DE2156147B2 - Elektrostatographischer Suspensionsentwickler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrostatographischen Suspensionsentwickler, der in einer hoch-isolierenden Trägerflüssigkeit Tonerteilchen, einen Steuerstoff und ein Bindemittel enthält.

Bei dem elektrophotographischen Verfahren wird die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials, das beispielsweise aus einem photoleitenden Zinkoxidüberzug auf einem Träger mit einer verhältnismäßig hohen Leitfähigkeit besteht, einheitlich negativ im Dunkeln zunächst aufgeladen.

Das optische Bild des Originals wird auf die geladene Oberfläche der photoleitfähigen Schicht projiziert, wodurch die einheitlich aufgeladene Oberfläche bildweise entsprechend der Lichtintensität entladen wird und das elektrostatische latente Bild gebildet wird. Durch Auftragung von elektroskopischen Tonerteilchen auf dieses elektrostatische latente Bild wird ein sichtbares Bild gebildet. Bei einem bekannten Verfahren wird dieses sichtbare Bild direkt auf der photoleitfähigen Oberfläche fixiert. Bei der gewöhnlichen Dokumentenkopierung ist es erforderlich, daß eine positive Wiedergabe von einem optisch positiven Original erhalten wird. Falls deshalb die Oberfläche der photoleitfähigen Schicht negativ geladen ist, müssen die elektroskopischen Tonerteilchen eine starke und stabilisierte positive Ladung haben. Es sind bereits zahlreiche Arten von Suspensionsentwicklern, welche Tonerteilchen von positiver Polarität enthalten, auf dem Markt. Diese im Handel verfügbaren Entwickler sind jedoch zum Kopieren von Strich- und Rastervorlagen bestimmt, infolgedessen sind sie zur Wiedergabe von Halbtonvorlagen nicht geeignet. Wenn eine Halbtonvorlage unter Anwendung derartiger Entwickler wiedergegeben wird, wird bekanntlich eine ausreichende Bilddichte nicht erhalten, so daß sogenannte Streifen leicht gebildet werden und ein Abstreifen des Toners auf dem Hintergrundbereich (Schleier) eintritt.

Ein Verfahren, wobei ein Salz einer Fettsäure, beispielsweise eine Metallseife einer Fettsäure, zu einem Entwickler zugegeben wird, wie in der DE-OS 1941056 beschrieben, ist seit langem bekannt. Die Metallseife oder das Vinyllactampolymerisat werden für sich allein nicht als Steuerstoff im Entwickler eingesetzt, sondern dienen lediglich als Hilfsmittel. Die gemeinsame Anwendung einer Metallseife, wie Kupfernaphthenat und eines Polyvinyllactampolymeren gemäß der DE-OS 1941056 bringt jedoch erhebliche Nachteile mit sich.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines elektrostatographischen Suspensionsentwicklers, der gegenüber den in der Technik bekannten Entwicklern eine hohe Bilddichte liefert und Bilder frei von Streifen oder Tonerabscheidungen ergibt, wobei

der Entwickler die Tonerteilchen in stabilem Dispersionszustand ohne Beeinträchtigung der elektrophoretischen Eigenschaften beibehält.

Die Lösungs dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch einen elektrostatographischen Suspen-

sionsentwickler, der in einer hoch-isolierenden Trägerflüssigkeit Tonerteilchen, einen Steuerstoff und ein Bindemittel enthält, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er als Steuerstoff ein in der Trägerflüssigkeit lösliches l-Hydroxyalkyl-2-höher-alkyl-2-imidazoIin und ein Copolymeres aus einem Halb-Alkylamid der Maleinsäure und Diisobutylen, das in der Trägerflüssigkeit löslich ist, enthält

Die in 2-SteIlung stehende höhere Alkylgruppe weist 6 bis 22 Kohlenstoffatome auf.

J5 Jeder der beiden Steuerstoffe des Entwicklers hat einen Einfluß auf die elektrostatischen Eigenschaften des Toners und ergibt eine positive Ladung für den Toner in einer hochisolierenden Trägerflüssigkeit, welche nachfolgend einfach als Trägerflüssigkeit bezeichnet wird. Diese Funktion ist bei dem Copolymeren aus dem Halbalkylamid aus Maleinsäure und Diisobutylen, das nachfolgend als Copolymeres B bezeichnet wird, intensiver als bei dem 1-Hydroxyalkyl-2-höher-alkyl-2-imidazoIin, das nachfolgend als Imidazolin A bezeichnet wird. Es wurde festgestellt, daß diese beiden Verbindungen bei gemeinsamer Verwendung eine intensivere Eignung zur Steuerung der Ladung auf dem Toner zeigen, als wenn sie getrennt verwendet werden und daß sie weiterhin einen

■>o synergetischen Effekt bei der Stabilisierung der Dispersion des Toners zeigen.

Gemäß der Erfindung können bekannte anorganische und organische Pigmente als Toner verwendet werden. Geeignete Toner umfassen Ruß (CI. 77266),

« Anilinschwarz (CI. 50440), Kristallviolett (CI. 42555), Phthalocyaninschwarz (-), Phthalocyaningrün (CI. 74260)^ Moloriblau (CI. 77510), Hansagelb (CI. 11680), Chinacridonrot (CI. Pigment Red 192), Chinacridoriviolett (CI. 46500), Phthalocyaninblau (CI. 74160), Chinachridonmagneta (-) und Benzidingelb (CI. 21090).

Diese Pigmente werden als konzentrierte Pigmentpaste, d. h. als Konzentrat der Tonerteilchen, verarbeitet. Ein verbesserter Suspensionentwickler kann hergestellt werden, wenn die konzentrierte Pigmentpaste mit der Trägerflüssigkeit verdünnt wird. Die Pigmentpaste besteht aus einem Gemisch der Tonerteilchen, Imidazolin A, Copolymeren B und ge-

wünschtenfalls Harzen, die in der Trägerflüssigkeit löslich sind, Falls eine geringe Menge der Trägerflüssigkeit mit diesem Gemisch vermischt wird, wird !eicht der Entwickler mit der gewünschten Konzentration erhalten, welcher für die spezifische Verwendung bei Zugabe der geeigneten Menge der Trägerflüssigkeit beim Gebrauch geeignet ist. Günstigerweise beträgt die Teilchengröße eines geeigneten Toners weniger als 5 Mikron, insbesondere weniger als 1 Mikron, so daß ein Halbtonbild von hoher Qualität erhalten wird.

Bevorzugt besteht die Hydroxyalkylgruppe des im Rahmen der Erfindung eingesetzten 1-Hydroxyalkyl-2-höher-alkyI-2-imidazoIins aus einer Hydroxyäthyl-, Hydroxypropyl- oder Hydroxybutylgruppe. Weiterhin wurde festgestellt, daß Verbindungen mit einer Aikylgruppe von 6 bis 22 Kohlenstoffatomen als höhere Aikylgruppe für die Zwecke der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die Fähigkeit zur Ladungssteuerung und der Löslichkeit in der Trägerflüssigkeit bevorzugt werden.

Gemäß der Erfindung wird ein Copolymeres aus dem Halbaikviansid der Maleinsäure und Diisobutylen zusammen mit dem vorstehend angegebenen Imidazolin A verwendet. Es wurde auch festgestellt, daß ein Copolymeres mit einem Halbalkylamid mit einer Aikylgruppe mit 6 bis 24 Kohlenstoffatomen und mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 50000 für die Zwecke der Erfindung zu bevorzugen ist, da es eine gute Löslichkeit in den gewöhnlich verwendeten Trägerflüssigkeiten besitzt und eine ausgezeichnete Eignung zur Ladungssteuerung aufweist.

Das Molarverhältnis der Monomeren in dem Copolymeren kann innerhalb eines weiten Bereiches variieren, wobei jedoch Copolymere mit einem Verhältnis des Halbalkylamids der Maleinsäure und des Diisobutylens von 1:1 bis 1:5 bev >rzugt verwendet werden.

Die in den verbesserten Entwicklern verwendete Trägerflüssigkeit kann aus einem Kohlenwasserstofflösungsmittel, beispielsweise Cyclohexan, Decalin, Kerosin, Isoparaffin, Leichtöl oder Gasolin bestehen. Andere zum Gebrauch geeignete Trägerflüssigkeiten umfassen chlorfluorierte Kohlenwasserstofflösungsmittel und Siliconöle. Die Trägerflüssigkeiten können einzeln oder als Gemisch von 2 oder mehreren verwendet werden. Die Flüssigkeit muß einen spezifischen Widerstand von mehr als 10" Qcm und vorzugsweise mehr als 10¹² Qcm haben.

Gemäß der Erfindung können Harze, die in der Trägerflüssigkeit löslich sind, als Dispersionshilfsmittel verwendet werden. Die Harze, die zu diesem Zweck dienen, umfassen Alkydharze, die auf diesem Fachgebiet sehr gut sind, Styrolpolymere, Naturharze oder Kolophonium, Asphalt und Polybutene; zahlreiche pflanzliche öle können ebenfalls verwendet werden. Weiterhin kann eine geringe Menge an Zusätzen, wie gesättigten Fettsäuren, ungesättigten Fettsäuren, Salzen hiervon und Antioxidationsmittel zugegeben werden.

Als ein Verfahren zur Entwicklerherstellung kann der Toner mit einem Harz, dem Imidazolin A und dem Copolymeren B vermischt werden. Das Gemisch wird dann mit einer Trägerflüssigkeit in geeigneter Menge zur Herstellung des Entwicklers mit der bestimmten Tonerkonzentration verdünnt. Nach einem anderen Verfahren wird der Toner vorhergehend mit dem Harz verknetet und dann das Gemisch mit der Trägerflüssigkeit, die das Imidazolin A und das Copoly mere B enthält, verdünnt. Allgemein kann der Zeitpunkt der Zugabe von Imidazolin A und Copolymeren B zu dem Suspensionsentwickler in der gewünschten Weise frei gewählt werden.

Nachfolgend werden die relativen Mengen jedes Bestandteils gemäß der Erfindung als Bereiche angegeben: Die bevorzugte Tonerkonzentration beträgt 0,1 bis 50 Gew.-Teile, bezogen auf 1000 Teile der Trägerflüssigkeit. Falls die Tonerkonzentration zu

ίο niedrig ist, ergibt sich eine Neigung zu einer unzureichenden Bilddichte bei einem kurzen Entwicklungszeitraum. Wenn die Tonerkonzentration zu hoch ist, wird die Abscheidung des Toners auf dem Hintergrund bemerkenswert.

Da das Copolymere B eine hohe Eignung zur Ladcngsssteuerung besitzt, wird ein guter Effekt bei Zusatz von 0,0005 Teilen dieser Verbindung, bezogen auf 1000 Teile der Trägerflüssigkeit hervorgerufen. Ausgezeichnete Ergebnisse werden bei Zugabe von

0,001 bis 0,05 Teilen erhalten. Der Zusatz des Copolymeren B in Mengen außerhalb dieser Bereiche verursacht eine Erniedrigung der Bilddichte.

Das Imidazolin A wird vorzugsweise in einer Menge vom V₈- bis 20fachen, auf das Gewicht bezo-

gen, der Menge des Copolymeren B verwendet. Die vertretbare maximale Menge an Imidazolin A beträgt 0,5 Teile, bezogen auf 1000 Teile der Trägerflüssigkeit. Bei Zusatz vor» Imidazolin A in einer Menge oberhalb dieses Bereiches ergibt sich eine Erniedri-

jo gung der Bilddichte.

Die Harze, die in der Trägerflüssigkeit löslich sind, können in einer Menge vom 1- bis 50fachen der Menge des Toners zugesetzt werden. Bevorzugt überschreitet jedoch die Menge 100 Teile, bezogen auf 1000 Teile der Trägerflüssigkeit, nicht. Der Zusatz von Harzen ist nicht notwendig im Fall der Anwendung eines gepfropften Toners, der aus einem Pigment und chemisch an die Pigmentoberfläche gebundenen Polymerketten besteht, wie sie in der belgischen Pa tentschrift 706742 und der US-Patentschrift 3503881 beschrieben sind. Diese An von Toner besteht aus einem durch Pfropfpolymerisation an ein Pigment, wie Ruß, gebildeten Reaktionsprodukt aus einem Alley !ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure und gelegentlich weiterhin einer geringen Menge eines polaren Monomeren, wie Acrylsäure oder Acrylamid. Die Toner von dieser Art werden zu einer Trägerflüssigkeit zusammen mit dem Imidazolin A und dem Copolymeren B gemäß der Erfindung zugesetzt un^

bilden einen Suspe*isionsentwickler mit den vorstehend angegebenen überlegenen Eigenschaften. In diesem Fall ist es nicht notwendig, ein in der Trägerflüssigkeit lösliches Harz zu der Trägerflüssigkeit zuzugeben.

Die obere Grenze der Summe der verschiedenen zu der Trägerflüssigkeit gemäß der Erfindung zugefügten Zusätze hängt hauptsächlich davon ab, in welchem Ausmaß der elektrische Widerstand des erhaltenen Entwicklers erniedrigt wird. Um ein kontinuier-

Hch Halbtonbild von hoher Qualität zu erhalten, muß der Suspensionsentwickler einen elektrischen Widerstand nicht weniger als 5 X 10¹⁰ Qcm besitzen, bestimmt nach der Entfernung der dispergieren" Teilchen. Deshalb ist es notwendig, die Menge jedes

Zusatzes zu steuern. Um den Toner aus dem Entwickler zu entfernen, wird bevorzugt ein elektrophoretisches Verfahren angewandt. Durch die Entfernung des Toners mittels des elektrophoretischen Verfah-

rens werden das dispergierte Pigment und die stark auf der Pigmentoberifläche adsorbierten oder hiermit verbundenen Zusätze entfernt. Die verbliebene flüssige Phase, die aus der Trägerflüssigkeit und dem Hauptteil der Zusätze besteht, muß einen höheren Widerstand haben als den vorstehend angegebenen Wert.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Die Teile sind auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Eine konzentrierte Pigmentpaste der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt, die mit einer Trägerflüssigkeit verdünnt werden kann und den Suspensionsentwickler bildet.

Ruß 10 Teile

Copolymeres aus dem Halb-Docosanylamid der Maleinsäure und Diisobutylen
(Polymerisationsgrad 6) 0,02 Teile

l-Hydroxyäthyl^-dodecyl^-imidazo-Hn 0.2 Teile

mit Safloröl modifiziertes Alkydharz (öllänge 65%) 70 Teile Isoper-H (isoparaffinisches Lösungsmittel der Esso-Standard Oi! Co.) 190 Teile

Diese Bestandteile wurden in einer Kugelmühle während 40 Stunden vermischt und ein Gemisch mit guter Dispersionsfähigkeit erhalten. Um eine gute Dispersion zu erhalten, können auch Einrichtungen wie Hochgeschwindigkeitsmischer, Kolloidmühlen und Vibrationsmühlen verwendet werden. Die erhaltene konzentrierte Paste wurde mit einer Trägerflifssigkeit verdünnt. Beispelsweise wurden 30 Teile dieser konzentrierten Paste mit 1000 Teilen Isoper-H verdünnt.

Die Oberfläche einer elektrophotographischen photoleitfähigen Zinkoxidschicht wurde einheitlich mit einer Coronaelektrode, die mit —7 kV angewandt wurde, im Dunkeln aufgeladen. Dann wurde die Schicht durch eine positive Halbtonvorlage belichtet und ein elektrostatisches latentes Bild hierauf ausgebildet.

Nach der Benetzung der das elektrostatische latente Bild tragenden Oberfläche mit Isoper-H, das keinen Toner enthielt, wurde der Bogen in den vorstehend angegebenen Suspensionsentwickler während 30 Sekunden unter Anwendung einer Entwicklungselektrode eingetaucht. Die Oberfläche der photoleitfähigen Schicht wurde nach der Entwicklung mit frischem Isoper-E (Lösungsmittel vom Isoparaffintyp) gewaschen. Dabei wurde eine positive Wiedergabe der Hafotonvorlage erhalten. Die maximale optische Reflexionsdichte des Bildes betrug 2,24 und die minimale Dichte (Schleierdichte) betrug 0,07. Tonerstreifen wurden kaum im Bild festgestellt. Wenn das gleiche Verfahren erneut nach der Aufbewahrung des Entwicklerswährend SO Tagen bei Raumtemperatur wiederholt wurde, wurde ein positives Bild mit einer maximalen optischen Dichte von 2,20 und einer minimalen von 0,07 erhalten. Es wurde keine wesentliche Änderung hinsichtlich des Dispersionszustandes des Toners beobachtet. Das Bild zeigte ein etwas warmes, schwarzes Aussehen.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Suspensionsentwickler wurde nach dem gleichen Verfahren ν/ie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch kein l-HydroKyäthyl-l-dodecyW-imidazolin verwendet. Die Entwicklung erfolgte nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1. Dabei wurde ein positives Bild mit einer maximalen Dichte von 2,20 und einer

s minimalen optischen Dichte von 0,09 erhalten. Es wurde eine geringe Neigung zur Streifenbildung im Bild festgestellt. Wenn unter den gleichen Bedingungen nach Aufbewahrung dieses Entwicklers während 50 Tagen bei Raumtemperatur entwickelt wurde,

ίο wurde ein positives Bild mit einer maximalen optischen Dichte von 1,78 und einer minimalen Dichte von 0,10 erhalten. Die Ausfällung einer geringen Menge des Toners wurde auf dem Boden des Behälters beobachtet.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Suspensionsentwickler wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch das Copolymere aus dem Halb-Docosanylamid der Maleinsäure und Diisobutylen weggelassen. Die Entwicklung wurde ebenso ausp _;Jührt und ein positives Bild mit einer maximalen optischen Dichte von 2,02 und einer minimalen Dichte von 0,09 erhalten. Geringfügige Streifen wurden auf dem Bild beobachtet.

Wenn die Entwicklung erneut nach der Aufbewahrung des Entwicklers während 50 Tagen bei Raumtemperatur durchgeführt wurde, wurde ein positives Bild mit einer maximalen optischen Dichte von 1,65 und einer minimalen Dichte von 0,11 erhalten.

Beispiel 2

Ein Copolymeres aus dem Halb-Octadecylamid der Maleinsäure und Diisobutylen wurde anstelle des Halb-Docosanylamids der Maleinsäure bei der Her-J5 Stellung des in Beispiel 1 angegebenen Entwicklers eingesetzt. Es wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 entwickelt und ein Bild mit einer maximalen Dichte von 2,12 und einer Hintergrunddichte von 0,08 erhalten.

Beispiel 3

Ein Suspensionsentwickler wurde unter Verwendung eines Gemisches aus 0,15 Teilen 1-Hydroxyäthyl-2-dodecyI-2-imidazolin und 0,05 Teilen 1-Hy-4^r) droxyäthyl-2-stearyl-2-imidazolin anstelle von 0,2 Teilen l-Hydroxyäthy!-2-dodecyl-2-iniidazolin gemäß Beispiel 1 hergestellt. Bei der Entwicklung nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurde ein praktisch äquivalentes Ergebnis erhalten.

Beispiel 4

9 Teile Ruß und 1 Teil Phthalocyaninblau wurden

als Pigmentgemisch anstelle von 10 Teilen Ru3 gemäß Beispiel 1 verwendet. Unter Anwendung des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 1 wurde ein Bild mit einem etwas blau schattierten schwarzen Aussehen erhalten.

Beispiel 5

12 Teile Phthalocyaninblau wurden anstelle von μ 10 Teilen Ruß gemäß Beispiel 1 verwendet. Unter Anwendung des gleichen Verfahrens wurde ein blaues Bild mit nur geringer Streifenbildung erhalten. Die maximale Bilddichte betrug 2,04 und die Hintergrunddichte betrug 0,10.

Beispiel 6

Ein Suspensionsentwickler der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt:

durch Pfropfpolymerisation von 5 Teilen Ruß und 7 Teilen Laurylmethacrylat

erhaltenes Reaktionsprodukt 2 Teile

Copolymeres aus dem Halb-Docosanylamid der Maleinsäure und Diisobutylen 0,05 Teile l-Hydroxyäthyl-2-dodecyl-2-imi-

dazolin 0,1 Teile

Isoper-H 1000 Teile

Ein ausgezeichnetes schwarzes schleierfreies Bild wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel I bei Anwendung dieses Entwicklers erhalten. Nach einer Lagerung von 60 Tagen zeigte es sich, daß die überlegenen elektrischen Eigenschaften und die Dispersionsstabilität des Entwicklers beibehalten waren.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrostatographischer Suspensionsentwickler, der in einer hoch-isolierenden Trägerflüssigkeit Tonerteilchen, einen Steuerstoff und ein Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er als Steuerstoff ein in der Trägerflüssigkeit lösliches 1-Hydroxyalkyl-2-höheralkyI-2-imidazoIin und ein Copolymeres aus einem Halb-Alkylamid der Maleinsäure und Diisobutylen, das in der Trägerflüssigkeit löslich ist, enthält

2. Suspensionsentwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydroxyalkylgruppe des Imidazoline aus einer Hydroxyäthyl-, Hydroxypropyl- oder Hydroxybutylgruppe besteht und die höhere Alkylgmppe des Imidazolins 6 bis 22 Kohlenstoffatome enthält.

3. Suspensionsentwickler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgmppe in der Alkylamidgruppe des Copolymeren 6 bis 24 Kohlenstoffatome enthält und das Molekulargewicht des Copolymeren einen Wert zwischen 1000 und 50000 besitzt.

4. Suspensionsentwickler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Toner vom Pfropfkohlenstofftyp ist.