Es ist bekannt, latente elektrostatische Bilder auf einem elektrostatografischen Aufzeichnungsträger zu erzeugen und zu entwickeln. Das grundlegende Verfahren ist in der US-Patentschrift 2 297 691 beschrieben und besteht darin, dass auf eine fotoleitfähige Isolierschicht eine gleichmässige elektrostatische Ladung aufgebracht wird und dass die Schicht dann mit einem Schwarz-weiss-Bild bestrahlt wird, wodurch die Ladung in den bestrahlten Flächenbereichen abgeleitet und ein elektrostatisches latentes Bild erzeugt wird. Dieses wird durch Aufbringen eines fein verteilten elektroskopischen Materials entwickelt, das als Toner bezeichnet wird. Der Toner wird normalerweise in denjenigen Flächenbereichen der Schicht gebunden, die noch eine Ladung enthalten, so dass ein Tonerbild erzeugt wird, das dem latenten elektrostatischen Bild entspricht.
Dieses Tonerbild kann dann beispielsweise elektrostatisch auf einen anderen Bildträger, normalerweise auf ein Papierblatt, übertragen werden. Dann wird es durch Wärmeeinwirkung fixiert. Eine andere Art der Fixierung besteht darin, ein Lösungsmittel oder eine Schicht auf das übertragene Tonerbild aufzubringen.
Es sind viele Verfahren zum Aufbringen elektroskopischer Teilchen auf ein latentes elektrostatisches Bild bekannt. Die US-Patentschrift 2 618 552 bezieht sich beispielsweise auf ein als Kaskadenentwicklung bezeichnetes Verfahren. Hierbei wird der aus relativ grossen Trägerteilchen und an diesen elektrostatisch anhaftenden, fein verteilten Tonerteilchen bestehende Entwickler an den Bildträger herangebracht und über das latente elektrostatische Bild kaskadiert. Die Zusammensetzung der Tonerteilchen ist so, dass sie eine reibungselektrische Ladung annehmen, die einer entsprechenden Ladung der Trägerteilchen entgegengesetzt ist. Um ein negativ geladenes latentes elektrostatisches Bild zu entwickeln, muss eine Kombination aus elektroskopischen Pulver und aus Trägermaterial hergestellt werden, in der das Pulver reibungselektrisch positiv gegenüber dem Trägermaterial geladen ist.
Um ein positiv geladenes elektrostatisches latentes Bild zu entwickeln, muss das Pulver reibungselektrisch negativ gegenüber dem Trägermaterial geladen sein. Diese reibungselektrische Beziehung zwischen einem Tonerpulver und einem Trägermaterial hängt von den Stellungen der beiden Stoffe in der reibungselektrischen Reihe ab, was bedeutet, dass ein Material positiv aufgeladen wird, wenn es mit einem Material zusammengebracht wird, das in der reibungselektrischen Reihe unter ihm angeordnet ist. Es wird jedoch negativ aufgeladen, wenn es mit einem Material zusammengebracht wird, das in der reibungselektrischen Reihe über ihm angeordnet ist.
Während der Entwickler über die Bildfläche kaskadiert wird und über das latente Bild rollt, werden die Tonerteilchen elektrostatisch in den geladenen Bereichen des latenten Bildes elektrostatisch abgelagert und an ihnen gebunden, während sie in den nicht geladenen Bereichen, also den Hintergrundflächen des Bildes, nicht gebunden werden. Die Kaskadenentwicklung hat den Vorteil, dass die meisten Tonerteilchen, die zufällig in den Hintergrundflächen abgelagert werden, durch die rollenden Trägerteilchen entfernt werden, denn zwischen dem Tonermaterial und den Trägerteilchen existiert eine grössere elektrostatische Anziehungskraft als zwischen den Tonerteilchen und den entladenen Hintergrundflächen. Die Trägerteilchen und die nicht zur Entwicklung verwendeten Tonerteilchen können dann erneut in den Entwicklungszyklus eingeführt werden.
Die Kaskadenentwicklung eignet sich sehr gut zur Entwicklung von Strichzeichnungen, deshalb ist sie das am meisten angewendete Entwicklungsverfahren für die kommerzielle Elektrostatografie. Eine nach diesem Prinzip arbeitende Kopiermaschine ist beispielsweise in der US-Patentschrift 3 099 943 beschrieben.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Bilder ist das in der US-Patentschrift 2 874 063 beschriebene Magnetbürstenverfahren. Hierbei wird ein Tonerteilchen und magnetische Trägerteilchen enthaltender Entwicklerstoff durch einen Magneten angezogen und an ihm gebunden. Das Magnetfeld des Magneten verursacht eine Ausrichtung der Trägerteilchen in einer bürstenartigen Konfiguration. Diese Magnetbürste wird an ein latentes elektrostatisches Bild herangebracht, so dass die Tonerteilchen von der Bürste entfernt werden können und auf dem elektrostatischen Bild infolge dessen elektrostatischer Anziehungskraft abgelagert werden.
Es sind weitere Entwicklungsverfahren bekannt, bei denen elektroskopische Teilchen auf einem zu entwickelnden latenten elektrostatischen Bild abgelagert werden, beispielsweise die in der US-Patentschrift 2 895 847 beschriebene Aufsetzentwicklung . Die vorstehend beschriebenen Entwicklungsverfahren werden auch in verschiedenen Abwandlungen in elektrostatografischen Reproduktionsmaschinen angewendet.
In automatischen elektrostatografischen Reproduktionseinrichtungen wird normalerweise ein elektrostatografischer Aufzeichnungsträger in Form einer zylindrischen Trommel verwendet, die laufend durch einen Zyklus elektrostatischer Aufladung, Belichtung, Entwicklung, Bildübertragung und Trommelreinigung gedreht wird. Die Aufzeichnungsfläche wird hierbei normalerweise mit einer positiven Korona-Entladung aufgeladen, wozu beispielsweise eine Korona-Entladungsvorrichtung der in der US-Patentschrift 2 777 957 beschriebenen Art verwendet werden kann, die mit einer Hochspannungsquelle gespeist wird. Nach der Erzeugung eines Tonerbildes auf der Aufzeichnungsfläche kann dieses Bild elektrostatisch auf einen anderen Bildträger übertragen werden, wozu gleichfalls eine Korona-Entladungsvorrichtung der bekannten Art verwendet werden kann.
Bei einer automatischen Einrichtung, die mit einer rotierenden Trommel arbeitet, wird hierzu eine Bildträgerfläche, auf die das Tonerbild übertragen werden soll, mit einer der Umfangsgeschwindigkeit der Trommel entsprechenden Geschwindigkeit an eine Bildübertragungsstelle an der Trommel herangeführt und dabei zwischen der Trommeloberfläche und der Korona-Entladungsvorrichtung vorbeibewegt.
Die Bildübertragung erfolgt dann durch Aufbringen einer elektrostatischen Ladung auf die Rückseite des Bildträgers, so dass das Tonerbild von der Trommeloberfläche auf den Bildträger durch Anziehung übertragen wird. Die zur Bildübertragung erforderliche Ladungspolantät hängt von der Darstellungsart des Originalbildes, der Reproduktionsart und den elektroskopischen Eigenschaften des Entwicklerstoffs ab. Soll beispielsweise eine positive Reproduktion eines positiven Originals hergestellt werden, so wird üblicherweise eine positive Korona-Entladung für die Bildübertragung angewendet, so dass ein negativ geladenes Tonerbild auf den Bildträger übertragen werden kann.
Soll eine positive Reproduktion eines negativen Originals hergestellt werden, so wird ein positiv geladener Entwicklerstoff verwendet, der von den geladenen Flächenbereichen der Platte in die entladenen Flächenbereiche abgestossen wird und dort ein Positivbild erzeugt, das mit einer negativen Korona-Entladung übertragen werden kann. In jedem Falle verbleibt auf der Aufzeichnungsfläche nach der Bildübertragung ein Tonerrestbild, das auch zufällig abgelagerte Trägerteilchen enthält. Vor einer erneuten Verwendung der Aufzeichnungsfläche ist es daher erforderlich, dieses Restbild mit den Trägerteilchen zu entfernen, um Geisterbilder auf nachfolgend erzeugten Kopien zu vermeiden.
Bei einer Positiv Positiv-Reproduktion werden restliche Entwicklerstoffteilchen zusammen mit Trägerteilchen sogar auf der Aufzeichnungsfläche fest gebunden, diese Erscheinung ist noch nicht völlig geklärt, man nimmt jedoch an, dass sie durch elektrische Ladungen verursacht wird. Solche Ladungen können weitgehend durch eine Korona-Entladungsvorrichtung neutralisiert werden, bevor eine Reinigungsvorrichtung zur Entfernung des.
restlichen Tonerpulvers auf die Aufzeichnungsfläche einwirkt.
Dadurch kann deren Reinigungswirkung verbessert werden.
Typische elektrostatografische Reinigungsvorrichtungen sind Bandreiniger der durch die US-Patentschrift 3 186 838 bekannten Art. Die Entfernung des restlichen Tonerpulvers und der Trägerteilchen von der Aufzeichnungsfläche erfolgt dabei durch Bewegung eines faserigen Bandes über die Aufzeichnungsfläche. Ein derartiges billiges und auswechselbares Band aus faserigem Material wird in Druckberührung über die Aufzeichnungsfläche gewischt und dabei allmählich weiterbewegt, so dass jeweils ein sauberer Teil des Bandes auf die Aufzeichnungsfläche einwirken kann. Dadurch ist eine praktisch vollständige Entfernung des restlichen Tonerpulvers und der Trägerteilchen von der Aufzeichnungsfläche gewährleistet.
Die bekannten Entwicklungsvorrichtungen ermöglichen zwar die Erzeugung von Bildern guter Qualität, haben jedoch auch gewisse Nachteile. Bei der Reproduktion kontrastreicher Bilder wie z. B. Schriftzeichen, Zeichnungen u.ä. ist es erwünscht, das elektroskopische Tonerpulver und die Trägerstoffe so auszuwählen, dass sie eine relativ starke gegenseitige Elektrifizierung verursachen. Der Grad dieser Aufladung ist in den meisten Fällen durch den gegenseitigen Abstand der Komponenten in der reibungselektrischen Reihe bestimmt.
Haben jedoch in anderer Hinsicht miteinander verträgliche elektroskopische Tonerarten und Trägerstoffe einen zu grossen Abstand innerhalb der reibungselektrischen Reihe zueinander, so werden die mit ihnen erzeugten Bilder sehr flau, da die Anziehungskräfte zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilchen dann in der Grössenordnung der Anziehungskräfte zwischen dem latenten elektrostatischen Bild und den Tonerteilchen liegen. Die Tönungsdichte des entwickelten Bildes kann zwar durch Erhöhung der Tonerkonzentration in der Entwicklerstoffmischung erhöht werden, jedoch treten dann unerwünscht starke Hintergrundablagerungen sowie verstärkte Aufprallwirkungen des Toners und Agglomerationserscheinungen auf.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die anfängliche Aufladung des elektrostatografischen Aufzeichnungsträgers zur Verbesserung der Tönungsdichte zu erhöhen, jedoch ist dazu eine sehr starke Aufladung erforderlich, um die elektroskopischen Tonerteilchen von den Trägerteilchen zu entfernen.
Derart starke Ladungswerte des Aufzeichnungsträgers sind nicht nur hinsichtlich des starken Leistungsbedarfs für die hohen Ladespannungen ungünstig, sondern auch deswegen, weil sie ein Anhaften der Trägerteilchen an dem Aufzeichnungsträger bewirken, so dass diese nicht mehr lediglich über ihn hinwegrollen können. Wenn die Trägerteilchen an einem wiederverwendbaren elektrostatografischen Aufzeichnungsträger anhaften, tritt eine unerwünschte Bildverschlechterung und eine zu starke Massenansammlung von Trägerteilchen auf.
Mit solchen Problemen muss insbesondere dann gerechnet werden, wenn der Entwicklerstoff in Entwicklungsvorrichtungen verwendet wird, die eine Tönung grosser Flächenbereiche ermöglichen, so dass sehr grosse Mengen Tonerteilchen von den Trägerteilchen entfernt werden. Dadurch sind viele Trägerteilchen vorhanden, die keine Tonerteilchen tragen. Ferner begünstigt das Anhaften von Trägerteilchen an wiederverwendbaren elektrostatografischen Aufzeichnungsträgern die Bildung unerwünschter Kratzer auf der Aufzeichnungsfläche während der Bildübertragung und der Reinigung.
Die Trägerteilchen müssen aus einem Material bestehen bzw. mit einem Material überzogen sein, das die zu ihrer Verwendung geeigneten reibungselektrischen sowie physikalischen Eigenschaften hat. Das für die Trägerteilchen verwendete Material sollte einen reibungselektrischen Wert haben, der den reibungselektrischen Werten des Toners und der Aufzeichnungsfläche angepasst ist, um die elektrostatische Übertragung des Toners auf die Trägerteilchen und die nachfolgende Übertragung des Toners von den Trägerteilchen auf die Bildfläche ohne zu grossen Leistungsbedarf zu ermöglichen.
Ferner sollten die reibungselektrischen Eigenschaften aller Trägerteilchen relativ gleichmässig sein, um eine gleichmässige Aufnahme und Abgabe des Toners zu gewährleisten. Die für die Trägerteilchen verwendeten Stoffe sollten eine mittlere Härte haben, so dass sie die Aufzeichnungsfläche nicht zerkratzen, andererseits jedoch den Krafteinwirkungen während ihres wiederholten Einsatzes beim Entwicklungsvorgang widerstehen können. Die Trägerteilchen sowie ihre Oberfläche sollen ferner nicht aus Stoffen bestehen, die so spröde sind, dass sie ein Abblättern oder ein Zerbrechen bei solchen Krafteinwirkungen ermöglichen. Das Abblättern hat nämlich nachteilige Wirkungen, da die durch sie erzeugten kleinen Partikel auf den Bildträger übertragen werden können und dort die Tonerablagerung stören und somit Ungenauigkeiten des Bildes verursachen können.
Ferner bewirkt ein Abblättern der Trägerteilchen die Ausbildung ungleichmässiger reibungselektrischer Eigenschaften, wenn die Trägerteilchen aus einem Kernmaterial und einer dazu unterschiedlichen Beschichtung bestehen. Dadurch ergibt sich eine ungleichmässige Toneraufnahme und Tonerabgabe. Wird die Teilchengrösse der Trägerteilchen verringert, so wird die Entfernung der durch die Abblätterung erzeugten kleinen Partikel von der Bildfläche immer schwieriger. Aus diesen Gründen ist die Anzahl verwendbarer Stoffe für Trägerteilchen oder deren Beschichtung trotz geeigneter reibungselektrischer Eigenschaften begrenzt, da gewisse physikalische Eigenschaften die vorstehend aufgezeigten Nachteile erzeugen.
Es ist ferner sehr günstig, wenn man die reibungselektrischen Eigenschaften der Trägerteilchen so ändern kann, dass sie geeigneten Tonerzusammensetzungen angepasst werden können, gleichzeitig jedoch die sonstigen günstigen physikalischen Eigenschaften der Trägerteilchen beibehalten werden.
Die Änderung der reibungselektrischen Eigenschaften der Trägerteilchen durch Aufbringen einer Beschichtung ist ein hierzu besonders geeignetes Verfahren. Dadurch ist es nicht nur möglich, die reibungselektrischen Eigenschaften der Trägerteilchen mit günstigen physikalischen Eigenschaften zu ändern, sondern auch solcher Trägerteilchen, die eigentlich zur Verwendung als Trägerelemente für Toner nicht geeignet sind.
So können beispielsweise Trägerteilchen mit geeigneten physikalischen Eigenschaften, abgesehen von der Härte, mit einem Material beschichtet werden, das die geeignete Härte sowie andere physikalische günstige Eigenschaften hat, so dass die Teilchen vorteilhaft als Trägerteilchen verwendet werden können. Eine Beschichtung der Trägerteilchen mit zusätzlichen Stoffen zur Änderung der reibungselektrischen Eigenschaften wird einer Einmischung solcher Stoffe in das Trägermaterial während der Herstellung der Trägerteilchen vorgezogen, da auf diese Weise die gewünschte Änderung der reibungselektrischen Eigenschaften mit einer geringeren Menge des Zusatzstoffs erreicht wird.
Ferner erfordert die Beifügung hoher zusätzlicher Konzentrationen in das Trägerausgangsmaterial zur Änderung der reibungselektrischen Eigenschaften eine kompliziertere Herstellung und bringt oft auch eine unerwünschte Änderung der physikalischen Eigenschaften des Trägermaterials mit sich.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Trägermaterial für elektrostatografische Entwickler zu schaffen, dessen reibungselektrische Eigenschaften innerhalb eines weiten Bereiches unter Beibehaltung günstiger physikalischer Eigenschaften der Härte, Dauerhaftigkeit u. ä. geändert werden können, so dass dieses Material den verschiedensten auch neuartigen und verbesserten Tonerarten angepasst werden kann.
Ein teilchenförmiges Trägermaterial für elektrostatografische Entwickler zeichnet sich zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäss aus durch Teilchen, die einen Kern aufwei sen, der mit einem gleichmässigen Überzug eines polymeren Zelluloseesters versehen ist.
Es hat sich gezeigt, dass polymere Zelluloseester die günstigen physikalischen Eigenschaften der Dauerhaftigkeit und Härte sowie gute reibungselektrische und ähnliche Eigenschaften haben, so dass sie als Beschichtungsstoffe für Trägerteilchen in der Elektrostatografie verwendet werden können.
Die Anwendung von polymeren Zelluloseestern ist deshalb vorteilhaft, weil sie leicht in Form dauerhafter Schichten auf Trägerteilchen ausgebildet werden können und widerstandsfähig gegenüber den Kraftwirkungen sind, die normalerweise beim elektrostatografischen Entwicklungsvorgang auftreten.
Ferner hat sich gezeigt, dass die reibungselektrischen Werte der Zelluloseester innerhalb weiter Grenzen geändert werden können, ohne die für die Verwendung bei Trägerteilchen günstigen weiteren Eigenschaften zu beeinträchtigen.
Die für das teilchenförmige Trägermaterial nach der Erfindung geeigneten polymeren Zelluloseester sind solche Verbindungen, die eine gute Härte, Steifigkeit, Festigkeit, Schlagfestigkeit, Grössenbeständigkeit, Wasserabstossungsfähigkeit und reibungselektrische Werte haben, die sie für Trägerteilchen geeignet machen. Solche Zelluloseester sind beispielsweise Zelluloseacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Zelluloseacetatpropionat, Zellulosepropionat, Zellulosetriacetat u. ä.
Vorzugsweise werden solche polymere Zelluloseester verwendet, deren spezifischer Volumenwiderstand zwischen ca. 1010 und ca. 1014 Ohm cm bei 23 qC liegt.
Die polymeren Zelluloseester können bei jedem der bekannten Kernmaterialien verwendet werden. Typische Kernmaterialien sind Natriumchlorid, Ammoniumchlorid, Alumi niumkaliumchlorid, Rochellesalz, Natriumnitrat, Kaliumchlorat, körniges Zirkon, körniges Silizium, Polymethylmethacrylat, Glas, Siliziumdioxid, Kieselkörner, Eisen, Stahl, Nickel, Karborund und Mischungen dieser Stoffe. Viele der vorstehenden und weitere tpyische Trägerstoffe sind durch die US Patentschriften 2 618 551, 2 638 416 und 2 618 552 bekannt.
Vorzugsweise werden Trägerteilchen mit einem Durchmesser von ca. 30 bis ca. 1000 Mikron nach Beschichtung hergestellt, da diese für elektrostatografische Zwecke eine ausreichende Dichte und Massenträgheit besitzen, um ein Anhaften an den elektrostatischen latenten Bildern während der Entwicklung zu vermeiden.
Um die Beschichtung aus einem polymeren Zelluloseester auf die Trägerteilchen aufzubringen, kann jedes geeignete Beschichtungsverfahren unter Verwendung von Lösungsmitteln angewendet werden. So kann beispielsweise das polymere Zellulosederivat in einen flüssigen oder halbflüssigen Zustand versetzt werden, indem das Polymer in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst wird.
Die nicht beschichteten Trägerteilchen werden mit dem gelösten, polymeren Zelluloseester in innige Berührung gebracht, um eine vollständige Beschichtung zu gewährleisten.
Die dabei vorhandene Temperatur, die Konzentration des Polymers und die Konzentration der Trägerteilchen müssen so eingestellt sein, dass sich eine gleichmässige Beschichtung der Trägerteilchen ergibt, so dass damit auch gleichmässige reibungselektrische Eigenschaften gewährleistet sind. In ähnlicher Weise werden diese Bedingungen so eingestellt, dass die Schichtstärke nicht zu gross wird und somit eine Agglomeration der Trägerteilchen begünstigt. Nach und/oder während der Berührung der Trägerteilchen mit dem Beschichtungsmaterial kann die Mischung zur Verfestigung der Schichten behandelt werden, wozu beispielsweise das Lösungsmittel zur Verdunstung gebracht wird. Ein sehr geeignetes Verfahren zur Verdunstung des Lösungsmittels besteht darin, eine neutrale Gasströmung, beispielsweise Luft, auf die Mischung einwirken zu lassen.
Die so erzeugte Trägerteilchen mit verfestigter Schicht werden dann gesiebt, um die Trägerteilchen gewünschter Grösse auszusondern, die dann im elektrostatografischen Verfahren eingesetzt werden können.
Die Auswahl des Lösungsmittels hängt von dem jeweils verwendeten polymeren Zelluloseester ab. Werden beispielsweise polymere Zelluloseester wie Zellulosetriacetat oder Zelluloseacetat verwendet, so sind hierzu geeignete Lösungsmittel Ketone, beispielsweise Aceton, Methyläthylketon, Isophoron, Zyclohexanon und ähnliche, ferner Ester wie Methylacetat, Äthylacetat, Äthyllactat, Äthylenglycolmonomethyl ätheracetat und ähnliche, halogenierte Lösungsmittel wie Methylendichlorid, Äthylendichlorid und ähnliche, Nitroparaffine wie Nitroäthan, Nitromethan und ähnliche, weitere Lösungsmittel wie 1,4-Dioxan, Diacetonalkohol und ähnliche.
Mischungen der vorstehenden Lösungsmittel mit Alkoholen, insbesondere mit niedrigen Alkoholen mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind gleichfalls verwendbar. Solche Mischungen enthalten im allgemeinen ca. 10 bis ca. 50 Vol.-% des Alkohols. Beispiele solcher Mischungen sind (mit in Klammern angegebenen Volumenprozentwerten): Aceton mit Methanol (80:20), Aceton mit Äthanol (90:10), Methylendichlorid mit Methanol (80:20), Nitroäthan mit Äthanol (50:50), Nitroäthan mit Äthanol (80:20), Äthylacetat mit Äthanol (80:20), Äthylendichlorid mit Methanol (80:20) und ähnliche.
Bei Verwendung polymerer Zelluloseester wie Zelluloseacetatbutyrat, Zelluloseacetatpropionat u. ä. sind geeignete Lösungsmittel Ketone wie Aceton, Methyläthylketon, Zyclohexanon, Ester wie Methylacetat, Äthylacetat, Methyl-Cellosolve-Acetat und ähnliche, halogenierte Lösungsmittel wie Methylenchlorid, Äthylenchlorid und ähnliche, Nitroparaffine wie Nitroäthan, 1-Nitropropan und ähnliche.
Eine Hilfe bei der Auswahl eines geeigneten Lösungsmittels für einen jeweils verwendeten Zelluloseester sind die Ausführungen in Modern Plastics Encyclopedia, Vol. 46, Nr. 10A, Seiten 1006 bis 1007 (Oktober 1969).
Der polymere Zelluloseester kann im allgemeinen in einem Lösungsmittel aufgelöst werden, wobei eine Beschichtungslösung gebildet wird, die ca. 5 bis ca. 20 Gew.- % Feststoffe enthält. Vorzugsweise beträgt der Anteil der Feststoffe ca.
10 Gew.-%.
Es ist sehr günstig, das Lösungsmittel aus der mit den Trägerteilchen gebildeten Mischung durch Einwirkung einer Strömung eines neutralen Gases zu entfernen, aus der es kondensiert und erneut verwendet werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil erfindungsgemässer Trägerteilchen besteht darin, dass der reibungselektrische Wert der verwendeten polymeren Zelluloseester innerhalb weiter Grenzen geändert werden kann, indem zusätzliche Stoffe in die polymere Verbindung eingelagert werden. Insbesondere können Zusatzstoffe verwendet werden, die die geeigneten reibungselektrischen Werte haben. Diese können teilchenförmig vorliegen oder in dem polymeren Zelluloseester gelöst oder dispergiert sein, so dass sich homogene Materialien ergeben.
Sollen Zelluloseester verwendet werden, in denen der Zusatzstoff homogen dispergiert oder aufgelöst ist, so wird vorzugsweise ein Beschichtungsverfahren angewendet, das mit einem Lösungsmittel arbeitet, welches den polymeren Zelluloseester und den Zusatzstoff löst.
Die für die erfindungsgemässen Trägerteilchen in der Beschichtung verwendeten polymeren Zelluloseester können ferner die üblichen Zusatzstoffe enthalten, beispielsweise Weichmacher, Antioxidierungsmittel u.ä. Typische Weichmacher sind Diester von Adipinsäure wie Diäthyladipat, Dibutyladipat, Diisobutyladipat, Dicapryladipat, Di-(2-Äthylhexyl)adipat, Azelainsäurederivate wie Di-(2-äthylhexyl)azelat, Di-nhexylazelat und Diisooctylazelat, Benzoesäurederivate wie Di äthylenglycoldibenzoat und Dipropylenglycoldibenzoat, Zitronensäurederivate wie Triäthylcitrat, Tricyclohexylcitrat und Acetyltri-n-butylcitrat, Glycerolderivate wie Glycerol monoacetat, Glyceroldiacetat, Glyceroltriacetat, Glyceroltripropionat, Glyceroltributyrat, Glycerolätheracetat,
Glycolderivate wie Äthylenglycoldipropionat, Äthylenglycoldibutyrat, Diäthylenglycoldipropionat, Triäthylenglycoldiacetat, Tri äthylenglycoldipropionat, Methylphthalyläthylglycolat, Äthylphthalyläthylglycolat, Butylphthalyläthylglycolat, Phosphorsäurederivate wie Triäthylphosphat, Tributylphosphat und Triphenylphosphat, Phthalsäurederivate wie Dimethylphthalat, Diäthylphthalat, Dipropylphthalat, Dibutylphthalat, Ditridecylphthalat, Diallylphthalat, Bernsteinsäurederivate wie Diäthylsuccinat und Dibutylsuccinat, ferner Weinsäurederivate wie Diäthyltartarat und Dibutyltartarat sowie ähnliche Stoffe.
Jedes geeignete pigmentierte oder gefärbte elektroskopische Tonermaterial kann mit den erfindungsgemässen Trägerteilchen verwendet werden. Typische Tonerstoffe sind Kopalgummi, Sandaracgummi, Kolophonium, Cumaron-Indenharze, Asphalt, Gilsonit, Phenolformaldehydharze, mit Kolophonium modifizierte Phenolformaldehydharze, Methacrylharze, Polystyrolharze, Polypropylenharze, Epoxyharze, Polyäthylenharze und Mischungen dieser Stoffe. Das jeweils zu verwendende Tonermaterial hängt von dem Abstand von den erfindungsgemäss behandelten Trägerteilchen in der reibungselektrischen Reihe ab. Geeignete Tonerzusammensetzungen sind beispielsweise durch die US-Patentschriften 2 659 670, 2 753 308, 3 079 342, Re 25 136 und 2 788 288 bekannt. Diese Tonerarten haben eine mittlere Teilchengrösse zwischen ca. 1 und ca.
30 Mikron.
Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung hinsichtlich der Herstellung von Träger- und Entwicklerstoffen sowie deren Verwendung zur Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder. Anteile und Prozentwerte beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.
Die verwendeten Siebgrössen sind US-Standardgrössen.
In den folgenden Beispielen werden die reibungselektrischen Werte, die bei Kontakt der Trägerteilchen mit den Tonerteilchen auftreten, in einem Faraday'schen Käfig gemessen. Diese Anordnung besteht aus einem Messingzylinder mit einem Durchmesser von 2,5 cm und einer Länge von 2,5 cm. An jedem Ende dieses Zylinders ist ein Sieb mit der Maschengrösse 100 vorgesehen. Der Zylinder wird gewogen, mit 0,5 g einer Mischung von Trägerteilchen und Tonterteilchen gefüllt und über einen Kondensator geerdet. Es wird ihm ein Elektromotor parallel geschaltet. Dann wird trockene und komprimierte Luft durch den Zylinder hindurchgeblasen, um alle Tonerteilchen von den Trägerteilchen zu entfernen. Die Ladung des Kondensators wird dann am Elektrometer abgelesen. Danach wird der Zylinder nochmals gewogen, um den Gewichtsverlust festzustellen.
Die daraus sich ergebenden Daten werden zur Berechnung der Tonerkonzentration und der Ladung in Mikrocoulomb pro Gramm Toner verwendet. Da die reibungselektrischen Messungen Relativmessungen sind, sollen sie zur Durchführung eines Vergleichs unter identischen Bedingungen abgeleitet werden. In allen Beispielen wird daher ein Toner zur Bildung von Reibungselektrizität verwendet, der Styrol-n-butylmethacrylat-Copolymer, Polyvinylbutyral und Russ enthält und gemäss der US-Patentschrift 3 079 342 hergestellt ist. Es können jedoch auch andere geeignete Tonerarten, wie sie weiter oben aufgeführt sind, an Stelle dieses Toners eingesetzt werden.
Beispiel 1
Es werden beschichtete Glasträgerteilchen folgendermassen hergestellt und getestet: 800 g Glasteilchen Potters Nr. 6 werden in einen Taumeltrommelmischer eingefüllt. 72 g einer 10 %gen Zelluloseacetatbutyratlösung (EAB-171-2, hergestellt von Eastman Kodak Co., Rochester, New York, Butyrylanteil 17%) in Äthylendichlorid werden in den Mischer eingegeben. Die erhaltene Mischung wird ca. 1 Stunde bei einer Temperatur von ca. 50 qC gemischt. Während der Mischung wird ca. 15 Minuten lang heisse Luft mit einer Temperatur von ca. 80 < Cin die Trommel eingeblasen, um das Lösungsmittel verdunsten zu lassen. Danach wird kalte Luft mit einer Temperatur von ca. 25 Ein die Trommel geleitet, um das Zelluloseacetatbutyrat auf den Teilchen zu verfestigen.
Die beschichteten Teilchen trocknen sehr schnell, wobei nur ein geringer Prozentsatz agglomeriert. Die Teilchen werden dann mit einem Sieb der Maschengrösse 25 und einem Sieb der Maschengrösse 35 gesiebt, wodurch man Glasträgerteilchen erhält, die gleichmässig mit Zelluloseacetatbutyrat beschichtet sind.
Der reibungselektrische Wert der Trägerteilchen wird entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren bestimmt und beträgt ca. 13,8 Mikrocoulomb pro Gramm Toner. Die beschichteten Trägerteilchen werden mit einem Toner gemischt, der Styrol-n-butylmethacrylat-Copolymer, Polyvinylbutyral und Russ enthält, wodurch sich eine Entwicklerstoffmischung mit einem Gewichtsverhältnis von 1()0 Teilen Trägerteilchen zu 1 Teil Tonerteilchen für die Auswertung ergibt. Der Test wird mit einem elektrostatografischen Gerät Modell D (Xerox Corporation, Rochester, New York) durchgeführt, dann wird die Qualität der erzeugten Kopien ausgewertet. In jeder Hinsicht zeigen die Kopien eine ausgezeichnete Bildqualität, was die Dichte, die Bildauflösung und die Hintergrundzeichnungen betrifft.
Beispiel II
Beschichtete Kieselkörner werden als Trägerteilchen hergestellt und folgendermassen getestet: 2270 g mit einem Sieb der Maschengrösse 20 bis 35 gesiebter Kieselkörner werden in einen Taumeltrommelmischer eingegeben. 204 g einer 10 %gen Zelluloseacetatbutyratlösung (EAB 172-2) in Äthylendichlorid werden in die Trommel eingegeben. Die erhaltene Mischung wird ca. ja Stunden bei einer Temperatur von ca. 50 gemischt. Während der Mischung wird heisse Luft mit einer Temperatur von ca. 70 "C ca. () Minuten lang eingeblasen, um das Lösungsmittel verdunsten zu lassen.
Danach wird kalte Luft mit einer Temperatur von ca. 24 "C eingeblasen, um das Zelluloseacetatbutyrat auf den Teilchen zu verfestigen. Die beschichteten Teilchen trocknen sehr schnell, wobei nur ein geringer Prozentsatz agglomeriert. Die Teilchen werden dann mit einem Sieb der Maschengrösse 25 und mit einem Sieb der Maschengrösse 35 gesiebt. wodurch man gleichmässig beschichtete Trägerteilchen erhält.
Der reibungselektrische Wert der Trägerteilchen wird nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt und beträgt ca.
10,4 Mikrocoulomb pro Gramm Toner. Die beschichteten Teilchen werden mit der in Beispiel I beschriebenen Tonerzusammensetzung gemischt, wodurch sich eine Entwicklerstoft- mischung mit einem Gewichtsverhältnis von 1()() Teilen Trägerteilchen zu 1 Teil Toner ergibt. Der Test wird mit einem elektrostatografischen Gerät Modell D durchgeführt. dann wird die Qualität der hergestellten Kopien geprüft. Hinsichtlich der Toneraufnahme, der Bildauflösung und der gesamten Bildqualität kann die Kopiequalität mit gut werden.
Beispiel 111
Beschichtete Kieselkörner werden folgendermassen hergestellt und getestet: 2270 g mit einem Sieb der Maschengrösse 20 bis 35 gesiebter Kieselkörner werden in einen Taumeltrommelmischer eingegeben. 204 Gramm einer 10%gen Lösung von Zelluloseacetathutyrat (EAB- 171-2) mit 2 g Hansa Yellow in Äthylendichlorid werden in die Trommel eingegeben. Die erhaltene Mischung wird ca. 12 Stunden bei einer Temperatur von ca. 50 gemischt. Während der Mischung wird heisse Luft in die Trommel mit einer Temperatur von ca. 60 "C ca. 15 Minuten lang eingeblasen, um das Lösungsmittel verdunsten zu lassen.
Danach wird kalte Luft mit einer Temperatur von ca. 25 Ein die Trommel eingeblasen, um das Zelluloseacetatbutyrat auf den Teilchen zu verfestigen.
Die beschichteten Teilchen trocknen sehr schnell, wobei nur ein geringer Anteil agglomeriert. Die Teilchen werden mit einem Sieb der Maschengrösse 25 und 35 gesiebt, wodurch man Trägerteilchen erhält, die gleichmässig mit Zelluloseacetatbuty rat beschichtet sind.
Der reibungselektrische Wert der Trägerteilchen wird nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt und beträgt ca.
11,6 Mikrocoulomb pro Gramm Toner. Die beschichteten Teilchen werden mit dem in Beispiel I beschriebenen Toner gemischt und ergeben eine Entwicklerstoffmischung mit einem Gewichtsverhältnis von 100 Teilen Trägerteilchen zu 1 Teil Tonerteilchen. Der Test wird mit einer elektrostatografischen Einrichtung Modell D durchgeführt, dann wird die Kopiequalität ausgewertet. In jeder Hinsicht einschliesslich Toneraufnahme, Hintergrundablagerung, Bildauflösung und Gesamtqualität können die Kopien mit gut bezeichnet werden.
Beispiel IV
Es werden beschichtete Kieselkörner folgendermassen hergestellt und getestet: 2270 g mit einem Sieb der Maschengrösse 20 bis 35 gesiebter Kieselkörner werden in einen Taumeltrommelmischer eingegeben. 204 g einer 10%gen Zelluloseacetatbutyratlösung (EAB-500-1, hergestellt von Eastman Kodak Co., Rochester, New York, ungefährer Butyrylanteil 50%) in Äthylendichlorid mit 2 g Luxol Blue werden in die Trommel eingegeben. Die erhaltene Mischung wird da. 12 Stunden bei einer Temperatur von ca. 55 "C gemischt. Während der Mischung wird heisse Luft mit einer Temperatur von ca. 70 "C ca. 15 Minuten lang in die Trommel eingeblasen, um das Lösunsgmittel verdunsten zu lassen.
Danach wird kalte Luft mit einer Temperatur von ca. 22 Ein die Trommel eingeblasen, um das Zelluloseacetatbutyrat auf den Teilchen zu verfestigen. Die beschichteten Teilchen trocknen sehr schnell, wobei ein nur geringer Anteil agglomeriert. Die Teilchen werden dann mit einem Sieb der Maschengrösse 25 und einem Sieb der Maschengrösse 35 gesiebt, wodurch sich Trägerteilchen ergeben, die gleichmässig mit Zelluloseacetatbutyrat beschichtet sind.
Der reibungselektrische Wert der Trägerteilchen wird nach dem oben beschriebenen Verfahren bestimmt und beträgt 3,9 Mikrocoulomb pro Gramm Toner. Die beschichteten Teilchen werden mit der in Beispiel I beschriebenen Tonerzusammensetzung gemischt und bilden eine Entwicklerstoffmischung mit einem Gewichtsverhältnis von 100 Teilen Trägerteilchen zu 1 Teil Toner. Der Test wird mit einem elektrostatografischen Gerät Modell D durchgeführt, dann wird die Kopierqualität ausgewertet. In jeder Hinsicht einschliesslich Toneraufnahme, Bildauflösung und Gesamtqualität können die Kopien mit ziemlich gut bezeichnet werden. Sie haben leichte Hintergrundablagerungen.
In den vorstehenden Beispielen wurden spezielle Stoffe und Stoffmengen sowie Verfahrensbedingungen genannt, diese Werte stellen jedoch lediglich Beispiele dar. Andere Tonerarten, Trägerarten, Substituenten und Verfahrensarten, wie sie weiter oben aufgeführt sind, können bei ähnlichen Ergebnissen eingesetzt werden.
It is known to generate and develop latent electrostatic images on an electrostatographic recording medium. The basic method is described in US Pat. No. 2,297,691 and consists in applying a uniform electrostatic charge to a photoconductive insulating layer and then irradiating the layer with a black-and-white image, whereby the charge in the irradiated areas and an electrostatic latent image is generated. This is developed by applying a finely divided electroscopic material called a toner. The toner is normally bound in those areas of the layer which still contain a charge, so that a toner image is produced which corresponds to the latent electrostatic image.
This toner image can then, for example, be electrostatically transferred to another image carrier, normally a sheet of paper. Then it is fixed by the action of heat. Another type of fixation is to apply a solvent or layer to the transferred toner image.
Many methods are known for applying electroscopic particles to an electrostatic latent image. For example, U.S. Patent 2,618,552 relates to a process called cascade development. Here, the developer consisting of relatively large carrier particles and finely divided toner particles adhering to them electrostatically is brought up to the image carrier and cascaded over the latent electrostatic image. The composition of the toner particles is such that they take on a triboelectric charge which is opposite to a corresponding charge on the carrier particles. In order to develop a negatively charged latent electrostatic image, a combination of electroscopic powder and carrier material must be produced in which the powder is triboelectrically charged positively with respect to the carrier material.
In order to develop a positively charged electrostatic latent image, the powder must be triboelectrically negatively charged with respect to the carrier material. This triboelectric relationship between a toner powder and a carrier material depends on the positions of the two substances in the triboelectric series, which means that a material becomes positively charged when it is brought into contact with a material which is arranged below it in the triboelectric series. However, it becomes negatively charged when it is brought into contact with a material placed above it in the triboelectric series.
As the developer cascades across the image area and rolls over the latent image, the toner particles are electrostatically deposited and bound to the charged areas of the latent image, while they are not bound in the uncharged areas, i.e. the background areas of the image . The cascade development has the advantage that most of the toner particles that are randomly deposited in the background areas are removed by the rolling carrier particles, because there is a greater electrostatic attraction between the toner material and the carrier particles than between the toner particles and the discharged background areas. The carrier particles and the toner particles not used for development can then be reintroduced into the development cycle.
Cascade development is very useful for developing line drawings, so it is the most widely used development technique for commercial electrostatography. A copying machine operating on this principle is described, for example, in US Pat. No. 3,099,943.
Another known method of developing electrostatic images is the magnetic brush method described in U.S. Patent 2,874,063. Here, a developer containing toner particles and magnetic carrier particles is attracted by a magnet and bound to it. The magnetic field of the magnet causes the carrier particles to align in a brush-like configuration. This magnetic brush is brought to an electrostatic latent image so that the toner particles can be removed from the brush and deposited on the electrostatic image due to its electrostatic attraction.
Other development processes are known in which electroscopic particles are deposited on an electrostatic latent image to be developed, such as the surface development described in US Pat. No. 2,895,847. The development methods described above are also used in various modifications in electrostatographic reproduction machines.
Automatic electrostatographic reproducers normally use an electrostatographic recording medium in the form of a cylindrical drum which is continuously rotated through a cycle of electrostatic charging, exposure, development, image transfer and drum cleaning. The recording surface is normally charged with a positive corona discharge, for which purpose, for example, a corona discharge device of the type described in US Pat. No. 2,777,957, which is fed by a high voltage source, can be used. After a toner image has been generated on the recording surface, this image can be electrostatically transferred to another image carrier, for which purpose a corona discharge device of the known type can likewise be used.
In an automatic device that works with a rotating drum, an image carrier surface, onto which the toner image is to be transferred, is brought to an image transfer point on the drum at a speed corresponding to the peripheral speed of the drum, and between the drum surface and the corona discharge device moved past.
The image is then transferred by applying an electrostatic charge to the back of the image carrier so that the toner image is transferred from the drum surface to the image carrier by attraction. The charge polarity required for image transfer depends on the type of representation of the original image, the type of reproduction and the electroscopic properties of the developer. If, for example, a positive reproduction of a positive original is to be produced, a positive corona discharge is usually used for the image transfer, so that a negatively charged toner image can be transferred to the image carrier.
If a positive reproduction of a negative original is to be produced, a positively charged developer is used, which is repelled from the charged surface areas of the plate into the discharged surface areas and there generates a positive image that can be transferred with a negative corona discharge. In any case, after the image transfer, a residual toner image remains on the recording surface, which also contains randomly deposited carrier particles. Before using the recording surface again, it is therefore necessary to remove this residual image with the carrier particles in order to avoid ghost images on subsequently produced copies.
In the case of a positive-positive reproduction, residual developer particles are firmly bound together with carrier particles even on the recording surface. This phenomenon has not yet been fully clarified, but it is believed that it is caused by electrical charges. Such charges can be largely neutralized by a corona discharge device before a cleaning device is used to remove the.
remaining toner powder acts on the recording surface.
This can improve their cleaning effect.
Typical electrostatographic cleaning devices are belt cleaners of the type known from US Pat. No. 3,186,838. The removal of the remaining toner powder and the carrier particles from the recording surface is carried out by moving a fibrous tape over the recording surface. Such an inexpensive and replaceable tape made of fibrous material is wiped over the recording surface in pressure contact and is gradually moved further so that a clean part of the tape can act on the recording surface. This ensures practically complete removal of the remaining toner powder and the carrier particles from the recording surface.
Although the known developing devices enable the production of images of good quality, they also have certain disadvantages. When reproducing high-contrast images such as B. Characters, drawings, etc. it is desirable to select the electroscopic toner powder and carriers so that they cause relatively strong mutual electrification. The degree of this charging is in most cases determined by the mutual spacing of the components in the triboelectric series.
However, if in other respects compatible electroscopic toners and carriers are too far apart within the triboelectric series, the images generated with them will be very dull, since the forces of attraction between the carrier particles and the toner particles are then of the order of magnitude of the forces of attraction between the latent electrostatic Image and the toner particles lie. Although the tint density of the developed image can be increased by increasing the toner concentration in the developer mixture, undesirably strong background deposits as well as increased impact effects of the toner and agglomeration phenomena then occur.
It has also been proposed to increase the initial charge of the electrostatographic recording medium in order to improve the tone density, but this requires a very high charge in order to remove the electroscopic toner particles from the carrier particles.
Such high charge values of the recording medium are not only unfavorable with regard to the high power requirement for the high charging voltages, but also because they cause the carrier particles to adhere to the recording medium, so that they can no longer merely roll over it. When the carrier particles adhere to a reusable electrostatographic recording medium, undesirable image degradation and excessive mass accumulation of carrier particles occur.
Problems of this kind must be expected in particular when the developer is used in development devices which allow large surface areas to be tinted so that very large quantities of toner particles are removed from the carrier particles. As a result, there are many carrier particles that do not carry toner particles. Furthermore, the adherence of carrier particles to reusable electrostatographic recording media favors the formation of undesired scratches on the recording surface during image transfer and cleaning.
The carrier particles must consist of a material or be coated with a material which has the appropriate triboelectric and physical properties for their use. The material used for the carrier particles should have a triboelectric value that is matched to the triboelectric values of the toner and the recording surface in order to allow the electrostatic transfer of the toner to the carrier particles and the subsequent transfer of the toner from the carrier particles to the image surface without too great a power requirement enable.
Furthermore, the triboelectric properties of all carrier particles should be relatively uniform in order to ensure uniform absorption and delivery of the toner. The materials used for the carrier particles should have a medium hardness so that they do not scratch the recording surface, but on the other hand can withstand the effects of force during their repeated use in the development process. Furthermore, the carrier particles and their surface should not consist of substances that are so brittle that they allow them to peel off or break when subjected to such forces. This is because peeling has disadvantageous effects, since the small particles produced by it can be transferred to the image carrier and interfere with the toner deposition there and thus cause inaccuracies in the image.
In addition, if the carrier particles consist of a core material and a coating that differs from it, peeling off of the carrier particles causes the formation of non-uniform triboelectric properties. This results in an uneven toner pick-up and toner release. As the particle size of the carrier particles is reduced, the removal of the small particles produced by the exfoliation from the image area becomes more and more difficult. For these reasons, the number of substances that can be used for carrier particles or their coating is limited in spite of suitable triboelectric properties, since certain physical properties create the disadvantages indicated above.
It is also very beneficial if the triboelectric properties of the carrier particles can be changed in such a way that they can be adapted to suitable toner compositions, while at the same time maintaining the other favorable physical properties of the carrier particles.
The change in the triboelectric properties of the carrier particles by applying a coating is a particularly suitable method for this purpose. As a result, it is not only possible to change the triboelectric properties of the carrier particles with favorable physical properties, but also those carrier particles which are actually not suitable for use as carrier elements for toners.
For example, carrier particles with suitable physical properties, apart from the hardness, can be coated with a material which has the suitable hardness and other favorable physical properties so that the particles can advantageously be used as carrier particles. Coating the carrier particles with additional substances to change the triboelectric properties is preferred to mixing such substances into the carrier material during the production of the carrier particles, since in this way the desired change in the triboelectric properties is achieved with a smaller amount of the additive.
Furthermore, the addition of high additional concentrations in the carrier starting material to change the triboelectric properties requires a more complicated production and often brings with it an undesirable change in the physical properties of the carrier material.
The object of the invention is to provide a carrier material for electrostatographic developers whose triboelectric properties are within a wide range while maintaining favorable physical properties of hardness, durability and the like. Ä. Can be changed, so that this material can be adapted to the most varied of also new and improved types of toner.
To achieve this object, a particulate carrier material for electrostatographic developers is characterized according to the invention by particles which have a core which is provided with a uniform coating of a polymeric cellulose ester.
It has been shown that polymeric cellulose esters have the favorable physical properties of durability and hardness as well as good triboelectric and similar properties, so that they can be used as coating materials for carrier particles in electrostatography.
The use of polymeric cellulose esters is advantageous because they can easily be formed in the form of permanent layers on carrier particles and are resistant to the forces that normally occur in the electrostatographic development process.
It has also been shown that the triboelectric values of the cellulose esters can be changed within wide limits without impairing the further properties which are favorable for use in carrier particles.
The polymeric cellulose esters suitable for the particulate carrier material according to the invention are those compounds which have good hardness, rigidity, strength, impact resistance, dimensional stability, water repellency and triboelectric values which make them suitable for carrier particles. Such cellulose esters are, for example, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cellulose propionate, cellulose triacetate and the like. Ä.
Polymeric cellulose esters are preferably used whose volume resistivity is between approx. 1010 and approx. 1014 ohm cm at 23 ° C.
The polymeric cellulose esters can be used with any of the known core materials. Typical core materials are sodium chloride, ammonium chloride, aluminum potassium chloride, Rochelle salt, sodium nitrate, potassium chlorate, granular zirconium, granular silicon, polymethyl methacrylate, glass, silicon dioxide, silica grains, iron, steel, nickel, carborundum and mixtures of these substances. Many of the above and other typical carriers are known from U.S. Patents 2,618,551, 2,638,416 and 2,618,552.
Preferably, carrier particles between about 30 and about 1000 microns in diameter are produced after coating because, for electrostatographic purposes, they have sufficient density and inertia to avoid sticking to the electrostatic latent images during development.
In order to apply the coating of a polymeric cellulose ester to the carrier particles, any suitable coating method using solvents can be used. For example, the polymeric cellulose derivative can be made into a liquid or semi-liquid state by dissolving the polymer in a suitable solvent.
The uncoated carrier particles are brought into intimate contact with the dissolved, polymeric cellulose ester in order to ensure complete coating.
The temperature present, the concentration of the polymer and the concentration of the carrier particles must be set in such a way that the carrier particles are uniformly coated so that uniform triboelectric properties are also ensured. In a similar way, these conditions are set in such a way that the layer thickness does not become too great and thus favors agglomeration of the carrier particles. After and / or during the contact of the carrier particles with the coating material, the mixture can be treated to solidify the layers, for which purpose, for example, the solvent is made to evaporate. A very suitable method of evaporation of the solvent is to allow a neutral gas flow, for example air, to act on the mixture.
The carrier particles with a solidified layer produced in this way are then sieved in order to separate out the carrier particles of the desired size, which can then be used in the electrostatographic process.
The choice of solvent depends on the particular polymeric cellulose ester used. If, for example, polymeric cellulose esters such as cellulose triacetate or cellulose acetate are used, suitable solvents for this are ketones, for example acetone, methyl ethyl ketone, isophorone, cyclohexanone and the like, and esters such as methyl acetate, ethyl acetate, ethyl lactate, ethylene glycol monomethyl ether acetate and similar halogenated solvents such as methylene dichloride and similar solvents such as methylene chloride , Nitroparaffins such as nitroethane, nitromethane and the like, other solvents such as 1,4-dioxane, diacetone alcohol and the like.
Mixtures of the above solvents with alcohols, in particular with lower alcohols having 1 to 6 carbon atoms, can also be used. Such mixtures generally contain about 10 to about 50% by volume of the alcohol. Examples of such mixtures are (with volume percentages given in brackets): acetone with methanol (80:20), acetone with ethanol (90:10), methylene dichloride with methanol (80:20), nitroethane with ethanol (50:50), nitroethane with Ethanol (80:20), ethyl acetate with ethanol (80:20), ethylene dichloride with methanol (80:20) and the like.
When using polymeric cellulose esters such as cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate and the like. Ä. Suitable solvents are ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, esters such as methyl acetate, ethyl acetate, methyl cellosolve acetate and similar, halogenated solvents such as methylene chloride, ethylene chloride and the like, nitro paraffins such as nitroethane, 1-nitropropane and the like.
The statements in Modern Plastics Encyclopedia, Vol. 46, No. 10A, pages 1006 to 1007 (October 1969) provide assistance in the selection of a suitable solvent for a particular cellulose ester used.
The polymeric cellulose ester can generally be dissolved in a solvent to form a coating solution containing from about 5 to about 20 weight percent solids. The proportion of solids is preferably approx.
10% by weight.
It is very beneficial to remove the solvent from the mixture formed with the carrier particles by the action of a flow of a neutral gas from which it can be condensed and reused.
An essential advantage of the carrier particles according to the invention is that the triboelectric value of the polymeric cellulose esters used can be changed within wide limits by incorporating additional substances into the polymeric compound. In particular, additives can be used which have the appropriate triboelectric values. These can be in particulate form or dissolved or dispersed in the polymeric cellulose ester, so that homogeneous materials result.
If cellulose esters are to be used in which the additive is homogeneously dispersed or dissolved, a coating process is preferably used which works with a solvent which dissolves the polymeric cellulose ester and the additive.
The polymeric cellulose esters used in the coating for the carrier particles according to the invention can also contain the usual additives, for example plasticizers, antioxidants and the like. Typical plasticizers are diesters of adipic acid such as diethyl adipate, dibutyl adipate, diisobutyl adipate, dicapryadipate, di- (2-ethylhexyl) adipate, azelaic acid derivatives such as di- (2-ethylhexyl) azelate, di-nhexycoldibylate, di-nhexylazelic acid derivatives, such as di-isooctylethyl acetylate, di-nhexycoldibylate, and diisooctylethyl acetylate derivatives such as benzene benzoic acid derivatives such as benzene benzoic acid derivatives such as benzyl benzoic acid derivatives such as di-isooctylethyl acetal acid derivatives such as diisobutyl adipate Triethyl citrate, tricyclohexyl citrate and acetyl tri-n-butyl citrate, glycerol derivatives such as glycerol monoacetate, glycerol diacetate, glycerol triacetate, glycerol tripropionate, glycerol tributyrate, glycerol ether acetate,
Glycol derivatives such as Äthylenglycoldipropionat, Äthylenglycoldibutyrat, Diäthylenglycoldipropionat, Triäthylenglycoldiacetat, tri äthylenglycoldipropionat, Methylphthalyläthylglycolat, Äthylphthalyläthylglycolat, Butylphthalyläthylglycolat, phosphoric acid derivatives like triethyl phosphate, tributyl phosphate and triphenyl phosphate, phthalic acid derivatives such as dimethyl phthalate, diethyl phthalate, dipropyl phthalate, dibutyl phthalate, ditridecyl phthalate, diallyl phthalate, succinic acid derivatives such as diethyl succinate and dibutyl succinate, further tartaric acid derivatives such as Diethyl tartarate and dibutyl tartarate and similar substances.
Any suitable pigmented or colored electroscopic toner material can be used with the carrier particles of the invention. Typical toners are copal gum, sandarac gum, rosin, coumarone-indene resins, asphalt, gilsonite, phenol-formaldehyde resins, phenol-formaldehyde resins modified with rosin, methacrylic resins, polystyrene resins, polypropylene resins, epoxy resins, polyethylene resins and mixtures of these substances. The toner material to be used in each case depends on the distance from the carrier particles treated according to the invention in the triboelectric series. Suitable toner compositions are known, for example, from U.S. Patents 2,659,670, 2,753,308, 3,079,342, Re 25,136 and 2,788,288. These types of toner have an average particle size between approx. 1 and approx.
30 microns.
The following examples serve to further illustrate the invention with regard to the production of carriers and developers and their use for developing electrostatic latent images. Parts and percentages are based on weight, unless otherwise stated.
The sieve sizes used are US standard sizes.
In the following examples, the triboelectric values which occur when the carrier particles come into contact with the toner particles are measured in a Faraday cage. This arrangement consists of a brass cylinder with a diameter of 2.5 cm and a length of 2.5 cm. A 100 mesh sieve is provided at each end of this cylinder. The cylinder is weighed, filled with 0.5 g of a mixture of carrier particles and clay particles and grounded via a capacitor. An electric motor is connected in parallel to it. Dry and compressed air is then blown through the cylinder to remove any toner particles from the carrier particles. The charge on the capacitor is then read on the electrometer. The cylinder is then weighed again to determine the weight loss.
The resulting data is used to calculate the toner concentration and the charge in microcoulombs per gram of toner. Since the triboelectric measurements are relative measurements, they should be derived to carry out a comparison under identical conditions. In all examples, therefore, a toner is used for the formation of static electricity which contains styrene-n-butyl methacrylate copolymer, polyvinyl butyral and carbon black and is produced according to US Pat. No. 3,079,342. However, other suitable types of toner, as listed above, can also be used in place of this toner.
example 1
Coated glass support particles are produced and tested as follows: 800 g of Potters No. 6 glass particles are placed in a tumble drum mixer. 72 g of a 10% cellulose acetate butyrate solution (EAB-171-2, manufactured by Eastman Kodak Co., Rochester, New York, butyryl content 17%) in ethylene dichloride is added to the mixer. The mixture obtained is mixed for approx. 1 hour at a temperature of approx. 50 ° C. During the mixing process, hot air at a temperature of approx. 80 <Cin is blown into the drum for approx. 15 minutes to allow the solvent to evaporate. Cold air at a temperature of about 25 A is then passed through the drum to solidify the cellulose acetate butyrate on the particles.
The coated particles dry very quickly, with only a small percentage agglomerating. The particles are then sieved with a 25 mesh sieve and a 35 mesh sieve, whereby glass carrier particles are obtained which are uniformly coated with cellulose acetate butyrate.
The triboelectric value of the carrier particles is determined in accordance with the method described above and is approximately 13.8 microcoulombs per gram of toner. The coated carrier particles are mixed with a toner which contains styrene-n-butyl methacrylate copolymer, polyvinyl butyral and carbon black, resulting in a developer mixture with a weight ratio of 1 () 0 parts carrier particles to 1 part toner particles for the evaluation. The test is performed with a Model D electrostatographic machine (Xerox Corporation, Rochester, New York), then the quality of the copies produced is evaluated. In every respect, the copies show excellent image quality in terms of density, image resolution and background drawings.
Example II
Coated silica grains are produced as carrier particles and tested as follows: 2270 g of silica grains sieved with a sieve of mesh size 20 to 35 are placed in a tumble drum mixer. 204 g of a 10% cellulose acetate butyrate solution (EAB 172-2) in ethylene dichloride are placed in the drum. The mixture obtained is mixed for about 50 hours at a temperature of about 50. During the mixing process, hot air at a temperature of approx. 70 "C is blown in for approx. () Minutes to allow the solvent to evaporate.
Cold air at a temperature of about 24 "C is then blown in to solidify the cellulose acetate butyrate on the particles. The coated particles dry very quickly, with only a small percentage of them agglomerating. The particles are then passed through a 25 mesh sieve and with sieved through a sieve of mesh size 35, whereby uniformly coated carrier particles are obtained.
The triboelectric value of the carrier particles is determined using the method described above and is approx.
10.4 microcoulombs per gram of toner. The coated particles are mixed with the toner composition described in Example I, resulting in a developer mixture with a weight ratio of 1 () () parts of carrier particles to 1 part of toner. The test is performed with a Model D electrostatographic machine. then the quality of the copies produced is checked. In terms of toner absorption, image resolution and overall image quality, the copy quality can become good.
Example 111
Coated pebble grains are produced and tested as follows: 2270 g of pebble grains sieved with a sieve with a mesh size of 20 to 35 are placed in a tumble drum mixer. 204 grams of a 10% solution of cellulose acetate butyrate (EAB-171-2) with 2 g of Hansa Yellow in ethylene dichloride are placed in the drum. The mixture obtained is mixed for about 12 hours at a temperature of about 50. During the mixing process, hot air is blown into the drum at a temperature of approx. 60 ° C. for approx. 15 minutes in order to allow the solvent to evaporate.
Cold air at a temperature of about 25 degrees is then blown into the drum to solidify the cellulose acetate butyrate on the particles.
The coated particles dry very quickly, with only a small proportion agglomerating. The particles are sieved with a sieve of mesh size 25 and 35, whereby carrier particles are obtained which are evenly coated with cellulose acetate butrate.
The triboelectric value of the carrier particles is determined using the method described above and is approx.
11.6 microcoulombs per gram of toner. The coated particles are mixed with the toner described in Example I and result in a developer mixture with a weight ratio of 100 parts of carrier particles to 1 part of toner particles. The test is performed with a Model D electrostatographic device, then the copy quality is evaluated. In all respects including toner uptake, background deposition, image resolution and overall quality, the copies can be called good.
Example IV
Coated silica grains are produced and tested as follows: 2270 g of silica grains sieved with a sieve with a mesh size of 20 to 35 are placed in a tumble drum mixer. 204 grams of a 10% cellulose acetate butyrate solution (EAB-500-1, manufactured by Eastman Kodak Co., Rochester, New York, approx. Butyryl 50%) in ethylene dichloride with 2 grams of Luxol Blue is added to the drum. The mixture obtained will be there. Mixed for 12 hours at a temperature of approx. 55 "C. During the mixing process, hot air at a temperature of approx. 70" C is blown into the drum for approx. 15 minutes in order to allow the solvent to evaporate.
Thereafter, cold air at a temperature of about 22 degrees is blown into the drum to solidify the cellulose acetate butyrate on the particles. The coated particles dry very quickly, with only a small proportion agglomerating. The particles are then sieved with a sieve of mesh size 25 and a sieve of mesh size 35, resulting in carrier particles which are uniformly coated with cellulose acetate butyrate.
The triboelectric value of the carrier particles is determined by the method described above and is 3.9 microcoulombs per gram of toner. The coated particles are mixed with the toner composition described in Example I and form a developer mixture with a weight ratio of 100 parts carrier particles to 1 part toner. The test is performed with a Model D electrostatographic machine, then the copy quality is evaluated. In all respects including toner uptake, image resolution, and overall quality, the copies can be called pretty good. They have light background build-up.
In the preceding examples, specific substances and amounts of substance as well as process conditions have been mentioned, but these values are only examples. Other types of toners, types of carriers, substituents and types of processes as listed above can be used with similar results.