DE2631006C3

DE2631006C3 - Toner für einen elektrostatographischen Trockenentwickler

Info

Publication number: DE2631006C3
Application number: DE19762631006
Authority: DE
Inventors: Thomas Arthur Rochester N.Y. Jadwin (V.St.A.)
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1975-07-09
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1980-09-04
Also published as: JPS5210141A; CA1060696A; FR2317688A1; GB1501065A; DE2631006B2; AU1575276A; FR2317688B1; DE2631006A1

Description

Es ist des weiteren bekannt, z.B. aus der GB-PS 11 74 573, zum Modifizieren von Tonern für elektrostatcgraphische Trockenentwickler die verschiedensten langkettigen anionischen und kationischen oberflächenaktiven Verbindungen zu verwenden, z. B. langkettige quaternäre Ammoniumsalze. Aus der US-PS 35 77 345 ist es des weiteren bekannt, zur Modifizierung von Tonern für elektrostatographische Trockenentwickler Mischungen aus einem festen Metalisalz einer Fettsäure und bestimmten anderen festen Verbindungen zu verwendea

Aus der DE-OS 23 27 371 sowie der literaturstelle »Research Disclosure«, Oktober 1972, Seiten 57 und 58, Nr. 10 244, ist es schließlich auch bekannt, als Ladungssteuerstoffe für Toner bestimmte, keine oberflächenaktive Verbindungen darstellende, kurzkettige quaternäre Ammoniumsalze zu verwenden. Aus der FB-PS 22 71 605 ist schließlich auch die Verwendbarkeit bestimmter alkoxylierter Amine zu dem gleichen Zweck bekannt Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung der bekannten quaternären Ammoniumsalze und alkoxylierten Aminen relativ hoch und gleichförmig elektrostatisch aufgeladene Toner erhalten werden können, wobei die quaternären Ammoniumsalze und alkoxylierten Amine den Tonerteilchen einverleibt werden können, ohne daß die Adhäsionseigenschaften der Tonerteilchen nachteilig beeinflußt werden.

Nachteilig an der Verwendung der bekannten quaternären Ammoniumsalze und alkoxylierten Amine ist jedoch, daß ihre Luftfeuchtigkeitsstabilität noch zu wünschen übrig läßt.

Außer den erwähnten Verbindungen, die bisher zur Modifizierung der triboelektrischen Eigenschaften der Tonerteilchen von elektrostatographischen Trockenentwicklern verwendet wurden, ist es aus der GB-PS 11 69 703 auch noch bekannt, vergleichsweise große Mengen, d. h. etwa 2 bis etwa 15 Gew.-% verschiedener Ammoniumsalze, beispielsweise Myristyldimethylammoniumäthylsulfat und Cetyldimethyläthylammoniumäthylsulfat als Additive für die Herstellung von leitenden Druckfarbenteilchen zu verwenden, um die elektrische Leitfähigkeit dieser Teilchen zu erhöhen, und zwar auf einen Wert von im allgemeinen weniger als 10¹⁰Ohm-cm.

Aufgabe der Erfindung war es, einen Toner für einen elektrostatographischen Trockenentwickler mit gegenüber den bisher bekannten Tonern weiter verbesserten Eigenschaften anzugeben. Der Toner sollte insbesondere durch eine verbesserte Luftfeuchtigkeitsstabilität gekennzeichnet sein und zur Herstellung eines Trockenentwicklers geeignet sein, der durch eine verbesserte Lebensdauer gekennzeichnet ist, d.h. über lange Zeitspannen hinweg Bildkopien von großer Gleichförmigkeit liefert.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich die gestellte Aufgabe mit einem Toner der eingangs beschriebenen Beschaffenheit lösen läßt, dessen Teilchen einen Steuerstoff der folgenden Formel enthalten:

R¹

R⁴

R²

R⁵SOi

in der bedeuten:

R¹, R², R³ und R⁴ jeweils einer, aliphatischen Rest mit 1

bis 6 C-Atomen, wobei gilt, daß die Reste R¹, R², R³ und R⁴ die gleiche oder eine voneinander verschiedene Bedeutung haben können und mindestens einer der Reste R¹, R², R³ und R⁴ ein Rest der folgenden Formel ist:

O

Ii

—R⁷—NH-C—R⁶

ίο in der R⁶ einen Alkylrest mit mindestens 8 C-Atomen und R⁷ einen geradkettigen Alkylenrest mit 1 bis 8 C-Atomen darstellen, R⁵ einen Alkylrest mit 1 bis 10 C-Atomen oder einen aromatischen Rest mit 6 bis 10 C-Atomen und π=3 oder 4.

Das Anion R⁵SO_n ^θ besteht z. B. aus einem Alkylsulfat

oder Alkylsulfonat, beispielsweise Methylsulfat oder

Methansulfonat oder einem Arylsulfat oder Arylsulfo-

nat, z. B. p-ToIuolsulfonat

In vorteilhafter Weise enthalten die Tonerteilchen als

farbgebende Komponente einen der üblichen bekannten Farbstoffe und/oder eines der üblichen bekannten Pigmente.

Die Zeichnung dient der näheren Erläuterung der Erfindung. Im einzelnen sind dargestellt in

F i g. 1 ein Diagramm, aus dem sich der Einfluß erhöhter relativer Feuchtigkeit (bei 28° C) auf die absolute Tonerladung von zwei ähnlichen elektrostatographischen Entwicklern A und B ergibt, die sich dadurch voneinander unterscheiden, daß der Entwickler

A einen Toner mit einem bekannten Steuerstoff,

bestehend aus Tetrapentylammoniumchlorid enthält und der Entwickler B einen Toner mit einem der erfindungsgemäß verwendeten Steuerstoffe,

F i g. 2 ein Diagramm, aus dem sich der Einfluß der

absoluten Tonerladung auf zwei verschiedene Entwickler C und D, die dem gleichen Test unterworfen wurden, bei dem die Herstellung von 30 000 Kopien auf einem elektrophotographischen Dokumentenkopiergerät simuliert wurde. Die beiden getesteten Entwickler unterschieden sich dadurch voneinander, daß der Entwickler D einen Toner ohne Steuerstoff enthielt und der Entwickler C einen Toner mit einem Steuerstoff.

Durch die Erfindung werden verschiedene Vorteile erreicht. So lassen sich durch die Verwendung der beschriebenen Steuerstoffe Toner herstellen, die sich nach Vermischen mit einem Träger durch vergleichsweise hohe, gleichförmige und stabile absolute Tonerladungen auszeichnen. Des weiteren ist der Grad des nachteiligen Toner-Abwurfes außerordentlich gering.

Schließlich hat sich gezeigt, daß der Zusatz der erfindungsgemäß verwendeten Steuerstoffe keinen nachteiligen Einfluß auf die Adhäsionseigenschaften der Toner hat, wenn die Tonerteilchen auf Bildempfangsmaterialien fixiert werden, die aus einfachem Papier bestehen. Des weiteren werden bei Verwendung der beschriebenen Steuerstoffe Toner erhalten, die, auch wenn sie mit Trägerteilchen unter sehr verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen vermischt werden, eine relativ hohe stabile Ladung beibehalten, wodurch sie sich in

bo vorteilhafter Weise von Tonern unterscheiden, die unter Verwendung von strukturell sehr ähnlichen Steuerstoffen des Standes der Technik hergestellt wurden, d. h. den kurzkettigen, keine oberflächenaktiven Verbindungen darstellenden quaternären Ammoniumsalzen. Diese

b5 Eigenschaft ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch eine effektive Entwicklung bei nur geringem Tonerabwurf sogar bei relativ geringen und hohen Feuchtigkeitsbedingungen, beispielsweise einer Luftfeuchtigkeit

von 5% bei 28° C und einer Luftfeuchtigkeit von 90% bei 28° C erreicht wird.

Der erfindungsgemäße Toner ermöglicht ferner die Herstellung von Bildern ausgezeichnet gleichförmiger Dichte ohne Verschmieren der Hintergrundbezirke.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Toners können als Bindemittel die üblicherweise zur Hersteilung elektrostatographischer Toner verwendeten Polymeren verwendet werden. Besonders geeignete Bindemittel sind solche mit einer Glasübergangstemperatur von 40 bis 120⁰C. Als besonders vorteilhaft haben sich des weiteren Tonerteilchen, hergestellt aus diesen Polymeren erwiesen, die vergleichsweise hohe Zusammenback- oder Sintertemperaturen aufweisen, beispielsweise von über 55° C, so daß der Toner über einen vergleichsweise langen Zeitraum bei vergleichsweise hohen Temperaturen aufbewahrt werden kann, ohne daß die einzelnen Teilchen agglomerieren. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Bindemitteln erwiesen, die eine Erweichungstemperatur von 40 bis 75°C aufweisen, da Toner mit diesen Bindemitteln in besonders vorteilhafter Weise in elektrostatcgraphischen Kopiervorrichtungen verwendet werden können, die ein Kopieren von Vorlagen mit hoher Geschwindigkeit ermöglichen und dabei einfaches Papier als Bildempfangsmaterial verwenden. Bei Verwendung von anderen Bildempfangsmaterialien, beispielsweise Me tallplatten, z. B. in Form von Druckplatten, können jedoch auch Toner mit Bindemitteln verwendet werden, die Erweichungstemperaturen und Glasübergangstemperaturen aufweisen, die weit über den angegebenen Bereichen von 40 bis 65° C bzw. 40 bis 120° C, liegen.

Die hier angegebenen »Erweichungstemperaturen« sind Erweichungstemperaturen, die in üblicher bekannter Weise ermittelt wurden. Die angegebenen Glasübergangstemperaturen wurden durch thermische Differentialanalyse ermittelt, wie sie näher beispielsweise beschrieben wird in dem Buch »Techniques and Methods of Polymer Evaluation«, Band 1, Verlag Marcel Dekker, Inc, N. Y. 1966, USA.

Zur Herstellung der Toner geeignete Bindemittel sind beispielsweise Polymere auf Styrolbasis, Polycarbonate, mit Colophoniurn modifizierte Maleinsäurealkydharze, Polyamide, Phenol-Formaldehydharze und die verschiedensten Derivate hiervon, Polyester, modifizierte Alkydharze sowie aromatische Harze mit alternierenden Methyleneinheiten und aromatischen Einheiten, wie sie näher beispielsweise in der US-PS 38 09 559 beschrieben werden sowie aufschmelzbare, quervernetzte Polymere des aus der BE-PS 8 17 748 bekannten Typs.

Ais besonders vorteilhafte Tonerbindemittel haben sich Polycarbonate erwiesen, wie sie beispielsweise aus der US-PS 36 94 359 bekannt sind. Besonders vorteilhafte Polycarbonate des aus der US-PS 36 94 359 bekannten Typs sind solche mit wiederkehrenden Alkyliden-Diaryleneinheiten und 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in den Alkylresten. Weitere besonders vorteilhafte Polymere sind polymere Ester von Acrylsäure und Methacrylsäure, z. B. Poly(alkylacrylate) und Poly(alkylmethacrylate), bei denen die Alkylreste 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen. Auch Polyester haben sich als vorteilhafte Bindemittel erwiesen.

Besonders vorteilhafte Bindemittel auf Styrolbasis sind solche, die sich durch Polymerisation einer Mischung aus: 40 bis 100 Gew.-% Styrol und/oder Styrolhomologen, bis zu 45 Gew.-% eines oder mehrerer kwrzkettiger Alkylacrylate und/oder Alkylmethacrylate mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in Alkylrest, z. B. Methyl-, Äthyl-, Isopropyl- oder Butyla crylaten und/oder -Methacrylaten und bis zu 50 Gew.-°/< von einem oder mehreren Vinylmonomeren, die sicr vom Styrol unterscheiden, beispielsweise einem höhe ren Alkylacrylat oder Alkylmethacrylat (einschließlich verzweigtkettiger Alkyl- und Cycloalkylacrylate unc Alkyl- und Cycloalkylmethacrylate) mit 6 bis 20 odei mehr Kohlenstoffatomen im Alkylrest, herstellen lassen.

ίο Ein typisches Bindemittel auf Styrolbasis ist eir Polymer, hergestellt durch Copolymerisation einei Mischung bestehend aus: zu 40 bis 60 Gew.-% Styro oder einem Styrolhomologen, 20 bis 50 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder Alkylmethacrylates und 5 bis 30 Gew.-% eines höheren Alkylacrylates odei Alkylmethacrylates, beispielsweise Äthylhexylacrylat.

Besonders vorteilhafte Bindemittel auf Styrolbasis sind quervernetzte aufschmelzbare Polymere des aus der BE-PS 8 17 748 bekannten Typs sowie Bindemittel wie sie aus den US-PS 23 17 460, 27 88 288, 26 38 416 2618 552 und 26 59 670 sowie der US-Re-Issue-PS

25 136 bekannt sind.

In vorteilhafter Weise liegt das Bindemittel in den Tonerteilchen in einer Konzentration von über 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Toners, vor. In besonders vorteilhafter Weise, und zwar beispielsweise dann, wenn die Toner in einer mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Bürokopiervorrichtung verwendet werden, weisen die Toner einen Bindemittelgehalt von 75 bis 98 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, auf.

Die Tonerteilchen können nach üblichen bekannten Methoden hergestellt werden. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung der Toner ist das sogenannte Sprüh- Trocknungsverfahren. Bei diesem Sprüh-Trocknungs- verfahren werden das Bindemittel, die farbgebende Komponente und der Steuerstoff in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel, beispielsweise Dichlorme- than, gelöst Die erhaltene Lösung wird dann durch eine Sprühdüse unter Verwendung eines nichtreaktiven Gases, wie beispielsweise Stickstoff, gesprüht Bei dem Versprühen verflüchtigt sich das flüchtige Lösungsmittel aus den erzeugten Tröpfchen unter Erzeugung von Tonerteilchen aus gleichförmig gefärbtem oder pigmentiertem Polymer. Die Teilchengröße wird dabei durch die Einstellung der Sprühdüse und den Druck des zum Versprühen verwendeten Gases bestimmt Als zweckmäßig hat sich dabei die Herstellung von Teilchen eines Durchmessers von 0,1 Mikron bis 100 Mikron erwiesen.

so Im Falle der heutzutage verwendeten Bürokopiervorrichtungen haben sich insbesondere Teilchen eines Durchmessers von 1,0 bis 30 Mikron-als vorteilhaft erwiesen. Bei anderen Kopierverfahren kann die Verwendung größerer oder kleinerer Teilchen von Vorteil sein. Bei dem sogenannten Pulver-Wolken-Ent- wicklungsverfahren, wie es beispielsweise in der US-PS

26 91 345 näher beschrieben wird, kann es vorteilhaft sein, extrem kleine Tonerteilchen einer Größenordnung von etwa 0,01 Mikron zu verwenden.

Ein anderes vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Toners ist das Schmelz- Mischverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein pulverförmiges Bindemittel aufgeschmolzen und mit einer geeigneten farbgebenden Komponente, z. B.

einem oder mehreren Farbstoffen oder Pigmenten und dem Steuerstoff vermischt Das Aufschmelzen des Polymeren kann dabei in einfacher Weise mittels Mischwalzen erfolgen, die gleichzeitig dazu dienen, das

Polymer mit den Zusätzen zu vermischen. Nach dem Vermischen der einzelnen Komponenten wird die Mischung abgekühlt und verfestigt. Die erhaltene feste Masse wird dann zu kleinen Teilen aufgebrochen und schließlich unter Erzeugung eines freifließenden Pulvers aus Tonerteilchen fein vermählen. Die hierbei anfallenden Tonerteilchen weisen in typischer Weise einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 bis 100 Mikron auf.

Der Zusatz der beschriebenen Steuerstoffe bewirkt, daß sämtliche oder praktisch sämtliche einzelnen diskreten Tonerteilchen eine triboelektrische Ladung von gleichem Vorzeichen (negativ oder positiv) bezüglich eines Trägers aufweisen. Durch den Zusatz des Steuerstoffcs wird des weiteren die absolute oder nutzbare elektrostatische Ladung, die eine bestimmte Menge von Tonerteilchen bezüglich eines bestimmten Trägers aufweist, erhöht und des weiteren wird der Grad des »Toner-Abwurfes« vermindert. Obgleich das Phänomen, durch das eine elektrostatische Ladung erzeugt wird, noch nicht restlos geklärt ist, wird doch angenommen, daß die Aufladung der Teilchen aufgrund triboelektrischer Effekte erfolgt, die durch die physikalische Vermischung von Toner- und Trägerteilchen bewirkt werden. Unter dem Ausdruck »Toner-Abwurf« ist dabei die Menge an Tonerpulver zu verstehen, die von der Entwicklermischung ausgestoßen wird, wenn diese mechanisch bewegt wird, z. B. in einer Entwicklungs- oder Kopiervorrichtung. Abgesehen von Verschmutzungsproblemen der Luft durch Tonerstaub in der Kopiervorrichtung, ist ein »Toner-Abwurf« deshalb nachteilig, v/eil hierdurch eine unerwünschte Hintergrunddichte herbeigeführt wird und die hergestellte Kopie zum Verschmieren neigt.

Als besonders vorteilhaft haben sich Steuerstoff-Konzentrationen von 0,2 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, erwiesen. Bei Verwendung von Mengen von unter 0,01 Gew.-% werden keine oder nur geringfügige Verbesserungen der Eigenschaften der Toner erzielt Werden mehr als 2,0 Gew.-°/o Steuerstoff verwendet, so wird die absolute oder nutzbare Toneraufladung des Toners vermindert Die im Einzelfalle optimale Menge an Steuerstoff hängt von dem im Einzelfalle verwendeten Steuerstoff und der sonstigen Zusammensetzung des Toners ab.

Die oberflächenaktiven Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Steuerstoffe beruhen zum großen Teil ganz offensichtlich auf der Anwesenheit von einem oder mehreren Resten der Formel:

Il

—R⁷—NH-C—R⁶

worin R⁶ und R⁷ die angegebene Bedeutung haben.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden bei Verwendung der Steuerstoffe dann erhalten, wenn die Konzentration des Steuerstoffes innerhalb eines Tonerteilchens auf oder nahe der Oberfläche des Teilchens größer als im Inneren des Teilchens ist Die vorteilhafte Wirkungsweise der erfindungsgemäß verwendeten Steuerstoffe hängt jedoch von dieser Verteilung im Tonerteilchen nicht ab. Dies bedeutet, daß vorteilhafte Ergebnisse auch dann erhalten werden, wenn der Steuerstoff in einem Tonerteilchen gleichförmig verteilt vorliegt

Die erfindungsgemäß verwendeten Steuerstoffe sind auch dann außerordentlich wirksam, wenn die Tonerteilchen, denen sie zugesetzt sind, bei sehr geringen relativen Luftfeuchtigkeiten von beispielsweise 15% oder darunter verwendet werden. Im Gegensatz hierzu liefern die strukturell sehr ähnlichen kurzkettigen, nicht oberflächenaktiven, quaternären Ammoniumsalze des aus der Zeitschrift »Research Disclosure«, Oktober 1972, Seiten 57 und 58, Nr. 10 244, bekannten Typs keine vorteilhaften Ergebnisse, wenn sie in Tonern bei relativ geringen Luftfeuchtigkeiten verwendet werden.

Dieser Sachverhalt ergibt sich aus Fig. 1, die zeigt,

ίο daß bei niedrigen relativen Feuchtigkeiten Toner mit nichtoberflächenaktiven Steuerstoffen zu höheren Aufiadungsniveaus führen, derart, daß die Tonermasse leicht ein Ladungsniveau annimmt, das außerhalb eines Ladungsniveaus von 8 bis 35 Mikrocoulomb/g liegt, das für die Magnetbürstenentwicklung geeignet ist. Zu bemerken ist dabei natürlich, daß der geeignete Ladungsbereich eines bestimmten elektrostatographischen Trockenentwicklers verschieden sein kann, beispielsweise je nachdem, ob der Entwickler im

2(i Rahmen einer Kaskadenentwicklung oder einer Magnetbürstenentwicklung verwendet wird und von welcher Konstruktion die verwendete Kopiervorrichtung ist, d. h. beispielsweise ob eine Einwalzen- oder Zweiwalzen-Magnetbürstenvorrichtung verwendet wird.

Auf jeden Fall zeigt F i g. 1 jedoch, daß bei Verwendung von Tonerteilchen mit einem der bekannten kurzkettigen, nichtoberflächenaktiven, quaternären Ammoniumsalze als Steuerstoff unter niedrigen relati-

Jd ven Feuchtigkeitsbedingungen schnell ein Punkt erreicht wird, bei dem die Tonerteilchen ein unerwünscht hohes Ladungsniveau annehmen. Die Folge davon ist, daß die Tonerteilchen durch elektrostatische Kräfte so fest an die Trägerteilchen gebunden werden, daß es extrem schwierig wird, die Tonerteilchen wieder von den Trägerteilchen zu trennen und sie mit dem zu entwickelnden elektrostatischen Material in Kontakt zu bringen.

Die farbgebende Komponente kann aus einem oder mehreren der üblicherweise zur Herstellung von Tonern verwendeten Farbstoffen und/oder Pigmenten bestehen, wie sie beispielsweise aus dem »Color-Index«, Band 1 und Band 2, 2. Ausgabe bekannt sind. Geeignet sind beispielsweise solche Farbstoffe wie Hansa Yellow G (Color Index Nr. 11680), alkohollösliche Nigrosinfarbstoffe (Color Index Nr. 50 415), Chromogen-Schwarz ETOO (Color Index Nr. 45 170), Solvent Black 3 (Color Index Nr. 26 150), Fuchsin N (Color Index Nr. 42 510), basisches Blau 9 (Color Index Nr.

52 015) sowie Ruß.

Die Konzentration der farbgebcndcn Komponente kann sehr verschieden sein. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, 1 bis 20 Gew.-% der farbgebenden Komponente, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, zu verwenden. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden in der Regel bei Verwendung von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Bindemittels, erzielt

Ein erfindungsgemäßer Toner kann zur Herstellung von elektrostatographischen Trockenentwicklern mit

bo einem der üblichen bekannten Träger vermischt werden. Zu den geeigneten Trägern gehören die verschiedensten nichtmagnetischen Teilchen, beispielsweise Glaskügelchen, Kristalle von anorganischen Salzen, z. B. Natrium- oder Kaliumchlorid, Teilchen aus harten Polymeren und Metallteilchen.

In vorteilhafter Weise werden magnetische Trägerteilchen verwendet Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung erfindungsgemäßer Toner gemeinsam

mit magnetischen Trägerteilchen erwiesen, da das Problem des »Toner-Abwurfs« besonders nachteilig im Falle der Magnetbürstenentwicklung ist. Besonders geeignete magnetische Trägerteilchen sind solche aus ferromagnetischen Materialien, ζ. Β. aus Eisen, Kobalt, Nickel und Legierungen sowie Mischungen hiervon. Die magnetischen Trägerteilchen können des weiteren beispielsweise aus Mischungen aus magnetischen Teilchen irregulärer Form und rauher Oberfläche sowie magnetischen Teilchen regulärer Form und glatter Oberfläche bestehen, wie sie beispielsweise aus der US-PS 38 38 054 bekannt sind. Geeignet sind des weiteren beispielsweise magnetische Trägerteilchen, die aufgebaut sind aus einer Vielzahl von magnetischen Teilchen, die gleichförmig in einem elektrisch isolierenden polymeren Bindemittel dispergiert sind, wie sie beispielsweise aus der CA-PS 8 35 317 bekannt sind. In vorteilhafter Weise können des weiteren beispielsweise ferromagnetische Trägerteilchen verwendet werden, die mit einer dünnen Schicht aus einem filmbildenden Harz überzogen sind, beispielsweise einem Alkali-löslichen, carboxylierten Polymeren. Derartige Träger sind beispielsweise aus der US-PS 35 47 822 bekannt. Weitere mit einem Harz beschichtete magnetische Trägerteilchen, die sich zur Herstellung von elektrostatographischen Entwicklern unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Toners eignen, sind beispielsweise aus den US-PS 36 32 512 sowie 37 95 617 sowie schließlich 37 95 618 bekannt. Geeignet sind ferner magnetische Trägerteilchen, die mit einer Schicht aus einem Fluorkohlenwasserstoff beschichtet sind, beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder Polyvinylidenfluorid oder Mischungen hiervon oder Copolymeren aus Vinylidenfluorid und Tetrafluoräthylen.

In typischer Weise enthält ein zur Entwicklung elektrostatischer Bilder geeigneter Entwickler aus Toner- und Trägerteilchen 1 bis 10 Gew.-% Tonerteilchen. In typischer Weise sind des weiteren die Trägerteilchen größer als die Tonerteilchen. In vorteilhafter Weise liegt die Größe der Trägerteilchen bei 30 bis 1200 Mikron, insbesondere bei 60 bis 300 Mikron.

Ein erfindungsgemäßer Toner sowie ein unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Toners hergestellter Entwickler können in verschiedener Weise zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder oder latenter elektrostatischer Bilder verwendet werden. Die entwickelbaren Ladungsbilder können in verschiedener Weise erzeugt werden, beispielsweise ausgehend von einem lichtempfindlichen photoleitfähigen Aufzeichnungsmaterial oder einem nicht lichtempfindlichen Bildempfangsblatt mit einer dielektrischen Oberfläche.

Ein vorteilhaftes Entwicklungsverfahren ist das sogenannte Kaskaden-Entwicklungsverfahren, bei dem der Entwickler in Form einer Kaskade auf das zu entwickelnde elektrostatische Ladungsbild aufgebracht wird. Ein weiteres besonders vorteilhaftes Entwicklungsverfahren ist das Magneibürsten-Entwicklungsverfahren. Bei diesem Verfahren werden magnetisch anziehbare Trägerteilchen zur Herstellung des Entwicklers verwendet Nach der bildweisen Abscheidung der Tonerteilchen können die erzeugten Bilder durch Erhitzen fixiert werden, wobei die Tonerteilchen auf dem Material, auf dem sie abgeschieden wurden, zusammengeschmolzen werden. Andererseits jedoch kann auch das nichtfixierte Bild auf ein Bildempfangsmaterial übertragen werden, beispielsweise ein einfaches Blatt Kopierpapier, worauf die übertragenen Tonerteilchen auf diesem Kopierpapier unter Erzeu-

gung einer permanenten Kopie fixiert werden.

Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1
(Vergleichsbeispiel)

Dies Beispiel ermöglicht einen Vergleich eines erfindungsgemäß verwendbaren Steuerstoffs mit einem bekannten Steuerstoff des Standes der Technik, nämlich mit Tetrapentylammoniumchlorid, dessen Verwendung als Steuerstoff beispielsweise aus der Literaturstelle »Research Disclosure«, Oktober 1972, Seiten 57 und 58, bekannt ist

Es wurden zwei Toner A (nach dem Stande der Technik) und B (gemäß Erfindung) hergestellt. Zur Herstellung der Toner wurden verwendet:

Toner A (gemäß Stand der Technik)

100 Gew.-Teile eines Copolymeren aus Styrol, Methylmethacrylat und Äthylhexylmethacrylat als Bindemittel,
0,5 Gew.-Teile Tetrapentylammoniumchlorid als

Steuerstoff und
5 Gew.-Teile Ruß.

Toner B (gemäß der Erfindung)

jo 100 Gew.-Teile eines Copolymeren aus Styrol, Me-

thylmethacrylat und Äthylhexylmeth-

acrylat als Bindemittel,
0,5 Gew.-Teile (3-Lauramidopropyl)trimethylammo-

niummethylsulfat als Steuerstoff und
r, 5 Gew.-Teile Ruß (es wurde der gleiche Ruß wie im

Falle des Toners A verwendet).

Die Herstellung der Toner A und B erfolgte durch Vermischen der einzelnen Komponenten in der Schmelze mittels einer 2-Walzenmühle, Abkühlen der Mischung und Vermählen der Mischung, derart, daß Toner einer Teilchengröße von 3 bis 15 Mikron anfielen.

Bei dem Vermischen der einzelnen Komponenten in

der Schmelze erfolgte bei der Herstellung der Toner A und B die Zugabe des Rußes und des Steuerstoffs in gleicher Weise.

Die Analyse des Toners A ergab, daß die Konzentration des Steuerstoffs auf und nahe der äußeren Oberfläche der Toner-A-Teilchen gleich war, woraus sich ergab, daß der Steuerstoff während des Schmelzprozesses gleichförmig in der Tonermasse verteilt wurde. Die Analyse der Tonerteilchen B ergab demgegenüber, daß die Konzentration des Steuerstoffs auf oder nahe der äußeren Oberfläche der Tonerteilchen beträchtlich größer war als die Konzentration an Steuerstoff auf oder nahe der Oberfläche im Falle der Teilchen des Toners A.

Ausgehend von den Tonern A und B wurden Entwickler für den Magnetbürstenprozeß hergestellt

_b0 mit jeweils 3 Gew.-% Toner und 97 Gew.-% magnetischer Trägerteilcheri aus Eisenschwamm mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 125 Mikron. Die Teilchen waren teilweise mit einem Fluorkohlenwasserstoffharz beschichtet Die Entwickler mit den

b5 Tonern A und B wurden entsprechend als Entwickler A und Entwickler B bezeichnet

Die effektive Ladung ^coul/g) der Entwickler wurde bei verschiedenen Graden relativer Luftfeuchtigkeit

bestimmt. Die Ergebnisse der Messungen sind in F i g. 1 dargestellt. Zu bemerken ist, daß in einem geeigneten triboelektrischen Ladungsbereich von 8 bis

der Entwickler B mit dem erfindungsgemäßen Steuerstoff in einem beträchtlich weiteren Bereich relativer Feuchtigkeiten verwendbar ist als der Entwickler A.

Beispiel 2

Entwickler A und Entwickler B, hergestellt wie in Entwickler wurden dann drei Tage lang liegen gelassen,

Beispiel 1 beschrieben, wurden getrennt voneinander 15 worauf ihre Ladungen von neuem gemessen wurden.

Minuten in einer Trommel umgewälzt, worauf ihre Die Meßergebnisse sind in der folgenden Tabelle I

trihoelektrischen Ladungen gemessen wurden. Die ι ο zusammengestellt:

Tabelle I	Ladung nach IS Minuten	Ladung nach 3 Tagen	% Ladungsabfall
Entwickler	Umwälzen in einer
	Trommel
	^coul/g)	(\|j.coul/g)
	29,6	22,9	-23%
A (gemäß Stand
der Technik)	22,2	19,7	-11%
B (gemäß Er
findung)

Aus den in Tabelle I zusammengestellten Ergebnissen ergibt sich, daß der Ladungsabfall des Entwicklers B beträchtlich geringer ist als der Ladungsabfall des Entwicklers A. Ein möglichst geringer Ladungsabfall ist jedoch für Entwicklermischungen, die in elektrographischen Kopiervorrichtungen verwendet werden, wichtig, um eine gleichförmige Kopierqualität zu erhalten, d. h. eine Kopierqualität die zu Beginn der Inbetriebnahme der Kopiervorrichtung gleich ist der Qualität die bei längerem Betrieb der Kopiervorrichtung erhalten wird.

Beispiel 3

Es wurden die Zerfallstemperaturen von einem erfindungsgemäßen Steuerstoff sowie einem Steuerstoff des Standes der Technik ermittelt Zur Ermittlung der Zerfallstemperaturen wurde ein Thermo-Gravimetrie-Analysiergerät (TGA) verwendet Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt

Tabelle II

Ladungssteuermittel

Tetrapentylammoniumchlorid
(Gemäß Stand der Technik)

(3-Lauramidpropyl)trimethylammoniummethylsulfat
(gemäß Erfindung)

Zerfallstemperatur (C)

131
279

Beispiel 4

Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden zwei weitere Toner C (gemäß Erfindung) und D (gemäß Stand der Technik) hergestellt. Die Herstellung erfolgte ausgehend von:

Toner C (gemäß Erfindung)

100 Gew.-Teile eines polymeren Bindemittels auf

Styrolbasis,

0,5 Gew.-Teile (3-Lauramidopropyl)trimethylammoj5 niummethylsulfat,

5 Gew.-Teile Ruß.

Toner D (gemäß Stand der Technik)

100 Gew.-Teile eines polymeren Bindemittels auf Styrolbasis,

5 Gew.-Teile Ruß.

Ausgehend von den Tonern C und D wurden Entwickler für die Magnetbürstenentwicklung mit 3 Gew.-% Toner, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Die Entwickler wurden dann einem Test unterworfen, bei dem die Herstellung von 30 000 Abzügen simuliert wurde. Aus den in F i g. 2 dargestellten Ergebnissen ergibt sich, daß der Entwickler C mit einem Gehalt an einem erfindungsgemäßen Steuerstoff über den zur Herstellung der 30 000 Abzüge erforderlichen Zeitraum elektrisch stabil blieb, während der Entwickler D nicht stabil war.

Aus den Daten der Tabelle II ergibt sich, daß der erfindungsgemäß verwendete Steuerstoff eine höhere Zerfallstemperatur hat als der bekannte aus Tetrapentylammoniumchlorid bestehende Steuerstoff. Infolge der höheren Zerfallstemperatur wird die Herstellung der Toner erleichtert da die Probleme ausgeschaltet werden, die bei der Herstellung der Toner bei Verwendung der bekannten Steuerstoffe durch Anwendung zu hoher Mischtemperaturen auftreten.

50

55

b0

Beispiel 5

Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde eine Reihe von Toner hergestellt um den wirksamen Konzentrationsbereich des Steuerstoffs zu ermitteln. Es wurden mehrere Toner unter Verwendung von (3-Lauramidopropyl)-trimethylammoniummethylsulfat als Steuerstoff in Konzentrationen von 0 bis 2 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile Bindemittel hergestellt Die Tonerteilchen wurden dann auf ihre Ladungseigenschaften und ihre Abwurf-Charakteristika getestet Aus den erhaltenen Ergebnissen ergab sich, daß der bevorzugte Konzentrationsbereich bei 0,2 bis 1,5 Gew.-Teilen lag, entsprechend 0,2 bis 1,5 Gew.-% Steuerstoff, bezogen auf das Gesamtgewicht der Toner.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Toner für einen elektrostatographischen Trokkenentwickler, der aus Teilchen einer Größe von 0,1 bis 100 Mikron besteht, die gebildet sind aus einem polymeren Bindemittel mit einem Erweichungspunkt von 40 bis 200⁰C, 0,01 bis 2 Gew.-% (bezogen auf das Bindemittel) eines Steuerstoffes aus einem quaternären Ammoniumsalz und gegebennenfalls einer farbgebenden Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen einer Steuerstoff der folgenden Formel enthalten:

R¹ R²

N R⁵SO?

R⁴ R³

in der bedeuten:

R¹, R², R³ und R⁴ jeweils einen aliphatischen Rest mit 1 bis 6 C-Atomen, wobei gilt, daß die Reste R¹, R², R³ und R⁴ die gleiche oder eine voneinander verschiedene Bedeutung haben können und mindestens einer der Reste R¹, R², R³ und R⁴ ein Rest der folgenden Formel ist:

Il

—R⁷ —NH-C—R⁶

in der R⁶ einen Alkylrest mit mindestens 8 C-Atomen und R⁷ einen geradkettigen Alkylenrest mit 1 bis 8 C-Atomen darstellen, R⁵ einen Alkylrest mit 1 bis 10 C-Atomen oder einen aromatischen Rest mit 6 bis 10 C-Atomen und π=3 oder 4.

2. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerteilchen als Steuerstoff (3-Lauramidopropyl)-trimethylammoniummethylsulfat enthalten.

3. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tonerteilchen als Bindemittel ein polymeres Bindemittel auf Styrolbasis enthalten.

Die Erfindung betrifft einen Toner für einen elektrostatographischen Trockenentwickler, der aus Teilchen einer Größe von 0,1 bis 100 Mikron besteht, die gebildet sind aus einem polymeren Bindemittel mit einem Erweichungspunkt von 40 bis 200° C, 0,01 bis 2 Gew.-% (bezogen auf das Bindemittel) eines Steuerstoffes aus einem quaternären Ammoniumsalz und gegebenenfalls einer farbgebenden Komponente.

Es ist allgemein bekannt, im Rahmen elektrophotographischer Verfahren, wie sie beispielsweise in den US-PS 22 21776, 22 77 013, 22 97 691, 23 57 809, 51 582, 28 25 814, 28 33 648, 32 20 324, 32 20 831 und 20 833 beschrieben werden, auf einem isolierenden Träger zunächst ein latentes elektrostatisches Ladungsbild zu erzeugen und dieses dann dadurch zu entwickeln, daß es in Kontakt mit einem Entwickler gebracht wird. Die zur Entwicklung latenter elektrostatischer Ladungsbilder üblicherweise verwendeten Entwickler enthalten Toner- sowie gegebenenfalls Trägerteilchen, die entweder aus einem magnetischen Material bestehen können, beispielsweise Eisenspänen oder pulverförmigem Eisen oder Eisenoxid oder einer triboelektrischen aufladbaren, nichtmagnetischen Substanz, beispielsweise Glaskügelchen oder Kristallen aus anorganischen Salzen, beispielsweise Natrium- oder Kaliumfluorid. Die Tonerteilchen bestehen in typischer Weise aus einem harzförmigen Material, das zur Erzielung eines Kontrastes mittels einer farbgebenden Komponente, beispielsweise einem Farbstoff und/oder einem Pigment, beispielsweise Ruß, eingefärbt ist

ίο Ein bekanntes Verfahren, nach dem ein elektrostatographischer Trockenentwickler auf ein ein Ladungsbild aufweisendes elektrographisches Material aufgebracht werden kann, ist das sogenannte Magnetbürstenverfahren. Zur Durchführung dieses Verfahrens eignen sich Vorrichtungen, wie sie beispielsweise aus der US-PS 30 03 462 bekannt sind.

Bei der Magnetbürstenentwicklung sowie den verschiedensten anderen Entwicklungsverfahren, bei denen ein Trockenentwickler aus Trägerteilchen und Tonerteilchen verwendet wird, z. B. bei der Kaskadenentwicklung, die beispielsweise aus den US-PS 26 38416 und 26 18 552 bekannt ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die triboelektrischen Eigenschaften des Toners derart zu modifizieren, daß den Tonerteilchen durch die Trägerteilchen eine gleichförmige, stabile, vergleichsweise starke elektrostatische Ladung erteilt wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich des weiteren erwiesen, wenn die triboelektrischen Eigenschaften des Toners konstant bleiben, und zwar sogar dann, wenn der Toner unter verschiedenen Feuchtigkeitsbedingungen verwendet wird.

Es sind verschiedene Verfahren und Stoffe zur Modifizierung der triboelektrischen Eigenschaften von Tonern bekannt. Aus der US-PS 36 47 696 ist beispielsweise ein Toner gleichförmiger Polarität bekannt, der ein mono- oder di-funktionelles Nigrosinsalz enthält. Das Nigrosinsalz fördert die Ausbildung einer vergleichsweise hohen gleichförmigen elektrostatischen Ladung auf den Tonerteilchen. Nachteilig an der Verwendung von derartigen Nigrosinsalzen ist jedoch, daß ihr Zusatz zur Tonermasse zu einem Abfall oder einer Verminderung der Adhäsion der Tonerteilchen gegenüber einem Papier-Bildempfangsmaterial führt. So hat sich beispielsweise gezeigt, daß, wird ein Tonerbild, das unter Verwendung eines ein Nigrosinsalz enthaltenden Toners hergestellt worden ist, von einem ein Ladungsbild aufweisenden elektrographischen Material auf ein Papier-Bildempfangsmaterial übertragen und auf dem Bildempfangsmaterial fixiert, das auf dem

so Bildempfangsmaterial erzeugte Bild nicht fest genug fixiert wird und abschmiert, wenn das Bildempfangsmaterial gefaltet oder gebogen wird.

Aus der US-PS 30 79 272 ist es des weiteren bekannt, 4 bis 5 Gew.-% anionischer Verbindungen, beispielsweise Stearinsäure, zur Herstellung von Entwicklern zu verwenden, um die triboelektrische Ladungsbeziehung zwischen den Tonerteilchen zu verbessern. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Verwendung von Fettsäuren, wie beispielsweise Stearinsäure, zui Herstellung von

M) Trockenentwicklern für die Magnetbürstenentwicklung keine Entwickler erhalten werden, bei denen den Tonerteilchen durch die magnetischen Trägerteilchen eine vergleichsweise hohe positive elektrostatische Ladung erteilt wird. Des weiteren hat sich gezeigt, daß

b5 durch Zusatz von Fettsäuren, beispielsweise Stearinsäure, zu Tonerteilchen die Adhäsion der Tonerteilchen gegenüber Bildempfangsmaterialien aus einfachem Papier vermindert wird.