DE2030083C3 - Elektrophotographischer Trockenentwickler - Google Patents

Description

95—99 Teilen Eisen, 0,1-2Teilen Kohlenstoff,

0,5-2 Teilen Mangan,

0,5-2 Teilen Silicium,

0,03—0,1 Teilen Aluminium,

0,01—0,05 Teilen Phosphor und 0,02-0,05 Teilen Schwefel.

2. Trockenentwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen aus 96 bis 98 Teilen Eisen, 0,85 bis 1,5 Teilen Kohlenstoff, 0,9 bis 1,2 Teilen Mangan, 0,9 bis 1,2 Teilen Silicium, 0,035 bis 0,045 Teilen Aluminium 0,015 bis 0,05 Teilen Phosphor und 0,03 bis 0,05 Teilen Schwefel bestehen.

3. Trockenentwickler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen aus 96,9 Teilen Eisen, 1 Teil Kohlenstoff, 1 Teil Mangan, 1 Teil Silicium, 0,04 Teilen Aluminium, 0,015 Teilen Phosphor und 0,035 Teilen Schwefel bestehen.

4. Trockenentwickler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch aus Styrol-n-Butylmethacrylat-Copolymer, Polyvinylbutyral und Ruß bestehende Tonerteilchen.

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Die Erfindung betrifft einen elektrophotographischen Trockenentwickler, der neben Tonerteilchen Trägerteilchen enthält, die aus mit einer Kunststoffhülle überzogenen Eisenteilchen bestehen.

Bei vielen Entwicklungsverfahren ist der aus Tonerteilchen und Trägerteilchen bestehende Trockenentwickler größeren mechanischen Einwirkungen ausgesetzt, die den Toner und die Trägerteilchen verschlechtern können. Diese Verschlechterung tritt in erster Linie durch Scherungs- und Aufprallkräfte auf, die durch die Bewegung des Trockenentwicklers auf der Bildfläche und durch die Einwirkung der Förderbecher auf den Entwicklerstoff verursacht werden.

Bei bekannten Verfahren werden überzogene und _Μ nicht überzogene Trägerteilchen mit unterschiedlichem Erfolg verwendet. Überzogene Trägerteilchen können dadurch verschlechtert werden, daß sich der Überzug teilweise oder insgesamt von den Teilchenkernen abtrennt. Diese Abtrennung kann in Form von Spänen, Flocken oder ganzen Schichten erfolgen und wird in erster Linie durch schlechte Anhaftung des Überzugsstoffes verursacht, so daß sie durch Aufprallen und Reibungskontakt mit Maschinenteilen und anderen Triigerteilchen ausgelöst wird. Die Überzüge neigen _b0 /um Abblättern oder zu anderweitiger Trennung von den Trägerkernen, so daß die Trägerteilchen häufig ersetzt werden müssscn und Kosten sowie Zeitaufwand entstehen. Die Verschlechterung der Kopien sowie schlechte Druckqualitäl sind die Folge, wenn Trägerteil- _b5 clien mit beschädigten Überzügen nicht ersetzt werden. Abrieb und feine Körnchen, die durch die Schichtabtrennung erzeugt werden, wandern durch die Reproduktionsmaschine und bilden unerwünschte Ablagerung auf kritischen Maschinenteilen. Außerdem ändern sich die reibungselektrischen Eigenschaften, des Trägermaterials mit der Verschlechterung der Überzüge und führen gleichfalls zu schlechter Bildqualität

Andererseits haben nicht überzogene Trägerteilchen drei Nachteile. Oft haben sie nicht das erforderliche Gewicht, um ihr Anhaften an der geladenen Bildfläche zu verhindern. Das spezifische Gewicht des Trägermaterials so'l vorzugsweise zwischen 3 und 8 liegen. Schwerere Trägerteilchen verursachen eine Beschädigung der Bildstoffschicht. Der zweite Nachteil besteht darin, daß nicht überzogene Trägerteilchen die für einen elektrostatographischen Entwicklerstoff erforderlichen reibungselektrischen Eigenschaften nicht aufweisen. Die damit entstehenden Probleme werden im folgenden beschrieben. Bei der Reproduktion kontrastreicher Kopien wie Briefe, Zeichnungen u. ä. sollen die Stoffe für das elektroskopische Bildpulver und das Trägermaterial derart ausgewählt sein, daß ihre gegenseitige elektrostatische Aufladung relativ stark ist. Ihr Grad ist meistens durch ihren Abstand zwischen ihren relativen Stellungen in der reibungsleketrischen Reihe bestimmt. Sind jedoch an sich verträgliche Stoffe für den Toner und das Trägermaterial in der reibungselektrischen Reihe voneinander zu weit entfernt, so werden die erzeugten Kopien sehr schwach, weil die Anziehungskräfte zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilchen dann den Anziehungskräften zwischen dem latenten elektrostatischen Bild und den Tonerteilchen entsprechen. Obwohl die Tönungsdichte durch Verstärkung der Tonerkonzentration im Entwickler verbessert werden kann, tritt dann eine unerwünscht starke Tonerablagerung sowie ein verstärktes Aufprallen und Zusammenhaften des Toners auf. Die elektrostatische Anfangsladung des Aufzeichnungsmaterials kann zur Verbesserung der Tönungsdichte erhöht werden, jedoch muß sie hierzu normalerweise so stark sein, daß die Tonerteilchen von den Trägerteilchen abgetrennt werden. Derart hohe elektrostatische Ladungen sind nicht nur im Hinblick auf den hohen Leistungsverbrauch zur Erzeugung hoher Spannungen unerwünscht, sondern auch wegen der dabei auftretenden Anhaftung der Trägerteilchen an der Bildfläche, so daß sie nicht mehr über sie hinwegrollen. Eine Bildverschlechterung und eine starke Übertragung von Trägerteilchen tritt oft auf, wenn die Trägerteilchen an wiederverwendbaren elektrostatographischen Aufzeichnungsmaterialien anhaften. Insbesondere werden durch die Trägerteilchenübertragung Probleme verursacht, wenn der Entwickler zur Entwicklung durchgehend getönter Flächen verwendet wird, wobei übergroße Mengen Tonerteilchen von den Trägerteilchen abgetrennt werden und diese praktisch von ihnen entblößt sind. Die Anhaftung der Trägerteilchen an wiederverwendbaren elektrostatographischen Aufzeichnungsmaterialien unterstützt die Ausbildung unerwünschter Kratzer auf den Bildflächen während der Bildübertragung und der Bildflächenreinigung. Daraus ist zu ersehen, daß viele an sich für Trägerteilchen geeignete Stoffe doch ungeeignet sind, weil sie einen zu hohen reibungselektrischen Wert besitzen. Für die normale Elektrostatographie soll der reibungselektrische Wert /wischen 8 und }0 Mikrocoulomb pro Gramm Toner liegt.

Aus der Dl--PS 9 26 587 ist eine elektrophotographischer Trockenentwickler bekannt, der mit einer Kunststoffhiille überzogene Eisenteilchen als Trägerteilchen enthält, jedoch weisen uiese Trägerteilchen den

Nachteil auf, daß die Kunststoffhülle absplittern kann, wodurch die oben beschriebenen Nachteile auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrophotographischen Trockenentwickler mit Trägerteilchen zu schaffen, die aus einem mit einer Kunststoffhülse überzogenen schweren Kernmaterial bestehen, wobei die Hülle so fest verankert ist, daß sie nicht mehr absplittern kann. Im übrigen sollen die Trägerteilchen gute reibungselektrische Eigenschaften besitzen und in einer elektrophotographischenReproduktionsmaschine verwendbar sein, ohne durch den Maschinenbetrieb verschlechtert zu werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein elektrophotographischer Trockenentwickler, der neben Tonerteilchen Trägerteilchen enthält, die aus mit einer Kunststoffhülle ts überzogenen Eisenteilchen bestehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Eisenteilchen eine Legierung darstellen aus

95—99 Teilen Eisen,
0,1 —2 Teilen Kohlenstoff,
0,5—2 Teilen Mangan,
0,5—2 Teilen Silicium,
0,03—0,1 Teilen Aluminium,
0,01 —0,05 Teilen Phosphor und
0,02-0,05 Teilen Schwefel.

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^ Eine der vorteilhaften Eigenschaften dieses Materials

\ besteht darin, daß seine leichte Porosität die Haftkraft

der Kunststoffhülle verbessert und verstärkt. Dadurch haben die Trägerteilchen eine längere Lebensdauer und weisen einen geringeren Abrieb auf. Insbesondere ergibt sich eine gute Haftkraft der Überzüge an den Trägerteilchen, wenn diese aus 96 bis 98 Teilen Eisen,

« 0,85 bis 1,5 Teilen Kohlenstoff, 0,9 bis 1,2 Teilen Mangan,

0,9 bis 1,2 Teilen Silicium, 0,035 bis 0,045 Teilen

* Aluminium, 0,015 bis 0,05 Teilen Phosphor und 0,03 bis

0,05 Teilen Schwefel bestehen. Eine optimale Anhaft'ung

^ der Überzüge an den Trägerteilchen ergibt sich, wenn

diese aus 96,9 Teilen Eisen, 1 Teil Kohlenstoff, 1 Teil

'■f Mangan, 1 Teil Silicium, 0,04 Teilen Aluminium, 0,015

Teilen Phosphor und 0,035 Teilen Schwefel bestehen.

Die erfindungsgemäßen Trägerteilchen haben eine minimale Dichte von 7,0g/ccm und erzeugen Bilder hoher Qualität innerhalb eines großen Bereiches der Umgebungsluftfeuchtigkeit.

, Für die erfindungsgemäßen Trägerteilchen können

geeignete Kunststoffhüllen verwendet werden. Typisches Material hierfür sind natürliche Harze, thermoplastische Harze oder teilweise gehärtete wärmehärtbare Harze. Typische natürliche Harze sind: Kautschuk, Kolophonium, Kopal, Steinharz, Drachenblut, Jalapa, Storax und deren Mischungen. Typische thermoplastische Harze sind die Polyolefine wie Polyäthylen, Polypropylen, chloriertes Polyäthylen, chlorsulfonicrtcs Polyäthylen, Polyvinyle und Polyvinylidene wie Polysly-

■ rol, Polymethylstyrol, Polymethylmethacrylat, Polyacrylnitril, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral, Polyvinylchlorid, Polyvinylcarbazol, Polyvinylether, Polyvinylketone, lluorkohlenstoffe wie Pdyte- _b0 trafluoräthylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenfluorid und Polyehlortrifluoräthylen, Polyamide wie Polycaprolactam und Polyhexamethylenauipimid, Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polyurethane, Polysulfide, Polycarbonate und deren Mischungen. Typische wärmehärtbare Harze sind Phenolharze wie Phenolformaldehyd, Phenolfurfural und Resorcinolformaldchyd, Aminoharze wie Harnstoff-Formaldehyd und Melaminformaldehyd, Polyesterharze, Epoxyharze und deren Mischungen.

Wegen seiner ausgezeichneten reibungselektrischen Eigenschaften wird Styrol-n-Butylmuthacrylat vorzugsweise verwendet.

Die Trägerteilchen können mit dem Kunststoff nach einem geeigneten Überzugsverfahren überzogen werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der US-Patentschrift 26 18 551 und in der niederländischen Patentanmeldung 68 08 535 beschrieben.

Jedes geeignete pigmentierte oder gefärbte elektroskopische Tonermaterial kann zusammen mit den erfindungsgemäßen Trägerteilchen verwendet werden. Typische Tonerstoffe sind Copal, Sandarac, Kolophonium, Cumaronindenharz, Asphat, Gilsonit, Phenolfornialdehydharze, mit Kolophonium modifizierte Phenolformaldehydharze, Methacrylharze, Polystyrolharze, Polypropylenharze, Epoxyharze, Polyäthylenharze und deren Mischungen. Die Art des jeweils zu verwendenden Tonermaterials hängt von dessen Abstand zu dem Material der Trägerteilchen in der reibungseleklrischen Reihe sowie davon ab, ob ein negativ oder positiv geladenes Bild entwickelt werden soll. Tonerstoffzusammensetzungen sind in den US-Patentschriften 26 59 67C, 27 53 308, 30 79 342, Re 25 136 und 27 88 288 beschrieben. Diese Tonerarten haben allgemein einen mittleren Teilchendurchmesser zwischen ca. 1 und 30 Mikron. Vorzugsweise wird ein Toner gemäß Beispiel I der US-Patentschrift 30 79 342 verwendet, der aus einem Styrol-N-Butylmethacrylat-Copolymer, Polyvinylbutyral und Ruß besteht. Dieser Toner hat ausgezeichnete reibungselektrische Eigenschaften und eine tiefschwarze Färbung.

Vorzugsweise werden überzogene Trägerteilchen mit einem Gesamtdurchmesser zwischen 50 und 1000 Mikron verwendet, da diese eine ausreichende Dichte und Trägheit besitzen, um ein Anhaften an den elektrostatischen Bildern während der Kaskadierungsentwicklung zu verhindern. Das Anhaften der Trägerteilchen an der Oberfläche eines elektrofotographischen Aufzeichnungsmaterials ist wegen der Bildung tiefer Kratzer bei der Bildübertragung und der Reinigung unerwünscht, insbesondere wenn die Reinigung mit einem Reinigungsband gemäß der US-Patentschrift 3186 838 durchgeführt wird. Es tritt auch eine Bildverschlechterung ein, wenn die Trägerteilchen an dem elektrofotographischen Aufzeichnungsmaterial anhaften. Zufriedenstellende Ergebnisse worden erreicht, wenn 1 Teil Toner mit 10 bis 200 Gewichtsteilen Trägermaterial verwendet wird.

Die Entwickler mit erfindungsgemäßen Trägerteil chcn können zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder auf beliebigen elektrostatischen Aufzeichnungsmaterialien, beispielsweise auf den üblichen photoleitfä higen Flächen, verwendet werden. Bekannte photoleit fähige Stoffe sind glasförmiges Selen, organische oiler anorganische Photoleiter eingebettet in eine nicht photoleilfähige Matrix, organische oder anorganische Photoleiter eingebettet in eine photoleitfähige Matrix und ähnliche. Derartige Stoffe sind beispielsweise in den US-Patentschriften 28 03 542, 29 70 906, 312100b. Jl 21 007 und 31 51 982 beschrieben.

Die folgenden Beispiele beschreiben die Erfindung 111 be/ng auf verschiedene Verfahren zur Herstellung eines Trockenenlwicklers sowie dessen Verwendung bei der Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder. Anteile und Prozentwerte beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.

Beispiel I

Ein Trockenentwickler wird hergestellt, indem ein Teil eines Toners aus Styrol-n-Butylms-thacrylat-Copolymer. Polyvinylbutyral und Ruß. hergestellt nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 der US-Patentschrift 30 79 342, mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis 20 Mikron, mit 300 Teilen Trägermaterial gemischt wird. Das Trägermaterial besteht aus 200 Teilen Kernmaterial und einem Harzüberzug gemäß Beispiel 1 der US-Patentschrift 26 18 551. Das Kernmaterial besteht aus 96,9 Teilen Eisen, 1 Teil Kohlenstoff, 1 Teil Mangan, 1 Teil Silicium, 0,04 Teilen Aluminium, 0,15 Teilen Phosphor und 0,035 Teilen Schwefel.

Der Entwickler wird über eine Flasche kaskadiert. die mit einem positiv geladenen elektrostatischen Bild versehen ist. Das entwickelte Bild wird elektrostatisch auf ein Papierblatt übertragen, auf den es durch Wärmeeinwirkung fixiert wird. Das so erhaltene Bild ist dich! getönt und praktisch frei von Hintergrundablagerungen.

Nach der Entwicklung von mehreren hundert Bildern wird das Trägermaterial geprüft. Die Kunststoffhülle hat sich nicht abgelöst, getrennt oder in irgendeiner Weise verschlechtert.

Beispiel II

Beispiel 1 wird wiederholt unter Verwendung einer Überzugsmischung gemäß Beispiel 2 der US-Patentschrift 26 18 551 und eines Kernmaterials, das aus 95 Teilen Eisen 0,1 Teil Kohlenstoff, 0,5 Teilen Mangan, 0,5 Teilen Silizium, 0,03 Teilen Aluminium, 0,01 Teil Phosphor und 0.02 Teilen Schwefel besteht. Man erhält praktisch dieselben Ergebnisse wie in Beispiel I.

Beispiel Hl

Beispiel I wird wiederholt unter Verwendung einer Überzugsmischung gemäß Beispiel 4 der US-Patentschrift 26 18 551 und eines Kernmaterials, das aus 99 Teilen Eisen, 2 Teilen Kohlenstoff, 2 Teilen Mangan, 2 Teilen Silizium, 0,1 Teil Aluminium, 0,05 Teilen Phosphor und 0,05 Teilen Schwefel besteht. Die Ergebnisse entsprechen denjenigen aus Beispiel I.

Beispiel IV

Beispiel I wird wiederholt unter Verwendung einer Überzugsmischung gemäß Beispiel 3 der US-Patentschrift 26 18 551 und eines Kernmaterials, das aus 97 Teilen Eisen, 0,95 Teilen Kohlenstoff, 1,05 Teilen Mangan, 1,05 Teilen Silizium, 0,04 Teilen Aluminium, 0,03 Teilen Phosphor und 0,04 Teilen Schwefel besteht. Die Ergebnisse sind sehr ähnlich denjenigen aus Beispiel 1.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektrophotographischer Trockenentwickler, der neben Tonerteilchen Trägerteilchen enthält, die aus mit einer Kunststotfhülle überzogenen Eisenteilchen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenteilchen eine Legierung darstellen aus