專利名稱：提高打印質(zhì)量的用于非磁性單組分系統(tǒng)的彩色調(diào)色劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于非磁性單組分系統(tǒng)的彩色調(diào)色劑，且更特別地涉及具有窄電荷分布、良好圖像密度、高轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異長期穩(wěn)定性的彩色調(diào)色劑。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字化的發(fā)展，最近打印技術(shù)快速自黑白向全彩色發(fā)展。此外，隨著數(shù)字設(shè)備的廣泛使用，很多研究致力于改善圖像形成方法和所使用的彩色調(diào)色劑以達(dá)到高圖像質(zhì)量。
通常，通過捏和研磨方法、懸浮聚合法、乳液聚合法和乳液聚集法等等，采用粘合劑樹脂、著色劑、電荷控制劑和釋放劑制備調(diào)色劑。
用摩擦靜電方法使調(diào)色劑顆粒顯影，且取決于顯影的靜電潛像的極性調(diào)色劑顆粒攜帶正電荷或負(fù)電荷。在這個(gè)過程中，調(diào)色劑母粒組分的組成和主要是調(diào)色劑母粒表面上的添加劑決定調(diào)色劑的帶電性能。因此，可改變組成和添加劑混合與加入的方法以控制帶電性能。
一般而言，在顯影過程中，所述添加劑用于降低使調(diào)色劑供應(yīng)部件中顯影套管旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)單元的阻力，和用于防止調(diào)色劑熔化或粘附到帶電葉片(charging blade)上。此外，它們可以使摩擦靜電特性穩(wěn)定和改善電荷保持性，且提供在低轉(zhuǎn)矩下形成并具有特定范圍的摩擦靜電特性的均勻穩(wěn)定的調(diào)色劑層。然而，當(dāng)添加劑不均勻地添加到調(diào)色劑表面上時(shí)，調(diào)色劑的電荷不均勻，并且不能形成均質(zhì)的圖像。此外，即使將添加劑均勻地涂敷到調(diào)色劑上，在調(diào)色劑的情況下，打印進(jìn)行時(shí)仍可以發(fā)生調(diào)色劑和調(diào)色劑、調(diào)色劑和帶電葉片或調(diào)色劑和套管之間的粘附。在這種情況下，長時(shí)期內(nèi)圖像逐漸變得模糊和不均勻。因此，為了解決這個(gè)問題，選擇添加劑的適當(dāng)類型、含量、顆粒大小等等的設(shè)計(jì)是非常重要的。
尤其是，為與近來數(shù)字設(shè)備的快速改善相一致，需要達(dá)到高速度和高質(zhì)量彩色圖像的打印機(jī)調(diào)色劑。需要長期具有更高和更精確轉(zhuǎn)換性能和穩(wěn)定帶電性能的調(diào)色劑。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問題，本發(fā)明的實(shí)施方案提供了具有窄電荷分布、高電荷容量、優(yōu)異圖像密度和轉(zhuǎn)換效率并且不引起光導(dǎo)鼓和帶電輥沾污的彩色調(diào)色劑及其制備方法。
本發(fā)明的另一實(shí)施方案提供了包括在調(diào)色劑母粒上形成的第一涂層和第二涂層的用于非磁性單組分打印系統(tǒng)的彩色調(diào)色劑，其中第一涂層含有兩種有機(jī)粉末互相涂敷的涂敷有機(jī)粉末，和第二涂層含有二氧化硅和二氧化鈦互相涂敷的涂敷無機(jī)粉末。
本發(fā)明的又一實(shí)施方案提供了制備彩色調(diào)色劑的方法，該方法包括步驟a)通過兩種有機(jī)粉末互相混合和涂敷而制備涂敷有機(jī)粉末；b)將涂敷有機(jī)粉末涂敷在調(diào)色劑母粒上，從而制備具有第一涂層的調(diào)色劑母粒；c)通過二氧化硅和二氧化鈦互相混合和涂敷而制備涂敷無機(jī)粉末；和d)將涂敷無機(jī)粉末涂敷在具有第一涂層的調(diào)色劑母粒上，從而制備包括在調(diào)色劑母粒上形成的第一涂層和第二涂層的調(diào)色劑母粒。
基于100重量份的調(diào)色劑母粒，彩色調(diào)色劑優(yōu)選包括分別為0.1至2.0重量份的平均粒度為0.1μm至1.8μm的兩種有機(jī)粉末、1.0至4.0重量份的平均粒度為3nm至40nm的二氧化硅、和0.1至2.0重量份的80至200nm的二氧化鈦。
第一層涂層的厚度為10nm至200nm，且第二涂層的厚度為3nm至400nm。
此外，優(yōu)選調(diào)色劑母粒包括粘合劑樹脂、著色劑和電荷控制劑。
優(yōu)選通過采用選自包括亨舍爾混合機(jī)、汽輪攪拌器、超混合機(jī)和混合器(hybridizer)的組的混合機(jī)進(jìn)行彩色調(diào)色劑的涂敷。


圖1為顯示根據(jù)本發(fā)明的非磁性單組分彩色調(diào)色劑結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖2為顯示根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案所得到的在形成第一涂層后調(diào)色劑母粒表面狀態(tài)的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。
圖3為在制得第一涂層后，顯示根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案的在調(diào)色劑母粒上形成的涂敷有機(jī)粉末的表面狀態(tài)的SEM照片。
圖4為根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，在制得第二涂層后，顯示涂敷有第一和第二層的顆粒的表面狀態(tài)的SEM照片。
圖5為根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，在制得第二涂層后，顯示在具有第一涂層的調(diào)色劑母粒上形成的涂敷無機(jī)粉末的表面狀態(tài)的SEM照片。
具體實(shí)施例方式
下文中，對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
調(diào)色劑顆粒表面上的添加劑的特性對調(diào)色劑的帶電性能和電荷保持性有顯著影響。
圖1為顯示彩色調(diào)色劑結(jié)構(gòu)的橫截面圖。參考圖1，彩色調(diào)色劑包括在調(diào)色劑母粒10上形成的第一涂層20和第二涂層30，其中第一涂層20含有兩種有機(jī)粉末互相涂敷的涂敷有機(jī)粉末，和第二涂層30含有二氧化硅和二氧化鈦互相涂敷的涂敷無機(jī)粉末。
在本發(fā)明中，調(diào)色劑母粒10不特別受到限制。該調(diào)色劑母粒包括粘合劑樹脂、著色劑和電荷控制劑作為基本組分，且可以通過捏和研磨方法、懸浮聚合法制備，或可以購買到。調(diào)色劑母?？梢允乔蛐位虿灰?guī)則形狀。如果需要，該調(diào)色劑可進(jìn)一步包括添加劑，例如流動(dòng)性促進(jìn)劑和釋放劑。例如，調(diào)色劑母粒包括90至120重量份的粘合劑、0.5至20重量份的著色劑和0.5至10重量份的電荷控制劑，且可進(jìn)一步包括0.1至10重量份的流動(dòng)性促進(jìn)劑或0.1至10重量份的釋放劑。
粘合劑樹脂可以為如下化合物的一種或其混合物基于丙烯酸酯的聚合物，例如聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸乙酯)、聚(丙烯酸丁酯)、聚(丙烯酸2-乙基己酯)和聚(丙烯酸月桂酯)；基于甲基丙烯酸酯的聚合物，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、聚(甲基丙烯酸己酯)、聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)和聚(甲基丙烯酸月桂酯)；丙烯酸酯甲基丙烯酸酯的共聚物；基于苯乙烯的單體和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚物；基于乙烯的均聚物或共聚物，例如聚(乙酸乙烯酯)、聚(丙酸乙烯酯)、聚(丁酸乙烯酯)、聚乙烯和聚丙烯；基于苯乙烯的共聚物，例如苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-異戊二烯共聚物、苯乙烯-馬來酸酯共聚物；基于聚苯乙烯的樹脂；基于聚乙烯醚的樹脂；基于聚乙烯酮的樹脂；基于聚酯的樹脂；基于聚氨酯的樹脂；環(huán)氧樹脂；或硅樹脂。
優(yōu)選地，所述聚合物為選自包括基于聚苯乙烯的樹脂、基于聚酯的樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、C1至C18的苯乙烯丙烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯甲基丙烯烯酸烷基酯共聚物、苯乙烯丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物和苯乙烯馬來酸酯共聚物的組的至少一種。
著色劑以形成可見圖像所需要的濃度用于本發(fā)明。著色劑可以是一般用于彩色打印機(jī)的任意著色劑，且包括青色、品紅、顯示黃色和黑色的磁性組分、染料和顏料。炭黑一般用于黑色著色劑。
黃色著色劑的實(shí)例包括直接合成或購買的濃縮的含氮化合物、異吲哚啉酮化合物、蒽醌化合物、偶氮金屬絡(luò)合物和烯丙基酰胺。黃色著色劑的具體實(shí)例包括鉻黃氯化物、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和C.I.顏料黃127，但不限于此。
對于品紅著色劑，使用濃縮的含氮化合物、蒽醌化合物、喹吖啶酮化合物、堿性染料色淀化合物、萘酚化合物、苯并咪唑化合物、硫靛化合物、或苝化合物。品紅化合物的具體實(shí)例包括玫瑰紅、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和C.I顏料紅257。
對于青色著色劑，可以用酞菁化合物和它的衍生物、蒽醌化合物、和堿性染料色淀化合物。青色著色劑的具體實(shí)例包括苯胺黑染料、苯胺藍(lán)、木炭藍(lán)、鉻黃、藏藍(lán)、dupont油紅、亞甲藍(lán)氯化物、酞菁藍(lán)、燈黑、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。
所述的電荷控制劑包括含金屬的偶氮染料和水楊酸金屬絡(luò)合物作為負(fù)電荷的電荷控制劑，以及季銨鹽和苯胺黑染料作為正電荷的電荷控制劑。
可以任選將流動(dòng)性促進(jìn)劑加到調(diào)色劑母粒中，且為選自包括用六甲基二硅氮烷、二甲基-二氯硅烷或辛基三甲氧基硅烷進(jìn)行疏水性處理過的SiO2、TiO2、MgO、Al2O3、ZnO、Fe2O3、CaO、BaSO4、CeO2、K2O、Na2O、ZrO2、CaO·SiO2、K2O·TiO2和Al2O3·2SiO2的組至少一種。
可以用釋放劑以防止調(diào)色劑母粒的偏移(off-set)。釋放劑可以是在本技術(shù)領(lǐng)域中一般使用的具有低分子量的蠟或基于鏈烯的聚合物。例如，基于鏈烯的聚合物為聚丙烯、聚乙烯、丙烯乙烯共聚物等等。
尤其是，為了改善調(diào)色劑的多種特性，涂敷有機(jī)粉末和涂敷無機(jī)粉末順序涂敷在調(diào)色劑母粒10上以在調(diào)色劑母粒10的表面上形成第一涂層20和第二涂層30。
通過在光導(dǎo)鼓的帶電過程中與帶電葉片表面接觸，第一涂層20中的涂敷有機(jī)粉末降低了施加在位于套管和帶電葉片之間的調(diào)色劑上的摩擦阻力。因此，調(diào)色劑顆粒沒有沉積在光導(dǎo)鼓上，從而長期提供了穩(wěn)定的圖像。此外，涂敷有機(jī)粉末可以幫助第二涂層30中的涂敷無機(jī)粉末很好地涂敷在調(diào)色劑母粒上，并降低在調(diào)色劑顆粒之間存在的粘合力，因此維持了電荷容量。
為了實(shí)行有機(jī)粉末的功能，通過混合具有不同大小的兩種有機(jī)粉末制備涂敷有機(jī)粉末，然后涂敷在調(diào)色劑母粒的表面上。
如圖1所示，通過在第一涂層20中采用具有不同粒度的兩種有機(jī)粉末，小粒度的球形有機(jī)粉末可以有效地填充不規(guī)則形狀調(diào)色劑母粒表面中的凹區(qū)。結(jié)果，不規(guī)則形狀的調(diào)色劑母粒可以像球形顆粒一樣起作用，并因此具有均勻的表面帶電特性。因此，在顯影套管上均勻形成調(diào)色劑層，以長期獲得均勻的圖像和改善轉(zhuǎn)換效率。然而，如在常規(guī)技術(shù)中使用有機(jī)粉末時(shí)，不能填充具有不同大小和形狀的凹區(qū)，因此制得具有不均勻表面的調(diào)色劑。因此，不能達(dá)到均勻的電荷特性。
第一涂層20中的兩種有機(jī)粉末分別具有0.1μm至1.8μm的數(shù)均粒度，且優(yōu)選可以混和具有不同粒度的有機(jī)粉末。如果有機(jī)粉末的平均粒度大于1.8μm，它降低了與調(diào)色劑表面的粘合性且不能填充不規(guī)則形狀調(diào)色劑的凹區(qū)。因此，該調(diào)色劑不能作為球形調(diào)色劑顆粒。相反，如果它小于0.1μm，它不能有效地降低摩擦阻力，且不能完全填充不規(guī)則形狀調(diào)色劑的凹區(qū)。因此，不能獲得球形調(diào)色劑的作用。此外，當(dāng)有機(jī)粉末的粒度非常小時(shí)，控制有機(jī)粉劑以填充調(diào)色劑母粒10的合適區(qū)域是非常困難的。
第一涂層20的厚度為10nm至200nm。尤其是，具有第一涂層20的調(diào)色劑顆粒的數(shù)均粒度可以稍微不同，但是這對調(diào)色劑的總粒度沒有大影響，原因是有機(jī)粉末填充調(diào)色劑顆粒的凹區(qū)而不是均勻地涂敷調(diào)色劑表面。
考慮到涂敷有機(jī)粉末對調(diào)色劑表面和第二涂層的粘合性質(zhì)，可以確定涂敷有機(jī)粉末的量。優(yōu)選地，基于100重量份的調(diào)色劑母粒，涂敷有機(jī)粉末可以以0.2至4.0重量份的量使用，且各有機(jī)粉末的用量為0.1至2.0重量份。如果涂敷有機(jī)粉末的量低于0.2重量份，則難以達(dá)到有機(jī)粉末的作用。如果涂敷有機(jī)粉末的量大于4.0重量份，則不能獲得均勻的帶電容量，且沾污帶電輥和鼓，降低了轉(zhuǎn)換效率。
所述的有機(jī)粉末是(a)由一種或多種單體制備的均聚物或共聚物，所述一種或多種單體選自包括如下單體的組苯乙烯類，例如苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、苯基苯乙烯、氯苯乙烯、己基苯乙烯、辛基苯乙烯和壬基苯乙烯；乙烯基鹵化物，例如氯乙烯和氟乙烯；乙烯基酯，例如乙烯基乙酸酯和乙烯基苯甲酸酯；甲基丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯和甲基丙烯酸苯酯；丙烯酸衍生物，例如丙烯腈和甲基丙烯腈；丙烯酸酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸苯酯；四氟乙烯；和1，1-二氟乙烯，或(b)選自包括(a)的均聚物和共聚物的組的聚合物與選自包括基于苯乙烯的樹脂、基于環(huán)氧的樹脂、基于聚酯的樹脂和基于聚氨酯的樹脂的組的樹脂的混合物。
根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，制備了包括不同含量、具有不同粒度的有機(jī)粉末的調(diào)色劑，并測試了調(diào)色劑的調(diào)色劑特性。結(jié)果，與包括含量和數(shù)均粒度在本發(fā)明之外的有機(jī)粉末的調(diào)色劑相比，本發(fā)明的調(diào)色劑具有優(yōu)良的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和低的鼓的沾污性。
根據(jù)本發(fā)明，形成第二涂層30的涂敷無機(jī)粉末包括二氧化硅和二氧化鈦。
第二涂層30中的二氧化硅降低了調(diào)色劑和鼓之間的粘合力，因此改善了轉(zhuǎn)換效率。具有低電阻的二氧化鈦增加了位于套管上的調(diào)色劑顆粒中特定范圍的帶電容量的調(diào)色劑顆粒的相對數(shù)目，因此改善了色彩的層次。更特別地，通過具有相對小粒度的二氧化硅和具有相對大粒度的氧化鈦混合，涂敷無機(jī)粉末具有在氧化鈦上涂敷二氧化硅的結(jié)構(gòu)。
如第一涂層的厚度一樣，定義第二涂層的厚度是困難的。然而，可以涂敷第一涂層以在某種程度上形成調(diào)色劑的球形形狀。因此，在相對球形調(diào)色劑上以均勻厚度例如3nm至400nm形成第二涂層30。
具有優(yōu)異剝落能力的二氧化硅在降低鼓和調(diào)色劑之間的粘附力中起作用。二氧化硅的數(shù)均粒度為3-40nm，優(yōu)選5-30nm。這時(shí)，對于二氧化硅的粒度大于40nm的情況，涂敷無機(jī)粉末和第一涂層20之間的粘合性降低。如果二氧化硅的粒度低于3nm，則鼓和調(diào)色劑之間的粘合力不能充分降低。因此，可以在上述范圍內(nèi)合適地選擇無機(jī)粉末的粒度。
考慮調(diào)色劑和鼓之間的粘合力，及二氧化硅和第一涂層20之間的粘合力可以確定二氧化硅的量。優(yōu)選地，基于100重量份的調(diào)色劑母粒，二氧化硅的量為1.0至4.0重量份，更優(yōu)選1.5至3.5重量份。如果量超過4.0重量份，則二氧化硅和第一涂層的粘合力降低。因?yàn)槎趸璧沫h(huán)境依賴性，所以在低溫和低濕度下可以產(chǎn)生不均勻圖像和在高溫和高濕度下嚴(yán)重污染非圖像區(qū)。如果量低于1.0重量份，則在調(diào)色劑顆粒和鼓之間獲得低粘合力是困難的，從而降低了轉(zhuǎn)換效率。因此，二氧化硅的量可以在上述范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
二氧化硅可以是二氧化硅自身，或用表面改性劑進(jìn)行疏水性處理的二氧化硅，該表面改性劑用于改善環(huán)境特性，其中通過在高溫和高濕度、或在低溫和低濕度下維持電荷特性而可以改善轉(zhuǎn)換效率。通過選自包括二甲基二氯硅烷、二甲基聚硅氧烷、六甲基二硅氮烷、氨基硅烷、烷基硅烷和八甲基環(huán)四硅氧烷的組的表面改性劑可以制備疏水性處理的二氧化硅。
因?yàn)槎趸伇榷趸杈哂休^低的電阻和高電荷交換能力，它使電荷分布窄。因此，二氧化鈦使圖像柔和，通過改善色彩的層次復(fù)制出正如照片的圖像，且彌補(bǔ)了二氧化硅的低環(huán)境特性。優(yōu)選地，可以單獨(dú)使用或以其混合物使用具有在高溫下穩(wěn)定的金紅石結(jié)構(gòu)的二氧化鈦或在低溫下穩(wěn)定的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。二氧化鈦的數(shù)均粒度為80至200nm，更優(yōu)選100至150nm。如果粒度大于200nm，則它對第一涂層的粘合力降低。如果粒度低于80nm，則預(yù)計(jì)添加二氧化鈦的作用是不可能的。因此，可以在上述范圍內(nèi)合適地選擇二氧化鈦的粒度。
基于100重量份的調(diào)色劑母粒，二氧化鈦的優(yōu)選量為0.1至2.0重量份，更優(yōu)選0.15至1.8重量份。如果二氧化鈦的量超過2.0重量份，則調(diào)色劑不能容易地與第二涂層粘合，且擦傷光導(dǎo)鼓，因此導(dǎo)致鼓起膜。如果二氧化鈦的量低于1.0重量份，則難于預(yù)計(jì)添加二氧化鈦的作用。因此，可以在上述范圍內(nèi)合適地選擇二氧化鈦的量。
根據(jù)本發(fā)明所希望的實(shí)施方案，通過改變二氧化硅和二氧化鈦的粒度和量，測定圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和鼓沾污性。結(jié)果，與用二氧化硅和二氧化鈦的量和粒度在本發(fā)明之外的比較實(shí)施例相比，本發(fā)明的調(diào)色劑的特性具有優(yōu)異的檢測結(jié)果(參見表8和11)。
根據(jù)本發(fā)明，將解釋制備彩色調(diào)色劑的方法的各步驟。
a)制備涂敷有機(jī)粉末的步驟在步驟a)中，將2種球形有機(jī)粉末混和并涂敷在各顆粒的表面上。
更優(yōu)選選擇兩種具有不同粒度的有機(jī)粉末，以易于互相涂敷。
有機(jī)粉末的涂敷與沉積不同，且將顆?；ハ嗤糠蟮幕旌团c簡單混和方法是不同的。即，兩種有機(jī)粉末的混和與涂敷表示一種具有特定官能團(tuán)的有機(jī)粉末通過與另一種有機(jī)粉末混和，而粘合或嵌入在上述另一種有機(jī)粉末的特定區(qū)域中，從而同時(shí)具有兩種有機(jī)粉末的特性。
通過采用選自包括亨舍爾混合機(jī)、汽輪攪拌器、超混合機(jī)和混合器的組的混合機(jī)以槳尖速度(tip speed)1至10m/s，更優(yōu)選3至7m/s持續(xù)1至5分鐘的機(jī)械混和方法進(jìn)行混和?；旌蜅l件可以取決于例如混合機(jī)的類型和性能的因素而變化。
b)制備第一涂層的步驟在步驟b)中，通過步驟a)中獲得的涂敷有機(jī)粉末與調(diào)色劑母?；旌停糠笳{(diào)色劑母粒的表面，從而制備第一涂層。
通過采用一般機(jī)械混合機(jī)，優(yōu)選如上所述的混合機(jī)以5至30m/s的槳尖速度，更優(yōu)選10至20m/s的槳尖速度持續(xù)5至20分鐘進(jìn)行涂敷。此種機(jī)械混和可以使涂敷有機(jī)粉末容易地粘合在調(diào)色劑母粒上，因此防止有機(jī)粉末脫落。
c)制備涂敷無機(jī)粉末的步驟在步驟c)中，將包括二氧化硅和二氧化鈦的兩種球形粉末以特定混和比例混和，以互相涂敷無機(jī)粉末的表面。
用步驟a)中的混和方法和混合機(jī)進(jìn)行混和，且槳尖速度為1至10m/s，優(yōu)選3至7m/s，且混和時(shí)間為1分鐘至5分鐘。
d)制備第二涂層的步驟在步驟d)中，通過調(diào)色劑顆粒與步驟c)中獲得的第二涂層混和而涂敷具有第一涂層的調(diào)色劑母粒的表面，從而制備包括在調(diào)色劑母粒上形成的第一涂層和第二涂層的調(diào)色劑顆粒。
根據(jù)與步驟b)中的混和方法和混合機(jī)相似的混和方法進(jìn)行混和，且槳尖速度為5至30m/s，優(yōu)選10至20m/s，且混和時(shí)間為5分鐘至20分鐘。
通過本方法制備的彩色調(diào)色劑具有數(shù)均粒度最大為20μm，優(yōu)選3至15μm，且改進(jìn)了調(diào)色劑所需要的特性，例如圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和防止鼓沾污的能力，因此表現(xiàn)出高電荷容量、電荷維持性和高色度。
尤其是，本發(fā)明調(diào)色劑降低了在套管和電荷葉片之間存在的壓力，并降低了隨調(diào)色劑顆粒持續(xù)受壓而增大的調(diào)色劑顆粒之間的粘合力。因?yàn)樗L時(shí)期在打印中防止了調(diào)色劑顆?；ハ嗾澈希哉{(diào)色劑的帶電狀態(tài)與最初狀態(tài)保持均勻一致。此外，因?yàn)闊o機(jī)粉末填充了不規(guī)則形狀的調(diào)色劑母粒的凹區(qū)，所以均勻的帶電狀態(tài)提供了相一致的轉(zhuǎn)換效率和改善的長期穩(wěn)定性。此外，浪費(fèi)的調(diào)色劑的量降低，因此本發(fā)明對環(huán)境友好。
由于趨勢是向著高速度和彩色打印機(jī)發(fā)展，具有以上特性的彩色調(diào)色劑可以用于采用直接型或串聯(lián)型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高速彩色打印機(jī)等等。
下文中，通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了更詳細(xì)的描述。然而，以下實(shí)施例僅僅用于理解本發(fā)明而給出，且它們不限制本發(fā)明。
實(shí)施例11-1青色調(diào)色劑母粒的制備采用亨舍爾混合機(jī)，將94重量份的聚酯樹脂(分子量＝2.5×105)、5重量份的酞菁P.BI.15:3、1重量份的偶氮金屬絡(luò)合物作為電荷控制劑和3重量份的具有低分子量的聚丙烯混和。用雙熔化捏合機(jī)將該混合物在165℃熔化和捏合，用噴射研磨破碎機(jī)進(jìn)行粉碎，并用空氣分類機(jī)分類以獲得具有體積平均粒度為7.2μm的調(diào)色劑母粒。
1-2第一涂層的制備基于100重量份的如上制備的調(diào)色劑母粒，用亨舍爾混合機(jī)以槳尖速度5m/s將0.5重量份的具有平均粒度0.1μm的聚四氟乙烯(PTFE)和0.5重量份的具有平均粒度為0.1μm的PMMA作為球形有機(jī)粉末進(jìn)行混和，以互相涂敷。將如上制備的調(diào)色劑母粒用涂敷有機(jī)粉末在亨舍爾混合機(jī)中以槳尖速度15m/s涂敷5分鐘，以在調(diào)色劑母粒上制得第一涂層。
1-3第二涂層的制備然后，基于100重量份的如上制備的調(diào)色劑母粒，用亨舍爾混合機(jī)以槳尖速度5m/s將2.5重量份的具有平均粒度17nm的二氧化硅和1.0重量份的具有平均粒度為150nm的二氧化鈦?zhàn)鳛闊o機(jī)粉末進(jìn)行混和，以互相涂敷。
將如上制備的具有第一涂層的調(diào)色劑母粒用涂敷無機(jī)粉末在亨舍爾混合機(jī)中以槳尖速度15m/s涂敷5分鐘，以在調(diào)色劑母粒上制得第二涂層。
實(shí)施例2至25為了檢測球形有機(jī)粉末的粒度和量對調(diào)色劑特性的影響，除了組成如在表1中所示外，根據(jù)與實(shí)施例1基本相同的方法制備了實(shí)施例2-25。各實(shí)施例用聚四氟乙烯(PTEE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)和硅粉作為有機(jī)粉末。有機(jī)粉末的數(shù)均粒度和量分別為0.1至1.5μm和0.5至1.5重量份。
表1


實(shí)施例26-43為了檢測二氧化硅的量和粒度對調(diào)色劑特性的影響，除了組成如在表2中所示外，根據(jù)與實(shí)施例1基本相同的方法制備了實(shí)施例26-43。二氧化硅的數(shù)均粒度和量分別為6至40nm和0.5至1.5重量份。
表2



實(shí)施例44至61為了檢測二氧化鈦的量和粒度對調(diào)色劑特性的影響，除了組成如在表3中所示外，根據(jù)與實(shí)施例1基本相同的方法制備了實(shí)施例44至61。二氧化鈦的平均粒度和量分別為80至200nm和0.5至2.0重量份。
表3


比較實(shí)施例1-25為了比較實(shí)施例1至25，除了如在表4中顯示的有機(jī)粉末的粒度和量外，根據(jù)與實(shí)施例1基本相同的方法進(jìn)行了比較實(shí)施例1。有機(jī)粉末的數(shù)均粒度和量分別為0.05至2.0μm和0.05至3.5重量份。
表4



比較實(shí)施例26至42為了比較實(shí)施例26至43，除了如在表5中顯示的二氧化硅的粒度和量外，根據(jù)與實(shí)施例1基本相同的方法進(jìn)行了比較實(shí)施例26至42。有機(jī)粉末的數(shù)均粒度和量分別為2至50nm和0.5至5.0重量份。
表5


比較實(shí)施例43至58為了比較實(shí)施例44至61，除了如在表6中顯示的二氧化鈦的粒度和量外，根據(jù)與實(shí)施例1基本相同的方法制備了比較實(shí)施例43至58。二氧化鈦的平均粒度和量分別為50至300nm和0.5至5.0重量份。
表6


比較實(shí)施例59至64為了檢測第一涂層和第二涂層順序形成方法對調(diào)色劑特性的影響，在調(diào)色劑顆粒上形成雙涂層和單涂層。
有機(jī)粉末和無機(jī)粉末的組成和制備方法與實(shí)施例5至10的組成和制備方法基本相同。將涂敷有機(jī)粉末、涂敷無機(jī)粉末和調(diào)色劑母粒用亨舍爾混合機(jī)以槳尖速度15m/s混和5分鐘，以獲得彩色調(diào)色劑。
表7

比較實(shí)施例65-70為了檢測第一涂層和第二涂層順序形成方法對調(diào)色劑特性的影響，在調(diào)色劑顆粒上形成雙涂層和多涂層。
有機(jī)粉末和無機(jī)粉末的組成和制備方法與實(shí)施例5至10的組成和制備方法相同。在第一涂敷步驟中將調(diào)色劑母粒與一種有機(jī)粉末在亨舍爾混合機(jī)中混和，在第二涂敷步驟中與另一種有機(jī)粉末混和，在第三涂敷步驟中與二氧化硅混和，及在第四涂敷步驟中與二氧化鈦混和，以制備非磁性單組分彩色調(diào)色劑。以槳尖速度15m/s混和5分鐘。
表8

比較實(shí)施例71至84為了檢測無機(jī)粉末和有機(jī)粉末互相預(yù)涂敷對調(diào)色劑特性的影響，在涂敷調(diào)色劑母粒前，兩種有機(jī)粉末不互相涂敷及二氧化硅和二氧化鈦不互相涂敷的情況下，在調(diào)色劑母粒上形成雙涂層。
無機(jī)粉末和有機(jī)粉末的組成與實(shí)施例5至10的組成相同，但在涂敷調(diào)色劑母粒前不互相涂敷。在第一步驟中將調(diào)色劑母粒與未涂敷的兩種有機(jī)粉末在亨舍爾混合機(jī)混和，在第二步驟中與未涂敷無機(jī)粉末混和，以獲得非磁性單組分彩色調(diào)色劑。以槳尖速度15m/s進(jìn)行混和5分鐘。
表9


檢測實(shí)施例1用串聯(lián)型非磁性單組分顯影打印機(jī)(HP4600，Hewlett-Packard)，在室溫和室內(nèi)濕度(20℃，55％RH)分別用實(shí)施例和比較實(shí)施例中制備的各非磁性單組分彩色調(diào)色劑打印5,000張紙。根據(jù)以下方法檢測圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和帶電葉片的沾污性。
1.圖像密度(I.D)用麥克貝斯(Macbeth)反射光密度計(jì)RD918測定實(shí)體區(qū)域(solidarea)。
A圖像密度等于或大于1.4B圖像密度等于或大于1.3C圖像密度等于或小于1.2D圖像密度等于或小于1.02.轉(zhuǎn)換效率5,000張紙中，通過計(jì)數(shù)每500張紙中的廢紙張數(shù)計(jì)算打印效率。
A轉(zhuǎn)換效率等于或大于80％B轉(zhuǎn)換效率為70～80％C轉(zhuǎn)換效率為60～70％D轉(zhuǎn)換效率為50～60％3.長期穩(wěn)定性觀察打印5,000張紙后是否保持I.D.和轉(zhuǎn)換效率。
AI.D≥1.4，且轉(zhuǎn)換效率≥75％BI.D≥1.3，且轉(zhuǎn)換效率≥70％CI.D≤1.2，且轉(zhuǎn)換效率≥60％DI.D≤1.0，且轉(zhuǎn)換效率≥40％4.帶電葉片沾污性打印5,000張紙后，通過透明膠帶粘合表面PCR上殘留的調(diào)色劑，以轉(zhuǎn)移到白紙上并在光學(xué)顯微鏡下觀察，以根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估。
◎PCR上嚴(yán)重沾污○PCR上有些沾污△PCR上非常小量的沾污
×無沾污(1)有機(jī)粉末的粒度和量的影響為了檢測有機(jī)粉末的粒度和量的影響，測定了實(shí)施例1至25及比較實(shí)施例1至25中獲得的非磁性單組分彩色調(diào)色劑的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和PCR沾污性，且檢測結(jié)果在以下表10中顯示。
表10


如表10所示，與比較實(shí)施例1至25相比，通過涂敷有機(jī)粉劑涂敷調(diào)色劑母粒、然后通過涂敷二氧化硅和二氧化鈦涂敷的實(shí)施例1至25中獲得的彩色調(diào)色劑具有優(yōu)異的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率和長期穩(wěn)定性。此類結(jié)果表明，在通過涂敷有機(jī)粉劑涂敷后，調(diào)色劑母粒性能似球形調(diào)色劑，因此涂敷的二氧化硅和二氧化鈦容易地粘合在調(diào)色劑上。此外，它降低了調(diào)色劑顆粒之間的粘合力，因此有助于維持電荷容量。
(2)二氧化硅粉的粒度和量的影響為了檢測二氧化硅粉的粒度和量對調(diào)色劑特性的影響，測定了實(shí)施例26至42及比較實(shí)施例2至42中獲得的非磁性單組分彩色調(diào)色劑的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和PCR沾污性，且檢測結(jié)果在以下表11中顯示。
表11


如表11所示，與比較實(shí)施例26至42相比，二氧化硅的平均粒度和量分別為3至40nm和1至4重量份的實(shí)施例28至50中獲得的彩色調(diào)色劑顯示優(yōu)異的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率和防止PCR沾污性。
(3)二氧化鈦的粒度和量的影響為了檢測二氧化鈦的粒度和量對調(diào)色劑特性的影響，測定了實(shí)施例43至58及比較實(shí)施例43至58中獲得的非磁性單組分彩色調(diào)色劑的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和PCR沾污性，且檢測結(jié)果在以下表12中顯示。


如表12所示，與比較實(shí)施例43至58相比，二氧化鈦的平均粒度和量分別為80至200nm和0.1至2.0重量份的實(shí)施例43至58中獲得的彩色調(diào)色劑，顯示優(yōu)異的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率和防止PCR沾污性。
(4)通過多步驟制備的雙涂層和單涂層之間的差異為了檢測通過根據(jù)本發(fā)明的兩步步驟中順序涂敷制備的雙涂層與具有與該雙涂層相同組成的單涂層之間的差異，測定了實(shí)施例5至10及比較實(shí)施例59至64中獲得的非磁性單組分彩色調(diào)色劑的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和PCR沾污性，且檢測結(jié)果在以下表13中顯示。
表13

如表13所示，與比較實(shí)施例59至64中獲得的具有單涂層的彩色調(diào)色劑相比，實(shí)施例5至10中獲得的具有雙涂層的彩色調(diào)色劑顯示良好特性。
更特別地，即使比較實(shí)施例59至64的彩色調(diào)色劑包括與實(shí)施例5至10中的有機(jī)粉末和無機(jī)粉末相同的粒度和組成，但它們的轉(zhuǎn)化效率和長期穩(wěn)定性差，且PCR沾污嚴(yán)重。此種結(jié)果表明在調(diào)色劑母粒上形成的有機(jī)粉末或無機(jī)粉末的單涂層不能表現(xiàn)出它們的內(nèi)在特性。
(5)雙涂層和多涂層之間的差異為了檢測通過根據(jù)本發(fā)明的兩步步驟中順序涂敷制備的雙涂層與具有與該雙涂層相同組成的多涂層之間的差異，測定了實(shí)施例5至10及比較實(shí)施例65至70中獲得的非磁性單組分彩色調(diào)色劑的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和PCR沾污性，且檢測結(jié)果在以下表14中顯示。
表14

如表14所示，實(shí)施例5至10中的具有雙涂層的調(diào)色劑的特性優(yōu)于比較實(shí)施例65至70的具有多涂層的調(diào)色劑。
更特別地，即使比較實(shí)施例65至70的彩色調(diào)色劑包括與實(shí)施例5至10中的有機(jī)粉末和無機(jī)粉末相同的粒度和組成，但它們的轉(zhuǎn)化效率和長期穩(wěn)定性差，且PCR沾污嚴(yán)重。從這個(gè)結(jié)果，通過在涂敷調(diào)色劑母粒前將有機(jī)粉末和無機(jī)粉末互相涂敷的本發(fā)明的兩步涂敷法制備的調(diào)色劑具有最好的特性。
(6)在涂敷調(diào)色劑母粒表面前涂敷有機(jī)粉末和無機(jī)粉末的作用為了檢測采用根據(jù)本發(fā)明的互相涂敷的有機(jī)粉末和無機(jī)粉末與采用未涂敷有機(jī)或無機(jī)粉末之間的差異，測定了實(shí)施例5至10及比較實(shí)施例71至82中獲得的非磁性單組分彩色調(diào)色劑的圖像密度、轉(zhuǎn)換效率、長期穩(wěn)定性和PCR沾污性，且檢測結(jié)果在以下表15中顯示。
表15

如表15所示，在有機(jī)粉末和無機(jī)粉末各自互相涂敷后形成具有第一涂層和第二涂層的調(diào)色劑，與其它的調(diào)色劑相比，表現(xiàn)出更好的調(diào)色劑特性。
更特別地，即使比較實(shí)施例71至84的彩色調(diào)色劑包括與實(shí)施例5至10中的有機(jī)粉末和無機(jī)粉末相同的粒度和組成，但它們的轉(zhuǎn)化效率和長期穩(wěn)定性差，且PCR沾污嚴(yán)重。
檢測實(shí)施例2為了分析第一涂層和第二涂層的表面狀態(tài)，在SEM下觀察了根據(jù)實(shí)施例1的具有涂敷有機(jī)粉末的第一涂層的調(diào)色劑顆粒和繼而被涂敷無機(jī)粉末的第二涂層涂敷的調(diào)色劑顆粒。
圖2為顯示具有第一涂層的顆粒的表面狀態(tài)的SEM照片。圖4為顯示具有第一涂層和第二涂層的顆粒的表面狀態(tài)的掃描電子顯微鏡照片。
如圖2所示，調(diào)色劑母粒的表面非常不規(guī)則，且有機(jī)粉末填充了調(diào)色劑母粒的凹進(jìn)部分。圖3顯示兩種有機(jī)粉末互相涂敷。
如圖4所示，由于第一涂層，所以調(diào)色劑母粒的表面狀態(tài)相對平滑，且涂敷無機(jī)粉末涂敷了調(diào)色劑顆粒的平滑表面。圖5顯示無機(jī)粉末互相涂敷。
權(quán)利要求
1.一種用于非磁性單組分打印系統(tǒng)的彩色調(diào)色劑，包括在調(diào)色劑母粒上形成的第一涂層和第二涂層，其中第一涂層含有兩種有機(jī)粉末互相涂敷的涂敷有機(jī)粉末，和第二涂層含有二氧化硅和二氧化鈦互相涂敷的涂敷無機(jī)粉末。
2.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的第一涂層具有10nm至200nm的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，基于100重量份的調(diào)色劑母粒，第一涂層包括分別為0.1至2.0重量份量的兩種有機(jī)粉末。
4.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的有機(jī)粉末具有0.1μm至1.8μm的平均粒度。
5.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的有機(jī)粉末是(a)由選自包括苯乙烯化合物、乙烯基鹵化物、乙烯基酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸衍生物、四氟乙烯和1，1-二氟乙烯的組的一種或多種單體制備的均聚物或共聚物；或(b)選自包括(a)中的均聚物和共聚物的組的聚合物與選自包括基于苯乙烯的樹脂、基于環(huán)氧的樹脂、基于聚酯的樹脂和基于聚氨酯的樹脂的組的樹脂的混合物。
6.如權(quán)利要求5所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的苯乙烯化合物選自包括苯乙烯、甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、苯基苯乙烯、氯苯乙烯、己基苯乙烯、辛基苯乙烯和壬基苯乙烯的組；所述的乙烯基鹵化物選自包括氯乙烯和氟乙烯的組；所述的乙烯基酯選自包括乙烯基乙酸酯和乙烯基苯甲酸酯的組；所述的甲基丙烯酸酯選自包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯和甲基丙烯酸苯酯的組；所述的丙烯酸衍生物選自包括丙烯腈和甲基丙烯腈的組；以及所述的丙烯酸酯選自包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸苯酯的組。
7.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的第二涂層的厚度為3nm至400nm。
8.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，基于100重量份的調(diào)色劑母粒，第二涂層包括1.0至4.0重量份量的二氧化硅和0.1至2.0重量份量的二氧化鈦。
9.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的二氧化硅的平均粒度為3nm至40nm。
10.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的二氧化硅為二氧化硅自身，或通過選自包括二甲基二氯硅烷、二甲基聚硅氧烷、六甲基二硅氮烷、氨基硅烷、烷基硅烷和八甲基環(huán)四硅氧烷的組的表面改性劑改性的經(jīng)疏水性處理的二氧化硅。
11.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的二氧化鈦具有80nm至200nm的平均粒度。
12.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的二氧化鈦選自包括金紅石型二氧化鈦、銳鈦礦型二氧化鈦及其混合物的組。
13.如權(quán)利要求1所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的調(diào)色劑母粒包含粘合劑、著色劑和電荷控制劑。
14.如權(quán)利要求13所述的彩色調(diào)色劑，其特征在于，所述的調(diào)色劑母粒進(jìn)一步包含選自包括流動(dòng)性促進(jìn)劑和釋放劑的組的至少一種。
15.一種制備用于非磁性單組分打印系統(tǒng)的彩色調(diào)色劑的方法，包括步驟a)通過兩種有機(jī)粉末互相混合與涂敷而制備涂敷有機(jī)粉末；b)將涂敷有機(jī)粉末涂敷在調(diào)色劑母粒上，從而制備具有第一涂層的調(diào)色劑母粒；c)通過二氧化硅和二氧化鈦互相混合與涂敷而制備涂敷無機(jī)粉末；以及d)將涂敷無機(jī)粉末涂敷在具有步驟b)的第一涂層的調(diào)色劑母粒上，從而制備包含在調(diào)色劑母粒上形成的第一涂層和第二涂層的調(diào)色劑顆粒。
16.如權(quán)利要求15所述的制備彩色調(diào)色劑的方法，其特征在于，基于100重量份的調(diào)色劑母粒，所述調(diào)色劑包含i)0.1至2.0重量份的具有平均粒度0.1μm至1.8μm的各有機(jī)粉末；ii)1.0至4.0重量份的具有平均粒度為3nm至40nm的二氧化硅粉末；和iii)0.1至2.0重量份的具有平均粒度為80nm至200的二氧化鈦粉末。
17.如權(quán)利要求15所述的制備彩色調(diào)色劑的方法，其特征在于，通過選自包括亨舍爾混合機(jī)、汽輪攪拌器、超混合機(jī)和混合器的組的混合機(jī)進(jìn)行步驟a)至d)中的混和。
全文摘要
本發(fā)明涉及改善打印性能的用于非磁性單組分打印系統(tǒng)的彩色調(diào)色劑及其制備方法。更具體地，本發(fā)明提供了包括在調(diào)色劑母粒上形成的第一涂層和第二涂層的彩色調(diào)色劑，其中第一涂層含有兩種有機(jī)粉末互相涂敷的涂敷有機(jī)粉末，和第二層涂層含有二氧化硅和二氧化鈦互相涂敷的涂敷無機(jī)粉末。本發(fā)明的彩色調(diào)色劑電荷分布窄、圖像密度好、轉(zhuǎn)換效率高、長期穩(wěn)定性優(yōu)良和PCR沾污降低，因此良好地用于使用直接型或串聯(lián)型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高速彩色打印機(jī)等。
文檔編號(hào)G03G9/08GK1942831SQ200680000073
公開日2007年4月4日 申請日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月18日
發(fā)明者李炯鎮(zhèn), 樸柱鏞, 李昶淳 申請人:Lg化學(xué)株式會(huì)社