DE1597822B2

DE1597822B2 - Traegerteilchen fuer einen elektrophotographischen pulver entwickler

Info

Publication number: DE1597822B2
Application number: DE19671597822
Authority: DE
Inventors: Howard Anthony Rochester NY Miller (V St A )
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1966-07-05
Filing date: 1967-07-04
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE1597822A1

Description

Die Erfindung betrifft Trägerteilchen für einen elektrophotographischen Pulverentwickler aus in einem Bindemittel dispergierten magnetischen Teilchen.

Es ist bekannt, z. B. aus der USA.-Patentschrift 2 297 691, die Oberfläche von normalerweise isolierenden, photoleitfähigen Schichten nach einer gleichmäßigen elektrostatischen Aufladung und einer durch bildgerechte Belichtung herbeigeführten selektiven Entladung mittels eines elektrophotographischen Pulverentwicklers oder sogenannten Toners zu entwickeln. Die Entwicklerpartikeln können dabei auf der Oberfläche der photoleitfähigen Schicht fixiert werden oder aber auf einen anderen Schichtträger übertragen werden, worauf das photoleitfähige Material von neuem verwendet werden kann.

Die Trägerteilchen der bekannten Pulverentwickler bestehen in der Regel aus festen Teilchen, die beträchtlich größer sind als die eigentlichen Entwicklerteilchen. Die Trägerteilchen können dabei auf ihrer Oberfläche eine große Anzahl der kleineren Entwicklerteilchen festhalten. Trägerteilchen und Entwicklerteilchen sind dabei entgegengesetzt geladen, so daß die Entwicklerteilchen fest auf der Oberfläche der Trägerteilchen haften. Die elektrostatische Anziehung wird in der Regel auf triboelektrischem Wege durch die bei der Herstellung des Entwicklers beim Mischen der Trägerteilchen mit den Entwicklerteilchen stattfindende Reibung herbeigeführt.

Die Trägerteilchen können (vgl. britische Patentschrift 1034158 und USA.-Patentschrift 2 618 552) aus kleinen Kristallen anorganischer Salze, kleinen Glasperlen oder Harzkügelchen bestehen oder aus magnetisch empfindlichen Teilchen, z. B. Eisenteilchen (vgl. USA.-Patentschrift 2 874 063), wenn die Entwicklerteilchen auf magnetischem Wege abgeschieden werden sollen. Derartige magnetisch empfindliche Trägerteilchen lassen sich im Rahmen eines sogenannten »magnetischen Bürstenentwicklungsverfahrens« verwenden, das z. B. aus der USA.-Patentschrift 2874063 bekannt ist. Bei diesem Verfahren bildet der txiboelektrische Entwickler aus Eisenträgerteilchen und Entwicklerteilchen, welcher in einem magnetischen Feld, d. h. an einem Pol eines zylindrischen, durch Gleichstrom angeregten Elektromagneten, gehalten wird, eine Art federnde Bürste, mit welcher das Bild entwickelt wird. Überstreicht die magnetische Bürste das latente elektrostatische Bild, so wird die Anziehung zwischen den Entwicklerteilchen und den Trägerteilchen aufgehoben, und die Entwicklerteilchen werden von den Trägerteilchen auf das elektrostatische Bild übertragen. Die Trägerteilchen werden von der magnetischen Bürste zurückgehalten und können gegebenenfalls erneut mit frischen Entwicklerteilchen beladen werden. Bei Verwendung derartiger Pulverentwickler im Rahmen des magnetischen Bürstenentwicklungsverfahrens läßt sich eine gleichmäßige Entwicklung voller Flächen erreichen. Nachteilig an der Verwendung derartiger Entwickler ist jedoch, daß ein starker Abrieb des das elektrostatische Bild tragenden Materials erfolgt.

Aus der bekanntgemachten japanischen Patentanmeldung 26 386/65 ist es des weiteren bekannt, als Trägerteilchen für Pulverentwicklerteilchen aus in einem filmbildenden Bindemittel dispergierten ferromagnetischen Metallpulver zu verwenden. Diese Trägerteilchen führen zwar einen geringeren Abrieb herbei, haben jedoch den Nachteil, daß sich bei ihrer Verwendung keine gleichmäßige Entwicklung voller Flächen erreichen läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, Trägerteilchen für einen elektrophotographischen Pulverentwickler aus in einem Bindemittel dispergierten magnetischen Teilchen anzugeben, bei deren Verwendung ein nachteiliger Abrieb der photoleitfähigen Schicht vermieden wird, gleichzeitig jedoch eine Entwicklung voller Flächen erreicht wird.

ίο Der Gegenstand der Erfindung geht von Trägerteilchen für einen elektrophotographischen Pulverentwickler aus in einem Bindemittel dispergierten magnetischen Teilchen aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Teilchen höchstens einen V₅ so großen Durchmesser wie die Trägerteilchen haben und daß die Trägerteilchen in dem Bindemittel zusätzlich elektrisch leitende Teilchen dispergiert enthalten.
Die erfindungsgemäßen Trägerteilchen bestehen somit aus drei Komponenten, nämlich:

1. einer elektrisch isolierenden Komponente, die auf triboelektrischem Wege Entwicklerpartikeln anzuziehen vermag;

2. magnetisch empfindlichen Teilchen und

3. feinverteilten elektrisch leitenden Teilchen.

Der durchschnittliche Durchmesser der Trägerteilchen liegt vorzugsweise bei etwa 100 bis 600 Mikrometer. Die Trägerteilchen können jedoch gegebenenfalls auch größer oder kleiner sein. Als besonders vorteilhaft haben sich Trägerteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 125 bis etwa 250 Mikrometer und Entwicklerteilchen mit einem maximalen Korndurchmesser von etwa 25 Mikrometer erwiesen. Ausgezeichnete Ergebnisse erhält man mit solchen Entwicklern, bestehend aus Trägerteilchen und Entwicklerteilchen der angegebenen Größenordnung, wobei das Verhältnis von Trägerteilchendurchmesser zu Entwicklerteilchendurchmesser mindestens 10: 1 beträgt.

Durch die zusätzliche Verwendung nichtmagnetischer, elektrisch leitender Teilchen kann der Widerstand der Teilchen innerhalb eines weiten Bereiches variiert werden. So kann beispielsweise bei Weicheisenteilchen enthaltenden Trägerteilchen durch zusätzliches Dispergieren von elektrisch leitenden Teilchen in dem "Bindemittel der Widerstand der Trägerteilchen so weit erniedrigt werden, daß eine ausgezeichnete Entwicklung voller Flächen stattfindet, ohne daß eine Störung des elektrostatischen Bildes erfolgt, was bei Verwendung von Trägerteilchen ohne elektrisch leitende Teilchen der Fall ist.

Die Trägerteilchen der Erfindung lassen sich prinzipiell dadurch herstellen, daß man Teilchen aus einem magnetisch empfindlichen Stoff mit einer Teilchengröße von weniger als 50 Mikrometer in einem isolierend wirkenden Bindemittel dispergiert, daß man in dem isolierend wirkenden Bindemittel ferner feinverteilte Teilchen aus einem elektrisch leitenden Stoff dispergiert, daß man die erhaltene Dispersion härtet und daß man aus der erhaltenen festen Dispersion, gegebenenfalls nach Zerkleinerung, Teilchen einer bestimmten Größe von vorzugsweise 100 bis 600 Mikrometer, insbesondere 125 bis 250 Mikrometer, aussortiert.

Im einzelnen kann jedoch sehr verschieden verfahren werden. So kann bei der Herstellung der Trägerteilchen erhitzt werden, um ein thermoplastisches Bindemittel

zu erweichen oder um eine wärmefixierbare Komponente zu härten. Ferner kann zur Entfernung gegebenenfalls vorhandener flüssiger Komponenten unter Verdampfen der flüssigen Komponente getrocknet werden. Schließlich können beim Extrudieren, Vergießen und Verformen der Dispersionen Druck oder Wärme und Druck angewandt werden. Um die Trägerteilchen in die erwünschte Form zu bringen, können Schneidoperationen oder Scheroperationen angewandt werden. Weiterhin können die Trägerteilchen, um sie auf eine geeignete Größe zu bringen, gegebenenfalls in einer Kugelmühle vermählen werden. Des weiteren können die Teilchen zur Gewinnung bestimmter Fraktionen gesiebt werden.

In vorteilhafter Weise werden die pulverförmigen magnetischen Teilchen und die elektrisch leitenden Teilchen in einer Lösung eines harzförmigen Bindemittels dispergiert. Hierauf wird das Lösungsmittel abgedampft, worauf die zurückgebliebene feste Masse vermählen und gesiebt wird. Als besonders vorteilhaft hat sich die Fraktion von Trägerteilchen mit einer Größe von 125 bis 250 Mikrometer erwiesen.

In vorteilhafter Weise lassen sich Trägerteilchen hervorragender Gleichmäßigkeit, ausgezeichneter Glätte und langer Lebensdauer jedoch auch mit Hilfe einer Emulsionspolymerisation herstellen. In diesem Falle werden die magnetischen Teilchen, beispielsweise Eisenteilchen, und die elektrisch leitenden Teilchen, wie Kohlenstoff, in einer (viskosen) Lösung eines Monomeren oder einer Mischung von Monomeren, welche gegebenenfalls ein Verdickungsmittel enthalten kann, dispergiert. Die erhaltene Flüssigkeit kann hierauf in einer viskosen wäßrigen Lösung eines hydrophilen Schutzkolloids emulgiert und anschließend zu festen und harten Polymerpartikeln oder Perlen, in welchen die magnetischen Teilchen dispergiert sind, polymerisiert werden. Nach der Polymerisation können die Partikeln oder Perlen gesiebt werden, gegebenenfalls nach Zerkleinerung in einer Kugelmühle.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß Trägerteilchen für einen elektrophotographischen Pulverentwickler zur Verfügung stehen, die sich hervorragend zur Herstellung von Pulverentwicklern eignen, die eine Entwicklung voller Flächen von auf elektrostatischem Wege erzeugten Bildern ermöglichen, ohne daß dabei ein nachteiliger Abrieb der Oberfläche des photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials bewirkt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Trägerteilchen leitende Teilchen aus Kohlenstoff. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß besonders wirksame Trägerteilchen zur Verfügung stehen, da durch Verwendung von Kohlenstoff als leitende Teilchen der Widerstand der Trägerteilchen besonders leicht variiert und den verschiedensten Bedürfnissen angepaßt werden kann.

Die Trägerteilchen können eine sehr verschiedene Form besitzen, d. h. beispielsweise zylindrisch, kubisch, fadenförmig, platten- oder scheibenförmig sein.

Die zusammen mit den Trägerteilchen verwendeten Entwickler- oder Tonerteilchen können aus den verschiedensten Stoffen bestehen, solange diese nur dem entwickelten Bild die gewünschten physikalischen Eigenschaften verleihen und mit den Trägerteilchen in geeigneter triboelektrischer Beziehung stehen.

Sollen die unter Verwendung der Trägerteilchen nach der Erfindung hergestellten Pulverentwickler im Rahmen einer magnetischen Bürstenentwicklung verwendet werden, so können als magnetische Teilchen solche aus einem weichen magnetischen Stoff, d. h. einem Stoff mit einem geringen Restmagnetismus (Remanenz), verwendet werden. In einem solchen Falle verschwindet der durch ein äußeres Magnetfeld induzierte Magnetismus nach der Entfernung des Magnetfeldes vollständig. Diese Eigenschaft erleichtert das Aufbrechen und die Umbildung der magnetischen Bürste. Hierzu geeignete Stoffe sind beispielsweise Eisen, Weicheisen, Chromoxyd sowie andere magnetische Oxyde. Es können jedoch auch harte magnetische Stoffe, wie beispielsweise y-Eisen(III)-oxyd, verwendet werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Trägerteilchen magnetische Teilchen aus magnetischem Eisenoxyd — vorzugsweise y-Eisenoxyd —, weichem Eisen, ferromagnetischen eisenhaltigen Legierungen oder Mischungen davon. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung werden Trägerteilchen geschaffen, die sich insbesondere zur Herstellung von Pulverentwicklern für die magnetische Bürstenentwicklung eignen, bei deren Verwendung eine besonders vorteilhafte Entwicklung voller Flächen erzielt wird, ohne daß ein nachteiliger Abrieb der Oberfläche des photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterials zu beobachten ist.

Die zur Herstellung der Trägerteilchen verwendeten magnetischen Teilchen sollen vorzugsweise eine relativ gleichmäßige Form besitzen. Der Durchmesser soll des weiteren wesentlich kleiner sein als der der herzustellenden Trägerteilchen, damit die Oberfläche der Trägerteilchen praktisch frei von magnetischen Teilchen ist. In vorteilhafter Weise ist das Durchmesserverhältnis von magnetischen Teilchen zu Trägerteilchen viel geringer als 1: 5. Der Durchmesser der magnetischen Teilchen soll zweckmäßig unter 50 Mikrometer liegen. Ausgezeichnete Ergebnisse erhält man mit magnetischen Teilchen, deren durchschnittlicher Durchmesser in der Größenordnung von 5 bis herab zu 0,05 Mikrometer liegt. Gegebenenfalls können auch noch feinere Pulver, wie beispielsweise ein in der Größenordnung von Kolloiden liegendes »Carbonyleisen« verwendet werden, welches durch Reduktion von Eisencarbonyl erhalten wird. Derartige Pulver können immer dann verwendet werden, wenn der Zerkleinerungsgrad zu keinen unerwünschten Veränderungen der magnetischen Eigenschaften führt und wenn die Menge und der Typ des ausgewählten Bindemittels eine ausreichende Haftung und andere erwünschte mechanische Eigenschaften der Trägerteilchen bewirkt.

Die Konzentration der magnetischen Teilchen in den Trägerteilchen kann sehr verschieden sein. Trägerteilchen, die in vorteilhafter Weise im Rahmen einer magnetischen Bürstenentwicklung eingesetzt werden, enthalten in vorteilhafter Weise beispielsweise etwa 20 bis etwa 95 Gewichtsprozent Eisenpulver.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Trägerteilchen 200 Mikrometer groß und enthalten 20 bis 90 Gewichtsprozent magnetische Teilchen. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung werden besonders leicht applizierbare und wirkungsvolle Trägerteilchen geschaffen.

Das Bindemittel, in dem die magnetischen Teilchen dispergiert werden, wird nach den jeweils erforderlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften ausgewählt. Es soll

1. fest an den magnetischen Teilchen haften;

2. die Bildung starker, oberflächenglatter Teilchen erleichtern und

3. gegenüber den Entwicklerteilchen, mit denen zusammen es verwendet wird, ausreichend große unterschiedliche triboelektrische Eigenschaften besitzen.

Werden die Trägerteilchen nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt, so erzeugt ein Abrieb der Teilchen eine exponierte Oberfläche mit triboelektrischen Eigenschaften, die denen der ursprünglichen Oberfläche identisch sind. Diese Eigenschaft ist mindestens teilweise auf die homogene Struktur der Trägerteilchen zurückzuführen.

Das Bindemittel kann aus einem natürlichen oder künstlichen Harz oder einer Mischung verschiedener Harze mit geeigneten mechanischen und triboelektrischen Eigenschaften bestehen. Geeignete Monomere, welche zur Herstellung von für diesen Zweck geeigneten Harzen verwendet werden können, sind beispielsweise Vinylmonomere, z. B. Acrylsäurealkylester und Methacrylsäurealkylester, Styrol und substituierte Styrole, basische Monomere, ζ. Β. Vinylpyridin u. dgl. Auch können Mischpolymerisate aus diesen und anderen Vinylmonomeren sowie sauren Monomeren, wie Acrylsäure und Methacrylsäuremonomeren, verwendet werden. Derartige Mischpolymerisate können in vorteilhafter Weise geringe Mengen polyfunktioneller Monomerer, beispielsweise Diphenylbenzol, Glykoldimethacrylat und Triallylcitrat enthalten.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiele 1 bis 4

Es wurden vier Typen von Trägerteilchen hergestellt, von denen jede eine bestimmte Menge Weicheisenteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 2 μΐη enthielt.

Zu diesem Zweck wurden 200 g Weicheisenpulver innig mit 2 Teilen eines Mischpolymerisates aus Vinylacetat und Vinylchlorid mittleren Molekulargewichts, welches zu etwa 90°/₀ aus Vinylchlorid- und zu etwa 10 °/o aus Vinylacetateinheiten bestand, und 3 Teilen eines wärmehärtbaren Melamin-Formaldehyd-Harzes miteinander vermischt. Die beiden Polymeren wurden unter Verwendung einer 18%igen Salzsäurelösung als Katalysator mit 5 g eines wärmehärtbaren Phenol-Formaldehyd-Harzes an die Eisenteilchen gebunden. In jede der vier Mischungen wurden weiterhin Teilchen aus elektrisch leitfähigem Kohlenstoff homogen eingemischt, um den Widerstand der Mischungen zu verändern. Im einzelnen wurden eingemischt:

Beispiel

(Vergleichsprobe)
2
3
4

Leitfähiger Kohlenstoff,

bezogen auf Gewichtsprozent

des Trockengewichts des

Harzes

4
12
36

60

Hierauf wurden die einzelnen Mischungen durch Erhitzen gehärtet. Die gehärteten Mischungen wurden anschließend zu einem feinen Pulver vermählen, worauf Fraktionen mit Teilchen einer Größe von 125 bis 250 Mikrometer aussortiert wurden.

Aus sämtlichen vier Trägerteilchentypen wurden hierauf triboelektrische Entwicklerpulver hergestellt, indem jeweils 20 g Trägerteilchen mit 1 g aus 90 % Polystyrol und 10% Ruß bestehenden Entwicklerteilchen eines durchschnittlichen Durchmessers von 15 μπι vermischt wurden.

Hierauf wurden die erhaltenen vier Pulverentwickler im Rahmen eines magnetischen Bürstenentwicklungsverfahrens verwendet, bei welchem negative elektrostatische Bilder, die auf einem elektrophotographischen Aufzeichnungspapier auf Zinkoxyd-Bindemittelbasis erzeugt worden waren, entwickelt wurden.

Im Falle der Beispiele 1 und 2 wurde lediglich eine Randentwicklung erhalten. Im Falle von Beispiel 3 wurde eine Entwicklung niedriger Dichtebezirke mit höheren Dichten an den Kanten erzielt. Im Falle des Beispiels 4 wurde eine gleichmäßige Entwicklung des gesamten Bildes erreicht, und zwar auf Grund der größeren Leitfähigkeit des in diesem Falle verwendeten Entwicklers.

Beispiel 5

Zur Herstellung von Trägerteilchen wurden folgende Bestandteile miteinander vermischt:

38,5 g eines teilweise hydrolysierten Mischpolymerisates aus Vinylchlorid und Vinylacetat mit einem Vinylchloridgehalt von etwa 91 %> 45,0 g Methylketon,
255,0 g Methylisobutylketon,

10,0 g elektrisch leitender Ofenruß,
116,0 g 7-Fe₂O₃ und

2,0 g eines nichtionogenen oberflächenaktiven
Mittels.

Die erhaltene Mischung wurde erhitzt und anschließend abgekühlt, wobei harte Partikeln anfielen, welche vermählen wurden. Teilchen eines Größenbereiches von 125 bis 250 Mikrometer wurden aussortiert.

Ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial, bestehend aus:

1. einem Celluloseacetatschichtträger,

2. einer hierauf aufgetragenen, Kupferiodid enthaltenen Polyvinylacetatschicht und

3. einer darauf aufgetragenen photoleitfähigen Schicht aus einem in Bindemittel verteiltem Triphenylamin

wurde 6 Sekunden lang mittels einer 9 Kilovolt Corona-Entladung negativ aufgeladen, hierauf in einer Kopierkamera mit Licht einer Intensität von 161,4 Lux/Sekunden belichtet und mittels einer magnetischen Bürstenentwicklung entwickelt.

Als Entwickler wurden die wie beschrieben hergestellten Trägerteilchen verwendet, die zuvor mit 5 Gewichtsprozent Entwicklerteilchen einer Teilchengröße von etwa 10 μπα sowie der folgenden Zusammensetzung vermischt worden waren:

3 g Ruß,

3 g Anilin-Schwarz (C. J. Solvent Black 5),

2 g Iosol-Schwarz (C. J. Solvent Black 13)

und
92 g eines thermoplastischen Bindemittels auf Basis eines Mischpolymerisats aus Styrol und Styrolhomologen.

Das entwickelte Bild wurde auf übliches Bildemp-

fangspapier übertragen. Es wurden qualitativ hochwertige Kopien erhalten.

Beispiel 6

Nach dem im Beispiel 5 beschriebenen Verfahren wurden weitere Trägerteilchen hergestellt. Diesmal wurde jedoch das teilweise hydrolysierte Mischpolymerisat aus Vinylchlorid und Vinylacetat teilweise durch ein anderes handelsübliches Harz in folgender Weise ersetzt:

25 g Mischpolymerisat aus Vinylchlorid und Vinylacetat gemäß Beispiel 5,
13,5 g eines handelsüblichen Polyvinylbutyralharzes.

Die erhaltenen Trägerteilchen besaßen bessere mechanische Eigenschaften als die Trägerteilchen, die lediglich unter Verwendung eines einzigen Harzes hergestellt wurden.

Die Trägerteilchen wurden mit den Entwicklerteilchen gemäß Beispiel 5 vermischt. Unter Verwendung des erhaltenen Entwicklers wurden nach dem im Beispiel 5 beschriebenen Verfahren qualitativ hochwertige Kopien erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Trägerteilchen für einen elektrophotographischen Pulverentwickler aus in einem Bindemittel dispergierten magnetischen Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Teilchen höchstens einen ¹J₅ so großen Durchmesser wie die Trägerteilchen haben und daß die Trägerteilchen in dem Bindemittel zusätzlich elektrisch leitende Teilchen dispergiert enthalten.

2. Trägerteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie leitende Teilchen aus Kohlenstoff enthalten.

3. Trägerteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie magnetische Teilchen aus magnetischem Eisenoxyd — vorzugsweise y-Eisenoxyd —, weichem Eisen, ferromagnetischen eisenhaltigen Legierungen oder Mischungen davon enthalten.

4. Trägerteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 200 Mikrometer groß sind und 20 bis 90 Gewichtsprozent magnetische Teilchen enthalten.

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