DE1185922B - Konzentrat fuer einen fluessigen Entwickler zur elektrostatischen Herstellung von Bildern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 03 c

Deutsche Kl.: 57 b-10

Nummer: 1185 922

Aktenzeichen: R 27750IX a/57 b

Anmeldetag: 12. April 1960

Auslegetag: 21. Januar 1965

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrostatische Herstellung von Bildern, insbesondere auf einen verbesserten Entwickler.

Bei elektrostatischen Reproduktionsverfahren werden bekanntlich auf der Oberfläche eines Isoliermaterials Ladungsbilder erzeugt. Diese Ladungsbilder werden normalerweise dadurch sichtbar gemacht, daß man über die Oberfläche eine trockene Mischung von feinverteilten Tonerteilchen und wesentlich größeren Trägerteilchen rieseln läßt, ίο Wenn die Tonerteilchen in der umgekehrten Polarität, wie das Ladungsbild triboelektrisch aufgeladen sind, setzen sie sich auf den geladenen Teilen des Ladungsbildes ab und erzeugen so ein der Ladungsverteilung entsprechendes, sichtbares Bild. Wenn die Tonerteilchen dieselbe Polarität wie das Ladungsbild besitzen, entsteht ein komplementäres, sichtbares Bild.

Es sind auch andere Entwicklungsverfahren ζ. Β. unter Verwendung von Pulverwolken, Flüssigkeitsnebel und magnetischen Entwicklerbürsten bekannt.

Die Oberfläche des elektrophotographischen Materials muß isolierend, vorzugsweise jedoch photoleitend sein. Das elektrophotographische Material kann aus mit photoleitendem Selen überzogenen Platten bestehen; es sind auch Aufzeichnungsträger aus mit einer photoleitfähigen Schicht überzogenem Papier bekannt.

Es wurde vor kurzem auch ein Verfahren zum Entwickeln elektrostatischer Ladungsbilder unter Verwendung von flüssigen Entwicklern beschrieben. Letztere enthalten feste Entwicklerteilchen, die in einer isolierenden Trägerflüssigkeit suspendiert sind. Entwicklungsverfahren unter Verwendung flüssiger Entwickler besitzen gegenüber der Verwendung trockener Entwickler manche Vorteile. Der Entwickler kann über die das Ladungsbild tragende Schicht gegossen werden, das elektrophotographische Material kann aber auch in einen Entwicklertank eingetaucht werden. Auch ein Aufsprühen oder Aufquetschen ist möglich. Wenn geeignete Entwicklerteilchen in einer entsprechenden Flüssigkeit dispergiert werden, laden sie sich triboelektrisch auf, so daß sie von einem elektrostatischen Ladungsbild geeigneter Polarität angezogen werden. Das Niederschlagen von Entwicklerteilchen auf dem Ladungsbild ist ein Beispiel der als Elektrophorese oder Kataphorese bekannten Erscheinungen.

Die obenerwähnten, flüssigen Entwickler haben sich für manche Zwecke als ganz brauchbar erwiesen, haben jedoch noch verschiedene Nachteile. Die meisten flüssigen Kohlenwasserstoffe sind, zumindestens wenn sie unvermischt verwendet werden, Konzentrat für einen flüssigen Entwickler
zur elektrostatischen Herstellung von Bildern

Anmelder:

Radio Corporation of America, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Harold Grey Greig, Princeton, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 13. April 1959 (805 740)

Lösungsmittel für die Entwicklerteilchen, die aus Harzen, Kunststoifen, Wachsen oder organischen Farbstoffen bestehen können. Wenn Entwicklerteilchen aus Harz in einer solchen Flüssigkeit dispergiert werden, lösen sie sich zumindestens teilweise auf und werden klebrig, so daß sie zum Zusammenballen neigen. Die Entwickler müssen daher kurz vor dem Gebrauch frisch angesetzt werden. Wenn die Dispersion längere Zeit steht, ballen sich die Entwicklerteilchen zusammen oder setzen sich zu einem kompakten Niederschlag ab. Die durch die flüssigen Kohlenwasserstoffe klebrig gewordenen Entwicklerteilchen bleiben beim Entwickeln, wenn sie in Berührung mit der Oberfläche des elektrophotographischen Materials kommen, infolge ihrer Klebrigkeit auch leicht an unerwünschten Bildstellen fest. Infolge des klebrigen Entwicklers verschmieren die entwickelten Bilder leicht, wenn nicht ein Fixativ aufgesprüht wird. Zur Verbesserung der Qualität des entwickelten Bildes und zur Beschleunigung des Trocknens ist es oft wünschenswert, die Oberfläche zu erhitzen, wobei das entwickelte Bild mit dem elektrophotographischen Material verschmilzt. Bei Verwendung flüssiger Kohlenwasserstoffe ist dies jedoch sehr gefährlich, da diese oft leicht entzündlich sind. Die meisten flüssigen Kohlenwasserstoffe riechen schlecht und haben giftige Dämpfe. Wenn

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solche Flüssigkeiten verwendet werden, muß ein großer Aufwand, wie Abzüge u. dgl., getroffen werden, um die Dämpfe zu entfernen. Für viele Anwendungsgebiete, wie z. B. bei Bürokopiergeräten, sind solche Flüssigkeiten unbrauchbar, wie leicht einzusehen ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte flüssige Entwickler für elektrostatische Reproduktionsverfahren zu finden, die ohne Feuersgefahr erhitzt werden können und gleichzeitig verhältnismäßig geruchlos und ungiftig sind.

Gemäß der Erfindung besteht ein Entwickler aus einer Dispersion von feinverteilten, insbesondere thermoplastischen Entwicklerteilchen in einer Trägerflüssigkeit aus Dimethylpolysiloxan.

Dimethylpolysiloxane haben folgende Strukturformel:

CH₃

CH,-SI

CH_a

O —Si

CH_a

CH₃

O —Si —CH,

CH₃

wobei η Werte von 0 bis 2000 annehmen kann. Mit höher werdendem η werden die Flüssigkeiten bei gegebener Temperatur viskoser. Die Viskosität kann bei Raumtemperatur 0,65 cSt bis hinauf zu 10⁶ cSt betragen. Für die Zwecke der Erfindung sind nur solche Verbindungen oder Mischungen davon zu verwenden, deren Viskosität bei Raumtemperatur bis zu 3 cSt beträgt.

Diese Flüssigkeiten haben sich als überaus brauchbar für elektrostatische Reproduktionsverfahren erwiesen, weil sie sehr schlechte Lösungsmittel für organische Kunststoffe sind und verhältnismäßig hohe Flammpunkte haben. Ein Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität von 2 cSt hat beispielsweise einen Flammpunkt von 80° C und eine Verbindung von 3 cSt einen von 100° C. Im Vergleich dazu seien die Flammpunkte von Toluol mit 4,5° C, Terpentin mit 32° C und Schwerbenzin mit 44° C erwähnt. Die Dimethylpolysiloxane sind praktisch geruchlos und ungiftig, so daß sie auch für Bürokopiergeräte geeignet sind. Die bisher vorgeschlagenen, isolierenden, organischen Flüssigkeiten, wie Benzin, Toluol, Terpentin, Petroleumfraktionen, Tetrachlorkohlenstoff, Cyclohexan usw., sind zwar zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder geeignet, besitzen aber alle, wenn sie unvermischt als Trägerflüssigkeiten verwendet werden, eine oder mehrere der obenerwähnten, nachteiligen Eigenschaften. Die Dimethylpolysiloxane sind außerdem außergewöhnlich hydrophob und besitzen ausgezeichnete Isoliereigenschaften. Dies ist von besonderem Vorteil, da die meisten organischen Flüssigkeiten ihre Isoliereigenschaften in einer feuchten Atmosphäre verlieren und dadurch ein einwandfreies Arbeiten nicht mehr gewährleisten.

Zur Herstellung eines brauchbaren Entwicklers dispergiert man feinverteilte Teilchen eines Toners in Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität zwischen 0,6 und 3 cSt in einem Verhältnis von 20 Gewichtsteilen Teilchen zu 80 Gewichtsteilen Dimethylpolysiloxan. Der Gehalt an Teilchen in der Flüssigkeit ist bei diesem Beispiel für die meisten Anwendungen zu hoch. Eine solche Mischung eignet sich jedoch als Konzentrat, das lange Zeit gelagert und an den Endverbraucher geliefert werden soll. Vor dem Gebrauch wird dieses Konzentrat dann mit Dimethylpolysiloxan so weit verdünnt, daß die Konzentration der Teilchen in der Lösung 0,2 bis 6 Gewichtsprozent beträgt. Auch Teilchen aus thermoplastischem Material — Beispiele werden weiter unten angegeben — können in solchen Konzentrationen in Dimethylpolysiloxan dispergiert und praktisch unbegrenzt gelagert werden, ohne daß sie sich zusammenballen.

ίο Zur Dispersion in Dimethylpolysiloxan haben sich folgende Stoffe als geeignet erwiesen:

Beispiel I

In 200 Gewichtsteilen eines elastischen, thermoplastischen Kunststoffes aus Polymeren des Styrols, des substituierten Styrols und seiner Homologen (Schmelzpunkt z.B. 155° C) schmilzt man 12Gewichtsteile Ruß, 12 Gewichtsteile Nigrosin-Schwarz

(C. I. Nr. 50 415), 8 Gewichtsteile Iosol-Schwarz (C. I. Solvent Black 13) ein. Die gleichmäßige Mischung läßt man erkalten, mahlt sie zu einem feinen Pulver und sichtet sie zur gewünschten Teilchengröße. Man erhält geeignete Teilchen mit maximal 74 μ durch Sieben mit einem Sieb nach DIN 80. Diese Teilchen können dann nach irgendeinem bekannten Verfahren in dem Dimethylpolysiloxan dispergiert werden.

Beispiel II

Niedrigschmelzende Teilchen (Schmp. 120° C) zur Dispersion in einem Dimethylpolysiloxan sind aus 60 Gewichtsteilen eines thermoplastischen Kunststoffes aus Polymeren des Styrols, substituierten Styrols und seiner Homologen, (Erweichungspunkt 100° C), 40 Gewichtsteilen eines thermoplastischen Kunststoffes aus Polymeren des Styrols, substituierten Styrols und seiner Homologen (Erweichungspunkt 125° C) und 9 Gewichtsteilen Ruß aufgebaut.

Die obengenannten Stoffe werden in Pulverform miteinander gemischt, anschließend geschmolzen und zu einer homogenen Mischung durchgearbeitet. Man läßt die Schmelze erkalten, mahlt sie und sichtet sie zu der gewünschten Teilchengröße. Es hat sich gezeigt, daß selbst niedrigschmelzende Teilchen der beschriebenen Art, die beim trockenen Lagern zusammenbacken, stabile, nicht klumpende Dispersionen in Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität von ungefähr 2 cSt ergeben.

Die beschriebenen Stoffe können durch eine ganze Reihe von organischen Harzen, Kunststoffen oder Wachsen ersetzt werden, z. B. durch Octadecenamid, ein synthetisches Wachs mit einem Schmp. zwischen 133 und 140° C, Carnaubawachs (Schmp. ungefähr 80° C), ein relativ hartes modifiziertes, mikrokristallines Erdölwachs mit einem Schmp. zwischen 93 und 127° C, ein mikrokristallines Erdölwachs mit einem Schmp. zwischen 108 und 112° C, ein mikrokristallines Erdölwachs mit einem Schmp. zwischen 105 und 109° C, ein mikrokristallines Erdölwachs mit einem Schmp. um 103° C, einen thermoplastischen Kohlenwasserstoff mit einem Schmp. um 135° C.

In den oben angeführten Entwicklern können an Stelle der in den Beispielen I und II aufgeführten schwarzen Pigmente die verschiedensten Farbstoffe einzeln oder kombiniert verwendet werden. Gefärbte Entwickler enthalten zwischen 0,2 und 12 Gewichtsteile eines Farbstoffes auf 100 Gewichtsteile Ent-

wicklerteilchen. Geeignete Farbstoffe sind unter anderem:

Cyan-Blau-Toner GT

(USA.-Patentschrift 2 486 351),
Benzidin-Gelb (CI. 21090),
Brillant-Öl-Blau, BMA (C. I. 61 555),
Sudan-Rot 3 (C. I. 26 100),
Öl-Gelb 2G(CI. 11020),
Hansa-Gelb G (CI. 11680).

Es können auch gut überzogene Entwicklerteilchen verwendet werden, deren Kern aus Zinkoxyd und deren Überzug aus einem thermoplastischen Material besteht. Zinkoxyde mit einer Oberflächenleitfähigkeit von weniger als 10~⁹ Ohm~VFläche/ Watt/cm², gemessen mit Licht von einer Wellenlänge von ungefähr 3900 A, sind nicht in der Lage, eine elektrostatische Ladung zu halten, d. h. auf ein aufgeschmolzenes Bild aus solchem überzogenen Zinkoxyd kann kein weiteres Bild aufkopiert werden.

Ein Zinkoxyd mit einer Oberflächenleitfähigkeit von mindestens 10~⁹, gemessen in der oben angegebenen Weise, eignet sich zur Herstellung von mehrfarbigen Bildern, bei denen ein Teilfarbenbild auf ein anderes aufkopiert wird, um eine Mischfarbe zu erzeugen. Werden bei der Erzeugung des ersten Teilfarbenbildes isolierende Entwicklerteilchen mit einem zu großen Durchmesser verwendet, so ist ein Aufkopieren eines anderen Teilfarbenbildes nicht mehr möglich. Teilchen aus photoleitendem Zinkoxyd, die mit einem niedrigschmelzenden Kunststoff überzogen sind, erlauben jedoch ein Aufkopieren von mehreren Teilfarbenbildern und damit eine Farbmischung.

Geeignete Materialien für Entwicklerteilchen sind:

Beispiel III
Weißes Entwicklungspulver

1 Gewichtsteil Carnaubawachs,

2 Gewichtsteile photoleitendes Zinkoxyd.

Das Wachs wird geschmolzen und die Zinkoxydteilchen mit einer mittleren Größe zwischen 0,25 und 0,5 μΐη Durchmesser in die Schmelze eingebracht. Die Größe und die Form der Zinkoxydteilchen bestimmen bis zu einem gewissen Grade das Verhältnis von Zinkoxyd zu Überzugsmaterial. Ununterbrochenes Rühren während 15 bis 20 Minuten genügt, um das Zinkoxyd im Wachs zu dispergieren, wenn die Charge ungefähr 100 g wiegt. Die Mischung läßt man erkalten und mahlt sie anschließend zu einem feinen Pulver, das in üblicher Weise gesiebt wird.

Beispiel IV
Blaues Entwicklerpulver
20 Gewichtsteile synthetisches Octadecenamid-

wachs,

30 Gewichtsteile photoleitfähiges Zinkoxyd,
0,3 Gewichtsteile Kalziumstearat (Pigment-

benetzungsmittel),

1,5 Gewichtsteile Cyan-Blau-Toner GT
(USA.-Patentschrift 2 486 351).

Die Mischung wird in der gleichen Weise, wie bei Beispiel III beschrieben, hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Kalziumstearat der Schmelze vor

dem Zinkoxyd und der Farbstoff nach dem Zinkoxyd zugesetzt werden.

Beispiel V Rotes Entwicklerpulver 36 Gewichtsteile synthetisches Octadecenamid-

wachs,
5 Gewichtsteile eines festen thermoplastischen

Siliconkunststoffes,

80 Gewichtsteile photoleitfähiges Zinkoxyd, 4 Gewichtsteile Sudan-Rot (C. 1.26 100), 2 Gewichtsteile Öl-Gelb 2 G (CL 11 010), Herstellung wie bei Beispiel IV.

Es ist auch möglich, flüssige Entwickler herzustellen, die organische Pigmente in flüssigem Dimethylpolysiloxan enthalten. Die Dispersionen enthalten vorzugsweise bis zu 20 Gewichtsteile Pigment auf 100 Gewichtsteile Dimethylpolysiloxan. Der Begriff »Pigment« soll auch Stoffe umfassen, die manchmal als »Farbstoffe« bezeichnet werden, die aber nichtsdestoweniger unlöslich im Polysiloxan sind und die Eigenschaften und Merkmale von Pigmenten haben.

as Geeignete Pigmente für diese Zwecke sind beispielsweise:

Cyan-Blau-Toner GT
(USA.-Patentschrift 2 486 351),

Benzidin-Gelb (CI. 21090), Brillant-Öl-Blau, BMA (C 1.61555), Sudan-Rot 3 (CI. 26 100),
Öl-Gelb 2G(CI. 11020),
Pyrazolon-Pigment

(C I. 21080 oder CI. Rot 39), Hansa-Gelb G (CI. 11680).

Bei manchen der oben beschriebenen Dispersionen ist es zweckmäßig, oberflächenaktive Stoffe zu verwenden, um die elektrischen Eigenschaften der verwendeten Pigmente zu verbessern. Eine solche Lösung kann hergestellt werden durch Dispersion von 10 g l-(2-Hydroxyäthyl)-2-hydro-l-allo-2-Imidazolin in 20 g Toluol, wobei die Dispersion zur Lösung des l-(2-Hydroxyäthyl)-2-hydro-l-allo-2-imidazolins erwärmt wird. Die l-(2-Hydroxyäthyl)-2-hydro-l-allo-2-imidazolin-Lösung wird der Pigmentdispersion zugesetzt, bevor alles mit dem Dimethylpolysiloxan in einer Kugelmühle gemahlen wird. Derartige oberflächenaktive Zusätze verbessern beispielsweise die elektropositiven Eigenschaften eines roten Pyrazolonpigments beträchtlich.

Es können auch Entwickler hergestellt werden, die Komplementärbilder liefern. Wird ein solcher Entwickler auf ein aus negativen Ladungen aufgebautes Ladungsbild aufgebracht, so haftet das Entwicklermaterial auf den ungeladenen Flächen des Bildes besser als auf den geladenen. Derartige Entwickler können durch Dispergieren eines Pigments in einem Bindemittel hergestellt werden, deren Hauptvertreter Polyvinylchlorid ist.

Beispiel VI

4 g Ruß,
30 g Dimethylpolysiloxan, Viskosität etwa 2 cSt.

Der Ruß wird im Polysiloxan dispergiert, die Dispersion wird in einem 50-ml-Glasgefäß mit Stahl-

kugeln ungefähr 40 Stunden gemahlen. Ein Umkehrentwickler wird dann folgendermaßen hergestellt:

3 g Rußdispersion in Polysiloxan,

5 g Mischpolymerisat aus 96 % Polyvinylchlorid

und 4% Polyvinylacetat,
30 g Dimethylpolysiloxan

werden 16 bis 40 Stunden in einer Kugelmühle gemahlen. Diese Dispersion wird vorzugsweise mit zusätzlichem Polysiloxan in einem Verhältnis von 5 g Dispersion zu 200 g Polysiloxan verdünnt.

Farbige Dispersionen können in ähnlicher Weise unter Verwendung der erwähnten Pigmente hergestellt werden.

Die obenerwähnten Entwickler liefern bei elektrostatischen Reproduktionsverfahren wesentlich bessere Resultate. Die Entwickler können auf das Ladungsbild durch Aufgießen, Sprühen, Auftragen mit einer Rolle oder durch Eintauchen in einen Tank aufgebracht werden. Wenn die hier beschriebenen Entwickler auf diese Weise benutzt werden, entstehen wesentlich weniger Niederschläge von Entwicklerteilchen in unerwünschten Bildteilen im Vergleich zu den bisher bekannten Entwicklern. Durch einfaches Erhitzen der Oberfläche, auf der sich das entwickelte Bild befindet, auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Entwicklerteilchen wird die überschüssige Trägerflüssigkeit von der Oberfläche entfernt, und die Entwicklerteilchen verschmelzen mit ihr. Es entsteht dabei ein dauerhaftes Bild, das ohne die Gefahr eines Verwischens verwendet werden kann. Wenn es sich auf einer flexiblen Fläche befindet, läßt es sich mit dieser biegen, ohne daß es abblättert oder reißt. Während des Erhitzens kommt eine weitere vorteilhafte Eigenschaft des Dimethylpolysiloxans zum Tragen: Obwohl es einen Entflammungspunkt von nur etwa 80° C hat, kann es die Verbrennung nicht gut selbst unterhalten, d. h., es kann mittels eines Heißluftstroms auf Temperaturen von 220° C oder mehr erhitzt werden, vorausgesetzt daß es keiner offenen Flamme ausgesetzt wird.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Konzentrat für einen flüssigen Entwickler zur elektrostatischen Herstellung von Bildern, welches bis zu 20 Gewichtsprozent in einer Flüssigkeit dispergierte Teilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit aus Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität zwischen 0,6 und 3 cSt besteht.

2. Entwicklerkonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus einem oder mehreren Wachsen, Harzen oder thermoplastischen Kunststoffen mit einem Schmelzpunkt unterhalb von 200° C bestehen und daß der Durchmesser der Teilchen höchstens 74 μΐη beträgt.

3. Entwicklerkonzentrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus einem praktisch farblosen thermoplastischen Kunststoff bestehen, der einen Farbstoff oder ein gefärbtes Pigment enthält.

4. Entwicklerkonzentrat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff aus Polyvinylchlorid besteht.

5. Entwicklerkonzentrat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff 96 Gewichtsprozent Polyvinylchlorid und 4 Gewichtsprozent Polyvinylacetat enthält.

6. Entwicklerkonzentrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus Zinkoxydpartikeln bestehen, die mit einem isolierenden Überzug aus einem oder mehreren natürlichen oder synthetischen Wachsen, Harzen oder Kunststoffen versehen sind.

7. Entwicklerkonzentrat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einem praktisch farblosen Material und einem Farbstoff oder Pigment besteht.

8. Verfahren zum Entwickeln von elektrostatischen Ladungsbildern auf einer isolierenden Fläche unter Verwendung eines Entwicklerkonzentrates nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entwicklerkonzentrat mit Dimethylpolysiloxan auf eine Konzentration von mindestens 0,2 Gewichtsprozent und höchstens 6 Gewichtsprozent an suspendierten Teilchen verdünnt wird, daß das verdünnte Entwicklerkonzentrat auf die Fläche aufgebracht wird und daß die Fläche, nachdem sich die Teilchen durch elektrostatische Anziehung auf ihr niedergeschlagen haben, zur Verschmelzung der Teilchen mit der Fläche und zur Entfernung des Polysiloxans erhitzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 047 616.

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