DE2140270A1 - Elektrofotografischer Trockentoner - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrofotografischen Trockentoner. Insbesondere betrifft sie einen Trockentoner, der ausgezeichnete Eigenschaften bei seinem Gebrauch beim Abzieh- bzw. Übertizgungsdruck zeigt.

Im allgemeinen wird ein elektrofotografischer Trockentoner dadurch hergestellt, das ein thermoplastisches Harzprodukt zusammen mit einer geringen !!enge eines Farbpigraents und eines die Aufladung kontrollierenden Farbstoffes geschmolzen wird, das Gemisch sodann gekühlt wird und das gekühlte Gemisch auf eine Teilchengrösse von etwa 5 bis 20 Mikron zerkleinert wird; derartige Toner werden im Gemisch mit einem Eisen- oder Glaspulver als Trägerstoff eingesetzt.

Bei dem elektrofotografischen Abzieh- bzw. Übertragungsdruck wird eine einzige lichtempfindliche Schicht mehrmals einer elektrostatischen Aufladung, Bildbelichtung, Tonerentwicklung, Bildübertragung und Tonerentfernung unterworfen. Dementsprechend muß ein beim Übertragungndruck verwendeter Toner zusatz-* lieh zu seinen Eigenschaften als Toner (Pigmentfarbs.toff) beim

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Einsatz im direkten Druck ausgezeichnete Übertragbarkeit, leichte Entfernbarkeit und Dauerhaftigkeit besitzen. Der Toner muß also solche Eigenschaften haben, daß er nach Aufbringung und nach Entwicklung eines latenten statischen Bildes wirkungsvoll auf .ein anderes Papierblatt aufgrund der Sprühladung von der Rückseite des Blattes übertragen werden kann. Außerdem nüssen die Eigenschaften so ssin, daß restlicher Toner nach der Übertragung leicht und vollständig mittels einer Reinigungsbürste aus Tierpelz oder dergleichen abgewischt werden kann.

Wird ein Toner verwendet, der in Bezug auf Eigenschaften wie Übertragbarkeit und Sntfernbarkeit schlecht i3t, so bilden die resultierenden Kopien ungleiche Übertragungsteile und Nebelstellen und Nebenbilder (d.h. Abbildungen, bei denen ein neues Bild einem Restbild des vorherigen. Druckzyklus überlagert ist) und somit deutlich verzerrte Bilder. Zur gleichen Zeit wird die Lebenszeit der lichtempfindliche. Schicht, der Reinigungsbürste und des SannelbeuteTs für den Toner, die wiederholt benutzt werden, stark verkürzt. V/ird der Toner als Sntwicklungsmittel in Verbindung mit Eisenpulver oder einou älinlichen Trägerstoff eingesetzt, neigt der Toner aufgrund der Undrehung der Entwicklungsbürsten und dergleichen bzw. aufgrund der zum Umrühren des frisch zugeführten Toners angewandten äußeren Kräfte dazu, sich sehr fein zu verteilen bzw. auf der Oberfläche de3 Trägerstoffes einen sehr dünnen Tonerfilo zu bilden, \7odurch die Dauerhaftigkeit des Entwicklers zerstört wird, Es ist daher das Ziel der Forschung, Toner zu entwickeln, die nicht die vorstehend erwähnten Ifeclvtsile haben. -

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Die Übertragungskraft eines Toners wird nicht nur durch die Menge der elektrischen Ladung sondern auch durch seine Körnigkeit negativ beeinflusst. Dementsprechend ist es nicht erwünscht, einen Toner einzusetzen, der Feinteilchen mit einer Teilchengrösse von weniger als 5 Mikron hat, wie er häufig bei der kontinuierlichen Verwendung als Entwickler gebildet wird«

Hauptbestandteil eines Trockentörers ist das thermoplastische Harzprodukt. Als solches würfe bisher in grossem Umfang ein Polymerisations-'oder Copolynorisationcprodukt v/ie Polystyrol, Polymethacrylat, Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid oder Cumaron-Inden, ein Kondenstionsprodukt wie Xyblharz, Phenolharz oder Polyamid oder ein natürliches Harz wie Kolophonium, Harzester oder Schellack eingesetzt. Mit Hilfe der vorstehend, erwähnten bekannten Harzprodukte hergestellte Toner konnten Anforderungen an die Fixierbarkeit und Ifberführbarkeit in Pulverform wie auch eine Reihe anderer Eigenschaften von Tonern nicht befriedigen, die in den vorstehend beschriebenen Abziehbzw. Übertragungsdruck eingesetzt werden sollen.

Nach umfangreichen Arbeiten wurde nunmehr überraschenderweise gefunden," daß mit einem Toner, der als Harzprodukt ein Gemisch enthält, das zun grösseren Teil aus einem festen Epoxyharz und zum kleineren Teil aus einem mit diesem Epoxyharz verträglichen Polyvinylacetalharz besteht, die vorstehend er- ' wähnten Nachteile überwunden werden können und befriedigende üJigcnschafton zeigt. - 4 -

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fites 1® üem erfindunsgemässen Toner eingesetzte Harzgemiseh "0_rü fels 25 Crevr,?£ des I*olyvinyl*eetaliiarzee auf der des Gewichts des Epo:-^h*rzes. Ist der Polyvinyl ac etal-

geringer als 2,5 Gew.Ji» werden*^ie gewünschten 11-genschaften nicht erreicht· Ist &£& Menge des Polyvinylacetalharzanteiles grosser als 25 Cfew.j», ist der föner derart verfestigt, da0 er leicht pulver!sierb&r ist, wobei *die Pixierungsteraperatur dazu noch unerwünscht hoch wird. Wird das Polyvlnylaqetaiharz in einer Menge innerhalb des vorstehend aiigegebeneii Bereichs eingesetzt, hat der sich ergebene Toner ausgezeichnete Eigenschaften in Bezug auf seine Schmelzbarkeit, Dauerhaftigkeit und Fixierbarkeit.

Das erfindungsgemäß verwendete Epoxyharz ist normalerweise ein festes Produkt, das mindestens zwei Epoxygruppen pro Molekül enthält und dadurch hergestellt wird, dass Epichlorhydrin Hit Bisphenol und Phthalsäureanhydrid in Anwesenheit eines Katalysators umgesetzt wird. Derartige Epoxyharze habon ein liölekulargewicht von 7Ö0 bis 5000 und einen Schmelzpunkt von etwa 55 bis etwa 155 ⁰CtAIs im Handel erhältliche Epoxyharze diese Art ist das Produkt Epikote von Shell Co. und das Produkt Araldite von Ciba Lirifced bekannt.

Auf der anderen Seite werden die mit derartigen lipoxyharzen verträglichen Polyvinylacetalharze dadurch hergestellt, dass Polyvinylalkohol mit einem gesättigten Aldehyd mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen in Anwesenheit einer Säure oder eines Alkali »cetalisiert wird. _r

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Der Grad der Acetalisierung des Polyvinylacetalharzes variiert in Abhängigkeit von der Art und der Menge des Aldehyds und der Menge des eingesetzten Katalysators. Vorzugsweise beträgt er jedoch etwa 75 Gew.i* oder mehr, um das Produkt besser verträglich mit dem Epoxydharz zu machen. Im Handel erhältliche Polyvinylacetalharze dieser Art sind die Produkte Denkabutyral ^2000 D₁ und Denkaformal -& 50 der Firma Denklkagaku Kogyo Co.

Der erfindungsgeiaässe Toner wird dadurch hergestellt, daß die vorstehend angegebenen speziellen Harzkomponenten mit einen für die Herstellung elektrophotografischer Toner bekanntem Farbpigment und einem solchen, die Aufladung kontrollierenden Farbstoff nach einem üblichen physikalischen Dispergierunssverfahren vermischt werden und das resultierende Gemisch sodam zu feinen Teilchen von einer Teilchengrösse von etwa 5 bis 20 Hikron im Durchmesser durch mechanische Pulverisierung oder Sprühtrocknung zerkleinert wird.

Im Vergleich mit Tonern, die entweder ein Polyctyrolharz oder ein Epoxyharz als Harzkomponente enthalten, haben die erfindung3gemä3sen Toner Eigenschaften, wie sie in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben sind.

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ft

Menge der elektri

Übertra- gungs-Ver-

Entfern- barkeit

•

ziemlich gut

Dauer haftig

Fixier- barkeit

Pulve-» Nach lO.OOOmaliger risier- Verwendung

•

40

gers ·

schen La dung (V)

hältriis (Gew. Sj)

ziemlich gut

keit

barkeit lfcepe ^- piQclcj. tra- fern- auf gungs- bar- der Verhält- keit Ober- nis fläche (0ew.%) des Trä-

50

κ»

ausge zeichnet

69

schlecht beo bach tet

O co

Polystyrol harz

schlecht beo bach tet

B19/C

Epoxyharz

100-120

70

schlecht

gut

gut

gut keine Fle cken

co

erfindungs- geaässer Toner

50-70

80

schlecht

gut

gut

NJ

50-70

90

gut

gut

gut

O KJ - 7 - ο

•

M f -

Bemerkungen zur vorstehenden

1. Die tteöge der elektrischen k&dung iäufdit ölt Hilf § elfter Vorrielitung gemessen* die eine £a:r&&af*llöiöFe in mit einem Slel^rizitätsnesser

2· Das ÜbertragungsverhältMs: vmröe in

3« Die Entferribariteit vmröe daöureh bestiEaät_β 4aB eiae empfindliche Zinl;o:^d-Soaioht tausosoaaX veirwöfiiet tmd die Oberfläche der Sdicht auf ioneTfleelseii xmtβτsucht \airde. .

4. Die Dauerhaftigkeit wurde dadurch fcestiiaiat, daß der Grad der Pulverisierußg des Toners in eineia Bad eines liitviick* lungamittela untersucht wurde, das &us dem iönei* ljnd einem Eisenpulver als irägennittel Bestand«'

Aus der vorstehenden tabelle ergibt sich, daß bein Vergleich mit vorbekannten Tonern der erfindungsgenässe Toner nur eine geringe elektrische Aufladung zeigt (d.h. als Toner filr den Abzieh- bzw. ÜbertragungSdruck geeignet ist), ein hohes Über* traguageverhältnis zeigt und. ausgezeichnet entfernt werden kann, so daß selbst bei wiederholtem Sinsatz er keine Flechten auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht bildetJ außerdem wird er nicht wieder verpuXvert noch hintiiiJiBst ex Tonerflecken auf der Oberfläche des Trägers und ist in Bezug auf die Abriebfestigkeit (Dauerhaftigkeit) ausgezeichnet« Bs wurden Langzeitteste durchgeführt, bei denen 20.000 Kopien

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an die Eigenschaften voa Trockentonefn sind jedoch in Falle der anderen elektrofotografischen Druckmethoden im wesentlichen einheitlich, so daß die vorstehenden Erläuterungen nicht begrenzend sind·

Die vorliegende Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen weiter erläutert.

Beispiel 1 .

90 g Araldite φ 6004 (ein von'der Firna Ci¹Oa Limited hergestelltes Epoxyharz mit dem Schmelzpunkt 95 bis 105 ⁰C-) und 10 g Denkabutyral 2000D (ein von der Firma" Denkikagaku Ko-gyo Co. hergestelltes Polyvinylbutyral mit einem Butyralisierungsgrad von 80 Gew.50 wurden auf zwei hei ssen Rollen geknetet und das resultierende Gemisch wurde in genügendem Ausnaß mit 10g Mogal A und 2,5 Higrosin SSB durchgeknetet, llogal A und Nigrosin SSB sind Farbstoffe. Nach Kühlen wird das Gemisch mittels einer Strahlmühle ("Jet Hill") auf eine Teilchengröße von 5 bis 20 Mikron im Durchmesser unter Bildung eines positiv geladenen Toners mit einer Ladung von +6QV/g (gemessen nach der vorstehend¹ beschriebenen Methode) pulverisiert.

30 g des so hergestellten Toners wurden mit einen kg eines Sisenpulvers mit einer Teilchengröße von 200 %is - 300 Haschen (US-Standard) unter Bildung eines Entwicklers hergestellt· Üfü* t«r Verwendung dieses Entwicklers wurde ein negatives latent·!

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Bild auf einera lichtempfindlichen Zinkoxydpapier entwickelt und hierdurch ein klares positives Spiegelbild erhalten. Das entwickelte Bild wurde elektrostatisch auf ein Druckpapier hoher Qualität übertragen und sodann fixiert. In einem anderen Versuch wurde das lichtempfindliche Papier jeweils nach Entfernung von Restmengen Toner mittels einer Tierfellbürste mehrfach verwendet. Als Ergebnis wurde-''festgestellt, daß das Ubertragungsverhältnis 91-Gew.5» betrug und die Entfernung der Restmengen Toner derart gut war, das auf den lichtempfindlicher Papier selbst nach tausendmaligem Einsatz keine Tonerflecken zurückblieben. '

Der vorstehend beschriebene Entwickler wurde einem Drucktest unter Herstellung von 1000 Kopien unä bei angemessener Ergänzung des Toners unterworfen. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß der Entwickler ausgezeichnete -Kopierfähigkeit beibehielt, die im wesentlichen mit der Kopierfähigkeit zu Anfang des Testes identisch ist. .

Beispiel 2

Bin aus einem Hrzgemlsch aus 85 g Epikote -&ΛΟ0Ζ (ein von der Firma Shell Co. hergestelltes Bporcyharz vom Schmelzpunkt 75 bis 85 ⁰C) und 15 g Denkaforaal -#50 (ein von der Pima Denkikegaku Kogyo hergestelltes Polyvinylforraalharz nit einen Formalisierumgagred von nehr als 81 Gew;fi) bestehender Toner wurd< hergestellt und für den tfoertragungsdruck in der gleichen Weis» wie im Beispiel 1 eingesetzt. Die elektrische Aufladung des

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diese Weise wurde ein negativ geladener Toner mit einer elektrischen Ladung von -7OV/g erhalten.

20 g des so hergestellten Toners wurden nit einem kg Trägerstoffteilchen vermischt, die .dadurch hergestellt waren, das Glaskugeln von einer Teilchengrösse von 60 bis SO Ilaßclien US-Standard mehrfach mit Zelluloseacetat beschichtet wurden. Der so hergestellte Entwickler wurde zur Entwicklung eines positiven latenten Bildes auf einer lichtempfindlichen "Selenplatte unter Bildung eines positiven Spiegelbildes verwendet. Derart entwickelte Toner wurden elektrostatisch auf ein Papier hoher Qualität übertragen und sodann durch Erhitzen fixiert. In einem anderen Versuch wurde die lichtempfindliäie Platte nach Entfernung von Restmengen Toner mit einer Tierfellbürste mehrfach verwendet. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß das Übertragungsverhältnis 90 Gew.^ betrug und die Entfernung von Restmengen Toner derart gut war, daß auf der lichtempfindlichen Platte selbst nach 10.00Ofacher Verwendung keine Tonerflecken zurückblieben.

Beispiel 4

Unter Verwendung des Entwicklers gemäß Beispiel 1 wurde ein negatives latentes Bild auf einem mit Polyäthylen beschichteten elektrostatischen Aufzeichnungspapier entwickelt und hierbei eine deutliche positive Kopie erhalten. Des weiteren wurde der Entwickler einem 43stündigem Ermüdungstest unter Verwendung einer Kugelmühle unterworfen und sodann auf seine Druckeigen-

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schäften untersucht. Es wurden deutliche Kopien erhalten, die völlig identisch mit denjenigen waren, die ohne den Ermüdungstest erhalten wurden.

Beispiel 5

75 g Epikote ^ 1004 (ein von der Firma Shell Chemical Co. hergestelltes Epoxyharz vom Schmelzpunkt 97 bis 103 °C), 15 g Denkaformal und 10 g Kilac-110-Harz (ein von der Firma Hitachi Chemical Co. hergestelltes Ketonharz vom Schmelzpunkt 110 bis 130 ⁰C) wurden auf zwei heissen Rollen verloaetet und das resultierende Gemisch eine genügend lange Zeit mit 5 g Russ und 2,5 g Nigrosin SSB durch Kneten vermischt. Nach Kühlen wurde das Gemisch mittels einer Strahlmühle auf eine Teilchengrösse von 5 bis 20 Mikron im Durchmesser pulverisiert. Es wurde so ein positiv geladener Toner mit einer elektrischen Ladung von +67V/g erhalten. Dieser Toner wurde den gleichen Untersuchunger .wie in Beispiel 1 beschrieben unterworfen. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß das Überträgungsverhältnis 90 Gev/.Jo betrug und die Entfernung von Restmengen Toner derart gut war, daß auf der lichtempfindlichen S_chicht selbst nach 1.00Ofacher Verwendung keine Tqnerflecken zurückblieben.

Des v/eiteren wurde der Entwickler dem 4Sstündigem Ermüdungstest unter Verwendung einer Kugelmühle und nachfolgend einem Drucktest unterworfen. Es wurden sehr gute Kopien erhalten, die mit denjenigen .völlig identisch waren, die ohne Durchführung des Ermüdungstestes erhalten wurden.

Patentansprüche ι ι

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Claims (5)

1. Patentansprüche :

   Aus im wesentlichen einem Kunstharzprodukt und einen Pigment bestehender elektrofotografische!" Trockentoner, dadurch" ge!:ennzeichnet, daß das Kunstharzprodukt ein Genisch ist, das in vrssentlichcn aus einem festen Epoxyharz als Hauptkomponente und 2,5 bis 25 Gev.'i (bezogen auf das Gewicht des Spoxyharzes) eines mit diesen Spo;:yharz verträglichen Polyvinylacetalharz besteht.
2. 2. Elektrofotografische!-· Trockentoner genäß Anspruch 1, dadurch gekennz3ich:iot, daß das Polyvin;.^rlacetalharz ein durch Umsetzung vonPolyvin3^rlalkohol mit einem 1 bis 3 Kohlenstoffatomen enthaltenden gesättigten aliphatischen Aldehyd erhaltenes Acetalisierungsprodukt ist.
3. 3. Elektrofotografie eher Trockentoner gerzä.3 Anspruch 1 oder dadurch gekennzeichnet, daß das Polyvinylacetalharz einen Acetalisierungsgrad von mehr als et\;a 75 ⁽A aufweist.
4. 4. Elektrofotografischer Trockentoner genäß Ansprixhen 1 bis

   3, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich ein Farbpi^- nent, "einen die elektrische Aufladung kontrollierenden Fare stoff und einen Trägerstoff enthält.
5. 5. Elektrofotografische Trockentoner gemäß Ansprüchen 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß der Toner eine Teilchengrösse von etwa 5 bis 20 llikron hat.

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