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Dokumentenidentifikation DE10011299B4 31.08.2006
Titel Mikrokapseltoner
Anmelder Michael Huber München GmbH, 85551 Kirchheim, DE
Erfinder Voit, Brigitte, Prof.Dr., 01187 Dresden, DE;
Hanke, Klaus, 85551 Kirchheim, DE;
Nuyken, Oskar, Prof.Dr.-Ing., 81927 München, DE;
Marx, Tanja, Dr., 80993 München, DE;
Schulze-Hagenest, Detlef, Dr., 24119 Kronshagen, DE
Vertreter Motsch und Seitz, 80538 München
DE-Anmeldedatum 09.03.2000
DE-Aktenzeichen 10011299
Offenlegungstag 18.10.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 31.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.08.2006
IPC-Hauptklasse G03G 9/093(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Toner bestehend aus einer thermo- und/oder photolabilen Hüllwand und einem funktionellen Kernmaterial, Verfahren zu seiner Herstellung sowie die Verwendung des Toners.

Toner für elektrofotografische Kopier- und Druckverfahren können aus gefüllten Polymerpartikeln im Größenbereich von 5–20 &mgr;m bestehen, die aus Polymeren mit ausgewählten Erweichungs-, Schmelz-, Fließ- und Adhäsionseigenschaften bestehen und magnetische Pigmente, wie Fe3O9, färbende Bestandteile, wie Ruß und/oder Farbmittel, und andere Zusatzstoffe, wie Antioffsetmittel und Ladungssteuerungsstoffe enthalten. Als Größenbereich werden hier die 5%- und 95%-Werte der Volumenverteilung verstanden.

Es wurde bereits versucht, die an leistungsfähige Toner gestellten Anforderungen im Bereich hoher Kopierqualität und einwandfreiem Gerätelauf durch die Entwicklung von Kapseltonern zu verbessern, bei denen eine optimale Tonerzusammensetzung aus den guten Fixiereigenschaften des Kerninhalts und den guten Entwicklereigenschaften der Hülle resultiert. Der Kerninhalt besteht hier in den meisten Fällen aus thermolabilen Binderharzen oder hochviskosen Ölen, die in der Fixierstation von elektrofotografisch arbeitenden Geräten meist durch den Eintrag von Wärmeenergie auf der Papieroberfläche aufgeschmolzen und dann mit Druck in die Papierfasern gepresst werden. Die Fixiertemperatur dieser bekannten Tonersysteme liegt nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise in dem US-Patent 5 362 593 A beschrieben, bei etwa 160–200°C bei einer Prozessgeschwindigkeit des für Testzwecke verwendeten Kopierers von etwa 15–20 cm/s. Mit Fixiertemperatur ist hier die Temperatur der beheizten dem Tonerbild zugewandten Walze eines Wärme-Druck-Walzenfixiersystems zu verstehen, wie es ähnlich im US-Patent 3 861 863 beschrieben wird. Hierin werden auch die Zusammenhänge von Papiertemperatur und Fixierwalzentemperatur und -druck für eine spezifische Ausgestaltung beschrieben.

Das Patent US 5 750 304 A beschreibt einen Mikrokapseltoner zur Wärme- und Druckfixierung. Hierbei handelt es sich um eine Variante herkömmlicher Pulvertoner.

Aus der PCT-Anmeldung WO 90/14883 A1 sind bereits thermo- und/oder photolabile Mikrokapseln mit Polyurethan-, Polyharnstoff- oder Polyamidhüllwänden bekannt. Als Sollbruchstellen wurden dort cyanogruppensubstituierte Dialkylazoverbindungen in die Hüllwand einpolymerisiert.

Bei konventionellen Tonerherstellungsverfahren ist eine Reduzierung der Teilchengröße durch Mahlen und Sichten nur durch Erhöhung des Energieaufwands und Reduzierung der Durchsätze erreichbar.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht daher darin, die notwendige Fixiertemperatur zu senken, wodurch die Fixierenergiebilanz verbessert wird und dadurch eine Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit im Laserdrucker erzielt werden kann.

Desweiteren besteht die Aufgabe vorliegender Erfindung darin, die Teilchengröße zu reduzieren, um eine Steigerung der Auflösung der Tonerbilder zu erzielen.

Die Aufgabe vorliegender Erfindung wird durch einen Toner bestehend aus einer thermo- und/oder photolabilen Hüllwand und einem funktionellen Kernmaterial gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, dass

  • – die Hüllwand aus photo- und/oder thermolabilen Triazengruppen enthaltenden Polyurethan- und/oder Polyharnstoffpolymeren aufgebaut ist,
  • – das funktionelle Kernmaterial ein Flüssigkeitsgemisch mit einer kinematischen Viskosität bei 100°C nach DIN 51562 kleiner 5·10–3 m2/s enthält und
  • – die Hüllwand des Toners unterhalb 100°C mechanisch und thermisch stabil ist.

Durch den erfindungsgemäßen Toner werden die Mikrokapseln thermisch und/oder photolytisch in der Fixierstation durch Wärme- und/oder Lichteinstrahlung zerstört und der eingekapselte Farbstoff freigesetzt, der sich dann sofort mit dem Bedruckstoff verbinden kann. Durch die geringere Fixiertemperatur wird in vorteilhafter Weise eine Austrocknung des Druckpapiers und damit Verspannungen, Versprödungen, statische Aufladungen und ein starkes Schrumpfen des Papiers vermieden. Auf diese Weise können Papiertransportstörungen beim Druckprozess deutlich reduziert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Toners ist die Hüllwand durch Grenzflächenpolyaddition hergestellt.

Besonders bevorzugt ist ein Toner, bei dem für die Synthese der Hüllwand ein Präpolymer mit einem di- oder höherfunktionellen Alkohol oder Amin an der Phasengrenzfläche umgesetzt ist.

Der Harzkörper wird durch Reaktion von triazengruppenhaltigen, photo- bzw. thermolabilen mindestens bifunktionellen Alkoholen, Aminen oder Isocyanaten mit bekannten mindestens bifunktionellen Isocyanaten, Alkoholen oder Aminen im Überschuss umgesetzt.

Es sind bereits zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Mikrokapseln nach dem Grenzflächenpolyadditionsverfahren an sich aus den Bereichen Pharmazie, Pflanzenschutz, Kosmetik, Katalyse, in der Klebstoffindustrie und zur Herstellung von kohlefreiem Durchschreibepapier bekannt.

Bei der Grenzflächenpolyaddition werden in einem ersten Verfahrensschritt die zu verkapselnden Stoffe in einem hydrophoben Öl gelöst, mit einem zur Wandbildung befähigten di- und/oder höherfunktionellen alipathischen oder aromatischen Isocyanat versetzt und anschließend unter kräftigem Rühren in einer Wasser-Schutzkolloid-Lösung dispergiert.

Die emulgierten Öltröpfchen besitzen dabei eine Größe, die ungefähr der Größe der späteren Mikrokapsel entspricht. Zur Bildung der Kapselwand vermischt man in einem zweiten Verfahrensschritt die Öl-in-Wasser-Emulsion mit einem Vernetzer, der in der Lage ist, an der Grenzfläche zwischen Öl und Wasser mit dem im Öl gelösten Isocyanat unter Ausbildung eines polymeren Films zu reagieren. Bei den Vernetzern kann es sich beispielsweise um Di- oder Polyamine, Diole, Polyole, polyfunktionelle Aminoalkohole, um Guanidine und Salze des Guanidins und davon abgeleitete Verbindungen handeln. Der dritte Verfahrensschritt umfasst die sogenannte Nachbehandlung der frisch hergestellten Kapseldispersion. Hierbei wird unter Kontrolle der Temperatur und Verweilzeit und ggf. unter Einsatz weiterer Hilfsmittel die Reaktion zwischen Polyisocyanat und Vernetzer zu Ende geführt. Grenzflächenpolyadditionen dieser Art sind beispielsweise in folgenden Publikationen beschrieben: US 4 021 595, US 4 193 889, US 4 428 978, EP 0 392 876 A1, DE 27 57 017 A1 und EP 0 535 384 A1.

Konventionelle Öffnungsmethoden für Kapseln mit undurchlässigen Hüllwänden sind mechanische Zerstörung, Verbrennen, Schmelzen, Sprengen infolge Dampfdruckerhöhung im Inneren oder Auflösen der Hüllwand.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Präpolymer eine reaktive isocyanatgruppenterminierte triazengruppenhaltige Verbindung.

Die der Erfindung zugrunde liegenden thermo- und/oder photolabilen Mikrokapseln zeichnen sich durch in das Hüllwandpolymer eingebaute triazengruppenhaltige Sollbruchstellen aus, die bei Wärme- und/oder Lichteinwirkung unter Abspaltung von Stickstoff zerstört werden und somit den Inhaltsstoff freigeben.

Die Fixiertemperatur des erfindungsgemäßen Kapseltoners soll unterhalb der Fixiertemperatur bekannter Toner in einem Temperaturbereich zwischen 100 und 160°C liegen. Um eine ausreichende Lagerstabilität zu gewährleisten, sollten die Kapselwände eine maximale Zersetzungstemperatur größer 120°C aufweisen.

Die thermo- und photolabilen Sollbruchstellen werden durch die Grenzflächenpolyaddition zwischen einem vorkondensierten, verzweigten, triazengruppenhaltigen Isocyanat-Harzkörper und einem in Wasser gelösten Alkohol oder Amin unter Ausbildung einer Polyurethan- bzw. Polyharnstoffkapselwand in die Mikrokapselhülle eingebaut. Durch die Verwendung des bereits vorkondensierten, höhermolekularen Harzkörpers wird der Umgang mit den oft physiologisch bedenklichen, leichtflüchtigen Isocyanatmonomeren während der Kapselwandsynthese umgangen. Die exotherme Polyadditionsreaktion wird darüber hinaus aufgrund der größeren Hüllwandbausteine leichter kontrollierbar und steuerbar.

Der erfindungsgemäße Toner kann eine triazengruppenhaltige Verbindung folgender Formel aufweist:

wobei Y eine Amino- oder Hydroxylgruppe, n eine ganze Zahl von 0 bis 4, R5 eine Alkylgruppe und R6 eine Alkylidengruppe ist.

Die Alkylgruppe R5 und die Alkylidengruppe R6 können 1 bis 100 C-Atome, vorzugsweise 1 bis 50 C-Atome, aufweisen.

Der erfindungsgemäße Toner kann auch eine triazengruppenhaltige Verbindung folgender Formel aufweisen:

wobei Y, n, R5 und R6 die im Anspruch 5 angegebene Bedeutung haben.

Die Maxima der UV-Absorptionskurven liegen zwischen 220 und 350 nm mit molaren Absorptionskoeffizienten zwischen 5000 und 40000 1 mol–1 cm–1. Die Zersetzungsmaxima der DSC-Kurven liegen zwischen 200 und 300°C.

Zur Herstellung des Harzkörpers kann dabei der triazengruppenhaltige Alkohol bzw. das triazengruppenhaltige Amin als einzige Alkohol- bzw. Amin-Komponente oder zusammen mit anderen bekannten mindestens bifunktionellen Alkoholen als Gemisch verwendet werden, das den triazengruppenhaltigen Alkohol bzw. das triazengruppenhaltige Amin zu 100 bis 1 Gew.-% enthält. Durch Variation des Verhältnisses der triazengruppenhaltigen Komponente zu den Alkoholen, kann der Triazengehalt und damit der Grad der Thermo- und Photolabilität der resultierenden Kapseln sowie die terminierbare Festigkeit erfindungsgemäßer Mikrokapseln beliebig eingestellt werden.

Andere bekannte Alkohole sind aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Alkohole, wie Ethan-, 1,2- und 1,3-Propan-, isomere Butan-, Pentan- und Hexandiole, Dimethylolpropan und ethergruppenhaltige Oligo- und Polymere von Ethylen- und Propylenglykol. Geeignete Triole sind beispielsweise Glycerin und Trimethylolpropan.

Als Ausgangsisocyanate kommen die verschiedensten alipathischen, cycloalipathischen, aromatischen und aromatisch-alipathischen 2- oder höherfunktionellen Isocyanate und deren Gemische in Frage. Beispiele dafür sind 1,4-Diisocyanatobutan, 1,6-Diisocyanatohexan, 1,5-Diisocyanato-2,2-dimethylpentan, 2,2,4- und 2,4,4-Trimethyl-1,6-diisocyanatohexan, 1,10-Diisocyanatodecan, 1,3- und 1,4-Diisocyanatocylcohexan, 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcylcohexan (Isophorondiisocyanat), 4,4'-Diisocyanatodicyclohexylmethan, 2,4- und 2,6-Diisocyanatomethylcyclohexan und deren Gemische.

Als aromatische Isocyanate können beispielsweise Toluoldiisocyanate, 4,4'-Diisocyanato-diphenylmethan, oder Poly-(phenylisocyanat)-co-(formaldehyd) eingesetzt werden. Außerdem können auch Polyisocyanate, die durch Modifizierung der oben genannten Diisocyanate oder deren Mischungen nach bekannten Verfahren darstellbar sind und beispielsweise Uretdion-, Urethan-, Isocyanurat-, Biuret- und/oder Allophonatgruppen enthalten, mit eingesetzt werden. Weitere einsetzbare Polyisocyanate werden in der EP 0 227 562 A1, EP 0 164 666 A2 und EP 0 016 378 A1 beschrieben.

Zur Herstellung des Harzkörpers können die NCO-enthaltenden Verbindungen mit den OH- (und NH2-) enthaltenden Komponenten z.B. im NCO/OH(+NH2)-Verhältnis von 1,5 : 1 bis 5 : 1 eingesetzt werden. Hohe NCO/OH(+NH2)-Verhältnisse sind bevorzugt, weil dann viskositätserhöhende Kettenverlängerungsreaktionen weitgehend unterdrückt werden können, allerdings nimmt damit auch der Gehalt an Triazenfunktionen im Harzkörper ab. Besonders geeignet sind Harzkörper mit zahlenmittleren Molmassen im Bereich von 900 bis 3000 g/mol mit einem Polydispersitätsindex Mw/Mn von 1,2–4.

Vorteilhaft für die Herstellung möglichst stabiler und undurchlässiger Kapseln ist der Einbau möglichst vieler vernetzender Gruppen in das Präpolymer.

Bei der Darstellung des Harzkörpers können für die Reaktion bekannte Katalysatoren verwendet werden. Geeignete Katalysatoren sind beispielsweise tertiäre Amine, wie Triethylamin, oder organische Metallverbindungen, insbesondere organische Zinnverbindungen, vorzugsweise Zinn(II)-salze von Carbonsäuren, wie Zinn(II)-acetat, Zinn(II)-octoat, Zinn(II)-ethylhexoat und Zinn(II)-laurat und Dialkylzinnsalze von Carbonsäuren, wie beispielsweise Dibutyl-zinndiacetat, Dibutyl-zinndilaurat, Dibutylzinnmaleat oder Dioctylzinndiacetat.

Die Katalysatorkonzentration kann, bezogen auf das eingesetzte Polyisocyanat, beispielsweise zwischen 0,01 und 5% liegen.

Die Herstellung des Harzkörpers kann z.B. in einem Temperaturbereich von 20–80°C, vorzugsweise von 30–60°C erfolgen.

Der Triazengehalt (XTriazen) des Harzkörpers wird durch die eingesetzte Menge der eingebauten Triazenalkohole festgelegt. Der Anteil an Verzweigungsstellen wird über die anteilig zum Triazenalkohol bzw. dem Triazenamin eingebaute Menge an tri- oder höherfunktionellen Alkoholen und über die verwendeten tri- oder höherfunktionellen Isocyanate gesteuert.

wobei Mx die Molmasse des triazengruppenhaltigen Monomers, Mi die Molmasse der triazenfreien Monomere x und ni die molaren Anteile der Monomere bedeuten.

Die Triazengehalte der Harzkörper liegen üblicherweise im Bereich von 5–45 Mol.-%, der Anteil der Verzweigungsstellen zwischen 0 und 80 Mol.-%.

Die zur Kapselherstellung mit dem isocyanatterminierten Harzkörper benötigten Komponenten, wie das einzukapselnde Material, das hydrophobe Lösungsmittel, die wässrige Phase und der Vernetzer sind an sich im Stand der Technik bekannt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Mikrokapseln kann die wässrige Phase ggf. Emulgatoren, Stabilisatoren und/oder die Koaleszenz verhindernde Stoffe enthalten. Die Menge derartiger Zusätze kann im Bereich von 0,01 bis 5 Mol.-%, bezogen auf die jeweilige Phase, liegen. Beispiele für solche Stoffe sind Gelatine, Polyvinylalkohole, teilverseiftes Polyvinylacetat und Carboxymethylcellulose.

Der erfindungsgemäße Toner kann ein Kernmaterial aufweisen, das hydrophole und/oder hydrophobe Flüssigkeiten umfasst.

Die Flüssigkeit kann ein Silikonöl sein.

Das Kernmaterial kann ferner Farbstoffe, Pigmente und Feststoffe umfassen.

Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln können neben den genannten noch andere verkapselte Stoffe, z.B. Vorstufen der Pigmente, sog. latente Pigmente, enthalten, die erst durch die Energiezufuhr im Fixierprozess zu feinteiligen Pigmenten umgewandelt werden, wie beispielsweise in Nature Vol. 388, 10.7.97, S. 13 beschrieben. Weitere mögliche Kernmaterialien sind Paraffinöle oder fluoreszierende Farbstoffe, Indikatoren und thermoreaktive Stoffe in Anteilen von 0,1–10 Gew.-% bezogen auf die hydrophobe Phase. Naturgemäß dürfen die zu verkapselnden Stoffe unter den Verkapselungsbedingungen nicht mit Isocyanaten reagieren.

Die erfindungsgemäßen Mikrokapseln werden aus den oben beschriebenen isocyanatterminierten Harzkörpern durch Umsetzung mit NH2- oder OH-Gruppen enthaltenden Vernetzern hergestellt. Die Vernetzer sind imstande, an einer Phasengrenzfläche mit Isocyanatgruppen zu reagieren. Hierfür kommen beispielsweise folgende Verbindungen in reiner Form oder als Mischungen untereinander in Betracht: Di- und Polyamine, Aminoalkohole, Hydrazin, Hydroxylamin, Guanidin und dessen Salze. Beispiele für Di- und Polyamine sowie Aminoalkohole sind: Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Isophorondiamin, Diethylentriamin, Ethanolamin, Diethanolamin und Triethanolamin.

Bevorzugt sind Mikrokapseln mit Wänden hergestellt aus erfindungsgemäß zu verwendenden Isocyanat-Harzkörpern und Triethanolamin oder Diethylentriamin als Vernetzer.

Die Menge des erfindungsgemäß einzusetzenden Isocyanat-Harzkörpers bewegt sich in dem für Grenzflächenpolyadditionsverfahren üblichen Rahmen, beispielsweise zwischen und 1 und 25% Wandanteil. Dies bedeutet, dass der Wandanteil 1–25% der gesamten Kapsel ausmacht. Die angegebenen Werte beziehen sich auf die gesamte, zur Verkapselung vorgesehene Ölphase. Bevorzugt ist ein Wandanteil im Bereich zwischen 1 und 15%.

Die theoretische Menge des zur Wandbildung notwendigen Vernetzers errechnet sich aus dem Gehalt der freien Isocyanatgruppen des eingesetzten Harzkörpers und dem Gehalt an reaktiven Amino- und/oder Hydroxylgruppen der verwendeten Vernetzerkomponente. Isocyanat und Vernetzer sollten vorteilhaft in äquimolaren Mengen eingesetzt werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, von der stöchiometrisch errechneten Vernetzermenge entweder nach unten abzuweichen, da bei Grenzflächenpolyadditionsverfahren eine Nebenreaktion es Isocyanats mit dem im Überschuss vorhandenen Wasser nicht auszuschließen ist, oder einen Überschuss der Vernetzerkomponente anzuwenden, weil ein solcher unkritisch ist.

Deshalb wendet man den Vernetzer vorzugsweise in einer Menge an, die zwischen 50 und 100 Gew.-% der theoretisch berechneten Menge liegt.

Das Masseverhältnis von hydrophober Phase zur Wasserphase kann beispielsweise 10 : 90 bis 60 : 40, vorzugsweise 20 : 80 bis 50 : 50 betragen.

Im allgemeinen ist es vorteilhaft, die Mikrokapselbildung bei mäßig erhöhten Temperaturen zu Ende zu bringen.

Die photo- und/oder thermolabile Hüllwand des Toners kann zwischen 100 und 160°C zerstörbar sein. Die Hüllwand kann durch eine oder eine Kombination der nachstehenden Fixierarten Druck, Wärme oder Strahlung zerstörbar sein.

Für die Kapselwand-Polymere können Zersetzungstemperaturen von mindestens 100°C erreicht werden, so dass keine Gefahr einer vorzeitigen Zersetzung, beispielsweise bei Raumtemperatur besteht. Darüber hinaus ist die Zersetzungstemperatur in Abhängigkeit von den Ausgangsmonomeren bei der Bildung der Kapselwand in einem großen Bereich einstellbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Teilchengröße des Toners kleiner als 20 &mgr;m, vorzugsweise beträgt die Teilchengröße zwischen 1 und 10 &mgr;m.

Die Kapseln sind einfach und sicher handhabbar, da sie aufgrund ihrer geringen Größe und der vernetzten Kapselwandstruktur mechanisch belastbar sind, und ihre Kapselwand für den Kapselinhalt undurchlässig ist.

Durch die Verwendung von Mikrokapseln mit im Vergleich zu konventionellen Herstellungsmethoden kleineren und definierten Kapselgrößen wird eine verbesserte Druckqualität, Kantenschärfe und Druckbildauflösung gewährleistet.

Gegenstand der Erfindung ist desweiteren ein Verfahren zur Herstellung des beschriebenen Toners, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Toner durch ein Emulgierverfahren unter Einsatz einer mikroporösen Membran oder eines mikroporösen Glases erzeugt wird.

Der Emulgierprozess kann hierbei unter Verwendung verschiedener Rührsysteme, wie Turraxrührer oder Rotor/Stator-Dispergiermaschinen erfolgen. Besonders einheitliche Mikrokapseln können mit einem Permeationsverfahren erhalten werden, das mit mikroporösen Glasmembranen mit streng definierten Porendurchmessern arbeitet.

Entsprechend diesem Gegenstand der Erfindung können Mikrokapseln mit thermo- und photolabilen Hüllwänden und nahezu monodisperser Größenverteilung von unter 10 &mgr;m bereitgestellt werden, die ihren Inhalt gezielt durch Einwirkung von Wärme und/oder der Einstrahlung von Licht freisetzen und als Flüssigtoner auf Wasserbasis bzw. nach der Trocknung als Ein- oder Zweikomponententoner eingesetzt werden können.

Diese streng definierte Kapselgrößenverteilung wird mit Hilfe des Permeationsverfahrens während des Emulgierschrittes eingestellt.

Mikrokapseln mit einheitlichen Größenverteilungen, die durch ein Membranemulgierverfahren hergestellt werden können, bei dem durch Einsatz von mikroporösen Gläsern mit streng definierten Porengrößen nahezu monodisperse Emulsionströpfchen erhalten werden, werden in J. Appl. Polym. Sci. 51,1 (1994); Macromol. Symp., 92, 309 (1995); J. Microencapsulation 12, 129 (1995) und J. Microencapsulation 11, 171 (1994) beschrieben.

Durch Variation des Porendurchmessers der Membran zwischen 0,2 und 1,7 &mgr;m können Tröpfchen und im Anschluss Kapseln mit einem mittleren Durchmesser von 1–10 &mgr;m erhalten werden.

Der beim Permeationsverfahren angewandte Emulgierdruck, der nötig ist, um die disperse Phase durch die Membran zu pressen, liegt in Abhängigkeit von der Emulgiergeschwindigkeit der dispersen Phase durch die Poren der Glasmembran zwischen 0,4 und 3,0 kPa.

Durch einheitliche Tonerkapseln kann das Tonerpulver auf den Bedruckstoff in dichtest gepackter Form aufgebracht werden, so dass eine optimale Flächeneindeckung des Papiers erzielt werden kann.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Toners durch Mikroverkapselung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass diese in reinem Benzoesäurebenzylester oder in einem Gemisch aus Benzoesäurebenzylester und Diisopropylnaphthalin in einem Verhältnis von 80 zu 20 Gew.-% bis 30 zu 70 Gew.-% durchgeführt wird.

Allgemein kann die Reaktion in einem für die Mikroverkapselung in Frage kommenden organischen, mit Wasser nicht mischbaren, gegenüber Isocyanaten inerten Lösungsmittel durchgeführt werden. Hier eignen sich alkylaromatische Kohlenwasserstoffe, wie das genannte Diisopropylnaphthalin, substituierte Biphenyle, chlorierte Paraffine und der genannte Benzoesäurebenzylester. Benzoesäurebenzylester und Diisopropylnaphthalin sind mischbar, ermöglichen jedoch bei der anschließenden Grenzflächenpolyaddition eine räumliche Separierung des Reaktionsvorgangs. Durch die Unverträglichkeit der beiden organischen Lösungen wird nun gewährleistet, dass sich Diisopropylnaphthalin zusammen mit dem Kapselinhalt im Inneren des Lösungsmitteltröpfchens anreichert, während die Benzoesäurebenzylesterphase an der äußeren o/w-Grenzfläche vorliegt, wo auch die Kapselhüllwand aufgebaut wird. Hierbei ist ein Verhältnis von Benzoesäurebenzylester zu Diisopropylnaphthalin von 70:30 bis 40:60 bevorzugt.

Das Reaktionsende der Harzkörpersynthese kann anhand des Verhaltens einer 1:1-Mischung des Reaktionsansatzes mit dem Lösungsmittel Diisopropylnaphthalin überprüft werden. Die Ausbildung einer hochviskosen, gelartigen Lösung zeigt das Ende der Reaktion an.

Nach der Kapselsynthese wird eine Mikrokapseldispersion, ein sogenannter Slurry, erhalten, wobei sich der gelöste Wirkstoff im Inneren von kleinen Mikrohohlkügelchen befindet.

Für den Einsatz als getrockneter Kapseltoner wird der Slurry mit Hilfe gängiger Trocknungsverfahren ggf. durch den Zusatz von Aerosilen und/oder sonstigen Zusatzstoffen getrocknet und die Kapseln isoliert.

Der erfindungsgemäße Toner kann als Slurry für die elektrostatische Beschichtung oder für elektrophotographische Druckprozesse, in einem Drucker, Kopierer, Faxgerät oder für elektrostatische Beschichtungen sowie als Ein- oder Zweikomponententoner verwendet werden.


Anspruch[de]
  1. Toner bestehend aus einer thermo- und/oder photolabilen Hüllwand und einem funktionellen Kernmaterial,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – die Hüllwand aus photo- und/oder thermolabilen Triazengruppen enthaltenden Polyurethan- und/oder Polyharnstoffpolymeren aufgebaut ist,

    – das funktionelle Kernmaterial ein Flüssigkeitsgemisch mit einer kinematischen Viskosität bei 100°C nach DIN 51562 kleiner 5·10–3 m2/s enthält und

    – die Hüllwand des Toners unterhalb 100°C mechanisch und thermisch stabil ist.
  2. Toner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial Farbstoffe, Pigmente und Feststoffe umfasst.
  3. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllwand durch Grenzflächenpolyaddition hergestellt ist.
  4. Toner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Synthese der Hüllwand ein Präpolymer mit einem di- oder höherfunktionellen Alkohol oder Amin an der Phasengrenzfläche umgesetzt ist.
  5. Toner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Präpolymer eine reaktive isocyanatgruppenterminierte triazengruppenhaltige Verbindung ist.
  6. Toner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die triazengruppenhaltige Verbindung folgende Formel aufweist:
    wobei Y eine Amino- oder Hydroxylgruppe, n eine ganze Zahl von 0 bis 4, R5 eine Alkylgruppe und R6 eine Alkylidengruppe ist.
  7. Toner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die triazengruppenhaltige Verbindung folgende Formel aufweist:
    wobei Y, n, R5 und R6 die im Anspruch 5 angegebene Bedeutung haben.
  8. Toner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial hydrophile und/oder hydrophobe Flüssigkeiten umfasst.
  9. Toner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Silikonöl ist.
  10. Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass seine Teilchengröße kleiner als 20 &mgr;m ist.
  11. Toner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass seine Teilchengröße zwischen 1 und 10 &mgr;m beträgt.
  12. Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photo- und/oder thermolabile Hüllwand zwischen 100°C und 160°C zerstörbar ist.
  13. Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllwand durch eine oder eine Kombination der nachstehenden Fixierarten Druck, Wärme oder Strahlung zerstörbar ist.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Toners nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser durch ein Emulgierverfahren unter Einsatz einer mikroporösen Membran oder eines mikroporösen Glases erzeugt wird.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Toners nach einem der Ansprüche 1 bis 13 durch Mikroverkapselung, dadurch gekennzeichnet, dass diese in reinem Benzoesäurebenzylester oder in einem Gemisch aus Benzoesäurebenzylester und Diisopropylnaphthalin in einem Verhältnis von 80 zu 20 Gew.-% bis 30 zu 70 Gew.-% durchgeführt wird.
  16. Verwendung eines Toners nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Ein- oder Zweikomponententoner.
  17. Verwendung eines Toners nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Drucker, Kopierer, Faxgerät oder für elektrostatische Beschichtungen.
  18. Verwendung eines Toners nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Slurry für die elektrostatische Beschichtung oder für elektrophotographische Druckprozesse.
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