DE2429591A1

DE2429591A1 - Verfahren und mittel zur bildentwicklung bei elektrostatischem drucken

Info

Publication number: DE2429591A1
Application number: DE2429591A
Authority: DE
Inventors: Blair David Howell; Terence Michael Lawson
Original assignee: AUSTRALIA RES LAB; Research Laboratories of Australia Pty Ltd
Current assignee: AUSTRALIA RES LAB; Research Laboratories of Australia Pty Ltd
Priority date: 1974-05-01
Filing date: 1974-06-20
Publication date: 1975-11-13
Also published as: JPS5752575B2; US3949116A; JPS50144501A; GB1468598A; DE2429591B2; DE2429591C3

Description

¹¹ Verfahren und Mittel zur Bildentwicklung bei elektrostatischem Drucken"

Bei elektrostatischem Drucken ist es im allgemeinen erforderlich, ein latentes Bild sichtbar zu machen oder zu entwickeln,welches auf Grund von elektrostatischen Ladungen bestimmt ist, welche auf einer dielektrischen oder isolierenden Oberfläche eines Auf-Zeichnungsgliedes enthalten sind. Derartige Aufzeichnungsglieder können ein Fotoleiter sein,wie beispielsweise bei dem bekannten, elektrofotografischen oder xerografischen Verfahren,oder ein dielektrisches Material,wie beispielsweise bei der Faksimile-Aufzeichnung oder bei Rechner-Ausdrucken und dergleichen. Der Terminus elektrostatisches Drucken bezieht sich auch auf andere Verfahren der Formierung latenter elektrostatischer Bilder und das Sichtbarmachen dieser Bilder, z.B. auf solche Verfahren,bei denen ein latentes elektrostatisches Bild auf eine Oberfläche mit Hilfe des sogen. Dember-Effektes, oder mit Hilfe thermi-

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scher Mittel oder physikalischer Mittel, beispielsweise Druck, Stoß oder dergl. gebildet wird. .

Die so gebildeten elektrostatischen latenten Bilder werden beispielsweise durch Aufbringen elektroskopischer Markierungspartikeln auf die Oberfläche sichtbar gemacht oder entwickelt, welche mehr oder weniger selektiv von den elektrostatischen Ladungen angezogen oder abgestoßen werden, die das latente Bild bestimmen, und zwar in Abhängigkeit davon, ob eine direkte oder eine Umkehrreproduktion gewünscht wird. Im Falle der direkten Reproduktion werden die elektroskopischen Markierungspartikeln in den Gebieten des latenten Bildes niedergeschlagen, während im lalle der Umkehrreproduktion die Teilchen außerhalb der Bereiche des latenten Bildes abgelagert werden.

Diese bekannten Verfahren können in zwei bestimmte Kategorien unterteilt werden, nämlich das sogen. Trockenentwicklungsverfahren und das sogen. Flüssig-Entwicklungsverfahren.

Bei der Trockenentwicklung werden die elektroskopischen Markierungspartikeln oder sogen, trockenen Toner an die Oberfläche angezogen, welche das elektrostatische latente Bild trägt.Die elektroskopischen Markierungspartikeln werden beispielsweise in Form einer Pulverwolke aufgebracht oder auf einem triboelektrisch unterschiedlichen Trägerpartikel getragen.

Bei der Flüssigentwicklung wird die Oberfläche, welche das elektrostatische latente Bild trägt, mit einem sogen.Flüssigtoner in Berührung gebracht, welcher eine Dispersion von elektroskopischen Markierungspartikeln in einer isolierenden Trägerflüssigkeit enthält, welche einen Volumenwiderstandswert

von mehr als 10 ⁷ Ohm.cm und eine Dielektrizitätskonstante von weniger als 3,0 hat. Die elektroskopischen Markierungspartikeln oder Tonerpartikeln werden aus der Trägerflüssigkeit zu dem elektrostatischen latenten Bild angezogen und auf der bildenthaltenden Oberfläche abgelagert. Die elektroskopischen Mar-

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kierungspartikeln enthalten üblicherweise ein Pigment als Farbstoff und Harze oder Lacke oder Firnisse oder öle,welche als Dispergierhilfen oder Fixiermittel dienen und auch die gewünschte Polarität und Ladung und Empfindlichkeit auf die Partikeln übertragen können.

Sowohl bei den Trocken- als auch bei den Flüssigentwicklungs- verfahren wird das Abbild auf der Oberfläche eines Aufzeichnungsgliedes gebildet, es kann .darauf fixiert und auf eine andere Oberfläche, wenn erwünscht, übertragen werden.

Die bekannten Toner und Tonerapplikatoren leiden, obgleich in einigen Fällen recht wirksam, unter bestimmten Nachteilen. So haben beispielsweise trockene Toner ein im allgemeinen recht be-, grenztes Auflösungsvermögen auf Grund der relativ großen Tonerpartikeln. Außerdem können sie große Flächen nur ausfüllen,wenn komplizierte Entwicklungstechniken angewendet werden. Trockene Toner sind außerdem nicht selbstfixierend und waxten im allgemeinen nach der Bildentwicklung durch Verschmelzen fixiert, was die Anwendung beachtlicher Hitze zum Schmelzen der Partikeln erfordert .

Flüssige Toner werden auf das Aufzeichnungsglied im allgemeinen mit Hilfe eines Tauch- und Quetschsystems aufgebracht, wie dies beispielsweise bei üblichen elektrostatischen Bürokopierern geschieht, welche als Aufzeichnungsglied Papier verwenden,welches auf einer Seite mit einem fotoleitenden Überzug mit beispielsweise Zinkoxyd'in einem isolierenden Bindemittel versehen ist .. Vorspannuhgseinrichtungen werden bei derartigen Tonerapplikatoren häufig verwendet, um die Bildentwicklung zu fördern. Auf Grund der Eigenschaften des Flüs^igtoners und der Applikatoren leidet dieses Verfahren jedoch unter dem Mangel, daß die zu entwickelnde Oberfläche mit der Tonerdispersion befeuchtet werden muß. In den meisten Fällen werden sogar beide Seiten des Aufzeichnungsgliedes benützt. Dementsprechend ist es notwendig, ein Quetschsystem in Verbindung mit der Anwendung von Wärme oder einem Strom an warmer oder heißer Luft zu ver-

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wenden, um die Flüssigkeit, die von dem Aufzeichnungsglied mitherausgeführt wird, zu entfernen, damit die gelieferte Kopie genügend trocken und das Bild hinreichend fixiert ist, damit eine Handhabung möglich ist. Dies führt zu einer Verdampfung der ausgeführten Flüssigkeit in die Atmosphäre, was eine Verschmutzung der Umgebung mit Kohlenwasserstoffdämpfen herbeiführt. .-Außerdem wird auf diese Weise eine beachtliche Menge an Trägerflüssigkeit verbraucht.

Flüssigtoner der bekannten Art haben den weiteren Nachteil,daß ihr Entwicklungsverhalten relativ langsam ist und somit die Aufzeichnungsgeschwindigkeit begrenzt wird, wenn eine bestimmte Bildqualität erreicht werden soll.

Darüber hinaus haben Toner mit einer Vielzahl von Komponenten, wie Steuermittel, Dispergierhilfen und Fixierungsstoffen, eine im allgemeinen begrenzte Lagerfähigkeit wegen der ehemischen Reaktion zwischen 'den Komponenten oder wegen einer Alterung, Polymerisation oder einem Absetzen der Komponenten oder Ähnlichem.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß hauptsächlich wegen der nicht-homogenen Partikelgröße mit Hilfe von Flüssigtonern nur mit Schwierigkeit Halbtonbilder hergestellt werden können,d.h. Abbildungen, die eine Reproduktion mit richtiger Grauwertskala erfordern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens und eines Mittels zur Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder, bei denen die zuvor genannten Nachteile vermieden sind: Der Flüssigkeitsaustrag durch das Aufzeichnungsglied wird auf Grenzschichtendicke begrenzt, die Anwendung von Hitze oder Luft zum Trocknen des Aufzeichnungsgliedes ist nicht erforderlich, eine Umgebungsverunreinigung wird wesentlich verringert, der Flüssigkeitsverbrauch wird erheblich reduziert, die Flüssigentwicklerkomposition hat eine vergrößerte Lagerzeitstabilität, Halbton- oder Grauskala-Bilder können reprodu-

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ziert werden und die Entwicklung von elektrostatischen latenten Bildern läuft mit hoher Geschwindigkeit ab.

Hieraus und aus dem Fachfolgenden ergeben sich die erheblichen Vorteile der Erfindung gegenüber dem Bekannten.

In den Au-Patentschriften 261 010 und 274 610 sind Verfahren beschrieben, bei denen als Entwicklermaterialien Cellulosepolymere verwendet werden, die in der Lage sind, eine Matrix oder eine gebundene flockige Struktur zu bilden, wenn sie teilweise in bestimmten Flüssigkeiten gelöst oder dispergiert sind. Bei diesen Verfahren befinden sich jedoch das Cellulosepolymer und andere ähnliche Materialien in einem in den für den Entwickler verwendeten Trägerflüssigkeiten im wesentlichen gelösten Zustand. Dementsprechend haben diese Flüssigkeiten ein relativ hohes Lösungsvermögen. Darüber hinaus wird in beiden vorgenannten Verfahren der Entwickler auf die das elektrostatische latente Bild tragende Oberfläche, welche entwickelt werden soll, in der Form einer freiströmenden Flüssigkeit aufgebracht, welche lediglich einen relativ geringen Anteil an elektroskopischem Tonermaterial enthält. Auf diese Weise wird die Bildentwicklung durch eine ungehinderte Wanderung dieses elektroskop!sehen Tonermaterials, wie Cellulosepolymere und ähnliche Materialien,zu der zu entwickelnden Oberfläche und Ablagerung darauf erreicht entsprechend dem Anziehungsvermögen auf Grund der Kräfte, die dem elektrostatischen latenten Bild auf der Oberfläche zugeordnet sind. Die vorliegende Erfindung geht von der Verwendung von Cellulose-Polymeren und anderen vergleichbaren Materialien als Entwicklerbestandteile aus. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich jedoch von dem bekannten Verfahren in der Verwendung dieser Materialien durch Quantität und Kombination sowie durch die Auswahl der Dispergierflüssigkeit. Es wurde nämlich gefunden, daß bei Verwendung von Cellulose-Polymeren und anderen vergleichbaren Materialien in relativ hohen Anteilen in Kombination mit anderen Materialien in dispergiertem oder im wesentlichen unge-

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löstem Zustand in Flüssigkeiten niedrigen Lösungsvermögens eine Flüssigentwicklerkomposition entsteht, die sich für die Entwicklung von elektrostatischen latenten Bildern hervorragend eignet.Bei dieser Komposition- ist das Entwicklermaterial oder sind die Tonerpartikeln mit Hilfe von Bindungen zusammengefügt, welche eine Matrix oder eine gebundene Flockenstruktur schaffen,wo-• durch die Strömungseigenschaften der Komposition vom Newton- Prinzip abweichen und wodurch das Entwicklungsmaterial bei der Wanderung "zur zu entwickelnden Oberfläche und die Ablagerung darauf entsprechend der Anziehung auf Grund von Kräften, die dem elektrostatischen latenten Bild auf der Oberfläche zugeordnet sind, gehemmt ist, bis eine genügende Scherkraft oder Querkraft vorhanden ist, um die Tonerpartikeln für die Entwicklung freizugeben.

Nach der Erfindung sind daher die Entwickler im wesentlichen Dispersionen aus einer festen Teilchenphase in einer flüssigen Phase. Die feste Teilchenphase und die flüssige Phase sind so ausgewählt, daß das Teilchenmaterial in einem stark geflockten Zustand dispergiert ist, der nachfolgend der erste Zustand genannt wird. In diesem ersten Zustand bildet das geflockte Teilchenmaterial eine Matrix, d.h. die Partikeln sind im wesentlichen miteinander verknüpft oder verbunden und die flüssige Phase befindet sich im wesentlichen innerhalb der Matrix und umgibt diese. Die Materialien sind so ausgewählt, daß in diesem ersten Zustand die Tonerdispersion nicht-Newton'sehe ρseudo-plastische oder plastische oder thixotrope Fließeigenschaften hat, d.h.auf die Dispersion muß eine bestimmte Scherkraft einwirken, bevor eine Newton 'sehe Strömung erfolgt, in diesem Zustand wird die feste Teilchenphase entflockt oder entflochten. Dieser Zustand wird nachfolgend der zweite Zustand genannt. Wenn der obenbeschriebene Toner in dem ersten Zustand auf eine Oberfläche mit einem elektrostatischen latenten Bild z.B. durch Übergießen über die Oberfläche oder mit Hilfe einer Applikatorrolle ohne jeglichen Druck aufgebracht wird, d.h. unter Bedingungen ohne Scherbeanspruchung des Toners mit Ausnahme der Schwerkraftwirkung, so wurde überraschenderweise gefunden, daß der "Toner" in diesem

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Zustand nickt als Toner im Sinne bekannter Toner verwendet oder angesehen werden kann, da das elektrostatische latente Bild auf der Oberfläche überhaupt nicht oder nur mit relativ geringer Dichte entwickelt wird, während die gesamte Oberfläche des Untergrundbereiches mit dem an der Oberfläche haftenden Toner überdeckt wird und rasch darauf auftrocknet.

Wenn jedoch bei dem Aufbringendes Toners in diesem ersten Zustand auf die Oberfläche mit einem elektrostatischen latenten Bild simultan oder nachfolgend eine Scher- oder Druckbeanspruchung geeigneter Größe beispielsweise mit Hilfe einer Druckwalze angewendet und der Toner über diese Oberfläche unter dem Einfluß der Scherkraft bewegt wird, dann wird das elektrostatische latente Bild auf der Oberfläche mit hoher Bilddichte entwickelt , während die Uhtergrundbereiche frei von Tonerablagerung bleiben und darüber hinaus die flüssige Phase die Oberfläche nur oberflächlich benetzt und in Fällen, in denen beispielsweise die Oberfläche auf einem absorbierenden Substrat^, beispielsweise Papier, liegt, dringt die Flüssigkeit in diese nur wenig ein und der Flüssigkeitsaustrag ist äußerst gering.

Die Erfindung besteht daher zusammenfassend in einem Verfahren zum Entwickeln elektrostatischer latenter Bilder auf einer Oberfläche, beispielsweise auf der Oberfläche eines elektrofotografischen oder elektrostatischen Aufzeichnungsgliedes, bei welchem eine Tonerdispersion aus einer flüssigen und einer dispergierten festen Phase aus elektroskopisehen Markierungspartikeln in einem ersten· Zustand verwendet wird, in dem die Fließeigenschaften des Toners nicht dem Newton'sehen Prinzip entsprechen und die elektroskopisehen Markierungspartikeln, welche die feste Phase darstellen, in geflocktem Zustand eine Matrix bilden, welche stark genug ist, um eine Ausscheidung von einzelnen elektroskopischen Markierungspartikeln, welche in diesem Zustand Teile der Matrix sind, auf Grund einer Anziehung des elektrostatischen latenten Bildes zu verhindern. Bei Anwendung einer Scheroder Druckkraft auf den Toner, beispielsweise mit Hilfe einer

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lit ■ I

Druckwalze, wird der Toner von dem ersten Zustand in einen zweiten Zustand umgewandelt, in welchem die Strömungseigenschaften des Toners dem Newton'sehen Prinzip entsprechen und die feste Phase entflockt wird. Hierbei-wird die Matrix in einzelne elektroskopische Markierungspartikeln aufgebrochen, welche nunmehr die dispergierte Phase bilden. In diesem Zustand können die elektroskopischen Markierungspartikeln von dem elektrostatischen latenten Bild angezogen und auf der Oberfläche abgelagert werden, um eine äußerst wirksame Entwicklung des Bildes zu liefern.

Die Ursachen für die hervorragende Wirksamkeit des Brfindungsgemäßen Verfahrens sind nicht im einzelnen bekannt; etwaige Erläuterungen der Funktionsweise können daher nur als vorläufige Vermutungen angesehen werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung.

Es zeigen:

!"ig. 1 den Zustand des Toners im ersten Zustand vor der Entwicklung und

Fig. 2 den Zustand des Toners in dem zweiten Zustand bei

Beginn des Entwicklungsvorganges nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Das elektrostatische Aufzeichnungsglied nach Fig. 1 besteht aus einem Basis- oder Stützmaterial 1, auf welcher sich eine isolierende oder dielektrische Schicht 2 befindet, auf deren Oberfläche wiederum das elektrostatische latente Bild 3 geschaffen ist. Das Basismaterial 1 liegt auf einer (nicht dargestellten) Auflage und ein Vorrat oder eine Lache A an Toner in dem genannten ersten Zustand ist als Streifen über die Oberfläche der dielektrischen Schicht 2 aufgebracht oder gebildet. Eine Walze 5 befindet sich angrenzend an die Tonerlache 4-, Die Tonerlache 4 be-

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steht in dem ersten Zustand aus einer festen Phase aus stark geflockten elektroskopischen Markierungspartikeln 6, welche, wie symbolisch dargestellt, durch Zwischenteilchenbindungen oder Bindungskräfte 7 eine Matrix formen, 'und aus einer flüssigen Phase 8, die in der Matrix der festen Phase enthalten ist und diese umgibt. Die Fig. 1 zeigt einen statischen Zustand.

In Fig. 2 ist der dynamische Zustand dargestellt. Hierbei besteht das elektrostatische Aufzeichnungsglied' aus einer Basis oder einem Trägermaterial 11 mit einer isolierenden oder dielektrischen Schicht 12 als Überzug, welche auf ihrer Oberfläche das elektrostatische latente Bild 13 hält. Das Aufzeichnungsglied liegt auf einer (nicht dargestellten) Auflage. Eine Walze 15 wird in der dargestellten Richtung über die dielektrische Oberfläche 12 bewegt oder gerollt, während Druck zwischen der Walze 15 und der Oberfläche 12 in einer Richtung normal zu der Oberfläche 12 erzeugt wird. Während die Walze 15 ia der dargestellten Richtung über die dielektrische Oberfläche 12 bewegt wird, wird die Tonerlache 14- als ein Streifen vor der Walze 15 ebenfalls über die Oberfläche 12 bewegt. Dies führt zu einer vorschreitenden Anwendung einer Scherkraft auf die Tonerlache 14 und die Größe der Scherkraft variiert von einem Wert Null an der Führungskante der Tonerlache 14- in der Zone am weitesten entfernt von der Walze zu einem Maximalwert in der Zone in der Mähe der Berührungslinie zwischen Walze 15 und der dielektrischen Oberfläche 12. Während somit die Scherkraft fortschreitend auf die Tonerlache 15 aufgebracht wird, ' unterliegt die Struktur der Matrix der festen Phase, die von den elektroskopischen Markierungspartikeln 16 gebildet ist und symbolisch durch Zwischenteilchenbindungen oder Bindungskräfte 17 dargestellt ist, fortschreitend einer Zerstörung durch Entflockung der festen Phase, Somit verbleibt in der lührungskantenzone, wo keine Scherkräfte auftreten, die feste Phase in der stark geflockten Form der Matrix, die zuvor als erster Zustand definiert wurde, während in der mittleren Zone der Tonerlache 14·, wo die Größe der Scherbean spruchung fortschreitend zunimmt, die Matrix ±m Verhältnis der Deformation der Toneria-

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ehe, die durch den Druck der Walze 15 verursacht wird, zusammenbri.cht, und zwar zunächst durch teilweise Entflockung gefolgt von einer Entflockung aller verknüpften oder verbundenen großen Teilchenaggregate in der Zone'näher zu der Walze "15 zu in Übereinstimmung mit der zunehmenden Scherbeanspruchung, während in der Zone unmittelbar an der Berührungslinie zwischen Walze 15 und dielektrischer Oberfläche 12, wo die maximale Scherbeanspruchung vorliegt ,eine vollständige Entflokkung. und Zerstörung der festen Phase in im wesentlichen einzelne elektroskopisehe Markierungspartikeln eintritt, was nur in dieser Zone zu einem vollständigen Eintreten des zuvor erwähnten zweiten Zustandes der Tonerdispersion führt.

Die flüssige Phase 18 wird von der Matrix der festen Phase fortschreitend freigegeben, während der Matrixaufbau zerstört wird,- Eine Entwicklung des elektrostatischen latenten Bildes 13 tritt in dem Bereich, in dem die feste Phase in einer vollständig geflockten Matrixform vorliegt und auch in der Zone,wo die feste Phase lediglich teilweise entflockt ist, und die elektroskopischen Markierungspartikeln große Aggregate bilden, die zu groß zur Anziehung und zum Anhaften an das elektrostatische Bild sind, nicht ein»· Eine Entwicklung findet nur in der Zone benachbart zu der und unmittelbar an der Berührungslinie zwischen Walze 15 und dielektrischer Oberfläche 12 statt, wo eine Scherkraft ausreichender Größe vorliegt, um eine vollständig Entflockung der elektrostatischen Markierungspartikeln herbeizuführen, wodurch eine Dispersion dieser Partikeln in im wesentlichen einzelne feine Teilchen in der flüssigen Phase. 18 erreicht wird. Lediglich in dieser Form, welche dem erwähnten zweiten Zustand entspricht, werden diese Teilchen auf das elektrostatische latente Bild 13 angezogen und auf der dielektrischen Oberfläche 12 zur Formierung der Bildniederschläge 19 darauf abgelagert werden.

In dem ersten Zustand hat der Toner nicht-Newton¹sehe pseudoplastische oder plastische oder thixotrope Fließeigenschaften und eine Entwicklerwirkung tritt nicht ein , bis der Toner sich

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in den zweiten Zustand durch Anwendung einer Scherbeanspruchung hinreichender Größe umgewandelt hat, wodurch die Fließeigenschaften des Toners zeitweilig dem Newton'sehen Prinzip entsprechen, und zwar wenigstens solange, wie die Scherkraft aufrechterhalten wird. Eine Rückführung in den ersten Zustand tritt abhängig von den Eigenschaften der Flüssigtonerkomposition un- · mittelbar oder einige Zeit nach Wegfall der Scherbeanspruchung ein, worauf der Toner wieder verwendbar wird und erneut auf die zu entwickelnde Oberfläche in der zuvor genannten Weise aufgebracht werden kann. Das Entwicklungsverfahren nach der Erfindung ermöglicht überraschenderweise die Verwendung sehr hoch konzentrierter Tonerdispersionen zur Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder, ohne daß dabei eine Verschmutzung des Hintergrundes auftritt und ohne daß Lösungsmittel in beachtlichem Masse ausgetragen wird. Dies liegt vermutlich daran, daß, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in allen Abschnitten der Tonerlache 14, in denen die feste Phase nicht in den zweiten Zustand entflockt wurde, wie dies in der Nähe der Berührungslinie mit der Walze 15.der Fall ist, die flüssige Phase 18 innerhalb der festen Phase vorhanden ist und diese umgibt und daher nicht in genügender Menge zur Benutzung zur Verfügung steht oder in einer Menge zur Absorption oder Adsorption oder Chemisorbtion durch die dielektrische Oberfläche 12, welche die einer Grenzschicht wesentlich übersteigt. Darüber hinaus ist die feste Phase bis zur Erlangung des zweiten Ziistandes in der Nähe der tatsächlichen Entwicklungszone entweder stark geflockt oder die teilweise entflockten aber noch agg^gierten Partikeln sind so groß innerhalb eines Bereiches von 100-200 Mikron, daß sie von oder auf der dielektrischen Oberfläche nicht absorbiert oder chemisorbiert werden können. In den Bereichen benachbart der Walze 15 mit zunehmender Scherkraft wird die flüssige Phase fortschreitend aus der Tonerlache 14 in genügendem Maße freigegeben, um die dielektrische Oberfläche 12 mit einem dünnen klaren Flüssigkeitsfilm unmittelbar vor der tatsächlichen Entwicklungszone in der Nähe der Berührungslinie mit der Walze 15 zu benetzen. Dieser klare Flüssigkeitsfilm verhindert ein Ver-

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schmutzen der Oberfläche in den Nichtbild- oder Untergrundbereichen in der tatsächlichen Entwicklungszone höchster Scherbeanspruchung, wo die elektroskopischen Markierungspartikeln vollständig zur feinen Größe entflockt sind, die für die Bildentwicklung erforderlich ist. Die zuvor erwähnte Oberflächenbenetzung mit Hilfe der klaren Flüssigkeit kann von vorübergehender Natur sein, d.h. nach, dem Durchgangder Walze 15 über die Oberfläche, die entwickelt werden soll, wobei die Walze auch Teil

ißt.

eines Satzes von Quetschwalzen sein kann,/die entwickelte Oberfläche im wesentlichen trocken , oder . wenn eine gewisse Flüssigkeit ausgetragen wird, so ist diese lediglich auf der Oberfläche in einer grenzsch.ich.ten-ahnlieh.en Meng© vorhanden.

Hieraus ergibt sich, daß der Entwicklungsvorgang des Toners nach. der Erfindung die Anwendung fortschreitender Scherbeanspruchung erfordert, um den Toner aus dem ersten Zustand in den zweiten Zustand umzuwandeln. Jeder beliebige Mechanismus, der in der Lage ist, die erforderliche fortschreitende Scherwirkung zu liefern, ist daher für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens brauchbar. Somit kann der Entwicklermechanismus die in den Zeichnungen dargestellte Form haben oder aus einem Paar von Walzen bestehen, die gegeneinander mit vorbestimmtem Druck gepreßt werden. Eine der Walzen kann mit einer Schicht aus dem Toner in dem ersten Zustand benetzt sein, in diesem Fall findet die Bildentwicklung durch Hindurchführen des Aufzeichnungsgliedes, welches entwickelt werden soll, durch den Spalt der Walzen in einer Weise statt, daß diejenige Seite, welche ϊ,λ das elektrostatische latente Bild trägt, der berebzten Walze zugewandt ist. Alternativ kann der Toner in seinem ersten Zustand auf die zu entwickelnde Oberfläche in Form eines Streifens unmittelbar vor dem Spalt des Rollenpaares oder unmittelbar vor anderen Mitteln zur Aufbringung der Scherkraft aufgebracht sein. Andere Mechanismen oder Mittel zum Aufbringen der erforderlichen Scher- oder Druckbeanspruchung sind beispielsweise ein Blatt, ein Schieber oder eine Messerkante aus geeignetem Material'.

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Zusätzlich zur Abhängigkeit von der TonerzusammenSetzung hängt die Entwicklungskraft oder -Wirksamkeit auch von der Geschwindigkeit der Entwicklung von der angewendeten Scherkraft und von den Mitteln zur Aufbringung der Scherkraft ab, beispielsweise in solchen Fällen, in denen eine Walze verwendet wird. Diese V/alze kann außerdem als eine virtuell vorgespannte oder elektrisch vorgespannte Entwicklungselektrode ausgebildet sein, was in der Entwicklungszone die Abscheidung der elektroskop!sehen Markierungspartikeln auf die Oberfläche,welche das elektrostatische latente Bild trägt, unterstützt, wodurch eine Entwicklung mit hoher Geschwindigkeit und ein Ausfüllen großer durchgängiger Bildbereiche leicht erreicht wird.

Das Entwicklungsverfahren nach der Erfindung ist insbesondere vorteilhaft in solchen Fällen, in denen elektrostatische latente Bilder mit Halbtonwerten entwickelt werden sollen,d.h. bei der Grauskala-Hepöoduktion. In solchen Fällen ist es notwendig, eine Dispersion aus elektroskopisehen Markierungspartikeln sehr geringer Größe zu verwenden. Außerdem ist es wesentlich, daß alle Teilchen relativ gleichförmige Größe haben. Dies kann bei dem erfindungsgemäßen Toner einfach erreicht werden, wenn bei Beginn der Umwandlung des Toners' in den zuvor erwähnten zweiten Zustand in der Entwicklungszone die Scherkraft mit Hilfe des Applikators, beispielsweise einer Druckwalze, auf eine „,richtige Große zur Reduzierung aller Partikelaggregate in einzelne feine Partikeln gleichförmiges Große eingestellt werden kann. . ,

Die flüssige Phase der Tonerdispersion kann nach der Erfindung eine isolierende Flüssigkeit mit einem Volumenwiderstandswert von über 10^? Ohm · cm und einer Dielektrizitätskonstante von weniger als 3 enthalten. Aliphatisch^ Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Chlor- oder Halogenwasaerstoffθ, Siliconfluide und dergl. sind in diesem Zusammenhang als verwendbar gefunden worden. Abhängig von der Natur der gewünsch ten zu verwendenden Zusammensetzung der festen Phase soll die

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flüssige Phase ein Material oder eine Mischung ais Materialien enthalten, welche keine dispergierende Kraft hat oder durch geringe Dispersionskraft in Bezug auf die feste Teilchenphase ausgestattet ist, um die Partikelmasse fl-ockig zu machen, welche die feste Phase darstellt, um einen Matrixaufbau zu schaffen, der für den zuvor erwähnten ersten Zustand der Dispersion erforderlich ist, der nicht-New-ton'sehe Fließeigenschaften hat. Die flüssige Phase kann außerdem in gelöstem oder teilweise gelöstem Zustand Verbindungen, z.B-, natürliche oder künstliche Harze oder Polymere, Mineral- oder Pflanzenöle, Lacke oder dergl. enthalten, welche die Flockung des Materials der festen Phase unterstützt oder verursacht. Solche Harzverbindungen oder öle können auch in der flüssigen Phase in gelöstem oder teilweise gelöstem oder aufgequollenem Zustand zum Zwecke des Ausfüllens oder Ausdehnens der Matrixstruktur der flockigen festen Phase, so daß darin die eingeschlossene flüssige Phase einfacher daraus freigegeben werden kann, wenn die erforderliche Scherkraft in der Entwicklungszone aufgebracht und die Tonnerdispersion in den zweiten Zustand umgewandelt wird.Polaritätssteuermittel oder Sensibilisatoren oder Bildverstärkermittel können ebenfalls in der flüssigen Phase in gelöstem oder teilweise gelöstem Zustand vorhanden sein.

Die feste Phase der Tonerdispersion enthält erfindungsgemäß teilchenförmige Pigmente oder Farbstoffe des gewünschten Farbtones und Substanzen zur Bildung einer Matrix oder einer gebundenen flockigen Struktur. Diese können aus natürlichen oder synthetischen Harzen oder Polymeren, mineralischen und pflanzlichen ölen, Lacken und dergl. ausgewählt sein und werden nachfolgend allgemein als harzige Substanz bezeichnet werden. Diese harzigen Substanzen können auf den Pigmentpartikeln in der Form eines Überzuges vorhanden sein oder teilweise an den Pig- «entpartikeln absorbiert oder mit diesen vermischt sein. Um eine Flockenbildung uäd starke Matrixformierung im ersten Zustand der Dispersion zu bewirken, müssen die harzigen Substanzen unlöslich oder nur teilweise in der flüssigen Phase quellb»r sein. Die harzigen Substanzen können auffhder Fixierung des '+ enthalten seid

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Bildnieder Schlages auf der entwickelten Oberfläche dienen sowie der Steuerung der Partikelladung und -polarität sowie als primäres Benetzungsmittel oder '. V erm an.1 mittel für die Pigmentpartikeln wirken. Ein Verfahren zur Herstellung der Tonerdispersion in dem ersten Zustand besteht daher nach der Erfindung in einem Vermählen des Pigments mit der harzigen Substanz, welche das primäre Benetzungsmittel oder Vermahlmittel in der flüssigen Phase enthält, bis die gewünschte PartikelgrÖßenreduzierung erreicht ist. Hierfür kann eine Kugelmühle,eine Zerreibeinrichtung oder ein Hochgeschwindigkeitsmesser oder dergl. verwendet werden, in denen während des Vermähl Vorganges hohe Scherkräfte auf das Material, welches vermählen wird, ausgeübt wird, und in denen bei Beendigung des Vermählvorganges, d.h.nach dem Beseitigen der Scherkraft,die dispergierte feste Phase in. der flüssigen Phase flockig wird und eine Matrix entsprechend der flockenbildenden Eigenschaft der Zusammensetzung der festen Phase in Bezug zur Eigenschaft der flüssigenPhase in Abwesenheit der Scherbeanspruchung bildet. ■ "

Der erfindungsgemäße Toner befindet sich daher außer bei Umwandlung in den zweiten Zustand unter Anwendung der Scherkraft in dem ersten Zustand. Dies führt zu einer großen LagerzeitStabilität des Toners, da eine Sedimentation oder eine andere Zusammensetzungsveränderung der festen Phase durch den stark flokkigen Matrixaufbau verhindert wird.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen im einzelnen die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung.

Beispiel Λ

Ein positives Tonermaterial wurde durch 24—stündiges Vermählen der folgenden Komponenten hergestellt,:'

Kohl enstoff-Schwarz-Pigment " 15 g Äthyl-Hydroxyäthyl-Cellulose niedriger Viskosität (bindungsformende oder flockenbildende

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Substanz) . 80 g

6 % Zirconoctoat 5 g

Isopar G . 400 g.

Isopar G ist ein isoparaffinischer Kohlenwasserstoff mit einem Siedebereich von 320 - 35O⁰F, einem Flammpunkt von 104⁰F, einem Kauri-Butanol-Wert von 26 (Hersteller: Exxon Corporation USA).

Diese Zusammensetzung wurde unter den Sdberkräften der Kugelmühle vermählen, sie nahm jedoch nach dem Herausnehmen aus der Kugelmühlenschale rasch den ersten zuvor genannten Zustand ein, in dem sie nicht als Toner für die Entwicklung von elektiö.statischen latenten Bildern verwendbar ist.

Diese Zusammensetzung wurde in der im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschriebenen Weise verwendet zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes, welches durch negatives Beladen und Belichten mit einem Lichtmuster auf einem handelsüblichen elektrofotografischen Kopierpapier mit fotoleitendem Zirifco2ßd in einem isolierenden Harzbinder auf der empfindlichen Seite des Papiers gebildet war.

Das Bild wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 inch/sec.* entwickelt und die Scherkraft, die zur Umwandlung des Toners in seinen zweiten Zustand erforderlich ist, wurde mit Hilfe einer Druckwalze erzeugt, welche in der Entwicklungszone an * der Stelle der Berührungslinie einen Druck von etwa 2 oz/inch Rollenlänge erzeugte.

Beisttiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt,mit Ausnahme dessen, daß das elektrostatische latente Bild auf einem fotoleitenden Aufzeichnungsglied mit Polyvinyl n-Carbazol als fotoempfindliüen Überzug auf einer Metallplatte erzeugt wurde. * 1 inch = 2.54 cm
Μοζΐ 28.3 g ■

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Beispiel 3

Das fotoleitende Aufzeichnungsglied nach Beispiel 1 wurde durch, ein dielektrisches Aufzeichnungsglied ersetzt, bei welchem die dielektrische Schicht aus Polyvinyl-Butyral bestand-»· Das latente Bild -war vom alphanumerischen Typ und wurde durch, ein Oberflächenladungsäquivalent von 25 Volt negativer Spannung gebildet und mit Hilfe einee. Stiftes auf die Oberfläche aufgeprägt.

Beispiele 4-5

Der positive Toner·nach den Beispielen 1 und 2 wurde durch einen negativen Toner der folgenden Zusammensetzung ersetzt:

Kohlm stoff-Schwarz-Pigment Pentaerythritol-dimer-Harzsäureester Paraffinwachs

Hydriertes Castor-Öl (bindungsformende oder

flockenbildende Substanz) Alsol 1824

10	S
5	e
10	S
5	S
400	g

AlsoI1824 ist aliphatischer Kohlenwasserstoff mit einem Siedebereich von 362 - 460⁰F, einem Flammpunkt von 140⁰F, einem Kauri-Butanol-Wert von 33 (Hersteller: Esso Australia Ltd.).

Die Zusammensetzung wurde entsprechend Beispiel 1 vermählen. In diesem Fall wurde die Exposition durch Verwendung eines Negatives der Originaldarstellung vorgenommen, um ein Umkehrbild, d.h. endgültig wiederum ein positives Bild zu erzeugen. Das Bild wurde mit einer Geschwindigkeit von 5 inch/sec. entwickelt und die Scherkraft, die zur Umwandlung des Toners in seinen zweiten Zustand erforderlich war, wurde mit Hilfe einer Druckwalze erzeugt, welche in der Entwicklungszone an der Stelle der Berührungslinie einen Druck äquivalent von 2 oz/inch. Rollenlänge erzeugte.

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Beispiel 6

In Beispiel 3 wurde das alphanumerische elektrostatische latente Bild durch eine Oberflächenladung von 30 Volt positiv gebildet und der negative Toner nach den Beispielen 4-5 verwendet.

Beispiele 7-9

Der positive Schwarz-Toner der Beispiele 1-3 wurde durch einen positiven Blau-Toner der folgenden Zusammensetzung ersetzt:

Phthalocyanin-Blau-Pigment

Äthylcellulose (bindungsformende oder flockenbildende Substanz)

Poliolite AC-3 (bindungsformende oder flockenbildende Substanz)
Natrium-Dioetyl-Sulphosuccinat
Polystyrol niedrigen Molekulargewichts Al sol 1824-

PolioliteAC-3 ist ein modifiziertes Vinyl-Toluol-Acrylat-Polymerisat (Hersteller:Goodyear Chemicals, Akron/Ohio/USA).

Die Zusammensetzung wurde nach Beispiel 1 vermählen. Das Bild wurde mit einer Geschwindigkeit von 15 inch/sec. entwickelt. Die erforderliche Scherkraft zur Umwandlung des Toners in sainen zweiten Zustand wurde mit Hilfe einer Druckrolle herbeigeführt, welche in der Entwicklungszone an der Stelle der Berührungslinie einen Druck äquivalent zu 30 oz-/inch Rollenlänge eazeugte.

Beispiele 10 - 12

In den Beispielen 7-9 wurde das Bild entwickelt, in-dem ein Neopren-Blatt mit einer Geschwindigkeit von 15 ineh./see.über die Oberfläche des Aufzeichnungsgliedes geführt wurde, welches fest gestützt war. Die für die Umwandlung des Toners erforder-

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10	g
30	6
15	g
5	g
10	g
300	g

liehe Scherkraft in seinen zweiten Zustand wurde durch Aufbringen eines Druckes auf das Blatt gebildet, welches in der Entwicklungszone an der Stelle der Berührungslinie einen Druck äquivalent zu 18 oz/inch Blattlänge erzeugte.

Beispiel 13

Der positive Schwarz-Toner nach Beispiel 1 -3 wurde ersetzt durch einen positiven Rot-Toner der folgenden Zusammensetzung:

Phosphorwolframiiiolybdänsäure Rot-Pigment-Farbe 10 g Mowital BJOH (bindungsformende oder flockenbildende Substanz :) ■ 50 g Natrium-Dioctyl Sulphosueeinat 5 δ Alsol 1824 250 g.

Mowital B3OH ist ein Polyvinyl-Buty.ral in Pulverform (Hersteller: Hoechst AG, Frankfurt, Deutschland).

Die Zusammensetzung wurde entsprechend Beispiel 1 vermählen.Das Bild wurde mit einer Geschwindigkeit von 10 inch/sec. vermählen, Die für die Umwandlung des Toners in seinen zweiten Zustand erforderliche Scherkraft wurde durch eine Druckwalze erreicht, welche in der Entwicklungszone an der Stelle der Berührungslinie einen Druck äquivalent zu 2 oz/inch Rollenlänge erzeugte.

Beispiel 14

Der positive Schwarz-Toner nach den Beispielen 1-3 wurde ersetzt durch einen positiven Schwarz-Toner der folgenden Zusammensetzung: ' .

Kohlenstoff-Schwarz-Pigment 10 g Poliolite AC-3 (bindungsformende oder flockenbildende Substanz ) .2Og 6 % Zircon-Octoat " 5 g

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Polystyrol niedrigen Molekulargewichts 10 g

Alsol 1824- 250 g

Die Zusammensetzung wurde entsprechend Beispiel 1 vermählen. Das Bild wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 inch/sec.entwickelt. Die für die Umwandlung des Toners in seinen zweiten Zustand erforderliche Scherkraft wurde mit Hilfe einer Druckwalze erreic&t,welche in der Entwicklungszone an der Stelle der Berührungslinie einen Druck äquivalent zu 20 oz/inch Bollenlänge erzeugte.

Es wurde somit ein Verfahren und ein Mittel zum Entwickeln elektrostatischer latenter Bilder beschrieben.Der Bereich geeigneter Materialien und Mittel, die in den Beispielen genannt sind,veranschaulichen lediglich die Ausführbarkeit des erfindungsgemässen Verfahrens. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Substanzen beschränkt.

Patentansprüche : 509846/1OAO

Claims

Patentan Sprüche:

M)ι/Verfahren zun Entwickeln eines elektrostatischen latenten Bildes auf einer Oberfläche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Aufbringen einer Dispersion in einem ersten Zustand auf die Oberfläche, in welchem die I¹I ießeigen schaft en -der Dispersion nicht dem Newton'sehen Prinzip entsprechen und in dem die Dispersion aus einer flüssigen Phase mit einem Volumenwiderstandswert über ίο" Ohm . cm und einer festen Phase aus geflocktem elektroskopischen Markierungspartikeln besteht, welche eine Matrix bilden, welche genügend stark ist, um ein Herausziehen einzelner elektroskopischer Markierungspartikeln aus der Matrix durch Anziehung an das elektrostatische latente Bild zu verhindern, und Anwenden einer Scherbeanspruchung genügender Größe auf die Dispersion zur Umwandlung der Dispersion von demrersten Zustand in den zweiten Zustand, in dem die Fließeigenschäften der Dispersion dem Newton'sehen Prinzip entsprechen und in dem die feste Phase in der flüssigen Phase entflockt ist,. wodurch einzelne elektroskop!sehe Markierungspartikeln zu dem elektrostatischen latenten Bild auf der Oberfläche hin gezogen und dort abgelagert werden können.
2) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennz e i c h η e t, daß die Flockenbildungskräfte dadurch gebildet werden, indem die elektroskopischen Markierungspartikeln einem flockenbildenden Mittel in der flüssigen Phase ausgesetzt werden, welche in der flüssigen Phase in einer Menge vorhanden ist, daß die Fließeigenschaften der Matrix dem Newton¹ sehen Prinzip _/^n.tsprechen, wodurch die Tonerpartikeln gegen eine Wanderung in der Matrix gehemmt werden.

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3) Verfahren nach. Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flockenbildende Mittel ein Polymer ist.
4) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flockenbildende Mittel aus der Gruppe Äthyl-Hydroxy-Äthyl-Cellulose, hydriertes Castor-

ν.:, öl,-modifiziertes Vinyl-Toluol-Acrylat-Polymerisat (Poliolite AC-3), mit oder ohne Zusatz von ithyl-Cellulose,einem Polyvinyl-Butyral in Pulverform ( Mowital BJOH) ausgewählt ist.
5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwickler mit Hilfe einer Rolle aufgebracht wird, die sich relativ zu der das latente elektrostatische Bild tragenden Oberfläche mit einer Geschwindigkeit bewegt, die zwischen 1 inch/sec. bei einem Druck von 2 oz/inch Eollenbreite und 15 inch/sec. bei 30 oz/inch fiollenbreite variiert.
6) Verfahren zum Entwickeln dnes elektrostatischen latenten Bildes auf einer Oberfläche, gekennzeichnet d u r ch die folgenden Schritte:

Aufbringen einer Dispersion auf die Oberfläche mit Hilfe eines Applikators,wobei die Dispersion auf dem Applikator in einem.ersten Zustand gehalten wird, in dem die Strömungseigenschaften der Dispersion nicht dem Newton sehen Prinzip entsprechen .und in dem die Dispersion aus einer flüssigen Phase mit einem Volumenwiderstandswert oberhalb von

\Qr Ohm · cm und einem KB-Wert zwischen 26 und 33 sowie einer festen Phase besteht,welche elektroskopische Markierungspartikeln enthält und eine Kombination eines Bindungsmittels einschließt, wodurch eine Matrix gebildet wird,die genügend stark ist, um das Herausziehen einzelner elektroskopischer Markierungspartikeln aus der Matrix durch Anziehung an das elektrostatische latente Bild zu verhindern,

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und durch Aufbringen einer Scherkraft auf die Dispersion
mit Hilfe der Walze an dem Spalt der Walze zur-Umwandlung
der Dispersion von dem ersten Zustand in einen zweiten Zustand, in dem die Strömungseigenschaften der Dispersion dem Newton'sehen Prinzip, entsprechen und in dem die feste Phase in der flüssigen Phase entflockt ist, wodurch die einzelnen .elektroskopischen Markierungspartikeln an das elektrostatische latente Bild auf der Oberfläche angezogen und auf dieses niedergeschlagen werden können.

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