DE2319103C3 - Toner für einen elektrophotographischen Pulverentwickler - Google Patents

Description

fältigiuigen. Durch den eingestellten Schmelzindex der Harzkompcuienten der erfindungsgemäßen Toner lassen sich höchste Kopiergeschwindigkieten auch über längere Zeiten einhalten. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Toners Hegt darin, daß er in den Hochleistungskopiergeräten nicht so stark belastet wird, daß er nach kurzer Zeit bereits ermüdet und aufgefrischt werden muß. Vielmehr zeichnet sich der erfindungsgemäße Toner auch bei hohen Kopiergeschwindigkeiten durch lange Lebensdauer aus.

Das Harzgemisch kann noch 1 bis 10% färbende Substanzen und optisch wirksame Zusätze und gegebenenfalls noch Zusätze wie Poly öl harze, ToI uolsulfonamide oder butyliertes Hydroxytoluol, die eine Herabsetzung der Schmelzviskosität des Gemisch* der thermoplastischer« Harze bewirken, aufweisen.

Bei dem Gemisch der thermoplastischen Harze muß es sich um solche handeln, die in schmelzflüssigem Zustand miteinander verträglich sind. Die Verträglich- ao keit besteht in diesem Fall darin, daß die Harze ineinander dispergierbar oder löslich sind, um so ein einheitliches Gemisch zu bilden.

Die Komponente, die den Toner druckfixierbar macht, ist das Polyolefin, wie Polymethyien oder »5 Polyäthylen.

Das bevorzugt angewandte Polyolefin besitzt eine beträchtliche Kristallinität nämlich 30 bis 97%, vorzugsweise 50 bis 97%. Eine andere physikalische Eigenschaft der Polyolefine, die eine Aussage über die Brauchbarkeit für die erfindungsgemäßen Toner ergibt, ist die Dichte. Brauchbare Dichtewerte liegen zwischen 0,88 und 0,98 g/cm³, bevorzugt werden solche mit 0,93 bis 0,98 g/cm³.

Die erfindungsgemäßen Toner sollten vorzugsweise nicht unter 50 C erweichen oder klebrig werden.

Ein weiterer möglicher Zusatz sind Flußmittel zur Verbesserung der Mischbarkeit der Bestandteile und des Fließverhaltens in der Schmelze. Sie sind jedoch nicht essentiell und erfindungsgemäße Toner ohne Flußmittel erfüllen auch ihre Aufgabe. Als Flußmittel kommen mehrwertige Alkohole, gereinigte Baumharze und Toluolsulfonamide in Frage.

Ein weiterer möglicher Zusatz der erfindungsgemäßen Toner ist eine Metallseife. Sie ist zweckmäßig für Toner, die übermäßigen Beanspruchungen ausgesetzt sind, wie sie beispielsweise in Reproduktionsmaschinen hoher Geschwindigkeiten auftreten. Es wurde festgestellt, daß die Anwesenheit dieser Metallseifen die Lebensdauer des Gemischs, z. B. für eine Kopiergeschwindigkeit von 50 bis 60 Kopien/min, verlängert, wenn sie sich in der Trommel befinden und mit hoher Geschwindigkeit im Entwickler verdichtet werden. Dies gilt insbesondere für Kopiermaschinen über lange Arbeitszeit bei hohen Geschwindigkeiten. Diese Metallseifen sind jedoch nicht erforderlich für langsamer laufende Kopiermaschinen oder wenn zwar mit hoher Geschwindigkeit kopiert aber nur zeitweise gearbeitet wird. Es gibt brauchbare Toner ohne Metallseifen, die sowohl unter Druck fixierbar als auch in der Wärme schmelzbar sind.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Toner werden die Harzausgangsprodukte geschmolzen und dann gemischt. Wenn z. B. Polyamid und Kolophonium-modifiziertes Phenolharz sorgfältig gemischt ⁶S sind, dann werden die verschiedensten Farbstoffe, wie Pigmente und Farbstoffe, zugesetzt. Dann kommen Flußmittel dazu für ein entsprechendes Mischen und/ oder Dispergieren. Die nächste Zugabe ist das Polyolefin zusammen mit den MetaUseifen.

Die Erfindung wird an folgenden Beispielen näher erläutert. Bei den Mengenangaben handelt es sich um Gewichtsprozent bezogen auf den gesamten Toner.

Beispiel 1

Polyamidharz 27,6%

Maleinsäureanhydrid-modifiziertes

Baumharz 48,8%

Polyäthylen 3,0%

Schwarzpigment 6,5 %

Ruß 2,4%

Lithiumstearat gegebenenfalls mehrwertiger Alkohol 9,7%

Die ersten beiden Harzkomponenten wurden gemischt und eingeschmolzen, so daß man bei einer Temperatur zwischen 180 und 190 C eine homogene Masse erhielt. Dann wurde Lithiumstearat gleichmäßig dispergiert, dann kommt Ruß und Schwarzpigment dazu, der mehrwertige Alkohol und schließlich das Polyäthylen. Die erstarrte Schmelze wird dann auf eine Körnung zwischen 1 und 50 μΐη zerkleinert und auf eine Körnung < 0,149 μιη gesiebt.

Der Erweichungspunkt des Toners U.g zwischen 106 und 111 C (ASTM E28—58T).

Um nun die Entwicklermasse zu erhalten, wurde das Tonerpulver mit einem Dispersionsmittel versehen und für Magnetbürstenentwicklung Eisenteilchen zugefügt. Das Verhältnis Tonerpulver zu Eisen beträgt für solche Anwendungen 1 : 40.

Gleich vorteilhaft läßt sich der Toner mit Glaskugeln für das Kaskadensystem anwenden, in diesem Fall beträgt das Verhältnis Toner zu Glasteilchen 1 : 80 Teilen.

In den Magnetbürstenentwickler eines elektrophotographischen Kopiergeräts für 30 bis 50 Kopien/min wurden etwa 1,1 kg Pulverentwickler eingebracht. Diese Entwicklermischung bei einmalig« Tonerauffüllung während des Kopierens reichte für mehr als 30000 Kopien ohne eines Anzeichens von einer merklichen Schädigung.

Nach 30000 Kopien wurde diese Entwicklermischungscharge ausgetragen und durch eine neue ersetzt. Bei einer Kopiergeschwindigkeit von 50 Kopien/min betrug bei kontinuierlicher Arbeitsweise die Lebensdauer des Pulverentwicklers etwa 10 h und bei einer Kopiergeschwindigkeit von nur 20 oder darunter entsprechend länger. Bei geringerer Kopiergeschwindigkeit ist die Beanspruchung des Entwicklers geringer.

Die Fixierung erfolgte mit Hilfe eines Druckwalzenpaares unter einem Preßdruck von 53,50 kg/linear cm (entlang der Berührungslinie zwischen den Preßwalzen).

Um die Wirksamkeit der Druckfixierung des Pulverbildes zu zeigen, wurde die Oberfläche des Bildes mit einem weißen Tuch auf einem mechanischen Wischer unter geregelten Druck- und Reibbedingungen abgerieben.

Diese Versuche wurden in einer standardisierten Einrichtung vorgenommen. Diese Anlage ist ausgestattet mit einem mechanisch betätigten Finger, der eine konstante Reibwirkung auf die Oberfläche des fixierten Bildes auf dem Druckträger zur Einwirkung bringt. Der Finger lastet mit 319 g auf der zu reibenden Fläche. Die Reibfläche des Fingers hat einen Durchmesser von 1,5 cm. Er ist bedeckt mit einem weißen

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Gewebe, das Reiben geschieht vor und zurück entlang einer geraden Linie über einen Abstand von 10,2 cm.

Zur Ermittlung der Qualität des druckfixierten Bildes wird die Dichte der Kopie so eingestellt, daß sie im dichten Bereich 1 bis 1,1 betagt. Diese Bilddichte stellt einen Standardwert dar, so daß sich die Versuchsergebnisse verschiedener Toner und/oder Kopiermaschinen oder -papiere od. dgl. vergleichen lassen. Der Re^finger mit dem Tuch kann sich quer über die Oberfläche der Probe in 5 Reibzyklen bewegen. Jeder Reibzyklus stellt eine Bewegung von 20,4 cm oder eine gesamte Reibdistanz von 102 cm dar.

Das Gewebe wird von dem Finger abgenommen und die optische Dichte des auf der Gewebeoberfläche aufgenommenen Toners in obigem Densitometer abgelesen. An Hand statistischer Serienversuche konnte festgestellt werden, daß *ier Tonerabtrag — gemessen an der optischen Dichte des reibenden Gewebes — weniger als 0,65 Densitometereinheiten für annehmbare Bildfixierung betragen soll. Werden ao höhere Werte festgestellt, so kann das Bild nicht als dauernd fixiert betrachtet werden.

Die nach Beispiel 1 erhaltenen Kopien wurden mit obiger Druckeinheit unter dem angegebenen Preßdruck fixiert. Das Prüfgewebe zeigte eine Dichte von 0,55 Einheiten. Somit,liegt der Wert unter 0,65 und das erhaltene Bild kann als gut fixiert betrachtet werden.

Beispiel 2

Polyamidharz 24,0%

Maleinsäureanhydrid/Polyol-modifi-

ziertes Baumharz 42,5%

Polymethylen 15,0%

Schwarzpigment 6,0%

Ruß 1,6%

mehrwertiger Alkohol 8,4%

Zinklaurat „ 2,5%

Wie in Beispiel 1, wurden Kopien hergestellt und die Abriebdichte ermittelt. Diese betrug etwa 0,5. Der Erweichungspunkt des Tonerpulvers lag zwischen 120 und 125 C.

Beispiel 3

Polyamidharz 27,3%

Cyclohexanon-Formaldehyd-

Kondensat 27,6 %

Kondensat von Cyclohexanon 24,8 %

Zinklaurat ^ 1,9%

Ruß 1,1%

Schwarzpigment 6,4 %

PolymQthylen 14,9%

In diesem Fall wurde das Pulverbild unter einem Preßdruck von 44,50 und 48,40 kg/linear cm fixiert. Der Erweichungspunkt lag zwischen 97 und 99° C. Die Abriebdichte betrug 0,52 Einheiten.

Beispiel 4

Polyamidharz 27,6 %

Maleinsäureanhydrid-modifizierter Baumharz 36,8 %

103 Γ

Polyäthylen 15,0%

Schwarzpigment 6,5 %

Ruß 2,4%

Lithiumstearat 2,0 %

mehrwertiger Alkohol 9,7 %

Dieser Toner wurde für die Magnetbürstenentwicklung angewandt. Die Fixierung erfolgte unter einem Druck von 53,50 kg/linear cm. Die Abriebdichte betrug 0,58 Einheiten und der Erweichungspunkt des Toners 95 bis 105 C.

Beispiel 5

Polyamidharz 28,5%

Baumharz-modifiziertes Phenolformaldehydharz 51,5%

PoiyäthyJenharz 10,0%

Schwarzpigment 6,0 %

Ruß 2,0%

Zinkstearat 2,0 %

Der Toner wurde unter einem Druck von 53,50 kg/ linear cm fixiert. Die Abriebdichte war 0,50 Einheiten und damit ausreichend. Der Erweichungspunkt des Toners lag zwischen 102 und 110⁰C.

Beispiel 6

Polyamidharz 28,5 %

Maleinsäureanhydrid-Polyol-modifi-

ziertes Baumharz 47,5 %

Polyäthyienharz 14,8%

Ruß 1,3%

Schwarzpigment 6,0 %

Lithiumstearat 2,0 %

In diesem Fail erfolgte die Fixierung unter einem Druck zwischen 44,50 und 53,50 kg/linear cm. Die Abriebdichte war 0,50 Einheiten. Der Erweichungspunkt lag zwischen 108 und 115"C.

Beispiel 7

Polyamidharz 27,8 %

Maleinsäureanhydrid/PoIyol-modifi-

ziertes Baumharz 47,6%

Polyäthyienharz 13,5%

Ruß 3,1%

Schwarzpigment 6,0 %

Lithiumstearat 2,0 %

Bei einem Fixierdruck von 44,50 kg/linear cm betrug die Abriebdichte 0,60. Der Erweichungspunkt war bis 110 C.

Beispiel 8

In Abwandlung des Beispiels 1 wurde als weiteres thermoplastisches Harz ein Diphenolharz, verestert mit Soyabohnenöl und Phenolformaldehyd, abgewandt. Der Erweichungspunkt des Toners lag zwischen 97 und lOrC. Die Abriebdichte betrug 0,16.

Claims (4)

fältigungsverfahren ist die Kopiergeschwindigkeit von Patentansprüche: dem Einschmelzen des Toners als dem langsamsten Verfahrensschritt abhängig.

1. Toner für einen elektrophotographischen Pul- Es sind bereits Toner bekannt, die unter Druck verentwickler, der ein Polyamidharz und als wei- 5 fixierbai sind. Wegen ihres breiten Schmelzpunktteres thermoplastisches Polymer ein Kolophonium- bereichs führen sie zu Reproduktionen, deren Bild- und modifiziertes Phenolformaldehydharz, ein Malein- Schriftzeichen verschwommen sind und im allgemeinen ^reanhydrid-PoIyol-modifiziertes Baumharz oder schlechte Auflösung zeigen und zwar auf Grund der ein verestertes Diphenolharz enthält, dadurch Anwesenheit von sehr niederschmelzenden Bestandgeken nzei cn net, daß er 15 bis 35 Gewichts- io teilen, die in Verbindung mit hochschmelzenden Beprozent Polyamidharz, 50 bis 30 Gewichtsprozent standteilen zu einem Auseinanderfließen der Konturen des weiteren thermoplastischen Polymeren und zu- führen. Das Pulverbild nach der USA.-Patentschrift sätzlich 2 bis 15 Gewichtsprozent eines Polyolefins 35 54 778 läßt sich zwar grundsätzlich durch Druck enthält. fixieren, dazu sind jedoch hohe Drucke (in der Größen-

2. Toner nach Anspruch I, dadurch gekenn- 15 Ordnung von 90 bis 107 kg/linear cm; nötig. Um zeichnet, daß das verwendete Polyolefin zwischen solche Drucke gleichmäßig aufzubringen, benötigen 30 und 97% kristalline Anteile aufweist. die Kopiervorrichtungen aufwendige, komplizierte und

3. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekenn- störanfällige Quetschrollenkonstruktionen mit spezeichnet, daß er zusätzlich 0,01 bis 3 Gewichtspro- ziellen Lagerungen. Darüberhinaus kann es zu einer zent Zink-, Barium- oder Lithiumpalmitat, -laurat *o Beschädigung des Bildes, Veränderung der Dicke und oder -stearat enthält. Oberflächenbeschaffenheit des Aufzeichnungsträgers

4. Verwendung des Toners nach einem der An- (glänzende Kopien) u. dgl. kommen.

spräche 1 bis 3 zusammen mit einer magnetisch Aus der deutschen Offenlegungsschrift 15 22 697 ist

anziehbaren Trägersubstanz in einem Entwickler ein elektrophotographischer Toner bekannt, der als für das Magnetbürstenverfahren zur Herstellung *5 Harz ein Homo- oder Mischpolymer von Olefinen von Kopien auf elektrophotographischem Weg. enthält. Nachteilig an diesem Toner ist, daß durch die

Weichheit des Harzmaterials sich das Pulver leicht abreibt und nicht den Forderungen nach Abriebfestig-

keit und dauernder Fixierung entspricht.

30 Aufgahe der Erfindung ist es, einen Toner für elektrophGtographische Pulverentwickler zu schaffen, der sich nicht nur durch Wärme, sondern auch durch

Die Erfindung betrifft einen Toner für einen elek- Druck fixieren läßt und zu Kopien führt, die die trophotographischen Pulverentwickler, der ein Poly- erforderliche Abriebfestigkeit besitzen,
amidharz und als weiteres thermoplastisches Polymer 35 Der erfindungsgemäße Toner für einen elektroein Kolophonium-modifiziertes Phenolformaldehyd- photographischen Pulverentwickler geht aus von einem harz, ein Maleinsäureanhydrid-Poylolmodifiziertes Polyamidharz und einem weiteren thermoplastischen Baumharz oder ein verestertes Diphenolharz enthält. Polymer, welches ein Kolophonium-modifiziertes Phe-Pulverentwickler für elektrophotographische Ko- nolformaldehydharz, ein Maleinsäureanhydrid-Polyolpierverfahren werden in großem Umfang angewandt. *° modifiziertes Baumharz oder ein verestertes DiphenoliDabei wird das Pulver nach den verschiedensten harz sein kann. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß er Methoden aufgebracht und das Pulverbild aus dem 15 bis 3S Gewichtsprozent Polyamidharz, 50 bis Toner fixiert, so daß es an dem Aufzeichnungsträger 30 Gewichtsprozent des weiteren thermoplastischen haftet. Der Aufzeichnungsträger selbst kann das Polymeren und zusätzlich 2 bis 15 Gewichtsprozent «lektro-photographische Aufzeichnungsmaterial sein +5 _ej_nes Polyolefins enthält. Das Polyolefin soll eine <wie im Falle von Aufzeichnungsmaterialien aus einem Kristallinität von 30 bis 97% aufweisen. Darüber-Sehichtträger aus Papier und einer photoleitfähigen hinaus kann der erfindungsgemäße Toner noch 0,01 Schicht aus Zinkoxid. Bei einem anderen System wird bis 3 Gewichtsprozent einer Metallseife in Form des das Pulverbild zuerst auf dem elektrophotographischen Zink-, Barium- oder Lithiumpalmitats, -laurats oder Aufzeichnungsmaterial gebildet und dann auf ein 5° -stearats enthalten. Der erfindungsgemäße Toner wird Bildempfangsmaterial übertragen, auf dem es fixiert vorzugsweise zusammen mit einer magnetisch anziehwird, baren Trägersubstanz in einem Entwickler für das Bei dem oben erwähnten Kopierverfahren erfolgt Magnetbürstenverfahren angewandt. Er läßt sich aber die Büdfixierung auf dem Aufzeichnungsträger durch auch mit guten Ergebnissen zusammen mit einem Wärme, um das thermoplastische Harz des Toners 55 Glasperlträger für das Kaskadenverfahren heranziehen, aufzuschmelzen. Die Anwendung von Wärme ist allge- Der erfindungsgemäße Toner kann durch Wärmemein möglich, jedoch sind damit verschiedene Schwie- einwirkung fixiert weiden oder mit besonderem Vorrigkeiten und Unzulänglichkeiten verbunden. Es muß teil durch Druckanwendung, wobei zu beachten ist, die Vorrichtung für ein Erwärmen auf die Ein- daß die für einwandfreie Fixierung erforderlichen Schmelztemperatur des Toners ausgelegt sein. Diese ^6o Anpreßdrucke wesentlich geringer sind, als sie für die Wärmeentwicklung ist immer verbunden mit Brand- bekannten Toner erforderlich sind. Die erfindungsgefahr, wenn es bei der Papierzufuhr zu Schwierig- gemäßen Toner können unter einem Druck von 49 bis keiten kommt. Das Wenigste ist dabei noch, daß das 59 kg/linear cm, vorzugsweise bei etwa 53,5 kg/linear Papier verkohlt. Die Notwendigkeit der Erwärmung cm, einwandfrei fixiert werden. Dadurch benötigt man stellt einen beträchtlichen Kostenfaktor dar. Auch ^6s im Kopiergerät keine komplizierte und aufwendige benötigt man eine gewisse Zeit, bis das thermo- Druckwalzenlagerung. Es besteht nicht die Gefahr plastische Harz soweit erwärmt ist, daß es entsprechend einer Schädigung der Papieroberfläche bzw. des erweicht ist und verfließt. Bei den meisten Verviel- Durchdrückens von Unebenheiten auf die Verviel-