DE2420962A1 - Trockener entwickler fuer elektrostatische kopierverfahren - Google Patents

Description

Trockener Entwickler für elektrostatische Kopierver-

. fahren

Die Erfindung betrifft Trockenentwickler für elektrostatische Vervielfältigungsverfahren verbesserter Ermüdungsbeständigkeit, die Trägerteilchen und Pigmenttoner aufweisen und gekennzeichnet sind durch einen Gehalt an Metallsulfiden und/oder Graphit in bestimmten Mengenverhältnissen.

Bei elektrophotographischen Yervielfältigungsverfahren wird an der Oberfläche einer photoleitenden Schicht eine:, einem latenten Bild entsprechende elektrostatische Ladung aufgebaut. Bei der photoleitenden Schicht handelt es sich um an sich bekannte Materialien in Form von an^ organischem photoleitendes Metallion enthaltendem . kristallinem Material, eingebettet in einem Kunststoffbindemittel. Die Photoleiter sind z.B. Zinkoxid, Zinksulfid, Zinkcadmiumsulfid, Zinkmagnesiumoxid, Cadmiumselenid, Zinksilicat, Calciumstrontiumsulfid und Zinktitanit.

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In Abwandlung zu diesen photoleitenden Materialien kann man auch organische photoleitende Stoffe,die selbst filmbildend sind, anwenden, wodurch ein isolierendes Harzbindemittel überflüssig wird , z.B. Polyvinylcarbazol, Polyacrylolcarbazol, Polyacrylolbenzocarbazol und Vinylmischpolymere enthaltend Vinylcarbazoleinheiten.

Die bildgemäße Ladungsverteilung oder das latente Bild wird auf der Photoleitschicht erhalten durch Entladung der bildgemäß belichteten Seile, wobei die leitenden Bereiche den bildfreien Bereichen entsprechen. Dieses latente Bild wird dann sichtbar gemacht durch Aufbringung von Tonerteilchen, die an den geladenen Bereichen festgehalten werden.

Der Mechanismus der Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder ist bekannt. Abhängig von der Art des photoleitenden Materials wird eine positive oder negative Gesamtaufladung vorgenommen, dann wird bildgemäß belichtet und entsprechend entladen und mit einem Entwicklergemisch entwickelt, wobei die Art der Ladung der Tonerteilchen den anziehenden Bildbereichen des latenten Bildes entspricht. Solche elektroskopische Pulver werden angewandt zum Entwickeln positiv geladener Bilder und für das Haften auf solchen Bildbereichen, die der Belichtung zugänglich sind, aufgrund der Ladungsorientierung der Tonerteilchen.

Von dem sichtbar gemachten elektrostatischen Ladungsbild auf der photoleitenden Schicht, wird dann auf einen der folgenden zwei Wege die Vervielfältigung oder Kopie vorgenommen. Im Fall, daß die photoleitende Schicht selbst dann der Abzug oder die Kopie ist, wird das Pulverbild direkt darauf fixiert durch Erwärmen, wobei die thermoplastischen Harzteilchen zusammenfließen, indem auf die photoleitende Schicht ein Druck zur Einwirkung gelangt, mit Hilfe einer intensiven Blitzstrahlung, wie sie von Xenon-Strahlungsquellen hervorgerufen werden kann, oder indem das thermoplastische Harz Lösungsmitteldämpfen aus-

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gesetzt wird, die ein teilweises Auflösen und Zusammenfließen des Materials ermöglichen. Die andere Möglichkeit besteht darin, das Pulverbild von der photoleitenden Schicht auf ein Kopierpapier zu übertragen und die-

der

ses übertragene Pulverbild dann nach einer obigen Möglichkeiten zu fixieren.

Die zwei Hauptbestandteile von Trockenentwicklern sind Toner und Träger, die zusammenwirken, so daß eine triboelektrische Ladung entsteht, wodurch Träger und Toner aneinander gehalten werden. Die triboelektrische Ladung entwickelt sich am Toner, wodurch dieser wieder auf dem latenten Bild der photoleitenden Oberfläche festgehalten wird durch Kräfte, die größer sind als die triboelektrisehe Kraft, die den Toner am Träger festhält.

Die erfindungsgemäßen Entwickler sind anwendbar für Magnetbürsten oder Kaskadensysteme oder für irgend ein anderes System, worin Träger und Toner ungleichartige Materialien sind, welche den Aufbau einer triboelektrischen Ladung zulassen. Die Erfindung wird anhand des Magnetbürstensystems erläutert, welches auf der Anwendung von magnetisch anziehbaren Trägerteilchen beruht, jedoch läßt sich der erfindungsgemäße Entwickler auch vorteilhaft für andere Träger, wie Glasperlen oder dergleichen anwenden.

Bei den üblichen elektrostatischen Systemen wird der Entwickler in einem geschlossenen System gehalten. Dies bedeutet, daß er aus einem Vorratsgefäß in die Entwicklungsstufe und überschüssiges Material zurück in die Vorratsbehälter geführt werden. Die Tonerteilchen aus dem Entwickler werden durch Anziehen an die Bildbereiche der elektrostatischen Reproduktion verbraucht. Demzufolge

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verarmt der Entwickler an Toner, d. h. die Konzentration von Toner im Träger ändert sich während der Reproduktion. Es ist daher erforderlich, im Entwickler den Tonergehalt aufzufrischen und die entsprechende Konzentration für optimale Leistung des Entwicklers aufrechtzuerhalten. Es ist selbstverständlich, daß das Auffrischen des Trägermaterials sehr viel seltener stattfinden muß, da der Träger selbst während der Verfahrens nicht aufgebraucht wird. Es tritt zwar ein gewisser Verlust an Träger ein, der dann ersetzt werden muß.

Einer der Hauptnachteile der trockenen elektrostatischen Entwickler ist deren Tendenz zur "Ermüdung". Ein Entwickler wird dann als ermüdet bezeichnet, wenn die Leistungsfähigkeit in obigem Sinne absinkt. Es kommt zu einer deutlichen Verringerung der Dichte der Kopien, d.h. eine sehr dichte schwarze Vorlage wird zumehmend grau, der Kontrast wird schlechter, wobei Hintergrund und bildfreie Bereiche beginnen, Tonerteilchen aufzunehmen, wodurch schwarz-auf-grau-Abzüge oder dunkelgrau auf lichtgrauem Hintergrund anstelle schwarz auf weiß entsteht. Versuche, die Bildqualität durch Auffrischen des Entwicklers durch Nachlieferung von Toner zu verbessern, sind erfolglos und führten sogar in manchen Fällen zu einem weiteren Hervortreten des Hintergrunds. Ein ermüdeter Entwickler scheint damit seine insgesamt wichtigen Eigenschaften verloren zu haben; nämlich der Unterscheidung zwischen geladenen oder Bildbereichen der photoleitenden Schicht gegenüber bildfreien Bereichen oder Hintergrund bei entsprechender Tonerkonzentration im System.

Nach der US-PS 3 320 169 soll dem Problem der Ermüdung der Entwickler durch Zusatz bestimmter Fettsäuren, Metallseifen oder deren Gemische begegnet werden. Damit soll die Lebensdauer des Entwicklers von 2000 auf 6000

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oder sogar bis 10000 Kopien gesteigert werden. Bei den damaligen Vervielfältigungsanlagen könnte man mit einer Kopiergeschwindigkeit von etwa 8 "bis 10/min rechnen.

Schneller arbeitende Ko'pierer, z.B. für 40 bis 60 Kopien je Minute,führen zu weit höheren Belastungen und

höheren Ansprüchen an die Zusammensetzung der Entwickler, gleich bedeutend mit einer Steigerung des Problems der Entwicklerermüdung.

Wie erwähnt, handelt es sich hier um Rücklaufsysterne, so daß, gleichgültig ob es sich um Kaskaden oder Magnetbürstensysteme handelt, der Entwickler mit einer Geschwindigkeit durchmischt wird, die sich ergibt aus der Kopiergeschwindigkeit. Mit anderen Worten wird der Entwickler bei einem Kopierer für 60 Kopien je Minute etwa 3 bis 4 mal schneller umlaufen, als in einem solchen für 8 bis 15 Kopien je Minute. Eine Bewegungssteigerung des Entwicklers um 400 und 500 i<> vergrößert wesentlich die Beanspruchungen, die zur Ermüdung des Materials führen..Es wird vermutet, daß diese hohen Geschwindigkeiten zu einer weiteren Zerkleinerung der Tonerteilchen führt, was letztlich der Grund sein mag für den Verlust der Ladungsorientierung. Der Träger scheint an seiner Oberfläche dauernd gebunden zu sein aufgrund der Drücke, die zur Einwirkung gelangen. Ein ausreichendes Ausmaß an Triboelektrizität des thermoplastischen Materials wird dann wohl nicht mehr erreicht, da der Träger mit demselben Material wie der Toner selbst überzogen ist.

Die Anwendung von Fettsäuren und Metällseifen führte zu einer gewissen Einstellung der Ermüdung, jedoch kam es bei den neueren Hochleistungsmaschinen viel schneller zu einem Verarmen des Systems. Dies erfordert die Anwendung von hohen Konzentrationen an Metallseifen, die, wie festgestellt werden konnte, sich nachteilig auf die Orientierung des Toners auswirken und darüberhinaus höhere Temperatur für das Fixieren des Pulvers auf dem Trägermaterial erfordert.

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Es bestellt also offensichtlich eine dringende Notwendigkeit nach einem Trockenentwickler verbesserter Ermüdungsbeständigkeit, insbesondere für Hochleistungsvervielfältigungsgeräte.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß Torgeschlagen, einen üblichen Entwickler zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit mit einem geringen Anteil eines trockenen anorganischen Schmiermittels, wie eines Metallsulfids, Graphit und/oder Bleioxid, zu versehen. Als Metalldisulfide eignen 3ich insbesondere die von Molybdän, Wolfram und Titan. Besonders bevorzugt wird Molybdändisulfid.

Bei den hier erwähnten üblichen Entwicklern handelt es sich um trockene Gemische für Kaskaden- oder Magnetbürstenentwicklung. Beide Systeme beruhen auf der Ausbildung einer elektrostatischen Ladung auf den Tonerteilchen gegenüber den Trägerteilchen durch triboelektrische Kräfte. Der Entwicklermechanismus beider Systeme ist der gleiche. Der Hauptunter3chied liegt in

in
dem Berührungbringen des Entwicklers mit dem latenten elektrostatischen Bild auf dem Vervielfältigungsmaterial. Magnetisch anziehfähige Träger werden beim Magnetbürstensystem angewandt, weil die Magnetfelder den Entwickler in der Art einer Bürste fiir die Aufbringung auf das latente elektrostatische Bild bringen.

Der erfindungsgemäße Trockenentwickler mit Träger und pigmentiertem thermoplastischem.Kunststoff als Toner für verbesserte Ermüdungsbeständigkeit in Schnellkopierern enthält in einer Menge von etwa 0,005 bis 1 Gew.-fo · bezogen auf Träger - Molybdändisulfid, Titandisulfid, Wolframdisulfid und/oder Graphit. Das in geringem Anteil

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vorliegende trockene anorganische Schmiermittel reicht zur Verbesserung der Ermüdungsbestandigkeit bei schnell kopierenden Anlagen aus. Besonders zweckmäßig erwiesen sich die erfindungsgemäßen Entwickler für das Magnetbürstensystem. Bevorzugt enthält der erfindungsgemäße Entwickler etwa 0,005 bis 1 Gew.-?S Molybdändisulfid, bezogen auf Träger.

Bei den üblicherweise angewandten Trägern kann es sich um magnetische Teilchen handeln, wie aus ferromagnetischen Metallen, z.B. Eisen, Hickel oder Kobalt, deren Legierungen, wie Stahl,und Metallverbindungen, wie Ferrite. Für das Magnetbürstenverfahren sind magnetisch anziehfähige Träger erforderlich.

Nicht-magnetische Trägerteilchen, wie Glasperlen oder sonstiges dichtes Material,'kann für entsprechende triboelektrische Eigenschaften tiberzogen oder, in anderer Weise behandelt sein. Für die Kaskadenentwicklung wendet man im allgemeinen Glasperlen als Träger im Entwickler an. Die im erfindungsgemäßen Entwickler anzuwendenden Träger sollten einen mittleren Durchmesser von etwa 25 bis 500/Um, vorzugsweise etwa 25 bis 150 /um,besitzen.

Die Tonerteilchen können aus einem beliebigen thermoplastischen Harz natürlicher oder synthetischer Provenienz bestehen, wie Baumharz, Asphalt oder Gilsonit als Beispiel für natürliche Harze und Polystyrol, Polyolefine, Polyacrylate, Polyvinylverbindungen und Polyamide als Beispiele für Kunstharze. Die Auswahl der thermoplastischen Harze hängt somit teilweise davon ab, ob die Fixierung des Toners durch Zusammenschmelzen in der Wärme, durch Lösungsmittel oder Druck oder deren Kombinationen erfolgt. Die Fixierung des Tonerpulvers auf dem latenten Bild ist an sich bekannt. Als handelsübliche thermopla stische Harze für Toner in den erfindungsgemäßen Entwickler kann man folgende aufführen:

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1. Polyvinylchlorid-Copolymere:

(a) Vinylchlorid 91 $> Vinylacetat 3 # Vinylalkohol 6 $

(b) Vinylchlorid 91 ?6 Vinylacetat 9 #

(c) Vinylchlorid 86 £ Vinylacetat 13 # Zweibasische Säure

2. Styrolbutadien-Copolymeres (a) "Pliolite S-5"

(t>) «Piccotax 120"

3· Acrylate und Acryl-Copolymere: "Acryloid A-101"

4* Thermoplastische Terpenharze: "Piccolyte S-135"

5· Polystyole:

"Piccolastic D-100" Piecolastic D-125 Piccolastic C-125

6. Polyacrylates "Acrylite BH"

7· Polyamide:

"Versamide 930"

8. Kollophonium modifiziertes Harz: "Amberol 800"

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Die Tonerteilchen sind im allgemeinen kleiner als die Trägerteilche« und sind im Durchschnitt von einem Durchmesser von etwa 1 bis 75 Jim, vorzugsweise etwa 4 "bis 15yum.

Die Tonerteilchen sollten natürlich stark gefärbt sein. Dafür eignen sich die verschiedensten Stoffe und folglich wird unter dem Begriff "pigmentiert" nicht nur jede Art von Farbstoff und färbendem Material verstanden und nicht nur ein Pigment als solches. Für schwärzen Toner verwendet man zur Pigmentierung im allgemeinen Ruß. Mit Hilfe organischer Farbstoffe läßt sich praktisch jede beliebige Farbe erreichen. Im allgemeinen reicht für die Pigmentierung etwa 1 bis 5 Gew.-Teile auf etwa 95 Gew.-Teile Harz aus. Es ist offensichtlich, daß in manchen Fällen die natürliche Farbe der Bestandteile im Toner bereits eine ausreichende "Pigmentierung¹¹ darstellt. Die Zugabe anderer Stoffe, wie Euß, ist jedoch möglich. Die Toner werden im allgemeinen hergestellt durch Einschmelzen des thermoplastischen Harzes, Zugeben des Pigmentes in die Harzschmelze und Homogenisieren, woraufhin das Gemisch abgekühlt und die erhaltene Masse auf die entsprechende Feinheit aufgemahlen wird.

Der Entwickler wird erhalten durch Mischen von Träger (magnetisch anziehbar oder Glasperlen) und pigmentiertem Toner sowie trockenem anorganischem Schmiermittel, bis alles homogenisiert ist. Im allgemeinen liegt das Mengenverhältnis Träger/Toner zwischen etwa 10:1 und 100:1.

Die erfindungsgemäßen Entwickler können so modifiziert werden, daß sie die geladenen Teile der das latente Bild tragenden Fläche entsprechend Bildbereichen der Vorlage sichtbar machen oder auch um die Teile zu entwickeln,, die elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt waren und im wesentlichen entladen wurden und die folg-

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lieh den Bildbereichen des Originals entsprechen.

Das Mischen der Bestandteile für negative und positive Entwickler erfolgt in entsprechenden Vorrichtungen, Das zugesetzte Schmiermittel scheint sov/ohl Träger als auch Toner zu überziehen, wodurch die erforderliche Schmier-

zwischen

wirkung den Pulverteilehen erreicht wird. Es wird angenommen, daß dies die Ursache für die verbesserten triboelektrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Entwickler ist.

Es ist wesentlich, daß das Schmiermittel im Gemisch mit Träger und Toner in der festen Phase verbleibt und gleichmäßig verteilt vorliegt.

Die in folgenden Beispielen angegebenen Prozent beziehen sich auf das Gewicht. Als brauchbare feste Schmiermittel nach der Erfindung eignen sich, wie erwähnt, die Disulfide von Molybdän, Wolfram und Titan sowie ferner Bleioxid unct Graphit. Bevorzugt wird handelsübliches Molybdändisulfid. Die anzuwendende Schmiermittelmenge liegt zwischen etwa 0,005 und 1 Gew.-#, bezogen auf Trägergewicht, vorzugsweise 0,09 bis 0,015 #· Bei dem bevorzugt angewandten Molybdändisulfid reichen Konzentrationen für die Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit von vorzugsweise 0,009 bis 0,2 ?£.

Beispiel ¹ Gew.-*

Polyamid (Versamide 930) 33

Polyol (Shell X-450) 9,9 Mit Harz aus Maleinsäureanhydrid und mehrwertigem Alkohol-modifiziertes

Harz (Amberol 800, Rohm & Haas) 49,2

Schwarz-Farbstoff (Nubian Resin Black Dye) 6,6

Ruß 1,0

Molybdändisulfid 0,3

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Beispiel 2

Polyamid (Versamide 930) 74,0 Mit Harz aus Maleinsäureanhydrid und mehrwertigem Alkohol modifiziertes Harz (Amberol 800) 18,0 Schwarz-Farbstoff" 5,6 Ruß 1,4 Molybdändisulfid . 1,0

Beispiel 3

Polyamid (Versamide 930) 80,0 Mit Harz aus Maleinsäureanhydrid und mehrwertigem Alkohol modifiziertes Harz 7,0 (Amberol 800)

Nigrosinfarbstoff 6,0

Polyole , 7,85

Ruß 1,0 Molybdändisulfid ' 0,15

Beispiel 4

Polyamid (Versamide 930) 33,0

Polyol (Shell X-450) ' 9,8

Phenolharz " 49,5 Schwarz-Farbstoff 6,6

Ruß' 1,0

Titandisulfid 0,1 (umgekehrt kopierend) Polystyrolharz (Piccolastic D-100) 57,0 Polystyrolharz (Piccolastic C-125) 37,85

Ruß 3,0

Heliogen Grün Pigment 2,0

Graphit 0,15

Beispiel 6

Modifiziertes Harz 54,0 (Amberol-800)

Polyacrylharz 38,0

Nigrosin-schwarz 6,0

Ruß . 1,85

Molybdändisulf id 4Q 9849/0991 0,15

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Die erfindungsgemäßen Entwickler nach, obigen Beispielen lassen sich, einwandfrei zur Herstellung qualitativ hoch.-wertiger Vervielfältigungen in Vorrichtungen anwenden, selbst bei ununterbrochener Arbeitszeit von 6 Stunden und einem Ausstoß von 40 bis 60 Kopien/min. Dies bedeutet eine Vervielfältigung in der Größenordnung von 1400 bis 21000 Kopien ohne sichtbarer Ermüdung des Entwicklers. Entwickler ohne dem erfindungsgemäßen Schmiermittel arbeiten unter diesen Bedingungen nur etwa 3 Stunden einwandfrei unter Lieferung von 7200 bis 10800 Kopien.

Patentansprüche

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Claims (2)

1. P a tent ansprüche

   \J Trockenentwickler für elektrostatische Vervielfältigungsverfahren enthaltend Trägerteilchen und Tonerteilchen in Form von pigmentiertem thermoplastischem Harz, g e k e η η zeichnet durch einen Gehalt von 0,005 bis 1 Gew.-^, bezogen auf Träger₍von Molybdändisulfid, Titandisulfid, Wolframdisulfid und/oder Graphit.
2. 2. Trockenentwickler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,09 bis 0,15 Gew.-$ Metalldisulfid und/oder Graphit.

   3» Trockenentwickler nach Anspruch. 1 oder, 2,· g e k e η η zeichnet durch ein Verhältnis Träger/Toner von 10:1 bis 100:1.

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