DE2508095A1

DE2508095A1 - Verfahren zur herstellung eines elektrophotographischen toners

Info

Publication number: DE2508095A1
Application number: DE19752508095
Authority: DE
Inventors: Paul Heinzer; Reinhard Mueller
Original assignee: WIFO FORSCHUNGSINST AG
Current assignee: WIFO FORSCHUNGSINST AG
Priority date: 1974-02-26
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1975-08-28
Also published as: JPS50120632A; GB1450006A; FR2262335B1; FR2262335A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. "W* ickm^nn.

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dii-l.-Phys. Dr.K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

P.435/H/WK

WIFO Wissenschaftliches Forschungsinstitut A.G., Binzstraße 18, 8045 Zürich, Schweiz

Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen

Toners

Toner, die zur Entwicklung von elektrographisehen Bildern verwendet werden, werden normalerweise in der Weise hergestellt, daß man aus einem synthetischen oder einem natürlichen Harz eine homogene Schmelze oder viskose Masse bildet, in der Schmelze ein Färbematerial dispergiert, die Schmelze zur Verfestigung abkühlt und daß man sie vermahlt, um Teilchen mit der gewünschten Größe zu erhalten.

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Wenn das Material auf eine Teilchengröße von etwa 5 bis 20 VL vermählen ist, dann zeigen Teilchen in einem weiten Größenbereich Kanten und man erhält eine unregelmäßige , geometrische Form. Für ein wirksames Vermählen muß das Ausgangsmaterial sehr spröd sein und das Vermählen muß bei niedriger Temperatur erfolgen.

Ein Nachteil dieser Methode ist die Bildung eines feinen Staubs, der die Qualität des Toners und die Qualität und den Kontrast des Bildes stark vermindert. Die Feinstoffe können zwar aus dem Toner in einem Zyklon entfernt werden, doch belastet dies die Kosten der Anlage und es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um eine Explosion des Staubs zu vermeiden.

Es sind schon verschiedene Verfahrensweisen vorgeschlagen worden, um Tonerteilchen mit kugelförmiger Form herzustellen, jedoch haben alle diese Verfahren Nachteile gehabt.

Durch die Erfindung wird nun ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographisehen Toners zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das geschmolzene oder aufgelöste Tonermaterial mit einer Flüssigkeit vermischt, die mit dem Lösungsmittel unmischbar ist und die das Tonermaterial nicht auflöst, das Gemisch durchbewegt bzw. rührt, um eine Dispersion des Tonermaterials in der Flüssigkeit als Flüssigkeitströpfchen zu bewirken, die Tröpfchen als kugelförmige Teilchen verfestigen läßt, indem man die Dispersion abkühlt oder indem man Lösungsmittel aus den Tröpfchen entfernt, und daß man die verfestigten Tonerteilchen von der Flüssigkeit abtrennt.

Naturgemäß können die Bedingungen des Rührens so eingestellt werden, daß sie in Beziehung zu den physikalischen

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Eigenschaften des Polymeren, des Harzes oder des Wachses, das als Tonermaterial verwendet wird, stehen, so daß dispergierte Flüssigkeitströpfchen gebildet werden und daß , kugelförmige feste Tonerteilchen des gewünschten Größenbereiches erhalten werden.

Die Tröpfchen des geschmolzenen oder gelösten Toners, die in der Dispersion erzeugt werden, sind notwendigerweise kugelförmig und, wenn man diese sich verfestigen läßt, dann sind auch die resultierenden Teilchen kugelförmig. Die Verfestigung wird im Falle der Tröpfchen des geschmolzenen Tonermaterials durch Abkühlen oder im Falle der Tröpfchen einer konzentrierten Lösung des Tonermaterials durch Entfernung des Lösungsmittels bewirkt. Im letzteren Falle können die Teilchen sich verfestigen, indem sie gelieren, wenn nicht das gesamte Lösungsmittel entfernt worden ist.

Zusätzlich zu der Tatsache, daß man Tonerteilchen mit der gewünschten kugelförmigen Form und mit einem definierten Bereich der Teilchengröße erhält, hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß es ohne weiteres möglich ist, den Tonerteilchen einen Überzug eines Materials zu verleihen, der die Eigenschaften des Tonerpulvers modifiziert.

Somit kann Teilchen eines weichen Polymeren ein härterer Oberflächenüberzug verliehen werden, um die Fließfähigkeit zu verbessern. Auch kann den Teilchen ein Oberflächenüberzug eines Materials verliehen werden, der bestimmt, ob die Teilchen als Ergebnis des triboelektrischen Effekts eine negative oder positive Ladung annehmen, wenn sie mit den Eisenteilchen vermischt werden, um einen photoelektrischen Entwickler zu bilden. Den Tonerteilchen kann auch ein sehr dünner Oberflächenüberzug eines klebenden Materials ver-

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liehen werden, so daß es ermöglicht wird, das Tonerbild durch Druck als Alternative zu einer Hitzefixierung zu fixieren. ,

Solche Oberflächenmodifizierungsmaterialien können der Dispersion nach Verfestigung der Tonerteilchen zugesetzt werden oder sie können auf die Tonerteilchen nach Gewinnung aus der Flüssigkeit aufgebracht werden, indem die Tonerteilchen in Wasser erneut dispergiert werden und indem die resultierende Dispersion mit einer Emulsion oder Dispersion des oberflächenmodifizierenden Materials verrührt wird.

Beispiele für oberflächenmodifizierende Materialien, die verwendet werden können, sind oberflächenaktive Substanzen mit klebenden Eigenschaften, z.B. Silikonöle. Diese können in die Dispersion vor oder nach der Verfestigung der dispergierten Tröpfchen eingearbeitet werden. Beispiele für Materialien, die nach der Verfestigung der Tröpfchen zugesetzt werden, sind feinverteiltes Siliziumdioxid, Bentonit, Talk, fettauflösende Seife und Tetrafluoräthylen.

Das Tonermaterial, das normalerweise pigmentiert ist,beispielsweise durch einen fettlöslichen Farbstoff, hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 60 bis 16O°C, z.B. von 100⁰C. Es ist vorzugsweise ein Polyamid, z.B. ein Kondensat einer dimerisierten ungesättigten Carbonsäure mit einem polyfunktionellen Amin.

Die Flüssigkeit, die zur Bildung der Dispersion verwendet wird, kann eine polyfunktionelle quaternäre Ammoniumverbindung, z.B. Trialkylmethylenammoniumstyrol, oder eine

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polyfunktionelle anionisch oder kationisch aktive Verbindung, in der die ionischen Gruppen an eine nicht-polare Polymerkette angefügt sind, enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den Toner billig als Teilchen der gewünschten Form und Größe herzustellen, da das Gefäß, in dem die Dispersion gerührt wird, mehr als 20 Vol.-% Toner enthalten kann. Darüber hinaus werden durch Abtrennung der Tonerteilchen durch Sieben und Filtrieren ultrakleine Tonerteilchen entfernt und die Teilchen mit dem gewünschten Größenbereich werden beibehalten. Aufgrund der kugelförmigen Form der Teilchen wird eine Staubbildung auf einen Minimalwert zurückgeführt und aufgrund der Tatsache, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von weichen Polymeren mit niedrigem Schmelzpunkt ermöglicht wird, die bei niedriger Temperatur fixiert werden können, wird die Fixierung des Tonerbildes stark erleichtert.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Darin sind sämtliche Teile auf das Gewicht bezogen, wenn nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1

50 g eines zähen Polyamids (Versalen 1140 von Schering), 450 g eines Polyamids, gebildet aus Lanoleinsäure und Äthylendiamin (Versamid 930 von Schering) und 30 g Sudanschwarz (BASF) wurden zu einer tiefschwarzen Schmelze verformt, welche in ein Lösungsmittelgemisch aus 100 g n-Butanol und 400 g Toluol von 70⁰C gegossen wurde, wodurch eine sirupartige Lösung erhalten wurde.

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Diese wurde bei 7O⁰C in einer h%igen Lösung von aminierter Stärke dispergiert, wodurch eine Lösung erhalten wurde, die Tröpfchen der Harzlösung mit einer Größe von 5 bis 20 u enthielt. Die modifizierte Stärke enthielt 0,5 bis 1,5 quaternäre Trimethylammoniumgruppen pro Glukoseeinheit.

Nach beendigter Dispergierung wurden 500 ml Wasser zugefügt, das Gemisch wurde auf 25°C abgekühlt und das Lösungs mittel wurde durch Blasen in Luft verdampft. Die Lösung wurde durch ein 30-u -Sieb gegossen und die Tonerteilchen wurden von der Flüssigkeit durch Saugfiltration abgetrennt

Nach gründlichem Waschen wurde der Filterkuchen in Luft ge trocknet und das Agglomerat wurde zerkleinert. Nach dem Sieben wurde der Toner in Form eines feinen Pulvers erhalten. Er wurde als 4%iges Gemisch mit Eisenpulver beim Magnetbürstenverfahren verwendet, wodurch negative elektro statische Bilder entwickelt wurden und Schwarz-Weiß-Kopien mit hohem Kontrast erhalten wurden. Das Bild konnte entweder durch Druckwalzen oder durch Erhitzen auf 110⁰C über wenige Sekunden fixiert werden.

Beispiel 2

Eine Lösung von 400 g eines Polyamids (Versamid 930 von Schering), 24 g Sudanschwarz (BASF) in 400 g Toluol und 130 g Butanol wurde langsam in 150 g heißes Wasser eingegeben und durch heftiges Rühren dispergiert. Als die dispergierten Tröpfchen die gewünschte Größe von 5 bis 20 u erreicht hatten, wurde die Dispersion mit 500 ml Wasser verdünnt und die Temperatur wurde auf 25°C erniedrigt. Das Lösungsmittel wurde in einem Drehverdampfer entfernt.

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Die restliche Aufarbeitlang erfolgte wie im Beispiel 1. Beispiel 3 ,

Eine Lösung in 66 g Methylisobutylketon von 45 g Polyvinylbutyral (Polyvinylacetalgehalt 75 bis 77%, Polyvinylalkohol 18 bis 21%, Viskosität als 5%ige Lösung in n-Butanol 20 bis 30 cP bei 20⁰C), 50 g eines nicht-trocknenden öllöslichen Terpenharzes (Alresin PT 191 von Reichhold. Chemie AG.)* 5g eines veresterten gereinigten Montanwachses (Ester Wax E von Farbwerke Hoechst AG) und 5 g Sudanschwarz wurde auf 60⁰C erwärmt und in einer Lösung von 0,5 g Decylbenzolsulfonatnatriumsalz in 100 g Wasser dispergiert, die bei einer Temperatur von 60⁰C gehalten wurde. Der Rührer wurde mit einer solchen Geschwindigkeit gedreht, daß dispergierte Tröpfchen mit einer Größe von 5 bis 25 » erhalten wurden.

Nachdem die Temperatur auf 30°C abgefallen war, wurde das Lösungsmittel in einem Drehverdampfer entfernt und die Tonerteilchen wurden abgetrennt und wie im Beispiel 1 getrocknet.

Die Teilchen hatten eine kugelförmige Form und lieferten bei der Entwicklung als 5%iges Gemisch mit Eisenpulver Bilder mit ausgezeichnetem Kontrast.

Beispiel 4

Es wurde wie im Beispiel 3 verfahren mit der Ausnahme, daß die 5 g Ester Wax E durch 3 g Ester Wax E und 3 g PoIydimethylsiloxan (30000 cSt bei 20⁰C) ersetzt wurden. Der

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resultierende Toner war ohne weiteres übertragbar und er konnte ohne Offset durch heiße Walzen fixiert werden.

Beispiel 5

Der gemäß Beispiel 2 hergestellte Toner wurde nach dem Sieben und Filtrieren erneut in Wasser dispergiert und mit einer wäßrigen Emulsion von 0,4 g Polydimethylsiloxan (30000 cSt bei 20°C) vermischt. Nach 30 min langem Rühren war der Hauptteil der Silikonverbindung auf den Tonerteilchen absorbiert worden und der Toner wurde durch Filtration abgetrennt und getrocknet. Nach dem Pressen durch ein 100-u -Sieb wurde der Toner mit Eisenpulver vermischt. Er konnte ohne weiteres mit einer heißen Walze fixiert werden, ohne daß er an der Walze haftete.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines elektrophotogra- ' phischen Toners, dadurch gekennzeichnet , daß man das geschmolzene oder aufgelöste Tonermaterial mit einer Flüssigkeit vermischt, die mit dem Lösungsmittel unmischbar ist und die das Tonermaterial nicht auflöst, das Gemisch durchbewegt bzw. rührt, um eine Dispersion des Tonermaterials in der Flüssigkeit als Flüssigkeitströpfchen zu bewirken, die Tröpfchen als kugelförmige Teilchen verfestigen läßt, indem man die Dispersion abkühlt oder indem man Lösungsmittel aus den Tröpfchen entfernt, und daß man die verfestigten Tonerteilchen von der Flüssigkeit abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Tonermaterial mit einem Schmelzpunkt von 60 bis 16O°C verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Tonermaterial ein Polyamid verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polyamid ein Kondensat aus einer dimerisierten ungesättigten Carbonsäure und einem polyfunktionellen Amin verwendet.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Dispersion verwendet, die einen fettlöslichen Farbstoff enthält.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß man eine Dispersion verwendet, die einen oberflächenaktiven Klebstoff enthält. ,
7. -Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man zu der Dispersion nach Verfestigung der Tröpfchen ein Material zusetzt, das dazu imstande ist, sich als Oberflächenschicht auf den Tonerteilchen abzuscheiden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein abgeschiedenes Material verwendet, welches den Tonerteilchen klebende Eigenschaften verleiht, so daß sie durch Druck fixiert werden können.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein abgeschiedenes Material verwendet, das die Polarität der triboelektrischen Ladung verändert, die von den Teilchen eingenommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Flüssigkeit, in der die Dispersion gebildet wird, verwendet, die eine polyfunktionelle quaternäre Ammoniumverbindung enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man eine Flüssigkeit, in der die Dispersion gebildet wird, verwendet, die eine polyfunktionelle anionisch oder kationisch aktive Verbindung enthält, in welcher die ionischen Gruppen an eine nichtpolare Polymerkette angefügt sind.

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