DE19620476B4

DE19620476B4 - Toner und Entwickler für Hochgeschwindigkeitslaserdrucker

Info

Publication number: DE19620476B4
Application number: DE1996120476
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Kötter; Werner Oechsle; Detlef Dr. Schulze-Hagenest; Burkhart Dr. Huber
Original assignee: Individual
Current assignee: Schulze-Hagenest Detlef Dr 24113 Molfsee De
Priority date: 1996-05-21
Filing date: 1996-05-21
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2016-05-22
Also published as: DE19620476A1; WO1997044713A1

Abstract

Zwei-Komponenten-Entwickler aus Toner- und Trägerteilchen, wobei die Tonerteilchen ein oder mehrere Bindemittel, ein Trennmittel, eine farbgebende Komponente und leitfähigkeitsvermittelnde Additive aufweisen, wobei diese ein ladungserhöhendes, leitfähig keitsvermittelndes quartäres Ammoniumsalz mit einem Schmelzpunkt von unterhalb 150°C und
ein ladungssteuerndes, leitfähigkeitsvermittelndes Antistatikum mit einem Schmelzpunkt von unterhalb 150°C sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
das quartäre Ammoniumsalz ein Benzimidazolderivat mit folgender allgemeiner Formel

ist, worin m 1 oder 2 ist, R₅ Methyl, Ethyl oder Propyl bedeutet und ein Wasserstoffatom des aromatischen Rings substituiert, R₆ eine Alkylgruppe folgender allgemeiner Formel CH₃-(CH₂)_p- (IV)darstellt, wobei p eine ganze Zahl von 2 bis 20 ist und A^⊝ ein Halogenid, Sulfonat, Tosylat, Methylsulfat, Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Methylsulfonat, Dihydrogenphosphat, Dimethylhydrogenphosphat, Dimethylphosphat oder Borat bedeutet oder das quartäre Ammoniumsalz die folgende allgemeine Formel

besitzt, worin s eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, R₇ und R₈ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, Methyl, Ethyl oder Propyl bedeuten und R₉ eine...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zwei-Komponenten-Entwickler aus Toner- und Trägerteilchen, wobei die Tonerteilchen ein oder mehrere Bindemittel, ein Trennmittel, eine farbgebende Komponente und leitfähigkeitsvermittelnde Additive aufweisen, ein Verfahren zur Herstellung des Entwicklers sowie die Verwendung des Toners bzw. Entwicklers in einem Hochgeschwindigkeitslaserdrucker.

Elektrophotographische Aufzeichnungsverfahren besitzen grundsätzlich ähnliche prinzipielle Prozeßschritte: Ein isoliertes elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial wird durch eine Hochspannungscorona aufgeladen, und durch partielle Entladungen des Aufzeichnungsmaterials wird ein latentes elektrostatisches Abbild auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials erzeugt. Dieses Ladungsbild wird durch Kontakt mit einem Entwickler sichtbar gemacht. In weiteren Prozeßschritten wird das entwickelte Abbild vom Aufzeichnungsmaterial auf ein Trägermedium, wie z.B. Papier, übertragen und dort beispielsweise durch Wärme und/oder Druck dauerhaft fixiert.

Bei elektrophotographischen Entwicklern unterscheidet man zwischen Trocken- und Flüssigentwicklern, sowie zwischen Ein- und Zwei-Komponenten-Entwicklern. Letztere bestehen aus Toner- und Trägerteilchen und stellen die Hauptgruppe der Trockenentwickler dar.

Zur Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes kann der Trockenentwickler auf die elektrostatisch aufgeladene Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials nach dem Kaskadenverfahren, nach dem Magnetbürstenverfahren oder nach dem "Powder-Cloud"-Verfahren aufgebracht werden.

Bei dem Magnetbürstenverfahren wird zum Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes in der Regel ein Zwei-Komponenten-Entwickler verwendet, der aus farbigen Toner teilchen und ferromagnetischen Trägerteilchen besteht. Die Toner- und Trägerteilchen werden in der Entwicklerstation durchmischt. Während des Mischvorgangs erhält der Toner durch Reibung mit dem Träger eine bestimmte triboelektrische Aufladung, wobei der Träger eine zum Toner entgegengesetzte Ladung erhält. Durch die gegensätzlichen Ladungen haften die Toner- und Trägerteilchen elektrostatisch aneinander. Dieses Entwicklergemisch wird über eine als Magnetwalze ausgebildete Entwicklerwalze im Entwicklerspalt am elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial vorbeigeführt. Aufgrund elektrostatischer Kräfte werden die Tonerteilchen angezogen und bleiben am entgegengesetzt aufgeladenen Abbild haften. Dadurch werden die aufgeladenen Flächen bzw. das latente Ladungsbild sichtbar gemacht. Durch eine zusätzlich angelegte Vorspannung im Bereich des Entwicklerspalts kann der Entwicklungsvorgang unterstützt werden.

Für die Magnetbürstenentwicklung können die Trägerteilchen aus magnetischen Substanzen, wie z.B. Eisenspänen, Eisenpulver oder Eisenoxiden bestehen. Die Trägerteilchen können sphärisch oder irregulär geformt und mit einem Polymer beschichtet sein.

Die Hauptkomponente des Toners ist üblicherweise ein thermoplastisches Harz. Typische Tonerharze sind Polymerisations-, Polyadditions- und Polykondensationsprodukte, wie z.B. Polyester-, Styrolacrylat- und Epoxidharze oder deren Mischungen.

Durch an sich bekannte verfahrenstechnische Schritte, wie Mischen und Schmelzdispergieren, werden farbgebende Komponenten, Trennmittel und Ladungssteuerstoffe in die Harzmatrix eingebaut. Durch Mahlen und Klassieren wird anschließend eine Tonerteilchengröße von 5–30 μm erhalten. Weitere ladungssteuernde und fließverbessernde Additive können nachträglich auf die Toneroberfläche aufgebracht werden.

Die Ladungssteuerstoffe haben die Aufgabe, eine positive oder negative triboelektrische Aufladbarkeit gegenüber dem Träger zu erreichen.

Für die triboelektrische Qualität eines Toners sind, neben der Polarität die Höhe der triboelektrischen Aufladung, die Abhängigkeit der Aufladehöhe von der Aktivierungszeit und die Ladungsverteilung entscheidende Kriterien. Darüber hinaus muß das triboelektrische Verhalten des Toners und des Entwicklers über einen langen Zeitraum stabil bleiben.

Toner, die sich gegenüber dem Träger positiv aufladen, enthalten in der Regel nichtionische oder kationische Verbindungen.

Typische Ladungssteuerstoffe sind quartäre Ammoniumverbindungen mit unterschiedlich langen Kohlenstoffketten, die gegebenenfalls zusätzliche funktionelle Gruppen in einer oder mehreren Seitenketten aufweisen. Die quartären Ammoniumverbindungen können ferner heterozyklische, aromatische oder carbozyklische Ringsysteme sein. Die Ladungssteuerstoffe können auf Pigmenten wie Ruß aufgebracht sein.

Um eine gleichförmigere Ladungsverteilung zu erzielen, kann Tonern zusätzlich zur quartären Ammoniumverbindung ein zweites Additiv zugesetzt werden. Bei dem zweiten Additiv kann es sich ebenfalls um eine quartäre Ammoniumverbindung oder um ein tertiäres Amin handeln. Entsprechende Toner werden in den US-Patenten 5 209 999 A, 5 304 449 A und 5 501 932 A und der Europäischen Patentanmeldung 0 686 884 A1 beschrieben. Durch diese Kombination von Additiven soll beispielsweise bei den Tonern der letztgenannten Patentanmeldung eine gute Bildqualität erreicht werden, jedoch beträgt die Gebrauchsdauer des Entwicklers kaum mehr als 500 000 Blatt, was als noch nicht befriedigend angesehen wird.

Neben einer gleichmäßigen optische Einfärbung der Vollflächen spielen sowohl die Auflösung als auch die Kantenschärfe bei gleichzeitiger Hintergrundfreiheit eine entscheidende Rolle für die Qualität des entwickelten Bildes. Die resultierende Bildqualität hängt dabei stark vom Wechselspiel der elektrostatischen Kräfte ab.

Bei elektrophotographischen Geräten, bei denen in schneller Reihenfolge Bilder mit unterschiedlichster optischer Dichte eingefärbt werden müssen, führen die hohen Prozeßgeschwindigkeiten zu besonderen Anforderungen an den Toner und den Entwickler.

Bei der leitfähigen Entwicklung werden bevorzugt poröse, irregulär geformte Trägerteilchen, sogenannte Schwammträger, verwendet, wobei die angelegte Entwicklervorspannung durch Kontakt der Trägerspitzen über die gesamte Entwicklermenge an die Trägerteilchen, die sich in der Nähe des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials befinden, weitergegeben wird. Dadurch steht das angelegte Entwicklungspotential nahezu vollständig der Entwicklung zur Verfügung, so daß auch bei hohen Prozeßgeschwindigkeiten die Vollflächen gleichmäßig eingefärbt werden und keine Kanteneffekte auftreten.

Ein derartiges Toner- und Entwicklersystem benötigt daher eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit, die sogenannte Entwicklerleitfähigkeit, die in einem bestimmten Intervall liegen muß, damit einerseits die Vollflächen gleichmäßig eingefärbt werden, andererseits jedoch der Abbildungshintergrund frei von Tonerteilchen bleibt.

Hochaufgeladene Toner haben die Tendenz auf dem Träger haften zu bleiben. Dadurch kommt es mit der Zeit zu einer Anhäufung von Tonerteilchen auf der Trägeroberfläche. Durch diese zunehmende Belegung des Trägers mit Tonerteilchen kommt es zu einem Anstieg des Entwicklerwiderstandes und damit verbunden zu einer Verschlechterung der Bildqualität, zu einer ungleichmäßigen Einfärbung der Vollflächen und letztlich zu einer Verringerung der Lebensdauer des Entwicklers.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Zwei-Komponenten-Entwickler aus Toner- und Trägerteilchen bereitzustellen, bei dem sich unabhängig vom Tonerverbrauch eine möglichst konstante triboelektrische Aufladung einstellt, der sich über die Aktivierungszeit schnell und gleichmäßig auflädt, bei dem der Toner nicht oder nur geringfügig auf den Träger aufzieht, so daß eine Entwicklerlebensdauer von mehr als 1 000 000 Blatt erreicht wird, und bei dem sich der Träger- bzw. Entwicklerwiderstand nicht oder nur geringfügig ändert und der über die gesamte Lebensdauer des Entwicklers eine gleichbleibend gute Bildqualität liefert.

Diese Aufgabe wird durch einen Zwei-Komponenten-Entwickler aus Toner- und Trägerteilchen gemäß den Ansprüchen 1 und 2 gelöst.

Die Antistatika können wachsartige, pastöse oder flüssige Substanzen sein.

Durch die erfindungsgemäße Kombination wird eine gleichbleibende, gute Bildqualität über eine lange Entwicklerlebensdauer auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des elektrophotographischen Geräts gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Kombination der Additive werden Eigenschaften, wie ausgewogene triboelektrische Aufladung des Toners bei unterschiedlichem Tonerverbrauch und unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeit des Entwicklers, verbessert und gesteuert.

Bei der Alkylgruppe der allgemeinen Formel (IV) kann es sich um eine Propyl-, Isobutyl-, Pentyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Lauryl-, Myristyl-, Cetyl-, Oleoyl-, Pentadecyl-, Heptadecyl- und Octadecylgruppe handeln.

Vorzugsweise liegt das quartäre Ammoniumsalz in dem Entwickler in einer Konzentration von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel, vor.

Ferner kann das quartäre Ammoniumsalz in dem Entwickler einzeln oder als Gemisch von mehreren Komponenten vorliegen.

Als Antistatikum können Octadecyl-bis(2-hydroxyethyl)amin, Hexadecyl-bis (2-hydroxyethyl)amin, Tetradecyl-bis(2-hydroxyethyl)amin oder eine Mischung dieser Stoffe eingesetzt werden.

Die Antistatika können einzeln oder als Gemisch zweier oder mehrerer Komponenten eingesetzt werden, wobei das Antistatikum in einer Konzentration von 0,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf das Bindemittel vorliegen kann.

Vorzugsweise beträgt in dem erfindungsgemäßen Entwickler das Verhältnis von quartärem Ammoniumsalz : Antistatikum 1 : 0,5 bis 1 : 2, vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 1,5.

Die Gesamtkonzentration von quartärem Ammoniumsalz und Antistatikum beträgt in einer bevorzugten Ausführungsform 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß durch die spezielle, erfindungsgemäße Additivkombination eine ausgewogenere triboelektrische Aufladung des Toners und Leitfähigkeit des Entwicklers gegenüber dem Stand der Technik erzielt wird.

Besonders überraschend ist es, daß durch die Kombination eine gleichmäßige Druckbildqualität über eine Entwicklerleistung von über 1 000 000 Blatt erzielt werden kann, der Entwicklerwiderstand, in Ohm, zwischen 8,5 und 10,5 des Zehnerlogarithmus und die triboelektrische Aufladung zwischen 16 und 30 μC/g liegt.

Weiterhin ist es überraschend, daß durch die Stoffkombination eine schnelle Aufladung des Toners stattfindet und die resultierende triboelektrische Aufladung wenig vom Druckprogramm und seinem unterschiedlichen Tonerverbrauch und wenig von der Aktivierungszeit abhängig ist.

Ferner führt die erfindungsgemäße Kombination des quartären Ammoniumsalzes mit dem Antistatikum in überraschender Weise zu wesentlich engeren und symmetrischeren Ladungsverteilungen als den im genannten Stand der Technik beschriebenen. Dadurch ziehen keine oder nur wenig hoch aufgeladene Tonerteilchen auf den Träger auf, so daß die Träger- und Entwicklereigenschaften, wie die elektrische Leitfähigkeit, über eine größere Blattleistung von über 1 500 000 Blatt konstant bleiben. Ferner liegen keine niedrig geladenen Tonerteilchen vor, die im Gerät unkontrolliert entwickelt werden und damit zum Stauben und zu einem erhöhtem Hintergrund führen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Trägerteilchen des Entwicklers eine zerklüftete, rauhe Oberfläche auf und sind irregulär geformt. Die Trägerteilchen enthalten vorzugsweise Eisen, Eisenverbindungen oder eisenenthaltende Legierungen und haben einen durchschnittlichen Durchmesser von 50 bis 200 μm und besitzen eine Oxidschicht. Vorzugsweise sind die Trägerteilchen mit einem polymeren Material ganz oder teilweise beschichtet.

Bei der Tonermatrix, in die die farbgebende Komponente, das Trennmittel und die leitfähigkeitsvermittelnden Additive eingearbeitet werden, handelt es sich vorzugsweise um thermoplastische Polymere. Diese haben eine Glasübergangstemperatur von insbesondere 45°C bis 125°C. Dabei kann es sich um vernetzte oder lineare Polymere mit oder ohne Gelanteil handeln. Bei den verzweigten Polymeren können die gepropften Seitenketten chemisch anders aufgebaut sein als die Hauptkette. Die Polymere schmelzen bzw. erweichen in einem Temperaturbereich von 65°C bis 200°C. Das mittlere Molekulargewicht liegt vorzugsweise zwischen 10 000 und 1 000 000 g/mol. Das unvernetzte Polymer kann eine monomodale oder multimodale, mehr oder weniger breite Molekulargewichtsverteilung aufweisen.

Bei den thermoplastischen Polymeren handelt es sich vorzugsweise um radikalisch erzeugte Polymerisate, Polykondensations- oder Polyadditionsprodukte, wie Styrolacrylatco- bzw. -terpolymere, Polyester, Polyamide, Polyurethane, Epoxidharze oder Polymerisate verschiedener Vinylverbindungen.

In den Vinylpolymeren können zwei oder mehr der folgenden Vinylmonomeren enthalten sein:
Styrol, p-Chlorstyrol, Vinylnaphthalen, Olefine wie Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen, ferner Vinylchlorid, Vinylbromid, Vinylfluorid, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat, Vinylbutyrat, ferner Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Chlorethylacrylat, Phenylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid. Die aus den Monomeren hergestellten Polymere können auch zu Polymermischungen vermengt werden.

Besonders bevorzugt sind Entwickler, bei denen das Bindemittel ein Styrolcopolymerisat ist, wobei Styrolbutylacrylat aufgrund der sehr guten elektrophotographischen Ergebnisse ganz besonders bevorzugt ist.

Hierbei haben Styrolacrylatco- bzw. -terpolymere in der Kette alternierend folgende Monomere oder Monomerblöcke, wobei die Monomereinheiten in einem bestimmten Verhältnis zueinander vorliegen. Bei den Monomereinheiten kann es sich um Styrolmonomereinheiten gemäß folgender allgemeiner Formel

handeln, worin R₁ ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen oder ein Halogenatom bedeutet und R₂ ein Wasserstoffatom, eine substituierte Alkylgruppe oder ein Halogenatom bedeutet, das ein oder mehrere Wasserstoffatome im Ring ersetzen kann.

Ferner kann es sich bei den Monomereinheiten um Acrylatmonomereinheiten der folgenden allgemeinen Formel

handeln, worin R₃ ein Wasserstoffatom oder eine kurzkettige Alkylgruppe bedeutet und R₄ ein Wasserstoffatom, eine substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen.

Es können Monomere wie Ethylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Butylacrylat, und Methylmethacrylat zum Einsatz kommen.

Bei den Trennmitteln handelt es sich vorzugsweise um ein oberhalb von 100°C schmelzendes Propylenwachs. Grundsätzlich können auch synthetische oder natürliche Wachse wie Polyethylen, Polyvinylacetat, Säureamide oder Carnaubawachse verwendet werden, deren Schmelzpunkte in einem geeigneten Temperaturbereich liegen. Die Hauptaufgabe des Trennmittels besteht in einer hinreichend guten Trennwirkung des Toners von der Fixierwalze.

Bei den farbgebenden Komponenten handelt es sich vorzugsweise um Ruß. Es können jedoch auch Farbpigmente zum Einsatz kommen. Die farbgebende Komponente wird in einem Mengenverhältnis zwischen 1 und 15 Gew.-%, im Fall von Ruß vorzugsweise in einem Mengenverhältnis zwischen 4 und 15 Gew.-%, bezogen 100 Gew.-5 Tonerharz, eingesetzt.

Für Tonerteilchen geeignete Pigmente oder Farbstoffe sind an sich bekannt. Hierzu gehören Ruß, Nigrosin, Farbstoffe wie Anilinblau, Chromgelb, Ultramarinblau, Methylenblau, Phthalocyaninblau oder Mischungen aus Farbstoffen und Farbpigmenten.

Der Träger besteht aus einem leitfähigen Material, wie Eisen, Stahl, Nickel, Zink, Magnesium oder Aluminium. Die Trägerteilchen können unbeschichtet oder mit einer dünnen Schicht eines polymeren Materials beschichtet werden, um eine bestimmte Aufladehöhe des Toners und einen bestimmten Trägerwiderstand zu erzielen. Als Material hierfür eignen sich Harze, wie z.B. Styrolacrylatharze, Melaminharze, Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Copolymere aus Vinylidenfluorid und Tetrafluorethylen sowie Silanderivate. Die Beschichtungsmenge kann 0,01–3 Gew.-%, vorzugsweise 0,05–1 Gew.-% betragen, bezogen auf 100 Gew.-% Träger. Die Trägerteilchen haben eine Größe von 50 bis 1000 μm, vorzugsweise von 75 bis 200 μm.

Der Toner kann durch eine sogenannte Schmelzdispergierung hergestellt werden. Dabei werden das Trennmittel, die farbgebende Komponente und die leitfähigkeitsvermittelnden Additive in das Tonerharz eindispergiert. Diese Dispergierung erfolgt vorteilhaft durch einen Extruder. Anschließend wird das erhaltene Tonermaterial auf eine Teilchengröße von vorzugsweise 5 bis 30 μm gemahlen und klassiert.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung des Toners besteht in der Direktsynthese von Tonern mittels Mikrosuspensionspolymerisation, wie sie allgemein in der DE 42 02 461 A1 und der DE 42 02 462 A1 beschrieben ist.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Beispielen weiter erläutert.
Beispiel 1

Es wurde ein Toner hergestellt, bestehend aus den Komponenten

Polystyrolbutylacrylat (80:20)	91 Gew.-%,
Ruß Regal 660^®	6 Gew.-%,
Stearamidopropyl-dimethyl-β-hydroxyethylammoniumnitrat	0,5 Gew.-%,
Talg-di(2-hydroxyethyl)amin (hydriert)	1 Gew.-%,
Polypropylenwachs	1 Gew.-%,

die mittels eines Mischers innig vermischt werden. Das pulverförmige Rohstoffgemisch wurde in einem 2-Schnecken-Extruder erwärmt, aufgeschmolzen und dispergiert. Anschließend wurde die Schmelze durch Kühlwalzen abgekühlt. Die erstarrte Masse wurde zunächst grob zerkleinert, dann in einer Fließbett-Gegenstrahlmühle fein gemahlen und mittels eines Sichters auf eine Teilchengröße zwischen 5 und 30 μm klassiert.

Beispiel 2
Es wurde ein Toner analog Beispiel 1 hergestellt mit der Änderung, daß statt hydriertem Talg-di(2-hydroxyethyl)amin 0,5 Gew.-% eines Stearylglycerinesters eingesetzt wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Es wurde ein Toner analog Beispiel 1 hergestellt mit der Änderung, daß statt 0,5 Gew.-% Stearamidopropyl-dimethyl-β-hydroxyethylammoniumnitrat 0,9 Gew.-% und kein hydriertes Talg-di(2-hydroxyethyl)amin eingesetzt wurden.
Vergleichsbeispiel 2
Es wurde ein Toner analog Beispiel 1 hergestellt, mit der Änderung, daß statt 0,5 Gew.-% Stearamidopropyl-dimethyl-β-hydroxyethylammoniumnitrat 0,7 Gew.-% und kein hydriertes Talg-di(2-hydroxyethyl)amin eingesetzt wurden.
Vergleichsbeispiel 3
Es wurde ein Toner analog Beispiel 1 hergestellt mit der Änderung, daß statt 0,5 Gew.-% Stearamidopropyl-dimethyl-β-hydroxyethylammoniumnitrat 1,0 Gew.-% und 1,0 Gew.-% Stearyltrimethylammoniummolybdophosphat, statt regal 660^® 6 Gew.-% Printex 150^® und kein hydriertes Talg-di(2-hydroxyethyl)amin eingesetzt wurden.
Man stellte den erfindungsgemäßen Entwickler her, indem man 30 Gewichtsteile des Toners mit 1000 Gewichtsteilen eines oberflächlich oxidierten, irregulär geformten Schwammträgers innig vermischt. Der Schwammträger ist mit einer dünnen Schicht (2 Gewichtsteilen) eines Vinylidenfluoridtetrafluorethylencopolymers beschichtet. Der Durchmesser des Trägers beträgt 75 bis 200 μm.
Man untersuchte die erfindungsgemäßen Entwickler durch mechanische Aktivierung mittels eines Schüttelaggregats sowie mittels verschiedener Laserdrucker.
Dabei wurden 50 g des Trägers zusammen mit 1,5 g Toner in eine 50 ml fassende Blechdose gegeben und mittels eines Schüttelaggregats jeweils 10 bzw. 100 Minuten aktiviert und anschließend die resultierende triboelektrische Aufladung gemessen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt, wobei Δ die Differenz zwischen dem 10- und 100-Minuten-Wert darstellt.
Das Entwicklergemisch wurde im Hinblick auf die triboelektrische Aufladung, die Träger- und Entwicklerleitfähigkeit sowie die Druckbildqualität auf kommerziell erhältlichen Laserdruckern getestet. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt.
Die triboelektrische Aufladung des Toners wurde in einem handelsüblichen q/m-Meter bestimmt. Dabei wurden etwa 5 g des aktivierten Entwicklers in eine hard-blow-off-Zelle gegeben, die mit einem Elektrometer elektrisch verbunden war. Durch Verwendung eines Siebs mit der Maschenweite 45 μm in der Meßzelle wurde gewährleistet, daß der Toner möglichst vollständig ausgeblasen wurde, der Träger aber in der Meßzelle verblieb. Durch einen kräftigen Luftstrom von etwa 4000 cm³/min und gleichzeitigem Absaugen wurde der Toner nahezu vollständig von den Trägerteilchen entfernt, wobei letztere in der Meßzelle verblieben. Die Aufladung (q) des Trägers wurde am Elektrometer registriert. Dies entspricht dem Betrag nach, aber mit umgekehrten Vorzeichen, der Aufladung der Tonerteilchen. Durch Zurückwiegen der Meßzelle wurde die Masse (m) an ausgeblasenem Toner bestimmt und daraus die elektrostatische Aufladung q/m berechnet.
Die Träger-(RC) und Entwicklerleitfähigkeit (RE) wurde mittels eines C-Meters nach dem in Electrophotography Vol. 27, Nr. 4, 14–18 (1988) beschriebenen Verfahren bestimmt.
Die Beurteilung der Bildqualität erfolgte durch Beurteilung der gleichmäßigen Einfärbung, der Kantenschärfe von Vollflächen, der Rasterauflösung und des Hintergrunds der freien, nicht eingefärbten Flächen.
Tabelle 1
Die erfindungsgemäßen Entwickler zeigen bei unterschiedlicher Aktivierungszeit eine gleichmäßige, konstante triboelektrische Aufladung. Zur besseren Vergleichbarkeit ist die triboelektrische Ladung auf eine Tonerkonzentration (Tk) von 2,8 Gew.-%, bezogen auf das Trägergewicht, nach folgender Gleichung normiert: Triboelektrische Ladung = q/m + 5·(Tk–2,8)
Der elektrische Widerstand im Entwicklerspalt (Trägerwiderstand) muß während des Druckerbetriebs relativ konstant sein und darf sich nur in sehr engen Grenzen ändern, um eine gleichbleibende Bildqualität zu erzielen. Diese Grenzen variieren von Drucker zu Drucker. Sie liegen z.B. bei einem handelsüblichen Laserdrucker zwischen 7,5 und 8,5 des Zehnerlogarithmus für den Trägerwiderstand und für den Entwicklerwiderstand zwischen 8,5 und 10,5 des Zehnerlogarithmus. Werte die darüber bzw. darunter liegen verschlechtern das Druckbild. Die triboelektrische Aufladung und die Tonerkonzentrtion kann je nach Druckerauslegung und Betriebsart zwischen 15 und 30 μC/g und 2,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% Träger, liegen.
Tabelle 2
Entwicklergemische, die nur quartäre Ammoniumverbindungen oder nichtionische Antistatika enthalten, zeigen ein unausgewogenes triboelektrisches Verhalten. Es kommt entweder zu einem schnellen Abfall der triboelektrischen Aufladung und damit verbunden zu erhöhtem Hintergrund und/oder zu einem stetigen Anstieg des Träger- bzw. Entwicklerwiderstandes, wodurch die homogene Einfärbung des Druckbildes nicht mehr gewährleistet ist. Die Entwicklerlebensdauer ist daher deutlich reduziert.

Claims

Zwei-Komponenten-Entwickler aus Toner- und Trägerteilchen, wobei die Tonerteilchen ein oder mehrere Bindemittel, ein Trennmittel, eine farbgebende Komponente und leitfähigkeitsvermittelnde Additive aufweisen, wobei diese ein ladungserhöhendes, leitfähig keitsvermittelndes quartäres Ammoniumsalz mit einem Schmelzpunkt von unterhalb 150°C und ein ladungssteuerndes, leitfähigkeitsvermittelndes Antistatikum mit einem Schmelzpunkt von unterhalb 150°C sind, dadurch gekennzeichnet, dass das quartäre Ammoniumsalz ein Benzimidazolderivat mit folgender allgemeiner Formel
ist, worin m 1 oder 2 ist, R₅ Methyl, Ethyl oder Propyl bedeutet und ein Wasserstoffatom des aromatischen Rings substituiert, R₆ eine Alkylgruppe folgender allgemeiner Formel CH₃-(CH₂)_p- (IV)darstellt, wobei p eine ganze Zahl von 2 bis 20 ist und A^⊝ ein Halogenid, Sulfonat, Tosylat, Methylsulfat, Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Methylsulfonat, Dihydrogenphosphat, Dimethylhydrogenphosphat, Dimethylphosphat oder Borat bedeutet oder das quartäre Ammoniumsalz die folgende allgemeine Formel
besitzt, worin s eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist, R₇ und R₈ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, Methyl, Ethyl oder Propyl bedeuten und R₉ eine Alkylgruppe mit der allgemeinen Formel IV bedeutet.
Zwei-Komponenten-Entwickler aus Toner- und Trägerteilchen, wobei die Tonerteilchen ein oder mehrere Bindemittel, ein Trennmittel, eine farbgebende Komponente und leitfähigkeitsvermittelnde Additive aufweisen, wobei diese ein ladungserhöhendes, leitfähigkeitsvermittelndes quartäres Ammoniumsalz mit einem Schmelzpunkt von unterhalb 150°C und ein ladungssteuerndes, leitfähigkeitsvermittelndes Antistatikum mit einem Schmelzpunkt von unterhalb 150°C sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Antistatikum ein Glycerinfettsäureester ist mit folgender allgemeiner Formel
worin R₁₁, R₁₂ und R₁₃ unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine geradkettige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Alkylgruppe mit 8 bis 30 Kohenstoffatomen bedeuten.
Entwickler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das quartäre Ammoniumsalz in einer Konzentration von 0,5 bis 5,0 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel, vorliegt.
Entwickler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das quartäre Ammoniumsalz einzeln oder als Gemisch von mehreren Komponenten vorliegt.
Entwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antistatikum Octadecyl-bis(2-hydroxyethyl)amin, Hexadecyl-bis (2-hydroxyethyl)amin, Tetradecyl-bis(2-hydroxyethyl)amin oder eine Mischung dieser Stoffe ist.
Entwickler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antistatikum in einer Konzentration von 0,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf das Bindemittel vorliegt.
Entwickler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis quartäres Ammoniumsalz : Antistatikum 1 : 0,5 bis 1 : 2 beträgt.
Entwickler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis quartäres Ammoniumsalz:Antistatikum 1:1 bis 1:1,5 beträgt.
Entwickler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das quartäre Ammoniumsalz und das Antistatikum in einer Gesamtkonzentration von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel vorliegen.
Entwickler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das quartäre Ammoniumsalz und das Antistatikum in einer Gesamtkonzentration von 2 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Bindemittel vorliegen.
Entwickler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteilchen eine zerklüftete, rauhe Oberfläche besitzen und irregulär geformt sind.
Entwickler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteilchen Eisen enthalten und einen durchschnittlichen Durchmesser von 50 bis 200 μm und eine Oxidschicht besitzen.
Entwickler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteilchen mit einem polymeren Material beschichtet sind.
Entwickler nach einem der Ansprüche 1–10 dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Copolymer oder Terpolymer ist, das Styrolmonomere und Acrylatmonomere der folgenden allgemeinen Formel
umfaßt, worin R₃ ein Wasserstoffatom oder eine kurzkettige Alkylgruppe bedeutet und R₄ ein Wasserstoffatom oder eine substituierte oder unsubstituierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen.
Entwickler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel ein Styrolethylacrylat-, -ethylhexylacrylat-, -butylacrylat- oder methylmethacrylatcopolymer ist.
Verfahren zur Herstellung eines Toners nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel, die farbgebende Komponente und die leitfähigkeitsvermittelnden Additive in das Bindemittel eindispergiert werden, das erhaltene Tonermaterial gemahlen und klassiert wird.
Verwendung eines Entwicklers nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15 in einem Hochgeschwindigkeitslaserdrucker.
Verwendung eines Toners nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, 14 und 15 in einem Hochgeschwindigkeitslaserdrucker.