DE2439884B2

DE2439884B2 - Toner für elektrophotographische Entwickler

Info

Publication number: DE2439884B2
Application number: DE2439884A
Authority: DE
Inventors: John A. Webster Creatura; Robert Rochester Mermelstein
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-11-02
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1979-11-15
Also published as: BR7407148D0; JPS5080137A; GB1467495A; BE821402A; SE7413518L; CA1035988A; IT1025305B; FR2250141A1; NL7414376A; DE2439884A1; SE398926B; ES431567A1; JPS5733786B2; SU753368A3; FR2250141B1

Description

Bei elektrophotografischen Aufzeichnungsverfahren wird ein Entwickler für die latenten elektrostatischen Abbildungen benötigt Entwicklungsverfahren werden beispielsweise in der US-PS 26 18 552 (Kaskadenentwicklung), US-PS 28 74 063 (Magnetbürstenentwicklung), US-PS 27 84 109 (Pulverwolkenentwicklung), US-PS 3166 432 (Kontaktentwicklung) und US-PS 28 77 133 (Flüssigkeitsentwicklung) beschrieben.

Der verwendete Toner enthält einen Farbstoff und ein isolierendes Harz und stellt in Kombination mit einem Trägermaterial den Entwickler dar. Durch die Bewegung des Toners über dem Trägermaterial oder umgekehrt, wird eine Reibungselektrizitätsladung erzeugt, die dazu vei wendet wird, eine latente elektrostatische Abbildung zu entwickeln. Zusätzlich zu der erforderlichen Reibungselektrizitätsbeziehung zwischen dem Toner und dem Trägermaterial, müssen ToPir widerstandsfähig gegen Klumpenbildung und Verkleben sein und müssen einen geeigneten Schmelzpunkt und andere wünschenswerte Charakteristiken haben.

Die Verwendung von mit Ruß pigmentierten Kunststoffen als Toner in der Elektrostatografie ist bekannt, z. B. aus den DE-OSen 14 97 208 und 22 53 401.

Das sogenannte Kanalrußverfahren, das Naturgas verwendet, um Ruß als schwarzen Farbstoff herzustellen, ergibt viele Probleme und zwar aus ökologischer als auch wirtschaftlicher Sicht, weil beispelsweise die Wirksamkeit des Verfahrens niedriger als 1% ist und außerdem eine reichliche Luftverschmutzung auftritt Deshalb wurde versucht, das sogenannte Ofenrußverfahren zu verwenden, das eine vernachlässigbare Luftverschmutzung erzeugt und das Leicht- oder \-, Schweröle anstelle des Naturgases, das nur in begrenztem Umfange vorhanden ist, verwendet Somit ist es, vom Standpunkt der Umwelt und deren ?/»haltung aus betrachtet höchst erwünscht Ofenruß anstelle von Kanalruß zu verwenden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Toner zur Verfügung zu stellen, die nach dem Ofenrußverfahren hergestellt werden können und die besonders gut für elektrophotografische Abbildungsverfahren geeignet sind.

Die Erfindung ist im Patentanspruch angegeben.

Das Testverfahren zur Bestimmung der Struktur wurde gemäß ASTM D 2414-65 durchgeführt Der Sauerstoffgehalt des schwarzen Farbstoffes wird nach einer Modifikation des gaschromatografischen Verfahrens von ASTM D 1620-60 durchgeführt. Die Oberfläehe wird durch Stickstoffadsorption bestimmt unter Verwendung des Verfahrens von Brunauer, Emmet und Teller (BET). Zur Erreichung der erwünschten Druckqualität sollen die Parameter für den Ruß zwischen den folgenden Bereichen liegen:

Parameter	Zulässiger	Bevorzugter	Optimaler
	Bereich	Bereich	Bereich
Rußkonzentration	5-20%	8-14%	12%
Oberfläche des Rußes	275-800 m²/g	450-600 m²/g	500 m Vg
Sauerstoffgehalt des Rußes	3-10%	4-7%	5,5%
Ruß-Struktur	70-250 cm³/	80-125 cm 7	100 cm³/
	100 g DBP*)	100 g DBP*)	100 g DBP*)
Partikalgrößc des Rußes	5-75 m ,um	10-50m ;xm	30 m ;xm
*) DBP steht für Dibutylphlhalat

Die dielektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Tones werden unter Verwendung des Standardverfihrens ASTM D-150-65 T gemessen. Die Kopienqualität wird durch Standardmessungen des Hintergrundes bestimmt.

In den Beispielen sind Teile und Prozente auf das Gewicht bezogen. Die folgenden vier Vergleichszusammensetzungen dienen als Vergleich und als Nachweis der Überlegenheit der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen,

Versuch 1

Eine Vergleichszubereitung wird aus einem Toner von 9 Gew.-Teilen Kanalruß mit einer Oberfläche von 787 m²/g, einem Sauerstoffgehalt von 8,1% und einer Struktur von 224cm'/l00g Dibutylphthalat, 9 Teilen Polyvinylbutyral und 82 Gewichtsteilen eines Styrol/n-Butylmethacrylatcopolymerisats mit einem Gewichts verhältnis von 65/35 und mit einem Molekulargewicht von wenigstens 40 000 hergestellt. Nach dem Schmelzen und Mischen in einem Banburry-Mischer wird die Zusammensetzung durch eine Kautschukmühlc passiert,

-,-, abgekühlt, zerkleinert und in einer Pulverisiervorrichtung fein zerteilt, wobei Tonerpnrtikelchen erhalten werden, die eine durchschnittliche Teilchengröße von 5 bis Ι5μηι aufweisen. Die Probe wird für elektrische Tests vorbereitet, wobei Scheiben mit einem Durchmes-

Mi scr von 5,08 cm und einer Dicke 0,1778 bis 0,254 cm verwendet werden, die bei Raumtemperatur unter einem Druck von 787 kg/cm² geformt werden. Die elektrischen Werte werden bei finer Frequenz von I kHz bestimmt und die erhaltenen Eigenschaften sind

hj wie folgt: Dielektrizitätskonstante 4,9, Streiiungsfaktor 0,0170 und Verlustfaktor 0,0833. Es wird ein Entwickler aus dem oben beschriebenen Toner hergestellt, indem man 2 Gew.-Teile des Toners und 98 Gcw.-Tcile

Stahlkügelchen von 450 μητ, die mit einem Polymerisat beschichtet sind, verwendet, die 5 Minuten lang in einer Trommel geschleudert werden und in einen Standardproduktionskopierer eingegeben werden, wobei die Kaskadenentwicklung durchgeführt wird und geschlossene Bereiche und Halbtoneigenschaften (Wiedergabefähigkeit) geschaffen werden. Es werden 150 000 gleichmäßige und gute Kopien erhalten. Die dielektrischen Eigenschaften des Toners werden gemäß dem ASTM D-150-65-T Verfahren gemessen.

Versuch 2

Ein Toner wird wie im Versuch 1 hergestellt, ausgenommen daß 9 Gew.-Teile Ruß mit einer Oberfläche von 400 m²/g und einem Sauerstoffgehalt von 4,6%, einer Struktur von 157CmVlOOg Dibutylphthalat verwendet werden. Die dielektrischen Eigenschaften dieses Toners sind wie folgt: Dielektrizitätskonstante 4,1; Streuungsfaktor 0,0110 und Verlustfaktor 0,0450. Nach der Auswertung in dem oben beschriebenen Kopierer werden befriedigende Abbildungen für nur 15 bis 25 000 Kopien erhalten. Nach d'csem Intervall haben die Kopien ein grobkörniges Aussehen. Die Qualität der geschlossenen Bereiche und der Halbtonreproduktion läßt scharf nach und flockige Abbildungen mit geringem Kontrast werden erhaJ'.en. Obwohl also die bekannte Kanalrußzubereitung von Beispiel 1 gute Ergebnisse ergibt, versagt diese Kanalrußzusammensetzung. Somit ergeben nicht alle aus Kanalruß hergestellten Toner gute Ergebnisse.

Versuch 3

Ein Toner wird gemäß Versuch 1 hergestellt, jedoch wurden 9 Teile eines Rußes mit einer Oberfläche von 135m²/g, einem Sauerstoffgehalt von 4,2% und einer Struktur von 69cnrV100g Dibutylphthalat verwendet. Die dielektrischen Eigenschaften dieses Toners sind wie folgt: Dielektrizitätskonstante 3,5; Streuungsfaktor 0,0144 und Verlustfaktor 0,0504. Das Material wird in dem oben beschriebenen Kopierer ausgewertet und befriedigende Abbildungen werden nur für etwa 50 000 Kopien erhalten. Nach diesem Intervall haben die Kopien ein grobkörniges und ausgewaschenes Aussehen. Die Qualität der geschlossenen Bereiche und die Halbtonreproduktionen lassen stark nach während flockige Abbildungen mit niedrigem Kontrast erhalten werden.

Dies zeigt, daß Ofenruß mit Parametern außerhalb der kritischen Parameter der vorliegenden Erfindung keine befriedigenden Ergebnisse ergeben.

Versuch 4

Ein weiterer Entwickler wird aus einem Gew.-Teil des in Versuch I beschriebenen Toners und 99 Gew.-Teilen eines Ferrit-Trägermaterials, das mit einem Polymerisat beschichtet ist, hergestellt. Dieser Entwickler wird in eine bekannte elektrophotographische Kopiervorrichtung gegeben, wobei die Magnetbürstenentwicklung angewendet wird. Zur Prüfung wird ein Dokument mit Flächen einer Dichte des geschlossenen Bereiches von 1,0 verwendet, und die Leistung wird so eingestellt, daß Kopien mit einer Dichte des geschlossenen Bereiches von 1,00±0,05 erhalten werden. Die Vorrichtung wird auf eine genaue Angabe eingestellt und etwa 1000 Kopien werden gemacht, um sicherzustellen, daß

ίο Gleichgewichtsbedingungen erreicht wurden. Danach werden 100 Kopien des Testdokuments hergestellt und der Hintergrund jeder 10. Kopie gegen die Standardserien der Objektserien ausgewertet Der maximale Hintergrund jeder Kopie wird aufgezeichnet und der

Ii Durchschnittswert von 10 Messungen wird als durchschnittlicher maximaler Hintergrund ausgedrückt Der annehmbare durchschnittliche maximale Hintergrund sollte einen Wert von weniger als 0,010 haben. Je niedriger der Wert ist, je besser ist die Leistung des Toners. Der oben beschriebene Toner zeigt einen durchschnittlichen maximalen Hintergrund von 0,006. Somit ist ersichtlich, daß eine befriedigende Leistung erhalten werden kann, wenn man einen Toner auf Kanalrußbasis bei einer Magnetbürstenentwicklung

>-> verwendet.

Beispiel 1

Man arbeitet wie im Vesuch 1. Der Toner enthält 10

κι Gew.-Teile Ofenruß mit einer Oberfläche von 525 m²/g, einem Sauerstoffgehalt von 5,0%, einer Struktur von 105cmVI0Og Dibuylphthalat und einer Teilchengröße von 30 m μΐπ und 90 Gew.-Teile eines Copolymerisats aus Styrol und n-Butylmethacrylat in einem Gewichts-

i> verhältnis von 65 :35 und mit einem Molekulargewicht von wenigstens 40 000. Die dielektrischen Eigenschaften dieses Toners sind: Dielektrizitätskonstante 4,3; Streuungsfaktor 0,0094; und Verlustfaktor 0,0400. Bei der Auswertung in dem in Versuch 1 beschriebenen Kopierer werden gleichmäßig gute Kopien im Hinblick auf Linienkopien, auf geschlossene Bareiche und auf Halbtonwiedergabe für wenigstens 200 000 Kopien erhalten. Somit zeigte sich, daß eine zufriedenstellende Leistung eines Toners unter Verwendung von Ofenruß,

4^r> dessen Werte innerhalb der Parameter der vorliegenden Erfindung liegen, erhalten wird.

Beispiele2bisl5

Toner, die ein Copolymerisat aus Styrol und vi n-Butylmethacrylat und die angegebenen Mengen an Ruß enthalten, werden unter Verwendung des Verfahrens, vie es in Versuch I beschrieben wird, hergestellt. In allen Fällen wird eine Teilchengröße von etwa 30 m μπι verwendet. Die Eigenschaften der betreffenden τ. Ofenruße sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

Beispiel

% RuB

6
14

Oberfläche	Sauerstoff	Struktur
im²)	%	cm ViOOg DBP*)
723	3,0	156
723	3,0	156
234	3,0	162
284	3,0	162
276	5.1	95

Beispiel	% Ruß	Oberfläche	Sauerstoll	Struktur
		(nr>	¹K,	cnvVlUOgUBP*)
7	14	276	5,1	95
8	6	332	3,5	91
9	14	332	3,5	91
10	6	583	6,6	91
11	14	583	6,6	91
12	6	533	3,4	112
13	14	533	3,4	112
14	6	595	5,4	171
15	14	595	5,4	171

*) DBP steht für Dibutylphthalat

Die dielektrischen Eigenschaften der obengenannten Toner werden gemäß dem in Versuch t aufgeführten Verfahren gemessen. Dann werden Entwickler aus den

Tonern hergestellt und deren Leitung bewertet, wobei das Verfahren, wie es in dein vierten Versuch beschrieben wird, angewendet wird.

	Dielektrizitäts	Slreuungsfaktor	Verlustfaktor	Hintergrund
	konstante K'	tan f5	A"
2	2,8	0,0054	0,0151	0,012
3	4,7	0,0140	0,0655	0,006
4	3,0	0,0055	0,0165	0,016
5	3,9	0,0079	0,0308	0,009
6	3,9	0,0035	0,0137	0,015
7	3,6	0,0126	0,0460	0,007
8	2,9	0,0062	0,0178	0,015
9	3,6	0,0070	0,0250	0,013
10	3,6	0,0091	0,0330	0,010
11	4,8	0,0187	0,0870	0,0(15
12	3,5	0,0064	0,0220	0,0i 2
13	4,1	0,0105	0,0430	0,005
14	3,1	0,0077	0,0222	0,014
15	4.7	0,0110	0,0518	0,006

Aus diesen Beispielen geht hervor, daß hohe Rußkonzentrationen und die Verwendung eines Rußes mit einer relativ großen Oberfläche, einem hohen Sauerstoffgehalt und einer niedrigen Struktur äußerst geeignet sind, dielektrische Eigenschaften in bekannten Toncrverarbcitungsvcrfahren, wie sie in Versuch I beschrieben werden, zu erzeugen.

13 c i s ρ i c Ic 16 bis 22

Eine Reihe von Versuchstonern wird unter Verwendung vcrschicQcncr Mengen Ofenruß mit den im Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften hergestellt Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

	% Ofenruß	Dielektri	Strcuungslaktor	Verlustfaktor	Durchschnitt
		zitäts			lichcr maxi
		konstante			maler Hinter
					grund
		A"	tan ö	A"
16	2	2,79	0.0064	0.0179	0,016
17	5	3,42	0.0071	0,0243	0,010
18	8	3.91	0.(K)83	0.0323	0.007

Fortsel/ung

% Ofenruß Dielektri- .Streuungsfaktor Verlustfaktor Durchschnitt-

zitäts- licher maxi

konstante maler Hinter

grund

K' tan ό Κ"

19	10	4,27	0,0094	0,0400	0,006
20	12	4.36	0,0104	0.0455	0,005
21	14	5,15	0,0142	0.0730	0,006
22	16	5,96	0.0183	0.1091	0,008

Die in der obigen Tabelle angegebenen Hintergrundwerte sind die durchschnittlichen Werte aus 10 Bestimmungen in Intervallen von 5000 Drucken, während 50 000 Kopien mit jedem Toner hergestellt

wurden. Die Beispiele zeigen, daß der niedrigste durchschnittliche Hintergrundwert mit einer etwa 12%igen Beladung an RuIl erhalten wird.

Claims

Patentanspruch:

Toner für elektrophotografische Entwickler aus einem in einem isolierenden Harz dispergieren Ofenruß einer Partikelgröße von 5 bis 75 m μπι, wobei der Ofenruß 5 bis 20 Gew.-% des Toners ausmacht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofenruß eine Oberfläche von 275 bis 800 mVg, einen Ruß-Sauerstoffgehalt von 3 bis 10% und eine Ruß-Struktur von 70 bis 250cm³/100g Dibutylphthalat gemäß ASTM 2414-65 hat