专利名称：具有抗图像拖尾和抗成膜性的电子照相成像装置用的调色剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子照相成像装置用的调色剂。更具体地，本发明涉及电子照相成像装置用的改进稳定的非磁性调色剂。该稳定调色剂保持电荷量和电荷分布，避免由于调色剂在高温和高湿度下凝固而引起的图像拖尾(streaking)，且避免在装置的显影辊和调色剂层调节器上形成薄膜。
背景技术：
图1是采用非接触式显影方法的常规电子照相成像装置的示意图，其操作描述如下。充电装置6对感光体1充电，然后通过激光扫描装置(LSU)9使图像曝光，在感光体1中形成静电潜像。调色剂4由调色剂供应辊3提供给显影辊2。用调色剂层调节器(toner layer regulator)将供应给显影辊2的调色剂4层压至均匀的厚度，同时通过剧烈摩擦来起电。然后，通过静电力将该层压的调色剂显影为形成在感光体1中的静电潜像，然后用转印辊(未示出)将该显影的调色剂转印至纸张上并定影至定影装置(未示出)上。清洁刀片7清洁感光体图像转印之后保留的任何残余调色剂8。
如上所述，在包括充电、曝光、显影、转印和清洁(反复地)的成像方法中，在使用调色剂层调节器调节供应给显影区域的调色剂的M/A(mg/cm2调色剂通过调色剂层调节器后在显影辊上所测得的每单位面积的调色剂重量)和Q/M(μC/g调色剂通过调色剂层调节器后在显影辊上所测得的每单位重量调色剂的电荷量)之后，通过显影辊和感光体之间的电场作用，成像就得以实现。显影是接触式显影方法(contact developing method)或者非接触式显影方法。在接触式显影方法中，通过使显影辊与感光体表面接触，将显影剂转移至潜像。在非接触式显影方法中，因为显影辊与感光体表面相隔预定的距离，所以由于施加至显影辊的电压和感光体的潜像电位之间的电位差而引起的电场力而使显影剂转印。接触式显影方法磨损感光体和显影辊。同时，非接触式显影方法由于是利用电场力来显影，因而获得好的耐用性和高分辨率。
电子照相成像装置中的显影剂一般是调色剂与载体混合的，但是当不使用载体时也可为调色剂本身。非磁性显影剂移动时无需磁力，而是利用显影剂颗粒的流动性。磁性显影剂是由显影剂和磁性材料如铁素体混合而产生的，其是在磁力作用下移动的。非磁性显影剂价格便宜且因为不使用磁性材料而能用于彩色打印。
近来，要求调色剂有低温定影性能以节约能源且减少打印等待周期。为此，使用了粘合剂树脂和在宽温度范围内具有良好定影性能的脱模剂(releasing agent)。此外，为了提高调色剂的显影能力、耐用性和转印效率以及为了防止非成像部分雾化(fogging)，通过采用球形调色剂颗粒和二氧化硅或TiO2外部添加剂，改进调色剂颗粒的流动性和电荷特性。
常规调色剂在低温和低湿度时会产生过量充电且在高温和高湿度时由于电荷量的减少会产生非成像部分的雾化和调色剂散失(scattering)。换言之，常规调色剂根据环境变化而在调色剂的电荷特性上具有非常高的波动。此外，尽管常规调色剂在打印开始时具有相同的电荷量和均匀的电荷分布，然而随着时间的推移，它们的电荷量急剧减少，且当打印了很长一段时间时，由于电荷量的减少和非均匀的电荷分布而产生成像密度的下降、雾化以及调色剂散失。
为了解决上述问题且将均匀的电荷特性赋予调色剂，可以在显影辊上形成层压的调色剂层。然而，当调色剂层太薄时，调色剂由于调色剂的应力而变坏，而显影能力由于调色剂电荷量的急剧增加而急剧地降低，因此引起成像密度的下降。当为了扭转显影能力的下降而将调色剂电荷量调节至一低水平时，由于雾化和调色剂散失的增加而引起污染问题。并且，调色剂电荷量能通过将外部添加剂如二氧化硅或TiO2加入至调色剂中来加以调节，使得在执行打印操作很长一段时间后能够保持调色剂的电荷稳定性和均匀的电荷分布。然而，该方法在避免雾化和改善打印操作末期的显影能力方面也有局限性。
发明内容
本发明提供电子照相成像装置用的改进调色剂。该调色剂是稳定的且可以保持电荷量和电荷分布，避免由于调色剂在高温和高湿度下凝固而引起的图像拖尾，以及避免在装置的显影辊和调色剂层调节器上形成薄膜。
本发明也提供采用该调色剂的电子照相成像装置。
根据本发明的一个方面，调色剂提供给电子照相成像装置，其中该调色剂包括粘合剂树脂、着色剂、脱模剂和电荷控制剂(CCA)，其中粘合剂树脂是含有苯均三甲酸(trimesic acid)残基的聚酯树脂。
本发明一个方面的电子照相成像装置用的调色剂能够稳定地保持电荷量和电荷分布，避免由于调色剂在高温和高湿度下凝固而引起的图像拖尾，以及避免在装置的显影辊和调色剂层调节器上形成薄膜。
通过参考附图详细描述示例性的实施方案，本发明的上述和其它的特征和优点变得更加明白，其中图1是采用非接触式显影方法的常规电子照相成像装置的示意图。
具体实施方案根据本发明的实施方案，一种用于电子照相成像装置如激光打印机、传真机或影印机的调色剂包括粘合剂树脂、着色剂、脱模剂和电荷控制剂。该粘合剂树脂优选为含有苯均三甲酸残基的聚酯树脂。
一般地，电子照相成像装置用的调色剂中的粘合剂树脂包括聚苯乙烯-共-丁二烯、聚苯乙烯-共-丙烯腈、改性的丙烯酸类聚合物、聚乙酸乙烯酯、苯乙烯-醇酸树脂、大豆-烷基树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、苯乙烯聚合物、聚乙烯醇缩丁醛、醇酸树脂、聚酰胺、聚氨酯、聚酯、聚磺酸、聚砜类(polysulfons)、聚醚、聚酮、苯氧基树脂、环氧树脂、硅树脂、聚硅氧烷、聚(羟乙基)树脂、聚羟基苯乙基树脂、酚醛树脂、聚(苯基缩水甘油基醚)-共-二环戊二烯、上述聚合物中使用的单体形成的共聚物及其组合。在这些材料中，聚酯树脂由于其良好的定影特性和透明度而适合用作彩色显影剂。
根据本发明的实施方案的调色剂中的粘合剂树脂优选为通过二羧酸和二醇组分反应而形成的聚酯树脂。在一个实施方案中，聚酯树脂由苯均三甲酸和二醇组分制得。
在本发明的优选实施方案中，粘合剂由多元酸组分和多元醇组分制得，其中多元酸组分包括苯均三甲酸(1，3，5苯三羧酸)。苯均三甲酸残基的浓度为基于粘合剂树脂重量的约5-30％。在一个实施方案中，粘合剂树脂通过多元羧酸组分和多元醇组分的反应而产生，其多元羧酸是至少一种二元羧酸和苯均三甲酸的混合物。在另一个实施方案中，多元羧酸组分基本上由苯均三甲酸组成。在另一个实施方案中，多元羧酸组分基本上由二羧酸和苯均三甲酸组成。
采用制备粘合剂树脂常用的二羧酸作为本发明的多元羧酸组分聚酯化反应中的二羧酸。合适的二羧酸例子包括，但不限于，脂族羧酸如丙二酸、丁二酸、己二酸和癸二酸；以及芳族羧酸如邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。二羧酸的浓度为现有技术中通常所用的范围。
同样，采用制备调色剂粘合剂树脂常用的二醇作为本发明中的二醇组分。其例子包括，但不限于，乙二醇，丁二醇，双酚A及其衍生物。
粘合剂树脂的酸值可以不超过12mgKOH/g。当酸值高于12mgKOH/g时，调色剂容易沉积在装置的叶片上。粘合剂树脂的熔融温度典型地为130-150℃(FT公量(condition weight)20kgf，模具(Die)1mm，内部温度(Inc.temperature)6℃/min)。
苯均三甲酸(benzentrimesic acid)单体的分子量可为210。
根据本发明的实施方案的调色剂可以进一步包括着色剂。对于黑色调色剂，炭黑和苯胺黑可以用作着色剂，然而对于彩色调色剂，炭黑用作黑色着色剂而黄色、洋红色、以及青色着色剂被用作彩色着色剂。
黄色着色剂的例子包括缩氮化合物(condensed nitrogen compound)、异吲哚啉酮化合物、蒽醌化合物(anthraquine compound)、偶氮金属络合物以及烯丙基酰亚胺化合物。特别地，可以使用C.I.颜料黄12、13、14、17、62、74、83、93、94、95、109、110、111、128、129、147和168。
洋红色着色剂的例子包括缩氮化合物、蒽醌化合物、喹吖啶酮化合物、萘酚化合物、苯并咪唑化合物、硫靛化合物或pherylene化合物。特别地，可以使用C.I.颜料红2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221和254。
青色着色剂的例子包括铜酞菁化合物及其衍生物和蒽醌化合物。特别地，可以使用C.I.颜料蓝1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62和66。
这些着色剂可以单独使用或组合使用并根据所需要调色剂的颜色、饱和度、亮度、抗风化能力和可分散性进行选择。
可以采用现有技术中公知的脱模剂作为脱模剂以增强调色剂从装置的各个元件的释放能力。适合的脱模剂的例子包括含有低分子量聚丙烯和低分子量聚乙烯的聚亚烷基蜡、酯蜡、巴西棕榈蜡、石蜡、高级脂肪酸和脂肪酸酰胺。此外，为了通过保护感光体和避免调色剂的显影性能下降而获得高质量图像，可以在调色剂中加入高级脂肪酸及其金属盐。
负电性CCA的例子包括有机金属络合物和螯合物，例如含铬的偶氮染料或单偶氮金属络合物；含有金属如铬、铁和锌的水杨酸；以及芳族羟基羧酸和芳族二羧酸的有机金属络合物。此外，现有技术中的任何负性CCA均可以使用。正电性CCA的例子包括苯胺黑及其改性产物，如其脂肪酸金属盐，以及含有季铵盐的鎓盐，如三丁基苯甲基铵-1-羟基-4-萘酚磺酸盐以及四丁基铵四氟硼酸盐。前述材料可以单独或组合使用。同样，根据本发明实施方案的调色剂能进一步包括其它颗粒，如硅石、二氧化钛、碳化硅、氧化铝、以及其它聚合物珠作为外部添加剂。
特别是，当硅石用作外部添加剂时，能够改善调色剂的流动性、转印能力和耐用性。可以使用至少一种硅石且可以使用至少两种具有不同颗粒直径(particle dimeter)的硅石。对于该两种硅石，具有较大颗粒直径的硅石称作第一硅石且具有较小颗粒直径的硅石称作第二硅石。该第一硅石具有30-200nm范围的相对大的初级颗粒直径，而第二硅石具有5-20nm范围的小的初级颗粒直径。在使用不同颗粒直径的硅石颗粒的实施方案中，第一硅石主要作为隔离颗粒(spacer particle)以避免调色剂由于相邻颗粒之间的压制、凝聚和压缩而损坏，并改善调色剂的转印能力，而第二硅石主要提供调色剂的流动性能。第一硅石和第二硅石分别按照100份调色剂重量的0.1-3.0份来使用。当其中的硅石含量少于0.1重量份时上述效果难以达到。同样，当硅石超过3.0重量份时调色剂的定影特性下降，且产生过量充电以及清洗较难。
本发明实施方案的调色剂可以通过聚合和研磨来制备。为了在调色剂颗粒上沉积外部添加剂，调色剂颗粒和外部添加剂以一定比率混合且在搅拌器如亨舍尔混合机中搅拌。可选择地，两者可以在表面改性装置如NaraHybridizer中搅拌，且通过在调色剂颗粒表面中填盖至少一部分外部添加剂而使外部添加剂附于调色剂颗粒上。
采用根据本发明的另一个实施方案的调色剂的电子照相成像装置包括，但不限于，常规电子照相成像装置如含有激光束的打印机或LED打印头型打印机、传真机、影印机和多功能装置。
本发明将根据以下的实施方案进行更详细的描述。以下实施方案仅是为了进行解释，而不限制本发明的范围。
实施例制备本发明的调色剂使用亨舍尔型混合机，预混合作为二醇组分的60％重量双酚A，作为二羧酸组分的15％重量酞酐，作为三羧酸组分的15％重量苯均三甲酸单体，作为着色剂的5％重量Mitsubishi Chemical Co.Ltd.制造的炭黑，3％重量Orient Chemical Co.Ltd.制造的电荷控制剂以及2％重量的Sanyo ChemicalIndustrial Co.Ltd.制造的低分子量聚丙烯蜡。然后，将混合物置于双螺杆挤出机以产生熔融混合物。在130℃下将该熔融混合物挤出且通过冷却使之凝固以制得聚酯粘合剂组分。然后，用研磨分级器得到具有约8μm平均颗粒直径的未处理过的调色剂，且将1.0％重量的具有30-50nm(-300至-600μC/g)的初级颗粒直径的第一硅石和1.0％重量的具有7-16nm(-400至-800μC/g)的初级颗粒直径的第二硅石加入其中。结果，就制得本发明所述调色剂。
比较例在该实施例中调色剂以相同方式制备，除未加入苯均三甲酸单体外。
图像评定测试使用20ppmLBP打印机对实施例和比较例制备的调色剂进行图像评定。测量图像密度、成膜、点再现性(产生部分图像密度差的比率)和图像的图像拖尾，由此评价调色剂的性能。这里，通过使用密度计(SpectroEye，GretagMacbeth Co.，Ltd.)测量纸片上的固体图案的密度来获得成像密度，而成膜、点再现性和图像拖尾通过目测来评估。显影装置在下述条件下进行操作。
表面电势(V0)-700V潜像电势(VL)-100V施加给显影辊的电压Vp-p＝1.8KV，频率2.0kHzVdc＝-500V，效率比35％(方波)显影间隙150-400显影辊(1)铝辊粗糙度Rz＝1至2.5(电镀镍之后)(2)橡胶辊(NBR弹性橡胶辊)电阻1×105至5×106Ω硬度50调色剂电荷量(q/m)＝-5至-30μC/g(通过调色剂层调节器后在显影辊上的)每单位面积的调色剂量0.3至1.0mg/cm2分别采用实施例和比较例的调色剂，根据打印纸的张数所得到的图像评估结果示于下面的表1和2中。
表1实施例制备的调色剂
表2比较例制备的调色剂
图像密度小于1.1＝×，1.1-1.3＝△，大于1.3＝○成膜，点再现性和图像拖尾肉眼看不到的＝○肉眼看的到但是不严重的＝△肉眼看的到而且严重的＝×如上所述，根据本发明的实施方案的电子照相成像装置用的调色剂能稳定地保持调色剂的电荷量和电荷分布，避免由于调色剂在高温和高湿度的凝固而产生的图像拖尾，以及避免在显影辊和调色剂层调节器中形成薄膜。
尽管参照本发明的实施方案对本发明进行了具体描述，但是本领域普通技术人员应该理解，可以在不背离本发明的下述权利要求所限定的要旨和范围的前提下，进行各种形式和细节上的改变。
权利要求
1.一种电子照相成像装置用的调色剂，其包括粘合剂树脂、着色剂、脱模剂和电荷控制剂，其中粘合剂树脂是含有苯均三甲酸残基的聚酯树脂。
2.权利要求1的调色剂，其中苯均三甲酸残基的浓度为基于粘合剂树脂重量的5-30％。
3.权利要求1的调色剂，其中粘合剂树脂由脂族二羧酸或芳族二羧酸制得。
4.权利要求3的调色剂，其中所述二羧酸选自丙二酸、丁二酸、己二酸和癸二酸。
5.权利要求3的调色剂，其中所述芳族二羧酸选自邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。
6.权利要求1的调色剂，其中粘合剂树脂具有不超过12mgKOH/g的酸值。
7.权利要求1的调色剂，其中粘合剂树脂具有130-150℃的熔融温度(Tm)。
8.权利要求1的调色剂，其中所述聚酯树脂获自多元羧酸组分和多元醇，其中所述多元羧酸组分包括苯均三甲酸。
9.权利要求8的调色剂，其中所述多元羧酸组分包括至少一种二羧酸和苯均三甲酸的混合物。
10.权利要求1的调色剂，其中所述聚酯树脂由多元羧酸单体组分和多元醇制得，其中所述多元羧酸基本上由苯均三甲酸组成。
11.权利要求1的调色剂，其中所述聚酯树脂由多元羧酸单体组分和多元醇制得，其中所述多元羧酸组分基本上由二羧酸和苯均三甲酸组成。
12.一种电子照相成像装置，其使用权利要求1的调色剂。
全文摘要
本发明提供一种电子照相成像装置用的调色剂。该调色剂能稳定地保持调色剂的电荷量和电荷分布，避免由于调色剂在高温和高湿度下的凝固而导致的图像拖尾，并避免在显影辊和调色剂层调节器中形成薄膜。该调色剂包括具有苯均三甲酸残基的聚酯粘合剂树脂。
文档编号G03G9/087GK1637629SQ20041008222
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月6日 优先权日2003年12月6日
发明者金尚德 申请人:三星电子株式会社