DE3143192A1

DE3143192A1 - Entwickler, verfahren und traeger fuer die elektrophotographie

Info

Publication number: DE3143192A1
Application number: DE19813143192
Authority: DE
Inventors: Paul Ing. 60103 Illinois Chang; Arthur S.Ing. 93001 Ventura Diamond; Edward F. Ing. 95132 San Jose Mayer
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1980-11-04
Filing date: 1981-10-30
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE3152928C2; US4331756A; DE3143192C2; JPS5799654A

Description

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dr. V. SCHMIED-KLOWA⁰RZlV- drTP."WEIN¹HOI'D · dr. P. BARZ ■ München DIPL.-ING. G. DAN N EN BERC- dr. D. GUDEL- dipl.-ing. S. SCHUBERT · Frankfurt

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

RICOH CO., LTD.

3-6, Nakamagome 1-cftome
Ohta-ku_? Tokyo, Japan

Entwickler, Verfahren und Träger für die Elektrophotographie

In der Elektrophotographie wird ein Photoleiter aufgeladen und dann bildmäßig belichtet. In den belichteten Bereichen des Photoleiters wird die Ladung selektiv abgebaut, während in den Dunkelbereichen die elektrostatische Ladung in Form eines latenten elektrostatischen Bildes erhalten bleibt. Das latente Bild wird dann durch Abscheiden eines feinteiligen elektroskopischen Materials", dem Toner, entwickelt. Das erhaltene Tonerbild kann dann auf der photoleitfähigen Oberfläche fixiert werden, um ein permanentes sichtbares

₁₅· Bild zu erhalten. Alternativ kann man das Tonerbild von der photoleitfähigen Oberfläche auf eine andere Trägeroberfläche, z.B. Papier, .übertragen und dann z.B. thermisch auf dem neuen-Träger permanent fixieren.

Für die Entwicklung des latenten' elektrostatischen Bildes durch Tonerabscheidung sind verschiedene Verfahren bekannt, z.B. die Kaskadenentwicklung (US-PS 2 618 552) und die Magnetbürstenentwicklung (US-PS 2 874 063). In jedem dieser Verfahren wird ein Entwickler, der relativ große Trägerteilchen zusammen mit einem geringen Gewichtsanteil an kleineren Tonerteilchen enthält,- mit dem latenten Bild in Kontakt gebracht. Die Tonerteilchen werden auf der Oberfläche der Trägerteilchen durch elektrostatische Kräfte gehalten, die bei der Berührung zwischen den Toner- und den Trägerteilchen entstehen und auf der entgegengesetzten triboelektrischen Aufladung der Toner- und Trägerteilj chen beruhen. Bei Berührung mit dem latenten elektrosta- : tischen Bild werden die Tonerteilchen von dem Träger aufj . grund der stärkeren elektrostatischen Anziehung zwischen dem Bild und dem Toner abgezogen- Beide Systeme sehen die Rückführung des Entwicklers vor und selbstverständlich eine

kontinuierliche Abtrennung des Toners von dem ursprüngli-

= 5 chen Entwickler, da dieser zur Bildentwicklung verbraucht ·

: wird. Der Toner muß daher von Zeit zu Zeit nachgefüllt

I werden.

I Obwohl der Träger und der Toner die Hauptkomponenten des

; io Entwicklers darstellen, verwendet man gewöhnlich spezielle

; Additive, z.B. Fließfähigkeitsverbesserer und trockene

■ Gleitmittel, um den Entwickler zu verbessern. In'der

i . US-PS 3 720 617 ist z.B. der Zusatz von submikroskopischen

j Siliciumäioxid-Teilchen beschrieben,' um verschiedene Nach-.

■ 15 teile herkömmlicher Zweikomponentenentwickler zu beheben. , Dieses Additiv stabilisiert offenbar die elektrischen

; ' Eigenschaften von Toner und Träger, wenn der'Entwickler

i unterschiedlicher Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Außerdem

• hemmt das Additiv die Abscheidung von Filmen aus dem

j 2o Tonermaterial auf wiederverwendbaren Photoleitefoberflachen.

i Es ist ferner bekannt, dem Entwickler verschiedene Gleit-

! mittel zuzusetzen, z.B. Zinkstearat oder Fluorkohlenwasser stoff -Polymere, wie Polytetrafluorethylen, um dessen

!25 Fließeigenschaften zu verbessern.

\ Obwohl durch Verwendung der Additive spezielle Funktionen

! erzielt werden, bringen sie ein neues Problem mit sich,

I nämlich die Konstanthaltung der Konzentration der ver-

j30 schiedenen Entwicklerkomponenten, wenn der Toner konti-

'. nuierlich zur Bildentwicklung verbraucht bzw. von Zeit zu ■

j Zeit nachgefüllt wird.

Um eine große Anzahl von Bildern mit.hoher· Qualität zu er-

I35 halten, muß ein empfindliches Gleichgewicht zwischen, ver-

I schiedenen optischen,- mechanischen und elektrostatischen

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Eigenschaften genau eingehalten werden. Einer der wichtigsten Aspekte ist die triboelektrische Beziehung zwischen den Komponenten des Entwicklers. Wenn sich diese .Beziehungen während der Bildherstellung kontinuierlich ändern, ändert sich auch die Bildqualität, da auf aufeinanderfolgenden latenten elektrostatischen Bildern mehr oder' weniger Toner abgeschieden wird.

' Die Gegenwart eines Additivs führt oft zu einer Änderung . der triboelektrisehen Beziehung zwischen Toner, Träger

und Additiv, da sich das Additiv auf dem Träger oder dem Photoleiter öder zusammen mit dem Toner als Bestandteil des Bildes abscheiden kann. Im letzten Fall wird es aus dem System ausgeschleust. In den beiden ersten Fällen wird das Additiv kontinuierlich im Kreislauf zurückgeführt. Zu einem j "beliebigen Zeitpunkt kann sich eine spezielle Probe des ! 20· Additivs auf dem Träger, auf dem Photorezeptor oder im j Entwickler befinden. Die Reibwirkung der beweglichen Kom-I' ■ ponenten des Entwicklers kann anschließend das Additiv von S dem Träger oder.dem Photorezeptor entfernen, so daß sich • 'die'Additivkonzentration des Entwicklers ständig ändert. " Diese fortwährende Konzentrationsfluktuation wird beim ! Nachfüllen des Tone.rs nicht korrigiert, da die nachgefüllte • Charge normalerweise eine bestimmte Konzentration von Toner j " und Additiv aufweist. Das Endergebnis.ist somit eine

ständig fluktuierende triboelektrische Beziehung zwischen j 30 dem Toner und dem Träger. Diese Fluktuation läßt sich leicht an der unterschiedlichen Qualität der erhaltenen Bilder ablesen. Sie kann quantitativ durch Messen des Ladungs/Masse-Verhältnisses des Entwicklers bestimmt werden. Wenn sich dieses ständig ändert, müssen sich auch die Kon-35 zentration der Entwicklerkomponenten und die triboelektrischen Beziehungen zwischen diesen Komponenten ändern.

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Die Erfindung v/ird im folgenden anhand einer speziellen Ausführungsform näher erläutert, nämlich der Verwendung des Gleitmittels Zinkstearat als Nebenkomponente des Entwicklers. Zinkstearat, das gewöhnlich als Feinpulver verwendet wird, ist ein weiches, nicht-abrasives Material, das bei der Verwendung als Pließfähigkeitsförderer oder Gleitmittel in Entwicklern dazu neigt, den Träger zu überziehen und davon wieder abgetragen zu werden. Dies hat zur Folge, daß sich die trifooelektrische Beziehung zwischen Träger und Toner ständig ändert= Wenn es möglich wäre, den Träger vollständig mit Zinkstearat.zu beschichten, könnten die Eigenschaften konstant gehalten werden. „ Aus praktischen Gründen ist dies nicht möglich, da die abrasive Wirkung des ständig bewegten Entwicklers das Zinkstearat kontinuierlich entfernt..

In einem typischen Entwickler x?ird der Toner durch die elektrischen Ladungen stärker vom Träger angezogen als das Stearat und das Stearat wird schwach von dem Toner angezogen. Gleichzeitig neigt das Stearat aufgrund seiner relativen Weichheit und Fließfähigkeit dazu, sich auf dem Träger abzuscheiden. Als Ergebnis der elektrischen Anziehung zwischen Toner und Stearat wird eine relativ große Stearatmenge mit dem Toner entfernt, jedoch ändert sich die Menge ständig aufgrund der variierenden triboelektrischen Eigenschaften des Systems, die durch das Ab-' scheiden und Entfernen von Zinkstearat von der Oberfläche des Trägers verursacht werden.

Es wurde nun gefunden, daß in einem elektrophotographisehen Entwickler _t der eine kleinere Menge eines Additivs > ₃₅ enthält, die Additivkonzentration·in bezug auf den Toner und den Träger im wesentlichen konstant gehalten werden

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kann, wenn die triboelektrische Beziehung zwischen der Trägeroberfläche .und der Additivoberfläche praktisch null beträgt, d.h. wenn im wesentlichen kein unterschied besteht. Wenn z.B. in einem Entwickler-, der Tonerteilchen, Zinkstearat und Trägerteilchen enthält,, die triboelektrische Differenz zwischen.der Oberfläche der Trägerteilchen und der Oberfläche des Zinkstearats null^dder annähernd null beträgt, bleibt die triboelektrische Beziehung zwischen dem Träger und dem Toner im wesentlichen konstant. Als Ergebnis bleibt auch die Zinkstearatmenge, die mit dem Toner aus dem System ausgeschleust wird, im wesentlichen konstant und die relativen Konzentrationen der Toner-Additiv-Träger-Komponenten des Entwicklers können im wesentlichen konstant gehalten werden, wenn man den Toner und das Additiv mit einem Gemisch, das bestimmte Mengen an Tonerteilchen'und Zinkstearat enthält,.nachfüllt. Die Stabilität des Systems läßt sich visuell an der gleichmäßig konstanten Qualität der Reproduktionen erkennen, die selbst bei der Herstellung von 80 000 oder mehr Kopien erzielt wird, indem man durch ständiges Nachfüllen eine konstante Tonerkonzentration aufrecht-erhält und Insgesamt 2 kg Entwickler verwendet. Sie läßt sich auch quantitativ dadurch bestimmen, daß man die Konzentration der Komponenten oder ■ das Ladungs/Masse-Verhältnis mißt, ζ.·Β. in einer Far a day-Box., wie sie von Harpavat und Orr in IAS '75 Annual, S.'1-58 - 164 oder der US-PS 4 053 310 beschrieben ist.

In der optimalen Ausführungsform .ist die triboelektrische Ladung des Additivs in bezug auf den Träger null, so daß keine 'Bindekräfte wirken, die das Additiv am Träger halten. Gleichzeitig herrschen Bindekräfte zwischen dem Toner und dem Additiv, so daß beide zusammengehalten werden. Im idealen Fall scheidet sich das Additiv mit dem"Toner in dem-

-JO-

seiben Verhältnis auf dem latenten elektrostatischen Bild ab, in dem es ursprünglich vorhanden war und in dem es in den jeweiligen Nachfüllchargen enthalten ist. Die Additiv- . konzentration des Entwicklers ist stets sehr niedrig, gewöhnlich 0,05 bis 1>5 Gewichtsprozent. Nur selten werden höhere Konzentrationen als 2 %, bezogen auf das Gewicht des Toners, angewandt. Die Tonermenge beträgt gewöhnlich das mindestens 50-fache des Additivgewichts.-

Trägerteilchen bestehen bekanntlich normalerweise aus einem Kernmaterial und einem Überzug, Der Durchmesser des Kern-

-I₅ materials beträgt im allgemeinen 50 bis 1000 μπι, vorzugsweise 100 bis 600 μπίο Als Kern können die verschiedensten Materialien verwendet werden? für die Magnetbürstenentwicklung eignen sich vorzugsweise ferromagnetische Materialien, wie Eisen, Stahl ,oder Ferrit» Diese Materialien können auch zusammen mit nicht-magnetischen Kernen verwendet werden, z.Bο Sand, Glasperlen oder anderen bekannten Materialien.

Gewöhnlich wird der Trägerkern beschichtet, um die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Trägerteilchen zu verbessern. Typische Überzüge bestehen z.B. aus Celluloseacetatbutyrat-Polymeren oder Fluorkohlenstoff-Polymeren. In den US-PS 3 533 835.und 3 752 666 sind Entwickler beschrieben, deren Träger lackiert sind. In den US-PS 3 526 533 und 3 527 522 sind Entwickler beschrieben, in denen der Träger mit einem Gemisch aus■Styrol-Acrylsäure-Polymeren und Organosilikonen beschichtet ist. Weitere Beschichtungsmaterialien und Verfahren sind in den ÜS-PS 3 798 167, 3 947 271 und 4 053 310 offenbart. Bisher ist jedoch noch kein vollständig zufriedenstellender überzug beschrieben worden. Die bekannten Überzüge haben verschiedene Kachteile, z.B. hinsichtlich der schwierigen Auf-?

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tragbarkeit des Überzugs, der Kosten des Überzugs, der Filmbildung beim ständigen Stoß zwischen Träger und Tonerteilchen, der erforderlichen gründlichen Härtung bei hohen Temperaturen, der Neigung zur Bildung von Spänen- oder Flocken oder zum Abschälen und der ungenügenden Anzahl akzeptierbarer Kopien bei gegebener Entwicklermenge.

Durch die erfindungsgemäß bevorzugt verwendeten neuen Trägerbeschichtungen werden viele dieser Nachteile behoben. Die Beschichtungen sind mischbare Gemische aus Butadien-Acrylnitril-Kautschuk mit einem Acrylnitrilgehalt von etwa 20 bis 40 % und einem Polyurethanelastomer. Mit diesen Gemischen hergestellte überzüge sind fest, zäh und nicht klebrig. Sie werden von dem Kern nicht abgerieben und auch die damit beschichteten Trägerteilchen zeigen keine Haftneigung gegenüber den Additiven, dem Toner oder anderen Oberflächen, mit denen sie in Berührung kommen, einschließlich der Photorezeptoroberfläche. Sie lassen sich leicht durch Lösungsbeschichtung auftragen und erfordern keine Vorbehandlung des Trägers oder hohe Härtungstemperaturen.

Die bevorzugten Butadien-Acrylnitril-Kautschuke enthalten etwa 20 bis 40 % Acrylnitril. Typische·verwendbare Kautschuke haben z^B. ein spezifisches Gewicht von 0,95 bis 1,00 und eine mittlere Mooney-Viskosität von 30 bis 80. Derartige Kautschuke werden unter dem Warenzeichen Hycar von der Firma Goodrich vertrieben. Sie sind in organischen .Lösungsmitteln löslich, insbesondere in polaren organischen Lösungsmitteln, wie Methylethylketon, Aceton, Tetrahydrofuran und Dimethylformamid. In der folgenden Tabelle sind die·Typen-Nummern und einige Eigenschaften der j 3₅ erfindungsgemäß verwendbaren Hycar-Kautschuke angegeben:

Typ	% Acrylnitril
1031	41
1042 .	33
1O42F	33
1094-80	21
1432	33

spez.Gewicht- mittlere Mooney-Viskosität

1,00 60

0,98 80

0,98 .80 0,95 80

0,98 80 ."

Mit einem ketonlöslichen Polyvinylchloridharz bestäubtes. Hycar 1432 ist aufgrund der ausgezeichneten Ergebnisse, die mit ihm erzielt werden„ besonders bevorzugt.

Erfindungsgemäß geeignete Polyurethane sind thermoplastische Elastomere, die durch Umsetzen von Polyestern· oder PoIyäthern mit Diisocyanaten erhalten werden. Sie stellen filmbildende Harze dar und sind in organischen Lösungsmitteln, wie den oben genannten Lösungsmitteln, löslich. Sie lassen sich durch Umsetzen von linearen Polyestern mit Hydroxyl-Endgruppen, gewöhnlich Adipaten, oder Polyäthern, gewöhnlich Poly(oxytetramethylen)-glykol mit Glykolen, wie Äthylenglykol oder 1,4-Butandiol, und Diisocyanaten, meist Diphenylmethan-4,4'-diisocyanate herstellen. - .

Besonders bevorzugte Elastomere werden von der Firma Goodrich unter dem Warenzeichen Estane vertrieben. Sie stellen vermutlich Reaktionsprodukte von Adipinsäure, 1,4-Butandiol und Diphenylmethan-4,4"-diisocyanat dar.

Das am meisten bevorzugte Produkt ist Estane 5715. Es ist in Methylethylketon, einem herkömmlichen billigen Lösungsmittel, das auch die Hycar-Kautschuke löst, leicht löslich und kann zu einem extrem harten, flexiblen Film mit ausgezeichneter Äbriebbeständigkeit verarbeitet werden. Es hat die folgenden physikalischen Eigenschaften?

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Physikalische Eigenschaften

Spezifisches Gewicht Härte, Durometer A
Durometer D

Zugfestigkeit/ N/ram² (psi) - Modul- 100 % Dehnung, N/mm² (psi) Dehnung (%)

Rißbildung (Graves Tear), kg/cm

(lbs/in)

Rißausbreitung, kg/cm"(lbs/in) Lösungsviskosität (20 % TS-Konzentration in MEK, Brookfield ■RVK-Viskosimeter, Spindel Nr. 2, 20 U/min, 25°C), mPas .

Typischer	( 260)	ASTM-Test-
Wert (1) ■	21,45 (120)	methode
1,20 · -	D-792
97	D-2240 (2)■
63
42,4 (615O)	D-882 (3)
9,65(1-400)
300
46,47	D-1004

100 - 200

(4)

₂₀ (1) Repräsentative Daten eines aus Losung gegossenen Films aus. ^: einem typischen· Produktionsmaterial. " .

(2) Getestet an 1,9 mm dicken Zugfestigkeits-Prüfkörpern.

(3) Getestet an hanteiförmigen Filmproben.

(4) Jeweiliger. Spezifikationswert

Die erfindungsgemäß verwendeten Butadien-Acrylnitril-Kautschuke besitzen außerordentlich hohe und positive tribo elektrische Werte. Aus einer Lösung von Hycar 1432 hergestellte Trägerüberzüge zeigen in einem Entwicklergemisch, daß 2 Teile Toner pro 98 Teile beschichtete Trägerperlen enthält, eine triboelektrische Ladung von mehr als 60 . Toner. Andererseits besitzen die Polyurethane relativ

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niedrige bis mittlere positive triboelektrische Werte.

Für Estane 5715 beträgt die vergleichbare Ladung 15 μθ. Es ' x-rarde nun gefunden,, daß die beiden Polymeren in unterschiedlichen Anteilen vermischt und auf Kernmaterialien aufgetragen werden können, um Trägerteilchen mit ausgewählten triboelektrisehen Eigenschaften herzustellen. Beim Vermischen der Trägerteilchen mit dem Toner erzielt man triboelektrische Werte, die zwischen den hohen Werten des Butadien-Acrylnitril-Kautschuks und den niedrigen Werten des Polyurethanelastomers liegen.

Der gewählte Überzug kann auf den Kern auf beliebige geeignete Weise aufgebracht werden,, um Trägerteilchen herzustellen, die zusammen mit den verschiedensten Tonerteilchen im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Beispielsweise kann man den überzug durch Tauchen, Sprühen oder Walzen der Kerne mit einer Beschichtungslösung in einem drehbaren Gefäß oder in einem Fließbett aufbringen. Das Fließbettverfahren ist bevorzugt, da es die Herstellung eines gleichmäßigen Überzugs auf den Kernteilchen ermöglicht? siehe z.B. US-PS 2 648 409, 2 799 241, 3 253 944,

3 196 827 und 3 241 520. .

In den dort beschriebenen Fließbettverfahren werden'z.B. die Kerne in einem nach oben strömenden Heißgasstrom, z.B. Luft, derart suspendiert und zirkuliert, daß sich die. Teil-

so chen nach oben bewegen und in einer ersten Zone mit dem Beschichtung smater ial besprüht werden. In einer zweiten Zone sinken dann die Teilchen durch den Luftstrom in eine Zone mit niedrigerer·Luftgeschwindigkeit, wobei die Flüssigkeit, die ein Lösungsmittel und/oder ein Dispergiermittel des aufgesprühten Überzugs darstellt, unter Ausbildung eines dünnen festen Teilchenüberzugs verdampft.

Die Teilchen' werden in die erste Zone zurückgeführt, so daß nacheinander gleichmäßige Schichten aus dem Überzugsmaterial auf· dem Kern ausgebildet werden.

Nach dem Beschichten des Kerns wird der Überzug der Trägerteilchen gehärtet, damit- er die gewünschten triboelektrisehen Eigenschaften aufweist. Das Härtungsverfahren richtet sich nach dem Überzugsmaterial und der Zusammensetzung des Toners, mit dem zusammen die erfindungsgemäßen Trägerteilchen .eingesetzt werden.

Auf diese Weise werden neuartige Trägerteilchen, die ge-•wöhnlich mit 0,25 bis 2 g/kg Träger beschichtet sind, aus . organischen Lösungsmittellösungen hergestellt, die ein Gemisch aus 10 bis 90 .% der genannten Äcrylnitril-Butadien-Kautschuke und 90 bis 10 % der genannten Polyurethan-

•2o elastomere, bezogen auf das Gewicht des Gemisches, enthalten. Zur Herstellung der Trägerteilchen geeignete.Kernmaterialien sind z.B.'Glasperlen, Stahlschrot und Ferritperlen mit einem Durchmesser von etwa 30 bis 1000 um. Die " Überzugsdicke kann z.B. etwa 1 bis 20 μπι, vorzugsweise 2 bis '5 μΐη, betragen. Aus Gemischen, die 20 % Hycar 1042 oder 1432 sowie 80 % Estane 5715 enthalten, hergestellte Überzüge sind besonders bevorzugt, da die triboelektrische Beziehung zwischen der Oberfläche der damit beschichteten Träger und Zinkstearat annähernd null beträgt.

■ .

Das erfinduhgsgemäße Prinzip, die triboelektrische Beziehung zwischen der Oberfläche der Trägermaterialien und der Oberfläche des Additivs im wesentlichen gleichzuhalten, um die relativen Konzentrationen der Komponenten des elektrophotographischen Entwicklers zu regeln, ist auf • eine Vielzahl von Additiven, Trägerbeschiehtungen und

Trägerkernen anwendbar. Ferner ist es auf eine Vielzahl von ; Tonerteilchen anwendbar. Gewöhnlich werden die Tonerteilchen in einer Konzentration von etwa 5 bis 75 g/kg beschichtete Trägerteliehen bzw. in einer Konzentration von etwa 0,05 bis 7,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht '. der Trägerteilchen, eingesetzt. Abweichungen von diesen Bereichen sind tolerierbar, jedoch mit unterschiedlichen Toner-Ädditiv-Träger-Kombinationen. Die Bereiche gelten ins-

ι. . ■

besondere, für elektrophotographische Trockenentwickler, . die Zinkstearat oder Polytetrafluorethylen als Gleitmittel enthalten. .

'

Typische Tonermaterialien sind z.B. Polystyrol-, Acryl-, Polyethylen-, Polyvinylchlorid-, Polyacrylamid-, Methacrylat-. Polyethylenterephthalat- und Polyamidharze, Kondensation sproduk te von 2,2-Bis-(4-hydroxyisopropoxyphenyl)-propan und Fumarsäure, sowie entsprechende Copolymerisate, Polyblends und Gemische. Vinylharze mit einem Schmelzpunkt oder einem Schmelzbereich ab mindestens etwa 38°C sind für erfindungsgemäße Toner besonders geeignet. Diese Vinylharze können Homopolymere oder Copolymere aus zwei oder mehr Viny!monomeren darstellen. Typische Monomereinheiten für diese Viny!polymerisate sind z.B. Styrol, Viny!naphthalin. Monoolefine, wie Ethylen, Propylen, Butylen und Isobutylen, Vinylester, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyibenzoat und Vinylbutyrat, Ester von aliphatischen oHMethylenmonocarbonsäure, wie Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, Phenylacrylat, Methy!methacrylate Ethylmethacrylat und Butylmethacrylat, Vinylether, wie Vinylmethylether, Vinylisobutylether und Vinylethylether, Vinylketone, wie VinyImethy!keton, Vinylhexylketon und Methylisopropeny!keton, sowie deren Gemische. Für den Toner

- yr -it

geeignete Vinylharze haben gewöhnlich ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 3000 bis 500 000.

Tonerharze, die einen relativ hohen Prozentsatz an Styrolharz enthalten, sind besonders geeignet, da sie bei einer vorgegebenen Additivmenge -eine größere Bildschärfe ermög-10liehen. Ferner werden dichtere Bilder erhalten, wenn in dem Toner mindestens etwa 25 Gewichtsprozent Styrolharz, bezogen auf das Gesamtgewicht des Tonerharzes, vorhanden sind. Das Styrolharz kann ein Homopolymer von Styrol oder Styrolhomologen oder ein Copolymerisat aus Styrol mit anderen Monomeren sein, bei denen eine einzige Methylengruppe über eine Doppelbindung an ein Kohlenstoffatom gebunden ist. Typische Monomere, die durch Additionspolymerisation mit Styrol copolymerisiert werden können, sind daher z.B. Vinylnaphthalin. Monoolefine, wie Ethylen, Propylen, Butylen, und Isobutylen, Vinylester, wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat und Vinylbutyrat, Ester von aliphatischen a-Methy'lenmonocarbonsäuren, wie Methyiacrylat, Ethylacrylat, n-ButyIacrylat, IsobutyIacrylat, DodecyIacrylat, ■ n-Octyiacrylat, Phenylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat und Bu'ty lmethacrylat,. Vinylether, wie Vinylmethylether, Vinylisobutylether und Vinylethylether, Vinylketone, wie Vinyimethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropenylketon, sowie deren Gemische. Die Styrolharze können auch durch Polymerisation von Gemischen aus zwei oder mehr ungesättigten Monomeren mit einem Styrolmonomer hergestellt werden.

■ Die Vinylharze, einschließlich der Styrolharze, können gegebenenfalls mit einem oder mehreren anderen Harzen abgemischt werden. Wenn das Vinylharz mit einem anderen Harz abgemischt wird, ist das zugesetzte Harz vorzugsweise ein

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- vs -

weiteres Vinylharz, da dann die erhaltene Mischung besonders gute triboelektrische Stabilität und eine gleichmäßige Beständigkeit gegen'physikalischen Abbau aufweist= Die zum Abmischen mit dem Styrol- oder anderen yinylharz verwendeten Vinylharze können durch Additionspolymerisation eines beliebig geeigneten Viny!monomers, z.B. den oben genannten Viny!monomeren, hergestellt werden= Andere thermoplastische Harze können ebenfalls mit den erfindungsgemäßen Vinylharzen vermischt werden. Typische thermoplastische Nicht-Viny!harze sind z.B. Kunstharz-modifizierte Phenol-Formaldehydharze, ö!modifizierte Epoxidharze, Polyurethanharze,, Celluloseharze,. Polyetherharze, Polycarbonatharze und deren Gemische. Wie bereits erwähnt, ist bei einer Kunstharzkomponente des Toners, die mit einem anderen ungesättigten Monomer copolymerisiertes Styrol enthält oder eine Mischung aus Polystyrol und anderen Harzen darstellt, ein Gehalt der Styrolkomponente von mindestens etwa 25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des in dem Toner vorhandenen Harz„ bevorzugt, da dann dichtere Bilder erhalten werden und bei vorgegebener Ädditivmenge ein größerer Abbildungsgrad erzielt wird.

Die Größe der Tonerteilchen beträgt gewöhnlich etwa 1 bis 20 μια.

Die für ein spezifisches Additiv richtige Beschichtung kann durch wenige, einfache Tests mit ausgewählten Toner-; Additiv-Kombinationen, die eine Anzahl verschiedener Überzüge aufweisen, ermittelt werden. Hierbei werden bestimmte j Toner-Additiv-Gemische mit verschieden beschichteten Trägern zur Herstellung von z„B. 10 000 elektrophotographischen Kopien eingesetzt. Die Qualität der Kopien wird ermittelt und das Ladungs/Masse-Verhältnis sowie die Tonerkonzentra-

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tion werden gemessen. Wenn die Kopiequalität gleich bleibt, .und auch die anderen Werte im wesentlichen konstant bleiben, ist die triboelektrische Beziehung zwischen den beschichteten Trägerteilchen und dem Additiv null oder annähernd null.

Ein alternatives Verfahren kann dann angewandt werden, wenn das Additiv zum Beschichten des Trägers befähigt ist. In diesem Fall wird der Träger mit dem Additiv beschichtet und die triboelektrische Beziehung hinsichtlich des Toners wird.ermittelt. Getrennte Proben des Trägers werden dann mit ausgewählten Beschichtungsmaterialien beschichtet und die triboelektrische Beziehung hinsichtlich desselben Toners' wird ermittelt. Wenn- diese letzteren Beziehungen im wesentlichen der Beziehung entsprechen, die bei dem mit Additiv beschichteten Träger ermittelt wurde, hat das Beschichtungsmaterial im wesentlichen dieselbe triboelektrische Beziehung wie das Additiv hinsichtlich desselben Toners . ·

Diese zweite Methode eignet sich besonders' gut, wenn Zinkstearat als Gleitmittel verwendet wird. Da Zinkstearat relativ weich und fließfähig ist, kann es zum Beschichten des Trägerkerhs verwendet werden. Man bestimmt die triboelektrische Beziehung zwischen den damit beschichteten Trägerkernenund dem ausgewählten Toner. Der Trägerkern wird dann mit einer Anzahl verschiedener Kautschuk-Polyurethanelastomer-Kombinationen beschichtet, worauf man die notwendigen Messungen durchführt, um die richtige Kautschuk-Polyurethan-rKombination zu bestimmen. Bei Verwendung von Hycar 1042 oder 1432 und Estane .5715 umfaßt die optimale Kombination 20 % Hycar und 80 %-Estane, bezogen auf das Gewicht des Gemisches.

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Eine dritte, sehr gut geeignete Methode besteht darin, das Ladungs/Masse-Verhältnis der Toner-Träger-Kombination und der Toner-Träger-Additiv-Kombination zu messenο Wenn diese Verhältnisse im wesentlichen gleich sind, hat das Additiv im wesentlichen dieselben triboelektrischen Eigenschaften wie der Träger.
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Beispieli

Ein beschichteter Träger wird aus Ferritkernen mit einem Teilchendurchmesser von 100 μπι dadurch hergestellt, daß man sie mit einer Lösung eines Gemisches aus 80 % Estane 5715 und 20 % Hycar 1432 in einer Menge von 1,2 bis 1,3 g/kg beschichtet. Der beschichtete Träger wird-zu einem elektro-' photographischen Entwickler formuliert,, in-"dem man ihn mit-3,2 Gewichtsprozent Tonerteilchen vermischt, die 90 Teile Atlac-Polyesterharz pro 10 Teile Ruß mit einer Teilchengröße von 5 μχη enthalten. Ferner enthalten die Tonerteilchen Oi,5 Gewichtsprozent Zinkstearat. Mit dem Entwickler werden 80 000 Kopien hergestellt. Das Ladungs/Masse-Verhältnis des ursprünglichen Materials beträgt 16 μθ/g bei einer Tonerkonzentration von 3,2 %. Am Ende des Versuchs, bei dem. die' Tonerteilchen kontinuierlich nachgefüllt werden, beträgt das Ladungs/Masse-Verhältnis 13 μ<2^ und die Tonerkonzentration 3,15 %. Die Zinkstearat-Könzentration ist praktisch konstant/ so daß der erfindungsgemäß erzielte Vorteil offensichtlich ist.

Beispiel2 ;

Beispiel 1 wird unter Verwendung von Stahlschrot anstelle von Ferrit wiederholt. Hierbei werden im wesentlichen dieselben Ergebnisse erhalten.

Claims

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—■ 1 ■—

Patentansprüche

Elektrophbtographischer Entwickler, dadurch gekennzeichnet^ daß er beschichtete Trägerteilchen zusammen mit Tonerteilchen sowie einen kleineren Anteil eines Additivs enthält, wobei die Konzentration der Tonerteilchen 5 bis 75 g/kg Trägerteilchen beträgt und die triboelektrlsche Beziehung zwischen der Oberfläche des Trägers und der Oberfläche, des Additivs praktisch O ist»

2„ Entwickler·nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Additiv ein Gleitmittel in einer Konzentration von 0,5 bis 1 ,.5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Tonerteilchen, enthält.

3. Entwickler nach Anspruch 2„ dadurch gekennzeichnet,

daß das Gleitmittel ein Fluorkohlenwasserstoff-Polymer ist.

4. .Entwickler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Fluorkohlenwasserstoff-Polymer, ein Polytetrafluorethylen ist=

5.. Entwickler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel Zinkstearat ist.

6«, Entwickler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch' gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen mit einem mischbaren Gemisch aus einem Butadien-Acrylnitfil-Kautschuk mit einem Acrylnitrilgehalt von 20 bis 40 Gewichts-' Prozent und einem Polyurethanelastomer beschichtet sind, wobei das Gemisch in organischen Lösungsmitteln löslich ist.

__-V^;*i^:' "·''"' l-i-A- - 3U31_92_

7. Entwickler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das mischbare Gemisch 20 Gewichtsprozent Butadien-

₅ Acrylnitril-Kautschuk und 80 Gewichtsprozent Polyurethan-Elastomer enthält.

8. Elektrophotographischer Entwickler, dadurch gekennzeichnet, daß er beschichtete Trägerteilchen zusammen

₁₀ mit Tonerteilchen enthält, wobei die Trägerteilchen mit einem mischbaren, in organischen Lösungsmitteln löslichen Gemisch aus einem Butadien-Acrylnitril-Kautschuk mit einem Acrylnitrilgehalt von etwa 20 bis j 40 Gewichtsprozent und einem Polyurethan-Elastomer f _1K beschichtet sind.

i ■ .

j ' 9. Entwickler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

j daß die Konzentration der Tonerteilehen 5 bis 75 g/kg

• Trägerteilchen beträgt.

ι 20 . · " .

; 10. Elektrophotographisches Verfahren, bei dem man ein ; sichtbares Bild durch Abscheiden von Tonerteilchen j aus einem elektrophotographischen Entwickler auf einem ! latenten elektrostatischen Bild entwickelt, wobei der i ₂₅ Entwickler beschichtete Trägerteilchen zusammen mit Tonerteilchen und einem kleinerem Anteil eines Additivs

• enthält, und während der Durchführung des Verfahrens den Toner und'das Additiv von Zeit zu Zeit nachfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Entwickler nach

• ₃₀ den Ansprüchen 1 bis 9 verwendet und das Gewichtsverhältnis von Tonerteilchen zu Additiv während der Bildentwicklung und dem Nachfüllen .von Zeit zu Zeit im wesentlichen konstant hält, in-dem man beschichtete • Trägerteilchen und Additive verwendet, zwischen denen ₃₅ die triboelektfische Beziehung praktisch 0 beträgt.

11. Beschichtete Träger für elektrophotographische Entwickler, gekennzeichnet durch einen Kern, der mit. einem mischbaren, in organischen Lösungsmitteln löslichen Gemisch beschichtet ist, das einen Butadien-Acrylnitril-KaBtschuk mit einem Acrylnitrilgehalt von etwa 20 bis 40 Gewichtsprozent und ein Polyurethanelastomer enthält«

12. Träger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Butadien-Acrylnitril-Kautschuk etwa 41 % Acrylnitril enthält, ein spezifisches Gewicht von 1,01 und eine mittlere Mooney-Viskosität von 60 hat»

13ο Träger nach Anspruch 11,. dadurch gekennzeichnet, daß ■ der Butadien-Acrylnitril-Kautschuk etwa 33 % Acryl- · nitril enthält, ein spezifisches Gewicht.von 0,98 und eine mittlere Mooney-Viskosität von 80 hat»

14. Träger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der ButadienrAcrylnitril-Kautschuk etwa 21 % Acrylnitril enthält, ein spezifisches Gewicht von 0,95 und eine mittlere Mooney-Viskosität von 80 hat.

ο Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Butadien-Acrylnitril-Kautschuk mit einem acetonlöslichen Polyvinylchloridharz bestäubt ist.

16. Träger nach einem der Ansprüche Ϊ1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyurethanelastomer ein in . Methylethylketon, Aceton und Tetrahydrofuran lösliches, hartes, flexibles Polyurethanelastomer mit folgenden physikalischen Eigenschaften ist:

5 - 4 - Spezifisches Gewicht 1 ,20 3143192 (6150) - 200 Γ Härte, Durometer A 97 * (1400) Durometer D 63 Zugfestigkeit, N/mm^a (psi) 42 ,4 Modul- 100 % Dehnung, N/mm² (psi) 9 ,65 (260) 10 Dehnung (%). ~ 300 (120) Rißbildung (Graves Tear), kg/cm 46 ,47 (lbs/in) Rißausbreitung., kg/cm (lbs/in) 21 ,45 Lösungsviskosität (20 % TS-Konzen- 15- tration .in MEK , Brookf ield RVK- Viskosimeter, Spindel Nr. 2, 20 20 U/min, 25⁰C), mPas 100 25 - 30 35