DE2420962C3 - Elektrophotographischer Trockenentwickler - Google Patents

Description

2 Trockenentwickler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,09 bis 0.15 Gewichtsprozent Metalldisulfid und/oder i

Die Erfindung betrifft einen elektrophotographi- _z5 sehen Trockenentwicklcr enthaltend Trägerteilchen, Toncrteilchen und anorganische Schmiermittelteilchcn. Bei einem bekannten Trockenentwickler dieser Art ist das Schmiermitte! Bornitrid, was jedoch die Lebensdauer des Entwicklers nicht ausreichend zu verlängcrn vermag.

Die zwei Hauptbestandteile von Trockenentwicklern sind Toner und Träger, die zusammenwirken. so daß eine iriboeleklrischc Ladung eitsteht, wodurch Träger und Toner aneinander gehalten werden. Die triboclektrische Ladung entwickelt sich am Toner, wodurch dieser wieder auf dem latenten Bild der photolcitfähigen Oberflache eines elektrophotographischcn Aufzcichnungsmatcrials 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 triboelektrischcn Ladung zulassen. Die Erfindung wird an Hand des Magnetbürstensystems erläutert, welches auf der Anwendung von magnetisch anzichbarcn 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 Vorratspefäß in die Entwicklungsstufc und überschüssiges Material zurück in den Vorratsbehälter geführt wird. Die Tonerteilchen aus dem Entwickler werden durch Anziehen an die Bildbereiehe des clcktrophotographischcn Aufzeichnungsmatcrials verbraucht. Demzufolge verarmt der Entwicklcr an Toner, d. h. das Verhältnis von Toner zu Trägcr im Entwickler ändert sich während der Rcproduktion. Es isl daher erforderlich, im Entwickler den Toncrgehalt ;hi I zu frisch cn und die entsprechende Konzentration für optimale Leistung des Entwicklers aufrcchtzucrhalten. Es ist selbstverständlich, daß das Auffrischen des Trägermaterial 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 wer-

^Emefder Hauptnachteile der Trockenentwickler ist deren Tendenz zur »Ermüdung«. Bn Entöler wird dann als ermüdet bezeichne^ enn die^Lestunyiahigkeit in obigem Sinne ab sinkt. Eskommt« einer deutlidjen Vernng₌ de, D* ^oj«J-hj eine sehr diente scnwdi^ _fa

grau, der ^^^J^
und bildfre.e,Bereiche ^S¹""^^^
nehmen, wodurch schwarz-auf-grau-Kopien oder dunkelgrau auf hellgrauem Hinteignmdar'

auf weiß entsteht ^^^^^
Auffrisdien der bekannten Eö
licferung von Toner zu verbessern, sind erfolglos und führten sogar in manchen Fällen zu einem weiteren Hervortreten des Hintergrunds. Ein ermüdeter Entwickler scheint bei entsprechender Tonerkonzentraeion im System damit seine insgesamt wichtigste Eigenschaft verloren zu haben, nämlich der Unterscheidung zwischen geladenen oder Bildbereichen der photolcitfähigen Schicht und bildfreien Bereichen oder Hintergrund.

Nach der USA.-Patentschrift 33 20 IM 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 W)(M) oder sugar 1·ι, 10 000 Kopien gesteigert werden. Bei den damaligen Vervielfälligungsanlagen konnte man mit einer Kopiergeschwindigkeit von etwa 8 bis 10 Kopien min rechnen.

Schneller arbeitende Kopiergeräte, 7. 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 Bewegungsstcigerung des Entwicklers um 400 und 500¹Vo 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 letzt-Hch der Grund sein mag für den Verlust der Ladungsorienticrung. Der Toner scheint an der Trägeroberfläche dauernd gebunden zu sein auf Grund der Drücke, die zur Einwirkung gelangen. Ein ausreichendes Ausmaß an Triboclektrizität 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 Mctallscifen lührtc zu einer gewissen Einstellung der Ermüdung, jedoch kam es bei den neueren Hochleislungs-Kopiergeräten viel schneller zu einer Verschlechterung der Entwicklcreigenschaftcn und somit der erhaltenen Kopien. Dies erfordert die Anwendung von hohen Konzentrationen an Metallseife!!, die — wie fcstgestellt werden konnte — sich nachteilig auf die Ladungseigcnschaftcn 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 F.rmüdungsbeständiKkcit, insbesondere für Hochlcistungsvervielfältigungsgeräte.

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

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein elektrophotographisdier Trockcnentwickler vorgeschlagen, enthaltend Triigerleilchen, Tonerteilchen und anorganische Schniierniiueiteilchcn, der gekennzeichnet ist durch einen Gehalt von 0,005 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf Trägerttilchen von Molybdändisulfid, Titandisulfid, Wolframdisulfid und' oder Graphit als Schmiiermiltelteilchen. Vorzugsweise ist der Anteil an Sehniiiermitielteilchen 0,09 bis 0,15 Gewichtsprozent.

Der angegebene Sdirniermittelanteil reicht zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeil 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 ferromagneiischen Meiallen, /. B. Eisen, Nickel oder Kobalt, deicn Legierungen wie Stahl, und Metallverbindungen, wie Ferrite. Für das Magnetbiirstenvcrfahren sind magnetisch anziehfähiue Träger erforderlich.

Nicht-magnetische Triigerleilchen, wie Glasperlen oder sonstiges dichtes Material, können für entsprechende tribocleklrischc 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, Polyvinylvcrbindungen 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 91O₀
Vinylacetat 3%
Vinylalkohol 6%

b) Vinylchlorid 91%
Vinylacetat ⁰⁰A₁

c) Vinylchlorid 8(1%
Vinylacetat 13%
Zweibasische Säure 1%

2. Styrolbiitadiciii-Mischpolymere

3. Acrylate und Acryl-Mischpolymere

4. Thermoplastische Tcrpcnharzc

5. Polystyrole

6. Polyacrylate |

7. Polyamide

8. Kollophonium-modifiziertes Harz

Die Tonerteilchen sind im allgemeinen kleiner als die Trägerteilchcn und haben im Durchschnitt einen Durchmesser von etwa 4 bis 15 «m.

Die Tonerteildien sollten natürlich stark gefärbt sein. Dafür eignen sich die verschiedensten Stoffe und folglich wird unter dem Begriff »pigmentiert« jede 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 Pigmenticrung etwa I bis 5 Gewichtsteile auf etwa 95 Gcwiditsieile Harz aus. Es ist offensichtlich, daß in manchen Fällen die natürliche Farbe der Bestandteile im Toner bereits eine ausreichende »Pigmentierung« darstellt. Die Zugabe anderer Stoffe, wie Ruß, ist jcdodi möglich. Die Toner werden im allgemeinen hergestellt durch Einschmelzen des thermoplastischen Har/es. Zugeben des Pigments in die Harzschmcl/c und Homogenisieren, woraufhin das Gemisch abgekühlt und die erhaUene Masse auf Jic entsprechende Feinheit aulgemahlcn wird.

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

Die erfindungsgemäßen Entwickler können so modifiziert werden, daß sie die geladenen Teile des das latente Bild tragenden AufzeidinungsmakiuK entsprechend den Bildbercichcn 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 /wischen den Teilchen erreicht wird. Es wird angenommen, daß dies die Ursache für die verbesserten triboelekirischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Entwickler ist.

Die in folgenden Beispielen angegebenen Prozent beziehen sich auf das Gewidit. Als Schmiermittel nach der Erfindung eignen sich, wie erwähnt, die Disulfide von Molybdän, Wolfram und Titan. Die bevorzugt anzuwendende Schmicrmittclmenge liegt zwischen 0,09 bis 0,15%, bezogen auf Triigergewicht. Bei dem bevorzugt angewandten Molybdänsuli'id reichen für die Verbesserung der Ermüdungsbcsländigkeit Konzentrationen von vorzugsweise 0,009 bis 0,2%.

Beispiel 1 Gewichtsprozent

Polyamid 33,0

Polyol 9,9

Mit Maleinsäureanhydrid/
mehrwertigem Alkohol

^fi5 modifiziertes Harz. 49.2

Schwarz-Farbstoff 6,6

Ruß 1,0

Molybdändisulfid 0,3

Beispiel 2

Gewichtsprozent

Polyamid 74,0

Mii Maleinsäureanhydrid/
mehrwertigem Alkohol

modifiziertes Harz 18,0

Schwarz-Farbstoff 5.6

RuB 1,4

Molybdändisulfid 1,0

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

B e i s ρ i e 1 4

Gewichtsprozent

Polyamid 33.0

Polyol 9,8

Plienolharz 49,5

Schwarz-Farbstoff 6.6

Ruß 1.0

Titandisulfid 0,1

Beispiel 5 (umgekehrt kopierend)

Gewichtsprozent

Polystyrolharz 57,00

Polyslyrolharz 37,85

Ruß 3,00

Phthalocyanin-Grünfarbstoff

(C. I. 74 260) 2,00

ίο Graphit 0,15

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 Vor-

richtungen anwenden selbst bei ununterbrochener Arbeitszeit von 6 h und einer Kopiergesdiwindigkeit von 40 bis 60 Kopien'min, dies bedeutet 14 000 bis 21 000 Kopien ohne sichtbare Ermüdung. Entwickler ohne dem erfindungsgemäßen Schmiermittel ar-

betten unter diesen Bedingungen nur etwa 3 Ii einwandfrei unter Lieferung von 7200 bs 10 800 Kopien.

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektrophotographischer Trockenentwickler enthaltend Trägerteilchen, Tonerteilchen und anorganische Schmiermittelteilchen, g e k e η η z Λ c h - e t d u r c „ einen Gehalt lon OJ05 bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf Tragerteilchen, von Molybdändisulfid. Titandisulfid, Wolframdisulfid und/oder Graphit, als Schmiermittel- .c