DE3132619A1

DE3132619A1 - Tonerteilchen und verfahren zum fixieren derselben auf einer unterlage

Info

Publication number: DE3132619A1
Application number: DE19813132619
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Kobe Hyogo Negoro
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1980-08-21
Filing date: 1981-08-18
Publication date: 1982-06-24

Description

Beschreibung
zu der Patentanmeldung betreffend Tonerteilchen und Verfahren zum Fixieren derselben auf einer Unterlage Die Erfindung bezieht sich auf ein bei der Elektrophotographie anzuwendendes Verfahren zum Fixieren von Tonerbildern auf einer Unterlage mit Hilfe einer Hochfrequenzerhitzung sowie auf einen bei diesem Verfahren verwendbaren Toner.
Zum Herstellen von Kopien werden in großem Umfang elektrophotographische Verfahren eingesetzt. Wie z.B. aus den US-PSen 4 165 393 und 4 155 883 bekannt, werden zuerst latente elektrostatische Bilder Ruf einer photoleitfähigen Trommel mit Hilfe eines Magnetbürstenverfahrens oder eines Kaskadenverfahrens erzeugt und dann mittels einer Trockenentwicklung unter Verwendung eines Toners, d.h. eines Entwicklungspulvers, auf der Trommel in sichtbare Tonerbilder verwandelt. Diese Tonerbilder werden dann von der Trommel auf eine Unterlage, z.B. gewöhnliches Papier, übertragen, und zwar gewöhnlich mittels einer Koronaentladung, woraufhin die Bilder fixiert werden.
Auf dem Gebiet der Elektrophotographie werden gewöhnlich zwei Arten von Tonern in großem Umfang Verwendet. Bei der einen Art handelt es sich um einen Zweikomponenten-Toner, während es sich bei der anderen Art um einen Einkomponenten-Toner handelt. Ein Zweikomponenten-Toner ist ein Gemisch aus Tonerteilchen, das sich aus Ruß als Färbemittel, das in einem Harzbindemittel dispergiert ist, und Trägerteilchen, gewöhnlich einem Eisenpulver oder einem magnetischen Pulver, zusammensetzt. Die Tonerteilchen und die Teilchen des Trägermaterials werden durch Reibung triboelektrisch aufgeladen, während sie mittels einer drehbaren Trommel zu einer Entwicklungsstation überführt werden, und die Tonerteilchen werden auf die latenten Bilder überführt, die aus Ladungen bestehen, welche den Ladungen der Tonerteilchen entgegengesetzt sind, so daß die latenten Bilder zu sichtbaren Tonerbildern entwickelt werden. Ein Einkomponenten-Toner, der häufig auch als magnetischer Toner bezeichnet wird, besteht aus Teilchen, die ein magnetisches Material und in einem Harzbindemittel dispergierten Ruß enthalten. Die Entwicklung erfolgt hierbei durch elektrostatische Induktion oder Polarisation infolge der in den latenten Bildern enthaltenen statischen Elektrizität.
Es stehen verschiedene Fixierverfahren zur Verfügung, von denen insbesondere zwei in großem Umfang angewendet werden, um die in der beschriebenen Weise erzeugten Tonerbilder zu fixieren. Bei einem ersten Verfahren wird eine äußere Heizvorrichtung benutzt, um eine thermische Erhitzung der Tonerbilder zu bewirken und das Harzbindemittel zum Schmelzen zu bringen. Bei einem zweiten Verfahren werden beheizte Walzen benutzt. Ein Aufzeichnungsblatt, auf dem sich die Tonerbilder befinden, wird zwischen den Walzen hindurchgeführt, so daß der Toner zum Schmelzen gebracht und auf das Aufnahmeblatt aufgepreßt wird. Bei dem ersten Verfahren muß man Jedoch nach dem Einschalten der Kopiermaschine eine Wartezeit einhalten, damit sich die Heizvorrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur aufheizen kann; dies gilt auch dann, wenn eine große Menge elektrischer Energie zugeführt wird; außerdem besteht bei diesem Verfahren die Gefahr, daß sich die Temperatur des Gehäuses der Kopiermaschine erhöht. Außerdem weist das Verfahren den Nachteil auf, daß gewöhnliches Papier häufig verkohlt. Auch bei dem Verfahren, bei dem beheizte Walzen benutzt werden, ist eine Wartezeit erforderlich, und außerdem ergibt sich der Nachteil, daß die Gefahr besteht, daß der Toner an der Umfangsfläche der Walzen haftet oder während des Fixierens auf dem gewöhnlichen Papier diffundiert, so daß unscharfe Bilder entstehen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die fixierten Bilder dadurch zu stark glänzend werden, daß sie zwischen den beheizten Walzen einem Preßdruck ausgesetzt werden.
Um die vorsteheid genannten Nachteile zu vermeiden, wurde bereits ein Verfahren vorgeschlagen, das dazu dienen soll, Tonerbilder dadurch zu fixieren, daß sie einem hochfrequenten elektrischen Feld ausgesetzt werden. Jedoch sind die bekannten Toner, und zwar sowohl der Zweikomponenten-Toner als auch der Einkomponenten-Toner, nicht geeignet, mit Hilfe einer Hochfrequenzerhitzung fixiert zu werden, denn die gebräuchlichen Harzbindemittel, z.B. Polystyrol, ein Acrylnitril-Styrol-Copolymer und Phenolharz, absorbieren nur wenig hochfrequente Energie, und daher werden sie nicht auf dielektrischem Wege so weit erhitzt, daß sie zum Schmelzen kommen und auf gewöhnlichem Papier fixiert werden. Dagegen ist Ruß im allgemeinen geeignet, die hochfrequente Energie zu absorbieren, da er an seiner Oberfläche zahlreiche funktionelle Gruppen aufweist. Zwar enthalten die gebräuchlichen Tonerteilchen 20 Gewichtsprozent oder mehr an Ruß, bezogen auf die Teilchen, als Pigment bei einem Zweikomponenten-Toner sowie als elektrisch leitendes Material wie auch als Pigment bei dem Einkomponenten-Toner, doch ist es bei diesen Tonerteilchen erforderlich, die hochfrequente Energie während einer Zeit von mehreren Sekunden bis zu vielen Minuten zur Wirkung zu bringen, um ein Schmelzen und Fixieren auf gewöhnlichem Papier bei einer elektrischen Feldstärke zu erreichen, die bis jetzt höchstens 200 V/cm oder weniger beträgt. Wird dagegen mit einem starken Feld von 500 V/cm oder darüber gearbeitet, um die Einwirkungszeit abzukürzen, werden die Tonerteilchen infolge einer Überhitzung des darin enthaltenen Rußes zur Entzündung gebracht.
Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, Tonerbilder auf einer Unterlage innerhalb weniger Sekunden so zu fixieren, daß man scharfe Bilder erhält. Ferner soll ein zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneter Toner angegeben werden, insbesondere ein Toner, der geeignet ist, mittels einer Hochfrequenzerhitzung be-i einer hohen Feldstärke von 500 V/cm oder darüber fixiert zu werden.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch die Schaffung eines Verfahrens zum Fixieren von Tonerbildern auf einer Unterlage gelöst, das Maßnahmen umfaßt, um Tonerbilder unter Verwendung von Tonerteilchen zu erzeugen, die mindestens ein Harzbindemittel enthalten, das aus der Gruppe gewählt ist, zu der die folgenden Stoffe gehören: a) teilweise verseifter Polyvinylalkohol mit einem Polymerisationsgrad von 100 bis 300 und einem Verseifungsgrad von 10 bis 60 Molprozent, b) ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent und einem Schmelzindex von 10 bis 70 g/min, c) ein Epoxidharz mit einem Molekulargewicht von 900 bis 4000 und einem Schmelzpunkt zwischen 70 und l600C, d) Polyäthylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 bis 40 000, e) Urethan aus Polyesterglycol oder Polyätherglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 2000 sowie f) ein Ester von Polyesterglycol oder Polyätherglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 2000, und um die Tonerbilder bei einer Frequenz von 3 bis 30 000 MHz einem elektrischen Feld mit einer Feldstärke von 500 V/cm oder darüber auszusetzen, um hierdurch das Harzbindemittel zum Schmelzen zu bringen und die Tonerbilder auf der Unterlage zu fixieren.
Im allgemeinen weist eine einzige organische Verbindung oder ein Polymer, das funktionelle Gruppen enthält, einen hohen dielektrischen Verlustfaktor auf und läßt sich daher leicht dadurch zum Schmelzen bringen, daß man zur Erhitzung hochfrequente Energie aufbringt. Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß Äther- oder Esterbindungen sowie EJdroxyl-oder Acetoxygruppen insbesondere das Vermögen zum Absorbieren hochfrequenter Energie steigern, doch sind die meisten Verbindungen oder Polymere, die solche polaren Gruppen aufweisen, nicht geeignet, bei elektrophotographischen Vorgängen mit Hilfe hochfrequenter Energie erhitzt zu werden, da sie zu hohe oder zu niedrige Schmelz- oder Erweichungspunkte aufweisen. Gemäß der Erfindung werden daher Harzbindemittel gewählt oder auf chemischem Wege so modifiziert, daß sie geeignet sind, Tonerbilder bei der Elektrophotographie zu fixieren.
Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, die als Beispiel eine bekannte Vorrichtung zum Herbeiführen einer Hochfrequenzerhitzung bei der Elektrophotographie zeigt.
Bei dem ersten gemäß der Erfindung verwendeten Harzbindemittel handelt es sich um teilweise verseiften Polyvinylalkohol mit einem Polymerisationsgrad von 100 bis 300, einem Verseifungsgrad von 10 bis 60 Molprozent und einem Erweichungspunkt von 70 bis 160 0C und vorzugsweise zwischen 90 und 1500C. Der Polyvinylalkohol besitzt einen hohen dielektrischen Verlustfaktor und einen geeigneten Erweichungspunkt, so daß er sich unter noch zu erläuternden Bedingungen mit Hilfe der Hochfrequenzerhitzung zum Schmelzen bringen läßt.
Andere Polyvinylalkohole als der soeben genannte eignen sich nicht dazu, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels hochfrequenter Energie erhitzt zu werden, da sie einen zu hohen Erweichungspunkt haben.
Bei dem zweiten verwendeten Bindemittel handelt es sich um ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent und einem Schmelzindex von 10 bis 70 g/min. Ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von weniger als 20 Gewichtsprozent besitzt nur einen geringen dielektrischen Verlustfaktor, weist jedoch einen hohen Erweichungspunkt auf, so daß es für die Hochfrequenzerhitzung nicht geeignet ist. Ein Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von über 60 Gewichtsprozent ist dagegen entweder flüssig oder erweicht bei niedrigen Temperaturen, die für das Fixieren mittels hochfrequenter Energie nicht geeignet sind. Ein Schmelzindex von 10 bis 70 g/min ist erforderlich, damit das Harzbindemittel leicht an der Oberfläche von gewöhnlichem Papier haftet.
Bei einem ebenfalls verwendbaren dritten Harzbindemittel handelt es sich um ein Epoxidharz mit einem Molekulargewicht von 900 bis 4000 und einem Schmelzpunkt von 70 bis 1600C. Vorzugsweise verwendet man Bisphenol-A-Glycidyläther-Epoxidharz und o-Kresol-Novolac-Glycidyläther-Epoxidharz.
Als Beispiele für solche Epoxidharze seien folgende Sorten genannt: Epikote 1001, 1002, 1003, 1004, 1009, 1055 llnd 2057 GPR (sämtlich von der Shell Chemical Co.), Glycidyläther-Epoxidharze sowie Epototo YDCN-220H und 220HH (beide von Toto Kasei K.K.) und Novolac-Glycidyläther-Epoxidharze.
Diese Epoxidharze haben scharf ausgeprägte Schmelzpunkte und sind als Tonerteilchen zum Fixieren mittels hochfrequenter Energie besonders geeignet.
Bei einem vierten ebenfalls verwendbaren Harzbindemittel handelt es sich um Polyäthylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 bis 40 000, denn das Glycol weist Ätherbindungen in der Polymerkette und Hydroxylgrppen an ihren Enden auf, so daß es hochfrequente Energie in hohem Maße absorbiert; außerdem besitzt es einen Erweichungspunkt, wie er bei einem erfindungsgemäß zu verwendenden Harzbindemittel erwünscht ist. Außerdem besitzt das Glycol eine gute Affinität zu gewöhnlichem Papier, da Hydroxylgruppen vorhanden sind.
Bei einem fünften gemäß der Erfindung verwendbaren Harzbindemittel handelt es sich um Urethan aus Polyesterglycol oder Polyätherglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 2000, das durch Reagieren von Glycol mit Diisocyanaten gewonnen wird. Für das gemäß der Erfindung vorzugsweise verwendete Polyesterglycol gilt die nachstehende allgemeine Formel: H0-(R1-OCO-R2-C00) n' -OH Hierin bezeichnet R1 ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, R2 ein Radikal mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und n eine Zahl, die so gewählt ist, daß das Glycol ein rittleres Molekulargewicht von 200 bis 2000 aufweist. Um das Tolyesterglycol zu erzeugen, läßt man Glycole, z.B. Polycthylenglycol, Polypropylenglycol, Pentamethylenglycol und Hexamethylenglycol, mit Dicarboxylsäuren, z.B. Bernsteinsäure, Adipinsäure, Korksäure, Sebacinsäure und Phthalsäure, in der üblichen Weise in Gegenwart eines Mineralsäurekatalysators reagieren. Vorzugsweise werden aliphatische Dicarboxylsäuren verwendet, jedoch sind zahlreiche Polyesterglycole im Handel erhältlich.
Für das gemäß der Erfindung vorzugsweise verwendete Polyätherglycol gilt die nachstehende allgemeine Formel: 3 HO - (R³ - O)m -H Hierin bezeichnet R3 ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und m eine Zahl, die so gewählt ist, daß das Glycol ein mittleres Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat. Als Beispiele seien die folgenden genannt: Polyäthylenglycol, Polypropylenglycol, Polytetramethylenglycol, ein Copolymer aus Äthylenoxid und Propylenoxid, ein Copolymer aus Xthylenoxid und Tetrahydrofuran sowie ein Copolymer aus Propylenoxid und Tetrahydrofuran.
Das Molekulargewicht des Polyesterglycols und des PG' Y-ätherglycols liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 2000. Ist das Molekulargewicht niedriger als 200, liefert die Urethanmodifikation des Glycols mit Diisocyanaten nur glasartige Erzeugnisse mit geringem Absorptionsvermögen für hochfrequente Energie, und wenn das Molekulargewicht über 2000 liegt, enthalten die Urethanprodukte nur kleine Mengen von Urethanbindungen, und daher ist ihre Erweichungspunkt für das Fixieren mittels hochfrequenter Energie nicht geeignet.
Vorzugsweise wird 1 Mol des Glycols zur Reaktion mit 0,5 bis 1 Mol der Diisocyanate gebracht. Beträgt die Menge des Diisocyanats weniger als 0,5 Mol in Beziehung zu 1 Mol des Glycols, weisen die erhaltenen Urethanprodukte keinen Erweichnungspunkt auf, der im Bereich von 70 bis 160 0C liegt, wie es für das erfindungsgemäße Hochfrequenzfixierverfahren erforderlich ist. Beträgt die Menge an Diisocyanaten mehr als 1 Mol, zeigen die Urethanprodukte eine übermäßige Vernetzung, und daher sind die Erweichungspunkte 2 I hoch und undeutlich.
Bezüglich der zu verwendenden Diisocyanate bestehen keine Beschränkungen; als Beispiele seien jedoch die folgenden genannt: Tolylendiisocyanat, Xylylendiisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, 1,3-bis(Isocyanatmethyl)cyclohexan, Trimethylhexamethylendiisocyanat, Lysinisocyanat-Methylester usw. Die Reaktion des Glycols mit Diisocyanaten kann in der üblichen Weise durchgeführt werden. Beispielsweise wird das Glycol mit einem Diisocyanat gemischt und gerührt, und dem Gemisch wird ein Katalysator, z.B. Dibutylzinndilaureat, zugesetzt.
Bei einem sechsten gemäß der Erfindung verwendbaren Harzbindemittel handelt es sich um Ester des genannten Polyesterglycols oder Polyätherglycols mit Carboxylsäuren. Ein Glycol mit einem mittleren Molekulargewicht von weniger als 2W)0 liefert Ester, bei denen das Absorptionsvermögen für hochfrequente Energie wegen der geringen Flexibilität des Moleküls gering ist, während ein Glycol mit einem mittleren Molekulargewicht von mehr als 2000 Ester liefert, deren Schmelzpunkte nicht zwischen 70 und 160 0C liegen, wie es für die erfindungsgemäße Hochfrequenzfixierung erforderlich ist. Zum Verestern des Glycols werden vorzugsweise aliphatische monobasische Carboxylsäuren mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen sowie aromatische mono- und zwei basische Carboxylsäuren mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen verwendet. Zu den bevorzugten aliphatischen Monocrboxylsäuren gehören die folgenden: Dekansäure, Dodekansäure, Myristinsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure. Ferner kann man ungesättigte aliphatische Carboxylsäuren, z.B. Ölsäure, verwenden. Als bevorzugte Beispiele für aromatische Carboxylsäuren seien die folgenden genannt: Benzoesäure, substituierte Benzoesäuren wie Toluinsäuren, Salicylsäure, p-Hdroxylbenzoesäure, Aminobenzoesäuren und Methoxybenzoesäuren, Phthalsäure, Isophthalsäure und Terephthalsäure.
Vorzugsweise verwendet man auch Anhydride, z.B. Phthalsäureanhydrid sowie Ester, saure Halogenide und Amide.
Besonders bevorzugt werden Ester von Glycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 500 bis 1000 und aliphatische-Carboxylsäuren oder Phthalsäureanhydrid mit längeren Ketten.
Die Veresterungsreaktion kann auf bekannte Weise in Gegenwart saurer Katalysatoren durchgeführt werden.
Da Polyesterglycol und Polyätherglycol in ihren Molekülen zahlreiche polare Gruppen enthalten, zeigen sie ein hohes Absorptionsvermögen für hochfrequente Energie, doch sind die meisten Glycole flüssig oder fest, und sie haben niedrige Erweichungspunkte, so daß sie für die Hochfrequenzfixierung nicht geeignet sind. Gemäß der Erfindung werden die Glycole zu Urethanen oder Estern modifiziert, so daß sLe bei geeigneten Temperaturen innerhalb von Sekunden zum Schmelzen gebracht werden, um auf gewöhnlichem Papier fixiert zu werden, wenn der Toner bei hoher Feldstärke der Wirkung hochfrequenter Energie ausgesetzt wird.
Die erfindungsgemäßen Tonerteilchen enthalten mindestens eines der genannten Harzbindemittel und Färbemittel, und sie können außerdem zusätzliche Harze enthalten, die hochfrequente Energie nicht in einem bemerkbaren Ausmaß absorbieren. Als bevorzugte Beispiele für solche Zusatzharze seien genannt: Polystyrol, Acrylnitril-Styrol-Copolymerisate, Styrol-Acrylsäure-Copolymerisate, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyamide und Polyester als thermoplastische Harze sowie Phenolharz, Diallylphthalatharz und Polyesterharze als Duroplaste. Zu den weiteren bevorzugten Zusatzharzen gehören Petroleumharze und umaronharze. Die Zusatzharze haben vorzugsweise Erweichungscder Schmelzpunkte, die wie bei den Harzbindemitteln im Bereich von 70 bis 16O0C liegen. Die Zusatzharze können in engen bis zu 200 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Farzbindemittels verwendet werden. Verwendet man mehr als 200 Gewichtsteile auf 100 Gewichtsteile des Harzbindemittels, erhält man einen Toner, der dem hochfrequenten elektrischen Feld während einer langen Zeit ausgesetzt werden.
muß, um zum Schmelzen gebracht zu werden.
Als Färbemittel kann man jedes Pigment und jeden Farbstoff verwenden. Gewöhnlich verwendet man Ruß, Trieisentetroxid (Schwarzeisenoxid) und Nigrosin. Das Färbemittel wird den Tonerteilchen in Mengen von 1 bis 15 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Harzbindemittels zugesetzt. Wird als Färbemittel Ruß verwendet, setzt man den Ruß vorzugsweise in Mengen von 1 bis 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Harzbindemittels zu, denn Tonerteilchen, die Ruß in einer Menge von mehr als 10 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Harzbindemittels enthalten, werden zur Entzündung gebracht, wenn sie gemäß der Erfindung bei einer hohen Feldstärke von 500 V/cm oder darüber einem hochfrequenten elektrischen Feld ausgesetzt werden. Setzt man dagegen den Tonerteilchen Trieisentetroxid sowohl als magnetisches Pulver wie auch als Pigment zu, kann man dieses Pulver in Mengen bis zu 200 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Harzbindemittels verwenden, denn es ist für hochfrequente Energie weniger empfindlich als Ruß. Jedoch ist es nicht zweckmäßig, mehr als 200 Gewichtsteile Trieisentetroxid auf 100 Gewichtsteile des Harzbindemittels zu verwenden, da die Tonerteilchen in diesem Fall wegen des geringen Harzgehalts nicht einwandfrei auf gewöhnlichem Papier fixiert werden können.
Die Zeichnung veranschaulicht als Beispiel eine bekannte Vorrichtung für die Hochfrequenzfixierung bei der Elektrophotographie. Eine Unterlage 1, auf der Tonerbilder erzeugt norden sind, wird durch ein Förderband 2 einer Fixierstation zugeführt, wo die Unterlage zu einer zum Aufbringen iochfrequenter Energie dienenden Einrichtung 3 gelangt, ie an einen Hochfrequenzgenerator 4, z.B. ein Magnetron, angeschlossen ist. Gemäß der Erfindung werden die Tonerbilder bei einer Feldstärke von 500 V/cm oder darüber einem elektrischen Feld mit einer Frequenz von 3 bis 30 000 MHz und vorzugsweise von 300 bis 30 000 MHz ausgesetzt, um das in dem Toner enthaltene Harzbindemittel zu erhitzen und zu schmelzen und um die Tonerbilder auf dem gewöhnlichen Papier zu fixieren. Wird mit einer Feldstärke von weniger als 500 V/cm gearbeitet, muß man die hochfrequente Energie während einer längeren Zeit einwirken lassen. Je höher die Feldstärke ist, desto stärker wird das Harzbindemittel erhitzt, doch kann sich in der Praxis eine Obergrenze der Feldstärke von 5000 V/cm ergeben, Erforderlichenfalls ist es jedoch auch möglich, eine Feldstärke von über 5000 V/cm zu wählen.
Da gemäß der Erfindung das Harzbindemittel so gewählt oder chemisch so modifiziert wird, daß es bei einer Feldstärke von 500 V/cm oder darüber hochfrequente Energie in hohem laße absorbiert, so daß die Tonerteilchen bei geeigneten Temperaturen innerhalb weniger Sekunden zum Schmelzen gebracht werden, werden die Tonerbilder auf gewöhnlichem Pa-;vier zuverlässig fixiert, so daß man scharfe Bilder von hoher Qualität erhält. Da die erfindungsgemäßen Tonerteilchen selbst hochfrequente Energie absorbieren und hierbei bis zum Schmelzen erhitzt werden, ist es ferner nicht erforderlich, den Tonerteilchen Ruß als Mittel zum Absorbieren hochfrequenter Energie zuzusetzen; vielmehr können die Teilchen jeden gewünschten Farbstoff enthalten, und daher sind die erfindungsgemäßen Tonerteilchen auch zum Herstellen farbiger Kopien geeignet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, die jedoch nur zur Veranschaulichung der Erfindung dienen und nicht als Einschränkungen zu betrachten sind.
Bei diesen Beispielen wurde eine Hochfrequenz-Heizeinrichtung benutzt, zu der ein Magnetron mit einer Leistungsaufnahme von 300 W gehörte, das mit einer Frequenz von 2450 MHz betrieben wurde. Gewöhnliches Papier, auf dem Tonerbilder aus Tonerteilchen erzeugt worden waren, wurde einer Belastungsschaltung bzw. Behandlungseinrichtung zugeführt, und die Hochfrequenzerhitzung erfolgte bei einer Feldstärke von 1000 V/cm. Die Transportgeschwindigkeit des gewöhnlichen Papiers wurde variiert; unter der Fixiergeschwindigkeit ist im folgenden die Transportgeschwindigkeit des gewöhnlichen Papiers zu verstehen, die erforderlich ist, um ein einwandfreies Fixieren der Tonerbilder zu gewährleisten.
Beispiel 1 100 Gewichtsteile teilweise verseifter Polyvinylalkohol mit einem Polymerisationsgrad von 130 und einem Verseifungsgrad von 23 Molprozent und 10 Gewichtsteile Nigrosin wurden gemischt und geschmolzen. Dann wurde das Gemisch pulverisiert und gesiebt, so daß man Tonerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 10 Mikrometer erhielt. Tonerbilder wurden auf gewöhnlichem Papier mit Hilfe einer handelstblichen Kopiermaschine hergestellt und der Einrichtung zum Zuführen hochfrequenter Energie zugeführt, wobei die Fixierzeit 8 cm/sec betrug.
Beispiel 2 Tonerteilchen mit der in der Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung wurden hergestellt, und daraus erzeugte Tonerbilder wurden entsprechend dem Beispiel 1 fixiert, wobei die Ergebnisse den Angaben in der Tabelle 1 entsprechen.
Es sei bemerkt, daß sich die Tonerbilder bei den Beispielen 3, 5 und 8 schneller fixieren ließen, da die Tonerteilchen Ruß enthielten.
Tabelle 1 Beispiel 2 3 4 5 6 7 8 9 Harzbindemittel, PVA1) PVA1) EVA2) EVA2) Epikote3) Epikote Epikote Epototo4) Gewichtsteile (100) (100) (100) (100) 1004 (100) 1004 (100) 1004 (100 YDCN-220H (100) Zusatzharze, Petroleum Kumaronharz Gewichtsteile harz (100) (100) Färbemittel, Nigro- Ruß Nigrosin Nigrosin Nigrosin Nigrosin Ruß Nigrosin Gewichtsteile sin (20) (10) (10) (5) (10) (20) (10) (10) Ruß (10) Fixierzeit, 6 10 7 9 10 8 12 11 cm/sec 1) Wie im Beispiel 1 verwendet.
2) Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von 40 Gewichtsprozent und einem Schmelzindex von 40 g/min 3) Bisphenol-A-Glycidyläther-Epoxidharz (Sheil Chemical Co.) 4) o-Kresol-Novolac-Glycidyläther-Epoxidharz (Toto Kasei K.K.) Beispiel 10 100 Gewichtsteile von linearem Polyesterglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 500 (Desmophen 850, Bayer) wurden mit 49 Gewichtsteilen Isophorondiisocyanat und 0,5 Gewichtsteil Dibutylzinndilaureat gemischt, gerührt und bei 100°C während einer Zeit von 2 Stunden zur Reaktion gebracht, um ein Urethan mit dem Schmelzpunkt 89°C zu erzeugen. 90 Gewichtsteile des Urethans wurden mit 10 Gewichtsteilen Nigrosin gemischt, und das Gemisch wurde in einem zweiachsigen Extruder geknetet, mittels einer Düse pulverisiert und gesiebt, so daß man Tonerteilchen mit einer mittleren Größe von 12 Mikrometer erhielt. Tonerbilder wurden entsprechend dem Beispiel 1 erzeugt und fixiert. Die Fixiergeschwindigkeit betrug 10 cm/sec.
Beispiel 11 100 Gewichtsteile Polyäthylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 600 und 44 Gewichtsteile rolylendiisocyanat wurden in Gegenwart von 0,5 Gewichtsteil Dibutylzinndilaureat entsprechend dem Beispiel 10 zur Reaktion gebracht, wobei man ein leicht elastisches Urethan mit dem Schmelzpunkt 800C erhielt. 90 Gewichtsteile des Urethans und 10 Gewichtsteile Nigrosin wurden gemischt, und Tonerteilchen mit einer mittleren Größe von 12 Mikrometer wurden entsprechend dem Beispiel 10 hergestellt. Die Fixiergeschwindigkeit betrug 11 cm/sec.
Beispiel 12 35 Gewichtsteile Urethan, das entsprechend dem Beispiel 10 erzeugt worden war, 30 Gewichtsteile Polystyrol (Hymer ST-95, Schmelzpunkt 950C, Sanyo Kasei Kogyo K.K.) und 35 Gewichtsteile Trieisentetroxid wurden entsprechend dem Beispiel 10 behandelt, um Tonerteilchen mit einer mittleren Größe von 13 Mikrometer herzustellen; die Fixiergeschwindigkeit betrug 10 cm/sec.
Beispiel 13 100 Gewichtsteile Polybutylenadipat mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 (Nippon Polyurethane Kogyo K.K.) und eine überschüssige Menge an Phthalsäureanhydrid wurden in Toluol gelöst und 24 Stunden lang in Gegenwart eines Schwefelsäurekatalysators im Rückfluß behandelt. Nach der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch mit Wasser gewaschen, und das Toluol wurde aus dem Gemisch entfernt, so daß ein Polyesterglycolester mit dem Schmelzpunkt 980C zurückblieb.
98 Gewichtsteile des Esters und 10 Gewichtsteile Nigrosin wurden entsprechend dem Beispiel 10 behandelt, um Tonerteilchen mit einer mittleren Größe von 12 Mikrometer zu erzeugen. Die Fixierzeit betrug 9 cm/sec.
Beispiel 14 400 Gewichtsteile Polyäthylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 600 wurden entsprechend dem Beispiel 13 zur Reaktion mit 300 Gewichtsteilen Stearinsäure gebracht, wobei man einen wachsigen Ester mit dem Schmelzpunkt 800C erhielt. Bei Tonerteilchen mit einer Größe von 12 Mikrometer, die entsprechend dem Beispiel 10 hergestellt worden waren, ergab sich eine Fixiergeschwindigkeit von 12 cm/sec.
Beispiel 15 35 Gewichtsteile des entsprechend dem Beispiel 13 hergestellten Polyäthylenglycolesters, 30 Gewichtsteile Polystyrol (Hymer ST-95) und 35 Gewichtsteile Trieisentetroxid wurden entsprechend dem Beispiel 10 zu Tonerteilchen mit einer Größe von 12 Mikrometer verarbeitet; die Fixiergeschwindigkeit betrug 9 cm/sec.
Beispiele 16 bis 18 Polyäthylenglycol und Färbemittel wurden in den aus der nachstehenden Tabelle 2 ersichtlichen Mengen gemischt, geschmolzen, pulverisiert und gesiebt, um Tonerteilchen mit einer Größe von 10 Mikrometer herzustellen. Tonerbilder wurden entsprechend dem Beispiel 1 auf gewöhnlichem Papier erzeugt und dann fixiert. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2 Beispiel 16 17 18 Molekulargewicht Polyäthylenglycole, 8000 6000 8000 Gewichtsteile (100) (100) (100) Zusatzharze, Kumaron-Gewichtsteile harz (100) Färbemittel, Nigrosin Nigrosin Ruß Gewichtsteile (10) (20) (9) Fixiergeschwindigkeit, 12 10 16 cm/sec Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die offenbarte räumliche Ausgestaltung, werden, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind, als erfindungswesentlich beansprucht.
L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche Verfahren zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Aufzeichnungsblatt, dadurch gekennzeichnet, daß Tonerbilder aus Tonerteilchen erzeugt werden, die mindestens ein Bindemittelharz enthalten, das aus der Gruppe gewählt ist, zu der die folgenden Stoffe gehören: a) teilweise verseifter Polyvinylalkohol mit einem Polymerisationsgrad von 100 bis 300 und einem Verseifungsgrad von 10 bis 60 Molprozent, b) ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent und einem Schmelzindex von 10 bis 70 g/min, c) ein Epoxidharz mit einem Molekulargewicht von 900 bis 4000 und einem Schmelzpunkt von 70 bis 1600C, d) Polyäthylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 bis 40 000, e) Urethan aus Polyesterglycol oder Polyätherglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 2000 und f) Ester aus Polyesterglycol oder Polyätherglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 2000, und daß die Tonerbilder bei einer Feldstärke von 500 V/cm oder rber einem hochfrequenten elektrischen Feld mit einer Frequenz von 3 bis 30 000 MHz ausgesetzt werden, um das Bindemittelharz zum Schmelzen zu bringen und die Tonerbilder auf dem Aufzeichnungsblatt zu fixieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Epoxidharz um Bisphenol-A-Glycidyläther-Epoxidharz oder o-Kresol-Novolac-Glycidyläther Epoxidharz handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethan ein Polyesterglycolprodukt ist, für das die nachstehende allgemeine Formel gilt:-HO-(R¹-OCO-R²-COO)n-R¹-OH, wobei R1 ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeich-9 net, R ein organisches Radikal mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und n eine Zahl, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, wobei 0,5 bis 1 Äquivalentmol von Diisocyanaten vorhanden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethan ein Polyätherglycolprodukt ist, das der nachstehenden allgemeinen Formel entspricht: HO-(R³-O)m-H wobei R³ ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet und m eine Zahl ist, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, sowie 0,5 bis 1 Moläquivalent an Diisocyanaten.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester ein Produkt ist aus Polyesterglycol mit der allgemeinen Formel HO-(R¹-OCO-R²-COO)n-R¹-OH, wobei R1. ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet, R2 ein organisches Radikal mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und n eine Zahl, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, sowie aus aliphatischen Monocarboxylsäuren mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen, aromatischen Carboxylsäuren mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Abkömmlingen der aromatischen Carboxylsäuren.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester ein Produkt ist aus Polyätherglycol mit der nachstehenden allgemeinen Formel: HO-(R³-O)m-H, wobei R³ ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet und m eine Zahl ist, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, sowie von aliphatischen Monocarboxylsäuren mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen, aromatischen Carboxylsäuren mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder von Abkömmlingen der aromatischen Carboxylsäuren.
7. Tonerteilchen zum Fixieren von Tonerbildern auf einem Aufzeichnungsblatt mit Hilfe der Einwirkung eines hochfrequenten elektrischen Feldes mit einer Frequenz von 3 bis 30 000 MHz bei einer Feldstärke von 500 V/cm oder darüber, gekennzeichnet durch 100 Gewichtsteile mindestens eines Bindemittelharzes, das aus der Gruppe gewählt ist, zu der die folgenden Stoffe gehören: a) teilweise verseifter Polyvinylalkohol mit einem Polymerisationsgrad von 100 bis 300 und einem Verseifungsgrad von 10 bis 60 Molprozent, b) ein Athylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgellalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent und einem Schmelzindex von 10 bis 70 g/min, c) ein Epoxidharz mit einem Molekulargewicht von 900 bis 4000 und einem Schmelzpunkt von 70 bis 1600C, d) Polyäthylenglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 2000 bis 40 000, e) Urethan aus Polyesterglycol oder Polyätherglycol mit einem mittleren Molekilnrgewicht von 200 bis 2000 sowie f) Ester aus Polyeste.glycol oder Polyätherglycol mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 2000 und 1 bis 15 Gewichtsteile an Färbemitteln sowie gegebenenfalls bis zu 200 Gewichtsteile mindestens eines Zusatzharzes, das aus der Gruppe gewählt ist, zu der die nachstehend genannten gehören: Polystyrol, ein Acrylnitril-Styrol-Copolymer, ein Styrol-Acrylsäure-Copolymer, Polyäthylen, Polypropylen, Polyacrylat, Polymethacrylat, Polyamid, thermoplastische Polyester, Phenolharze, Diallylphthalatharz, mittels Wärme härtbares Polyesterharz, Petroleumharz und Kumaronharz mit Schmelzpunkten im Bereich von 70 bis 1600C.
8. Tonerteilchen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Epoxidharz um Bisphenol-A-Glycidyläther-Epoxidharz oder o-Kresol-Novolac-Glycidyläther-Epoxidharz handelt.
9. Tonerteilchen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethan ein Produkt ist aus Polyesterglycol nach der nachstehenden allgemeinen Formel: HO-(R1-OCO-R2-COO)n-R -OH, wobei R1 ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet, R2 ein organisches Radikal mit 2 bis 70 Kohlenstoffatomen und n eine Zahl, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, sowie von 0,5 bis 1 Äquivalentmol an Diisocyanaten.
30. Tonerteilchen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Urethan ein Produkt ist aus Polyätherglycol nach der nachstehenden allgemeinen Formel: HO-(R3 R3,0) -H, wobei R3 ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet und m eine Zahl ist, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, sowie von 0,5 bis 1 Äquivalentmol an Diisocyanaten.
11. Tonerteilchen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester ein Produkt ist aus Polyesterglycol nach der nachstehenden allgemeinen Formel: Ho-(R1 -OCO-R2-coo) -R1-OH, n wobei R1 ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet, R² ein organisches Radikal mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen und n eine Zahl, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, ferner aus aliphatischen Monocarboxylsäuren mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen, aromatischen Carboxylsäuren mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Abkömmlingen der- aromatischen Säuren.
12. Tonerteilchen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester ein Produkt ist aus Polyätherglycol nach der nachstehenden allgemeinen Formel: Ho-(R3-o)m-H, wobei R3 ein Alkylen mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen bezeichnet und m eine Zahl, die so gewählt ist, daß das Glycol ein Molekulargewicht von 200 bis 2000 hat, sowie von aliphatischen Monocarboxylsäuren mit 70 bis 24 Kohlenstoffatomen, aromatischen Carboxylsäuren mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder Abkömmlingen der aromatischen Carboxylsäuren.