DE2420962B2 - Elektrophotographischer trockenentwickler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrophotographisehen Trockenentwickler enthaltend Trägerteilchen, Tonerteilchen und anorganische Schmiermittelteilchen. Bei einem bekannten Trockenentwickler dieser Art ist das Schmiermittel Bornitrid, was jedoch die Lebensdauer des Entwicklers nicht ausreichend zu verlängern vermag.

Die zwei Hauptbestandteile von Trockenentwicklern sind Toner und Träger, die zusammenwirken, so daß eine triboclektrische Ladung entsteht, wodurch Träger und Toner aneinander gehalten werden. Die triboelektrische Ladung entwickelt sich am Toner, wodurch dieser wieder auf dem latenten Bild der photoleitfähigen Oberfläche eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials festgehalten wird durch Kräfte, die größer sind als die triboelektrische 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 Ladunc zulassen. Die Erfindung wird an Hand des Magnetbürstens\ stems erläutert, welches auf der Anwendung von magnetisch anziehbaren Trägerteilchen beruht, jedoch läßt sich der erfindungsgemäße Entwickler auch vorteilhaft für andere Träger, wie Glasperlen od. dgl., anwenden.

Bei den üblichen Systemen wird der Entwickler in einem geschlossenen System gehalten. Dies bedeutet, daß er aus einem Vorratsgefäß in die Entwicklungsstufe und überschüssiges Material zurück in den Vorratsbehälter geführt wird. Die Tonerteilchen aus dem Entwickler werden durch Anziehen an die Bildbereiche des elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials verbraucht. Demzufolge verarmt der Entwickler an Toner, d. h. das Verhältnis von Toner zu Träg>er im Entwickler 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 des Verfahrens nicht aufgebraucht wird. Es tritt zwar ein gewisser Verlust an Träger ein, der dann ersetzt werden muß.

Einer der Hauptnachteile der Trockenentwickler 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 zunehmend grau, der Kontrast wird schlechter, wobei Hintergrund und 'bildfreie Bereiche beginnen, Tonerteilchen aufzunehmen, wodurch schwarz-auf-grau-Kopien oder dunkelgrau auf hellgrauem Hintergrund an Stelle schwarz auf weiß entsteht. Versuche, die Bildqualität durch Auffrischen der bekannten Entwickler durch Nachlieferung von Toner zu verbessern, sind erfolglos und führten sogar in manchen Fällen zu einem weiteren Hervortreten des Hintergrunds. Ein ermüdeter Entwickler scheint bei entsprechender Tonerkonzentration im System damit seine insgesamt wichtigste Eigenschaft verloren zu haben, nämlich der Unterscheidung zwischen geladenen oder Bildbereichen der phoioieitfähigen Schicht und bildfreien Bereichen oder Hintergrund.

Nach der" USA.-Patentschrift 33 20 169 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 oder sogar bis 10 000 Kopien gesteigert werden. Bei den damaligen Vervielfältigungsanlagen konnte man mit einer Kopiergeschwindigkeit von etwa 8 bis 10 Kopien min rechnen.

Schneller arbeitende Kopiergeräte, z. B. für 40 bis 60 Kopien min, führen zu weit höheren Belastungen und höheren Ansprüchen an die Zusammensetzung der Entwickler, gleichbedeutend mit einer Steigerung des Problems der Entwicklerermüdung.

Wie erwähnt, handelt es sich um Rücklaufsysteme, so daß — gleichgültig ob Kaskaden- oder Magnetbürstensysteme — der Entwickler mit einer Geschwindigkeit, die sich aus der Kopiergeschwindigkeit ergibt, durchmischt wird. Mit anderen Worten wird der Entwickler bei einem Kopiergerät für 60 Kopien' min etwa 3- bis 4mal schneller umlaufen als in einem solchen für 8 bis 15 Kopien/min. Eine Bewegungssteigerung des Entwicklers um 400 und 500" ₀ 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 Toner scheint an der Träaeroberfläche dauernd gebunden zu sein auf Grund der Drücke, die zur Einwirkung gelangen. Ein ausreichendes Ausmaß an Triboelektrizität des Toners wird dann wohl nicht: mehr erreicht, da der Träger mit demselben Material wie der Toner selbst überzogen ist.

Die Anwendung von Fettsäuren und Metallseifen führte zu einer gewissen Einstellung der Ermüdung, jedoch kam es bei den neueren Hochleistungs-Kopiergeräten viel schneller zu einer Verschlechterung der Entwicklercigenschaften und somit der erhaltenen Kopien. Dies erfordert die Anwendung von hohen Konzentrationen an Metallseifen, die — wie festgestellt werden konnte — sich nachteilig auf die Ladungseigenschaften des Toners auswirken und darüberhinaus höhere Temperaturen für das Fixieren des Pulvers auf dem Trägermaterial erfordern.

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

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrophotographisdien Trockenentwickler zu schaffen, der ermüdungsbeständiger und besser regenerierbar ist als die bekannten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein elektrophotographischer Trockenentwickler vorgeschlagen, enthaltend Trägerteilchen, Tonerteilchen und anorganische Schmiermittelteilchen, der gekennzeichnet ist durch einen Gehalt von 0,005 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf Trägerteilchen von Molybdändisulfid, Titandisulfid, Wolframdisulfid und/ oder Graphit als SchmiermiUelteilchen. Vorzugsweise ist der Anteil an Schmiermittelteiichen 0,09 bis 0,15 Gewichtsprozent.

Der angegebene Schmiermittelanteil reicht zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit bei schnell kopierenden Anlagen aus. Besonders zweckmäßig erweisen sich die erfindungsgemäßen Entwickler für das Magnetbürstensystem.

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

Nicht-magnetische Trägerteilchen, wie Glasperlen oder sonstiges dichtes Material, können für entsprechende triboelektrische Eigenschaften überzogen oder in anderer Weise behandelt sein. Für die Kaskadenentwicklung wendet man im allgemeinen Glasperlen als Träger an. Die im erfindungsgemäßen Entwickler anzuwendenden Träger sollten einen mittleren Durchmesser von etwa 25 bis 500 «m besitzen.

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

1. Polyvinylchlorid-Mischpolymere:

a) Vinylchlorid 91 o/o
Vinylacetat 3%
Vinylalkohol 6%

b) Vinylchlorid 91%
Vinylacetat 9%

c) Vinylchlorid 86%
Vinylacetat 13%
Zweibasische Säure 1%

2. Styrolbutadien-Mischpolymere

3. Acrylate und Acryl-Mischpolymere

4. Thermoplastische Terpenharze

5. Polystyrole

6. Polyacrylate

7. Polyamide

8. Kollophonium-modifiziertes Harz

Die Tonerteilchen sind im allgemeinen kleiner als die Trägerteilchen und haben im Durchschnitt einen Durchmesser von etwa 4 bis 15 um.

Die Tonerteilchen sollten natürlich stark gefärbt sein. Dafür eignen sich die verschiedensten Stoffe und folglich wird unter dem Begriff »pigmentiert« jede jo Art von Farbstoff und färbendem Material verstanden und nicht nur ein Pigment als solches. Für schwarzen Toner verwendet man zur Pigmentierung im allgemeinen Ruß. Mit Hilfe organischer Farbstoffe läßt sich praktisch jede beliebige Farbe erreichen. Im allgemeinen reichen für die Pigmentierung etwa 1 bis 5 Gewichtsteile auf etwa 95 Gewichtsteile Harz aus. Es ist offensichtlidi, daß in manchen Fällen die natürliche Farbe der Bestandteile im Toner bereits eine ausreichende »Pigmentierung« darstellt. Die Zugabe ίο anderer Stoffe, wie Ruß, ist jedoch möglich. Die Toner werden im allgemeinen hergestellt durch Einschmelzen des thermoplastischen Harzes, Zugeben des Pigments 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 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 des das latente Bild tragenden Aufzeichnungsmaterials entsprechend den Bildbereichen der Vorlage sichtbar machen oder auch um die Teile zu entwickeln, die elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt waren und im wesentlichen entladen wurden und die folglich den Bildbereichen des Originals entsprechen.

Das Schmiermittel scheint beim Mischen sowohl Träger- als auch Tonerteilchen zu überziehen, wodurch die erforderliche Schmierwirkung zwischen den Teilchen erreicht wird. Es wird angenommen, daß dies die Ursache für die verbesserten triboeleklrischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Entwickler ist.

Die in folgenden Beispielen angegebenen Prozent beziehen sich auf das Gewicht. Als Schmiermittel nach der Erfindung eignen sich, wie erwähnt, die Disulfide von Molybdän, Wolfram und Titan. Die bevorzugt anzuwendende Schmiermittelmenge liegt zwischen 0,09 bis 0,15%, bezogen auf Trägergewicht. Bei dem bevorzugt angewandten Molybdänsulfid reichen für die Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit Konzentrationen von vorzugsweise 0,009 bis O,2°/o.

Beispiel 1

Gewichtsprozent

Polyamid 33,0

Polyol 9,9

Mit Maleinsäureanhydrid/
mehrwertigem Alkohol

modifiziertes Harz 49,2

Schwarz-Farbstoff 6,6

Ruß 1,0

Molybdändisulfid 0,3

Beispiel 2

Gewichtsprozent

Polyamid 74,0

Mit Maleinsäureanhydrid/ mehrwertigem Alkohol

modifiziertes Harz 18,0

Schwarz-Farbstoff 5,6

Ruß 1,4

Molybdändisulfid 1,0

Beispiel 5 (umgekehrt kopierend)

Gewichtsprozent

Polystyrolharz 57,00

Polystyrolharz 37,85

Ruß 3,00

Phthalocyanin-Grünfarbstoff

(C. I. 74 260) 2,00

Graphit 0.15

Beispiel 3

Gewichtsprozent

Polyamid 80,00

Mit Maleinsäureanhydrid''

mehrwertigem Alkohol

modifiziertes Harz 7,00

Nigrosinfarbsloff (C. I. 50 420) 6.00

Polyole 7.85

Ruß 1,00

Molybdändisulfid 0,15

Beispiel 4

Gewichtsprozent

Polyamid 33,0

Polyol 9,8

Phenolharz 49_:5

Schwarz-Farbstoff 6,6

Ruß 1,0

Titandisulfid 0,1

Beispiel 6

Gewichtsprozent

Modifiziertes Harz 54,00

Polyacrylharz 38.00

Nigrosin-schwarzbase NC

(C. I. 50 420) 6.00

Ruß 1.85

Molybdändisulfid 0.15

Die erfindungsgemäßen Entwickler nach obigen Beispielen lassen sich einwandfrei zur Herstellung qualitativ hochwertiger Vervielfältigungen in Vorrichtungen anwenden selbst bei ununterbrochener Arbeitszeit von 6 h und einer Kopiergeschwindigkeit von 40 bis 60 Kopien/min, dies bedeutet 14 (K)O bis 21 000 Kopien ohne sichtbare Ermüdung. Entwickler ohne dem erfindungsgemäßen Schmiermittel arbetten unter diesen Bedingungen nur etwa 3 h einwandfrei unter Lieferung von 7200 bs 10 800 Kopien.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrophotographiscner Trockenentwickler enthaltend Trägerteilchen, Tonerteilchen und anorganische Schmiermittelteilchen, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,005 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf Trägerteilchen, von Molybdändisulfid, Titandisulfid, WoIframdisulfid und/oder Graphit, als Schmiermittelteilchen.

2. Trockenentwickler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,09 bis 0,15 Gewichtsprozent Metalldisulf id und/oder Graphit.