DE2936841A1

DE2936841A1 - Tonerpulver fuer das entwickeln von latenten bildern und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2936841A1
Application number: DE19792936841
Authority: DE
Inventors: Andre Lucan; Francois Pon; Jean-Philippe Voirin
Original assignee: Bull SA
Current assignee: Bull SA
Priority date: 1978-09-12
Filing date: 1979-09-12
Publication date: 1980-03-20
Also published as: JPS5538597A; FR2436423A1; GB2034491B; GB2034491A; IT7925646A0; JPS6343741B2; IT1193221B; US4514484A; FR2436423B1

Description

29368A1

Dipl.-Ing. RUDOLF SEIBERT

Rechtsanwalt u. Patentanwalt TattenbachstraBe 9 8000 MÖNCHEN 22

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Anwaltsakte 4064

Compagnie Internationale Pour L¹Informatique CII-Honeywell Bull

F - 75960 Paris Cedex Frankreich

Tonerpulver für das Entwickeln von latenten Bildern und Verfahren zu seiner Herstellung

«S0012/0920

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Dipl.-Ing. RUDOLF SEI BERT Rechtsanwalt u. Patentanwalt TattenbachstraBe 9

8000 MÖNCHEN 22

Anwaltsakte 4064

Titel; Tonerpulver für das Entwickeln von latenten Bildern und Verfahren zu seiner Herstellung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Pulver, welches zum Entwickeln von latenten Bildern auf einem Bildträger bestimmt ist sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Derartige Pulver werden vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, in druckenden Maschinen, welche ohne Andrücken oder Anschlagen der "Druckvorlage" arbeiten, in welchen also der Druck der Zeichen ohne Berührung der Drucktypen mit der Oberfläche einer Papierdruckunterlage durchgeführt wird, benötigt. Diese Maschinen arbeiten dabei im allgemeinen magnetisch.

Druckende Maschinen dieses Typs enthalten ein Aufzeichnungselement (Bildträger), das meistens durch eine rotierende Trommel oder ein endloses Band gebildet wird und auf dessen Oberfläche beispielsweise magnetisch sensibilisierte Zonen, latente Bilder genannt, aufbringbar sind, die mit den zu druckenden Zeichen übereinstimmen. Diese latenten Bilder werden dann entwickelt, d.h. sichtbar gemacht mit Hilfe von Pigmententwicklern in Pulverform, wobei das Pulver nach Niederschlag auf dem Auf-Zeichnungselement nur auf den sensibilisierten Zonen haftet. Der Einsatz dieses Pigmententwicklers in Pulverform erfolgt mit Hilfe einer Anwendungseinrichtung bekannter Ausführung, vor

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welcher das Aufzeichnungselement vorbeiläuft. Nach dem Vorbeilaufen werden die Pigmentpartikel, die auf den latenten Bildern auf diese Weise niedergeschlagen werden, auf eine Trägerfolie, wie beispielsweise eine Folie aus Papier,übertragen, auf welcher sie dauerhaft fixiert werden.

An Pigmententwickler in Pulverform, welche in magnetisch druckenden Maschinen eingesetzt werden, werden strengere Anforderungen gestellt, viel strenger als an diejenigen, die in anderen druckenden Maschinen ohne Druckvorlageberührung verwendet werden, und zwar sowohl hinsichtlich elektro-optisch arbeitender Maschinen, welche ein Aufzeichnungselement mit einer Oberfläche, auf welcher man die latenten Bilder durch elektrostatische Maßnahmen aufträgt, aufweisen, wobei diese Bilder mit Hilfe eines Pigmententwicklers, auf ein normales Papier übertragen werden, als auch hinsichtlich elektro-statisch arbeitender Maschinen, in welchen die latenten Bilder, anstatt diese auf einem Aufzeichnungselement zu erzeugen, direkt auf einem Spezialpapier gebildet werden, welches präpariert ist, um diese latenten Bilder wiedergeben zu können. Die pulver förmigen Entwicklerpigmente, welche für berührungs-

los arbeitende, magnetisch druckende Maschinen bestimmt sind, müssen nicht nur auf den magnetisierbaren Zonen des Aufzeichnungselementes gut haften, sondern gleichzeitig in ihrer Gesamtheit auch leicht auf die Trägerfolie bzw. das aufnehmende Papier übertragen wer-

den können, mit welcher sie dann in Kontakt gebracht werden. Die Pigmente müssen bei einer relativ niedrigen Temperatur leicht schmelzen, damit das Fixieren auf der Folie oder dem Papier bei einer Temperatur durchgeführt werden kann, ohne Risiko eines Entflammens oder Verkohlens des Papiers. Umgekehrt dürfen die Pigmente keinen zu niedrigen Fusionspunkt haben, da sonst die Gefahr einer Aufweichung besteht, die als klebende Verunreinigung die Pigmente noch stärker an dem Auf-

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Zeichnungselement haften läßt, ein Übertragen der Gesamtheit der Pigmente auf das Papier erschwert oder gar verhindert. Darüberhinaus dürfen die Pigmente, solange sie nicht miteinander verschmolzen sind, weder kleben noch sich elektrostatisch aufladen, um nicht an den Bereichen des Aufzeichnungselementes zu haften, die nicht magnetisiert wurden. Weiter dürfen die Pigmente beim Verschmelzen nicht einen unangenehmen Geruch oder gar gesundheitsschädliche oder aggressive Dämpfe abgeben. Außerdem müssen sie mit einem Farbstoff gut vermischbar sein, welcher zugeführt werden muß, um die Kontraste zwischen dem Hintergrund des Papiers und der auf diesem Papier wiederzugebenden Bilder zu erhöhen. Auch ist es für eine gute Bildauflösung unbedingt notwendig, daß das Pigmentpulver aus relativ feinen, festen Partikelchen besteht, um auf dem Papier Bilder von guter Qualität zu erzeugen. Die Partikel dürfen umgekehrt beim Verschmelzen nicht auf dem Papier auseinanderlaufen, nicht in das Innere eindiffundieren,da sonst die auf dem Papier wiederzugebenden Bilder unscharf erscheinen. Die Pigmente dürfen gleichzeitig auch nicht durch Feuchtigkeit verändert werden. Schließlich muß das Pulver alterungsbeständig sein.

Bekannte pulverisierte Pigmententwickler für die genannten magnetisch arbeitenden Druckereimaschinen besitzen einzelne der vorerwähnten Eigenschaf-

^O ten. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem Entwicklerpigmentpulver, auf welches in der französischen Patentanmeldung mit der Publikations-Nummer 2 305 764 bezug genommen wird und was aus einem ferromagnetischen Material und einem isolie-

^' renden Harz besteht. Jedoch weist keines der bekannten Pigmententwickler im Augenblick alle diese Eigenschaften auf.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tonerpulver und ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, welches alle der vorerwähnten Eigeschaften aufweist, welches also feinkörnig ist, sich bei relativ niederer Temperatur verschmelzen läßt, welches beim Verschmelzen praktisch nicht verläuft oder eindiffundiert, welches in Pulverform nicht klebt oder sich elektrostatisch auflädt, welches sich leicht übertragen läßt und welches gut und gleichmäßig mit Farbstoffen mischbar ist.

Alle diese Eigenschaften vereinigt ein Tonerpulver (Pigmententwickler) mit den Merkmalen des Anspruches

Die Herstellung eines derartigen Pulvers kann dabei vorteilhaft durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches erfolgen.

Das Tonerpulver gemäß der Erfindung, wie es für die Entwicklung von latenten Bildern in magnetisch arbeitenden Druckereimaschinen eingesetzt werden soll, enthält magnetische Partikelchen, welche von einer Schutzsubstanz überzogen sind, ist dabei gekennzeichnet, daß die Schutzsubstanz aus mindestens einem thermoplastischen, organischen Harz in Verbindung mit einem Silan gebildet ist.

Dabei wird gemäß der Erfindung das Pulver dadurch gewonnen, daß eine Mischung aus 5-80 Gew.% magnetische Partikel, 0,01 - 10 Gew.% eines Silans und der Rest aus mindestens einem thermoplastischen, organischen Harz gebildet wird, diese Mischung gut durchmischt und erwärmt wird, und die Pulverform nach der Abkühlung der auf diese Weise erhaltenden innigen Mischung

^J wieder hergestellt wird. Das Entwicklungspulver nach der vorstehenden Erfindung weist dann sehr feine, trockene Teilchen auf, von denen jedes aus einem magnetischen Kern gebildet ist, welcher von einer Ein-

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bettungssubstanz umgeben ist, wobei diese Einbettungssubstanz selbst aus mindestens einem thermoplastischen, organischen Harz verbunden mit einem Silan gebildet ist. Das verwendete thermoplastische, organische Harz hat einen Erweichungspunkt in der

Größenordnung von etwa 60° C und einen Schmelzpunkt in der Größenordnung von 120° C. Es ist ausgewählt aus der Gruppe der Polyamide, Polystirole, Vinilclorydharze, Vinilclorydcopolymere sowie der Azetate der Polyvenyle, der Cetonicharze und der Ester von Zellulose. Vorzugsweise wird ein Polyamidharz verwendet, welches industriell erzeugt wird durch die Gesellschaft "General Mills Company" und verkauft wird in Frankreich durch die Gesellschaft "Schering France" unter der Herstellermarke "Versamid" (eingetragene Marke). Man kann auch ein Harz verwenden mit der kommerziellen Bezeichnung "Polymid", wie es durch die Gesellschaft "Krumbhear Resin Division of Lawter Chemical Incorporated" vertrieben wird. 20

In ein solches thermoplastisches, organisches Harz wird ein Silan eingefügt, welches aus der Gruppe der Silane gewählt wird, die der folgenden allgemeinen Formel genügen:
25

R¹ - Si (OR)₃,

wobei R¹ eine Gruppe mit einem organischen, reaktiven Radikal ist, welches geeignet ist, mit dem ther-

^" moplastischen Harz zu reagieren,und OR eine Alkoxy-Gruppe ist. In dem Fall, wo dieses thermoplastische Harz durch ein Polyamid gebildet wird, kann man beispielsweise eines der Silane verwenden, welche verkauft werden unter der kommerziellen Bezeichnung "A - 187" und ¹¹A - 1100" durch die Gesellschaft "Union Carbide France" und welche einer der folgenden chemischen Formeln genügen:

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CH₂ - CH - CH₂ - O - CH₂ - CH₂ - CH₃ - Si (OCH₃)

- CH₂ - CH₂ - CH₂ - Si

Außerdem werden in das thermoplastische Harz magnetische Teilchen, z.B. aus einem magnetischen Eisenoxyd, eingegeben, deren Abmessungen im allgemeinen kleiner sind als 5 Mikron. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß andere ferromagnetische Materialien, wie beispielsweise Verbindungen und Oxyde von Nickel, Eisen, Kobalt oder auch Ferrite ebenso gut verwendet werden können.

Es ist auch möglich, in die Harze verschiedene Farben, Pigmente oder analoge Agens einzubetten.

Die Menge der magnetischen Teilchen, die dem thermoplastischen Harz beigegeben werden, um ein einwandfreies Entwicklerpulver zu erhalten, liegt in der Größenordnung von etwa 5-80 Gew.% des endgültigen Pulvers, während die Menge der Silane 0,01 - 10 % des Gesamtgewichtes ausmacht. Die Mischung aus diesen Indegredientien wird erhitzt, um eine geschmolzene Mischung zu erhalten, welcher dann das magnetische Pulver zugegeben und in der Mischung verteilt wird. Anschließend wird die geschmolzene Masse abgekühlt,

^ου bis diese sich als Masse verfestigt hat. Danach wird die Masse in Teilchen zerstoßen, welche man sortiert gemäß ihren mittleren Durchmessern von etwa 5-60 Mikron. Man mischt dann diese Teilchen des so erhaltenen Pulvers mit einer geeigneten Menge von PoIy-

tetrafluoräthyleneharz. Diese Menge stellt ungefähr 0,01 - 10 Gew.% des endgültigen Entwicklerpulvers dar. Als Beispiele von einem Polytetrafluoräthyleneharz sind die unter der Herstellermarke "Soreflon 7",

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"Soreflon L 206" oder "Soreflon 81 G" verkauften Produkte zu nennen, welche von der "Societe des Produits Chimiques ügine - Kuhlmann" verkauft werden. Man kann gleichzeitig zu den trockenen Pulverpartikelchen ein pulverisiertes Verflüssigungsagens zugeben, um die Verflüssigung zu verbessern. Ein geeignetes Verflüssigungsagens kann z.B. durch ein feines Siliziumkolloidal gebildet werden, wie es unter dem Zeichen "CAB-O-SIL" durch die Gesellschaft "Cabot Corporation" verkauft wird. Dieser Zusatz wird durchgeführt in einem Verhältnis in der Größenordnung von 0,01 - 10 Gew.% des endgültigen Entwicklerpulvers.

Die folgenden Beispiele werden gegeben, um bevorzugte Realisierungsmöglichkeiten des Entwicklerpulvers gemäß der Erfindung zu geben. An diesen Beispielen, die keinerlei begrenzenden Charakter haben, sind die Verhältnisse in Prozenten des Gewichts der endgültigen Mischung des Entwicklerpulvers wiedergegeben.

BeisDiel 1:

Ein Entwicklerpulver wird aus folgenden Produkten hergestellt:

Polyamidharz "Versamid 961" 63 %

Magnetit, verkauft unter der Bezeichnung 33 %

"NP 12" durch die Societe SOFREM

Silan ¹¹A 1100" der UNION-CARBIDE 2 %

Polytetrafluoräthylene "SOREFLON L 206" 1 %

der UGINE-KUHLMANN
Silizium "CAB-O-SIL" Grad M5 der CABOT- 1 %

CORPORATION

Nach Einbringen des Polyamidharzes in eine geeignete Küvette, welche mit einer Mischeinrichtung ausgerü-

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stet ist, erhitzt man diese auf ungefähr 170° C, um das Harz zu schmelzen und, wenn es geschmolzen ist, wird das Silan und die magnetischen Partikelchen hinzugefügt unter Aufrechterhaltung der Erwärmung, bis eine einheitliche homogene Mischung erhalten wird. Man schüttet dann die geschmolzene Masse in Küvetten geringer Tiefe, um große Plaketten geringer Tiefe zu bilden. Diese werden ausreichend schnell abgekühlt, um zu vermeiden, daß die magnetischen Partikelchen sich in der Mischung separieren. Die so geformten Plaketten werden dann zerkleinert, dann mit Hilfe einer Feinstverkleinerungseinrichtung, wie sie beispielsweise als rotierende Zerkleinerungseinrichtung hoher Geschwindigkeit von der Gesellschaft PALLMANN angeboten wird, zu pulverisierte Partikelchen zerstampft.

Das Pulver wird dann z.B. mit Hilfe eines Luftsiebes getrocknet, wobei die Pulverteilchen entsprechend ihrer Dimensionen, die in der Größenordnung von 50 - 60 Mikronen liegen, separiert werden. Die so separierten Teilchen werden dann zum Trocknen mit 1 Gew.% Polytetrafluoräthylen "SOREFLON L 206" und mit 1 Gew.% kolloidales Silizium "CAB-O-SIL" Grad M5 vermischt.

Man erhält dann ein Entwicklerpulver, welches eine 3" Feldstärke von weniger als 400 Oersted aufweist und das tatsächlich Druckbilder mit großer Feinheit und sehr gutem Kontrast gegenüber dem Papiergrund, auf welchem es abgebildet wird, ermöglicht. Die minimale Schmelztemperatur, mit welcher schließlich die BiI-der fixiert werden, liegt in der Größenordnung von 120° C.

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Beispiel 2:

Man wiederholt die Herstellweise des Entwicklerpulvers gemäß Beispiel 1, nimmt aber folgende Produkte: 5

Polyamidharz "Versamid 961" 50 %

Magnetit "NP 12" 48 %

Silane "A 187" der UNION-CARBIDE 1 %

Polytetrafluoräthylene "SOREFLON 81 G" 0,5 %

Silizium "AEROSIL 300" (eingetragenes 0,5 %

Warenzeichen) der Gesellschaft

DEGUSSA

Das so enthaltene Entwicklerpulver hat eine Koerzitifkraft in der Größenordnung von 350 Oersted und eine Schmelztemperatur nahe von 130° C. Die mit Hilfe dieses Pulvers entwickelten Bilder sind einwandfrei und von guter Qualität.

Beispiel 3:

Man präpariert ein Entwicklungspulver aus folgenden Produkten:
25

Polyamidharz "Versamid 930" 44 %

Cetone-Aldehydharz "SK" der Firma HÜLS 22 %

Magnetit "NP 12" 33 %

Silane "A 1100" der UNION-CARBIDE 0,25 %

Polytetrafluoräthylene "SOREFLON L 206" 0,25 %

Silizium "CAB-O-SIL" Grad M5 0,5 %

Das Herstellverfahren ist analog zu dem im Beispiel 1 vorbeschriebenen Verfahren mit Ausnahme, daß mit dem Erwärmen des Polyamidharzes und des Cetone-Aldehydharzes begonnen wird. Wenn diese beiden Harze erwärmt sind, durchmischt man die Gesamtheit, um eine homogene, erhitzte Mischung zu erhalten. An-

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- 12 -

29Γ" °/■ 1

schließend werden das Silan und die magnetischen Par tikelchen beigegeben, abgekühlt, zerkleinert, Polytetraf luoräthylene und kolloidales Silikon zugegeben, wie dargestellt im Beispiel 1. Man erhält auf diese Weise ein Entwicklerpulver mit einer Koerzitivkraft in der Größenordnung von 380 Oersted und einer
Schmelztemperatur von 120° C.

Beispiel 4:

Man bereitet ein Entwicklerpulver, ausgehend von dem folgenden Produkt:

Polyamidharz, wie es unter der Bezeich- 25 %

nung "SCOPE 30" durch die französische Gesellschaft d'Organo-Synthese verkauft wird

Cetone-Aldehydharz "AFS" (eingetragene 25 % Marke) der Firma BAYER

Eisenoxyd Fe-O.,, wie es unter der Marke 35 % "MAG 1730" durch die Firma BAYER
verkauft wird

Kohlenstoffschwärze verkauft unter dem 14,5 % Namen "RAVEN 1255" durch die Ge

sellschaft COLUMBIAN CARBON

Silane "A 186" von UNION-CARBIDE 0,05 %

Polytetrafluoräthylene"SOREFLON 7" 0,9 %

Kieselerde "AEROSIL 200" (eingetragene 0,0 5 % Marke) von DEGUSSA

Das Polyamidharz und das Cetone-Aldehydharz werden
gemeinsam geschmolzen. Anschließend wird die Mischung durchmischt, bis eine homogene, geschmolzene Masse
vorhanden ist. Dann werden Silane, Eisenoxidpartikel und die Kohlenstoffschwärze zugegeben, die in der geschmolzenen Mischung verteilt werden. Nach dem Abkühlen und Zerkleinern werden Polytetraf luoräthylene und

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Kieselerde zugegeben.

Das so erhaltene Entwicklerpulver besitzt eine Koerzitifkraft von ungefähr 320 Oersted und schmilzt bei einer Temperatur von ungefähr 120° C.

Beispiel 5;

Man bereitet ein Ehtwicklerpulver aus folgenden Stoffen:

• ■ ft

Polyamidharz'Verkauft unter der Marke 22 %

"TERLAN 1005" durch die Gesellschaft T.R.L.

Cetone-Aldehydharze "SK" der Firma HÜLS 6 %

Eisenoxyd Fe₃O₃ vonf Typ "J 140" der 70 %

Firma SOFREM

Silane "A 187" der UNION-CARBIDE 0,5 %

Polytetrafluoräthylene"SOREFLON L 206" 1 %

Kieselerde "CAB-O-SIL" Grad M5 0,5 %

Die Mischung wird wie im Beispiel 4 hergestellt. Das so erhaltene Entwicklerpulver besitzt eine Koerzitivkraft in der Größenordnung von 300 Oersted und eine Schmelztemperatur nahe 130° C.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

\J ·} Tonerpulver (Entwicklerpulver) für das Entwickeln von latenten Bildern, bestehend aus magnetischen Partikeln, umhüllt von einer Ummantelungssubstanz, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelungssubstanz aufgebaut ist aus mindestens einem thermoplastischen, organischen Harz verbunden mit einem Silan (Silizium-Wasserstoff).
2. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan aus der Gruppe der der folgenden Formel zuzuordnenden Silane gewählt ist:

R¹ - Si (OR)₃,

wobei R¹ eine Gruppe darstellt, welche ein organisches Radikal enthält, das geeignet ist zu reagieren mit dem thermoplastischen Harz,und OR eine Alkoxy-Gruppe ist.
3. Pulver gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan ausgewählt ist zwischen Silanen, welche den folgenden Formeln genügen:

CH₂ - CH - CH₂ - 0 - CH₂ - CH₂ - CH₃ - Si (OCH₃)

^No

- CH₂ - CH₂ - CH₂ - Si

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_2_
4. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische, organische Harz gewählt ist aus der Gruppe der Polyamide, Polystirole, Vinylcloryde, Copolymercloryde, Cetonicharze und Ester von Zellulose.
5. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver darüberhinaus vermischt ist mit einem Pulver von Polytetrafluoräthylene, deren Verhältnis zu den letzteren besteht zwischen 0,01 und 10 Gew.% der Endmischung des Pulvers.
6. Pulver nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine kolloidale Kieselsäure zugemischt wird, wobei das Verhältnis der zugeführten Kieselsäure zwischen 0,01 und 10 Gew.% der Endmischung des Pulvers besteht.
7. Verfahren zur Herstellung eines Pulvers für das Entwickeln latenter Bilder gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine innige Mischung unter Wärme,bestehend aus 5-8 Gew.% magnetischer Partikelchen, von 0,01 - 10 Gew.% eines Silans und dem Rest aus mindestens einem thermoplastischen, organischen Harz hergestellt wird und daß die abgekühlte Mischung anschließend zerkleinert wird.

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