CN1041462C - 电荷指示剂组合物 - Google Patents

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Abstract

一种稳定电荷指示剂溶液的方法，一种由这种方法制备的电荷指示剂组合物，其中将电荷指示剂与一种溶剂和一种极性单体物种相混合，引发聚合反应并使其进行完全。

Description

电荷指示剂组合物
本发明涉及一种液态的静电照相复印的显影剂，更具体地说是涉及一种稳定电荷指示剂溶液的方法和一种新的稳定的电荷指示剂组合物。
形成静电影像，即形成存在于基底上的静电荷图形的方法已广为人知。在静电印刷或复印中，首先要提供给光电导的成像表面以统一的静电荷，具体地说是通过将成像表面通过一个具有均匀电压的电晕。然后将成像表面对一个欲复制的原件的光学影像曝光。这个光学影像选择性地将成像表面按一图形放电，这便形成一个静电潜像。在这种情况下，原件在光亮的背景上形成一灰暗的影像，这个潜像包含有大量的未放电的相应于原件上的几何图形的“影像”部分，同时还存在着已经基本上通过曝光而放电的“背景部分”。该潜相通过曝露于带相反电荷的，带有颜料的调色剂颗粒而显影，这些调色剂颗粒以相应于原件上的图形而沉积于潜像的影像部份。
在液态的显影剂照相复制剂中，这些带电荷的调色剂颗粒是悬浮于液态显影剂中的，这种显影剂包括液态载体，调色剂颗粒和电荷指示剂。整个静电潜影用来源于液态显影剂贮源的一层液体显影剂薄膜覆盖。液态显影剂中的带电荷的调色剂颗粒迁移到潜像中的带相反电荷的“影像”部分，在光导性表面上形成一图形。这个图形及相应于调色剂颗粒的部分，然后被转移到一板上形成一可见影像。在此过程之后，任何保留在光电导表面上的液体显影剂均被回收到液态显影剂贮源中。
电荷指示剂在以上所述的显影过程中起着一个非常重要的作用。电荷指示剂是一种化学微粒，或者是分子的或者是离子的，它的作用是控制调色剂颗粒上的极性和电荷。电荷指示剂产生带电荷的颗粒，它使成像材料带电，以保证调色剂颗粒能够沉积并以这样一种方式迁移以便在成像表面上形成所希望的影像。同时也可产生带相反电荷的离子，以保持液体显影剂在整个过程后基本上是电中性的。本发明可以用任何的电荷指示剂来实施，其中卵磷脂和石油酸钡作为实施例。
用作电荷指示剂的材料的一个主要问题是带电颗粒在电泳显影过程中产生的电场中应用时的降解。带电颗粒的降解也发生在带有液体载体的显影剂补足过程中，这是由于电荷指示剂的稀释而产生的。带电颗粒的降解减少了液体显影剂的电稳定性。由于液体显影剂的静电特性对于取得高质量的影像非常重要，尤其是当在不改变液体显影剂的分散性做大量的印刷时，带电颗粒的降解会导致很差的复制质量。
人们认为在很多液体显影剂中，电荷指示剂分子形成反胶束。图1表示这种胶束的一个例子。这种胶束是由将电荷指示剂分子的极性部位指向内，非极性部分指向外聚集而形成的。这样可以减少整个体系的表面能。这种胶束可以增加由电荷指示剂分子离解而产生的离子的溶解性。人们还认为由电荷指示剂胶束产生的离子的增溶作用是由于在胶束周围或内部形成了一种具有较高的介电常数的微观环境。由电荷指示剂胶束产生的离子的增溶作用导致胶束在它们的中心部分含有一带电颗粒。一些胶束带有正电性的中心颗粒，而另一些在它们的中心带有负电颗粒。我们认为，在电泳显影过程中，这些胶束在由带电的光电导表面产生的电场的影响下将会破裂。确切的破裂机制现在还不得而知。这些胶束的破裂通过释放出胶束中心的带电颗粒而改变了液态显影剂溶液的电学性质，而且由于它们的相对较强的正性或负性电荷以及液体载体的较低的介电常数，它们趋向于彼此重新结合形成电中性的化合物。这此电中性化合物的形成改变了整个液体显影剂的电学性质。液体显影剂的电学性质的变化改变了调色剂颗粒在液体显影剂中的分散以及带电颗粒数量，这样就会导致复制质量的下降。
我们还认为，当照相复制剂中的液体显影剂分散体系通过加入新的液体载体来补足时胶束也会破裂。再一次指出，确切的机理还不得而知。这种破裂的效果被证明能导致体系中带电颗粒的不稳定性。再一次指出，最终的结果是复制质量的降低。
因此，本发明的一个目的是提供一种电荷指示剂组合物，它将阻止在电场影响下的降解。
本发明的另一个目的是一种电荷指示剂组合物，它将阻止在液体显影剂分散体系中补加液体载体时发生的降解。
本发明的进一步的目的是一种电荷指示剂溶液，它将能够阻止稳定性的降低。
图1是电荷指示剂胶束的一理想化的描绘。
图2是对于4个连续的电脉冲，在卵磷脂溶液中的电流的几何表示。
图3是在卵磷脂和本发明的物质的稀释下，光电导动力学的几何表示。
图4是本发明的各种电荷指示剂组合物的稳定性的几何表示。
图5显示出了对于卵磷脂具有21％的覆盖目标以及一个本发明的电荷指示剂在长时间显影过程中光电导的绝对变化值。
本发明的直接的目的是为了获得一种方稳定电荷指示剂溶液的法。在该溶液中，电荷指示剂，溶剂，和极性单体颗粒被混合，进而单体分子可以被聚合。采用一种引发剂来开始聚合反应，而且使反应进行到基本完成。我们相信，其结果是极性聚合物物种进入电荷指示剂胶束的核中进行化学结合。极性物种稳定了胶束的核，而且减少了胶束破裂的可能性。
与本发明相一致，电荷指示剂胶束与不溶性的聚合物分子相结合，这样可使带电的物种更稳定而且更不易于降解。我们将会看到通过减小液体显影剂组合物的带电物种的降解，由显影剂形成的影像在一较长的使用时间内将保持清晰，因为带电物种的存在对于电泳成像过程来说是必需的。
在我们的发明中，将电荷指示剂，溶剂，和极性单体混合，随后将单体分子聚合。用一引发剂引发聚合反应，并使反应基本本上进行完全。虽然形成的聚合物物种是不溶性的，但本发明的单体物种在含有电荷指示剂的溶剂中是可溶的。电荷指示剂，它至少部分地以胶束形式存在，对于单体物种的聚合起着表面活性剂的作用。我们可以相信，单体物种粘附于胶束上并在胶束的核中发生聚合。
所选择的溶剂可以是任何适合于在其中进行必要的聚合反应的溶剂。许多非极性溶剂将在本发明中起到较好的作用，包括：Isopar(Exxon公司的一个商品)，异链烷烃，己烷，环己烷，叔丁基苯，2，2，4-三甲戍烷，以及普通的链烷烃。所选择的单体物种可以是任何在所选择的溶剂中可溶并在合适的引发剂存在下在该溶剂中聚合的不饱合单体。我们相信大量的不饱和分子将在本发明中作为单体起到较好的作用，但一些特定的物种起的作用尤其的好，包括1-乙烯基-2-吡咯烷酮，2-乙烯基吡啶，乙烯基呋喃，和甲基丙烯酸甲酯。
我们相信引发剂可以是大量的可以引发聚合反应的物种中的任何一种，包括：偶氮双丁腈，苯甲酰基过氧化物，三苯基偶氮苯，异丙基苯过氧化氢，过乙酸叔丁酯。
在本发明的一个优选的实例中，在一个装有回流冷凝器的反应器中将Isopar加热到大约50℃。反应在氮气保护下进行。将卵磷脂慢慢的混合加入到Isopar中。将该溶液加热到大约80-90℃，并加入1-乙烯基-2-吡咯烷酮，然后加入聚合引发剂，如偶氮双丁腈。将反应温度保持不变，使反应进行大约24小时。由这个过程得到的电荷指示剂组合物将比缺少稳定性聚合物分子的组合物较少受到带电颗粒的降解。这种优越的抗降解性能将在以下两方面中显示出来：即当一电流施加到组合物上时，以及当组合物用溶剂(Isopar)冲稀时。
优选采用在其中1-乙烯基-2-吡咯烷酮单体可溶，而聚合物不可溶的非极性溶剂。该溶剂应该在比90℃高很多的温度下沸腾，这样便可使其在反应条件下保持液态。我们相信，当聚合反应进行时，聚合物分子将达到一个临界长度，在此长度之上，它们在溶剂中不溶，结果形成了这些聚合物分子溶剂中的非常精细的分散体，在这些聚合物分子周围形成了电荷指示剂胶束。这些胶束又反过来被聚合物分子加强并稳定。为了达到好的稳定效果而需要的乙烯基吡咯烷酮聚合物的临界百分比为相对于电荷指示剂固体为基础重量的约5-9％。在保持聚合物浓度为9％或更多时，当加入溶剂稀释或施加一电场时，很少发生带电颗粒的降解。但聚合物的浓度低于5％时，将会发生大量降解。本发明将用下述的实施例来进一步说明，但并非仅限于此。
实施例I
在氮气保护下，在-4口，2升，装有回流冷凝器和机械搅拌的玻璃反应器中将1400g的Isopar-H加热到50℃。在搅拌和缓慢注入条件下，向Isopar-H溶入600g卵磷脂。Isopar-H/卵磷脂溶液随后被加热到80℃，然后向该溶液中加入102g1-乙烯基-2-吡咯烷酮。然后再加入悬浮于10-20ml Isopar-H中的3g偶氮双丁腈，然后使反应进行24小时到完成。
实施例II
在氮气保护下，在-4口圆底玻璃烧瓶中，在90℃时将500g Isopar-H，10g卵磷脂，和1.7g1-乙烯基-2-吡咯烷酮混合。将0.5g偶氮双丁腈分散于20g Isopar中，并加入到以上溶液中。使反应进行17.5小时。得到的溶液是清澄的，比卵磷脂在Isopar中形成的溶液的颜色深些。
用以下实验结果来说明本发明的优点。
表1和图2显示出了一电场施加到了一个普通的不稳定的电荷指示剂和卵磷脂的溶液上所带来的效果的实验结果。在实验中，800v的直流脉冲被相继地施加到一含有卵磷脂溶液的电池上4秒钟，测定出每次脉冲时通过卵磷脂溶液的电荷。表1表示每次脉冲时溶液中通过的电荷。图2是在脉冲时间内Lantern溶液中的电流的图形表示。如表1和图2显示的，电脉冲施加到电荷指示剂溶液上改变了溶液的电学性质。实验中施加的电脉冲相似于复制过程中所产生的电场。因此电脉冲对卵磷脂溶液所产生的效果相似于复制过程中产生的电场对液体显影剂溶液所产生的效果。
图3示出了含有17％单体稳定了的物种的组合物的导电率，单体的量是根据电荷指示剂固体的量而定的重量百分比，根据本发明用来与卵磷脂对照溶液之导电率进行比较，在两种情况下都是加入了液体载体如Isopar-H。如图3中所显示的，在Isopar中经过稳定了的组合物的导电率随时间相对保持不变，而同时卵磷脂对照溶液的导电率随时间而减小。因此本发明的经过稳定了的组合物在照相复制剂中应用是具有优越性的，因为其导电率将随时间无明显的变化。
图4示出了根据本发明的各种稳定了的电荷指示剂组合物进行的类似的实验结果。在这个实验4中，800v的直流脉冲被相继的施加到一含有电荷指示剂溶液的电池上，对于每次脉冲测出其电池中通过的总的电荷量。对照的电荷指示剂溶液是一种如上述实验中所采用的不稳定的卵磷脂溶液。同时测定了五种根据本发明制备的稳定了的电荷指示剂溶液。每一种电荷指示剂溶液都配以不同百分比的单体稳定剂物种。如图4中所示，电荷指示剂应含有根据电荷指示剂固体的重量而确定的在5％到9％之间或者更多的单体稳定剂物种，以便达到高度的电荷转移不变性。如图4中示出的，含电荷指示剂固体的重量17％的单体稳定性物种的电荷指示剂组合物保持很小的转移电荷的降解。
图5示出了一电荷指示剂溶液在不进纸的连续电照像复制机的工作过程中的电导率的降低的实验结果。图中示出的卵磷脂电荷指示剂溶液是一不稳定的原始电荷指示剂溶液。其它的电荷指示剂是按照本发明的实施例I制备的，含有电荷指示剂固体的重量17％的单体稳定性物种。如前面部分讨论的，我们相信在电照像过程中，未稳定化的电荷指示剂胶束会破裂，造成使带电物种数量的降低，因此造成了液体显影剂体积导电率的降低，从而使复制质量降低。如图5中示出的，未稳定化的卵磷脂溶液在电照相复制过程中其导电率降低18皮可姆欧/厘米。而根据本发明的实施例I制备的，含有按照电荷指示剂固体重量而计算的17％的单体稳定性物种的溶液，在连续的电照相复制过程中只显示出减少了4皮可姆欧/厘米的导电率。
应该认识到上述说明书仅仅是为了达到说明本发明的目的，而本发明则包括属于以下权利要求范围内的所有改进。

Claims (33)

1.一种改进的电荷指示剂组合物，其特征在于，其形成方法包括以下步骤：
将一种电荷指示剂溶解于一种非极性有机溶剂和一种单体物种中；
启动在所述单体物种的分子中的多体化反应；和
使所述多体化反应进行直至完成，从而使这样形成的聚合物与所述电荷指示剂相结合，以产生所述改进的电荷指示剂组合物。
2.根据权利要求1所述的电荷指示剂组成物，其特征在于，所述非极性有机溶剂是一种异链烷烃材料，其比重为0.759@60/60°F，赛波特色为+30，粘度为1.72CST@25℃，自燃温度为349℃。
3.根据权利要求1或2所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述电荷指示剂是卵磷酯。
4.根据权利要求1或2所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述聚合物是聚乙烯基吡咯烷酮。
5.根据权利要求3所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述聚合物是聚乙烯基吡咯烷酮。
6.根据权利要求1或2所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计至少含有5％的极性单体物种。
7.根据权利要求3所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计至少含有5％的极性单体物种。
8.根据权利要求4所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计至少含有5％的极性单体物种。
9.根据权利要求5所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计至少含有5％的极性单体物种。
10.根据权利要求6所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计含有5％至9％的极性单体物种。
11.根据权利要求7所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之理量计含有5％到9％的极性单体物种。
12.根据权利要求8所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计含有5％到9％的极性单体物种。
13.根据权利要求9所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计含有5％到9％的极性单体物种。
14.根据权利要求6所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计含有10％到17％的极性单体物种。
15.根据权利要求7所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计含有10％到17％的极性单体物种。
16.根据权利要求8所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计含有10％到17％的极性单体物种。
17.根据权利要求9所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，按照电荷指示剂固体之重量计含有10％到17％的极性单体物种。
18.根据权利要求1或2所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
19.根据权利要求3所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
20.根据权利要求4所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
21.根据权利要求5所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
22.根据权利要求6所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
23.根据权利要求7所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
24.根据权利要求8所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
25.根据权利要求9所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
26.根据权利要求10所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
27.根据权利要求11所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
28.根据权利要求12所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
29.根据权利要求13所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
30.根据权利要求14所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
31.根据权利要求15所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
32.根据权利要求16所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
33.根据权利要求17所述的电荷指示剂组合物，其特征在于，所述溶剂是一种非极性有机化合物或多种化合物的混合物。
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