DE2318608A1

DE2318608A1 - Verbesserte elektrophotographische entwicklerzusammensetzungen

Info

Publication number: DE2318608A1
Application number: DE2318608A
Authority: DE
Inventors: Gaston Eduard Van Der Auweraer; Jozef Leonard Van Engeland; Pierre Richard De Roo
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1972-05-22
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1973-12-06
Also published as: FR2185813A1; FR2185813B1; GB1419504A; BE799397A; JPS4951948A; US3980575A; CA1000989A

Description

Verbesserte elektrophotographische Entwicklerzusammensetzungen

Priorität: Grossbritannien, den 22. Mai 1972 Anm. Nr. 24 030/72

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektrophotographie und insbesondere auf Verbesserungen bei der Entwicklung elektrostatischer Bilder und auf dafür verwendete Entwicklerzusammensetzungen.

Bekannte elektrophotographische Verfahren zur Erzeugung sichtbarer Bilder umfassen folgende Schritte: Elektrostatisches Aufladen einer photöleitfähigen Oberfläche eines anorganischen Photoleiters bei Dunkelheit, z.B. Zinkoxid oder Selen, oder eines organischen Photoleiters, bildmässige Belichtung dieser Oberfläche, um ein latentes, elektrostatisches Bild zu erhalten, und Entwicklung des Materials, um ein sichtbares Bild zu erzeugen, indem man auf den Bildstellen ein feinverteiltes, elektroskopisches Material absetzt, gewöhnlich ein Harz, das gefärbt sein kann und als sogenannter "Toner" bekannt ist. In Abhängigkeit vom Vorzeichen der elektrostatischen Ladung werden die Tonerteilchen angezogen und auf den geladenen Bereichen des latenten Bildes niedergeschlagen, oder sie werden von den geladenen Bereichen abgestossen und auf den ungeladenen Bereichen niedergeschlagen. Das Tonerbild wird dann durch Erwärmen, Überschichtungsbehand-. lung oder durch Einwirkung von Lösungsmitteln fixiert. Vor

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dem Fixieren kann das Tonerbild auf die Oberfläche eines Trägers wie Papier übertragen und darauf fixiert werden. An-. statt das latente, elektrostatische Bild durch die obenbeschriebenen Schritte zu bilden, ist es auch möglich, eine Schicht direkt bildweise aufzuladen.

Zu einer besseren Kontrolle der Entwicklung des latenten Bildes wird der Toner in Verbindung mit festen Trägerteilchen verwendet, oder die Tonerteilchen können in einer isolierenden Flüssigkeit dispergiert werden.

Wenn ein trockener Entwickler verwendet wird, ist er aus zwei Komponenten zusammengesetzt, und zwar einem feingemahlenen, pigmentierten oder gefärbten, harzartigen Toner und einem relativ grobkörnigen Trägermaterial. Für die Entwicklung des latenten Bildes kann die Entwicklermischung kaskadenartig über die belichtete Platte gegossen werden. Das Trägermaterial, z.Bo Glas- oder Stahlperlen, das von einem harzartigen, filmbildenden Produkt umhüllt sein kann, trägt den Toner, wenn er kaskadenartig über die Platte stürzt und lädt die Tonerteilchen triboelektrisch zur gewünschten Polarität auf." Wenn" die Toner/Träger-Mischung über die das latente, elektrostatische Bild tragende Oberfläche fliesst, werden die Tonerteilchen von den aufgeladenen Bereichen des Bildes und nicht von den ungeladenen Bereichen oder Hintergrundbereichen des Bildes angezogen. Die meisten der Tonerteilchen, die versehentlich auf den Hintergrundbereichen des Bildes abgesetzt werden, werden durch die rollenden Trägerteilchen weggerissen, was der grösseren elektrostatischen Anziehung zwischen dem Toner und dem Träger als zwischen dem Toner und dem ungeladenen Hintergrund zuzuschreiben ist. Das gebildete Pulverbild wird dann, wie oben beschrieben, auf der photoleitfähigen Oberfläche fixiert oder kann auf eine Empfangsoberfläche, z.B. ein Papierblatt, übertragen werden. Die Übertragung kann vervollständigt werden, indem man das Pulverbild mit der

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Empfangsoberfläche in Kontakt bringt, und zwar wenn nötig, bei Anwesenheit eines elektrostatischen Feldes. Wenn die Empfangsoberfläche, z.B. das Papierblatt, von der bildtragenden Oberfläche abgezogen wird, reisst sie eine wesentliche Menge von Tonerteilchen in Form des gewünschten Bildes mit. Danach kann dieses Bild nach jedem gewünschten Verfahren, wie Erwärmen oder Lösungsmittelfixierung, dauerhaft gemacht werden, d.h. fixiert werden.

Die photographischen und physikalischen Eigenschaften des Toners sollten so günstig wie möglich sein. Die Auswahl des Bindemittels, das im Tonermaterial verwendet wird, wird besonders durch seine triboelektrischen Eigenschaften bestimmt.Das Bindemittel soll dem Toner ein LadungsVorzeichen vermitteln, das dem Vorzeichen des Photoleiters und des Trägers entgegengesetzt ist. Die Wahl des Bindemittels wird auch durch physikalische Eigenschaften bestimmt. Der Schmelzpunkt soll so gewählt werden, dass die Eigenschaften des Toners bei normalen Arbeitstemperaturen nicht verändert werden. Andererseits soll sich der Toner durch Wärme fixieren lassen, während das Papier, auf welches das Tonerbild übertragen worden ist, dabei nicht versengt werden darf. Die Sprödigkeit des Toners soll ebenfalls gering sein. So würde beispielsweise eine zu hohe Sprödigkeit den Selenzylinder eines Kopiergerätes verschmutzen, wodurch wiederum ein Bildschleier sowie eine Verschmutzung des Apparats infolge von Staubbildung verursacht würde. ·

Der Toner soll weiterhin geeignete Plastizitätseigenschaften haben. In der Entwicklungszone kollidieren die Tonerteilchen ständig und diese Kollisionen können Anlass zu einer Änderung der triboelektrischen und physikalischen Eigenschaften des Toners geben. Dies kann nur vermieden werden, wenn ein genügend elastischer Toner verwendet wird, d.h. ein Toner, der durch Druckeinfluss eine gewisse Deformation erfährt, der aber unmittelbar nach dem Wegfall dieser Ursachen seinen ursprünglichen Zustand wiedergewinnt. GV 619 - 3 -

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Viele der bekannten Toner/Träger-Mischungen für die Entwicklung von elektrostatischen Bildern sind in gewisser Hinsicht mangelhaft. Beispielsweise geben einige Tonermaterialien, obwohl sie geeignete triboelektrische Eigenschaften aufweisen, Anlass zur Bildung von Staub, der von wiederverwendbaren, bilderzeugenden Oberflächen. z.B. einem Selenzylinder, schwierig zu entfernen ist und der sich auch auf kritischen Maschinenteilen, z.B. optischen Linsen, absetzt. Andere Tonermaterialien schmelzen nicht schnell genug, so dass die Pulverbilder durch Erwärmen schwierig zu fixieren sind und das Papier versengen können. Leichtschmelzbare Tonermaterialien haben gelegentlich die Neigung, während der Behandlung oder Lagerung zusammenzubacken oder sich zusammenzuballen und neigen dazu, klebrige Bilder zu ergeben. Andere Tonermaterialien sind photographisch dahingehend mangelhaft, dass die Dichte der Bilder nicht hoch genug und die Bildschärfe niedrig ist..

Um den Anforderungen hinsichtlich der physikalischen und photographischen Eigenschaften zu genügen, sind Tonermaterialien ausserdem häufig von komplexer und kostspieliger Zusammensetzung.

Aus dem Gesagten geht hervor, dass ein Bedarf für verbesserte Toner und Entwickler nach wie vor besteht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Tonermaterial für die Entwicklung von elektrostatischen Bildern, das von sehr einfacher und billiger Zusammensetzung ist und dennoch optimale photographische und physikalische Eigenschaften besitzt.

Das elektrophotographische Tonermaterial gemäss der vorliegenden Erfindung schliesst Teilchen einj die Russ als färbendes Material enthalten, Polystyrol mit einem Molekulargewicht zwischen etwa 30.000 und etwa 70.000 als thermoplastischen Harzbinder und schliesslich mindestens einen Diester von GV 619 -4 -

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Orthophthal- oder Metaphthalsäure als Weichmacher, der bei Raumtemperatur fest ist, wobei das Gewichtsverhältnis von Russ zu Bindemittel zwischen 5:100 und 20:100 liegt, vorzugsweise zwischen 8:100 und 15:100 , und das Gewichtsverhältnis des (der) Weichmacher(s) zum Bindemittel zwischen 2:100 und 15:100 liegt, vorzugsweise zwischen 2:100 und 8:100.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Entwicklungsmaterial zur Entwicklung von elektrostatischen Bildern, das Tonerteilchen und Trägerteilchen enthält, wobei die Tonerteilchen Russ, Polystyrol mit einem Molekulargewicht zwischen 30.000 und 70.000 und mindestens einen festen Diester von Orthophthal- oder Metaphthalsäure in den oben angegebenen Verhältnissen enthalten.

Der verwendete Weichmacher ist vorzugsweise Dimethylisophthalat, obwohl auch andere feste Ester von Ortho- oder Metaphthalsäure verwendet werden können, z.B. Diphenylphthalat, Dihexylphthalat, Dicyclohexylphthalat und Diäthoxyäthylphtha-

Für die Herstellung des Toners werden die Ausgangsmaterialien vorzugsweise in pulverisiertem Zustand gemischt und dann in einer Kugelmühle sehr fein gemahlen. Die Mischung wird bis zum Schmelzen erhitzt und die Schmelze sehr gründlich gemischt, so dass der Russ vollständig in das Harz eingeschlossen wird. Die Schmelze wird abgekühlt und die so erhaltene Tonersubstanz zerkleinert und weiterhin bis zur gewünschten Teilchengrösse gemahlen, vorzugsweise auf weniger als 50 /um, z.B. zwischen 1 und 30 /um.

Bei der Herstellung einer erfindungsgemässen Toner/Träger-Entwicklungsmischung werden der Träger und der Toner vorzugsweise in einem Verhältnis gemischt, das zwischen 100 bis 0,1 und 100 bis 20 liegt, vorzugsweise zwischen 100 zu 0,5 und 100 zu 10.
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Es ist ratsam, Träger- mit einer durchschnittlichen Korngrösse zwischen 100 und 1000 /um zu verwenden, obwohl auch kleinere oder grössere Trägerteilchen verwendet werden können.

Wie bekannt ist, können die Trägerteilchen Eisenfeilspäne sein, Glaskugeln, Siliciumdioxidteilchen, körniges Zirkon, PoIymethylmethacrylatteilchen, Kristalle anorganischer Salze, beispielsweise Ammoniumchlorid, Natriumchlorid, Natriumnitrat, Aluminiumnitrat, Kaliumchlorid usw. Die Träger können mit oder ohne Beschichtung verwendet werden, die dem körnigen Trägermaterial die notwendigen triboelektrischen Eigenschaften gibt. Bevorzugt werden als Trägermaterialien Glaskugeln oder Eisenperlen verwendet.

Wenn die Trägerteilchen, die in Verbindung mit dem elektrostatischen Tonermaterial gemäss der Erfindung verwendet werden, Glasperlen sind, können die Perlen einer besonderen Vorbehandlung unterworfen werden. Gemäss dieser Vorbehandlung werden entfettete Glasperlen mit einer Trialkoxysilan- oder einer organischen Phosphorverbindung behandelt und mit einer Schicht aus Äthylcellulose umhüllt. Eine solche Vorbehandlung der Trägerglasperlen ist in den belgischen Patentschriften 777,294 und 777,353 beschrieben worden.

Die Tone r/Träge r-Entwicklungsmi sehung gemäss der vorliegenden Erfindung kann Verbindungen enthalten, die die freifliessenden Eigenschaften der Tonerteilchen fördern, den Bildkontrast und die Flächendeckung ebenso wie die Oberflächenglätte verbessern und/oder die Reinigung der Bildoberfläche zwischen Verwendung und Wiederverwendung erleichtern.

Diese Verbindungen können auf jede geeignete Weise in die Entwicklungsmischung eingebaut werden. Sie können zur Toner/Träger-Mischung oder zum Toner in Form von losem Pulver gegeben oder mit Tonerkomponenten während der Bildung

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der Tonerteilchen zusammengeschmolzen werden. Beispiele solcher Verbindungen sind feste, hydrophobe Metallsalze einer Fettsäure, z.B. Zinkstearat, wie im britischen Patent 1 172 beschrieben, und feste, hydrophobe, bivalente und trivalente Metallsalze eines Halbesters einer geradkettigen oder verzweigten, aliphatischen Dicarbonsäure oder feste, hydrophobe, bivalente oder trivalente Metallsalze eines Monoesters oder Diesters einer Phosphoroxysäure, z.B. Zinkoctadecylsuccinat und Zinkmoaoisohexadecylphosphat, wie im belgischen Patent 783 766 beschrieben.

Zusätzlich zum festen Diester von Ortho- oder Metaphthalsäure als Weichmacher kann der Toner weiterhin auch andere Weichmacher enthalten, die von der Herstellung elektrophotographischer Toner bekannt sind.

Zur Entwicklung der elektrostatischen Bilder wird der Toner lose auf die das latente, elektrostatische Bild tragende Oberfläche angebracht, wo er von den latenten Bildbereichen elektrostatisch angezogen wird. Die üblichste Entwicklungsmethode ist die Kaskadenentwicklung. Bei diesem Verfahren wird der elektrostatische Toner mit einem oben erwähnten körnigen, elektrisch leitfähigen oder isolierenden Träger gemischt.

Die Trägerteilchen erhalten, wenn sie mit dem pulverigen Tonerteilchen in Kontakt gebracht werden, eine Ladung einer Polarität, die derjenigen der Tonerteilchen entgegengesetzt ist, so dass die letzteren die Trägerteilchen einhüllen. Wenn eine positive Reproduktion eines elektrostatischen Bildes gewünscht wird, wird der Träger so gewählt, dass die Tonerteilchen eine Ladung mit einer Polarität erhalten, die derjenigen des elektrostatischen Bildes entgegengesetzt ist. Um eine negative Kopie zu erzeugen, kann der Träger so gewählt werden, dass die Tonerteilchen eine Ladung der Polarität des elektrostatischen Bildes erhalten.

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Die Tonerteilchen werden entweder, von den geladenen oder umgeladenen Bereichen der Oberfläche angezogen und von den Trägerteilchen getrennt, die infolge der Schwerkraft ihre rollende Bewegung fortsetzen.

Die Tonerteilchen werden auf Papier oder jedem anderen Träger durch Wärmezufuhr oder Lösungsmittelwirkung fixiert. Wenn der Toner erwärmt oder mit einem Lösungsmittel behandelt wird, erweicht er, wird flüssig, fliesst zusammen und haftet nach dem Erstarren fest auf dem Papierträger.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.

Beispiel 1

Eine Tonermischung wird aus 8,65 Gewichtstellen Polystyrol mit einem Molekulargewicht von annähernd 30.000 bis 40.000, 1 Gewichtsteil Spezialschwarz IV (Handelsname für Russ, der von der Deutschen Gold- und Silberscheideanstalt, Frankfurt/Main, Westdeutschland, gehandelt wird) und 0,35 Gewichtsteil Dirnethylisophthalat hergestellt.

Die Komponenten werden in trockenem Zustand gemischt und bei einer Temperatur von 110-130°C geschmolzen. Die Schmelze wird dann annähernd 30 Minuten geknetet, während die Temperatur auf etwa 80⁰C gehalten wird. Daraufhin wird die Schmelze auf annähernd 40⁰C abgekühlt und auf eine Teilchengrösse von annähernd 1 mm zerkleinert. Das Pulver wird in wässrigem Medium 15 Stunden in einer Vi- brationskugelmühle gemahlen. Nach dem Trocknen und Sieben erhält man einen freifliessenden Toner mit einer Teilchengrösse von 5 bis 20/um und einer Fixiertemperatur von

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annähernd 105 C.

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Dann wird eine Entwicklermischung hergestellt, indem man 1 g dieser Tonerteilchen mit 100 g Trägerteilchen mischt, die aus Glasperlen mit einem Durchmesser von 600 bis 800/um bestehen.

Nach dem positiven Aufladen eines Selenzylinders und der bildmässigen Belichtung mit einem Original wird die Entwicklungsmischung kaskadenartig über das elektrostatische, latente Bild gegossen. Auf dem Selenzylinder bleibt ein schwarzes Tonerbild zurück. Das Bild wird dann auf einen Papierträger übertragen und auf diesem durch Erwärmen fixiert.

Auf diese Weise erhält man ein nichtklebendes, scharfes Bild mit genügend hoher Dichte. Bei wiederholten Entwicklungen mit derselben Entwicklungsmisciiung wird eine nur sehr schwache Kontrastveränderung beobachtet.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird mit dem Unterschied wiederholt, dass bei der Herstellung der Tonermischung 8,50 Gewichtsteile des Polystyrols und 0,50 Gewichtsteil Diphenylphthalat zugegeben werden.

Man erhält die gleichen günstigen Ergebnisse, wie sie in Beispiel 1 beschrieben werden.

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Claims

Patentansprüche

Tonermaterial für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, das Russ als färbendes Material enthält, Polystyrol als thermoplastisches ,Harzbindemittel und mindestens einen Diester von Orthophthal- oder Metaphthalsäure, der bei Raumtemperatur fest ist, als Weichmacher, dadurch gekennzeichnet, dass das Polystyrol-Bindemittel ein Molekulargewicht zwischen 30.000 und 70.000 besitzt, das Gewichtsverhältnis von Russ zu Bindemittel zwischen 5:100 und 20:100 liegt und das Gewichtsverhältnis des (der) Weichmacher(s) zum Bindemittel zwischen 2:100 und 15:100 liegt.
2. Tonerinaterial gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis des (der) Weichmacher(s) zum Bindemittel zwischen 2:100 und 8:100 liegt.
3. Tonermaterial gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Dimethylisophthalat als Weichmacher verwendet wird.
4. Tonermateriäl gemäss Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Polystyrol ein Molekulargewicht von 30.000 bis 40.000 hat.
5. Entwicklungsmaterial zur Verwendung in elektrophotographischen Verfahren, das feinverteilte Tonerteilchen und Trägerteilchen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Tonerteilchen aus einem Material gemäss jedem der vorhergehenden Ansprüche bestehen..
6. Entwicklungsmaterial gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tonerteilchen eine Teilchengrösse von weniger als 50/um besitzen.

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7. Entwicklungsmaterial gemäss Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Träger-zu Toner zwischen 100/0,1 und 100/20 liegt.
8. Entwicklungsmaterial gemäss jedem der Ansprüche 5 "bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerteilchen Glaskugeln oder Eisenperlen sind.
9. Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ladungsbild tragende Oberfläche mit einem Entwicklungsmaterial entsprechend den Ansprüchen 5 bis 8 in Kontakt gebracht wird, wobei wenigstens ein Teil des Toners von der Oberfläche angezogen und festgehalten wird ο

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