DE2140270B2 - Toner für elektrophotographische Trockenentwickler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Toner für elektrophotographische Trockenentwickler, enthaltend ein festes Epoxyharz, einen Kunststoff und ein Pigment.

Toner für elektrophotographische Trockenentwickler werden im allgemeinen dadurch hergestellt, daß ein thermoplastisches Harz zusammen mit einer geringen Menge eines Pigments 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 Träger eingesetzt.

Beim elektrophotographischen Übertragungsverfahren wird eine einzige lichtempfindliche Schicht mehrmals einer elektrostatischen Aufladung, Bildbelichtung, Tonerentwicklung, Bildübertragung und Tonerentfernung unterworfen. Dementsprechend muß ein beim Übertragungsverfahren verwendeter Toner zusätzlich zu seinen Eigenschaften als Toner (Pigmentfarbstoff) eine ausgezeichnete Übertragbarkeit, leichte Entfernbarkeit und Dauerhaftigkeit besitzen. Der Toner muß also solche Eigenschaften haben, daß er nach Aufbringung und nach Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes wirkungsvoll auf ein Bildempfangsmaterial übertragen werden kann. Außerdem müssen die Eigenschaften so sein, daß restlicher Toner nach der Übertragung leicht und vollständig mittels einer Reinigungsbürste z. B. aus Tierpelz vom Aufzeichnungsmaterial abgewischt werden kann.

Wird ein Toner verwendet, der in bezug auf Eigenschaften, wie Übertragbarkeit und Entfernbarkeit, schlecht ist, so bilden die resultierenden Kopien ungleiche Übertragungsteile und Schleierstellen und Nebenbilder (d. h. Abbildungen, bei denen ein neues Bild einem Restbild des vorherigen Kopierzyklus überlagert ist), und somit deutlich verzerrte Bilder. Zur gleichen Zeit wird die Lebenszeit der lichtempfindlichen Schicht, der Reinigungsbürste und des Sammelbeutels für den Toner, die wiederholt benutzt werden, stark verkürzt. Wird der Toner in Verbindung mit Eisenpulver oder einem ähnlichen Trägerstoff eingesetzt, neigt der Toner auf Grund der Umdrehung der Entwicklungsbürsten bzw. auf Grund der zum Umrühren des frisch zugeführten Toners angewandten äußeren Kräfte dazu, sich sehr fein zu verteilen bzw. auf der Oberfläche des Tragerstoffes einen sehr dünnen Tonerfilm zu bilden, wodurch die Dauerhaftigkeit des Entwicklers zerstört wird.

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

ίο Verwendung als Entwickler gebildet wird.

Hauptbestandteil von solchen Tonern ist ein thermoplastisches Harz. Als solches wurde bisher in großem Umfang ein Polymerisations- oder Copolymerisaiionsprodukt, wie Polystyrol, Polymethacrylat, Polyvinyiacetat. Polyvinylchlorid oder Cumaron-Inden, ein Kondensationsprodukt, wie Xylolharz, Phenolharz oder Polyamid, oder ein natürliches Harz, wie Kolophonium, Harzester oder Schellack eingesetzt Aus der DE-OS 19 47 567 ist ein Toner bekannt, welcher neben einem Pigment ein Epoxyharz enthält. Die US-PS 33 45 293 beschreibt die Anwendung von Polyvinylacetalharzen in Tonern, die jedoch keine Epoxyharze enthalten.

Die Anwendungseigenschaften dieser bekannten Toner sind jedoch nicht befriedigend. Insbesondere ist bei den bekannten Tonern die Übertragbarkeit und die Abriebfestigkeit nicht zufriedenstellend. Weiterhin sind die bekannten Toner mit dem Nachteil behaftet, daß sie unter Bildung einer Paste an dem Träger-Eisenpulver haften, wodurch der Träger für eine Verschlechterung und eine Ermüdung anfällig gemacht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Toner zur Verfügung zu stellen, der eine hohe Übertragbarkeit (80 bis 90 Gew.-%) und eine sehr gute Abriebfestigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einem Toner der oben erwähnten Art dadurch gelöst, daß er, bezogen auf das Gewicht des Epoxyharzes, 2,5 bis 25 Gew.-% eines Polyvinylacetalharzes als Kunststoff enthält.

Das in dem erfindungsgemäßen Toner eingesetzte Harzgemisch enthält 2,5 bis 25 Gew.-% Polyvinylacetalharz, bezogen auf das Gewicht des Epoxyharzes. Ist der Polyvinylacetalharzanteil geringer als 2,5 Gew.-%, dann werden die gewünschten Eigenschaften nicht erreicht. Ist andererseits die Menge des Polyvinylacetalharzanteiles größer als 25 Gew.-%, dann ist der Toner derart verfestigt, daß er leicht pulverisierbar ist, wobei die Fixierungstemperatur dazu noch unerwünscht hoch wird. Wird das Polyvinylacetalharz in einer Menge innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs eingesetzt, dann hat der resultierende 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 mit Bisphenol und Phthalsäureanhydrid in Anwesenheit eines Katalysators umgesetzt wird. Derartige Epoxyharze haben ein Molekulargewicht von 700 bis 5000 und einen

bo Schmelzpunkt von etwa 55 bis etwa 155°C.

Auf der anderen Seite werden die mit derartigen Epoxyharzen verträglichen Polyvinylacetalharze dadurch hergestellt, daß Polyvinylalkohol mit einem gesättigten Aldehyd mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen in Anwesenheit einer Säure oder eines Alkalis acetalisiert wird.

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.-°/o oder mehr, um das Produkt besser verträglich mit dem Epoxyharz zu machen.

Der erfindungsgemäße Toner wird dadurch hergestellt, daß die vorstehend angegebenen speziellen Harzkomponenten mit einem für die Herstellung elektrophotographischer Toner bekannten Farbpigment und einem solchen, die Aufladung kontrollierenden Farbstoff nach einem üblichen physikalischen Dispergierungsverfahren vermischt werden und das resultierende Gemisch sodann zu feinen Teilchen von einer Teilchengröße von etwa 5 bis 20 Mikron im Durchmesser durch mechanische Pulverisierung oder Sprühtrocknung zerkleinert wird.

Im Vergleich mit Tonern, die entweder ein Polystyrolharz oder ein Epoxyharz als Harzkomponente enthalten, haben die erfindungsgemäßen Toner Eigenschaften, wie sie in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben

ίο sind.

	Menge der elek- Übertragungs-	Entfernbarkeit	schlecht	Dauerhaftig
	trischen Ladung Verhältnis		schlecht	keit
	(V) (Gew.-%)		gut
Polystyrolharz	100-120 70	ziemlich gut	schlecht
Epoxyharz	50-70 80	ziemlich gut	schlecht
Erfindungsgemäßer Toner I	50-70 90	ausgezeichnet	gut
I Tabelle (Fortsetzung)
1	Fixierbarkeit Pulverisier- Nach 10 OOOmaliger Verwendung
	barkeit Übertragungs- Entfernbarkeit	Flecken auf der
I	Verhältnis	Oberfläche des
?	(Gew.-%)	Trägers
η j, Polystyrol harz	gut gut 48	beobachtet
i Epoxyharz	gut gut 50	beobachtet.
i Erfindungsgemäßer Toner	gut gut 89	keine Flecken

Bemerkungen zur vorstehenden Tabelle:

1. Die Menge der elektrischen Ladung wurde mit Hilfe einer Vorrichtung gemessen, die eine Faraday-Röhre in Kombination mit einem Ladungsmesser aufwies.

2. Das Übertragungsverhältnis wurde in Gewichtsprozent gemessen.

3. Die Entfernbarkeit wurde dadurch bestimmt, daß eine lichtempfindliche Zinkoxyd-Schicht tausendmal verwendet wurde und die Oberfläche der Schicht auf Tonerflecken untersucht wurde.

4. Die Dauerhaftigkeit wurde dadurch bestimmt, daß der Grad der Pulverisierung des Toners in einem Bad eines Entwicklungsmittels untersucht wurde, das aus dem Toner und einem Eisenpulver als Trägermittel bestand.

Aus der vorstehenden Tabelle ergibt sich, daß beim Vergleich mit vorbekannten Tonern der erfindungsgemäße Toner nur eine geringe elektrische Aufladung zeigt (d. h. als Toner für das Übertragungsverfahren geeignet ist), ein hohes Übertragungsverhältnis zeigt und ausgezeichnet entfernt werden kann, so daß selbst bei wiederholtem Einsatz er keine Flecken auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht bildet; außerdem wird er nicht wieder verpulvert noch hinterläßt er Tonerflecken auf der Oberfläche des Trägers und ist in bezug auf die Abriebfestigkeit (Dauerhaftigkeit) ausgezeichnet. Es wurden Langzeitteste durchgeführt, bei denen 20 000 Kopien nach der Magnetbürstenmethode hergestellt wurden und dabei ein entweder dem erfindungsgemäßen Toner oder einen üblichen Toner in einer Menge von 3% im Gemisch mit einem Eisenpulverträgerstoff enthaltende Entwicklung verwendet wurde. Es wurde gefunden, daß die Menge der gebildeten Feinteilchen von weniger als 5 Mikron im Durchmesser sich auf bis zu 0,1 Gew.-% mit dem erfindungsgemäßen Toner belief, jedoch etwa 1,1 Gew.-% bei dem vorbekannten Toner betrug; die Anzahl der auf der Trägeroberfläche zurückgelassenen Flecken betrug 0,15 Gew.-°/o/Gesamtmenge des Eisenpulvers im Falle des erfindungsgemäßen Toners und etwa 0,6 Gew.-°/o/Gesamtmenge des Eisenpulvers im Falle des vorbekannten Toners. Sonrt hat der erfindungsgemäße Toner ausgezeichnete Eigenschaften.

so Der erfindungsgemäße Toner hat zusätzlich derartige Eigenschaften, daß er trotz seiner vorstehend erwähnten, praktisch genügend hohen Abriebfestigkeit leicht auf eine Teilchengröße von etwa 5 bis 20 Mikron im Durchmesser mittels einer üblichen Pulverisiei vorrichtung zerkleinert werden kann. Die Schärfe des Tonerbildes ist derart, daß die thermische Fixierung vorteilhafterweise durch die günstigen Haftungseigenschaften des Toners auf dem Bildempfangsmaterial bei der Erweichungstemperatur des Toners innerhalb der Schmelzzeit durchgeführt werden kann.

Bei den vorstehenden Erläuterungen ist hauptsächlich derjenige Fall berücksichtigt, bei dem Zinkoxyd als Fotoleitschicht und Eisenpulver als Trägerstoff eingesetzt werden. Die Anforderungen an die Eigenschaften von Tonern sind jedoch im Falle der anderen elektrophotographischen Kopiermethoden 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 eines Epoxyharzes mit einem Schmelzpunkt von 95 bis 105⁰C und 10 g eines Polyvinylbutyralharzes mit einem Butyralisierungsgrad von 80 Gew.-% wurden auf zwei heißen Rollen geknetet und das resultierende Gemisch wurde in genügendem Ausmaß mit 10 g Pigmer.«chwarz (C. I. Nr. 77 266) und 2,5 g Lösungsmittelschwarz S (Cl. Nr. 50 415) durchgeknetet. Nach Kühlen wird das Gemisch mittels einer Strahlmühle auf eine Teilchengröße von 5 bis 20 Mikron im Durchmesser unter Bildung eines positiv geladenen Toners mit einer Ladung von +60 V/g (gemessen nach der vorstehend beschriebenen Methode) pulverisiert.

30 g des so hergestellten Toners wurden mit einem kg eines Eisenpulvers mit einer Teilchengröße von 75 bis 50 Mikron unter Bildung eines Entwicklers vermischt. Unter Verwendung dieses Entwicklers wurde ein negatives latentes Bild auf einem Aufzeichnungsmaterial mit Zinkoxid als Photoleiter entwickelt und hierdurch ein klares positives Spiegelbild erhalten. Das entwickelte Bild wurde elektrostatisch auf ein Bildempfangsmaterial aus Papier hoher Qualität übertragen und sodann fixiert. In einem anderen Versuch wurde das Aufzeichnungsmaterial jeweils nach Entft rnung von Restmengen Toner mittels einer Tierfellbürste mehrfach verwendet. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß das Übertragungsverhältnis 91 Gew.-% betrug und die Entfernung der Restmengen Toner derart gut war, daß auf dem Aufzeichnungsmaterial selbst nach tausendmaligem Einsatz keine Tonerflecken zurückblieben.

Der vorstehend beschriebene Entwickler wurde einem Test unter Herstellung von 1000 Kopien und 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

Ein aus einem Harzgemisch aus 85 g Epoxyharz mit einem Schmelzpunkt von 75 bis 85°C und 15 g Polyvinylformalharz mit einem Formalisierungsgrad von mehr als 81 Gew.-°/o bestehender Toner wurde hergestellt und für das Übertragungsverfahren in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 eingesetzt. Die elektrische Aufladung des Toners betrug +65 V/g, das Übertragungsverhältnis wurde mit 89% festgestellt und die Entfernung von Restmengen Toner war derart, daß auf der lichtempfindlichen Schicht selbst nach tausendmaliger Verwendung keine Spur Tonerflecken zurückblieben.

Der entsprechend hergestellte Entwickler wurde einer Ermüdungsprobe unter Einsatz einer Kugelmühle in einer solchen Weise unterworfen, daß 300 g Entwickler in einen 300 ecm fassenden Kugelmühlenbehälter gegeben wurden und das Produkt 48 h ohne Verwendung von Kugeln umgewälzt wurde. Sodann wurde der Entwickler einem Entwicklungstest unterworfen. Die erhaltenen Kopien waten klar und völlig identisch mit denjenigen, die mit dem Entwickler ohne Durchführung des Ermüdungstestes erhalten wurden.

In dem Test betrug die Zahl der kontinuierlich hergestellten Kopien etwa 500 pro h während der Behandlungszeit in dem Ermüdungstest.

Beispiel 3

85 g Epoxyharz mit einem Schmelzpunkt von 92,2 bis 103⁰C und 20 g Polyvinylbutyralharz mit einem Butyralisierungsgrad von 80 Gew.-% wurden auf zwei

', heißen Rollen zusammengeknetet und das resultierende Gemisch wurde eine genügende Zeit mit 5 g Ruß und 0,5 g Lösungsmittelschwarz (CI. Nr. 12 050) geknetet. Nach Kühlen wurde das Gemisch mittels einer Strahlmühle auf eine Teilchengröße von 5 bis 20 Mikron

ίο im Durchmesser pulverisiert. Auf diese Weise wurde ein negativ geladener Toner mit einer elektrischen Ladung von — 70 V/g erhalten.

20 g des so hergestellten Toners wurden mit 1 kg Trägerteilchen vermischt, die dadurch hergestellt waren, daß Glaskugeln von einer Teilchengröße von 60 bis 80 Maschen US-Standard mehrfach mit Celluloseacetat 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 das Aufzeichnungsmaterial nach Entfernung von Restmengen Toner mit einer Tierfellbürste mehrfach verwendet. Als Ergebnic wurde festgestellt, daß das Übertragungsverhältnis 90 Gew.-% betrug und die Entfernung von Restmengen Toner derart gut war, daß auf dem Aufzeichnungsmaterial selbst nach lOOOOfacher Verwendung keine Tonerflecken zurückblieben.

Beispiel 4

Unter Verwendung des Entwicklers gemäß Beispiel 1 wurde ein negatives latentes Bild auf einem mit Polyäthylen beschichteten elektrostatischen Aufzeichnungsmaterial entwickelt und hierbei eine deutliche positive Kopie erhalten. Des weiteren wurde der Entwickler einem 48stündigen Ermüdungstest unter Verwendung einer Kugelmühle unterworfen und sodann auf seine Entwicklungseigenschaften untersucht. Es wurden deutliche Kopien erhalten, die völlig identisch mit denjenigen waren, die ohne den Ermüdungstest erhalten wurden.

Beispiel 5

75 g Epoxyharz mit einem Schmelzpunkt von 97 bis 103⁰C, 15 g Polyvinylformalharz und 10 g Ketonharz mit einem Schmelzpunkt von 110 bis 130⁰C wurden auf zwei heißen Rollen verknetet und das resultierende

so Gemisch eine genügend lange Zeit mit 5 g Ruß und 2,5 g Lösungsmittelschwarz S (C. I. Nr. 50 415) 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 +67 V/g erhalten. Dieser Toner wurde den gleichen Untersuchungen wie im Beispiel J unterworfen. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß das Übertragungsverhältnis 90 Gew.-°/o betrug und die Entfernung von Restmengen Toner derart gut war, daß auf der lichtempfindlichen Schicht selbst nach lOOOfacher Verwendung keine Tonerflecken zurückblieben.

Des weiteren wurde der Entwickler dem 48stündigen Ermüdungstest unter Verwendung einer Kugelmühle und nachfolgend einem Entwicklungstest unterworfen. Es wurden sehr gute Kopien erhalten, die mit denjenigen völlig identisch waren, die ohne Durchführung des Ermüdungstestes erhalten wurden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Toner für elektrophotographische Trockenentwickle.-, enthaltend ei', festes Epoxyharz, einen Kunststoff und ein Pigment, dadurch gekennzeichnet, daß er, bezogen auf das Gewicht des Epoxy larzes, 2,5 bis 25 Gew.-% eines Polyvinylacetalharzes als Kunststoff enthält

2. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Polyvinylacetalharz ein durch Umsetzung von Polyvinylalkohol mit einem 1 bis 3 Kohlenstoffatome enthaltenden gesättigten aliphatischen Aldehyd erhaltenes Acetalisierungsprodukt enthält.

3. Toner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Polyvinylacetalharz mit einem Acetalisierungsgrad von mehr als etwa 75% enthält.