DE2450922A1

DE2450922A1 - Verbesserte elektrophotographische entwickler

Info

Publication number: DE2450922A1
Application number: DE19742450922
Authority: DE
Inventors: Nero R Lindblad; James M Pearson
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1975-07-10
Also published as: NL7415828A; FR2256441B3; CA1048839A; JPS5099143A; US4002570A; FR2256441A1

Description

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XEROX CORPORATION, Rochester, N.Y. /U.S.A.

Verbesserte elektrophotographisehe Entwickler

Die Erfindung betrifft all^riein En twi ekler zusammensetzungen, die in elektrophotographischen Verfahren verwendet werden und insbesondere das Einarbeiten von quervernetztem Polyvinylidenfluorid in die Entwicklerzusammensetzung, um ein verbessertes Reinigen des Photoreceptors sicherzustellen.

Die bekannten elektrophotographisehen Verfahren verwenden im allgemeinen ein isoliertes photokonduktives Elenient . oder eine "Photoreceptor-Oberflache", auf der das latente elektrostatische Ladungsmuster oder -bild ausgebildet wird. Das latente elektrostatische Bild wird dadurch sichtbar

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gemacht oder "entwickelt", indem man die Photoreceptor-Oberfläche mit einer Entwickler-Zusammensetzung zusammenbringt. Das entwickelte Bild wird dann auf Papier übertragen. Diese Technik ist als elektrostatische Übertragung, bekannt.

Die übliche Methode zur Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes ist als "Kaskaden"-Entwicklung bekannt und in der US-PS 2 618 552 beschrieben. Bei dieser Technik verwendet man eine aus mehreren Bestandteilen bestehende Entwicklerzusammensetzung unter Einbeziehung eines freifließenden, aus Makroteilchen bestehenden Trägermaterials und eines elektroskopischen Tonermaterials. Die Entwicklerzusammensetzung kann auch einen schmierenden Bestandteil einschließen. Trägermaterialien, die bei der Kaskadenentwicklung verwendet werden, umfassen Glasperlen, Ammonlum-oder Natriumchloridkörnchen und harzüberzogene Stahl-Sehrotkugeln. Die im allgemeinen verwendeten Tonermaterialien werden aus Harzen oder Harzgemischen, in die ein Pigment, wie beispielsweise Ruß, eingearbeitet wird, hergestellt. Der aus mehreren B^iSlandteilen bestehende Entwickler wird über die Photoreceptor-Oberflache gegossen oder "kaskadiert", wobei ein gewisser Anteil des elektroskopischen Toners abgelagert und auf dem latenten Bild durch die elektrostatischen Kräfte, die darin wirksam sind, festgehalten wird.

Ein weiteres Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer· · Bilder besteht im "magnetischen Bürsten"-Verfahren, wie dies beispielsweise in der US-PS 2 874 063 beschrieben ist. In diesem Verfahren wird das Entwicklermaterial, das einen Toner und magnetische Trägerpartikelchen enthält, durch

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einen Magneten getragen. Das magnetische Feld des Magneten bewirkt das Ausrichten des magnetischen Trägers in eine bürstenartige Konfiguration. Das "magnetische Bürsten"-Verfahren verbindet sich mit der das elektrostatische Bild tragenden Oberfläche und die Tonerpartikelchen werden von der Bürste zum latenten Bild mittels elektrostatischer Anziehung gezeichnet.

Ein'weiteres Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder ist das "Pulverwolken"-Verfahren, wie es beispielsweise von CP. Carlson in der US-PS 2 221 7?6 beschrieben wird. In diesem Verfahren wird das Entwicklermaterial, bestehend aus elektrisch geladenen Tonerteilchen in einem gasförmigen Fluidum über die angrenzende Oberfläche geleitet, die das elektrostatische latente Bild trägt. Die Tonerteilchen werden durch elektrostatische Anziehung vom Gas auf das latente Bild gezogen. Dieses Verfahren ist besonders dann verwendbar, wenn die Entwicklung der Tönung kontinuierlich erfolgt.

Obwohl die genannten Verfahren heutzutage kommerziell verwendet werden, ist die "Kaskaden"-Technik das meist verwendete Verfahren bei der elektrophotographisehen Entwicklung. Eine üblicherweise verwendete Büro-Kopiervorrichtung verwendet dieses Entwicklungsverfahren und ist in der US-PS 3 3ol beschrieben» In automatischen elektrophotographischen Vorrichtungen werden üblicherweise Photoreceptor-Oberflächen oder xerographische Platten in Form einer zylindrischen Trommel verwendet, die kontinuierlich rotieren und durch Cyklen von regelmäßig aufeinanderfolgenden Verfahren, wie Beladen, Belichten, Entwickeln, Übertragen und Reinigen, führen. Die

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Platte wird gewöhnlich mit einer Corona-Entladung positiver Polarität mittels einer die Corona-Entladung erzeugenden Vorrichtung entsprechend L.E. Walkup in der US-PS 2 777 beladen, die mit einer geeigneten Quelle hohen Potentials verbunden ist. Nach der Bildung des Pulverbildes auf dem elektrostatischen latenten Bild während des Entwicklungsprozesses wird dieses Pulverbild elektrostatisch auf eine stützende Oberfläche mittels einer Corona-Entladung erzeugenden Vorrichtung,, wie beispielsweise der erwähnten Corona-* Entladung erzeugenden Vorrichtung, übertragen. In einer automatischen Vorrichtung mit einer rotierenden Trommel wird eine stützende Oberfläche, auf die das Pulverbild übertragen wird, durch die Vorrichtung mit der Geschwindigkeit bewegt, wie der Trommelumfang die Trommel an der Übertragungsstelle berührt, die zwischen der Trommeloberfläche und der Corona- Entladungsvorrichtung ist. Die Übertragung erfolgt durch eine Corona-Entladung erzeugende Vorrichtung, die die elektrostatische Ladung vermittelt und das Pulverbild von der Trommel auf die stützende Oberfläche überträgt. Die Ladungspolarität, die zur Übertragung des 3ildes benötigt wird, ist abhängig von der visuellen Art der ursprünglichen Kopie in Beziehung zur Reproduktion und der elektroskopischen Charakteristika des Entwicklermaterials, das zur Durchführung der Entwicklung verwendet wird. Beispielsweise, wenn eine positive Reproduktion auf ein positives Original übertragen werden soll, wird üblicherweise eine positiv-polare Corona-Entladung zur Übertragung des negativ geladenen Tonerbildes auf die stützende Oberfläche verwendet. Wenn eine positive Reproduktion von einem negativen Original verlangt wird, wird üblicherweise ein positiv geladenes Entwicklermaterial verwendet, das durch

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die geladenen Anteile der Platte zu den nicht geladenen Anteilen abgestoßen wird und ein positives Bild bildet, - das durch die negativ-polare Corona-Entladung übertragen wird. In jedem Fall verbleibt ein restliches Pulverbild nach der Übertragung auf der Platte. Bevor die Platte für einen anschließenden Zyklus weiterverwendet werden kann, muß das restliche, verbleibende Bild entfernt werden, um sogenannte "Geisterbilder" von darauffolgenden Kopien und Tonerfilm, der sich auf der Photoreceptor-Oberfläche bildet, fernzuhalten.

Auch ist es UoIich, zu diesem Zweck eine reinigende Vorrichtung zu verwenden, die von der Photoreceptor-Oberfläche jegliches verbleibende Tonermaterial entfernt, das auf der oberfläche nach der elektrostatischen Übertragung verbleibt. Es gibt einige .Arten von reinigenden Vorrichtungen, die industriell verwendet werden, wie: weiche Polster oder Bürsten, fließfähige Reinigungsmittel von körniger Beschaffenheit, und weiche, flexible Blätter aus Polymeren.

Eine solche reinigende Vorx-ichtung, ein Polyurethanblatt, liurde mit Erfolg auf automatischen Trommelvorrichtungen verwendet. Die Rakel gleitet auf der Oberfläche des Photoreceptors der Trommel und stößt oder hebt den Toner von der Oberfläche ab. Dieses Gleiten macht die Verwendung eines Schmiermittels notwendig, das eine schmierende und bindende Schicht zwischen der reinigenden Kante und der Oberfläche schafft. Ohne diese schmierende Schicht bewirkt die hohe Reibung zwischen dem Blatt und der Oberfläche ein Ankleben und Aufwickeln der reinigenden Kante. Die Abwesenheit der schmierenden Schicht ergibt auch ein Vibrieren des Blattes.

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Sowohl das gewickelte Blatt wie das Vibrieren des Blattes bewirken einen Zustand, bei dem Teile des Blattes von der Oberfläche des Photoreceptors abgehoben werden, wodurch mangelnde Reinigung eintritt, d.h. das elektroskopische Tonermaterial wird nicht vollständig entfernt. Ein solcher Mangel macht sich durch Streifen auf nachfolgenden elektrophotographisehen Kopien oder Drucken bemerkbar.

Es ist bekannt, daß kleine Polyvinylidenfluorid-Partikelchen von im allgemeinen kugelförmiger Gestalt als Schmiermittel verwendet werden können. Mit Teilchen, die im allgemeinen eine kugelförmige Gestalt aufweisen, lassen sich gute Ergebnisse erzielen, da eine wirkungsvolle Entfernung von zurückbleibenden Tonerteilchen bei niedrigerem Reinigungsdruck erreicht wird, insbesondere mit-einem Blattreinigungssystem. Auch wird die Bildung eines Schmiermittelfilmes auf-dem Photoreceptor während der Reinigung vermieden, wenn kugelförmige Polyvinylidenfluorid-Teilchen verwendet v/erden, anscheinend ist dies auf die kugellagerartige Eigenschaft der kugelförmigen Gestalt zurückzuführen. Im allgemeinen sollten die Teilchen eine etwaige Teilchengröße aufweisen, die etwas geringer ist als die Teilchengröße der Tonerteilchen. Eine Teilchengröße von etwa o,o5 bis etwa 16/U wird bevorzugt, da mindestens ein Teil der Makroteilchen dazu neigt, sich auf der Photokonduktor-Toneroberflache zu sammeln und die Reinigung erhöht. Günstige Ergebnisse werden mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 0,5 bis etwa 2,5/U erhalten, da so eine wirksame Reinigung ausgeführt werden kann, ohne eine entgegenwirkende Beeinflussung der Bilddichte als Ergebnis der Teilchen, die im übertragenen Tonerbild vorhanden sind.

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Beim Gebrauch von Polyvinylidenfluorid-Makroteilchen als Schmiermittel in elekt.rophotogra phi sehen Entwickler zusammensetzungen sind jedoch Schwierigkeiten aufgetreten. Diese Schwierigkeiten sind wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß.Polyvinylidenfluorid sowohl aus amorphen als auch kristallinen Bereichen zusammengesetzt ist. Der amorphe Anteil am Material ist relativ hoch (4o bis 6oj£) und zeigt sich als beweglicher Anteil mit niedriger Schmelzviskosität (Glasübergangstemperatur Tg etwa -5o°C). Die amorphe Phase wirkt nicht nur als Weichmacher, indem sie den potentiellen Modulus des Materials erniedrigt, sondern sie wirkt auch als klebriger Binder, der beim Zusammenprall der Teilchen an die Trägerperlen verklebt. Der Zusammenprall ' des Polyvinylidenfluörids auf die äußere Oberfläche der Trägerteilchen bewirkt eine Herabsetzung der triboelektrischen Eigenschaften des Trägers und führt zu schlechten elektrophotographisehen Drucken, die durch verschwommene Bilder und einen wölkenartigen Hintergrund gekennzeichnet sind.

Es wurde gefunden, daß man eine verbesserte elektrophotographische Entwicklerzusammensetzung erhält, wenn das verwendete Schmiermittel aus Makroteilchen von quervernetztem Polyvinylidenfluorid besteht. Das Polyvinylidenfluorid wird quervernetzt, indem man es einer relativ kleinen Dosis von hochenergetischer ipnisierender Strahlung aussetzt, wobei seine Dimensionsstabilität verbessert wird. Verleibt man dieses verbesserte Schmiermittel einer Kaskaden-Entwicklerzüsammensetzung ein und verwendet es im elektrophotographi-•schen Verfahren, so scheint es, daß die kugelförmige Form besser beibehalten wird und das Schmiermittel dem Zusammenprall

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mit dem Trägermaterial widersteht.

Die Erfindung betrifft die Verwendung von quervernetztem Polyvinylidenfluorid als Schmiermittel in Form von Makroteilchen in einer elektrophotographisehen Entwicklerzusammensetzung. Es wurde gefunden, daß durch die Quervernetzung des Polyvinylidenfluorids durch Aussetzen einer geringen Dosis hochenergetischer ionisierender Strahlung die Dimensionsstabilität der Makroteilchen des Schmiermittels erhöht wird. In diesem Zusammenhang bedeutet die Dimensionsstabilität die Fähigkeit der Makroteilchen des Schmiermittels, ihre ursprüngliche kugelförmige Gestalt und Größe unter den Bedingungen beizubehalten, die in automatischen elektrophotographisehen Verfahren auftreten« Diese qualitative Verbesserung der Dimensionsstabilität der Makroteilchen cfes Schmiermittels zeigt sich in einem komplexen Zusammenspiel vieler spezifischer physikalischer Eigenschaften. Weder die genaue quervernetzende Reaktion noch die sich daraus ergebenden Effekte der physikalischen Eigenschaften der Partikelchen ist vollkommen verständlich. Es kann jedoch festgestellt werden, daß Polyvinylidenfluorid, das einer geringen Dosis hochenergetischer ionisierender Strahlung ausgesetzt ist, keine Neigung aufweist zum Deformieren oder mit dem Trägermaterial zusammenzuprallen oder auch zu agglomerieren. Es scheint, daß die Quervernetzung des Polyvinylidenfluorids die amorphen Bereiche darin unbeweglich macht, ohne die mechanischen Eigenschaften der kristallinen Bereiche zu zerstören und auf diese Weise die Dimensionsstabilität erhöht.

Der Begriff "kleine Dosis" der Strahlung wird mit einer Menge im Bereich von etwa o,7 bis etwa lo,o Megarad bezeich-

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net". Vorzugsweise wird das Polyvinylidenfluorid-Schmier-" mittel einer hochenergetischen ionisierenden Strahlung yon etwa l,o bis 2,ο Megarad ausgesetzt, da in diesem Bereich.ein Optimum an Dimensionsstabilität erreicht wird. Bei höherer Strahlungsdosis (über 5 Megarad) scheint die Partikeldeformation und Agglomeration anzusteigen und bei "noch höherer Strahlungsdosis (5o Megarad undhoher) treten ernsthafte Verschlechterungen der Polyvinylidenfluoridteilchen auf. Erfindungsgemäß werden die leicht quervernetzten Schmiermittelteilchen den Makroteilchen des Trägermaterials und dem elektroskopischen Toner zugesetzt, so daß der Gewichtsanteil., bezogen auf den Toner, o,j5 bis 5»o und vorzugsweise o,7 bis 2,2 Gew.-^j, bezogen auf den Toner/ beträgt. Die Verwendung von weniger als o,j5 Gew.-^, bezogen auf den Toner, führt zu.einer unvollkommenen Schmierwirkung zwischen dem reinigenden Blatt und der Photoreceptor-Oberfläche, wobei die Reinigungswirkung herabgesetzt ist. Das Einverleiben von mehr als 5*o Gew.-% an quervernetztem Polyvinylidenfluorid, bezogen auf den Toner, führt zu einer Herabsetzung der triboelektrischen Beziehung zwischen den Makroteilchen des Trägermaterials und dem elektroskopischen Toner, wobei diese Beziehung in elektrophotographischen Verfahren kritisch ist.

Erfindungsgemäß werden Makroteilchen des Polyvinylidenfluorids flach auf Metalltablette (Schalen) gesprüht. Die Schalen sind wassergekühlt, um die Möglichkeit eines Erhitzungseffektes herabzusetzen. Die Polyvinylidenfluorid-Makroteilchen werden durch einen Strom hochenergetischer Elektronen geleitet, der eine genügende Eindringtiefe auf- · weist, um all die Teilchen zu bestrahlen. Die Dosis der Strahlung für die verschiedenen Proben variiert von o,2 bis 56,0 Megarad und nach der Bestrahlung wird das Polyvinyli-

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denfluorid während etwa 24 Stunden gelagert, so daß auch verzögerte Reaktionen durch freie Radikale ablaufen können. Die bestrahlten PoIyvinylidenfluoridteilchen werden dann mit Makroteilchen eines Trägermaterials (Stahlschrotkugeln von 250/U, mit Polymerisaten überzogen) während 12 Minuten gestürzt. Dieses Testverfahren wird zum Simulieren des gegenwärtigen Entwicklungssystems verwendet, da es am zuverlässigsten erscheint, die Wirkung des Hochenergie bestrahlten Polyvinylidenfluorid-Schmiermittels im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zu prüfen.

Ein bildabtastendes Elektronenmikroskop wird zur Prüfung der Beispiele des Gemisches nach dem Stürzen verwendet, um die Dimensionsstabilität der bestrahlten Polyvinylidenfluoridteilchen und den Grad, bis zu welchem diese auf die Oberfläche des Trägermaterials aufgestoßen sind, zu bestimmen.

Bei einer Dosis von o,2 bis o,4 Megarad ist kein merkbarer Unterschied in der Form oder im Zusammenprall von unbehandeitsra Polyvinylidenfluorid und Polyvinylidenfluorid, da_o bestrahlt wurde, festzustellen. Bei einer Dosis von ο,7 Megarad oder höher ist jedoch eine Verbesserung der Dimensionsstabilität zu beobachten. Die Strahlungsdosis zwischen etwa l,o und 2,o Megarad ergibt eine wesentliche Verbesserung, da das quervernetzte Polyvinylidenfluorid-Schmiermittel bei dieser Strahlungsdosis eine wesentlich verbesserte Dimensionsstabilität aufweist und eine geringe Tendenz zur Agglomeration auf der Oberfläche des Trägers zeigt. Bei Erhöhung der Strahlungsdosis auf etwa 5 Megarad oder höher wird eine graduelle Verschlechterung der Dimensionsstabilität festge-

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stellt.' Der Grund für diese Verschlechterung ist nicht eindeutig* Es kann jedoch angenommen werden, daß bei höherer Bestrahlung die Quervernetzung des Materials nicht nur die amorphen Bezirke berührt, sondern auch die kristallinen Bezirke, und zwar in einer Weise, die für die physikalischen Eigenschaften schädlich ist.

Die erfindungsgemäße, verbesserte elektrophotographische Entwickierzusammensetzung erweist sich in solchen elektrophotographischen Verfahren als wirksam, die eine Reinigungsvorrichtung mit einer Rakel verwendet, da das quervernetzte Polyvinylidenfluorid die notwendige schmierende Schicht. ' zwischen dem Blatt und .der Oberfläche des Photoreeeptors darstellti.Die verbesserte Entwicklerzusammensetzung hat auch den Vorteil einer längeren Lebensdauer, da sie die Affinität .des..quervernetzten Polyvinylidenfluorids beim Zusammenprall mit dem Trägermaterial herabsetzt.

Selbstverständlich, kann die verbesserte elektrophotographische Entwicklerzusammensetzung zahlreiche Modifikationen beinhalten, die unter das "beschriebene Verfahren fallen.

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Claims

Patentansprüche

(l) Entwickler zum Entwickeln elektrostatischer . Ladungsbilder, bestehend aus einem Gemisch von

(a) freifließenden Makroteilchen als Trägermaterial,

(b) elektroskopischem Tonermaterial und

(c) Makroteilchen aus quer-vernetztem Polyvinylidenfluorid in einer Menge von etwa o,j5 bis 5*ο

Gew.-%₃ bezogen auf das Gewicht des Tonermaterials,
2. Entwickler nach Anspruch 1, dadurch g e kennz ei ohne t , daß die Makroteilchen aus Polyvinylidenfluorid quervernetzt werden, indem sie einer geringen Dosis an hochenergetischer, ionisierender Strahlung werden.
j5. Entwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Makroteilchen aus Polyvinylidenfluorid durch hochenergetische, ionisierende Strahlung im Bereich von etwa o,7 bis Io Megarad quervernetzt werden.
4. Entwickler nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Makröteilchen aus Polyvinylidenfluorid durch hochenergetische, ionisierende Strahlung im Bereich von o,7 bis 5,ο Megarad quervernetzt werden.

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5. Entwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyvinylidenfluorid mit hochenergetischer, ionisierender Strahlung zwischen etwa 1 und.2 Megarad quervernetzt wird.
6. Entwickler nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß dieses Polyvinylidenfluorid im Gemisch in einer Menge von etwa o,7 bis 2,2 Gew.-$, bezogen auf das Gewicht des Tonermaterials, vorhanden ist.
7. Entwicklerzusammensetzung zur Verwendung in automatischen elektrophotographisehen Vorrichtungen, wobei' die Zusammensetzung aus Makroteilchen eines freifließenden Trägermaterials, einem elektroskopischen Tonermaterial und aus Makroteilehen von Polyvinylidenfluorid als Schmiermittel besteht, dadurch gekennzeichnet , daß die Makroteilchen aus Polyvinylidenfluorid durch hochenergetische, ionisierende Strahlung im Bereich von etwa o,7 bis 5 Megarad quervernetzt sind, wobei die Dimensionsstabilität der Makroteilchen des Schmiermittels erhöht ist.

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