DE2506086C2 - Verwendung eines Toners in einem elektrostatographischen Reproduktionsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Toners in einem elektrostatographischen Reproduktionsverfahren, bei welchem die Tonerbildfixierung mittels Heizwalze erfolgt Durch die erfindungsgernäße Verwendung läßt sich die unerwünschte Papierweliung und die bisher häufig auftretende Offset-Erscheinung bei der Fixierung eines Tonerbildes mittels einer Heizwalze vermeiden.

Es ist bekannt, daß man ein auf einer Photoleitschicht oder einer Isolierschicht gebildetes latentes elektrostatisches Bild mit feinen geladenen Teilchen entwickeln kann, d. h. mit einem Toner. Das so erhaltene Tonerbild wird unter Bildung einer Kopie fixiert. Es ist auch bekannt, daß man das Tonerbild nach der Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes auf ein Übertragungsmaterial überträgt und unter Bildung einer Kopie fixiert.

Zur Fixierung des Tonerbildes sind verschiedene Verfahren bekannt, z. B. ein Verfahren, bei dem der Toner durch einen Erhitzer usw. erhitzt und geschmolzen wird, so daß der geschmolzene Toner an einem Träger haftet und fest wird, ein Verfahren, bei dem man das Bindeharz des Toners durch ein organisches Lösungsmittel erweicht oder löst und so den Toner durch Verdampfung des organischen Lösungsmittels an einen Träger fixiert. Es ist auch ein anderes Verfahren bekannt, bei dem ein auf einem Träger gebildetes Tonerbild zwischen Heizwalzen hindurchgeführt wird, so daß der Toner schmilzt, erstarrt und durch die Hitze und den Druck fixiert wird. Ein solches Fixierverfahren unter Benutzung einer Heizwalze ist beispielsweise beschrieben in den US-PS 3108 863, 36 12 820, 36 49 992, 37 43 403 und 37 51216. Das bekannte Verfahren unter Verwendung einer Heizwalze hat viele Vorteile, so z. B. daß ein Tonerbild mit dem erhitzten Bereich der Heizwalze in direkten Kontakt kommt, so daß der Toner bei einem hohen Wirkungsgrad schmilzt und dadurch der Wirkungsgrad und die Geschwindigkeit der Fixierung verbessert werden, was zu einer Verringerung des Verbrauchs an elektrischer Energie, einem kleindimensionierten Apparat und der Verringerung der Feuergefährdung führt. Das bekannte Fixierverfahren ist jedoch insofern nachteilig, als die Bildqualität infolge der Papierweliung und der Offset-Erscheinung beeinträchtigt wird. Der hier benutzte Ausdruck »Papierweliung« bedeutet, daß das Papier an der Heizwalze haftet und sich um sie herum wellt; »Offset-Erscheinung« bedeutet, daß ein Teil des Toners schmilzt und an der Heizwalze haftet.
Zur Ausschaltung dieser Nachteile wurden bisher Polytetrafluorethylen, Silikon und dergleichen auf die Oberfläche der Heizwalze aufgebracht zu dem Zweck, die Papierweliung zu verhindern und die Offset-Erscheinung zu vermeiden. Diese Gegenmaßnahmen sind bis zu einem gewissen Maße wirksam, jedoch insgesamt nicht

jn zufriedenstellend.

Aus der Offenlegungsschrift 14 97 208 ist es bekannt, Toner mit einem Gehalt an Vinylpolymeren, wie Polystyrol oder bestimmten Vinylcopolymeren als Harzbestandteil herzustellen. Es hat sich jedoch gezeigt, j daß beim Einsatz derartiger Toner um Kopiergeräte mit Heizwalzen-Fixierung das Problem der Offset-Erscheinung und der Papierwelking nicht zu vermeiden ist.

Ferner ist aus der Offenlegungsschrift 23 18 608 ein Tonermaterial mit thermoplastischem Bestandteil, bestehend aus Polystyrol mit einem weiteren Gehalt an Weichmachern bekannt, wobei das Polystyrol in einem speziellen Molekulargewichts-Bereich liegen soll und ferner ein spezielles Verhältnis von Polystyrol zu Weichmacher vorgeschrieben ist. Die Bereitung derartiger Tonerzusammensetzungen ist relativ umständlich.

Ferner kann auch mit diesen Tonern das Problem der Offset-Erscheinung und Papierweliung nicht vollständig vermieden werden.

Ferner ist aus der US-Patentschrift 32 93 059 bekannt, in einem Kopierverfahren, das auf Fixierung beruht. Toner mit einem Gehalt an Styrol-Butadien-Copolymeren, z. B. ein solches mit 80 Mol-% Styrol, mittels Preßwalze ohne Anwendung äußerer Erhitzung einzusetzen, wobei jedoch das Kopierpapier eine dielektrisehe Schicht aufweisen muß, die gleich oder ähnlich zusammengesetzt ist, wie der Harzbestandteil des Tonermaterials. Die hierbei verwendeten Toner sind speziell auf die Fixierung ohne Anwendung äußerer Erhitzung abgestimmt; eine Übertragung des hierfür

bo vorgesehenen Verfahrens auf das Kopieren mit Heizwalzen-Fixierung ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist die Verwendung eines Toners in einem elektrostatographischen Reproduktionsverfahren, bei dem die Fixierung mittels einer

bi Heizwalze zu keiner Wellung des Toner-Empfangsma-"rials und zu keiner Offset-Erscheinung führt.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Toners, der einen Farbstoff oder ein Pigment und ein

polymeres Bindemittel enthält, das zu mehr als 15 Gew.-% eines Styrol-Butadien-Mischpolymerisats mit 70 bis 95% Styrol enthält, in einem elektrostatographischen Reproduktionsverfahren, bei dem die Tonerbildfixierung auf Papier mittels einer Heizwalze erfolgt. Es wurde gefunden, daß bei Einhaltung der Beziehung

Ftr<F~Ftp

worin Ftr die Grenzflächenspannung zwischen der Heizwalze und dem Toner, F die Kohäsion zwischen Tonerteilchen und Ftp die Grenzflächenspannung zwischen dem Toner und dem Papier bedeuten, kein Papier an der Heizwalze haftet und sich um diese herumwickelt und auch die Offset-Erscheinung nicht auftritt, so daß das Tonerbild in wirksamer Weise fixiert werden kann.

Die Faktoren, welche Ftr bestimmen, sind hauptsächlich die freie Oberflächenenergie der Heizwalze und die des Toners. Um das Anhaften an und das Wickeln um die Heizwalze zu verhindern und die Offset-Erscheinung zu vermeiden, muß die freie Oberflächenenergie der Heizwalze soweit wie möglich verringert und die des Toners erhöht werden. Wenn in diesem Falle die freie Oberflächenenergie des Toners größer als die des Papiers ist, wird der Toner kaum auf dem Papier fixiert Die freie Oberflächenenergie des Toners muß in passender Größe ausgewählt werden. Ferner ist das hochmolekulare Material, das Hauptbestandteil des Toners ist, im allgemeinen ein Material mit geringer freier Oberflächenenergie. Von solchen hochmolekuiaren Stoffen hat selbst ein solcher mit hoher freier Oberflächenenergie noch eine kleinere freie Oberi;ächenenergie als Wasser. Infolgedessen ist der Auswahlbereich der freien Oberflächenenergie des Toners auch im Hinblick auf das Material beschränkt. v-,

Polytetrafluorethylen, Silikon usw., die als Antihaftmittel auf die Oberfläche einer Heizwalze aufgebracht wurden, haben eine kritische Oberflächenspannung von 17 bis 18dyn/cm. Polystyrol, Polymethylmethacrylat usw. mit relativ hoher freier Oberflächenenergie, die als Bindeharz im Toner bei einem Verfahren zur Fixierung des Tonerbildes unter Verwendung einer Heizwalze geeignet sind, haben eine kritische Oberflächenspannung von 34 bis 37 dyn/cm. Aufgrund dieser Tatsache wurde zunächst erwartet, daß kein Papier an der heißen Walze haftet und sich um sie herumwickelt, und auch die oben erwähnte Offset-Erscheinung nicht eintritt. In der Praxis haben die Untersuchungen aber gezeigt, daß das Bindeharz des Toners in dem Temperaturbereich, in dem der Toner auf dem Papier ausreichend fixiert wird, schmilzt und die freie Oberflächenenergie des Toners dabei so stark herabgesetzt wird, daß das Papier an der Heizwalze haftet und sich um sie herumwickelt. Es wurde mit anderen Worten festgestellt, daß die Kohäsion des geschmolzenen Toners außerordentlich viel geringer als die des Toners in fester Form ist und selbst dann, wenn ein Material mit verhältnismäßig großer kritischer Oberflächenspannung als Bindeharz des Toners eingesetzt wird, das Papier an der Heizwalze haftet und sich um sie herum wellt und auch die «i Off set-Erscheinung eintritt.

Als Ergebnis der Untersuchung verschiedener Bindeharze im Hinblick auf die Verhinderung der Kohäsionserniedrigung beim Schmelzen des Toners wurde gefunden, daß ein gummiartiges Material gewöhnlich hi eine geringere Kohäsion als ein Harz zeigt; jedoch ist seine Kohäsion in dem Temperaturbereich für die Fixierung auf ein Papier größer als die eines Harzes.

Ferner hat sich gezeigt, daß die Kohäsionserniedrigung des geschmolzenen Toners bei Verwendung eines gummiartigen Materials als Bindeharz für den Toner unterbunden und die PapierweUung und die Off set-Erscheinung, die beim Fixieren des Tonerbildes mit der Heizwalze auftreten, verhindert werden können.

In H.er Zeichnung ist F i g. 1 eine erläuternde Ansicht eines Beispiels einer erfindungsgemäß verwendeten Fixiervorrichtung mit einer Heizwalze.

Wenn erfindungsgemäß das Tonerbild mit dem Toner, der als Bindeharz ein Styrol-Butadien-Mischpolymerisat mit 70 bis 95 Mol-% Styrol enthält, durch eine Heizwalze fixiert wird, haftet kein Papier an der Heizwalze, es biegt sich kein Papier um die Heizwalze herum und es tritt keine Offset-Erscheinung auf. Außerdem kann die Temperatur, bei der das Tonerbild auf dem Papier fixiert wird, niedrig sein. Demzufolge kann die erfindungsgemäße Verwendung bei einer Fixierung mit hoher Geschwindigkeit angewandt werden.

Wie oben dargelegt wird das Styrol-Butadien-Mischpolymerisat bei der vorliegenden Erfindung als Bindeharz eines Toners verwendet. Wenn der Styrolgehalt in dem Styrol-Butadien-Mischpolymerisat kleiner als 70 Mol-% ist, nimmt das Copolymerisat bei der Herstellung eines Tonerpulvers schlechte Pulvereigenschaften an, so daß es nicht praktisch brauchbar ist. Wenn auf der anderen Seite der Styrolgehalt größer als 95 Mol-% ist, zeigt sich eine rapide Verringerung des Offsetpunktes, bei dem die Offset-Erscheinung eintritt, und es wird daher schwierig, den Zweck der Erfindung in befriedigender Weise zu erreichen.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Styrol-Butadien-Mischpolymerisat enthält 70 bis 95 Mol-% Styrol, vorzugsweise 80 bis 90 Mol-% Styrol.

Wie oben erwähnt, beruht die vorliegende Erfindung auf den besonderen Eigenschaften eines solchen Styrol-Butadien-Mischpolymerisats. Verschiedene Harze, die bisher als Bindeharz eines Toners für die bekannte Elektrophotographie eingesetzt wurden, können zusammen mit dem obenerwähnten Mischpolymerisat bei der Tonerherstellung zur Verbesserung der Pulvereigenschaft des Toners Verwendung finden.

Beispielsweise können vorzugsweise ein chloriertes Paraffin, Polyesterharz, Polystyrol, Epoxydharz, PoIyterpen, Polyvinylchlorid, ein Styrol-Methylmethacrylat-Mischpolymerisat, ein Phenolharz und dergl. verwendet werden.

In diesem Fall wird die Menge des Styrol-Butadien-Mischpolymerisats (Styrolgehalt: 70 bis 95 Mol-%) in Abhängigkeit von der Art des beigemischten Harzes variiert; sie muß jedoch größer als 15 Gew.-%, vorzugsweise größer als 30 Gew.-% sein. Wenn die Menge kleiner als 15 Gew.-% ist, wird der oben erwähnte Effekt nicht in befriedigender Weise erreicht.

Als Bindeharz des erfindungsgemäß verwendeten Toners kann das Styrol-Butadien-Mischpolymerisat (Styrolgehalt: 70 bis 95 Mol-%) allein oder in Kombination mit anderen Harzen, wie sie z. B. oben erwähnt wurden, eingesetzt werden. Zusätzlich kann der Toner Farbstoff, Pigment, Chargenreguliermittel und dergl. enthalten, die auch schon bisher bei der Herstellung von Tonern für die übliche Elektrophotographie eingesetzt wurden.

Ό"· bei der vorliegenden Erfindung benutzte Heizwalze kann eine solche sein, die bei dem üblichen Fixierverfahren mit einer Heizwalze schon benutzt wurde. Wenigstens die Oberfläche der Walze, speziell

die in Kontakt mit dem Tonerbild gebrachte Oberfläche, hat jedoch vorzugsweise eine kritische Oberflächenspannung von weniger als 25 dyn/cm, vorzugsweise von weniger als 20 dyn/cm.

Typische Stoffe, die eine solche Oberfläche ergeben, sind Stoffe vom Fluor-Typ, wie Polyfluorvinyliden, Polytrifluoräth;. !en, Polytrifluorchloräthylen, Polytetrafluorethylen, Polyhexafluorpropylen, ein Äthylentetrafluorid-Propylenhexafluorid-Mischpolymerisat, fluorierter Gummi, ein Perfluoralkylester-Polymerisat und dergl., ein Material vom Silikon-Typ, wie ein Siloxan-Polymerisat, z. B. Methylwasserstoffpolysiloxan und Dimethylpolysiloxan, Silikonwachs, Silikongummi, ein Silazan-Polymerisat und dergl., Chloropren-Gummi, Polyvinylbutyral, Polypropylen und dergl. Diese Stoffe können einzeln oder in Kombination und mit anderen Stoffen gemischt verwendet werden.

Die Erfindung wird nun an den folgenden Beispielen näher erläutert, die jedoch nur zur Erläuterung der Erfindung, nicht zu deren Begrenzung dienen sollen. Die angegebenen Teile beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben wird.

Beispiel 1

In einer Kugelmühle wurden 100 Teile eines durch Emulsionspolymerisation hergestellten Styrol-Butadien-Mischpolymerisats (Styrol: Butadien = 85 :15), 6 Teile Ruß und 2 Teile Zappon Fast Black-B (ein Warenname für einen von der BASF gelieferten Metallkomplexfarbstoff) vorgemischt. Dann wurde die Mischung geschmolzen und auf einem Walzenstuhl geknetet. Nach dem Abkühlen der gekneteten Mischung wurde sie mit einer Hammermühle grob zerkleinert und mit einer Strahlmühle zu einem Toner fein pulverisiert Die Teilchengröße des Toners liegt vorzugsweise bei 5 bis 25 μ · 15 Teile des Toners und 85 Teile EF30O-5O0 (ein Warenname eines von Nippon Teppun K. K. gelieferten Eisenpulverträgers) mit einer Teilchengröße im Bereich von 300 bis 500 Maschen wurden zu einem trockenen Entwickler miteinander vermischt.

Der so erhaltene Entwickler wurde benutzt, um unter Verwendung einer handelsüblichen, mit Trockenentwicklung arbeitenden Elektrokopiermaschine vom Übertragungstyp (NP-I 100, Handelsname für ein Produkt der Canon K. K.) ein unfixiertes Bild zu bilden. Das unfixierte Bild wurde dann entsprechend der Darstellung in F i g. 1 und unter Verwendung einer Heizwalze mit einer Walzentemperatur von 150°C fixiert, wobei sich eine vollkommene Fixierung ohne Papierwellung und Offset-Erscheinung ergab.

Die Temperatur, bei welcher der Toner vollkommen fixiert wurde (nachfolgend Fixierpunkt genannt) und die Temperatur, bei welcher die Offset-Erscheinung eintrat (nachfolgend Offset-Punkt genannt) wurden an dem in F i g. 1 gezeigten Fixierapparat gemessen. Es wurde gefunden, daß der Fixierpunkt bei 130° C lag und selbst bei 200° C keine Offset-Erscheinung zu beobachten war.

In Fig. 1 bedeutet die Bezugszahl 1 eine Heizwalze aus einem Metall, auf deren Oberfläche Silikongummi aufgebracht ist, der durch die Bezugszahl 2 bezeichnet wird. Die Bezugszahl 3 bezeichnet eine Gegenwalze aus Metall. Die Bezugszahlen 4, 5 und 6 bezeichnen einen Erhitzer, ein Tonerbild bzw. einen Tonerbildträger. Die Messung des Fixierpunktes und des Offsetpunktes erfolgte in der Weise, daß die Oberflächentemperatur der Walze durch Regelung des Erhitzers konstant gehalten und ein schwarzes festes Bild zwischen den mit einer Drehgeschwindigkeit von 200 mm/sec laufenden Walzen hindurchgeführt wurde. Anschließend wurde die Oberflächentemperatur der Walzen allmählich gesteigert.

Beispiel 2

Es wurde Toner in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 dargestellt, wobei jedoch das Styrol-Butadien-Mischpolymerisat durch die unten aufgelisteten Mischpolymerisate ersetzt wurde. Bei jedem der so hergestellten Toner wurde der Fixierpunkt und der Offsetpunkt gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben. Zum Vergleich wurde das gleiche Prüfverfahren mit Polystyrol allein durchgeführt. Die Ergebnisse sind auch unten angegeben.

Styrol-Butadien- Mischpolymerisat	Butadien (Mol-%)	Fixier punkt	Offsetpunkt
Styrol (MoI-Vo)	30 20 10 5	(C)	( C)
70 80 90 95		130 130 130 130	200 oder mehr 200 oder mehr 200 oder mehr 195
Polystyrol	125	130
	Beispiel 3

In einer Kugelmühle wurden 40 Teile eines durch Emulsionspolymerisation dargestellten Styrol-Butadien-Mischpolymerisats (Styrol : Butadien = 85 :15), 30 Teile Epoxydharz, 30 Teile chloriertes Paraffin, 6 Teile Ruß und 2 Teile eines Metallkomplex-Farbstoffes vorgemischt. Dann wurde die Mischung geschmolzen und auf einem Walzenstuhl geknetet. Die geknetete Mischung wurde in einer Hammermühle grob zerkleinert und dann in einer Strahlmühle zu einem Toner fein pulverisiert. Die bevorzugte Teilchengröße des Toners betrug 5 bis 25 μ.

15 Teile des so hergestellten Toners und 85 Teile Eisenpulverträger (Teilchengröße: 300 bis 500 Maschen) wurden gemischt wobei man einen Trockenentwickler erhielt. Unter Verwendung einer handelsüblichen, trocken arbeitenden Elektrokopiermaschine (NP-I 100; Warenname für das Produkt der Canon K. K.) wurde mit diesem Entwickler ein fixiertes Bild erzeugt Dabei wurde gefunden, daß das Bild ganz ausgezeichnet war.

Das Trennvermögen dieses Toners wurde in der obenerwähnten Weise durch den Fixierpunkt und den Offsetpunkt geprüft Die Prüfung ergab, daß der Fixierpunkt 130° C war und bis zu 200° C keine Offset-Erscheinung eintrat Ferner wurde gefunden, daß der Toner eine wesentlich verbesserte Pulvereigenschaft zeigte, wenn er gemahlen war.

Beispiel 4

Es wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 Toner hergestellt wobei jedoch das Styrol-Butadien-Mischpolymerisat mit jedem der unten aufgeführten Bindeharze kombiniert wurde. Der Fixierpunkt und der Offsetpunkt der Toner wurden gemessen und die Ergebnisse in der folgenden Tabelle angegeben.

7	25	06 086	Fixierpunkt ( C)	8
Styrol-Butadien- Mischpolymerisat (Teile)	Zugemischte Harze (Teile)		130	Oflsetpunkt ( Q
20	[Chlorisiertes j j Paraffin \ [Polyesterharz]	40 40	130	190
30	Polystyrol	70	130	200 oder mehr
50	Chlorisiertes Paraffin	50	130	200 oder mehr
60	Epoxydharz	40	130	200 oder mehr
70	Polyterpen	30	130	200 oder mehr
80	Polyvinylchlorid	20	130	200 oder mehr
90	Styrol-Methyl- methacrylat- Mischpolymerisat	10	200 oder mehr

Ferner wurde der gleiche Versuch wie oben durchgeführt, wobei das Beschichtungsmaterial auf der Oberfläche der Heizwalze durch Polytrifluoräthylen,

fluorierten Gummi, Polyhexafluorpropylen, Dimethylpolysiloxan, Chloroprengummi und dergl. ersetzt wurde. Man erhielt die gleichen Ergebnisse.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Toners, der einen Farbstoff oder ein Pigment und ein polymeres Bindemittel enthält, das zu mehr als 15 Gew.-% eines Styrol-Butadien-Mischpolymerisats mit 70 bis 95 Mol-% Styrol enthält, in einem elektrostatographischen Reproduktionsverfahren, bei dem die Tonerbildfixierung auf Papier mittels einer Heizwalze erfolgt

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als polymerer Binder neben dem Styrol-Butadien-Mischpolymeren wenigstens ein Harz aus der Gruppe chloriertes Paraffin,

Polyesterharz, Polystyrol, Epoxydharz, Polyterpen, Polyvinylchlorid, Styrol-Methyimethacrylat-Mischpolymerisat und Phenolharz enthalten ist

3. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Styrol-Butadien-Mischpolymere in einer Menge von mehr als 30 Gew.-%, bezogen auf den Binder enthalten ist

4. Verwendung nach Anspruch 1, mittels einer Heizwalze, deren Oberfläche eine kritische Oberflächenspannung von weniger als 25 dyn/cm, insbesondere weniger als 20 dyn/cm hat