DE2834374C2 - - Google Patents

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DE2834374C2
DE2834374C2 DE2834374A DE2834374A DE2834374C2 DE 2834374 C2 DE2834374 C2 DE 2834374C2 DE 2834374 A DE2834374 A DE 2834374A DE 2834374 A DE2834374 A DE 2834374A DE 2834374 C2 DE2834374 C2 DE 2834374C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials durch Beschichten eines Trägers mit einem photoleitfähigen Polyimid- Überzug, der 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon oder 2,4,5,7- Tetranitro-9-fluorenon enthält.
In der Elektrophotographie wird die Oberfläche eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials, das aus einem elektrisch leitenden Träger und einer photoleitfähigen Schicht aus beispielsweise amorphem Selen, As₂Se₃, ZnO oder einem organischen Photoleiter besteht, bis zu einem bestimmten Oberflächenpotential durch Koronaentladung aufgeladen. Anschließend wird die geladene Oberfläche bildmäßig belichtet. Während an den nicht belichteten Stellen die Ladung erhalten bleibt, tritt an den belichteten Stellen eine Abnahme des Oberflächenpotentials auf als Folge eines Photostroms senkrecht zur Oberfläche. Auf diese Weise wird ein der Vorlage entsprechendes latentes elektrostatisches Bild erzeugt.
Anschließend wird das erzeugte elektrostatische Bild entwickelt, indem man beispielsweise einen Toner mit einer geeigneten Ladung auf die Oberfläche mit dem elektrostatischen Bild aufbringt. An den geladenen Stellen haftet der Toner, während er an den übrigen Stellen nicht haftet, so daß ein Tonerbild entsteht, das beispielsweise auf Papier übertragen werden kann.
Zufriedenstellende elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien müssen daher bestimmten Anforderungen genügen. So muß beispielsweise die photoleitfähige Schicht in der Lage sein, bei der Aufladung die elektrostatische Ladung leicht anzunehmen, sie muß die aufgenommene Ladung in den nicht-belichteten Bereichen aufrechterhalten, d. h. gute Dunkelzerfallseigenschaften besitzen, in den belichteten Bereichen ihre Ladung schnell und vollständig abgeben, d. h. ausgezeichnete Lichtentladungseigenschaften besitzen, und eine gleichmäßige Empfindlichkeit über den gesamten sichtbaren Bereich und auf allen Teilen der Schicht aufweisen. Darüber hinaus muß die photoleitfähige Schicht gegen wiederholte Aufladung und Entladung beständig sein, an dem Träger gut haften und gegen Abrieb und Kratzerbildung beständig sein. Als Träger werden in elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterialien u. a. Metalle, wie Aluminium, oder auch Papier verwendet.
Elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien, die allen obengenannten Anforderungen gerecht werden, gibt es bisher nicht. Es sind zwar bereits zahlreiche elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien und insbesondere zahlreiche photoleitfähige Materialien in der Literatur beschrieben, diese weisen jedoch alle den einen oder anderen Mangel auf.
Aus der US-PS 35 54 744 und der ihr entsprechenden DE-OS 18 00 273 sowie aus "Research Disclosure", Nr. 105, Januar 1973, Artikel 10503, sind bereits elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien mit einem auf einen Träger aufgebrachten Polyimidüberzug bekannt, der aus organischen Diaminen und Tetracarbonsäuredianhydriden hergestellt wird, diese Polyimidüberzüge weisen jedoch eine für die Praxis unzureichende Lichtempfindlichkeit, insbesondere für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, auf.
Aus der US-PS 34 84 237 und dem Artikel von R. M. Schaffert in "IBM J. Res. Devel.", Januar 1971, Seiten 75-89, sind bereits elektrophotographische Aufzeichnungsmaterialien bekannt, deren photoleitfähige Schicht ein Gemisch von Poly-N-vinylcarbazol und 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF) enthält. Darin ist angegeben, daß bei einem Molverhältnis von 1 : 1 der beiden obengenannten Substanzen die Lichtempfindlichkeit höher und der Dunkelzerfall geringer ist bei negativer Koronaaufladung als bei positiver Koronaaufladung, daß jedoch mit abnehmendem TNF-Gehalt die positive Ladungsaufnahme ansteigt, während die negative Ladungsaufnahme absinkt. Die besten Ergebnisse werden bei einer TNF-Konzentration von etwa 0,06 (Mol TNF pro Monomereinheit N-Vinylcarbazol) erzielt, was etwa 10 Gew.-% TNF, bezogen auf das Poly-N-vinylcarbazol, entspricht. Aber auch in diesem Fall ist die Lichtempfindlichkeit, insbesondere für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, für die heutigen Anforderungen unzureichend.
Aus den US-PS 34 08 185 und 34 08 189 ist bekannt, daß bestimmte Lewis-Säuren, wie z. B. 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon, geeignete Photosensibilisatoren in Polyurethanharzen oder Melaminharzen darstellen. Wie darin angegeben ist, führt die Zugabe einer Lewis-Säure zu einem inerten Harz, wie z. B. einem Ethylmethacrylatharz, jedoch zu keiner Verbesserung der unzureichenden Lichtempfindlichkeit.
Aus der GB-PS 11 50 435 bzw. der ihr entsprechenden DE-OS 15 22 692 ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials bekannt, bei dem man einen organischen Polyimidfilm auf einem Träger mit einer Lösung eines 2,4,7-Trinitrofluorenon-Photosensibilisators in Benzol in Kontakt bringt. Das dabei erhaltene Aufzeichnungsmaterial weist jedoch nach dem Trocknen, dem Aufladen mit einer Koronaentladungseinrichtung und nach dem Belichten mit einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe durch ein Original hindurch eine für Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich unzureichende Lichtempfindlichkeit auf.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial zur Verfügung zu stellen, das eine höhere Lichtempfindlichkeit als die bisher bekannten Aufzeichnungsmaterialien aufweist.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden kann, daß der auf einen Träger aufgebrachte photoleitfähige Überzug aus einem Polyimid in situ hergestellt wird in Gegenwart einer spezifischen Menge eines Nitrofluorenons.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials durch Beschichten eines Trägers mit einem photoleitfähigen Polyimid- Überzug, der 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon oder 2,4,5,7- Tetranitro-9-fluorenon enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es die folgenden Stufen umfaßt:
  • (a) Beschichten des Trägers mit einer Lösung, die in einem organischen Lösungsmittel gelöst enthält eine Polyamidsäure mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel worin bedeuten:
    R einen vierwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, wobei nicht mehr als zwei Carbonylgruppen an irgendein Kohlenstoffatom von R gebunden sind, und
    R₁ einen zweiwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, die an zwei Stickstoffatome gebunden ist, wobei die Stickstoffatome an verschiedene Kohlenstoffatome des zweiwertigen Restes R₁ gebunden sind, und worin R und/oder R₁ mindestens einen aromatischen Ring mit 6 Kohlenstoffatomen enthalten,
    sowie das Nitrofluorenon in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung, und
  • (b) Erhitzen des mit der Lösung beschichteten Trägers auf eine Temperatur von nicht mehr als 150°C.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, auf technisch einfache und dennoch wirksame Weise eine photoleitfähige Schicht mit einer sehr hohen Lichtempfindlichkeit herzustellen, wie sie nach den bisher bekannten Verfahren nicht erzielbar war. Sie weist eine ausgezeichnete Lichtempfindlichkeit auf und verliert beim Belichten mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich schnell seine elektrische Ladung. Dies ist außerordentlich überraschend, da bekannt ist, daß Polyimid selbst nur eine sehr geringe Empfindlichkeit gegenüber Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich besitzt und auch eine Kombination von 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF) und einem Polyamid zu keinen wesentlichen Verbesserungen führt, wie die Angaben in der GB-PS 11 50 435 bzw. der entsprechenden DE-OS 15 22 692 zeigen.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial eignet sich besonders gut für die Farbwiedergabe, da wegen seiner hohen Lichtempfindlichkeit und seiner ausgezeichneten Lichtentladungseigenschaften schon deutlich geringere Lichtmengen als bisher üblich für die Erzielung einer ausreichenden Farbwiedergabe ausreichen. Darüber hinaus kann die spektrale Empfindlichkeit der photoleitfähigen Schicht durch Variieren der Kombination aus dem Polyimid und dem Nitrofluorenon im Rahmen der vorstehenden Angaben an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Das erfindungsgemäß verwendete Polyimid weist eine höhere Glasumwandlungstemperatur auf als andere Polymere, wie z. B. das obengenannte Poly-N-vinylcarbazol. Seine Neigung zur Auskristallisation ist daher viel geringer, so daß auch die damit verbundenen Nachteile (Ausbildung von Ladungstransportschichten) erfindungsgemäß vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verwendet man eine Beschichtungslösung, die 12 bis 30, insbesondere 15 bis 20 Gew.-% 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon enthält. Der mit der Lösung beschichtete Träger wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 80 bis 120°C, insbesondere von 90 bis 110°C, erhitzt.
Zur Herstellung des photoleitfähigen Polyimidüberzugs des erfindungsgemäßen elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials geht man von einer Polyamidsäurelösung aus, die in situ zu Polyimiden mit wiederkehrenden Einheiten der folgenden Formel polymerisiert wird:
worin R und R₁ die oben angegebenen Bedeutungen haben und n die Anzahl der wiederkehrenden Einheiten angibt. Diese Anzahl ist vorzugsweise so groß, daß die Polyimide eine Eigenviskosität von mindestens 0,1, gemessen mit einer 0,5%igen Lösung in konzentrierter Schwefelsäure bei 30°C, aufweisen (vgl. US-PS 35 54 744).
Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Polyamidsäure mit wiederkehrenden Einheiten der oben angegebenen allgemeinen Formel (II) kann auf an sich bekannte Weise erfolgen [vgl. US-PS 31 79 634 und 35 54 744 sowie C. E. Sroog, "J. Polymer Science: Macromolecular Reviews", Band 11 (1976), Seiten 161 bis 208]. Im allgemeinen wird eine solche Polyamidsäure hergestellt aus Dianhydriden der Formel
und Diaminen der Formel
H₂N-R₁-NH₂ (IV)
Zusätzlich zu den Polyimiden können auch Copolyimide verwendet werden, die durch Verwendung von mehr als einem Diamin und/oder mehr als einer Tetracarbonsäure bzw. mehr als einem Dianhydrid erhalten werden.
Die Konzentration der Polyamidsäure in der Lösung in dem organischen Lösungsmittel liegt vorzugsweise zwischen 10 und 30 Gew.-% und hängt etwas von der Viskosität der Polyamidsäurelösung ab. In jedem Fall muß die Lösung für das Aufbringen auf den Träger in Form einer Schicht geeignet sein. Geeignete organische Lösungsmittel sind solche Lösungsmittel, die ein gutes Lösungsvermögen sowohl für die Nitrofluorenone als auch für die Polyamidsäure aufweisen. Besonders bevorzugt ist N-Methylpyrrolidon-2.
Die Lösung wird auf an sich bekannte Weise auf den Träger aufgebracht. In der Stufe (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Polyamidsäurelösung auf dem Träger vorzugsweise auf eine Temperatur von 85 bis 120°C, insbesondere von 90 bis 110°C, für einen Zeitraum erhitzt, der für die Bildung des Polyimids ausreicht, beispielsweise für 10 Stunden oder mehr.
Als Fluorenon wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon (TNF) verwendet, das die nachstehend angegebene Formel (V) hat und im Handel erhältlich ist:
Die Konzentration der Fluorenonverbindung in der Polyamidsäurelösung beträgt vorzugsweise 12 bis 30 Gew.-%, insbesondere 15 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von 1 Molekül TNF oder der entsprechenden Tetranitroverbindung pro Monomereinheit der Polyamidsäure. Überraschenderweise stören die Fluorenonverbindungen bei den angewendeten Temperaturen die Zyklisierung der Polyamidsäure unter Bildung des Polyimids nicht.
Für praktische Zwecke variiert die Dicke der Polyimidschichten des erfindungsgemäß hergestellten elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials zwischen 5 und 40 µm, sie kann aber auch außerhalb dieser Bereiche liegen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1
Es wurden verschiedene Mengen von TNF mit einer Lösung von 20 g einer Polyamidsäure, hergestellt durch Umsetzung von Bis(4-aminophenyl)ether mit Pyromellithsäuredianhydrid [Sroog, "J. Polymer Science: Macromolecular Reviews", 11 (1976), Seite 164], in 100 ml N-Methylpyrrolidon-2 innig gemischt. Das dabei erhaltene Produkt wurde in Form einer Schicht auf eine Aluminiumplatte aufgebracht unter Verwendung eines Skalpells, und die beschichtete Platte wurde 18 Stunden lang auf 100°C erhitzt. Das dabei erhaltene Polyimid enthielt wiederkehrende Einheiten der Formel
Mit den dabei erhaltenen Schichten wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, deren Ergebnisse in den Figuren der Zeichnungen dargestellt sind.
(a) Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wurde die Ladungsaufnahme des Polyimidüberzugs bestimmt.
Unter Verwendung einer Hochspannungs-Energiequelle 1 wurde eine Koronaentladung zwischen den Elektroden 2 und dem Träger 4 durchgeführt, wobei letzterer mit der photoleitfähigen Schicht 3 versehen war. Die Koronaentladung wurde durch die Spannung an dem Gitter 5, die von der Energiequelle 6 herrührte, gesteuert.
Als photoleitfähige Schicht wurde eine Polyimidschicht verwendet, die wie vorstehend angegeben hergestellt worden war, sowohl ohne TNF-Zusatz als auch mit einem TNF-Zusatz von 20 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung. Beide Schichten hatten eine Dicke von 20 µm.
Das Koronapotential wurde konstant gehalten und das Gitterpotential wurde variiert um festzustellen, wie sich dabei das Oberflächenpotential der Schicht änderte. Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, stieg das Oberflächenpotential linear mit dem Gitterpotential. Die Fig. 2 und 3 zeigen ferner, daß die negative Ladungsaufnahme (Fig. 2) und die positive Ladungsaufnahme (Fig. 3) nicht wesentlich voneinander verschieden waren. In dieser Hinsicht unterscheidet sich das erfindungsgemäß hergestellte elektrophotographische Aufzeichnungsmaterial grundlegend von dem durch TNF sensibilisierten Poly-N-vinylcarbazol gemäß GB-PS 11 50 435 sowie von Selen, das nur eine positive Ladung aufnimmt.
Darüber hinaus werden die Ladungsaufnahmeeigenschaften auch durch die Aufladungsgeschwindigkeit, d. h. die Geschwindigkeit, mit der die Probe durch die Koronaentladungsvorrichtung geführt wird, beeinflußt. Bei einer niedrigeren Aufladungsgeschwindigkeit war das Oberflächenpotential höher.
Bei Verwendung von 2,4,5,7-Tetranitro-9-fluorenon anstelle von TNF wurde gefunden, daß die erhaltenen Schichten die Ladung gut aufnahmen, obgleich die Ladungsaufnahme etwas schlechter war als bei Verwendung von TNF.
Bei Verwendung von p-Benzochinon, p-Chloranil, o-Chloranil, 1,4-Dicyanobenzol, Picrinsäure, Tetracyanoethylen und 7,7′,8,8′-Tetracyanochinondimethan wurde gefunden, daß die damit erhaltenen Schichten schlechte elektrophotographische Eigenschaften aufwiesen.
(b) Ferner wurde bestimmt, wie die aufgeladene photoleitfähige Schicht ihre Ladung im Dunkeln beibehielt. Zur Bestimmung der Dunkelzerfallseigenschaften wurde eine Schicht aus dem Polyimid, die 15 Gew.-% TNF (bezogen auf die Polyamidsäurelösung) enthielt und eine Dicke von 18 µm aufwies, bzw. eine Schicht aus dem Polyimid, die 20 Gew.-% TNF (bezogen auf die Polyamidsäurelösung) enthielt und eine Dicke von 20 µm aufwies, verwendet.
In den Fig. 4 und 5 der Zeichnungen ist der jeweilige Quotient aus dem Oberflächenpotential zum Zeitpunkt t und dem Anfangs-Oberflächenpotential (V t /V i ) gegen die Zeit in Minuten in Form eines Diagramms aufgetragen. Dabei zeigt die Fig. 4 die Abnahme von V t /V i für eine negative Ladung bei drei verschiedenen Werten von V i . Die Fig. 5 zeigt die Abnahme von V t /V i für eine positive und eine negative Ladung. Die Messungen wurden bei Umgebungstemperatur durchgeführt.
Die dabei erzielten Ergebnisse zeigen, daß sowohl für eine positive Ladung als auch für eine negative Ladung die Dunkelzerfallseigenschaften während der üblicherweise angewendeten Zeiträume ausgezeichnet waren.
(c) Ferner wurden die Lichtentladungseigenschaften der aufgeladenen photoleitfähigen Schicht bestimmt. Zu diesem Zweck wurden Polyimidschichten ohne TNF (Dicke 10 µm), solche, die 5 Gew.-% TNF enthielten (10 µm), und solche, die 10, 15 bzw. 20 Gew.-% TNF enthielten (Dicke 12 µm) (alle Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht der Polyamidsäurelösung), jeweils mit einer Lichtquelle von 900 Lux mit Licht des sichtbaren Wellenlängenbereiches belichtet. Das Anfangs-Oberflächenpotential(V i ) betrug 1000 V, die Ladung war negativ. Die erzielten Ergebnisse sind in der Fig. 6 dargestellt, in welcher der Quotient V t /V i gegen die Zeit in Sekunden in Form eines Diagramms aufgetragen ist.
Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, verlor das Polyimid ohne Fluorenon-Zusatz seine Ladung beim Belichten nicht schnell genug, mit steigendem TNF-Gehalt trat jedoch eine sehr schnelle Abnahme des Oberflächenpotentials auf.
Eine schnelle Abnahme des Oberflächenpotentials geht auch aus der Fig. 7 hervor, in der V t /V i in Form eines Diagramms gegen die Zeit in Sekunden aufgetragen ist, die einen Versuch mit einer Polyimidschicht darstellt, die auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellt worden ist und 20 Gew.-% TNF, bezogen auf die Polyamidsäurelösung, enthielt und eine Dicke von 10 µm aufwies. Zum Belichten wurde eine Lichtquelle mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich von 2430 Lux verwendet. Auch in diesem Fall war der Unterschied zwischen dem Verlust der negativen Ladung und dem Verlust der positiven Ladung beim Belichten sehr gering.
Beispiel 2
Auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise wurde eine Polyimidschicht mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Polyimid hergestellt. Sie hat eine Dicke von 20 µm und enthielt 10 Gew.-% 2,4,5,7-Tetranitro-9-fluorenon, bezogen auf die Polyamidsäurelösung.
Der Verlust an negativer Ladung beim Belichten dieser Schicht wurde mit einem Anfangs-Oberflächenpotential (V i ) von 800 V und einer Lichtquelle von 2400 Lux bestimmt.
In der Fig. 8 ist V t /V i in Form eines Diagramms gegen die Zeit in Sekunden aufgetragen. Ein Vergleich mit der Fig. 7 (Kurve mit 10 Gew.-% TNF) zeigt, daß der Ladungsverlust beim Belichten mit Licht des sichtbaren Wellenlängenbereiches nur geringfügig schneller erfolgte bei Verwendung von TNF als bei Verwendung der entsprechenden Tetranitroverbindung.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterials durch Beschichten eines Trägers mit einem photoleitfähigen Polyimid-Überzug, der 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon oder 2,4,5,7-Tetranitro-9- fluorenon enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen umfaßt:
  • (a) Beschichten des Trägers mit einer Lösung, die in einem organischen Lösungsmittel gelöst enthält eine Polyamidsäure mit wiederkehrenden Einheiten der allgemeinen Formel worin bedeuten:
    R einen vierwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, wobei nicht mehr als zwei Carbonylgruppen an irgendein Kohlenstoffatom von R gebunden sind, und
    R₁ einen zweiwertigen organischen Rest mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen, die an zwei Stickstoffatome gebunden sind, wobei die Stickstoffatome an verschiedene Kohlenstoffatome des zweiwertigen Restes R₁ gebunden sind, und worin R und/oder R₁ mindestens einen aromatischen Ring mit 6 Kohlenstoffatomen enthalten,
    sowie das Nitrofluorenon in einer Menge von 1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Polyamidsäurelösung, und
  • (b) Erhitzen des mit der Lösung beschichteten Trägers auf eine Temperatur von nicht mehr als 150°C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Beschichtungslösung verwendet, die 12 bis 30 Gew.-% 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Beschichtungslösung verwendet, die 15 bis 20 Gew.-% 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den mit der Lösung beschichteten Träger auf eine Temperatur von 85 bis 120°C erhitzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den mit der Lösung beschichteten Träger auf eine Temperatur von 90 bis 110°C erhitzt.
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