專利名稱：制備調色劑的方法及用該方法制備的調色劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及制備調色劑的方法以及由該方法得到的調色劑。本發明還涉及以簡單的制備步驟制備調色劑的方法。所述調色劑具有優良的蠟和著色劑的可分散性。本發明進一步涉及采用該調色劑的成像方法和成像裝置。
背景技術：
在電子照相或靜電記錄方法中，用于形成靜電圖像或靜電潛像的顯影劑，可以是由調色劑和載體顆粒組成的雙組分顯影劑，或者是僅由調色劑組成而不包含載體顆粒的單組分顯影劑。單組分顯影劑可以是具有磁性的磁性單組分顯影劑，或者是不具有磁性的非磁性單組分顯影劑。經常將增塑劑，例如硅膠，單獨加入到非磁性單組分顯影劑中，以增加調色劑的流動性。一般，在調色劑中使用通過將著色劑如碳黑，或其它添加劑分散在粘合劑樹脂中而得到的有色顆粒。
制備調色劑的方法包括粉碎或聚合。在粉碎方法中，調色劑是通過將合成樹脂和著色劑，如果需要，還有其它添加劑，熔化混合而得到的。粉碎混合物并對顆粒進行分類，以得到所需尺寸的顆粒。在聚合方法中，可聚合單體組合物是通過將可聚合單體、著色劑、聚合引發劑，如果需要，還有各種添加劑，例如交聯劑和抗靜電劑，均勻地溶解或分散而制得的。接著，可聚合單體組合物被分散在包括分散穩定劑的含水分散介質中，采用攪拌器形成微小液滴顆粒。然后，升高溫度，進行懸浮聚合，得到具有所需尺寸的著色劑聚合物顆粒的聚合調色劑。
在成像裝置，例如電子照相裝置或靜電記錄裝置中，靜電潛像是通過在均勻充電的感光體的表面曝光形成的。調色劑附著到靜電潛像上，得到的調色劑圖像通過幾個步驟，例如加熱、加壓、溶劑蒸發等，被轉印到轉印介質，例如紙上。在大多數定影步驟中，帶有調色劑圖像的轉印介質經過定影輥和加壓輥，并通過加熱和加壓，將調色劑圖像熔合到轉印介質上。
對于由成像裝置例如電子照相復印機形成的圖像來說，需要提高其準確性和精密性。通常地，用于成像裝置的調色劑一般是通過粉碎調色劑材料而得到的。當采用粉碎法時，形成的有色顆粒的顆粒尺寸范圍可能比較寬。因此，為了獲得滿意的顯影劑性能，需要根據尺寸對粉碎所得到的有色顆粒進行分粒，以得到較窄的顆粒尺寸分布。但是，在適用于電子照相方法和靜電記錄方法的調色劑顆粒的制造過程中，很難采用常規的混合/粉碎法來精確地控制顆粒尺寸分布。并且，當制備微小顆粒的調色劑時，由于分粒步驟，調色劑制備的產率低。此外，變化/調整調色劑的配比以獲得所需的充電和定影性能也受到限制。因此，聚合調色劑，由于其顆粒的尺寸容易控制，也不需要經過復雜的處理步驟如分粒，最近成了公眾矚目的焦點。
當通過聚合制備調色劑時，不必進行粉碎或分粒，就能得到所需的顆粒的尺寸分布。
發明人為Hasegawa等人的美國專利No.6,033,822公開了一種聚合調色劑，包括由有色的聚合物顆粒形成的核心，以及以分子形式包裹該核心的殼，其中，聚合調色劑是通過懸浮聚合制備的。但是，采用該方法仍然難于調整調色劑的形狀和顆粒的尺寸。并且，該方法產生寬的顆粒尺寸分布。
發明人為Michael等人的美國專利No.6,258,911公開了具有窄的多分散性的雙官能聚合物和制造每一端都具有共價鍵自由基的聚合物的乳液-縮合聚合法。但是，即使采用這種方法，表面活性劑也會產生不利影響，難以控制膠乳的尺寸。
發明內容
本發明提供制備調色劑的方法，在該方法中，以簡化的方法生成聚合調色劑顆粒，并且其中著色劑和蠟易于分散在調色劑顆粒中。
本發明還提供在顆粒尺寸控制、耐儲存性和耐久性方面具有優良性能的調色劑。
本發明還提供成像方法，其中通過采用在顆粒尺寸控制、耐儲存性和耐久性方面具有優良性能的調色劑，在低溫下可以熔合形成高品質的圖像。
本發明還提供成像裝置，其中通過采用在顆粒尺寸控制、耐儲存性和耐久性方面具有優良性能的調色劑，在低溫下可以熔合形成高品質圖像。
根據本發明的一個方面，提供一種制備調色劑的方法，包括制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
根據本發明的另一個方面，提供一種調色劑，它是通過以下步驟制備的制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，以形成共聚物，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
根據本發明的另一個方面，提供一種成像方法，包括通過在形成有靜電潛像的感光體的表面布置調色劑，形成可視圖像；將可視圖像轉印到轉印介質上，其中，調色劑是通過以下步驟制備的制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
根據本發明的另一個方面，提供一種成像裝置，包括有機感光體；在該有機感光體的表面上形成靜電潛像的成像元件；容納調色劑的調色劑盒；調色劑供給元件，將調色劑供應到有機感光體的表面，以將有機感光體表面上的靜電潛像顯影為調色劑圖像；以及調色劑轉印單元，將有機感光體表面上的調色劑圖像轉印到轉印介質上，其中，調色劑是通過以下步驟制備的制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
根據本發明，采用簡化的方法，通過分散著色劑和蠟，形成聚合物，著色劑和蠟的可分散性得到提高。另外，通過簡化制備過程，生產成本得以降低。
通過參照附圖對實施例進行詳細描述，本發明的上述和其它特征及優點將變得更加明顯，其中圖1是采用根據本發明實施方案的方法制備的調色劑的成像裝置的示意圖。
具體實施例方式
本發明的實施方案提供了制備調色劑的方法，包括制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
本實施方案涉及制備用于聚合調色劑的調色劑膠乳的方法，其中，用于包含蠟和著色劑的聚合調色劑的高分子調色劑膠乳，可以采用一步法簡單地制備。該制備方法形成了具有優良的蠟和著色劑的可分散性的調色劑，并且可以以高產率得到小尺寸的調色劑顆粒。另外，該制備方法適于制備用于具有低溫圖像定影特性的高速、高分辨率打印機的調色劑。所述調色劑具有易于調整、圖像存儲和定影性能。
傳統的用乳化劑形成聚合調色劑的制備方法采用離子型乳化劑，通常是陰離子型乳化劑，分別制備蠟分散體和著色劑分散體。通過使用乳化劑，制成高分子調色劑膠乳，然后用蠟分散體和著色劑分散體分散。隨后，通過聚集步驟，制備成調色劑顆粒。
另一種制備方法包括，聚合高分子調色劑膠乳，然后乳液聚合高分子調色劑膠乳與蠟-單體分散體。使用乳化劑，使高分子調色劑膠乳與著色劑分散體聚集，以制備成調色劑顆粒，所述著色劑分散體是在聚集過程中分散的。
根據本實施方案，具有著色劑和/或蠟的調色劑膠乳可以采用一步聚合法進行制備。本實施方案通過在乳液聚合過程中將分散在非離子型活性乳化劑中的著色劑分散體和/或蠟分散體混合，減少了制備步驟。另外，著色劑和/或蠟的分散容易。由于著色劑和/或蠟是在聚合反應的過程中混合的，為了易于分散，著色劑和/或蠟可以是以介質中的分散體狀態混合。該介質可以是水溶液、有機溶劑，或者二者的混合物。此外，當制備蠟的分散體時，可以向該分散體中加入一種或多種可聚合單體。同樣，當制備蠟和著色劑的分散體時，可以向該分散體中加入包括親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團的大分子單體。通過在聚合反應過程中與分散體一起使用可聚合單體和/或大分子單體，可以增加調色劑顆粒、著色劑和蠟的可分散性和穩定性，從而可以提高成品調色劑的性能。
在聚合反應過程中，可以將一種或多種都分散在非離子型活性乳化劑中的著色劑分散體和/或蠟分散體引入到反應器中。也可以將引發劑添加到反應器中。引發劑能使聚合反應連續進行，反應時間可以基于反應溫度、反應速度和換算系數而確定。反應后，可以進一步引入單體，以調整調色劑的耐久性和其它性能。反應結束后，調色劑顆粒的形狀和尺寸可以利用聚集步驟來調整。當得到所需的形狀和尺寸時，采用過濾法分離和干燥調色劑顆粒。可以將添加劑，例如二氧化硅，加入到干燥的調色劑中，以及可以調整電荷數量，以得到成品調色劑。
本發明本實施方案的非離子型乳化劑可以采用但不限于烷基聚乙氧基丙烯酸酯、烷基聚乙氧基甲基丙烯酸酯、芳基聚乙氧基丙烯酸酯以及芳基聚乙氧基甲基丙烯酸酯。
本發明的本實施方案的大分子單體是具有親水基團、疏水基團的兩性材料，以及末端具有至少一個活性官能團的聚合物或低聚體。化學結合到顆粒表面的該大分子單體的親水基團，通過提供空間穩定作用，從而提高調色劑顆粒的長期穩定性，并能根據注入的大分子單體的數量和分子量，控制顆粒的尺寸。疏水基團通過存在于調色劑顆粒的表面而促進乳液聚合。大分子單體可以以各種方式，例如接枝、分枝或交聯，通過與調色劑組合物中的可聚合單體結合，而形成共聚物。根據本實施方案的調色劑膠乳，可以簡化制備方法，并降低聚合調色劑的生產成本。
大分子單體的重均分子量為約100-100,000，優選為約1,000-10,000。當大分子單體的重均分子量小于100時，調色劑的性能不能得到提高，或者大分子單體不適宜作為穩定劑。同樣，當大分子單體的重均分子量大于100,000時，反應的轉化率可能很低。
本發明當前實施方案的大分子單體可以，例如，選自以下物質，但不限于這些聚乙二醇(PEG)-甲基丙烯酸酯、PEG-二乙醚甲基丙烯酸酯、PEG-二甲基丙烯酸酯、PEG-改性聚氨酯、PEG-改性聚酯、聚丙烯酰胺(PAM)、PEG-羥乙基甲基丙烯酸酯、六官能聚酯丙烯酸酯、樹枝狀聚酯丙烯酸酯、羧基聚酯丙烯酸酯、脂肪酸改性環氧丙烯酸酯和聚酯甲基丙烯酸酯。
基于100重量份調色劑組合物，用于本發明當前實施方案的大分子單體的量為約1-50重量份。當大分子單體的量基于100重量份調色劑組合物小于1重量份時，顆粒分布的穩定性低，而當大分子單體的量大于50重量份時，調色劑的性能劣化。
用于本發明當前實施方案的可聚合單體可以是選自以下的單體乙烯基單體、具有羧基的極性單體、具有不飽和聚酯基團的單體、具有脂肪酸基團的單體。
可聚合單體可以由選自以下物質中的至少一種構成，但不限于這些苯乙烯類單體，例如苯乙烯、乙烯基甲苯和α-甲基苯乙烯；丙烯酸和甲基丙烯酸；(甲基)丙烯酸衍生物，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、二甲基氨基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯；酰胺的(甲基)丙烯酸衍生物，選自丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺；烯鍵式(ethylenically)不飽和單烯烴，例如乙烯、丙烯、丁烯；鹵代乙烯基，例如氯乙烯、偏二氯乙烯和氟乙烯；乙烯基酯，例如乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯；乙烯基醚，例如乙烯基甲基醚和乙烯基乙基醚；乙烯基酮，例如乙烯基甲基酮和甲基異丙烯基酮；含氮的乙烯基化合物，2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶和N-乙烯基吡咯烷酮。
基于100重量份調色劑組合物，用于本發明當前實施方案的可聚合單體的量為約3-50重量份。當可聚合單體的量基于100重量份調色劑組合物小于3重量份時，產率低。當可聚合單體的量基于100重量份調色劑組合物大于50重量份時，調色劑組合物的穩定性低。
用于本實施方案的介質可以是水溶液、有機溶劑以及二者的混合物。
制備本發明本實施方案的可聚合調色劑的詳細步驟如下用氮氣清洗反應器時，將介質例如蒸餾的去離子水(或者水和有機溶劑的混合物)和大分子單體的混合物引入到反應器中，并加熱攪拌該混合物。此時，可以加入電解質，例如NaCl或其它離子型鹽，以控制反應介質的離子強度。當反應器內的溫度達到適當值時，注入引發劑，例如水溶性自由基團引發劑。接著，將至少一種可聚合單體與鏈轉移劑一起以半繼續的方式引入到反應器中。為了控制反應速率和分散程度，采用減量加料法足夠慢地供給可聚合單體。
混合著色劑與去離子水和非離子型活性乳化劑，并使用分散劑分散，形成著色劑分散體。該著色劑分散體可以包括大分子單體。為了不影響反應，該著色劑分散體是在聚合反應期間引入反應器的，而聚合反應繼續進行。如果著色劑分散體供給太快，反應的轉化率可能受到影響，而如果供給太慢，著色劑的含量和可分散性可能不好。聚合反應進行后，蠟的供給時間根據反應速度和轉化率確定。當反應進行到一定程度后，將分散在混合的單體中的蠟引入到反應器，并進一步引入引發劑，以使反應繼續進行。聚合反應的時間為6-12小時，是根據溫度和試驗條件，通過測量反應速度和轉化率確定的。反應后，通過進一步引入單體來調整調色劑顆粒的耐久性和其它性能，從而制備成膠囊化的(capsulized)調色劑。反應后形成的調色劑顆粒的尺寸和形狀可以采用內聚法(cohesion process)進行調節。在得到所需的尺寸和形狀后，可以采用過濾法對調色劑顆粒進行分離和干燥。可以進一步加入添加劑，例如二氧化硅等，并可以調整調色劑顆粒的電荷數，以得到成品調色劑。
兩性大分子單體不但可以作為共聚用單體，而且可以作為穩定劑。初始自由基和單體之間的反應形成低聚物自由基，并提供原位穩定作用。熱分解的引發劑形成自由基，與水溶液中的單體單元反應，形成低聚物自由基，并增大了疏水性。該低聚物自由基的疏水性加速了膠束內的擴散，加速了與可聚合單體的反應，并促進了與大分子單體的共聚反應。
由于兩性大分子單體的親水性，在調色劑顆粒表面的附近更容易發生共聚反應。位于顆粒表面的大分子單體的親水部分，通過提供空間穩定作用而增加調色劑顆粒的穩定性，并能根據注入的大分子單體的量或分子量控制顆粒尺寸。此外，在顆粒表面反應的官能團能提高調色劑的摩擦電性能。
本實施方案的調色劑包括著色劑和/或蠟。就黑色調色劑來說，著色劑可以是碳黑或苯胺黑。另外，根據本發明的實施方案，容易生成有非磁性調色劑的彩色調色劑。就彩色調色劑來說，碳黑用作黑色著色劑，還包括黃色著色劑、品紅色著色劑、青色著色劑作為彩色的著色劑。
黃色著色劑可以是縮合的氮化合物、異吲哚啉酮化合物、蒽醌化合物、偶氮金屬絡合物或芳基酰亞胺化合物。例如，可以使用C.I.顏料黃12、13、14、17、62、74、83、93、94、95、109、110、111、128、129、147、168、180等。
品紅色著色劑可以是縮合的氮化合物、蒽醌、喹吖啶酮化合物、堿性染料的色淀顏料、萘酚化合物、苯并咪唑化合物、硫靛化合物或二萘嵌苯化合物。例如，可以使用C.I.顏料紅2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、254等。
青色著色劑可以是銅酞菁化合物或其衍生物、蒽醌化合物或堿性染料的色淀顏料。例如，可以使用C.I.顏料藍1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66等。
這些著色劑可以單獨使用，或者兩種或多種聯合使用。選擇所需調色劑要考慮到在調色劑中所需的顏色、飽和度、亮度、耐氣候性和可分散性。
著色劑的量基于100重量份可聚合單體為約0.1-20重量份。著色劑的量并不特別限定，只要其足以使調色劑著色即可。當著色劑的量小于0.1重量份時，著色不足。當著色劑的量大于20重量份時，調色劑的生產成本增大，并且調色劑不能獲得足夠的摩擦靜電電荷。
可以使用能供給成品調色劑所需特性的合適的蠟。蠟可以是聚乙烯蠟、聚乙烯蠟、硅蠟、固體石蠟、酯蠟、巴西棕櫚蠟或茂金屬蠟，但不限于這些。蠟的熔點可以為約50至約150℃。蠟組分物理粘附到調色劑顆粒上，但不與調色劑顆粒共價結合。調色劑在低的定影溫度下定影到最終圖像接收體上，并且具有優良的最終圖像耐久性和抗擦除性。
調色劑組合物還可以包括至少一種選自以下的物質引發劑、鏈轉移劑、脫模劑和電荷控制劑。
由引發劑和可聚合單體反應生成的自由基，與大分子單體的活性官能團，可以形成共聚物。
0050自由基聚合引發劑的例子包括過硫酸鹽，例如過硫酸鉀、過硫酸銨等；偶氮化合物，例如4，4-偶氮(4-氰基戊酸)，二甲基-2，2′-偶氮雙(2-甲基丙酸酯)，2，2-偶氮雙(2-脒基丙烷)二氫氯化物，2，2-偶氮雙(-2-甲基-N-1，1-二(羥甲基)-2-羥乙基丙酰胺)，2，2′-偶氮雙(2，4-二甲基戊腈)，2，2′-偶氮二異丁腈，1，1′-偶氮雙(1-環己烷基腈)等；過氧化物，例如甲基乙基過氧化物，2-叔丁基過氧化物，乙酰基過氧化物，二枯基過氧化物，月桂酰過氧化物，苯甲酰過氧化物，叔丁基過氧化物-2-己酸乙酯，過氧化二碳酸二異丙酯，過氧化間苯二甲酸二叔丁酯等。此外，也可以使用氧化-還原引發劑，它是聚合引發劑和還原劑的結合。
鏈轉移劑是在鏈反應過程中轉移鏈載體的物質。與以前的鏈載體相比，新的鏈載體的活性大大降低。單體聚合的程度可以減少，或者新的鏈反應可以采用鏈轉移劑引發。另外，分子量的范圍也可以使用鏈轉移劑調節。
鏈轉移劑可以包括下列物質，但不限于這些含硫的化合物，例如十二烷硫醇、巰基乙酸、硫代乙酸和巰基乙醇；磷酸的化合物，例如磷酸和磷酸鈉；次磷酸的化合物，例如次磷酸和次磷酸鈉；以及醇，例如甲醇、乙醇、異丙醇和正丁醇。
脫模劑保護感光體，并防止顯影性能劣化，因此，可以用于獲得高品質圖像的目的。本發明實施方案的脫模劑可以使用高純度的固體脂肪酸酯。例如，可以使用低分子量聚烯烴，例如低分子量聚乙烯、低分子量聚丙烯、低分子量聚丁烯等；固體石蠟；或者多官能酯化合物等。本發明實施方案中的脫模劑可以是由具有至少三個官能團的醇和羧酸形成的多官能酯化合物。
具有至少三個官能團的多元醇可以是脂肪醇，例如甘油、季戊四醇、五丙三醇等；脂環醇，例如氯糖醇、環己五醇、環己六醇等；芳香醇，例如三(羥甲基)苯等；糖，例如D-赤蘚糖，L-樹膠醛醣、D-甘露糖、D-半乳糖、D-果糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖等；或者糖-醇，例如赤藻糖醇等。
羧酸可以是脂肪族羧酸，例如乙酸、丁酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一酸、月桂酸、肉豆蔻酸、硬脂酸、magaric酸、花生酸、蠟酸、山梨酸、亞油酸、亞麻酸、山萮酸、丁炔酸等；脂環族羧酸，例如凝血酸、六氫異酞酸、六氫對苯二酸、3，4，5，6-四氫鄰苯二甲酸等；或者芳香族羧酸，例如苯甲酸、枯酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二酸、三甲酸、1，2，4-苯甲酸、半苯六甲酸等。
電荷控制劑可以是由選自以下的物質形成的包含金屬例如鋅或鋁的水楊酸化合物，二聯苯羥基乙酸的硼絡合物，以及硅酸鹽。更具體地，可以使用二烷基水楊酸鋅或者二(1，1-二苯基-1-氧-乙酰基鉀鹽)硼。
根據溫度，聚合反應可能進行約3至12小時。過濾、分離和干燥作為反應產物所獲得的顆粒。此時，利用聚集過程控制顆粒尺寸。可以進一步添加劑加入干燥的調色劑，以便用于激光打印機。根據本發明實施方案制備的調色劑的平均體積顆粒尺寸為約0.5-20μm，優選為約5-10μm。
本發明的另一個實施方案提供一種調色劑，它是通過以下步驟制備的制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，以形成共聚物，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
由引發劑形成的自由基與可聚合單體及大分子單體的活性官能團反應可以形成共聚物。該共聚物可以通過聚合至少一種選自以下的單體而形成乙烯基單體、具有羧基的極性單體、具有不飽和聚酯基團的單體、具有脂肪酸基團的單體。共聚物的重均分子量可以為約2,000-200,000。
大分子單體的重均分子量為約100-100,000，優選為約1,000至10,000。大分子單體可以又選自以下的物質形成，但不限于這些聚乙二醇(PEG)-甲基丙烯酸酯、PEG-二乙醚甲基丙烯酸酯、PEG-二甲基丙烯酸酯、PEG-改性聚氨酯、PEG-改性聚酯、聚丙烯酰胺(PAM)、PEG-羥乙基甲基丙烯酸酯、六官能團聚酯丙烯酸酯、樹枝狀聚酯丙烯酸酯、羧基聚酯丙烯酸酯、脂肪酸改性環氧丙烯酸酯和聚酯甲基丙烯酸酯。
得到的調色劑顆粒的平均體積顆粒尺寸為約0.5-20μm，優選為約5-10μm。
本發明的另一實施方案提供一種成像方法，包括通過向形成有靜電潛像的感光體表面上布置調色劑，形成可視圖像；將可視圖像轉印到轉印介質上，其中，調色劑是通過以下步驟制備的制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
電子照相圖像形成過程包括充電步驟、曝光步驟、顯影步驟、轉印步驟、熔合步驟、清潔步驟和擦除步驟，這些是在圖像接收體上形成圖像的一系列步驟。
在充電步驟中，使用電暈或充電輥，用具有所需極性(負的或正的)的電荷覆蓋感光體。在曝光步驟中，通常為激光掃描器或二極管陣列的光學系統，相應于形成在圖像接收體上的最終可視圖像，通過以成像方式對感光體的充電表面有選擇地進行放電，形成潛像。電磁輻射(下文中稱為“光”)可包括紅外輻射、可見光和紫外輻射。
在顯影步驟中，通常具有適當極性的調色劑顆粒與感光體上的潛像接觸，典型地，采用具有與調色劑相同極性的電勢的電偏壓顯影劑。調色劑顆粒移動到感光體上，通過靜電力有選擇地附著到潛像上，從而在感光體上形成調色劑圖像。
在轉印步驟中，調色劑圖像從感光體上轉印到所需的最終圖像接收體上。有時使用中間轉印元件實現調色劑圖像從感光體向最終圖像接收體的轉印。
在熔合步驟中，加熱最終圖像接收體上的調色劑圖像，使調色劑顆粒熔化或軟化，從而將調色劑圖像熔合到最終圖像接收體上。或者，可以在加熱或不加熱的情況下，將調色劑在高壓下定影至最終圖像接收體。
在清潔步驟中，除去殘留在感光體上的調色劑顆粒。在擦除步驟中，感光體上的電荷在具有特定波長的光中曝光，電荷被充分地減少到一致低的值。接著，除去潛像的殘余物，感光體為下一個成像循環做好準備。
本發明的另一實施方案提供一種成像裝置，包括有機感光體；在該有機感光體上形成靜電潛像的成像元件；容納調色劑的調色劑盒；調色劑供給元件，將調色劑供應到有機感光體的表面，以將有機感光體表面上的靜電潛像顯影為調色劑圖像；以及調色劑轉印單元，將有機感光體表面上的調色劑圖像轉印到轉印介質上，其中，調色劑是通過以下步驟制備的制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
圖1是采用本發明實施方案的方法制備的調色劑的非接觸顯影型成像裝置的示意圖。該成像裝置的工作原理在下面進行說明。
非磁性單組分顯影劑8，通過供給輥6被供應到顯影輥5上，供給輥6是由彈性材料例如聚氨酯和海綿構成的。隨著顯影輥5的轉動，供應到顯影輥5上的顯影劑8到達顯影輥5和顯影劑調整片7之間的接觸點。顯影劑調整片7是由彈性材料例如金屬、橡膠等構成的。當顯影劑8通過顯影輥5和顯影劑調整片7之間的接觸點時，顯影劑8被壓平形成薄層，并且，顯影劑8被充分充電。顯影輥5將顯影劑8的薄層轉印到顯影劑8在感光體1的靜電潛像上顯影的顯影區域，感光體1為潛像載體。
顯影輥5與感光體1相互面對，它們中間距離恒定，無接觸。顯影輥5逆時針轉動，而感光體1順時針轉動。根據因施加到顯影輥5上的電壓和感光體1的潛像上的電壓之間的差值產生的電荷強度，轉印到顯影區域的顯影劑8形成靜電潛像。
隨著感光體1轉動，顯影在感光體1上的顯影劑8到達轉印裝置9。當打印紙13從感光體1和轉印裝置9之間通過時，顯影到感光體1上的顯影劑8被轉印裝置9通過電暈放電或輥轉印到打印紙13上，從而形成圖像，其中，轉印裝置9上施加了與顯影劑8極性相反的高電壓。
轉印到打印紙13上的圖像通過提供高溫和高壓的熔合裝置(未示出)，隨著顯影劑8熔合到打印紙13上，圖像也熔合到打印紙13上。其間，顯影輥5上沒有顯影的殘余顯影劑8通過與顯影輥5接觸的供給輥6返回。重復上述過程。
參照以下實施例，對本發明進行更詳細地描述。下列實施例只是示例性的，并不用于限定本發明的范圍。
實施例實施例1當用氮氣清洗1升反應器的內部時，將470g蒸餾的去離子水和5g聚乙二醇乙醚甲基丙烯酸酯(PEG-EEM，可獲自Aldrich)引入到反應器中，以250RPM攪動并加熱。當反應器內部的溫度達到82℃時，將溶于50g去離子水中的2.0g過硫酸鉀(可獲自KPS)作為反應引發劑引入到反應器中。接著，100g由苯乙烯、丁基丙烯酸酯和甲基丙烯酸以7∶2∶1的比例組成的混合單體和2.9g作為鏈轉移劑的十二烷硫醇，用減量加料法加入到反應器中。30g青顏料PB15:3與130g蒸餾水和15gRN-10乳化劑(可獲自DAI-ICHIKOGYO SEIYAHKU)的混合物，在分散混合器中以4000RPM的轉速進行約2小時的分散。分散的顏料顆粒的平均體積尺寸為284nm，分散的顏料顆粒的數量平均尺寸為214nm。在聚合反應過程中，將33g顏料分散體引入到反應器中，反應繼續進行約2小時，同時攪動反應器。這時，測量調色劑膠乳顆粒的尺寸和反應轉化率。調色劑膠乳顆粒的尺寸為395nm，反應轉化率為81％。將15g酯蠟在28.1g由苯乙烯、丁基丙烯酸酯和甲基丙烯酸以7∶2∶1的比例組成的混合單體和0.9g十二烷硫醇中加熱，緩慢冷卻，并分散到190g蒸餾水和1.45g大分子單體PEG-EEM中，制成蠟分散體。將該蠟分散體引入到反應器中，并將溶于40g去離子水中的1g過硫酸鉀作為引發劑加入到反應器中。反應時間為6小時，當反應結束后，對產物進行攪拌和自然冷卻。反應后的調色劑膠乳顆粒的尺寸為473nm，轉化率將近100％。冷卻后，將10gMgCl2作為粘合劑，溶于20g去離子水，加入到反應器中，并加熱到95℃。當測得調色劑膠乳顆粒的平均體積尺寸為7μm時，冷卻和過濾調色劑膠乳顆粒，得到調色劑顆粒。
實施例2用與實施例1相同的方式制備調色劑組合物，不同的是在反應時間過去4小時后向反應器中加入形成外殼層的單體，該單體是苯乙烯、丁基丙烯酸酯和甲基丙烯酸分別為56g、20g和4.4g組成的混合物。反應時間為6小時，溫度保持在82℃。6小時反應時間之后，停止對反應器的加熱，對產物進行自然冷卻和聚集。當測得制備的調色劑膠乳顆粒的平均體積尺寸為7μm時，冷卻調色劑膠乳，得到調色劑顆粒。
實施例3與實施例1相比，當分散青顏料時，使用15gBEM乳化劑(可獲自RhodiaCo.)代替RN-10。分散的顏料顆粒的平均體積尺寸為260nm，分散的顏料顆粒的數量平均尺寸為155nm。制備的調色劑顆粒的平均體積尺寸為6.8μm，制備的調色劑顆粒的數量平均尺寸為6.6μm。
實施例4與實施例1相比，當分散青顏料時，使用15gBEM乳化劑(可獲自RhodiaCo.)代替RN-10。分散的顏料顆粒的平均體積尺寸為159nm，分散的顏料顆粒的數量平均尺寸為123nm。制備的調色劑顆粒的平均體積尺寸為7.2μm，制備的調色劑顆粒的數量平均尺寸為6.8μm。
比較例1膠乳的制備將0.5g十二烷基硫酸鈉(SDS)作為陰離子型乳化劑，混合在400g脫氧的超高純水中，形成水溶液。將單體苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸混合在一起，并置于滴液漏斗中。將水溶液加入到反應器中，并加熱到80℃。當溫度達到80℃時，將0.2g過硫酸鉀溶于30g超高純水形成的溶液作為引發劑加入。10分鐘后，將30g混合單體滴加，持續約30分鐘。當反應發生4小時后，停止加熱，使產物自然冷卻。取出30g所得的種子溶液(seedsolution)，加入351g超高純水，將其產物加熱到80℃。將17g酯蠟加熱，并與18g單體苯乙烯、7g丙烯酸丁酯、1.3g甲基丙烯酸、0.4g十二烷硫醇溶解在一起。將制得的蠟/混合單體加入到220g溶解有1g SDS的超高純水中，將所得物在超聲波均化器中均化約10分鐘。將均化的乳化溶液置于反應器中，約15分鐘后，將5g引發劑和40g超高純水混合并加入到反應器中。在此期間，反應溫度保持在82℃，其后允許反應繼續進行約2小時30分鐘。當反應進行2小時30分鐘后，再將1.5g引發劑和60g超高純水與形成外殼層的單體一起加入。該單體由56g苯乙烯、20g丙烯酸丁酯、4.5g甲基丙烯酸和3g十二烷硫醇組成。將單體滴加到反應器中，持續約80分鐘。反應進行4小時后，停止反應，使產物自然冷卻。
調色劑聚合/熔化步驟將318g上述制備的膠乳顆粒與溶解有0.5g SDS乳化劑的超高純水混合。加入18.2g由SDS乳化劑分散的顏料顆粒(青15:3，40％固態)，以得到膠乳顏料分散水溶液。當以250PRM的轉速攪拌時，用10％NaOH緩沖溶液，將膠乳顏料分散水溶液的pH值滴定到pH10。將10g MgCl2作為聚集劑，溶于30g超高純水中，將所得物滴加到膠乳顏料水溶液中，持續約10分鐘。所得物的溫度以1℃/分鐘的速度升高到95℃。加熱約3小時后，停止反應，使產物自然冷卻。平均體積顆粒尺寸為約7.5μm。
比較例2膠乳的制備將3.0g十二烷基硫酸鈉(SDS)作為陰離子型乳化劑，混合在400g用氮清洗的超高純水中，形成水溶液。將都是單體的苯乙烯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸與3.0g十二烷硫醇混合，并置于滴液漏斗中。將水溶液加入到反應器中，并加熱到80℃。當溫度達到80℃時，將1.0g過硫酸鉀溶于30g超高純水形成的溶液作為引發劑加入。10分鐘后，將130g混合單體滴加，持續約30分鐘。當反應進行6小時后，停止反應，使產物自然冷卻。
調色劑聚合/熔化步驟將346g上述制備的膠乳顆粒與307g溶解有2.0gSDS乳化劑的超高純水混合。將18.2g由SDS乳化劑分散的顏料顆粒(青15:3，40％固態)和蠟分散體相混合，其中，酯蠟分散在SDS乳化劑中。當以350PRM的轉速攪拌時，用10％NaOH緩沖溶液將膠乳顏料分散水溶液的pH值滴定到pH10。將10gMgCl2作為聚集劑，溶于30g超高純水中，將所得物滴加到膠乳顏料水溶液中，持續約10分鐘。所得物的溫度以1℃/分鐘的速度升高到95℃。加熱約7小時后，停止反應，使產物自然冷卻。平均體積顆粒尺寸為約10.5μm。
與比較例1和2相比，在實施例1-4中，調色劑顆粒的形狀和尺寸容易調整，并且小尺寸調色劑顆粒是采用簡化的聚合步驟制備的。因此，優化適于系列打印機的調色劑是可行的。表1示出了實施例1-4以及比較例1的分散顏料的粒度范圍的結果。
表1
如表1所示，與比較例1相比，在實施例1-4中，分散顏料的粒度范圍和單峰范圍較小，使得制備穩定的膠乳成為可能。
根據本發明，可以使用簡化的方法制備聚合調色劑顆粒，并且著色劑和蠟在調色劑中容易分散。本發明在制備具有小尺寸顆粒的調色劑方面有優勢，因為調色劑顆粒的尺寸和形狀易于調整。另外，生產成本也得以降低。由于提高了蠟的可分散性，調色劑的定影性能也得以提高，并且，抗偏移、摩擦電荷性能以及儲存穩定性能都很優良，這些使得能夠打印出高品質圖像。此外，可在高密度環境下制備出具有優良性能的聚合調色劑。
雖然本發明參照其示例性實施方案進行了具體圖示和描述，本領域的普通技術人員應該知道，在不脫離權利要求書限定的本發明的實質或范圍的情況下，可以進行各種形式和細節的變化。
權利要求
1.一種制備調色劑的方法，包括制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并在聚合步驟中，混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，以形成聚合調色劑，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
2.權利要求1所述的方法，其中，所述非離子型活性乳化劑選自以下物質中的一種或多種烷基聚乙氧基丙烯酸酯、烷基聚乙氧基甲基丙烯酸酯、芳基聚乙氧基丙烯酸酯以及芳基聚乙氧基甲基丙烯酸酯。
3.權利要求1所述的方法，其中，著色劑分散體包括選自以下的物質水溶液、有機溶劑以及它們的混合物。
4.權利要求1所述的方法，其中，著色劑分散體進一步包括大分子單體，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團。
5.權利要求1所述的方法，其中，蠟分散體包括選自以下的物質水溶液、有機溶劑以及它們的混合物。
6.權利要求1所述的方法，其中，蠟分散體進一步包括一種或多種可聚合單體。
7.權利要求1所述的方法，其中，蠟分散體進一步包括大分子單體，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團。
8.權利要求1所述的方法，其中，調色劑組合物進一步包括選自以下物質中的一種或多種引發劑、鏈轉移劑、電荷控制劑和脫模劑。
9.權利要求1所述的方法，其中，調色劑組合物在乳液聚合步驟中包括引發劑。
10.權利要求1所述的方法，其中，大分子單體的重均分子量為約100-100,000。
11.權利要求1所述的方法，其中，大分子單體為選自以下的物質聚乙二醇(PEG)-甲基丙烯酸酯、PEG-二乙醚甲基丙烯酸酯、PEG-二甲基丙烯酸酯、PEG-改性聚氨酯、PEG-改性聚酯、聚丙烯酰胺(PAM)、PEG-羥乙基甲基丙烯酸酯、六官能聚酯丙烯酸酯、樹枝狀聚酯丙烯酸酯、羧基聚酯丙烯酸酯、脂肪酸改性環氧丙烯酸酯和聚酯甲基丙烯酸酯。
12.權利要求1所述的方法，其中，基于100重量份調色劑組合物，大分子單體的量為約1-50重量份。
13.權利要求1所述的方法，其中，可聚合單體包括至少一種選自以下的單體乙烯基單體、具有羧基的極性單體、具有不飽和聚酯基團的單體以及具有脂肪酸基團的單體。
14.權利要求13所述的方法，其中，可聚合單體是選自以下物質中的至少一種苯乙烯類單體，選自苯乙烯、乙烯基甲苯和α-甲基苯乙烯；丙烯酸；甲基丙烯酸；(甲基)丙烯酸衍生物，選自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、二甲基氨基乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯以及二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯；酰胺的(甲基)丙烯酸衍生物，選自丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺；烯鍵式不飽和單烯烴，選自乙烯、丙烯、丁烯；鹵代乙烯基，選自氯乙烯、偏二氯乙烯和氟乙烯；乙烯基酯，選自乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯；乙烯基醚，選自乙烯基甲基醚和乙烯基乙基醚；乙烯基酮，選自乙烯基甲基酮和甲基異丙烯基酮；含氮的乙烯基化合物，選自2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶和N-乙烯基吡咯烷酮。
15.權利要求1所述的方法，其中，基于100重量份調色劑組合物，可聚合單體的量為約3-50重量份。
16.權利要求1所述的方法，其中，著色劑包括選自以下的物質黃色顏料、品紅色顏料、青色顏料和黑色顏料。
17.一種調色劑，它是通過以下步驟得到的制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，以形成共聚物，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。
18.權利要求17所述的調色劑，其中，共聚物的重均分子量為約2,000-200,000。
19.權利要求17所述的調色劑，其中，調色劑顆粒的平均體積顆粒尺寸為約0.5-20μm。
20.權利要求17所述的調色劑，其中，非離子型活性乳化劑選自以下物質中的一種或多種烷基聚乙氧基丙烯酸酯、烷基聚乙氧基甲基丙烯酸酯、芳基聚乙氧基丙烯酸酯以及芳基聚乙氧基甲基丙烯酸酯。
21.權利要求17所述的調色劑，其中，大分子單體為選自以下的物質聚乙二醇(PEG)-甲基丙烯酸酯、PEG-二乙醚甲基丙烯酸酯、PEG-二甲基丙烯酸酯、PEG-改性聚氨酯、PEG-改性聚酯、聚丙烯酰胺(PAM)、PEG-羥乙基甲基丙烯酸酯、六官能聚酯丙烯酸酯、樹枝狀聚酯丙烯酸酯、羧基聚酯丙烯酸酯、脂肪酸改性環氧丙烯酸酯和聚酯甲基丙烯酸酯。
22.權利要求17所述的調色劑，其中，調色劑進一步包括選自以下物質中的一種或多種引發劑、鏈轉移劑、電荷控制劑和脫模劑。
23.一種成像方法，包括通過在形成有靜電潛像的感光體表面上布置如權利要求17所述的調色劑，形成可視圖像；將該可視圖像轉印到轉印介質上。
24.一種成像裝置，包括有機感光體；成像元件，在該有機感光體的表面上形成靜電潛像；調色劑盒，容納如權利要求17所述的調色劑；調色劑供給元件，將調色劑供應到有機感光體的表面，以便將有機感光體表面上的靜電潛像顯影為調色劑圖像；以及調色劑轉印單元，將有機感光體表面上的調色劑圖像轉印到轉印介質上。
25.一種制備調色劑的方法，包括制備包括大分子單體、至少一種可聚合單體和聚合引發劑的含水調色劑組合物，所述大分子單體具有親水基團、疏水基團和至少一個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并在聚合步驟中，將至少一種分散體供應到該調色劑組合物，以形成共聚物，所述至少一種分散體選自以下物質分散在非離子型活性乳化劑中的著色劑、蠟以及它們的混合物；以及分離并干燥得到的調色劑。
26.權利要求25所述的方法，其中，非離子型活性乳化劑選自以下物質烷基聚乙氧基丙烯酸酯、烷基聚乙氧基甲基丙烯酸酯、芳基聚乙氧基丙烯酸酯以及芳基聚乙氧基甲基丙烯酸酯。
27.權利要求25所述的方法，其中，蠟分散體和著色劑分散體包括具有親水基團、疏水基團和至少一個活性官能團的大分子單體。
28.權利要求25所述的方法，其中，蠟分散體和著色劑分散體包括可聚合單體。
29.權利要求25所述的方法，其中，蠟分散體和著色劑分散體為水性分散體、有機溶劑分散體或者水/有機溶劑分散體。
30.權利要求25所述的方法，其中，共聚物的分子量為約2,000-200,000，調色劑的平均顆粒尺寸為約0.5-20μm。
全文摘要
本發明提供一種制備調色劑的方法，包括制備包括大分子單體以及一種或多種可聚合單體的調色劑組合物，該大分子單體具有親水基團、疏水基團和一個或多個活性官能團；乳液聚合該調色劑組合物，并混合一種或多種選自著色劑分散體和蠟分散體的物質，所述著色劑分散體和蠟分散體分散在非離子型活性乳化劑中；以及分離并干燥乳液聚合的調色劑組合物。本發明還提供使用該方法制備的調色劑。本發明還提供使用所述調色劑的成像方法和成像裝置。通過使用本發明的方法，聚合調色劑顆粒可以通過簡化的方法制備，并且著色劑和蠟也易于分散在調色劑顆粒中。
文檔編號G03G15/00GK1971433SQ20061014276
公開日2007年5月30日 申請日期2006年10月10日 優先權日2005年11月26日
發明者鄭旻泳, 連卿烈, 洪昌國, 李晙榮 申請人:三星電子株式會社