CH499141A

CH499141A - Elektrostatische Entwicklersubstanz

Info

Publication number: CH499141A
Application number: CH1720966A
Authority: CH
Inventors: Michael Palermiti Frank
Original assignee: Rank Xerox Ltd
Priority date: 1965-12-02
Filing date: 1966-11-30
Publication date: 1970-11-15
Also published as: GB1172840A; DE1522708B2; GB1172839A; NL6617058A; SE332934B; ES334004A1; FR1503130A; DE1522708C3; DE1522708A1; BE690628A

Description

Elektrostatische Entwicklersubstanz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine freifliessende teilchenförmige Entwicklersubstanz zur Verwendung bei der xerographischen Kaskadenentwicklung.

Die Bildung und Entwicklung von Bildern auf der Oberfläche eines photoleitenden Materials durch elektrostatische Mittel ist bekannt. Der xerographische Grundprozess, wie er aus dem USA-Patent Nr.

2 297 691 hervorgeht, besteht im Anbringen einer gleichmässigen elektrostatischen Ladung auf einer photoleitenden Isolierschicht, der Belichtung der Schicht mit einem Licht- und Schattenbild, um die Ladung auf den dem Licht ausgesetzten Flächen der Schicht abzuleiten, und im Ablagern eines feinteiligen elektroskopischen, als Toner bezeichneten Materials auf dem Bild. Der Toner wird normalerweise zu denjenigen Stellen der Schicht hin angezogen, welche eine Ladung beibehalten, so dass ein Toner-Bild entsteht, welches dem latenten elektrostatischen Bild entspricht. Dieses Pulverbild kann hierauf auf eine Trägeroberfläche wie Papier übertragen werden. Das übertragene Bild kann anschliessend auf der Trägeroberfläche beispielsweise durch Wärmeeinwirkung permanent fixiert werden.

Anstelle der Bildung des latenten Bildes durch gleichmässiges Aufladen der photoleitenden Schicht und anschliessende Belichtung der Schicht mit einem Lichtund Schattenbild, kann das latente Bild auch dadurch gebildet werden, dass die Schicht direkt in Bildform geladen wird. Das Pulverbild kann auf der photoleitenden Schicht fixiert werden, falls es unerwünscht ist, das Pulverbild zu übertragen. Andere geeignete Fixiermittel, wie Behandlung mit einem Lösungsmittel oder einem Überzug, können die angeführte Wärmebehandlung zum Fixieren ersetzen.

Es sind verschiedene Verfahren zum Aufbringen der elektroskopischen Teilchen auf das latente elektrostatische, zu entwickelnde Bild bekannt. Ein Entwicklungsverfahren, das durch E.N. Wise im USA-Patent 2 618 552 beschrieben ist, ist als Kaskadenentwicklung bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Entwicklersubstanz, die verhältnismässig grosse Trägerteilchen mit elektrostatisch aufgebrachten feinen Tonerteilchen enthält, zur elektrostatischen Trägeroberfläche für das Bild geführt und über diese Fläche geschüttet, geflutet oder wellig herabfallen gelassen. Die Zusammensetzung der Trägerteilchen ist so gewählt, dass die Tonerteilchen durch Reibungselektrizität mit der gewünschten Polarität geladen werden.

Wenn die Mischung sich wellig über die Bildträgeroberfläche ausbreitet oder über sie flutet, werden die Tonerteilchen elektrostatisch abgelagert und an den geladenen Stellen des latenten Bildes festgehalten, während sie an den ungeladenen oder Untergrundstellen des Bildes nicht abgelagert werden. Die meisten Tonerteilchen, welche zufällig auf dem Untergrund abgelagert worden sind, werden durch den flutenden Träger entfernt, da offensichtlich die elektrostatische Anziehung zwischen dem Toner und dem Träger grösser als zwischen dem Toner und dem entladenen Untergrund ist. Der Träger und der überschüssige Toner werden hierauf wieder in Umlauf gebracht. Diese Technik ist ausserordentlich geeignet für die Entwicklung von Strichkopierbildern.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Bilder ist das Verfahren der magnetischen Bürsten , wie es beispielsweise im USA-Patent 2 874 063 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird eine Entwicklersubstanz, die Tonerteilchen und magnetische Trägerteilchen enthält, von einem Magneten mitgetragen. Das magnetische Feld des Magneten bewirkt eine Ausrichtung der magnetischen Träger zu einer bürstenähnlichen Form. Diese magnetische Bürste wird mit der elektrostatischen Bildträgeroberfläche in Kontakt gebracht, wodurch die Tonerteilchen durch elektrostatische Anziehung von der Bürste auf das latente Bild gezogen werden.

Ein weiteres geläufiges Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder ist das Verfahren der Pulverwolke , wie es von C.F. Carlson im USA-Patent 2 221 776 beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird eine Entwicklersubstanz, die elektrisch geladene Tonerteilchen in einer Gasatmosphäre enthält, nahe der Oberfläche, welche das latente elektrostatische Bild trägt, vorbeigeführt. Die Tonerteilchen werden hierbei durch elektrostatische Anziehung vom Gas auf das latente Bild gezogen. Dieses Verfahren ist für die kontinuierliche Toner-Entwicklung besonders nützlich.

Weitere Entwicklungsverfahren, wie beispielsweise die im USA-Patent 2 895 847 von C.R. Mayer beschriebene < rAufsetz -Entwicklung, können angewendet werden.

Während übliche Entwicklersubstanzen gewöhnlich Bilder guter Qualität hervorbringen, weisen sie doch auf gewissen Gebieten ernste Mängel auf. Die Entwicklersubstanzen müssen insbesondere frei fliessen können, um ein genaues Abmessen und eine gleichmässige Verteilung während der Entwicklungs- und Umlaufphasen des xerographischen Verfahrens zu erleichtern. Einige Entwicklersubstanzen sind trotz wünschenswerter Eigenschaften, wie passenden reibungselektrischen Eigenschaften, ungeeignet, weil sie bei ihrer Handhabung und bei Lagerung dazu neigen, zusammenzubacken, Brücken zu bilden und sich zusammenzuballen. Die reibungs-elektrischen und Strömungseigenschaften mancher Toner und Träger werden in nachteiliger Weise beeinflusst, wenn die relative Feuchtigkeit gross ist.

Wegen des Einflusses verschiedener Kräfte, wie elektrostatischer oder Van der Waals-Kräfte, neigen viele Toner-Pulver dazu, anhaftende, unerwünschte Ablagerungen zu bilden, welche die richtige Reinigung erneut brauchbarer xerographischer Platten oder Trommeln beeinträchtigen. Zahlreiche bekannte Träger und Toner sind von schmirgelartiger Beschaffenheit. Schmirgelnde Berührung zwischen Tonerteilchen, Träger und elektrophotographischen Oberflächen beschleunigt im allgemeinen aber die Abnützung dieser Teile. Der Ersatz von Trägern und elektrostatischen Bildträgerflächen ist teuer und zeitraubend. Der durch den Zerfall des Toners gebildete Abrieb neigt zu Ab drift und zur Bildung unerwünschter Ablagerungen auf empfindlichen Maschinenteilen. Xerographische Kopien sollen sowohl einen guten Strichkontrast als auch eine annehmbare Bedekkung der Volltonflächen aufweisen.

Wird jedoch ein Verfahren besonders im Hinblick auf die Verbesserung des Strichkontrastes oder der Bedeckung der Volltonfläche ausgelegt, so ist eine verminderte Qualität der jeweils anderen Eigenschaft zu erwarten. Versuche zur Erhöhung der Bilddichte durch Ablagern grösserer Mengen von Tonerteilchen haben meist eine unerwünschte Erhöhung der Ablagerungen auf dem Untergrund zur Folge. Es besteht also eine fortdauernde Notwendigkeit, die bekannten Verfahren und Hilfsstoffe zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder zu verbessern.

Zweck der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu vermeiden und eine Entwicklersubstanz zu schaffen, welche die geforderten Eigenschaften aufweist.

Erfindungsgemäss ist die Entwicklersubstanz dadurch gekennzeichnet, dass der Entwickler aus etwa 1 Gew.-Teil eines feinteiligen Tonermaterials, 10 bis 200 Gew.-Teilen nichtmagnetischer Trägerteilchen, die grösser als die Teilchen des Tonermaterials sind, sowie 0,02 bis 20 Gew.-O/o, bezogen auf das Tonermaterial, mindestens eines festen hydrophoben fettsauren Metall salzes besteht, das an Teilchenoberflächen der Entwicklersubstanz verfügbar ist.

Das Metallsalz der Fettsäure kann in irgendeiner geeigneten Weise mit dem Entwicklermaterial kombiniert sein, um eine physikalische Mischung von Salzteilchen mit Entwicklermaterialteilchen, mit Metallsalz bedeckte Träger oder Toner, Träger und/oder Toner, welche das Salz als eine Gesamtkomponente enthalten oder Kombinationen von allen diesen zu bilden. Wo das feste, hydrophobe Metallsalz einer höheren Fettsäure physikalisch mit Toner- oder Trägerteilchen gemischt oder auf diesen als Überzug angebracht werden soll, liegt das Metallsalz vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,02 bis 10 O/o, bezogen auf das Gewicht des Toners, in der endgültigen Entwicklermischung, vor.

Die erfindungsgemässe freifliessende, teilchenförmige Entwicklersubstanz kann zur Herstellung xerographischer Abbildungen verwendet werden. Diese Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein Tonerbild erzeugt, indem man ein latentes elektrostatisches Bild auf einer bilderzeugenden Fläche mit der Entwicklersubstanz in Berührung bringt, wobei mindestens ein Teil des feinteiligen Tonermaterials von der bilderzeu- genden Fläche angezogen und als Tonerbild festgehalten wird.

Optimale Resultate werden mit ungefähr 0,05 bis etwa 4Gew.-O/o des Metallsalzes erzielt. Obwohl das anfängliche Potential der elektrostatischen Bildfläche reduziert und der Abriebwiderstand verbessert werden können, wenn der Anteil des vorliegenden Metallsalzes über den Wert von ungefähr 10 O/o vergrössert wird, treten in diesem Falle vor allem merklich vermehrte, unerwünschte Hintergrund-Ablagernngen auf. Wenn die Ladungsspannung verkleinert wird, um ein 10 /o übersteigendes Vorliegen von Metallsalz zu kompensieren, beginnen die Bilder in der Regel ein verwaschenes Aussehen zu zeigen.

Es ist gewöhnlich nicht wesentlich, dass die gesamte Oberfläche jedes Tonerteilchens mit dem Metallsalz bedeckt wird. Beispielsweise ist genügend Metallsalz vorhanden, wenn 10 bis 16 0/o der Tonerteilchen Oberflächen mit einem Metallsalz bedeckt sind. Wenn das Metallsalz in einem Toner- oder Trägerteilchen verteilt wird, statt es als Überzug auf das Teilchen zu bringen, ist allgemein proportional mehr Metallsalz nötig, um eine genügende Quantität aufgedecktes Salz auf der Oberfläche des Toner- oder Trägerteilchens aufrechtzuerhalten. Die zusätzlich benötigte Menge Metallsalz hängt in grossem Ausmass von der Oberfläche der Teilchen ab und daher vom gewählten Durchmesser der Teilchen.

Die Verwendung kleiner Mengen von Calciumstearat als Pigmentbenetzungsmittel in einem Entwicklerpulver aus Zinkoxyd ist aus dem USA-Patent 3 053 688 und dem kanadischen Patent 633 458 bekannt. Die in bekannter Weise zur Erleichterung der Benetzung von in Zinkoxyd-Entwicklerpulver verteilten Pigmenten verwendete Menge von Calciumstearat ist im allgemeinen ungenügend, um für den Zweck der vorliegenden Erfindung die Oberfläche des Tonerteilchens mit einer wirksamen Menge Calciumstearat zu versehen.

Wenn weniger als 0,02ovo Metallsalz, bezogen auf das Gewicht des Toners, tatsächliche an der Oberfläche des Tonerteilchens vorliegt, sind gewöhnlich seine reibungselektrischen Eigenschaften, die Strömungs- und Abriebeigenschaften, die tJbertragungs- und Bildformungseigenschaften ungefähr dieselben wie bei einem Toner oder Träger, der kein Metallsalz einer Fettsäure enthält. Es liegt auf der Hand, dass mit einer bezüglich des Gewichtes des Toners gegebenen Menge Metallsalz insbesondere ein grösseres Salzvolumen an der Oberfläche des Toners oder Trägers vorhanden ist, wenn das Metallsalz zu einer Mischung von vorgeformten gefärbten Tonerteilchen oder Trägern hinzugefügt wird, als wenn es innerhalb jedes Tonerteilchens oder Trägers verteilt wird.

Wenn z. B. die Konzentration des Metallsalzes bis zuin Punkte erhöht wird, bei welchem der Toner im wesentlichen aus 100 0/o Metallsalz besteht, wird das Metallsalz auf der elektrostatischen Bildträgerfläche und auf Trägerteilchen schlüpfrige Filme bilden, die in nachteiliger Weise auf die Übertragung des Pulverbildes, die Entfernung des Untergrundes und das Reinigen einwirken. Das USA-Patent 3 083 117 beschreibt ein Verfahren zum Anbringen gegenwirkender Toner, welche 100 O/o Eisenstearat enthalten, an ein elektrostatisches Bild und zum anschliessenden Übertragen des entwickelten Bildes auf ein mit einer alkoholischen Lösung von Gallussäure benetztes Abdruckblatt. Das Eisenstearat reagiert gewöhnlich mit der Gallussäure und bildet ein schwarzes Reaktionsprodukt.

Zusätzlich zu den bei der Verwendung eines Toners mit 100 O/o Metallsalz auftretenden Schwierigkeiten benötigen elektrostatische Entwicklungsverfahren der vorgenannten Art vor allem eine Vorbehandlung des Abdruckblattes mit Flüssigkeiten, was wachsende Kosten und Unbequemlichkeiten verursacht. Zudem treten häufig Kräuseln, Abfärben und Abbiegen auf, wenn befeuchtete Abdruc'.iblatter verwendet werden. Zusätzliche Ausrüstungen zur Entfernung giftiger und entzündbarer Dämpfe können darüber hinaus nötig sein.

Ausgezeichnete Resultate sind mit Zinkstearat erzielt worden. Es kann jedoch jedes entsprechende stabile, feste, hydrophobe Fettsäure-Metallsalz, bevorzugt mit einem Schmelzpunkt von höher als 57 OC, anstelle des Zinkstearats verwendet werden. Das Metallsalz sollte im wesentlichen unlöslich in Wasser sein.

Wasserlöslichen Metallsalzen fehlen die geeigneten elektrischen Eigenschaften; sie werden zudem in nachteiliger Weise durch normalerweise in der Umgebungsatmosphäre auftretende Feuchtigkeitsänderungen beeinflusst.

Ein grosser Teil von Salzen, die üblicherweise als unlöslich angesehen werden, lösen sich jedoch in gerigem Ausmass. Um die volle fortschrittliche Wirkung der vorliegenden Erfindung erzielen zu können, soll die Löslichkeit des Salzes insbesondere vernachlässigbar klein sein. Die Salze mit den gewünschten spezifischen Eigenschaften schliessen vor allem viele Salze gesättigter Fettsäuren, ungesättigter Fettsäuren, teilweise hydrierter Fettsäuren und substituierter Fettsäuren sowie Mischungen der angeführten Säuren ein.

Fettsäuren, von welchen stabile, feste, hydrophobische Metallsalze abgeleitet werden können, sind beispielsweise die folgenden: Capronsäure, Oenanthsäure, Caprylsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure, Undecylsäure, Laurinsäure, Tridecansäure, Myristinsäure, Pentadecansäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Nonadecansäure, Arachinsäure, Behensäure, Tiglinsäure, Palmitooleinsäure, Ölsäure, Rizinolsäure, Petroselinsäure, Vaccensäure, Linolsäure, Linolensäure, Elaeostearinsäure, Licansäure, Parinarsäure, Gadoleinsäure, Arachidonsäure, Keto-ölsäure und Mischungen von diesen. Stabile Metallsalze von Fettsäuren sind z. B.

Cadmiumstearat, Bariumstearat, Bleistearat, Eisenstearat, Nickelstearat, Kobaltstearat, Kupferstearat, Strontiumstearat, Calciumstearat, Magnesiumstearat, Zinkoleat, Manganoleat, Eisenoleat, Kobaltoleat, Kupferoleat, Bleioleat, Magnesiumoleat, Zinkpalmitat, Kobaltpalmitat, Kupferpalmitat, Magnesiumpalmitat, Aluminiumpalmitat, Calciumpalmitat, Bleicarpylat, Bleicaproat, Zinklinoleat, Kobaltlinoleat, Calciumlinoleat, Zinkricinoleat, Kadmiumricinoleat und Mischungen von diesen.

Jedes geeignete pigmentierte oder gefärbte, elektroskopische Tonermaterial kann mit einem beschriebenen Metallsalz behandelt werden. Typische Tonermaterialien sind insbesondere Kopalharz, Sandarakharz, Kolophonium, Cumaron-Indol-Harz, Asphalt, Gilsonit, Phenolformaldehyd, Harze, mit Kolophonium modifizierte Phenolformaldehydharze, Methacrylharze, Polystyrolharze, Polypropylenharze, Epoxyharze, Polyäthylenharze und Mischungen von diesen.

Jedes geeignete Verfahren zum Überziehen kann angewendet werden, um das Metallsalz dem Entwicklermaterial zuzufügen. Wenn das Metallsalz als loses Pulver angewendet wird, ist es vor allem in Form fein zerteiLer Teilchen am wirksamsten. Beispielsweise werden bei einer Korngrössenverteilung von 0,5 Mikron bis etwa 50 Mikron ausgezeichnete Resultate erzielt. Obwohl verbesserte Resultate mit Tonermischungen erzielt werden können, die durch Mahlen des Metallsalzpulvers gegen die Oberfläche eines Tonerteilchens oder durch Verteilen des Metal'salzes im Tonerteilchen hergestellt e den ist gefunden worden, dass vor allem unerwartet bessere Resultate erzielt werden, wenn das Metallsalzpulver mit den vorgeformten gefärbten Tonerteilchen sorgfältig umgewälzt wird.

Obwohl es nicht vollständig klar ist, scheint in gemahlenen Mischungen eine unbewegliche Haftung zwischen einem Teil des Metallsalzes und des Toners aufzutreten, und zwar als Resultat der Reibung und möglicherweise Verschmelzung zwischen dem Metallsalz und dem Tonerteilchen. In umgewälzten Mischungen liegt jedoch eine losere und bewegliche Beziehung zwischen Toner- und Metallsalzteilchen vor.

Mit dem Gemisch entwickelte xerographische Kopien enthalten vorzugsweise beträchtlich weniger Tonerteilchen in den Untergrundflächen als Kopien, die mit gemahlenen Gemischen hergestellt worden sind. Die umgewälzten Gemische erlauben in der Regel die Anwendung niedrigerer anfänglicher elektrophotographischer Oberflächenpotentiale. Das umgewälzte Gemisch kann auch zu einer verbesserten Reinigungswirkung der elektrophotographischen Trommel beitragen, insbesondere. wenn die Reinigung mit einem Gewebereiniger, wie beispielsweise mit dem im USA-Patent 3 186 838 beschriebenen Gewebe, vorgenommen wird. Zudem kann bei der Anwendung eines Gewebereinigers ein geringerer Gewebedruck ausgeübt werden, so dass die Lebensdauer der Trommel verlängert wird.

Die unerwartet besseren Resultate, die beim Gebrauch von Tonermischungen erzielt werden, welche lose Metallsalzteilchen enthalten, können von verschiedenen Faktoren herrühren. Beispielsweise wird angenommen, dass die bei losem Metallsalzpulver vorliegende vergrösserte hydrophobe Oberfläche für die Tonerteilchen eine Atmosphäre mit niedriger Feuchtigkeit schafft. Die schlüpfrigen Metallsalzteilchen scheinen die Reibung während der Entwicklungs-und Reinigungsvorgänge zu reduzieren. Das besondere Metallsalz reduziert möglicherweise van der Waals'sche-Kräfte zwischen den Tonerteilchen und den Trägeroberflächen.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Tonermischung aus gefärbten, vorgeformten Harzteil ehen, welche 60 bis 95 O/o Styrol oder Styrol-Homologe (vergleiche USA-Reissue-Patent 25 136 und USA-Patent 3 079 342) enthalten, die mit 0,01 bis etwa 4 O/o fein zerteiltem Zinkstearatpulver, wie beispielsweise Aero 4F der American Cyanamid, lose gemischt sind.

Diese stabilen, frei strömenden Entwicklergemische bringen bei niedrigen anfänglichen Ladespannungen Strich- und Volltonbilder von besonders hoher Schwärzungsdichte hervor. Trommelabnützung und Untergrundablagerungen werden merklich reduziert.

Zusätzlich zu umgewälzten und gemahlenen Gemischen und Kombinationen von diesen kann das Metallsalz in jedem Tonerteilchen verteilt werden. Diese Ausführungsform ist jedoch weniger wünschenswert als die umgewälzten oder gemahlenen Gemische, weil eine grössere Menge Metallsalz benötigt wird, damit das Metallsalz in ausreichender Menge an der Oberfläche der Tonerteilchen vorliegt. Wenn die Tonergemische für den Gebrauch in Kaskaden -Entwicklungsverfahren oder Verfahren mit magnetischen Bürsten bestimmt sind, soll der Toner vor allem einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als etwa 30 Mikron, vorzugsweise zwischen 2 und etwa 10 Mikron, für beste Resultate haben. Für den Gebrauch in Entwicklungsverfahren mit Pulverwolken sind Teilchen von etwas weniger als 1 Mikron vorzuziehen.

Geeignete überzogene und unüberzogene Trägermaterialien sind bekannt. Geeignete Träger sind z. B.

Natriumnitrat, Ammoniumchlorid, Kalium-Aluminiumchlorid, Rochelle-Salz, Natriumnitrat, Aluminiumnitrat, Kaliumchlorat, körniges Zirkon, körniges Silizium, Methylmethacrylat, Glas und Siliziumdioxyd. Die Träger können mit oder ohne Überzug verwendet werden. Viele der genannten und andere Träger sind in den USA Patenten 2 618 551, 2 638 416 und 2 618 552 beschrieben. Die stabilen, festen, hydrophoben Metallsalze die in der erfindungsgemässen Entwicklersubstanz enthalten sind, können in jedem Trägerteilchen verteilt werden oder auf vorgeformte Trägerteilchen als Überzug aufgebracht werden. Das Metallsalz kann in jeder geeigneten Form an die vorgeformten Träger angebracht werden, z. B. als loses Pulver, als Schmelze, als Lösung, als Emulsion oder als Komponente in einer filmbildenden Binderzusammensetzung.

Das lose Pulver kann auf die Oberfläche der Trägerteilchen gestreut werden oder gegen ihre Oberfläche angerieben werden. Flüssigkeiten, welche das Metallsalz enthalten, können auf die Träger nach üblichen Methoden aufgebracht werden, z. B.

Sprühen oder Tränken. Jeder geeignete filmbildende Binder, der gute reibungselektrische Eigenschaften hat, kann mit den erwähnten Metallsalzen angewendet werden. Wenn ein filmbildendes Material entsprechender Dichte und Oberflächenspannung ausgewählt wird, steigen vor allem die Metallsalzteilchen an die äussere Oberfläche des Überzuges und bilden eine Schicht konzentrierten Metallsalzes, welche gewöhnlich die Anwendung niedrigerer anfänglicher Ladespannungen erlaubt und die Trommelabnützung sowie den Abbau der Träger merklich verringert. Typische filmbildende Zusammensetzungen sind z. B. Vinylchlorid-Vinylacetat Copolymere, Phenolformaldehydharze, Vinylidenchloridharze, Butadien-Polymere, Melaminharze, Nitrozellulose, Aethylzellulose, para-Sulfonamidharze, Alkydharze, Silikonharze, Akrylatharze und Mischungen von diesen.

Eine bevorzugte filmbildende Zusammensetzung mit geeigneter Dichte und Viskosität ist Aethylzellulose.

Die zur Erzielung verbesserter Resultate notwendige Menge Metallsalz ist durch die Art und Weise bestimmt, in welcher das Metallsalz in das Trägermaterial eingebracht wird, sowie durch die Menge des im endgültigen Entwicklergemisch verwendeten Tonermaterials. Befriedigende Resultate werden dann erzielt, erfindungsgemäss wenn ungefähr ein Gew.-Teil Toner mit 10 bis 200 Gew.-Teilen Träger verwendet wird. Da 0,02 bis 20 Gew.-0/o des Metallsalzes, auf das Gewicht des Toners bezogen, wirksam sind, wenn das Salz an der Oberfläche des Entwicklermaterials vorliegt, sind insbesondere 0,0001 bis 2 0/o Metallsalz, bezogen auf das Gewicht des Trägers, an der Oberfläche der Trägerteilchen erwünscht, wenn anstelle der Tonerteilchen die Trägerteilchen mit dem Salz behandelt werden.

Die anschliessenden Beispiele beschreiben und vergleichen beispielsweise Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Entwicklersubstanz und Verfahren zu ihrer Anwendung beim Entwickeln elektrostatischer, latenter Bilder. Die angegebenen Teile und Prozentualanteile versehen sich ohne gegenteilige Angabe gewichtsmässig.

Die nachstehenden Besipiele I bis IX sind mit einem Toner durchgeführt, welcher ein Styrol-n-Butylmethacrylat-Copolymer, Polyvinylbutyrol und Russ, gemäss dem in dem USA-Patent 3 079 342 beschriebenen Verfahren zubereitet, enthält. Die Trägerkörner sind nach dem im USA-Patent 2 618 551 beschriebenen Verfahren zubereitet.

Beispiel I (Vergleich)
Eine Kontrollprobe, welche einen Teil gefärbte, vorgeformte Styrol-Copolymer-Tonerteilchen mit einer mittleren Korngrösse von etwa 10 bis 12 Mikron und 99 Teile Träger mit einer mittleren Korngrösse von etwa 250 Mikron enthält, wird über eine elektrostatische Bildträgerfläche geschüttet. Das entwickelte Bild wird hierauf durch elektrostatische Mittel auf ein Papierblatt übertragen, auf welchem es durch Wärme eingeschmolzen wird. Das restliche Pulver wird von der elektrostatischen Bildfläche durch ein Reinigungsgewebe, wie es im USA-Patent 3 186 838 beschrieben ist, entfernt. Nachdem dieser Kopiervorgang 5000 mal wiederholt worden ist, werden die Kopien und die elektrostatische Bildträgerfläche auf Qualität und Abnützung geprüft. Die Kopien weisen scharfe Linienkontraste und minimale Untergrundablagerungen auf.

Grosse Volltonflächen zeigen jedoch ein ausgewaschenes Aussehen. Mikrophotographische Untersuchungen der elektrostatischen Bildträgerfläche lassen eine grosse Zahl tiefer Kratzer erscheinen.

Beispiel II
Ungefähr 0,02 Teile Zinkstearat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,7 Mikron bis etwa 40 Mikron werden in einen Teil des in Beispiel I beschriebenen gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf gründlich in einer Szegvari -Reibvorrichtung während etwa 10 Minuten gemahlen. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des erwähnteii gemahle nen Gemisches wiederholt. Auf diese Weise hergestellte Kopien besitzen eine grössere Schwärzungsdichte der Volltonflächen und einen sauberen Untergrund als Kopien, welche mit der Kontrollprobe von Beispiel I hergestellt wurden.

Zudem zeigen mikrophotographische Untersuchungen der elektrostatischen Bildträgerfläche flachere und um einen Faktor grösser als 2 weniger zahlreiche Kratzer im Vergleich zur verkratzten Bildträgerfläche des Beispiels I.

Beispiel III
Ungefähr 0,02 Teile Zinkstearat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,75 Mikron bis etwa 40 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf in einem verschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten umgewälzten Gemisches wiederholt. Der Kopiervorgang wird jedoch 8500mal statt bloss 5000mal wiederholt. Mit der umgewälzten Probe hergestellte Kopien besitzen eine höhere Schwärzungsdichte der Volltonflächen und einen saubereren Untergrund als die im Beispiel I hergestellten Kopien.

Zudem zeigen mikrophotographische Untersuchungen der elektrostatischen Bildträgerfläche flachere und um einen Faktor grösser als 4 weniger zahlreiche Kratzer im Vergleich zur stark zerkratzten Bildträgerfläche des Beispiels I. Die Lebensdauer der Träger ist mehr als doppelt so lang.

Beispiel IV
Ungefähr 0,02 Teile Manganoleat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,5 Mikron bis etwa 40 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen gefärbten vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Gemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten gerollten Gemisches wiederholt. Mit der umgewälzten Probe hergestellte Kopien weisen eine bessere Bedeckung der Volltonflächen und einen saubereren Untergrund als die im Beispiel I hergestellten Kopien auf. Auch hat die elektrostatische Bildfläche weniger Kratzer als diejenige des Beispiels I.

Beispiel V
Ungefähr 0,02 Teile Bleicaprylat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,1 Mikron bis etwa 35 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen, gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten umgewälzten Gemisches wiederholt. Mit dieser Probe hergestellte Kopien besitzen eine dunklere Bedeckung der Volltonflächen und einen sauberen Untergrund als die im Beispiel I hergestellten Kopien. Zudem besitzt die elektrostatische Bildträgerfläche weniger Kratzer als die zerkratzte Bildträgerfläche von Beispiel 1.

Beispiel Vi
Ungefähr 0,03 Teile Kobaltpalmitat mit einer Korngiössenverteilung von etwa 0,7 Mikron bis etwa 50 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen, gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während
15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten umgewälzten Gemisches wiederholt. Mit der umgewälzten Probe hergestellte Kopien besitzen eine gute Strich- als auch Volltonflächenschwärzungsdichte und saubere Untergrundflächen.

Beispiel VII
Eine Tonerzusammensetzung wird gemäss Beispiel I hergestellt und bei etwa 27 "C und etwa 80 o/o relativer Feuchtigkeit während ungefähr 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zusammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Obwohl die Kopien einen guten Strichkontrast und minimale Untergrundablagerungen aufweisen, ist die Volltonflächenbedeckung schlecht.

Beispiel Vlll
Eine Tonerzusammensetzung wird gemäss Beispiel III hergestellt und bei etwa 27 OC und etwa 80 O/o relativer Feuchtigkeit während ungefähr 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zusammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Die Kopien besitzen eine grössere Schwärzungsdichte in den Volltonflächen und weniger Untergrundablagerungen als die Kopien des Beispiels VII.

Beispiel IX
Ungefähr 0,01 Teile Kobaltlinoleat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,6 Mikron bis etwa 35
Mikron werden mit einem Teil gefärbter, vorgeformter Tonerteilchen aus Styrol-Copolymer in einer Reibmühle mit Mahlkugeln während etwa 10 Minuten gemahlen.

Das resultierende Entwicklergemisch wird bei etwa 27 0C und 80 /o relativer Feuchtigkeit während 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zu sammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Die Kopien besitzen eine gute Schwärzungsdichte in den Volltonflä chen und sehr wenig Untergrundablagerungen.

Beispiel X
Ungefähr 0,03 Teile Bleistearat mit einer Korngrös senverteilung von etwa 0,8 Mikron bis etwa 30 Mikron werden mit einem Teil gefärbter, vorgeformter Tonerteil chen aus Styrol-Butadien-Copolymer in einer Reibmühle mit Mahlkugeln während etwa 10 Minuten gemahlen.

Das resultierende Entwicklergemisch wird bei etwa 27 OC und 80 /o relativer Feuchtigkeit während 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zusammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Die Kopien besitzen eine bessere Volltonflächenbedeckung und weniger Untergrundablagerungen als die Kopien des Beispiels VII.

Beispiel XI
Ungefähr ein Teil Zinkstearat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,75 Mikron bis etwa 40 Mikron wird sorgfältig in einen Teil des in Beispiel I beschriebenen gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Gemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt.

Ungefähr ein Teil des umgewälzten Gemisches wird mit 99 Teilen eines Trägers gemischt, der eine mittlere Korngrösse von etwa 250 Mikron aufweist. Das resultierende Entwicklergemisch wird in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Ein Film von Zinkstearat bildet sich auf der Oberfläche der elektrostatischen Bildträgerfläche aus und macht den Gewebereiniger praktisch unwirksam. Mit dieser Entwicklerzusammensetzung hergestellte Kopien enthalten eine übermässige Menge an Untergrund ablagerungen.

Beispiel Xll
Ungefähr 2 Teile Zinkstearat werden mit Tonerteilchen gemischt, welche aus 98 Teilen Phenolformaldehydharz und 5 Teilen Russ bestehen. Das Gemisch wird in einer Reibmühle mit Mahlkugeln während etwa 15 Minuten gemahlen und dann zu einer mittleren Korngrösse von etwa einem Mikron pulverisiert. Das resultierende Entwicklergemisch wird mit einer rotierenden Bürste in einem geschlossenen Behälter gerührt, um eine Pulverwolke zu erzeugen, welche anschliessend abwechslungsweise von jedem der beiden gegenüberliegenden Enden der das elektrostatische Bild tragenden Oberfläche vorbeigeführt wird (vgl. USA-Patent 2 877 132). Das entwickelte Bild wird mit elektrostatischen Mitteln auf ein Papierblatt übertragen und fixiert.

Restliche Tonerteilchen werden leicht von der elektrostatischen Bildträgerfläche entfernt. Die Kopien besitzen einen scharfen Strichkontrast und minimale Untergrundablagerungen.

Beispiel Xlll
Ein Teil Zinkricinoleat wird mit Tonerteilchen gemischt, die aus einer Mischung von 65 Teilen Polystyrol, 10 Teilen Russ und 25 Teilen Acryloid B-72 , einem Acrylharz der Firma Rohm und Haas Company in Philadelphia, USA, bestehen. Nach vorläufigem Mischen wird die Zusammensetzung zu einer mittleren Korngrösse von etwa einem Mikron pulverisiert. Das Gemisch wird hierauf in einem Entwicklungsverfahren mit einer Pulverwolke gemäss Beispiel XII verwendet.

Restliche Tonerteilchen werden leicht von der elektrostatischen Bildträgerfläche entfernt. Mit diesem Entwickler gemisch hergestellte Kopien enthalten sehr wenig Unter grundablagerungen.

Beispiel XIV Überzogene Trägerkugeln werden dadurch hergestellt, dass eine Überzugszusammensetzung aus 100 Teilen Aethylzellulose, 8 Teilen Hansageib und 2,55 Teilen Zinkstearat auf Glaskugeln mit einem Durchmesser von etwa 250 Mikron angewendet wird. Das Gemisch wird mittels eines Heissluftstromes und anschliessenden Einbringens in eine Vakuumkammer getrocknet.

Ungefähr 200 g Überzugsmaterial wird jeweils auf 4 kg Glaskugeln angewendet. Der Überzug ist 13 bis 25 Mikron dick. Die überzogenen Träger werden hierauf mit einem Toner gemischt, welcher ein mit Kolophonium modifiziertes Phenolformaldehydharz und Polyvinylbutyrat enthält und gemäss dem USA-Patent 2 753 308 hergestellt ist. Das resultierende Entwicklergemisch wird in einem Schüttverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Zur Reinigung der elektrostatischen Bildträgerfläche wird ein geringerer Gewebedruck benötigt, und es werden Bilder guter Qualität mit sehr geringen Untergrundablagerungen erzielt. Die Lebensdauer der Träger ist wesentlich verbessert.

Beispiel XV Überzogene Trägerteilchen werden dadurch hergestellt, dass eine Überzugszusammensetzung aus 20 Teilen Silicon-Terpolymer (Reaktionsprodukt von 35 Teilen n-Butylmethacrylat, 55 Teilen Styrol und 5 Teilen Vinyl-triaethoxysilan), 180 Teilen Toluol, 0,24 Teilen Zinkstearat und 1,6 Teilen Du Pont Oil Red auf Standteilchen angewendet wird. Das Gemisch wird mittels eines Heissluftstromes und anschliessenden Einbringens in eine Vakuumkammer getrocknet. Ungefähr 202 g Überzugsmaterial wird jeweils auf 4 kg Sand angewendet. Die Träger werden hierauf mit einem Toner gemischt, welcher ein Styrol-Copolymer enthält.

Das resultierende Entwicklergemisch wird in einem Schüttverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Der Träger ist ausserordentlich resistent gegenüber Abtragungen beim Schüttprozess.

Beispiel XVI Überzogene Trägerkugeln werden dadurch hergestellt, dass eine Überzugszusammensetzung aus 100 Teilen Aethylzellulose, 8 Teilen Hansagelb und 1,5 Teilen Kupferpalmitat auf Glaskugeln mit einem Durchmesser von etwa 200 Mikron angewendet wird. Das Gemisch wird mittels eines Heissluftstromes und anschliessenden Einbringens in eine Vakuumkammer getrocknet. Ungefähr 225 g Überzugsmaterial wird jeweils auf 4 kg Glaskugeln angewendet. Der Überzug ist etwa 25 Mikron dick. Die überzogenen Träger werden hierauf mit einem Styrol-Copolymer-Toner gemischt und auf ein latentes elektrostatisches Bild gemäss Beispiel I angewendet. Die Bildträgerfläche benötigt zur Reinigung nur geringen Gewebedruck. Weniger Kratzer erscheinen auf der Bildträgerfläche, wenn diese in hohem Masse beständigen Träger verwendet werden.

Beispiel XVII
Ungefähr 0,3 Teile Eisenoleat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,7 Mikron bis etwa 35 Mikron werden sorgfältig in 10000 Teile Glaskugeln mit einem Grundpolymer aus Methacrylester gemäss USA Patent 2 618 551 überzogen sind. Das resultierende Gemisch wird dann in einem geschlossenen Behälter während 10 Minuten umgewälzt. Hierauf werden die behandelten Trägerteilchen mit 10 Teilen Toner gemischt, der aus 25 O/o Polyvinylbutyrat, 5 O/o Russ und 70 O/o mit Kolophonium modifiziertem Phenolformaldehydharz besteht. Das Gemisch wird über eine elektrostatische Bildträgerfläche geschüttet. Das entwickelte Bild wird dann mit elektrostatischen Mitteln auf ein Papierblatt übertragen und fixiert.

Die Träger sind sehr resistent gegenüber physikalischer Abnützung und erlauben die Verwendung niedrigerer anfänglicher Ladepotentiale im Schüttprozess.

Beispiel XVIII
Ungefähr 1,5 Teile Kupferoleat werden zusammen mit etwa 200 Teilen mit einem Aethylzelluloselack überzogenen Glaskugeln in einem verschlossenen Behälter sorgfältig während 8 Minuten umgewälzt. Die behandelten Glaskugeln werden nach dem Rollen entfernt und dazu gebraucht, einen Styrol-Copolymer-Toner auf latente Bilder auf einer rotierenden Selentrommel anzuwenden. Eine Prüfung der Trägerteilchen nach längerem Gebrauch offenbart nur geringe Abnützung der Träger.

Die Selentrommel weist nur einzelne Kratzer auf und kann leicht gereinigt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. Freifliessende, teilchenförmige Entwicklersubstanz zur Verwendung bei der xerographischen Kaskadenentwicklung, dadurch gekennzeichnet, dass der Entwickler aus etwa 1 Gew.-Teil eines feinteiligen Tonermaterials, 10 bis 200 Gew.-Teilen nichtmagnetischer Trägerteilchen, die grösser als die Teilchen des Tonerrr.aterials sind, sowie 0,02 bis 20 Gew.- /o, bezogen auf das Tonermaterial, mindestens eines festen hydrophoben fettsauren Metallsalzes besteht, das an Teilchenoberflächen der Entwicklersubstanz verfügbar ist.

II. Verwendung der Entwicklersubstanz gemäss Patentanspruch I zur Herstellung xerographischer Abbildungen, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Tonerbild erzeugt, indem man ein latentes elektrostatisches Bild auf einer bilderzeugenden Fläche mit der Entwicklersubstanz in Berührung bringt, wobei mindestens ein Teil des feinteiligen Tonermaterials von der bilderzeugenden Fläche angezogen und als Tonerbild festgehalten wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz und das feinteilige Toner-Material gegeneinander frei beweglich sind.

2. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz in feinteiliger Form vorliegt.

3. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz mindestens an die Oberfläche der Teilchen unbeweglich angegliedert ist.

4. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des feinteiligen Toner-Materials unbeweglich angegliedertes Metallsalz aufweist.

5. Entwicklersubstanz nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das feste hydrophobe fettsaure Metallsalz in jedem Tonerteilchen verteilt ist.

6. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das feste hydrophobe fettsaure Metallsalz in jedem nichtmagnetischen Trägerteilchen verteilt ist.

7. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteilchen mit einer das Metallsalz enthaltenden Zusammensetzung überzogen sind.

8. Entwicklersubstanz nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz nahe der Oberfläche der Trägerteilchen konzentriert ist.

9. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das feinteilige Tonermaterial aus farbstoffhaltigen vorgeformten Harzteilchen besteht, die 60 bis 95 O/o, bezogen auf das Gesamtgewicht des Tonermaterials, Styrol bzw. dessen Homologen enthalten.

10. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,01 bis 4 Gew.-Oio, bezogen auf das gesamte Tonermaterial, an Zinkstearat in feinteiliger Form und loser Mischung enthält.

11. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das feste fettsaure Metallsalz höher als 57 "C schmilzt.

12. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallsalz aus Zinkstearat besteht.

13. Entwicklersubstanz nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetischen Trä gerteilchen 0,0001 bis 2 /o, bezogen auf das Gewicht der Trägerteilchen, an mindestens einem festen hydrophoben fettsauren Metallsalz angrenzend an ihre Oberflächen aufweisen.

14. Entwicklersubstanz nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteilchen mit einer das genannte Metallsalz enthaltenden Zusammensetzung überzogen sind.

15. Entwicklersubstanz nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug zusätzlich ein filmbildendes Bindemittel enthält.

16. Verwendung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass man das Tonerbild auf eine Aufnahmefläche überträgt, die Bilderzeugungsfläche von restlichem Tonermaterial reinigt und die Erzeugung des Tonerbildes, seine Übertragung und die Reinigung mindestens einmal wiederholt.