DE2108985B2

DE2108985B2 - Elektrophotographisches aufzeichnungsmaterial und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2108985B2
Application number: DE19712108985
Authority: DE
Inventors: Robert Norman Fairport NY Jones (VStA)
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1970-09-25
Filing date: 1971-02-25
Publication date: 1977-09-15
Also published as: ZA711227B; US3787208A; BR7100923D0; NO134438C; NO134438B; NL7102649A; SE367259B; CA925741A; BE763544A; SU398062A3; ES388639A1; FR2105762A5; DE2108985A1; JPS5331367B1; PH9378A; CH568591A5; GB1296291A

Description

Die Erfindung betrifft elektrophotographsiches Aufzeichnungsmaterial mit oder aus einer Photoleiter-Bindemittel-Schicht, die 1 bis 25 Vol.-% photoleitfähige Teilchen in Form einer Vielzahl sich in Richtung der Dicke der Photoleiter-Bindemittel-Schicht erstreckender Bahnen aus sich berührenden photoleitfähigen Teilchen enthält.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials, bei dem photoleitfähige Teilchen mit einem größeren Volumen Bindemittelteilchen eines größeren durchschnittlichen Teilchendurchmessers vermischt, die Mischung auf einen Schichtträger aufgebracht und dort zusammengeschmolzen wird.

Eine Art von elektrophotographischem Aufzeichnungsmaterial wird in der US-PS 31 21 006 beschrieben, das eine Anzahl von Bindemittelschichten enthält, die fein verteilte Teilchen einer photoleitenden anorganischen Verbindung in einem organischen elektrisch isolierenden polymeren Bindemittel dispergiert enthalten, in der heutigen handelsüblichen Form enthält die ßindemittelschicht Teilchen von Zinkoxid, die gleichförmig in einem organischen polymeren Bindemittel dispergiert sind, mit welchem eine Papierunterlage überzogen ist.

In den speziellen Beispielen von Bindemittelsystemen gemäß US-PS 31 21 006 ist die Dispersion der photoleitenden Teilchen innerhalb der Bindemittelmatrix relativ gleichförmig, was durch gutes und inniges Vermischen erreicht wurde. Diese speziellen Bindemittel sind nicht in der Lage, injizierte Ladungsträger, die durch die photoleitfähigen Teilchen gebildet wurden, über merkliche Entfernungen zu transportieren. Deshalb müssen bei dem in der genannten US-PS beschriebenen Material die photoleitfähigen Teilchen in Form von sich durch die Photoleiter-Bindemittel-Schicht erstreckenden Bahnen aus sich berührenden photoleitfähigen Teilchen vorliegen, um die Ladungsabführung bzw. -verteilung zu ermöglichen, die für einen cyclischen Betrieb erforderlich ist. Bei den gleichförmigen Dispersionen gemäß US PS 31 21 006 ist daher eine relativ hohe Volumenkonzentration an Photoleiter bis zu etwa 50 oder mehr Prozent notwendig, um einen genügenden Kontakt zwischen den Photoleiterteilchen zur schnellen Entladung zu erzielen. Es wurde jedoch gefunden, daß hohe Gehalte an photoleitfähigen Teilchen in den Bindemittelschichten des Polymerisats dazu führen, daß die physikalische Kontinuität des Polymerisats zerstört wird, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Bindemittelschicht beträchtlich verschlechtert werden. Schichten mit hohem Gehalt an photoleitfähigen Teilchen sind oft durch eine brüchige Bindemittelschicht mit geringer oder keiner Biegsamkeit gekennzeichnet. Andererseits wird die Entladungsgeschwindigkeit vermindert, wenn die Konzentration an photoleitfähigen Teilchen merklich unter 50 Vol.-% gesenkt wird, wodurch ein cyclischer Betrieb mit hoher Geschwindigkeit oder eine wiederholte Bildbildung schwierig oder unmöglich wird.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung einer hohen Volumenkonzentration von photoleitfähigen Teilchen in der Bindemiitelschicht von elektrophotographischem Aufzeichnungsmaterial strenge Erfordernisse an das Photoleitermaterial hinsichtlich der Dunkelleitfähigkeit erfordert und Ermüdungserscheinungen zeitigt, die vom Eingang, von langen Rekombinierungszeiten und Trägerkonzentrationen, die zu einem teidionisierbaren Zustand führen, herrühren. Weiterhin führt die Verwendung von geringen Volumenkonzentrationen an organischem Bindemittel zu schlechten mechanischen Eigen-

schäften bezüglich der Kohäsion, der Adhäsion, der Biegefähigkeit, der Festigkeit und/oder zu einem porösen Film, was zu Feuchtigkeitsempfindlichkeit und unerwünschten Ermüdungserscheinungen führen kann.

Gleichzeitig erschwert die Otcrflächenporosität die Abtrennung des verbliebenen Toners; daher wird die Möglichkeit, das eleklrophotographische Aufzeichnungsmaterial wiederholt zu verwenden, verringert.

Das optimale Volumenkonzentrationsverhältnis von photoleixtähigen Teilchen zu organischem Bindemittel ist in diesem System daher ein Kompromiß zwischen der Lichtempfindlichkeit und der Restspannung einerseits und den mechanischen Eigenschaften und Ermüdungseffekten andererseits. Das wirkliche optimale Volumenverhältnis für ein spezielles System hängt im allgemeinen von der Teilchengröße und Dichte der photoleitfähigen Teilchen und der Dichte und den Theologischen Eigenschaften der Lösung des organischen polymeren Bindemittels im Verhältnis zu den photoleitfähigen Teilchen ab.

Aus der US-PS 32 88 604 und der DT-OS 17 72 122 ist ein elektrophotogiaphisches Aufzeichnungsmaterial der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Bindemittel aus einem anorganischen Glas besteht. Auch hier weist das Bindemittel ungenügende mechanisehe Eigenschaften, insbesondere ungenügende Bindefestigkeit und Elastizität auf. Andererseits besitzt dieses bekannte elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial einen wesentlich geringeren Gehalt an photoleitfähigen Teilchen als das Aufzeichnungsmaterial gemäß US-PS 31 21 006, ohe daß die Lichtempfindlichkeit verschlechtert ist Dies beruht darauf, daß die photoleitfähigen Teilchen in Form einer Vielzahl sich in Richtung der Dicke der Photoleiter-Bindemittel-Schicht erstrekkender Bahnen aus sich berührenden photoleitfähigen Teilchen vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Photoleiter-Bindemittel-Schicht herzustellen, die verbesserte mechanische Eigenschaften, insbesondere Biegefähigkeit, ohne Verschlechterung der Lichtempfindlichkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet 4s ist, daß die Photoleiter-Bindemittel-Schicht ein polymeres organisches Bindemittel enthält.

Aufgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß 1 bis 25 Vol.-% photoleitfähige Teilchen mit 75 bis 99 Vol.-% Teilchen eines polymeren organischen Bindemittels, die einen 5-bis lOOmal größeren durchschnittlichen Durchmesser haben als die photoleitfähigen Teilchen, verwendet werden.

Durch Steuerung der Geometrie der Photoleiter-Bindemittel-Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine erheblich verbesserte mechanische Biegsamkeit erreicht werden. Dies ist eine Folge der extrem do niedrigen Konzentration an photoleitfähigen Teilchen, die im wesentlichen die mechanischen Eigenschaften des organischen polymeren Bindemittels bestimmt, da das Bindemittel den Hauptteil der Schicht ausmacht. Ferner können freistehende Folien oder selbsttragende Bindemittelschichten leicht hergestellt werden, da für das Bindemittel ein Material ausgewählt werden kann, das die gewünschte Biegefähigkeit und Festigkeit aufweist, so daß es auch ohne tragendes Substrat oder ein Rückseitenmaterial verwendet werden kann. Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch sowohl eine breite Auswahl hinsichtlich des organischen polymeren Bindemittels, um die jeweils gewünschte physikalische Eigenschaft zu erreichen, als auch hinsichtlich des Materials der photoleitfähigen Teilchen mit relativ niedrigen Leitfähigkeiten. Ferner tritt erfindungsgemäß nicht der Nachteil der cyclischen Ermüdung wie bei den oben beschriebenen bekannten Bindemittelsystemen auf. Erfindungsgemäß ist es deshalb nicht notwendig, einen Kompromiß zwischen den mechanischen und elektrischen Eigenschaften eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials einzugehen, da diese Eigenschaften im wesentlichen unabhängig voneinander gesteuerte Parameter sind.

Die vorliegende Erfindung ist besonders zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials zur Vielfachverwendung in einer Hochgeschwindigkeitsxerographiervorrichtung geeignet. Unter Verwendung einer extrem niedrigen Volumenkonzentration an photoleitfähigen Teilchen und durch vorsichtiges Steuern der Teilchengröße der photoleitfähigen Teilchen und der Bindemittelteilchen kann die Orientierung der photoleitfähigen Teilchen in der Bindemittelschicht vorgewählt werden, so daß sich kontinuierliche photoleitende Bahnen durch die gesamte Dicke der Bindemittelschicht bilden. Eine Mischung der Photoleiter- und Bindemittelteilchen in dem geeigneten Verhältnis kann in einer geeigneten Trägerflüssigkeit dispergiert werden, in der weder die Bindemittelteilchen noch die photoleitfähigen Teilchen löslich sind. Dann kann eine durchgehende Folie gebildet werden, indem man ein Substrat mit dieser Dispersion überzieht, die Trägerflüssigkeit abtrennt und die Bindemittelteilchen durch Anwendung von Hitze und/oder Druck, durch die Dämpfe eines geeigneten Lösungsmittels oder durch ein anderes geeignetes Verfahren zusammenschmilzt. Die endgültige Bindemittelschicht ist dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der photoleitfähigen Teilchen in Form von kontinuierlichen Bahnen durch eine im wesentlichen kontinuierliche Matrix des Bindemittels angeordnet ist.

Es ist wichtig, ein geeignetes Größe-verhältnis von Bindemittelteilchen zu photoleitfähigen Teilchen zu verwenden. Dies ist aus dem folgenden Beispiel ersichtlich: Eine photoleitende Bindemittelschicht wird hergestellt, indem man eine Teilchenmischung aus photoleitenden Teilchen mit einer Größenverteilung von etwa 0,001 bis 2,0 μ mit einem thermoplastischen polymeren Bindemittel mit einer Teilchengrößenverteilung von etwa 1 bis 70 μ herstellt. Der Photoleiter ist in einer Konzentration von etwa 1 bis 25 Vol.-% vorhanden. Dann wird die Mischung in einem geeigneten flüssigen Träger, in dem sich weder der Photoleiter noch das Bindemittel löst, dispergiert. Dann wird ein Schichtträger aus Metall mit der Dispersion überzogen, und man läßt die Trägerflüssigkeit verdampfen. Dann wird die getrocknete Schicht erhitzt, um die Bindemittelteilchen zu einer Bindemittelmatrix zu verschmelzen, die die Photoleiterteilchen in Form von kontinuierlichen Bahnen mit einem Teilchen-Teilchen-Kontakt durch die gesamte Dicke der Bindemittelschicht enthält. Die Größe der Bindemittelteilchen soll im allgemeinen mindestens etwa das Fünffache det Größe der photoleitfähigen Teilchen betragen. Es sei gesagt, daß, wenn die Teilchengröße des Photoleiters die des Bindemittels erreicht, die gewünschte Geome-

trie der Photoleiterteilchen nicht erzielt werden kann und die Photoleiterteilchen vollständig von der Bindemittelmatrix umhüllt werden. In diesem Fall werden die wünschenswerten erfindungsgemäßen Ergebnisse, wie später gezeigt werden wird, nicht erreicht.

Bindemittelschichten der Art einer kontrollierten oder gesteuerten Dispersion, wie sie oben beschrieben wurden, zeigen eine Kombination von elektrischen Eigenschaften oder mechanischen Eigenschaften, die denjenigen: der ,Bindemittelsysteme der Art einer gieichförmigen Dispersion, wie sie in den Beispielen der US-PS 3121 006 beschrieben sind, überlegen sind.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen wird die Erfindung im folgenden beispielsweise näher erläutert.

F ig7l zeigt eine Kurve der elektrophotographischen Empfindlichkeit gegen die Volumenkonzentration an photoleitfähigenTeilchen für den Fall eines üblichen elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials mit gleichförmig dispergiertem Bindemittel;

Fig.2A, 2B, 2C₁ 2D stellen schematische Modelle einer üblichen photoleitfähigen Bindemittelschicht mit gleichförmiger Dispersion bei verschiedenen Photoleiterkonzentrationen dar;

F i g. 3A und 3B stellen schematische Modelle einer erfindungsgemäßen photoleitenden Bindemittelschicht mit kontrollierter Dispersion bei verschiedenen Photoleiterkonzentrationen dar;

Fig.4 stellt eine graphische Darstellung des Porenvolumens gegen das Verhältnis der kleinsten zur größten Bindemittelteilchengröße in einer erfindungsgemäßen Bindemittelschicht mit kontrollierter Dispersion dar;

Fig.5A ist eine schematische Darstellung einer Photoleiter-Bindemittel-Schicht mit gleichförmiger Dispersion;

F i g. 5B erläutert eine typische gleichförmige Dispersion, die bei der Bildung der Photoleiter-Bindemittel-Schicht der F ϊ g. 5A verwendet wurde;

Fig.6A erläutert eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Photoleiter-Bindemittel-Schicht mit kontrollierter Dispersion der F i g. 6A;

Fig.7A stellt elektrische Entladungskurven für die Photpleiter-Bindemittel-Schichten der Fig.5A und 6A . dar. ■ .:"" ■,:■/■■ W ' ._:, .'":■. ■ ',' ' . .

Aus der obenstenenden Diskussion der üblichen Bindemittelsysteme des'-Standes: der Technik geht hervor, daß die optimale Konzentration der photoleitfähigen Teilchen ein notwendiger Kompromiß zwischen den elektrischen Eigenschaften und den mechanischen Eigenschaften darstellt. Wenn z. B. die Empfindlichkeit £0.25 [definiert als die reziproke Energie, die erforderlich ist, um 25% der Anfangsspannung zu entladen Εο& =

jj (0,25 V₀)] eines derartigen Systems als Funktion der

Volumenkonzentration von gleichförmig dispergierten photoleitfähigen Teilchen gemessen wird, dann werden die in der F i g. 1 dargestellten Ergebnisse erhalten.

Die in der Fig. 1 angegebenen Daten stellen die Änderung der Empfindlichkeit einer Reihe von Bindemittelschichten eines Kadmiumsulfoselenid-Photoleiters mit einer maximalen Teilchengröße von etwa 0,8 μ, dispergiert in einem Bindemittel aus Polyisobutylenmethacrylat, gebildet aus einer Toluollösung, dar.

Man kann feststellen, daß eine geringfügige Licht- f>5 empfindlichkeit bei Fotoleitervolumenkonzentrationen von 10% erzielt werden kann, jedoch steigert sich die Empfindlichkeit schnell bei Konzentrationen von 25 bis 50 Volumenprozent, wogegen oberhalb dieser Konzentrationen nur ein geringfügiger Anstieg erreicht wird. Die optimale Fotoleiterkonzentration für dieses System, ausgedrückt als Lichtansprechgeschwindigkeit, beträgt daher etwa 25 Vol.-% oder 80 Gew.-%. Das restliche Potential nimmt als Funktion der Photoleitervolumenbelastung in etwa der gleichen Weise ab wie die Empfindlichkeit ansteigt, so daß bei einer Ladung von 10 Vol.-% der wahre Rest etwa 80% des Anfangspotentials ausmacht, wogegen bei einer Ladung von 45% er auf 5% des Ausgangspotentials abgefallen ist jedoch neigen bei einer Phptoieiterkonzentration von 45 Vol.-% die entstehenden Überzüge dazu, sehr porös zu sein und zeigen eine sehr geringe Abriebfestigkeit. Daher führen trotz der Tatsache, daß die Entladungseigenschaften des Systems mit Hinsicht auf die Photoansprechgeschwindigkeit und das Restpotential zum Betrieb in einer xerographischen Hochgeschwindigkeitskopiereinrichtung geeignet sind, die entstehende Porosität und die geringe Abriebfestigkeit zu einer starken Bildverschlechterung während des (cyclischen) Betriebs, nachdem das anfängliche Bild gebildet worden ist. Zusätzlich zeigen sich bei diesen hohen Volumenbelastungen unerwünscht hohe Ermüdungserscheinungen und in vielen Fällen hoher Untergrund mit teilweiser Belichtung oder Festbereichentwicklungssysteme. Da der hohe Oberflächenglanz verlorengeht und sich eine Porosität oberhalb einer Volumenkonzentration von etwa 25% Photoleiter zu entwickeln beginnt, ist ein Verlust der Ansprechgeschwindigkeit notwendig, um diese letzteren Effekte vollständig auszugleichen. Zusätzlich ist bei dieser Konzentration das Untergrundpotential beträchtlich und, obwohl in einem Einzelkopie-Bildbildungsverfahren die Spannung in dem Entwicklungssystem durch eine Gegenspannung beseitigt, werden kann, steigt dieses Untergrundpotential bei einem 'cyclischen xerographischen Kopiersystem mit jedem Zyklus an, : wodurch sich ein Verlust im elektrischen Kontrast und eine Bildverschlechterung ergibt

Die in der Fig. 1 gezeigten Effekte können weiter erläutert werden, wenn man sich eine Schicht eines polymeren Bindemittels beliebiger Dicke vorstellt, die auf einen leitenden Schichtträger aufgetragen ist, und in der Photoleiterteilchen ein entsprechendes Bindemittelvolumen ersetzen können. In der Fig.2A sind die Photoleiterteilchen zur Vereinfachung als schwarze Quadrate gezeigt Wenn, wie in der Fi g. 2A gezeigt 10 Vol.-% des Bindemittels durch Photoleiter ersetzt werden, und man eine theoretisch perfekte gleichförmige Dispersion und keinen Ladungstransport innerhalb des Bindemittels annimmt ergibt sich die einzige Photoleitfähigkeit die eintreten kann, als Folge der Bewegung der Träger innerhalb der Photoleiter-Bindemittel-Schicht

Stellt man sich wiederum eine perfekte gleichförmige Dispersion vor, so kann die Volumenkonzentration des Photoleiters im wesentlichen auf 25% gesteigert werden, ohne daß ein Kontakt zwischen zwei oder mehreren Teilchen eintritt (vgl. Fig.2B). Läßt man die Oberflächenspannung und die Zweiphasengrenzeffekte außer Betracht und nimmt man Teilchen einer kubischen Form an, so führt ein weiterer Anstieg des Volumengehaltes oberhalb 25% zu einem gewissen Teilchen-Teilchen-Kontakt und zum Beginn der Bildung von Bahnen zwischen photoleitfähigen Teilchen. Zum Beispiel führt, wie in der Fig.2C gezeigt wird, die Steigerung der Photoleitervolumenkonzentration auf

30% zur Bildung einer beträchtlichen Anzahl von Teilchenberührungsstellen, wodurch sich eine Anzahl von Bahnen bildet, die sich von der oberen Oberfläche der Bindemittelschicht bis zum leitenden Schichtträger hinab erstrecken. Die Ansprechgeschwindigkeit und das Restpotential der Schicht sind direkt mit der Zahl und der Länge dieser Wege pro Einheitsoberfläche in Beziehung gesetzt. Träger, die durch absorbiertes Licht gebildet wurden, müssen in der Lage sein, in Richtung des angelegten Feldes zu wandern, das in einer Normalen zur Schichtoberfläche gerichtet ist Diese Träger können sich nicht in dem Bindemittel bewegen mit Ausnahme des speziellen Falles, wo das Bindemittel besonderer Art ist und einen Trägertransport unterstützen kann. Es ist daher nicht überraschend, daß die Ansprechgeschwindigkeit dieser Schichten oberhalb einer Konzentration an photoleitfähigen Teilchen von 25 Vol.-% schnell ansteigt. Da es in der Wirklichkeit unmöglich ist, eine perfekte gleichförmige Dispersion zu erreichen, ist immer eine gewisse mathematische Wahrscheinlichkeit vorhanden, daß zwei oder mehrere einzelne Teilchen bei jeder Volumenkonzentration in Kontakt sind und daher kann eine geringfügige Lichtempfindlichkeit bei geringen Volumengehalten unterhalb 25% erwartet werden, was durch die experimentellen Daten der F i g. 1 erläutert wird.

Wenn die Voluinenkonzentration an photoleitfähigen Teilchen weiter auf 50% gesteigert wird, ist jedes photoleitfähige Teilchen mit 12 anderen Teilchen in Kontakt, wenn man eine perfekte gleichförmige Dispersion und kubische Teilchen gleicher Größe annimmt Die maximale Anzahl von kontinuierlichen elektronischen Bahnen werden somit bei dieser .Konzentration gebildet, und jeder weitere Anstieg in dieser Konzentration führt nicht zu einem Anstieg der Lichtempfindlichkeit oder Ansprechgeschwindigkeit oder zu einem Absinken der Restspannung. Dieser Effekt wird wiederum durch die in der Fig. 1 gezeigten experimentellen Oaten verdeutlicht Es ist klar, daß, wenn man in dieser Weise die maximale Anzahl von Bahnen bildet, die mechanischen Eigenschaften des polymeren organischen Bindemittels nicht aufrechterhalten werden können.

Aus der Fig.2D kann ersehen werden, daß eine beträchtliche Anzahl von photoleitfähigen Teilchen nur dazu dient, die maximale Bahngeometrie zu erreichen und in elektronischem Sinn nur Doppel- oder alternierende Leiterbahnen bilden. Dieser Effekt wird in der Fig.3A erläutert, indem 10 Volumenprozent der Schicht mit einer Konzentration von 50 Volumenprozent durch relativ große Würfel aus reinem organischem polymerem Bindemittel ersetzt sind. Dies vermindert die Photoleiterkonzentration und verbessert die mechanischen Eigenschaften der Schicht, ohne die Anzahl der Bahnen im Lichtabsorptionsbereich nachtei-Hg zu beeinflussen, und ohne die elektrische Verbindung der photoleitfähigen Teilchen mit dem Substrat in diesem Bereich zu zerstören. In gleicher Weise können zusätzliche Würfel aus polymeren! Bindemittel eingeführt werden, um die gesamte Photoleiterkonzentration auf 10 Vol.-%, wie in der Fig.3B gezeigt abzusenken, wiederum ohne die Lichtempfindlichkeit oder die Ansprechwahrscheinlichkeit und die Restspannung zu beeinflussen, da die Kontinuität der Bahnen nicht vollständig unterbrochen ist und ohne daß die Anzahl der Bahnen pro Einheitsoberfläche des Lichtabsorptionsbereiches beträchtlich vermindert wird. Es kann daher ersehen werden, daß hohe Lichtempfindlichkeit bzw. Ansprechgeschwindigkeiten und geringe Restspannung in diesem System bei Konzentrationen an photoleitfähigen Teilchen erreicht werden können, die genügend niedrig sind, um einen geringen schädlichen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften des organischen polymeren Bindemittels auszuüben, wenn die Geometrie der Photoleiter-Bindemittel-Schicht so gesteuert werden kann, daß man diese elektronischen Bahnen durch die Schicht erhält Diese gesteuerte Geometrie wird dadurch erreicht, daß man teilchenförmiges polymeres organisches Bindemittel verwendet und die Teilchengröße der photoleitfähigen Teilchen bedrächtlich kleiner als die der Bindemittelteilchen wählt wodurch man den Photoleiter zwingt den Zwischenraum zwischen den gepackten Bindemittelteilchen zu besetzen. Dieses Konzept kann durch das folgende Beispiel erläutert werden:

Eine Schicht aus einer Dispersion von sphärischen Bindemittelteilchen kann als ein System von dicht gepackten Kugeln betrachtet werden. Das Zwischenraumvolumen einer derartigen Schicht hängt daher von der Größenverteilung der Teilchen und der Packuhgsart ab. Eine hexagonal dichteste Kugelpackung von Monokugeln würde daher zu einem Zwischenraumvolumen von 47% des gesamten Volumens führen. Dann könnten Monokügelchen eines Photoleiters verwendet werden, um diese 47% Porenraum zu füllen, ohne das Gesamtvolumen zu verändern, wenn der Durchmesser der photoleitfähigen Teilchen im Vergleich zum Durchmesser der Bindemittelteilchen genügend klein ist Wenn die Packung dieser photoleitfähigen Teilchen in dem Porenraum des Bindemittels ebenfalls eine hexagonal dichteste Kugelpackung wäre, würde das Zwischenraumvolumen des Photoleiters seinerseits 47% des gesamten Zwischenraumvolumens des Bindemittels ausmachen. Da in diesem Beispiel etwa 50% des Schichtvolumens mit Bindemittelteilchen ausgefüllt sind und 50% des verbleibenden Volumens mit photoleitfähigen Teilchen gefüllt werden, würde sich eine Photoleitervolumenkonzentration von etwa 25% des anfänglichen Schichtvolumens ergeben. Nach dem Verdampfen der Trägerflüssigkeit und dem Zusammenschmelzen der Bindemittelteilchen, z. B. durch Erhitzen, beträgt die Volumenkonzentration der Photoleiterteilchen in der Schicht 33%. Was wichtiger ist ist jedoch, daß in dieser Situation alle Photoleiterteilchen in elektrischem Kontakt von der obersten Oberfläche der Schicht bis zum Substrat in gleicher Weise vorliegen, wie man es im Fall der gleichförmigen Dispersion (F i g. 2D) bei einem Gehalt von 50 Vol.-% erreicht. Dies bedeutet aber eine Verminderung der erforderlichen Photoleitervolumenkonzentration von 33%.

Die Konzentration an photoleitfähigen Teilchen, die notwendig ist um elektronische Bahnen zu bilden, hängt daher von dem Zwischenraumvolumen des Bindemittels ab, das sowohl von der Häufigkeit der Bindemittelteilchen verschiedener Größe und dem Ausmaß dei Größenverteilung als auch von der Teilchenform abhängt Die Fig.4 erläutert den ersteren Effekt, bei dem das Porenvolumen durch die Verwendung vor Bindemittelteilchen mit stark unterschiedlicher Größe mit vier, drei bzw. zwei Komponenten auf etwa 17,5 und 3% vermindert werden kann. In diesen Fällen wärer lediglich etwa 9,5, 2,5 bzw. 1,5 Vol.-% Photoleiter notwendig, um die gewünschten elektronischen Bahner zu bilden. Die Fig.4 erläutert ferner, daß ein kleines Zwischenraumvolumen ebenfalls erzielt wird, indem man die Anzahl von Teilchen verschiedener Größe in

der Verteilung steigert Es wäre daher im Idealfall möglich, im Gegensatz zu einer 50%igen Volumenkonzentration im Fall des klassischen Bindemittelsystetns mit gleichförmiger Dispersion, Bindemittelsysteme mit einem Zwischenraumvolumen von 3% (vier Komponenten) zu bilden, das lediglich 1,5 Vol.-% Photoleiter fordern würde, um die maximale Anzahl von Bahnen zu erreichen.

Die wirklichen Teilchenpacksysteme sind natürlich weitaus komplexer, da nur selten die einzelnen Teilchen sphärisch und aufgrund dieser Tatsache von konstanter Form sind und da die Häufigkeit der Größen und das Ausmaß der Größenverteilung normalwerweise das natürliche Ergebnis des Herstellungsverfahrens ist d. h. der Hersteliungs-; oder der Mahlverfahrensweise. Es ist ebenfalls offensichtlich, daß, wenn man diese Geometriesteuerung des teilchenförmigen Bindemittels verwende^ um elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial herzustellen, die obere Grenze der Teilchengröße für das Bindemittel das Auflösungsvermögen des xerographischen Entwicklungssystems, das verwendet werden soll, nicht übersteigen darf, daß die Teilchengröße des Photoleiters genügend kleiner sein muß als das kleinste Bindemittelteilchen, so daß es den Zwischenraum der Packung dieses kleinsten Bindemittelteilchen ersetzen kann.

Die optimale Volumenkonzentration an photoleitfähigen Teilchen hängt daher von der Teilchengröße, dem Ausmaß und der Art der Teilchenverteilung, von der Teilchenform sowohl der photoleitfähigen Teilchen als auch des Bindemittels, von der Größendifferenz zwischen diesen beiden Materialien und dem Auflösungsvermögen des xerographischen Entwicklungssystems ab.

Bei der Herstellung eines praktischen elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials wurde ermittelt, daß eine bevorzugte maximale Größe für die Bindemittelteilchen etwa 10 μ ist Teilchen oberhalb etwa 10 μ führen zu einem gewissen Bilduntergrund, obwohl ein Material mit einer sehr großen Größenverteilung nicht durch eine prozentual geringe Anzahl von Teilchen mit einer Größe bis zu etwa 70 μ nachteilig beeinflußt wird. Die untere Größengrenze des Bindemittels wird wiederum durch die Größe des zu verwendenden Photoleiters definiert, liegt jedoch in einem praktischen System im Bereich von etwa 0,1 μ. Der Bereich der Größe der photoleitfähigen Teilchen beträgt -in Abhängigkeit von dem Ausmaß und der Form der Größenverteilung etwa 0,001 bis 2 μ. Die minimale Photoleiterkonzentration, die verwendet werden könnte, beträgt daher etwa 1 Vol.-% und die maximale Konzentration etwa 25 Vol.-%, wobei die meisten realen Materialien ein Optimum der elektrischen, cyclischen und xerographischen Eigenschaften im Bereich von etwa 3 bis 15 Vol.-% aufweisen.

Die Bindemittelteilchen bestimmen die Anzahl und die räumliche Verteilung von Bahnenden pro Einheitsfläche in dem Lichtabsorptionsbereich auf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials. Wie bereits angegeben, sollte die obere Grenze der Bindemittelteilchen- fo größe nicht das Auflösungsvermögen des in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial verwendeten xerographischen Entwicklungssystems übersteigen. Weiterhin muß die Größe der photoleitfähigen Teilchen genügend kleiner sein als das kleinste ·<>5 Bindemittelteilchen, so daß sie bei einer Packung dieser kleinsten Teilchengrößen des Bindemittels das Zwischenraumvolumen besetzen können. Das Verhältnis zwischen der Größe der Bindemittelteilchen zu der der photoleitfähigen Teilchen sollte daher mindestens etwa 5 :1 und vorzugsweise etwa 100 :1 oder größer sein, wie sich aus der F i g. 4 ergibt

Die maximale Größe der Bindemittelteilchen, die erfindungsgemäß erwendet werden kann, hängt von dem Auflösungsvermögen des verwendeten xerographischen Entwicklungssystems ab. Zum Beispiel kann die Kaskadenentwicklung, die in den US-Patentschriften 26 18 551, 26 18 552 und 26 38 416 beschrieben ist, ohne Schwierigkeiten ein Auflösungsvermögen von etwa 15 Linienpaaren pro mm erreichen, was einem Punkt mit einem Durchmesser von etwa 33 μ entspricht Daher sollte die maximale Größe von Bindemittelteilchen geringer sein als etwa 33 μ, wenn eine Kaskadenentwicklung verwendet wird. In der folgenden Tabelle sind fünf repräsentative Entwicklungssysteme angegeben, zusammen mit dem normalerweise erzielten Auflösungsvermögen, in Linienpaaren pro Millimeter und in μ. Es versteht sich, daß andere ähnliche Bestimmungen für andere xerographische Entwicklungssysteme durchgeführt werden können.

Tabeiiei -, -

Entwicklungssystem	Normaler	Normaler
	weise	weise
	erreichte	erreichte
	Auflösung	Auflösung
	(Linien	in μ
	paare pro
	Millimeter)
Kaskadenentwicklung	15	33
Magnetbürstenentwicklung	20	25
Flüssige Gravur	6-7	70
Wäßrige Entwicklung	6-10	50
Pulverwolkenentwicklung	60	8

Die Fig.5A erläutert ein elektrophotographische« Aufzeichnungsmaterial mit geringer Konzentration unc gleichförmiger Dispersion, die einen.Schichtträger 11 der mit einer Bindemittelschicht 12 überzogen ist umfaßt Die Bindemittelschicht 12 enthält photoleitfähi ge Teilchen 13, die gleichförmig in einem polymerer organischen Bindemittel 14 dispergiert sind. Die Photoleiter-Bindemittel-Schicht erläutert den Fall, daf 10 Vol.-% Photoleiter in 90.'VoL-% Bindemitte eingebettet sind. Nimmt man eine perfekte gleichförmige Dispersion an, so wäre jedes photoleitende Teilchei vollständig von dem Bindemittel umgeben. Diese Ar von Photoleiter-Bindemittel-Schicht ist wegen de; Fehlens des Teilchenkontakts der photoleitfähigei Teilchen durch eine sehr geringe Lichtempfindlichkei gekennzeichnet was sich zugleich in einem hohei Rückstandspotential äußert Dieses Material könnu aufgrund des Anstieges des Rückstandspotentials in Verlaufe des cyclischen Betriebes und aufgrund eine; sich daraus ergebenden Verslustes an Kontrastpotentia nicht cyclisch zur Herstellung elektrophotographische Bilder verwendet werden. Die F i g. 5B erläutert den FaI der Dispersion der gleichförmigen Art, die zur Bildung der Schicht der Fig.5A verwendet wird. Dies« Dispersion enthält photoleitfähige Teilchen 13, die ii einer Bindemittellösung 15 dispergiert sind, die auf eil tragendes Substrat 11 aufgezogen wird. Die Bindemit tellösung wird dann eingdampft und führt zu dei Struktur der Fig.5A. Diese Art von Struktur is

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charakteristisch für die Photoleiter-Bindemittel-Schichten, die in der US-PS 31 21 006 beschrieben sind.

Die Fig.6A erläutert eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials 20 und umfaßt eine Bindemittelschicht 21, die von einem Schichtträger 22 getragen wird. Die Bindemittelschicht 21 enthält photoleitende Teilchen 23, die in ungleichförmiger oder gesteuerter Art und Weise dispergiert sind, so daß sie Bahnen durch die gesamte Dicke der Photoleiter-Bindemittel-Schicht bilden, in der Bindemittelteilchen 24 enthalten sind. Die Volumenkonzentration bei dieser Ausführungsform beträgt ebenfalls etwa 10% (die gleiche Konzentration wie in der Fig.5A), jedoch ist die Struktur aus einer anfänglichen Dispersion von photoleitfähigen Teilchen gebildet, die eine mittlere Größe von 0,5 μ bei einer Verteilung von 0,01 bis 0,8 μ aufweisen, wobei Bindemittelschichten mit einer mittleren Größe von 5 μ bei einer Größenverteilung von 1 bis 12 μ verwendet wurden Diese Dispersion, mit der der Schichtträger überzogen wird, stellt sicher, daß die photoleitenden Bahnen durch die Dicke der Photoleiter-Bindemittel-Schicht gebildet werden. Die Fig.öB erläutert die Dispersion aus photoleitfähigen Teilchen und Bindemittelteilchen vor dem Bilden der Struktur der F i g. 6A. In der F i g..6B sind Bindemiüeiieilchen 24, die beträchtlich größer sind als die Photoleiterteilchen 25, in einem flüssigen Träger (der nicht gezeigt ist) dispergiert Dann wird ein Schichtträger 21 mit dieser Dispersion überzogen, und der flüssige Träger wird verdampft Die getrocknete Schicht die in der F i g. 6B gezeigt ist führt zu einer Reihe von großen Bindemittelteilchen, deren Zwischenräume mit relativ kleineren Photoleiterteilchen 25 gefüllt sind. Aus der Fig.6B ergibt sich repräsentativ für die vorliegende Erfindung, daß die Volumenbesetzung der Photoleiterteilchen auf die Zwischenräume der größeren Bindemittelteilchen beschränkt ist Andererseits kann in dem Lösungsbindemittelsystem (F i g. 5B) kein Kontakt von Photoleiterteilchen mit einer Konzentration von 10 Vol.-% bei perfekter Dispersion eintreten. Die elektrischen Eigenschaften der endgültigen Bindemittelstrukturen der F i g. 5A und 6A sind durch die elektrischen Entladungskurven für die zwei Schichten gekennzeichnet die zeigen, daß sich durch die Bindemittelstruktur mit geometrischer Kontrolle, wie sie in der Fi g. 6A gezeigt ist eine bedeutend bessere Leistung ergibt

„Um:die Vorteile der vorliegenden Erfindung besser zu erläutern, wird ein direkter Vergleich der elektrischen Eigenschaften-einer erfindungsgemäßen Struktur, die in der F i g. 6A gezeigt ist mit denen einer gleichförmigen Dispersion eines üblichen Bindemittelsystems, wie es in der F i g. 5A gezeigt ist vorgenommen. Die elektrophotographischen Aufzeichnungsplatten, die diese Arten von Strukturen aufweisen, werden unter Verwendung eines Polysulfonharzes und eines handelsüblichen Kadmiumsulfoselenidpigments wie folgt hergestellt:

90 Volumenteile Polysulfonharz in Teilchenform mit einer mittleren Teilchengröße von 20 μ und mit einer Größenverteilung von etwa 1 bis 40 μ werden in einer Trägerflüssigkeit (Isopropanol), in der weder das Polymerisat noch der Photoleiter löslich ist dispergiert. Dann werden 10 Volumenteile der Kadmiumsulfoselenid-Photoleiterteilchen mit einer mittleren Größe von 0,5 μ und einer Größenverteilung von 0,5 bis 0,8 μ mit dem Polymerisat und dem flüssigen Träger vermischt Dann wird diese Dispersion in Form einer 25 μ dicken Schicht auf einen Schichtträger aus Aluminium gegossen. Der flüssige Träger wird verdampft und führt zu einer Struktur, die ähnlich der in der F i g. 6B gezeigten ist. Die endgültige Bindemittelschicht wird gebildet, indem man das Polymerisat schmilzt, indem man es 3 min auf 250⁰C erhitzt so daß man eine kontinuierliche Bindemittelschicht in der in der Fig.6A gezeigten Weise erhält.

Dann wird eine zweite Bindemittelstruktur hergestellt, indem man zunächst eine Polymerlösung aus 90

ίο Volumenteilen Polysulfon in Cyclohexanon herstellt Dann werden 10 Volumen teile der gleichen Cadmiumsulfoselenid-Fotoleiterteilchen in der Polymerlösung dispergiert Ein Film dieser Dispersion wird dann auf einen Schichtträger aus Aluminium gegossen und das

Lösungsmittel verdampft so daß man eine kontinuierliche Schicht erhält die die gleiche Dicke aufweist wie die Schicht mit kontrollierter Geometrie, die oben gebildet wurde. Der Film dieser Dispersion vor der Verdampfung des Lösungsmittels ist in der Fig.5B gezeigt Die endgültige Bindemittelschicht nach dem Verdampfen des Lösungsmittels ist in der Fi g. 5A gezeigt In dieser Situation, in der sich eine perfekte gleichförmige Dispersion ergibt sind keine fotoleitenden Teilchen mit einer Konzentration des Fotoleiters von 10 Vplumen-

2s prozent in Kontakt Beide Platten werden dann separat untersucht indem man sie auf ein negatives Potential von 600 Volt auflädt und mit Licht belichtet um die Fotoentladung zu messen. Diese Entladungskurven sind in der F i g. 7 für jede Schicht gezeigt und zeigen einen großen Unterschied im Verhalten der Platte, die,nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der Technik der gesteuerten Dispersion hergestellt wurde. Man kann ersehen, daß die Beleuchtungsflußdichte, die erforderlich ist um eine signifikante Entladung bei der Schicht mit gleichförmiger Dispersion zu erreichen (735 χ IQH ph cm~² Sek.-') um zwei Größenordnungen größer ist als die für die Schicht mit gesteuerter Dispersion (735 χ 10¹²ph cm-² Sek.-') . Zusätzlich ist die Restspannung im Fall der gleichförmigen Dispersion ein echter Rückstand, der sich beim Cyclisieren vergrößert Aus der F i g. 7 kann ersehen werden, daß mit Hinsicht auf die elektrischen Eigenschaften durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Bindemittelschicht mil gesteuerter Dispersion eine beträchtliche Verbesserung erzielt werden kann.

Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung dei Photoleiter-Bindemittel-Schichten umfaßt die Verwen dung eines thermoplastischen organischen polymerer Bindemittels, das nach der Bildung der trockener Schicht, die in der F i g. 6B gezeigt ist, unter Bildung dei Struktur der F i g. 6A geschmolzen wird. Es versteht siel jedoch, daß andere geeignete Verfahren und Methodei ebenfalls bei der Bildung der endgültigen Schich verwendet werden können. Typische Verfahrensweisei dieser Art schließen Lösüngsmittelschmelzen, Druck schmelzen, die Verwendung von latenten Lösungsmit teln oder all diese Verfahrensweisen, kombiniert mi Wärme, ein.

Das erfindungsgemäße elektrophotographische Auf Zeichnungsmaterial kann jedes geeignete photoleitfähi ge Material verwenden. Dieses Material schließt sowoh anorganische als auch organische Photoleiter um Mischungen davon ein.

Typische organische Photoleiter schließen Kadmium sulfid, Kadmiumsulfoselenid, Kadmiumselenid, Zinksul fid, Bleioxid, Zinkoxid, Antimontrisulfid und Mischun gen davon ein. In der US-PS 31 21006 ist ein vollständigere Aufzählung von anorganischen Photolei

2!

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tern, die erfindungsgemäß geeignet sind, angegeben. Anorganische photoieitende Gläser können ebenfalls als Photoleiter verwendet werden. Typisch sind z. B. ein glasiges oder amorphes Selen, Selenlegierungen, Materialien, wie Arsen, Tellur, Thallium, Wismuth, Schwefel, Antimon und Mischungen davon. Typische organische Photoleiter, die erfindungsgemäß geeignet sind, sind z. B. die X-Form von metallfreiem Phthalocyanin, das in der US-PS 33 57 989 beschrieben ist, Anthracen, Anthrachinon und metallhaltige und metaHfreie Phthalocyanine.

Zusätzlich können verschiedene Additive, Aktivatoren, Dotierungsmittel und/oder Sensibilisatoren verwendet werden, um die Photoleitfähigkeit der obigen Photoleiter zu steigern. ι s

Zum Beispiel ist es bekannt, durch Zugabe von Halogenen zu Arsen-Selen-Legierungen, die Lichtempfindlichkeit zu steigern. Ähnlich zeigt Zinkoxyd verbesserte spektrale Empfindlichkeit, wenn es mit einem geeigneten Farbstoff sensibilisiert wird. Es ist ebenfalls bekannt, daß man eine gesteigerte Lichtempfindlichkeit erzielt, wenn Fotoleiter, wie Camiumsulfid, mit einer sehr geringen Menge eines aktivierenden Materials, wie Kupfer, umgesetzt werden.

Die Fotoleiterkonzentrationen können sich von etwa 1 Volumenprozent bis etwa 25 Volumenprozent der Bindemittelschicht erstrecken. Eine Fotoleiterkonzentration von etwa 3 bis 15 Volumenprozent ist jedoch bevorzugt, da allgemein die optimale Kombination von elektrischen Eigenschaften und mechanischen Eigenschäften erreicht wird.

Das Bindemittel kann jedes elektrisch isolierende organische polymere Bindemittel sein, das in teilchenförmiger Form hergestellt, aus einer Dispersion zu einem Film gegossen und später unter Bildung einer glatten kontinuierlichen Bindemittetschicht aufgearbeitet werden kann. Typische polymere Bindemittel sind z. B. Polysulfone, Acrylate, Poläthylen, Styrol, Diallylphthalat, Polyphenylensulfid, Melaminformaldehyd, Epoxydharze, Polyester, Polyvinylchlorid, Nylon, Polyvinylfluorid und Mischungen davon. Thermoplastische und hitzehärtende Bindemittel sind bevorzugt, da sie leicht durch einfaches Erhitzen der teilchenförmigen Schicht zu der endgültigen Bindemittelschicht zusammengeschmolzen werden können.

Die Mischung von Bindemittel und photoleitfähigen Teilchen wird normalerweise in einem fluiden Träger dispergiert, wie in einer Flüssigkeit, in der weder die Bindemittelteilchen noch die Photoleiterteilchen löslich sind. Alternativ kann das Trägerfluid ein Gas, wie Luft, umfassen.

Das erfindungsgemäße elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial kann in jeder Form vorliegen, wie in Form eines biegsamen Bandes, einer flachen Platte oder Trommel. Der Schichtträger kann vorzugsweise aus einem leitenden Material hergestellt sein, wie Messing, Aluminium, Stahl oder einem leitend überzogenen Dielektrikum oder Isolator. Der Schichtträger kann jede geeignete Dicke aufweisen, fest oder flexibel sein und in jeder gewünschten Form vorliegen, wie in Form eines Blattes, eines Gewebes, eines Bandes, einer Platte, eines Zylinders, einer Trommel oder dergleichen. Es kann ebenfalls andere Materialien umfassen, wie metallisiertes Papier, Kunststoff-Folien, die mit einer dünnen Metallschicht, wie Aluminium oder Kupferjodid, überzogen sind, oder Glas, das mit einer dünnen Schicht von Chrom oder Zinnoxyd überzogen ist. In gewissen Fällen, wenn es gewünscht ist, kann der Schichtträger ein elektrischer Isolator oder ein Dielektrikum sein, und das Aufladen kann durch gut bekannte Verfahrensweisen erfolgen, wie durch eine gleichzeitige Corona-Entladung auf beiden Seiten des Aufzeichnungsmaterials mit Ladungen entgegengesetzter Polarität. Alternativ kann nach der Bildung der Bindemittelschicht der Schichtträger selbst vollständig entfernt werden.

Im allgemeinen sollte die Dicke der Bindemittelschicht zwischen etwa 10 bis 80 μ liegen, jedoch können Dicken außerhalb dieses Bereiches ebenfalls verwendet werden.

Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung weiter erläutern, ohne sie jedoch zu beschränken. Die Prozentteile in der Beschreibung, in den Beispielen und in den Ansprüchen sind, wenn nicht anders angegeben, auf das Volumen bezogen. In den

Beispielen ist die Empfindlichkeit durch ^ χ 0,5

definiert und stellt die reziproke Energie dar, die erforderlich ist, um die Bindemittelschicht auf 50% des Anfangspotentials zu entladen.

Beispiel 1

Ein Volumenteil Zinkoxyd mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,5 μ und einer Verteilung von etwa 0,08 bis 0,8 μ wird in einer Trägerflüssigkeit (Äthylenglykol) mit 9 Volumenteilen eines Mischpolymerisats von 70% Isobutylmethacrylat und 30% Styrol vermischt, das vermählen und gesiebt wurde, so daß sich eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 μ mit einer Verteilung von 1 bis 12 μ ergab. Ein Film der Dispersion wird dann auf einen Schichtträger aus Aluminium aufgezogen, die Trägerflüssigkeit wird durch Erhitzen auf 90⁰C während 90 min verdampft, und der Überzug wird geschmolzen unter Bildung einer getrockneten kontinuierlichen Schicht mit einer Dicke von etwa 18 μ, indem man das Material während 3 min auf 175°C erhitzt. Das Endprodukt ist eine elektrophotographische Aufzeichnungsplatte, die einen Schichtträger aus Metall umfaßt, auf dem sich eine Photoleiter-Bindemittel-Schicht befindet. Die Platte wird dann auf ein Ausgangspotential von -400 Volt mit Hilfe einer Corona-Entladung beladen und weist eine Dunkelentladungsgeschwindigkeit von 50 Volt/sek und einen

r-Wert von 0,04 (Ergs/cm²) -' für 50%ige Entladung bei

3750 A und 7,35 χ 10¹² Photonen/cm²/sek mit einer Restspannung von 50 Volt auf. Die Photoleiter-Bindemittel-Schicht ist glatt, nicht porös und zeigt einen hohen Glanz. Die mechanischen Eigenschaften mit Hinsicht auf die Adhäsion und die Abriebfestigkeit sind ausgezeichnet.

Beispiel 2

Eine Bindemittelschicht mit einer Dicke von 18 μ wird hergestellt unter Verwendung des gleichen Zinkoxydes wie in Beispiel 1 angegeben, das in 9 Volumenteilen Toluollösung dispergiert wurde, die 1 Volumenteil des gleichen Bindemittelmaterials von Beispiel 1 enthielt. Die Bindemittelschicht wird gebildet, indem man die Mischung auf einen Schichtträger aus Aluminium aufträgt und das Lösungsmittel verdampfen läßt. Die Platte zeigt eine Dunkelentladungsgeschwindigkeit von

50 Volt/Sek., einen g-Wert für 50% Entladung von 0,037

(ergs/cm²)-¹ und eine Restspannung von 50 Volt bei einem Anfangspotential von -400 Volt. Obwohl diese elektrophotographische Aufzeichnungsplatte elektri-

ί 08

sehe Eigenschaften aufweist, die mit denen der Platte von Beispiel 1 vergleichbar sind, ist die Photoleiter-Bindemittel-Schicht sehr porös ind zeigt ein mattes Oberflächenaussehen. Weiterhin zeigt die Photoleiter-Bindemittel-Schicht eine geringe Adhäsion und eine schlechte Abriebfestigkeit. Da die Eigenschaften der fotcinduzierten Entladung der Platten der Beispiele 1 und 2 im wesentlichen innerhalb der Untersuchungsfehler identisch sind, zeigen die Beispiele, daß ein Anstieg der Bindemittelkonzentration um den Faktor 9 möglich ι ο ist, wenn man die gesteuerte Geometrie gemäß Beispiel 1 verwendet.

Beispiel 3

Eine zweite elektrophotographische Aufzeichnungsplatte wird gemäß dem Verfahren von Beispiel 2 hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Konzentration von Zinkoxyd auf 1 Volumenprozent abgesenkt wird und wobei man das Zinkoxyd in einer Toluollösung dispergiert, die 9 Volumenteile des Harzes enthält. Diese Platte wird, wie in den Beispielen 1 und 2 angegeben, aufgeladen und untersucht und zeigt keine Lichtempfindlichkeit bei dieser Beleuchungswellenlänge und Flußdichte.

Beispiel 4

6 Volumenteile der X-Form von metallfreiem Phthalocyanin mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 μ mit einer Verteilung von 0,01 bis 0,4 μ wird einer Trägerflüssigkeit (Cyclohexanol) mit 94 Teilen eines Polyesters dispergiert, der vermählen und der Größe nach aufgeteilt wurde, so daß sich eine durchschnittliche Teilchengröße von 4 μ mit einer Verteilung von 1 bis 10 μ ergab. Ein Film der Dispersion wird auf einen Schichtträger aus Aluminium aufgetragen, die Trägerflüssigkeit wird verdampft, indem man das Material auf 6O⁰C erhitzt, und der Überzug wird unter Bildung einer kontinuierlichen Schicht mit einer Dicke von 20 μ verschmolzen, indem man das Material während 2 Minuten auf 230⁰C erhitzt. Die Platte wird dann auf ein Potential von +400 Volt mit Hilfe einer Corona-Entladung geladen und zeigt eine Dunkelentladungsgeschwindigkeit von 50 Volt/Sek. und einen -=-Wert von 0,05 für 50%ige Entladung bei 8000 A und £ 8 x 10¹² Photonen/cm²/Sek. mit einer Restspannung von 10 Volt. Die Schicht ist nicht porös, zeigt einen hohen Glanz und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften.

Beispiel5

Unter Verwendung der gleichen Materialien und der Fotoleiterkonzentration, wie in Beispiel 4, wird Photoleiter-Bindemittel-Schicht mit einer Dicke von 25 μ aus einer gleichförmigen Dispersion des Fotoleiters in einer Acetonlösung des Harzes gebildet. Die Platte wird elektrisch, wie in Beispiel 4 angegeben, untersucht und zeigt keine Spur von Lichtempfindlichkeit bei dieser Beleuchtungslichtwellenlänge und Flußdichte.

Beispiel 6

Unter Verwendung der gleichen Materialien des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 5 wird die Fotoleiterkonzentration auf 25 Volumenprozent gesteigert. Die entstehende Photoleiter-Bindemittel-Schicht mit einer Dicke von 25 μ nimmt keine bemerkenswerte elektrostatische Ladung auf aufgrund der hohen Dunkelleitfähigkeit des Fotoleiters.

Beispiel 7

Glasiges Selen hoher Reinheit (99,999 Gew.-%) wird in flüssigem Stickstoff zu einer Teilchengrößenverteilung von 0,5 bis 2 μ vermählen. 14 Volumenteile dieses Materials werden in einer Trägerflüssigkeit (Cyclohexanol) mit 86 Volumenteilen Polyester dispergiert, das vermählen und der Größe nach aufgeteilt wurde, so daß sich eine durchschnittliche Teilchengröße von 4 μ mit einer Verteilung von 1 bis 10 μ ergab. Ein Film dieser Dispersion wird auf einen Schichtträger aus Aluminium aufgetragen, die Trägerflüssigkeit wird durch Erhitzen auf 60° C verdampft und der Überzug unter Bildung einer kontinuierlichen Schicht mit einer Dicke von 20 μ verschmolzen, indem man während einer Minute auf 230°C erhitzt. Die Platte wird mit einer Corona-Entladung auf ein Potential von +600 Volt geladen und zeigt eine Dunkelentladungsgeschwindigkeit von 5 Volt/Sek.

und einen -ψ-Wert von 0,05 für 50%ige Entladung bei 4000 A und 8 χ 10¹² Photonen/cmVSek. mit einer Restspannung von 40 Volt. Diese Schicht zeigt eine ausgezeichnete Biegefähigkeit und Adhäsion.

Beispiel 8

Unter Verwendung der gleichen Materialien und Fotoleiterkonzentrationen wie in Beispiel 7, wird eine 20 μ dicke Photoleiter-Bindemittel-Schicht aus einer gleichförmigen Dispersion des Fotoleiters in einer Acetonlösung des Harzes gebildet. Die Platte wird elektrisch, wie in Beispiel 7 angegeben, untersucht und, ausgehend von einem Ausgangspotential von +600 Volt, zeigt die Platte eine Restspannung von 520 Volt.

Beispiel 9

Ein Volumenteil von synthetischem reinem Cadmiumsulfid mit einer Teilchengrößenverteilung von 0,005 bis 0,4 μ wird in einer Trägerflüssigkeit (Äthylenglykol) mit 9 Volumenteilen eines Mischpolymerisats mit 70% Isobutylmethacrylat und 30% Styrol mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 μ mit einer Größenverteilung von 1 bis 12 μ dispergiert. Ein Film dieser Dispersion wird auf einen Schichtträger aus Aluminium aufgetragen, die Trägerflüssigkeit durch Erhitzen auf 9O⁰C während 10 Minuten verdampft und der Überzug unter Bildung einer kontinuierlichen Schicht mit einer Dicke von 25 μ geschmolzen, indem man während 3 Minuten auf 175⁰C erhitzt. Die Platte wird in einer Corona-Entladung auf ein Potential von -600 Volt aufgeladen und zeigt eine Dunkelentladungsgeschwindigkeit von 50 Volt/Sek. und einen y-Wert von 0,09 (ergs/cm²)-¹ für eine 50%ige Entladung bei 5000 A und 7,35 xl0^t2 Photonen/cm²/Sek. mit einer Restspannung von 20 Volt. Die Schicht ist glatt, nicht porös und weist einen hohen Glanz und gute mechanische Eigenschaften mit Hinsicht auf die Adhäsion und die Abriebfestigkeit auf.

Beispiel 10

Unter Verwendung der gleichen Materialien und der gleichen Fotoleiterkonzentration von Beispiel 9, wird ein Überzug aus einer gleichförmigen Dispersion des Fotoieiters in einer Toiuoilösung des Harzes gebildet. Man beobachtet bei dieser Probe keine Photoleitfähigkeit bei der Wellenlänge und der Lichtintensität, die bei der Untersuchung der Schicht des Beipsiels 9 verwendet wurden.

/I

17
Beispiel 11

2! 08

Unter Verwendung der gleichen Materialien und unter Anwendung einer gleichförmigen Dispersion und Bindemittellösungstechnik von Beispiel 10 wird die Fotoleiterkonzentration auf 50 Volumenprozent gesteigert. Ausgehend von einem Anfangspotential von —600 VoU zeigt die Bindemittelschicht eine Dunkelentladungsgeschwindigkeit von 150 Volt/Sek. und einen g-Wert von 0,09 (ergs/cm²)-' für eine 50%ige Entladung bei 5000 A und 7,35 χ 10¹² Photonen/cm²/ Sek. mit einer Restspannung von 25 Volt. Diese Schicht ist jedoch porös, die Oberfläche ist matt, und die Adhäsion und die Abriebfestigkeit sind extrem schlecht, ι s

Beispiel 12

81 Volumenteile eines Mischpolymerisats aus 70% Isobutylmethacrylat und 30% Styrol, das vermählen und auf eine mittlere Teilchengröße von 5 μ und eine Verteilung von 1 bis 8 μ der Größe nach aussortiert wurde, wird in einer silikonhaltigen Trägerflüssigkeit mit 9 Teilen eines synthetischen Cadmiumselenids, (CdSo.6Seo.4) mit einer Teilchengröße von 0,001 bis 0,4 μ dispergiert. Ein Film dieser Dispersion wird auf einen Schichtträger aus Aluminium gegossen, die Trägerflüssigkeit wird durch Erhitzen während 2 Stunden auf 50⁰C verdampft und der Überzug unter Bildung einer kontinuierlichen Schicht mit einer Schichtdicke von 55 μ zusammengeschmolzen, indem man während 3 Minuten auf 175° C erhitzt.

Der entstehende Film ist glatt und nicht porös und zeigt mechanische Eigenschaften, die im wesentlichen denen nicht pigmentierter Schichten des Bindemittels äquivalent sind. Die Platte wird in einer Corona-Entladung auf ein Ausgangspolential von —600 Volt aufgeladen und zeigt eine Dunkelentladungsgeschwin-

digkeit von 500 Volt/Sek. und einen -=-Wert von 1,0

(ergs/cm²)-' für eine 50%ige Entladung bei 5800 Ä und 8 χ 10¹² Photonen/cm²/Sek. mit einem Restpotential von 10 Volt.

Die Platte wird zusätzlich untersucht, indem man die flache überzogene Aluminiumplatte um eine zylindrische Aluminiumtrommel mit einem Durchmesser von 10,16 cm und einer Länge von 22,86 cm wickelt. Die Platte wird dann tausendmal im Zyklus betrieben, indem man sie auflädt, mit einem Lichtmuster unter Bildung eines latenten Bildes belichtet und mit Tonerteilchen unter Bildung eines sichtbaren Bildes entwickelt.

Das Bild wird dann auf ein Papierblatt übertragen und unter Bildung einer permanenten Kopie des ursprünglichen Bildes erhitzt. Die Platte wird mit Geschwindigkeiten von bis zu 25,4 cm/Sek. im Zyklus betrieben und zeigt beim Betrieb keine meßbare Veränderung der fotoinduzierten Entladungseigenschaften. Xerographische Bilder und Muster, die mit Hilfe der Platte hergestellt wurden, zeigen eine hohe Auflösung, gute Kantenschärfe und hohe Dichte. Fünf Untersuchungen mit 1000 Zyklen wurden mit der Platte durchgeführt, (>o ohne daß sich am Ende der 5000 Zyklen eine Bildverschlechterung oder ein Verlust der elektrischen Eigenschaften zeigte.

Beispiel 13

Unter Verwendung der identischen Materialien und Konzentrationen, wie in Beispiel 12 angegeben, wird ein Überzug mit einer Dicke von 55 μ aus einer gleichförmigen Dispersion des Fotoleiters in einei Toluollösung des Harzes gebildet. Die entstehende Schicht ist glatt und nicht porös, jedoch/war bei einerr Ausgangspotential von -600 Volt der Gesamtkontrast der entwickelt werden konnte, 100 Volt Dies stellt eine Restspannung von 500 Volt dar, die sich beim zyklischer Betrieb erhöhte, so daß nach dem dritten Zyklus in wesentlichen kein Kontrast mehr entwickelt werder konnte.

Beispiel 14

Unter Verwendung der gleichen Materialien unc unter Anwendung des Bindemittellösungsverfahren! mit gleichförmiger Dispersion von Beispiel 13 wird die Fotoleiterkonzentration auf 50 Volumenprozent gestei gert, und eine Bindemittelschicht wird auf einen Schichtträger aus Aluminium gebildet. Der entstehende Überzug mit einer Dicke von 55 μ ist porös, weist eine matte Oberfläche auf, und die Adhäsion und die Abriebfestigkeit der Bindemittelschicht sind ausgespro chen schlecht.

Die Platte wird in einer Corona-Entladung auf eir Anfangspotential von -600 Volt aufgeladen, die Dunkelentladungsgeschwindigkeit beträgt 500 Volt prc

Sekunde, und die Schicht besitzt einen -g -Wert von 0,f (ergs/cm²)-¹ für 50%ige Entladung bei 5800 A unc 8 χ 10^!2 Photonen/cm²/Sek. mit einer Restspannung von 20 Volt. Diese Schicht konnte anfänglich, wie ir Beispiel 13, xerographisch mit Bildern und Musterr versehen werden, jedoch waren die folgenden Bildei von geringer und sich verschlechternder Qualitäi aufgrund der Unfähigkeit, restlichen Toner von dei porösen Oberfläche zu entfernen.

Beispiel 15

90 Volumenteile Polyester werder. vermählen und dei Größe nach aufgeteilt, um e:ine mittlere Teilchengröße von 5 μ und eine Verteilung von 1 bis 10 μ zu erreichen und dieses Material wird in einer Trägerflüssigkei (Cyclohexanol) mit 10 Teilen Camiumsulfoselenid mii einer Teilchengröße von 0,001 bis 0,4 μ dispergiert. Eir Film dieser Dispersion wird auf einen Schichtträger au; Aluminium gegossen, die Trägerflüssigkeit wird durcl· Erhitzen während 4 Stunden auf 6O⁰C verdampft, unc der Überzug wird durch Erhitzen während 3 Minuter auf 230⁰C unter Bildung einer kontinuierlichen Photo leiter-Bindemittel-Schicht mit einer Dicke von 55 \. zusammengeschmolzen. Der entstehende Überzug isi sehr glatt, nicht porös und glänzend. Er besitz mechanische Eigenschaften, die im wesentlichen dener der nicht pigmentierten Schichten des Bindemittel; äquivalent sind und ist durch eine hohe Adhäsion Biegsamkeit und Abriebfestigkeit gekennzeichnet.

Die Platte wird in einer Corona-Entladung auf eir Anfangspotential von —600 Volt aufgeladen und zeig eine Dunkelentladungsgeschwindigkeit von 500 Volt/

Sek. und einen ρ -Wert von 0,4 für 50%ige Entladunj

bei 5800 A und 8 χ 10¹² Photonen/cm²/Sek. mit einen Restpotential von 10 Volt.

Die Platte wird zusätzlich untersucht, indem man dii flache überzogene Aluminiumplatte um eine zylindri sehe Aiurniriiurfitrornme! mit einem Durchmesser vo! 10,16 cm und einer Länge von 22,86 cm wickelt. Dh Platte wird dann tausendmal im Zyklus betrieben, inden man sie durch eine Corona-Entladung auflädt, sie mi einem Lichtmuster unter Bildung eines latenten Bilde:

jelichtet und mit Tonerteilchen unter Bildung eines iichtbaren Bildes entwickelt. Das Bild wird dann auf ein Papierblatt überführt und unter Bildung einer permanenten Kopie des ursprünglicher. Bildes durch Erhitzen Fixiert. Die Platte wird mit Geschwindigkeiten von bis zu 25,4 cm/Sek. im Zyklus betrieben, ohne eine meßbare Veränderung der fotoinduzierten Entladungseigenschaften im Verlaufe des zyklischen Betriebes. Alle xerographixehen Bilder zeigen hohe Auflösung, gute Kanienschärle, hohe Dichte und geringen Untergrund. Nach Beendigung des zyklischen Betriebes wird keine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften oder der mechanischen Eigenschaften beobachtet.

Beispiel 16

Unter Verwendung des Verfahrens von Beispiel )5 wird eine zweite xerographische Platte hergestellt unter Verwendung der gleichen Materialien und Verhältnisse wie in Beispiel Ί5, mit der Ausnahme, daß die Bindemittelschicht auf einem flachen Schichtträger aus rostfreiem Stahl gebildet wird. Der Schichtträger aus rostfreiem Stahl, der mit der Bindemittelschicht überzogen ist, wird dann in die Form eines Metallzylinders mit einem Durchmesser von 10,16 cm und einer Länge von 22,86 cm überführt, indem man die Enden des Schichtträgers zusammenschweißt. Der Zylinder wird über einer Spindel angeordnet und in einem Kopiergerät 4500mal im Zyklus betrieben. Die mit Hilfe dieser Platte gebildeten Bilder zeigen eine hohe Auflösung, gute Kantenschärfe, hohe Dichte und geringen Untergrund. Nach Beendigung der 4500 Zyklen zeigte die Platte keinen Hinweis auf eine Bildverschlechterung

oder einen Verlust der elektrischen oder mechanischen Eigenschaften.

Beispiel 17

Unter Verwendung der identischen Materialien und Konzentrationen von Beispiel 15 wird eine Schicht mit einer Dicke von 55 μ und einer Dispersion des Fotoleiters in einer Acetonlösung des Harzes gebildet. Die Photoleiter-Bindemittel-Schicht ist glatt und nicht porös, jedoch zeigte die Platte nach einer Corona-Aufladung auf —600 Volt eine Restspannung von 500 Volt und konnte nach dem dritten Zyklus aufgrund eines Verlustes des Konirastpotentials nicht mehr entwickelt werden.

Beispiel 18

Unter Verwendung der Harzlösung und der Methode der gleichförmigen Dispersion von Beispiel 17 wurde die Fotoleiterkonzentration auf 50 Volumenprozent gesteigert. Die entstehende Schicht mit einer Dicke von 50 μ ist porös, weist eine matte Oberfläche und eine sehr schlechte Abriebfestigkeit auf. Bei einem Ausgangspotential von —600 Volt betrug die Dunkelentladungsgeschwindigkeit 400 Volt/Sek., und die Schicht zeigte einen ^ -Wert von 0,5 (ergs/cm²)-' für eine 50%ige Entladung bei 5800 Ä und 8 χ 10¹² Photonen/cmVSek mit einer Restspannung von 20 Volt. Zusätzlich zu der schlechten mechanischen Eigenschaften konnte diese Schicht nicht in einem zyklischen xerographischer Bildkopiersystem verwendet werden aufgrund dei hohen Ermüdungserscheinungen und der Unfähigkeit den restlichen Toner von der lichtempfindlicher Oberfläche zu entfernen.

Hier/u 4 Blau Zeichnungen

Claims

2! OB Patentansprüche:

1. Elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit oder aus einer Photoleiter-Bindemittel-Schicht, die 1 - 25 Vol.-% photoleitfähige Teilchen in Form einer Vielzahl sich in Richtung der Dicke der Photoleiter-Bindemittel-Schicht erstreckender Bahnen aus sich berührenden photoleitfähigen Teilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoleiter-Bindemittel-Schicht ein polymeres orga- ,₀ nisches Bindemittel enthält

2. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 3-15 Vol.-% photoleitfähige Teilchen enthält

3. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein thermoplastisches oder hitzehärtbares Bindemittel enthält.

4. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Bindemittel mit Acrylsäureester-, Styrol- oder Diallylphthalat-Einheiten oder aus einem Polysuifon, Polyäthylen, Polyphenylensulfid, Melamin-Formaldehyd-Harz, Epoxyharz, Polyester, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyamid oder aus einer Mischung davon enthält.

5. Aufzeichnungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es photoleitfähige Teilchen aus CdS, CdSSe, ZnO, glasiges Selen oder metallfreies Phthalocyanin in der X-Form enthält.

6. Aufzeichnungsmaterial nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Photoleiter CdSSe und als Bindemittel einen Polyester enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials, bei dem photoleitfähige Teilchen mit einem größeren Volumen Bindemittelteilchen eines größeren durchschnittlichen Teilchendurchmessers vermischt, die Mischung auf einen Schichtträger aufgebracht und dort zusammengeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, daß 1 -25 Vol.-% photoleitfähige Teilchen mit 75 bis 99 Vol.-% Teilchen eines polymeren organischen Bindemittels, die einen 5- bis lOOmal größeren durchschnittlichen Durchmesser haben als die photoleitfähigen Teilchen, verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß 3-15 Vol.-% photoleitfähige Teilchen und 85 bis 97 Vol.-% Teilchen eines polymeren organischen Bindemittels verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß photoleitfähige Teilchen eines durchschnittlichen Durchmessers von 0,001-2,0 μ und Teilchen eines polymeren organischen Bindemittels mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 —70 μιη verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähigen Teilchen und die Teilchen des polymeren organischen Bindemittels durch Suspendieren in einer Flüssigkeit vermischt werden und die Flüssigkeit unter Bildung einer getrockneten Bindemittelschicht verdampft wird.