DE3023608A1

DE3023608A1 - Durch druck fixierbares trockenes magnetisches entwicklerpulver

Info

Publication number: DE3023608A1
Application number: DE19803023608
Authority: DE
Inventors: Jack J Ito
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1979-06-25
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1981-01-22
Also published as: JPS566249A; EP0031362A4; GB2053501B; WO1981000024A1; GB2053501A; US4262077A; DK267380A; EP0031362A1; EP0031362B1

Description

Durch Druck fixierbares trockenes magnetisches Entwicklerpulver

Die Erfindung betrifft ein magnetisches Trockendruckfarbpulver, das zur Verwendung bei der elektrophotografischen Aufzeichnung geeignet ist. Insbesondere betifft die Erfindung ein magnetisches Entwicklerpulver, welches auf Druck ansprechbar ist, so daß es als bildbildendes Ma4erial lediglich durch Anwendung von Druck auf einer bildtragenden Oberfläche fixiert werden kann.

Bekannte Entwicklerpulver, d.h. trockene Tonerfomulierungen, die bei elektrophotografischen Aufzeichnungsprozessen verwendet werden, werden in der Regel dauerhaft an einer Kopie mittels Wärme fixiert. Ein Beispiel für ein derartiges Pulver wird von Nelson in der US-PS 3 639 245 beschrieben, wonach das Pulver thermoplastisch und hitzeschmelzbar sein soll. Solche hitzeschmelzbaren Pulver werden nach der Bildbildung durch Erhöhen der Temperatur des Pulvers auf seinen Schmelz- oder Erweichungspunkt fixiert, um hierdurch zu erreichen, daß die Teilchen koaleszieren, zusammenfließen und dauerhaft an den Substrat haften.

Obwohl solche trockenen, hitzeschmelzbaren, entwicklungsfähigen Pulver weitverbreitete Anwendung gefunden und auch auf den Markt Erfolg zu verzeichnen haben, existieren doch bestimmte Nachteile, die ihrer Verwendung anhaften. Diese Nachteile beziehen sich auf die Geschwindigkeit und Wirksamkeit des Fixierprozesses, auf

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die Bildqualität und andere Probleme.

Demgemäß ist eine Reihe von Patenten erteilt worden, die die Verwendung von trockenen, durch Druck fixierbaren Entwicklerpulvern vorschlagen, um die obenerwähnten Mangel zu beheben. Siehe z.B. die ÜS-PSen 3 965 022 um! 3 775 326, die beide durch Druck fixierbare Pulver beschreiben.

Solche Pulver sind im allgemeinen weich und daher gegenüber Feuchtigkeits- und Temperaturstabilitätsproblemen anfällig. Außerdem kann die Weichheit dieser Pulver zu geringerer Bildqualität infolge einer Hintergrundtönung oder Hintergrundverschmutzung führen.

Wenn das erhaltene, mit Bild versehene Substrat als einfache Kopie verwendet wird, brauchen die vorerwähnten Mangel kein besonders schwerwiegendes Problem aufzuwerfen. Wenn jedoch das mit B-ild versehene Substrat als Druckplatte für die anschließendeherkömir.liche Offset-Lithographie eingesetzt wird, können die vorerwähnten Probleme sehr stark ins Gewicht fallen und stören. In dieser Situation muß der fixierte Toner selbstverständlich Druckfarbe annehmen, da er als bedruckter Bildbereich benutzt wird. Außerdem muß das Bild eine hohe Dichte haben, un so einen hohen Kontrast für die durch Lithographie hergestellten Kopien zu schaffen.

Erfindungsgemäß wurde nun eine einfache Kombination von Materialien gefunden, die in der Lage sind, ein trockenes magnetisches Tonerpulver zu liefern, das durch Druck fixierbar ist und für die Bildbereiche einer herkömmlichen Offset-Lithographiedruckplatte verwendet werden können.

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Die Erfindung schlägt ein fließfähiges, durch Druck fixierbares magnetisches Trockentonerpulver vor, das etwa 30 bis etwa 75 Gew.-% eines magnetisch permeablen Materials, etwa 0,5 bis etwa 2,0 Gew.-% leitfähigen Kohlenstoff und etwa 25 bis etwa 70 Gew.-% eines Bindemittels enthält, wobei das Bindemittel bevorzug-t aus etwa 2,0 bis etwa 30 Gew.-% eines PoIyolefin/vinylacetat-Copolymerisats und etwa 70 bis etwa 98 Gew.-% Polystyrol besteht.

Wenn dieses Tonerpulver elektrophotographisch auf einen geeigneten Empfänger bildweise aufgebracht und durch Druck fixiert wird, liefert der mit Bild versehene Empfänger eine lithographische Offsett-Druckplatte, die einer längeren Druckdauer unterzogen werden kann.

Die Erfindung beruht auf der neuen Erkenntnis, daß ein trockenes, durch Druck fixierbares, magnetisches Tonerpulver für die elektrophotographische Bilderzeugung geschaffen werden kann, wenn man als ein Bindemittel ein Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisat zusammen mit einem Polystyrol-Trägerpolynerisat verwendet.

.Bezüglich des Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisats wurde festgestellt, daß der Vinylacetat-Teil desselben von etwa 4 bis etwa 50 Gew.-% der polymeren Zusammensetzung selbst reichen kann und die äquivalenten Schmelzindices (in_Gramm pro 10 Minuten) im Bereich von etwa 3,6 bis etwa 70 liegen können. Ein Beispiel für ein bevorzugtes Copolymerisat ist Polyäthylen-vinylacetat-Copolymerisat.

Als Polystyrol-Komponente sind Materialien mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1000 bis etwa 100 000 erfindungsgemäß sehr zufriedenstellend.

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Das Bindemittel sollte bevorzugt etwa 2,0 Gew.-% bis etwa 30 Gew.-% des Copolymerisats und Rest Polystyrol enthalten, wobei etwa 10,0 bis etwa 25 Gew.-% Copolymerisat bevorzugt werden. Bereits bei einer so niedrigen Copolymerisat-Konzentration wie 2,0 Gew.-% wird eine Verbesserung in der Druckdauer der mit Bild versehenen Platte festgestellt. Durch Erhöhen der Copolymerisat-Konzentration im Bindemittel wird eine Steigerung der Druckdauer erreicht, bis andere Faktoren, wie die Verarbeitbarkeit bei der Herstellung, relative Feuchtigkeitseffekte etc. auftreten; dies ist in der Regel bei einer Copolymerisat-Konzentration größer als etwa 30 Gew.-% des Bindemittels der Fall.

In oder auf den Bindemittelteiclhen des erfindungsgemäßen Tonerpulvers werden auch magnetisch permeable Teilchen inkorporiert, die typischerweise eine mittlere Hauptabmessung von 1 μΐη oder weniger aufweisen. Beispiele für derartige Materialien umfassen Magnetit, Bariumferrit, Nickelzinkferrit, Chromoxid und Nickeloxid. Die magnetischen Teilchen sollten etwa 30 bis etwa 75 Gew.-% des Tonerpulvers bilden, wobei ein bevorzugter Bereich zwischen 50 und 65 Gew.-% liegt.

Genügend leitfähiger Kohlenstoff sollte ebenfalls in der Tonerpulverzusammensetzung enthalten sein, um die gewünschte Leitfähigkeit in dem Tonerpulver zu erreichen. Die Leitfähigkeit hängt von dem verwendeten Empfänger, der Art der Bildbildungsausrüstung und dergleichen ab. Im allgemeinen sind jedoch etwa 0,5 bis etwa 2,0 Gew.-% des Tonerpulvers an leitfähigem Kohlenstoff enthalten.

Verschiedene andere Materialien können gegebenenfalls in üblicher Weise in oder auf den Tonerpulverteilchen der Erfindung inkorporiert sein, z.B. können Antioxydantien und Flußmittel den trockenen Teilchen zugesetzt werden, um ihre Pulvereigenschaften und -charakteristika zu verbessern. Beis iele für An-

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tioxydantien sind "Irganox" 1010, ein im Handel erhältliches Material von Ciby-Geigy, "Ionox" 3 30 von Shell und "Ethyl" 702 von Ethyl Corporation.

Beispiele für Flußmittel umfassen Fettsäureamide, z.B. die "Kenamide" von Kraftco Corporation und abgerauchte Kieselsäure, z.B. "Cab-O-Sil" von Cabot.

Das Entwicklerpulver der Erfindung wird hergestellt, indem man zunächst ein homogenes Gemisch der geeigneten Zusammensetzung nach einer der verschiedenen üblichen Techniken erhält. Z.B. können die Bindemittelkomponenten, d.h. das Polystyrol und das Copolymerisat auf eine Kautschukmühle gegeben werden, deren Walzen beheizt werden können, um das Mischen zu erleichtern, und dann können die magnetischen Teilchen zusammen mit Füllstoff und dergleichen zugesetzt und dispergiert werden. Das Gemisch wird dann abkühlen gelassen, danach gemahlen und klassiert, zu einem geeigneten mittleren Teilchengrößenbereich von etwa 5 bis etwa 40 μπι, ausgedrückt als Zahlenmittel.

Andererseits kann das Bindemittel in einem geeigneten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gelöst werden, wonach Füllstoffe zur Lösung zugesetzt werden können, die unter gleichzeitiger Rührung konzentriert wird, bis die Dispersion ausreichend dick wird, um ein Absetzen von Füllstoff zu verhindern; danach kann die Dispersion getrocknet, gemahlen und wie oben klassiert werden.

Die Bindemittelkonponenten können auch in einem geeigneten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gelöst werden, das dann entfernt werden kann, um ein trockenes Bindemittelgemisch zu erhalten, zu welchem die magnetischen Teilchen und andere Füllstoffe zugesetzt werden können, wie z.B. in einem beheizten

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Banbury-Mischer, einer Kautschukmühle oder anderen geeigneten Hochleistungsmischern, die den Fachleuten aus der Technik bekannt sind. Nach dem Kühlen kann die Dispersion wiederum gemahlen und klassiert werden.

Die festen Teilchen, nach einer der obigen Prozeduren erhalten, können dann gegebenenfalls nach der folgenden Methode sphäroidisiert (weichgeglüht) werden. Das Pulver wird in einen sich bewegenden Gasstrom,vorzugsweise einen Luftstrom,geblasen, um ein Aerosol zu erzeugen. Dieses Aerosol wird in einer Kühlkammer senkrecht gegen und durch einen heißen Luftstrom gerichtet, der auf etwa 538⁰C erhitzt worden ist, wo das Pulver dann auf Grund seiner Schwere absitzen kann, wenn es abkühlt. Das erhaltene Pulver weist danach im wesentlichen sphäroidale (kugelähnliche) Teilchen auf.

Le itfähiger Kohlenstoff kann an den Teilchenoberflächen während dieses Sphäroidisierungsschrittes gebunden werden, indem die Kohlenstoffteilchen mit dem Tonernulver zusammengegeben werden, wenn es gegen den Strom der heißen Luft gerichtet wird.

Andererseits kann Kohlenstoff auch an der Tonerteilchenoberfläche durch^Mischen der Tonerteilchen und des leitfähigen Kohlenstoffs in einem mechanischen Mischwerk, wie dem Patterson-Kelly-Ellbogenmischer, gebunden werden. Der Mischer wird in einem Druckluftofen auf geeignete Temperatur eingestellt, wo der Kohlenstoff dann an der Oberfläche der thermisch erweichten Tonerteilchen gebunden wird.

Selbstverständlich kann leitfähiger Kohlenstoff auch in der Masse der Tonerteilchen dispergiert werden.

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Die Tonerteilchen können wahlweise mit einem Flußmittel gemischt werden, um sicherzustellen, daß das Entwicklerpulver freifließend ist. Typische Flußmittel umfassen abgerauchte Kieselsäure und Fettsäureamide, z.B. Kenamide von Kraftco Corporation. Die Amide werden durch ein Lösungsverfahren aufgebracht, bei dem eine Aufschlämmung von Tonerteilchen mit einer Lösung des Amids behandelt wird.

Das Tonerpulver der Erfindung kann mit üblichen und auf dem Markt erhältlichen elektrophotografischen Bildformungstechniken verwendet werden, ein Beispiel ist das in der US-PS 3 909 258 beschriebene System.

Substrate, die bildweise gestaltet und anschließend als lithographische Offsettplatte verwendet werden können, sind ebenfalls herkömmlicher Art und umfassen Oberflächen, z.B. aus Selen, Cadmiumsulfid, organischen Materialien wie Polyvinylcarbazol und dergleichen. Ein bevorzugtes Substrat wird in der schwebenden Anmeldung (DE-OS 30 10 980) beschrieben und enthält einen elektrisch leitfähigen Träger mit einer Polymerschicht darauf und einer über dieser Polymerschicht befindlichen Fotoleiterbeschichtung. Die Hauptkomponente der Polymerschicht ist ein Polymeres, ausgewählt aus Polyurethanen, Acrylpolymeren, Acrylatcopolymeren, Polysulfonen und Polyvinylacetaten. Der Träger ist in der Regel Papier und die fotoleitende Schicht enthält in der Regel Zinkoxid, das in einem isolierenden Bindemittel dispergiert ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von nichtbeschränkenden Beispielen im einzelnen erläutert. Alle Teilangaben beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist. In allen Fällen erfolgten die Druckläufe auf einem Gerät Multilith 1250 Printing Press.

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Beispiel 1

Zu Beginn der Herstellung des Tonerpulvers gemäß der Erfindung wurde eine herkömmliche zweiwalzige Kautschukmühle auf 160⁰C eingestellt, wonach 7 Teile Polystyrol mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 aufgegeben wurden. Nachdem das Polystyrol aufgeschmolzen war, wurde 1,0 Teil ültrathene UE634, ein PoIyäthylen-Copolymerisat mit 28 Gew.-% Vinylacetat und mit einem Schmelzindex von 6,0 (U.S.I. Chemicals) auf die Kautschukmühle gegeben und gründlich mit dem Polystyrol abgemischt. Nach gründlichem Mischen wurden 12,0 Teile Magnetit einer Submikrongröße zugegeben und gründlich zugemischt, indem die Schergeschwindigkeiten für eine Periode von 30 Minuten variiert wurden.

Das Material auf der Mühle wurde dann zu Bögen gezogen und abgeblättert, indem die Mahlwalzen mit kaltem Wasser gekühlt wurden. Das Material wurde zu kleineren Größen unter Verwendung eines herkömmlichen Labormahlwerks gemahlen, wobei die Zusammensetzung vor dem Mahlen mit Trockeneis abgeschreckt wurde. Der letzte Mahlgang bis zu einer Alpine-Klassifizierung von etwa 5 bis etwa 40 um Größe erfolgte mit einem herkömmlichen Hamner-Mahlwerk.

Danach wurden 0,17 Teile leitfähiger Kohlenstoff an der Tonerpulver-Teilchenoberfläche durch Heißmischen der Bestandteile in einem Patterson-Kelly-Ellbogenmischer gebunden.

Um eine Bildbildung zu erreichen, wurde ein elektrophotografischer Empfänger, wie er allgemein in der schwebenden Anmeldung (DE-OS 30 10 980) beschrieben wird, hergestellt, unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Papiers, das als "elektrostatisches Offset-Matergrund-Papier" bekannt ist und von Allied Paper Corporation erhalten wird. Dieses wurde bis zu

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einem Trockenüberzugsgewicht von 5 g pro m² beschichtet mit einer Urethanpolymermasse, die 175 Teile des Reaktionsproduktes von Polycaprolacetondiol, Neopentylglycol und 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 6 Teile Ruß und 14 5 Teile Methyläthylketon enthielt. Über dieser Urethanmasse wurde ein Zinkoxid/Polymerbindemittel/Farbstoff-Sensibilisator-Gemisch in Form einer fotoleitenden Schicht bis zu einem Trockengewicht von annähernd 32 g pro m² aufgebracht. Das fotoleitende Zinkoxid-Material wurde hergestellt durch Dispergieren von 79,2 Teilen Toluol, 35,2 Teilen eines 50 % Feststoffe aufweisenden Acrylharzes 690x300 von DeSoto, Inc., 105,6 Teilen Zinkoxid, 345-PC von St. Joe Minerals Corporation, und 5,3 Teilen einer 6gew.-%igen Lösung von Rhodamin-B-Farbstoff in Methanol bis zu einer Hegman-Mahlfeinheit von 5 bis 6 (NS-Skala).

Dieses Substrat wurde dann bildweise mit den Tonerpulver der Erfindung auf einem elektrophotographischen Gerät zur Bilderzeugung des Typs MR1135, das im Handel von 3M Company erhältlich ist, gestaltet. Wenn die erhaltene Druckplatte auf der Multilith 1250-Presse eingespannt wurde, konnte ein Drucklauf von mehr als 4000 Kopien erhalten werden.

Wenn die gleiche Platte unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Tonerpulvers hergestellt worden ware, wurde nur ein Drucklauf von lediglich 900 Kopien erreicht.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde dupliziert mit der Ausnahme, daß die Copolymerisat-Konzentration auf 2 Teile erhöht wurde, worauf eine Druckdauer von mehr als 4000 Kopien erhalten wurde.

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Beispiel 3

Beispiel 1 wurde dupliziert mit der Ausnahme, daß das Polystyrol aus Beispiel 1 weggelassen und P-iccolastic-D-i 25, ein Polystyrol mit einen Molekulargewicht von etwa 28 000, verwendet wurde.

Wenn wie in Beispiel 1 gearbeitet, ergab sich eine Druckdauer von mehr als 2.200 Kopien.

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde dupliziert mit der Ausnahme/ daß EY-902-30, ein Polyäthylen-vinylacetat-Copolynerisat, das 40 Gew.-% Vinylacetat enthält, einen Schrcelzindex von 70,0 hat und im Handel von U.S.I. Chemicals erhältlich ist, verwendet wurde.

Wenn verarbeitet und in Verbindung mit der Multilith12 50-Presse betrieben, ergab sich eine Druckdauer von mehr als 4000 Kopien.

Dr. Ro/bin

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Claims

3M Center, Saint Paul, Minnesota 55 101, V. St. A.

Patentansprüche

Durch Druck fixierbares, fließfähiges, magnetisches trockenes Tonerpulver, das zur Entwicklung von elektrophotografisch erzeugten Bildern geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver etwa 25 bis etwa 70 Gew.-% einer Bindemittelkonponente aus einem Gemisch von Polystyrol und einem Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisat, etwa 30 bis etwa 75 Gew.-% eines magnetisch permeablen Materials und etwa 0,5 bis etwa 2,0 Gew.-% leitfähigen Kohlenstoff enthält.
2. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisat etwa 2 bis etv/a 30 Gew.-% dieses Bindemittels und das Polystyrol etwa 70 bis etwa 98 Gew.-% dieses Bindemittels bildet.

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3. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel etwa 10,0 bis etwa 25 Gew.-% Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisat und etwa 75 bis etv/a 90 Gew.-% Polystyrol enthält.
4. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisat etwa 4 bis etwa 50 Gew.-% Vinylacetat enthält.
5. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisat einen Schmelzindex von etwa 3,6 bis etwa 70 aufweist.
6. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin/vinylacetat-Copolymerisat ein Polyäthylen/vinylacetat-Copolymerisat ist.
7. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polystyrol ein mittleres Molekulargewicht von etwa 1Q00 bis etwa 100 000 aufweist.
8. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisch permeable Material etwa 50 bis etwa 65 Gew.-% des Pulvers und das Bindemittel etwa 35 bis etwa 50 Gew.-% des Pulvers bildet.
9. Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver eine mittlere Teilchengröße, ausgedrückt als Zahlenmittel, von etwa 5 bis etwa 40 μη aufweist.

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