DE2553347C2

DE2553347C2 - Toner für elektrostatografische Entwickler

Info

Publication number: DE2553347C2
Application number: DE19752553347
Authority: DE
Inventors: Herbert Columbus Ohio Johnston; Frank M. Pittsford N.Y. Palermiti; Joseph A. Wray
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE2553347A1; JPS5934300B2; CA1062946A; JPS5188228A; NL7514559A; GB1525937A; BR7507884A; ES443077A1; FR2295464A1

Description

Die Erfindung betrifft Toner für elektrostatische Entwickler gemäß Oberbegriff des Anspruch 1.

Bei elektrostatografischen Kopierverfahren werden Toner verwendet, die auf einem latenten elektrostatischen Bild aufgetragen und auf diesem dann fixiert Werden. Ais Toner sind schon zahlreiche Materialien vorgeschlagen und verwendet worden.

Aus der DE-OS 23 19 103 sind druckfixierbare Toner für elektrostatografische Entwickler bekannt, die sich aus einem Polyamidharz und einem zerdrückbaren Harz Sowie einem Polyolefin und Farbstoffen aufbauen. Die wesentlichen Komponenten sind aus Polyamidharz und ■us Polyolefin. Zum Fixieren der Tonerteilchen sind dort erheblich hohe Temperaturen erforderlich, die bei 85 bis 125°C liegen. Dies ist nachteilig, weil bei derartigen Temperaturen leicht eine zu starke Erhitzung der Kopierapparaturen stattfinden kann.

In der DE-OS 22 61969 werden Tonerteilchen beschrieben, die neben einem Farbstoff ein weich-festes Bindemittel-Kernmaterial innerhalb einer Hülle aufweisen. Gemäß dem Beipsiel 12 in der DE-OS 22 61 969 wird ein gekapseltes Tonermaterial aus einer Lösung aus dem Reaktionsprodukt einer dimeren Säure mit einem linearen Diamin und dem Reaktionsprodukt von Isopropylidendiphenoxypropanol und Adipinsäure zur Herstellung eines gekapselten Tonermaterials verwendet, das dann mit Ruß abgemischt wird. Ein solches Verfahren ist technisch aufwendig, weil hier zunächst eine Kapselbildung erfolgen muß

Aufgabe def Erfindung ist es, einen Toner für elektrostatografische Entwickler zu zeiger der einfacher hergestellt werden kann und sehr gute Eigenschaft ten hinsichtlich der Blockungstemperatur und der Abriebfestigkeit nach dem Fixieren aufweist

Diese Aufgabe wird durch einen Toner gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Toner besteht aus einem Gemisch aus einem Polyamidharz und einem Polyesterharz mit einem färbenden Material, wie etwa Ruß. Es hat sich gezeigt, daß ein erfindungsgemäßer Toner sehr gute triboelektrische Eigenschaften, gute Abbildungsqualitäten und sehr gute viskoelastische Eigenschaften aufweist, und auch sehr gut auf Unterlagen, beispielsweise Papier haftet

Das verwendete Polyamid hat vorzugsweise ein

ίο Molekulargewicht zwischen 1000 und 10 000 und der Erweichungspunkt liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 200⁰C, insbesondere bei 90 bis 13G>°C. Die Polyamide werden aus Alkylen- oder Arylendiamin und einer durch Kombination zweier Moleküle einer ungesättigten Fettsäure gebildeten dimeien Fettsäure erhalten.

Obwohl ein Polyamid mit den vorgenannten Eigenschaften schon für Tonermaterialien geeigne: ist und ein ausreichend niedriges Modul unter Fixierbedingungen aufweist sind die triboelektrischen Eigenschaften und die Bildqualität die mit einem solchen Tonermaterial erzieli werden noch nicht zufriedenstellend. Deshalb ist es erforderlich, das Polyamid mit einem Polyesterharz zu vermischen. Das Polyesterharz, das vorzugsweise ein Molekulargewicht zwischen 1000 und 180 000, insbesondere 1500 bis 20 000 aufweist ist ein Veresterungsprodukt aus Diolen und Dicarbonsäure, ein Kondensationsprodukt eines Gemisches aus einer Polycarbonsäure und einem Diol oder einem Alkylen- oder Arylenoxid

JO und einem Glykol, oder einem Gemisch aus einer Polycarbonsäure, einem Diol und einem Alkyl- oder Arylenoxid. Bevorzugte Materialien sind beispielsweise Kondensate von Bisphenol-A, Äthylenoxid und Fumarsäure oder Bisphenol-A, Äthylenglykol und Fumarsäure.

Das Verhältnis von Polyamid zu Polyesterharz in dem Gemisch kann in weiten Grenzen variieren. Es beträgt zwischen 1 : 9 und 9 :1. vorzugsweise 1 :4 bis 4:1.

Das Harzgemisch aus dem Polyamid und dem Polyester kann in üblicher Weise zu einem elekirostatografischen Toner verarbeitet werden, indem man es mit einem färbenden Material vermischt. Das Vermischen kann durch Schmelzvermischen des Polyamids mit dem Polyester erfolgen, worauf dann ein färbendes Material, wie Ruß zugegeben wird. Die erstarrte Mischung wird dann zunächst grob und anschließend fein zerkleinert. Ebenso kann man aber auch das Färbemittel mit einer Lösung, Dispersion oder einem Latex des Polymerisatgemisches und anschließender Sprühtrocknung erhalten. Geeignete Mischverfahren werden auch in US-PS

M 35 02 582 beschrieben. Der Toner hat «orzugswcise eine durchschnittliche Teilchengröße im Bereich von I bis 30 um, vorzugsweise von 3 bis 15μπι. Gegebenenfalls wird diese Teilchengröße durch 7 eingestellt.

Der Toner wird in einem elektrostatografischen Entwickler verarbeitet, indem man ihn mit einem geeigneten Träger zusammenbringt, wobei der Toner einen Überzug auf dem Träger bildet. Für Magnetbür stenverfahren ist der Träger ein magnetisch anziehen des Material, z. B. feinverteilte Eisenteilchen, für andere Verfahren kann man bekannte Träger, wie Salze oder Glas verwenden. Hierzu wird auf US-PS 35 02 582 und 35 63 734 verwiesen,

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für Toner und Entwickler. Aus Vefgleichsgfünderi wurden Toner hergestellt, die nur Pölyamidharz, nur Polyesterharz bzw, viele Gemische, die Polyamid und Polyesterharze in verschiedenen Gewichtsverhältnissen enthielten,

Beispiel !(Vergleich)

Ein Toner auf Polyamidharzbasis als einzige harzige Komponente wurde wie folgt hergestellt 100 Gewichtsteile Polyamidharz (Erweichungspunkt etwa 105° C, eine Glasübergangstemperatur 82 bis 85" C, prozentuale Dehnung von etwa 200 und ein durchschnittliches Molekulargewicht von 1800 bis 2500) wurden verschmolzen und in eine Zweiwalzen mühle gegeben. 10 Gewichtsteile Rußpigment wurden durch Aufsprühen zugegeben und anschließend wurde 20 Minuten lang v/eitergemahlen bis eine homogene Dispersion des Pigmentes in der Masse vorlag. Der Ruß war ein gut fließender Ofenruß. Nach 20minütigem Vermählen wurde die Temperatur der Masse erniedrigt und das vermahlene Produkt als Tafel von den Walzen entnommen. Die Tafel wurde zunächst in einer Hammermühle und dann in einer Pulverisierungsmühle bis zu einer durchschnittlichen Teilchengröße des Toners in der Größenordnung von 15 bis 20 μπι zerkleinert

Beispiel 2 (Vergleich)

Ein Toner, der lediglich auf einem Polyesterharz basierte, wurde hergestellt, indem eine Mischung aus 100 Gewichtsteilen Polyesterharz und 10 Gewichtsteilen Ruß gebildet wurde und das Gemisch gemäß Beispiel 1 verarbeitet wurde.

Das Polyesterharz ist das Reaktionsprodukt von Bisphenol-A, Äthylenoxid und Fumarsäure und hat ein Molekulargewicht ·όπ weniger als 8000. Der Toner hat eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 15 μίτι.

Beispiele 3bis5

Toner aua Gemischen von Polyamid/Polyesterharz im Verhältnis 50/50,75/25 und 67/33 wurden hergestellt, indem variierende Mengen des Polyamidharzes gemäß 1 und des Polyesterharzes gemäß Beispiel 2 mit 10, 5 bzw. 5 Teilen Ruß gemeinsam vermählen wurden. Das Gemisch wurde wie im Beispiel 1 verarbeitet, wobei Toner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 15 bis 20 μπι erhalten wurden.

Beispiele 6bis9

Weitere Proben von Toner wurden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispielen 1 bis 3 hergestellt Das verwendete Polyamid in diesen Beispielen hatte einen Erweichungspunkt von 105° C, eine Glasübergangstemperatur von 82 bis 85" C, eine prozentuale Dehnung von etwa 20, eine Reißfestigkeit von etwa 35,5 kg/cm und ein durchschnittliches Molekulargewicht von 1800 bis "2500. Der Polyester ist der gleiche wie beim Torrer 2. Der Rußgehalt wurde von 10 Teilen pro hundert Teilen Harz auf fünf Teile pro hundert Teile Harz reduziert In allen Fällen betrug die durchschnittliche Teilchengröße des verarbeiteten Toners 15 bis 20 μπι.

Beispiel 4

33 Teile Polyamid, 67 Teile Polyester
Beispiel 5

25 Teile Polyamid, 75 Teile Polyester
Beispiel 6

100% Polyester
Beispiel 7

100% Polyamid

f in ClCkIrOsIaIi)Sr₁IPhISChCr Kniwiekler wurde herge siclll. indem leder der oben genannten Toner in einer Menge von 1 Gew.-% mit einem Träger vermischt wurde, welcher aus Metallteilchen, überzogen mit Äthylcellulose, best.inJ wobei die Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße vor. etwa 600 μίτι

jo aufwiesen. Die triboelektrische Ladung wurde erhalten, indem das Toner/Träger-Gemisch in einem Zinnbehälter 15 Minuten lang gemischt wurde.

Mit jedem der Entwickler wurden Abbildungen auf unbeschichtetem Papier unter Verwendung einer

J5 elektrostatografischen Maschine hergestellt eine geladene Selenplatte wurde in Form einer bildlichen Darstellung bestrahlt, und zwar an einer NBS Auflösungstestkurve mit einem Standardtestmuster und das latente Bild unter jeweiliger Verwendung der Entwickler gemäß Beispiel 1 bis 7 entwickelt. Jedes der entwickelten Bilder wurde auf Feinpapier übertragen und fixiert, indem das Papier durch den Spalt von zwei durch gefederte Stahlwalzen mit einer Geschwindigkeit von 1016 cm pro Minute geführt wurde. Die erhaltenen

4'> Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

	Zubereitung	Ruß	Block-	Walzen-	Druck (.1)	Bild	Bildrctention	(5)
			temp. (I)	druck (2)		dichte (4)
							vor dem	nach dem
							Falten	Falten
	(Teile)	(Teile)	( ( )	(kg/cm)	*<%)*		(%)	(%>
Polyamid	180	18	60,0	71,5	34	0.73	50	0
Beisp. I
Polyester	!80	18	54.4	71,5	160	1.27	35	S
Beisp. 2
Gemisch	90 Polyamid I	I Ö	60,0 I	71,5	34	1,02	80	30
Beisp- 3	90 Polyester J		54,4	35,5	36	0,93	50	25
Gemisch Beisp. 4	75 Polyamid 1 25 Polyester J	5	54,4	71,5	34	1,10	80	20
Gemisch Beisp, S	67 Polyamid 1 33 Polyester J	5	71,5	34	1,07	80	20

Fortsetzung

Zubereitung

(Teile)

Ruß

(Teile)

BIocklemp. (I)

Walzendruck (2)

(kg/cm)

Druck (3)

BiId-	(4)	Bildretention	(5)
dichte
		vor dem	nach dem
	Falten	Falten

Gemisch Beisp. 6 Gemisch Beisp. 7 Polyester Beisp. 8 Polyamid Beisp. 9

33 Polyamid 1 67 Polyester J

25 Polyamid 1 75 Polyester f

100 100

54,4

71,5

1,42

70

54,4	71,5	34	1,16	70	20
54,4	71,5	75	1,27	35	0

54,4

negatives negatives negatives negatives negatives Bild Bild Bild Bild Bild

Anmerkung

(1) Die Blocktemperatur der ein/einen Toner wurde bestimmt, indem eine Menge von 2 g des jewei¹ cn Toners in einer AiüfrnriiunvvTäägschaie !6 Stunden lang bei einer Anfangsiernperaiur von 43,3 ( und bei anscnlieüenue·" Steigerung dci Temperaturen um jeweils 5,6 Celsiusgrad erhitzte Die Blocklemperatur ist die Temperatur, bei welcher sich eine harte Oberflächenkruste ausbildete.

(2) Der jeweilige Toner wurde zur Bestimmung der Druckfixierung auf einem Feinpapier von 22 cm X 28 cm mit einer bildlichen Darstellung versehen. Die Fixiervorrichtung bestand aus zwei f^dergespannten Stahlwalzen mit einem Durchmesser von 5.7 cm. Die Federn bestanden aus vier Spiralfedern mit einer Federkonstanten von 292 kg/cm. Der Druck wurde in kg/cm ausgedrückt. Die Walzengeschwindigkeit während der Fixierung betrug 56 Umdrehungen pro Minute.

(3) Der prozentuale Druck ist der Druck, der erforderlich ist. um eine Probe in gleichem Maße, im Vergleich mit dem Druck der erforderlich ist, um einen Slandardtoner. der ein Slyrol/Methacrylatcopolymerisat als harzige Korrponente enthielt, zu fixieren. Die Auswertung erfolgte aus Vergleichsgründen nach dem Baumwollmustertest. Dieser Test besteht dann, daß ein Baumwollmuster mit einer Abmessung von 6,5 cnr auf das Bildempfangsmaterial gelegt und mit einem 500-g-Gewicht auf dem Baumwollmusler beschwert wurde Das belastete Gewebe wird dann quer zum mit einer bildlichen Darstellung versehenen Bereich, entlang der 28 cm Länge des Bildempfangsmaterials gezogen. Unter Verwendung eines Standardsatzes, der durch Fixierung des Standardtoners bei verschiedenen Drucken von 17.5 kg/cm bis 209,5 kg/cm hergestellt wurde, wurden die Abbildungen b/w Bilder der untersuchten Toner hinsichtlich des Fixiergrades ausgewertet.

(4) Die Bilddichte wurde als Durchschnittswert aus zwei Ablesungen am großen Buchslaben »F.« auf einem Slandardtostmuster unter Verwendung eines Mikrolinicndensitometcs bestimmt.

(5) Die Bildretenlion vor dem Falten wurde dadurch bestimmt, daß ein Streifen eines transparenten Klcbefilmj auf c cn mit einer bildlichen Darstellung versehenen Bereich aufgebracht wurde und 5 Sekunden lang mit einem 500-g-Gcwicht belastet wurde. Ler Film wurde dann langsam und gleichmäßig von dem Papier mit einem gleichmäßigen Winkel abgezogen. Das auf dem Papier verbliebene Bild wurde durch direkte Bclrachli· :g ausgewertet. Die Proben, die nach dem Falten ausgewertet wurden, wurden zunächst gefaltel und mit einem 2-kg-Gcwichl beschwert Der Falz wurde an einer starken Abbildung in Form einer Linie durchgeführt Fm Streifen von transparentem Klebcfilm wurde auf die starke Abbildung der Linie aufgebracht und 5 Sekunden lang mit einem 5()(l-g Gewicht belastet Der Klebefilm wurde dann, wie vorher angegeben, abgezogen

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, sind die Bild-relentionscharakteristika der erfindungsgemäßen Gemische (Beispiele 3 bis 7) wesenfüch besser als die Bildretention, die nur mit einem Polyester- oder Polyamidmaterial als harzige Tinerkomponen.e erhalten wurden. Auch der prozentuale Driick. der erforderlich ist. um ein Tonerbild, basierend auf den Harzgemischen der Beispiele 3 bis 7. zu fixieren, ist wesentlich geringer als

man erwarten müßte von einer einfachen Abstraktion der Drücke, die erforderlich sind, um Polyestertoner oder Polyamidtoner gemäß den Beispielen 1,2.7 oder 9 zu fixieren. Im VaIIe von Bcipsiel 9 wurde ein umgekehrtes oder negatives Bild gebildet, eine TatSbehe. die hauptsächlich auf die schlechten triboelektrisehen Eigenschaften des Polyamidharzes zurückzuführen ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Toner für elektrostatographische Entwickler, welcher ein färbendes Material, ein Polyamid, welches aus einem Alkylen- oder Arylendiamin und einem eine durch Kombination zweier Moleküle einer ungesättigten Fettsäure gebildeten dimere Fettsäure enthaltenden Material hergestellt ist, und ein Polyesterharz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyesterharz ein Veresterungsprodukt von Diolen und Dicarbonsäuren, ein Kondensationsprodukt von Gemischen aus einer Polycarbonsäure und einem Diol, oder einem Alkylen- oder Arylenoxid und einem Glykol oder einem Gemisch aus einer Polycarbonsäure, einem Diol und einem Alkylen- oder Arylenoxid ist, und das Polyamid/Polyesterharz-Gemisch eine Verklebungstemperatur zwischen 54 und 79" C hat

2. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulargewicht des Polyamids zwischen 1000 und 10 (KX) und das Molekulargewicht des Polyesters zwischen 1000 und 180 000 liegt.

3. Toner gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Polyamid zu Polyester zwischen 1 :9 und 9 :1 liegt.

4. Toner gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Polyamid zu Polyester zwischen 1 :4 und 4 : 1 liegt.