上，而是浸入色調劑顆粒內。
在本實施方式的主題方法中，第一外部添加劑的攪拌時間可以比第二外部添加劑的攪拌時間更短，以便第一外部添加劑的總攪拌時間不太長。
第一和第二外部添加劑可以使用常規的混合機，如亨舍爾混合機與色調劑顆粒攪拌。
用在本實施方式的方法中的色調劑顆粒包括粘合劑樹脂和著色劑。此外，添加劑如電荷控制劑和防粘劑也可以包括在色調劑顆粒中。
在色調劑顆粒中的粘合劑樹脂為70～95％重量。粘合劑樹脂的實例包括聚苯乙烯，聚酯，環氧樹脂，苯乙烯/丙烯酸酯共聚物等。在這些樹脂中，由於其良好的定影性質和透明性，聚酯適合彩色的色調劑。
色調劑的性能可能受粘合劑樹脂的酸度影響。當酸度增加時，色調劑會洩漏到色調劑層調節器，例如刮刀上的可能性增加。因而，低酸度可以為色調劑提供優良的特性。具體地，粘合劑樹脂的酸度可以為3～12mg KOH/g。當酸度小於3mg KOH/g時，電荷性質可能惡化。當粘合劑樹脂的酸度大於12mg KOH/g時，色調劑的電荷量的穩定性可能減少相對於溼度的波動，而色調劑洩露到刮刀上的可能性增加。
包含在色調劑顆粒中的著色劑的實例包括碳黑，苯胺黑，苯胺藍，直接(Carco)油藍，鉻黃，群青色，杜邦油紅，喹啉黃，亞甲基藍氯化物，酞菁藍，草酸孔雀石綠，斜面(ramp)黑，Rose vengal，鹼性玫瑰(rodamine)染料或顏料，蒽醌染料，單偶氮和雙偶氮染料，及二羥基喹啉並吖啶品紅染料。
當著色劑是碳黑時，平均初級顆粒直徑可以為15～70nm，具體地為20～55nm，而著色劑的表面積可以為200m2/g或更小。在熔體混合過程中，碳黑表現出在其它物質中良好的分散和溶解性質。
著色劑以足夠量用於要著色的色調劑。例如，著色劑的濃度可以為0.5～10％重量，0.5～8％重量，或1～5％重量。當著色劑的濃度小於0.5％重量時，著色不充分。當著色劑的濃度大於10％重量時，圖像密度飽和，但是色調劑的顯影性能降低。
可以均勻地在內部向粘合劑樹脂中加入電荷控制劑和防粘劑，從而提高色調劑的電荷性質和定影性質。
色調劑必須能夠通過靜電力穩定地固定在顯影輥上。因為色調劑的靜電力是由色調劑層調節器產生的，所以需要色調劑具有穩定而快速的充電速率。因而，電荷控制劑對於色調劑的穩定充電是必需的。
電荷控制劑的實例包括含有偶氮染料的鉻，及含有金屬如鉻、鐵和鋅的水楊酸化合物，其為一般的負電荷控制劑。除了這些物質，可以使用各種在本領域已知的物質。
電荷控制劑的量可以為0.1～10％重量。當電荷控制劑的量小於0.1％重量時，電荷控制劑無效果；當電荷控制劑的量大於10％重量時，電荷可能不穩定。
由於電荷控制劑的添加，色調劑可以帶有約-5～30μC/g的單位質量的電荷(Q/M)。當色調劑帶有正電荷時，單位質量的電荷可以為約5～30μC/g。
為了獲得能量效率和更短的預熱時間，需要色調劑具有低溫定影性質。因而，需要使用在寬的溫度範圍內具有良好的定影性質的防粘劑。
防粘劑的實例包括低分子量的聚丙烯蠟，低分子量的聚乙烯蠟，酯蠟，石蠟，高級脂肪酸，及脂肪酸醯胺。防粘劑的量可以為0.1～10％重量。當防粘劑的量小於0.1％重量時，防粘劑就沒有效果，當防粘劑的量大於10％重量時，就會引起差的偏移(poor offset)、流動性降低、結塊等。
電荷控制劑、防粘劑等經過下列方法包含在色調劑中內部添加方法，其中向色調劑顆粒的內部加入添加劑；或將添加劑沉積在色調劑顆粒的表面上的方法。通常使用所述內部添加方法。此外，可以適當地向色調劑顆粒中加入高級脂肪酸及其金屬鹽，從而通過保護光電導介質和防止顯影性能的惡化而獲得高質量的圖像。
將參考下面的實施例更詳細地描述本發明。下面的實施例為了說明性的目的，而不意味著限制本發明的範圍。
實施例製備實施例得到具有下列組成的色調劑顆粒粘合劑樹脂(聚酯)90.5％重量著色劑(碳黑)5％重量負電荷控制劑(Hodogaya，Fe絡合物)2.5％重量防粘劑(低分子量聚丙烯蠟)2％重量這些組分使用亨舍爾混合機均勻地預混合，然後將預混合物導入到雙螺杆壓出機中以在130℃下擠壓，將壓出物冷卻凝固。其後，使用粉碎分粒器得到平均顆粒直徑為約8μm的未處理的色調劑，其沒有經過外部添加過程。
在隨後的外部添加過程中，使用具有下列組成的外部添加劑且僅調整外部添加過程二氧化矽A(平均初級顆粒直徑為30～50nm)0.5％重量二氧化矽B(平均初級顆粒直徑為7～16nm)1.0％重量鈦氧化物(平均初級顆粒直徑為50～150nm)0.5％重量實施例1使用20L的亨舍爾混合機，以多步驟方式，在外部向製備實施例中製備的未處理的色調劑顆粒中加入在製備實施例中製備的外部添加劑，從而製得根據本發明的實施方式的色調劑。
第一步將二氧化矽A和鈦氧化物顆粒與色調劑顆粒混合，然後混合物以20m/秒的線速度攪拌90秒。
第二步將二氧化矽B與第一步的產物混合，然後所得的混合物以30m/秒的線速度攪拌180秒。
對比例1使用20L亨舍爾混合機，以下面的方式，在外部向製備實施例中製備的未處理的色調劑顆粒中加入在製備實施例中製備的外部添加劑，從而製得色調劑。
第一步將二氧化矽A、二氧化矽B及鈦氧化物顆粒與色調劑顆粒混合，混合物以30m/秒的線速度攪拌180秒。
對比例2使用20L亨舍爾混合機，以下面的方式，在外部向製備實施例中製備的未處理的色調劑顆粒中加入在製備實施例中製備的外部添加劑，從而製得色調劑。
第一步將二氧化矽A和二氧化矽B顆粒與色調劑顆粒混合，混合物以20m/秒的線速度攪拌90秒。
第二步將鈦氧化物與第一步的產物混合，然後所得的混合物以30m/秒的線速度攪拌180秒。
試驗例使用20ppm印刷機，進行對在實施例和對比例中製備的色調劑的評價。確定圖像密度(I/D)，背景(B/G，fog)，即，非圖像區域密度，和CR(電荷輥)汙染的程度，以評價每個色調劑的性能。使用光密度計(從SpectroEyeGretagMacbeth得到)，通過測量在一張紙上固體圖案的密度，確定圖像密度，且通過測量在光電導介質上的非圖像區域的密度，確定背景密度。CR汙染程度用肉眼評價。實驗條件如下
光電導介質的表面電勢(V0)-700V在光電導介質上的靜電潛像電勢(VL)-100V施加到顯影輥上的電壓Vp-p＝1.8KV，頻率＝2.0kHzVdc＝-500V，負載比＝35％(球面波)顯影隙150～400μm顯影輥(1)鋁輥粗糙度Rz＝1～2.5(在鍍鎳之後)(2)橡膠輥(NBR彈性橡膠輥)電阻1×105～5×106Ω硬度50色調劑單位質量的電荷(q/m)＝-5～30μC/g(在穿過色調劑層調節器後在顯影輥上)單位面積的色調劑質量(M/A)＝0.3～1.0mg/cm2(在穿過色調劑層調節器後在顯影輥上)表1 圖像密度
表2 非圖像區域的背景
表3 CR汙染的程度
在表1中，「○」代表圖像密度大於1.3，「△」代表圖像密度為1.1～1.3，「×」代表圖像密度小於1.1。
在表2中，「○」代表非圖像區域的背景具有小於0.14密度，「△」代表非圖像區域的背景具有0.15～0.16的密度，「×」代表非圖像區域的背景具有大於0.17密度。
在使用根據本發明的實施方式的上述方法製備的色調劑中，因為外部添加劑均勻地塗布在色調劑顆粒的表面上，即使當色調劑使用長時間且外部添加劑沒有從色調劑顆粒的表面分離時，色調劑的耐久性也得以保持，從而防止顯影構件被汙染。
雖然已經描述本發明的實施方式，本發明不限於所述的實施方式。相反，本領域的技術人員將會理解可以對實施方式進行改變，而不脫離本發明的原理和構思，及由權利要求書和它們的等價物所限定的範圍。
權利要求
1.一種製備色調劑的方法，該方法包括向包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒中，加入平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑，攪拌第一外部添加劑與色調劑顆粒，從而在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及向具有第一外部添加劑層的色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑，攪拌第二外部添加劑與色調劑顆粒，從而在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層，其中所述第一外部添加劑的攪拌線速度，小於第二外部添加劑的攪拌線速度。
2.根據權利要求1的方法，其中所述第一外部添加劑是選自鈦，鋁，鋅，矽和鋯中至少一種金屬的氧化物。
3.根據權利要求1的方法，其中所述第二外部添加劑為二氧化矽。
4.根據權利要求1的方法，其中所述第一外部添加劑層以約20～30m/秒的線速度攪拌。
5.根據權利要求1的方法，其中所述第二外部添加劑層以約30～45m/秒的線速度攪拌。
6.根據權利要求1的方法，其中所述在添加第一外部添加劑的過程中的攪拌時間比在添加第二外部添加劑的過程中的攪拌時間短。
7.一種製備色調劑的方法，包括以第一速度，攪拌平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑與包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒，以在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及以大於第一速度的第二速度，攪拌平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑與含有第一外部添加劑層的色調劑顆粒，以在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層。
8.根據權利要求7的方法，其中所述第一外部添加劑的平均初級顆粒直徑為30～150nn。
9.根據權利要求7的方法，其中所述第二外部添加劑的平均初級顆粒直徑為7～16nm。
10.根據權利要求7的方法，其中所述第一外部添加劑與第二外部添加劑的重量比為約0.5∶1～3∶1。
11.根據權利要求7的方法，其中所述粘合劑樹脂的量為約70～90％重量。
12.根據權利要求7的方法，其中所述粘合劑樹脂的酸度為約3～12mgKOH/g。
13.根據權利要求7的方法，其中所述色調劑顆粒包括電荷控制劑和防粘劑。
14.根據權利要求13的方法，其中所述電荷控制劑的量為約0.1～10％重量。
15.一種製備色調劑的方法，包括混合平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑與包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒，從而在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及混合平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑與具有第一外部添加劑層的色調劑顆粒，從而在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層，其中所述第一外部添加劑以小於第二外部添加劑的速度混合。
16.一種增加色調劑的耐久性的方法，包括通過以第一速度混合平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑與色調劑顆粒，在包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及通過以第二速度混合平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑層與具有第一外部添加劑層的色調劑顆粒，在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層，其中所述第二速度大於第一速度。
全文摘要
一種製備色調劑的方法包括向包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑為約30～200nm的第一外部添加劑，並攪拌第一外部添加劑與色調劑顆粒，在色調劑顆粒的表面上形成第一外部添加劑層；及向具有第一外部添加劑層的色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑為約5～30nm的第二外部添加劑，並攪拌第二外部添加劑與色調劑顆粒，從而在第一外部添加劑層上形成第二外部添加劑層。第一外部添加劑的攪拌線速度小於第二外部添加劑的攪拌線速度。製備色調劑的方法增加了色調劑的耐久性並防止顯影構件被汙染。順序地向包括粘合劑樹脂和著色劑的色調劑顆粒中加入平均初級顆粒直徑不同的外部添加劑，從而平均初級顆粒直徑更大的外部添加劑均勻地塗布在色調劑顆粒的表面上。因此，色調劑的均勻電荷和流動性得到改善，且由於外部添加劑的分隔，防止電荷輥及其它顯影構件的汙染。
文檔編號G03G9/097GK1704850SQ200510075930
公開日2005年12月7日 申請日期2005年6月1日 優先權日2004年6月3日
發明者崔皙勳, 金尚德, 李德熙 申請人:三星電子株式會社