非磁性單組分顏色調色劑及其製備方法
2023-05-21 02:36:46
專利名稱：非磁性單組分顏色調色劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種由於窄的電荷分布和優良的充電率而具有極佳的圖像密度和列印效率、並且由於顯著提高的電荷維持性而具有極佳的長期穩定性的非磁性單組分顏色調色劑，及其製備方法。
背景技術：
近來，在電子照相術領域中對顏色調色劑的需求正在增加。通過捏合併碾碎(kneading and crushing)、懸浮聚合、乳液聚合等方法製備顏色調色劑。在這些方法中，捏合併碾碎方法由於穩定性、生產效率等方面而被主要使用。
在捏合併碾碎方法中，粘合劑樹脂、顏料、電荷調節劑、釋放劑等被熔化並捏合，從而得到混合物。冷卻混合物，並碾碎至需要的粒度，並篩分得到調色劑。調色劑通過根據被顯影的靜電潛像的極性而摩擦充入正或負電荷，從而被顯影。近來，其中雷射束被用作光源的採用靜電攝影的印表機一直領導著市場。對緊密性、亮度、可靠性、和純色的需求快速增加。因此，需要具有簡單結構、並提供極好的質量和耐久性的電子照相的設備。並且，需要具有優良列印效率和長期的穩定顯影特性的調色劑。
為了滿足近來對更高的解析度和更好的圖像質量的需求，調色劑的粒度變得越來越小。隨調色劑的粒度的減小，每單位重量的調色劑顆粒的表面積就增加。結果，表面特性影響調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節劑影響。通常，金屬絡合物、含鉻的金屬染料或季銨鹽作為電荷調節劑被用於負充電，苯胺黑或季銨鹽作為電荷調節劑被用於正充電。電荷調節劑與粘合劑樹脂、石蠟、著色劑等一起被熔化並且被捏合，並且進行碾碎和分篩，從而獲得調色劑。
電荷調節劑的原料可以具有相當寬的粒度分布。儘管電荷調節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節劑的特性。如果電荷調節劑具有過大的粒度，則與粘合劑樹脂的粘合能力會下降，從而在碾壓過程中電荷調節劑易與調色劑分離。結果，許多調色劑顆粒不含有電荷調節劑，從而電荷分布較寬，因此易發生背景汙染和圖象不清。否則，如果電荷調節劑具有過小的粒度，則大多數電荷調節劑顆粒存在於調色劑內部，從而它們沒有幫助改進充電特性。
因此，需要通過限定電荷調節劑的粒度和分布而改進與粘合劑樹脂的粘合能力、電荷分布以及電荷維持性。
發明內容
本發明的發明人研究具有窄的電荷分布和優良充電率的顏色調色劑，該顏色調色劑能夠提高電荷維持性(charge maintenance)。本發明的發明人注意到電荷調節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粒度的電荷調節劑和65～90wt％的具有1～4μm粒度的電荷調節劑的調色劑由於均一的電荷分布和優良充電率而具有極佳的長期穩定性，從而完成本發明。
因此，本發明的目的是提供一種含有包括具有大粒度的電荷調節劑和具有小粒度的電荷調節劑的調色劑母顆粒；二氧化矽和二氧化鈦的非磁性單組分的顏色調色劑及其製備方法。
具體實施例方式
在以下詳細的說明書中，本發明的實施例通過說明實施本發明的發明人認為最優的模式而被描述和說明。可以理解，本發明可以在許多方面被修改，所有這些修改不脫離本發明。因此，說明書被認為是本質上的說明，而不是限制性的。
本發明提供了一種非磁性單組分顏色調色劑，該顏色調色劑包括含有10～35wt％的具有50～500nm粒度的電荷調節劑和65～90wt％的具有1～4μm粒度電荷調節劑的調色劑母顆粒；二氧化矽和二氧化鈦。
本發明還提供了一種製備非磁性單組分顏色調色劑的方法，該方法包括以下步驟製備含有10～35wt％的具有50～500nm粒度的電荷調節劑和65～90wt％的具有1～4μm粒度電荷調節劑的調色劑母顆粒(步驟1)；以及用二氧化矽和二氧化鈦塗覆該調色劑母顆粒(步驟2)。
本發明使用的電荷調節劑包括a)10～35wt％的具有50～500nm粒度的電荷調節劑和b)65～90wt％的具有1～4μm粒度的電荷調節劑。更優選地，本發明使用的電荷調節劑包括15～25wt％的具有150～450nm粒度的電荷調節劑和b)75～85wt％的具有1～4μm粒度的電荷調節劑。優選含有0.5～5wt％、更優選含有1～3wt％的電荷調節劑。二氧化矽具有5～50nm、優選10～40nm的平均粒度。優選含有1.0～3.0wt％、更優選含有1.5～2.8wt％的二氧化矽。二氧化鈦具有0.05～2μm、優選0.1～1.5μm的平均粒度。優選含有0.2～2.5wt％、更優選含有0.5～2wt％的二氧化鈦。
除非特別指出，否則本發明的說明書中提及的平均粒度為數目平均粒度(number-average particle size)。
如果具有較小粒度的電荷調節劑的含量低於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色劑顆粒，從而不能在調色劑顆粒的表面上充分地起到電荷調節劑的功能。此時，長期印刷效率可能被破壞。
如果具有較大平均粒度的電荷調節劑的含量低於65wt％，則具有較大平均粒度的電荷調節劑易於在調色劑顆粒的表面上聚集，從而不能夠提供優良的充電率。此外，如果其含量超過90wt％，則難以獲得均一的電荷分布，並且如果大量的電荷調節劑顆粒出現在表面，則大多數電荷調節劑由於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。結果，難以獲得均一的電荷分布，並且可能發生背景汙染或圖像不清晰。
對於具有特定形狀的粒度分布的電荷調節劑，金屬絡合物、苯胺黑染料、三苯甲烷染料、季銨鹽或有機金屬酒石(organotartar)化合物如氧化二丁錫等可以被使用。金屬絡合物中的金屬可以為Al、Zr、Zn、Ba等。儘管電荷調節劑的固有特性如正充電性或負充電性沒有改變，但是由於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。更優選地，聚酯、聚氨酯、環氧樹脂、矽樹脂、聚醯胺、改性樹脂、石蠟(paraffin)等被使用。
對於著色劑，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、木炭藍、鉻黃、海軍藍、杜邦油紅(DuPont oilred)、氯化亞甲基藍、酞菁藍、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9、C.I.顏料藍15、C.I.顏料藍15:1、C.I.顏料藍15:3等可以被使用。
無機氧化細顆粒如用六甲基二矽氮烷、二甲基二氯矽烷、辛基三甲氧矽烷等疏水處理的SiO2、TiO2、MgO、Al2O3、MnO、ZnO、Fe2O3、CaO、BaSO4、CeO2、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO、K2O·(TiO2)n和Al2O3·2SiO2可以作為流動性促進劑(fluidityaccelerator)被加入到調色劑母顆粒中。調色劑母顆粒可以進一步含有釋放劑。
調色劑母顆粒的粒度優選為10μm、更優選為4～10μm、最優選為5～9μm。
在通過將具有特定形狀的粒度分布的電荷調節劑與樹脂粘合劑、著色劑和石蠟(釋放劑)混合併捏合製備調色劑母顆粒後，二氧化矽和二氧化鈦顆粒被加入以製備本發明的非磁性單組分的顏色調色劑。
優選二氧化矽的平均粒度為5～50nm、更優選為10～40nm。優選含有1.0～3.0wt％、更優選含有1.5～2.8wt％的二氧化矽。二氧化鈦的平均粒度優選為0.05～2μm、更優選為0.1～1.5μm。優選含有0.2～2.5wt％、更優選含有0.5～2wt％的二氧化鈦。
儘管二氧化矽和二氧化鈦可以靜電吸附於調色劑母顆粒的表面，但是使用亨舍爾混合機(Henschel mixer)、雜交儀(hybridizer)等的機械混合處理是優選的。優選地，調色劑母顆粒、二氧化矽、二氧化鈦在以至少10m/s的攪拌速度混合後被塗覆。
所得的非磁性單組分顏色調色劑優選具有至多20μm、更優選具有3～15μm的平均粒度。
本發明的非磁性單組分顏色調色劑提供比常規的對應物更好的長期圖像穩定性。在提供更高的解析度、更好的印刷效率和更清晰的顏色方面也是有利的。隨調色劑顆粒的尺寸逐漸減小，取得更好的效果。
因此，具有優良的充電性、電荷維持性和清晰顏色的非磁性單組分顏色調色劑可以根據本發明被製備。該調色劑是更環保的，並且能夠提供更穩定的圖像，同時滿足較高解析度的需要。
以下，通過實施例更詳細地描述本發明。然而，以下實施例僅用於理解本發明，而不限定本發明。
實施例11)調色劑母顆粒的製備使用亨舍爾混合機混合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(電荷調節劑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(twin melt kneader)被熔化並捏合、使用噴射研磨粉碎機被碾碎、並且使用空氣分級器被分篩，從而獲得具有7.5μm的體積-平均粒度的調色劑母顆粒。
2)非磁性單組分顏色調色劑的製備將2.0wt％的具有17nm平均粒度的二氧化矽和1.0wt％的具有0.1μm平均粒度的二氧化鈦顆粒與100重量份所製備的調色劑母顆粒混合，同時使用亨舍爾混合機以至少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色劑。
實施例2～182除了根據以下表4～8中所示的組成使用以下表1中所示的二氧化矽、以下表2中所示的二氧化鈦和以下表3中所示的電荷調節劑外，以與實施例1相同的方法製備非磁性單組分顏色調色劑。
表1
*1 BET測量酯*2 HMDS＝六甲基二矽氮烷表2
表3
表4
表5
表6
表7
表8
對比實施例1～270
除了根據以下表9～16中所示的組成使用上述表1中所示的電荷調節劑、上述表2中所示的二氧化矽、和上述表3中所示的二氧化鈦外，以與實施例1相同的方法製備非磁性單組分顏色調色劑。也就是，在對比實施例中使用不具有特定形狀的粒度的電荷調節劑。
表9
表10
表11
表12
表13
表14
表15
表16
測試實施例1
使用接觸型非磁性單組分顯影印表機(HP 4600，Hewlett-Packard)在標準溫度和溼度(20℃，55％RH)下，使用實施例1～182和對比實施例1～270中製備的各非磁性單組分顏色調色劑列印5000張紙。測試圖象密度、列印效率和長期穩定性。結果如下表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(Macbeth reflectancedensitometer)RD918測試實心面積。
○圖像密度為1.4，或大於1.4。
△圖像密度為1.2～1.4。
×圖像密度為1.0～1.2。
2)列印效率在5000張紙中，通過計算每500張紙中的廢紙數而計算列印效率。
◎列印效率為80％或更高。
○列印效率為70～80％。
△列印效率為60～70％。
×列印效率為50～60％。
3)長期穩定性確認列印5000張紙後是否I.D.和列印效率被維持。
AI.D.為1.4或更高，列印效率為80％或更高。
BI.D.為1.3～1.4，列印效率為70～80％。
CI.D.為1.2～1.3，列印效率為60～70％。
DI.D.為1.0～1.2，列印效率為50～60％。
表17
表18
表19
表20
表21
表22
如表所示，當使用如本發明的具有特性形狀的粒度分布的電荷調節劑時，則具有優良的圖像密度、列印效率和長期穩定性。這是因為，具有較大粒度的電荷調節劑顆粒易出現在表面，然而，具有較小粒度的電荷調節劑顆粒由於與粘合劑樹脂的較強粘合力而不出現在顆粒表面。
由以上描述顯然可知，本發明的含有具有特性形狀的粒度分布的電荷調節劑的非磁性單組分顏色調色劑由於具有較小粒度的電荷調節劑與粘合劑樹脂具有優良粘合力、以及具有較大粒度的電荷調節劑易於出現在表面因而其作為電荷調節劑能夠發揮極優的功能。包括此類電荷調節劑的調色劑由於良好的充電性而提供較高的解析度，並且由於均勻的電荷分布而確保長期穩定性。
儘管，根據解釋性的實施例詳細地描述了本發明，但是本領域普通技術人員可以理解在不脫離附加權利要求限定的本發明的精神和範圍內，可以對本發明進行各種修改和替代。
權利要求
1.一種非磁性單組分顏色調色劑，包括含有10～35wt％的平均粒度為50～500nm的電荷調節劑和65～90wt％的平均粒度為1～4μm的電荷調節劑的調色劑母顆粒；二氧化矽和二氧化鈦。
2.如權利要求1所述的非磁性單組分顏色調色劑，其特徵在於，調色劑母顆粒進一步含有粘合劑樹脂、顏料、和石蠟。
3.如權利要求1所述的非磁性單組分顏色調色劑，其特徵在於，調色劑母顆粒的平均粒度至多為10μm。
4.如權利要求1所述的非磁性單組分顏色調色劑，其特徵在於二氧化矽的平均粒度為5～50nm。
5.如權利要求1所述的非磁性單組分顏色調色劑，其特徵在於，二氧化矽含有1.0～3.0wt％。
6.如權利要求1所述的非磁性單組分顏色調色劑，其特徵在於，二氧化鈦的平均粒度為0.05～2μm。
7.一種製備非磁性單組分顏色調色劑的方法，包括以下步驟步驟1，製備含有10～35wt％的粒度為50～500nm的電荷調節劑和65～90wt％的粒度為1～4μm的調色劑母顆粒；以及步驟2，用二氧化矽和二氧化鈦塗覆調色劑母顆粒。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，塗覆是將調色劑母顆粒與二氧化矽和二氧化鈦混合後，以至少10m/s的速率攪拌。
全文摘要
本發明涉及一種非磁性單組分顏色調色劑及其製備方法。在該包括調色劑母顆粒、二氧化矽和二氧化鈦的非磁性單組分顏色調色劑中，調色劑母顆粒包括特定形狀的粒度分布的電荷調節劑，並且因此，使非磁性單組分顏色調色劑具有窄的電荷分布和優良的充電率。因此，該顏色調色劑不導致在非成像區域的汙染。並且，因為該顏色調色劑具有優良的圖像密度和列印效率以及顯著提高的電荷維持性，從而具有優良的長期穩定性。
文檔編號G03G9/08GK1764874SQ200580000030
公開日2006年4月26日 申請日期2005年1月12日 優先權日2004年1月13日
發明者李炯鎮, 樸柱鏞, 李昶淳 申請人:Lg化學株式會社