DE3300127C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Träger für elektrofotografische Entwickler, enthaltend ein teilchenförmiges Kernmaterial, das mit einer harzartigen, ein Siliconharz enthaltenden Zusammen­ setzung überzogen ist.

Der Träger ist zur Verwendung in elektrofotografischen Zwei­ komponentenentwicklern bestimmt, die eine Trägerkomponente zusammen mit einer Tonerkomponente enthalten. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen überzogenen Träger, der beim Magnetbürstenentwicklungsverfahren eine ausgezeichnete Haltbarkeit und Brauchbarkeitsdauer aufweist.

Es ist bekannt, einen trockenen Zweikomponentenentwickler, der eine Tonerkomponente in Kombination mit einer Trägerkompo­ nente enthält, im Magnetbürstenentwicklungsverfahren zum Ent­ wickeln eines latenten statischen Bildes zu verwenden, das auf einem lichtempfindlichen Substrat erzeugt worden ist. Der Ent­ wickler enthält Tonerteilchen mit reltiv feinen Korn­ größen und Trägerteilchen mit relativ groben Korngrößen. Die statischen Anziehungskräfte zwischen den entgegengesetzten Polaritäten, die durch den Kontakt zwischen diesen Teilchen entstehen, halten die feinen Tonerteilchen auf der Oberfläche der groben Trägerteilchen fest. Wenn ein auf diese Weise statisch aufgeladener Entwickler mit einem latenten statischen Bild auf einem lichtempfindlichen Substrat in Be­ rührung gebracht wird, wird ein Teil der geladenen Tonerteil­ chen vom latenten Bild statisch angezogen und auf das Bild übertragen, so daß ein entsprechendes sichtbares Bild ent­ steht. Die Tonerteilchen müssen geeignete triboelektrische Eigenschaften aufweisen, damit sie eine ausreichende Ladungs­ menge speichern können und eine genaue und selektive Über­ tragung der Ladung auf die mit dem latenten Bild versehene Fläche gewährleistet ist.

Werden die üblichen trockenen Zweikomponentenentwickler eine zeitlang zur elektrofotografischen Entwicklung verwendet, neigt der Toner oder Tonerstaub dazu, die Oberfläche der Trägerteilchen zu verschmutzen, so daß schließlich aufgrund der wiederholten Berührungen und Zusammenstöße zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilen und zwischen diesen Teil­ chen und mechanischen Teilen der Entwicklungsvorrichtung ein steifer kontinuierlicher Film des Tonermaterials auf der Oberfläche gebildet wird. Hat sich einmal ein derartiger Film gebildet, dann sammelt sich das Tonermaterial auf den ent­ sprechenden Trägerteilchen allmählich an. Die durch den Kontakt der freien Oberfläche der Trägerteilchen mit den Tonerteilchen erzeugte triboelektrische Ladung des Entwick­ lers wird durch die triboelektrische Ladung ersetzt, die dann infolge des Kontaktes zwischen den mit dem Toner überzogenen Oberflächen der Trägerteilchen und den Tonerteilchen, d. h. infolge des Toner-Toner-Kontaktes, erzeugt wird. Somit werden die triboelektrischen Eigenschaften eines frischen Entwick­ lers mit der Zeit erheblich beeinträchtigt. Infolgedessen verschlechtert sich die Qualität der hergestellten Repro­ duktionskopien aufgrund eines Verschmutzens des Hintergrundes mit erheblichen Tonermengen, was auf die Beeinträchtigung der triboelektrischen Eigenschaften zurückzuführen ist.

Zur Überwindung oder teilweisen Beseitigung der vorstehend erwähnten Nachteile ist es bekannt, den Träger zu modifi­ zieren, z. B. durch Überziehen der Oberflächen der Träger­ teilchen, d. h. des Kernmaterials, mit einem Material nie­ driger Oberfächenergie wie ein Siliconharz, wie der japanische Patentveröffentlichung 44-27 879 und der japa­ nischen Offenlegungsschrift (KOKAI) 50-2 543 entnehmbar ist. Hierdurch werden das unerwünschte Verschmutzen und das Ansammeln des Tonermaterials an der Oberfläche der Träger­ teilchen erheblich eingeschränkt. Bei dem auf diese Weise erhaltenen Träger, der mit einem Siliconharz überzogen ist, weist die Überzugsschicht im allgemeinen eine geringe Haft­ festigkeit gegenüber dem Kernmaterial, z. B. einem Eisen­ pulver auf. Ferner reicht die mechanische Festigkeit der Überzugsschicht nicht dazu aus, der Reibung und Stoßein­ wirkung zu widerstehen, denen der Entwickler während des Gebrauchs ausgesetzt ist. Nach längerem Gebrauch wird die auf den Oberflächen der Kernmaterialteilchen aufgetragene Siliconschicht abgenutzt oder abgelöst. Somit werden die Oberflächen der Kernteilchen dem Toner gegenüber freige­ legt. Die anfänglichen, durch den Kontakt der silicon­ überzogenen Kernteilchen mit den Tonerteilchen erzeugten triboelektrischen Ladungen werden dann allmählich durch die triboelektrischen Ladungen ersetzt, die durch Konakt der freiliegenden Kernteilchen mit den Tonerteilchen er­ zeugt werden. Demgemäß lassen sich die anfänglichen tribo­ elektrischen Eigenschaften eines frischen Entwicklers wieder nicht während einer längeren Zeitdauer konstant beibehalten und die eintretende Änderung der triboelektrischen Eigen­ schaften wirkt sich nachteilig auf die Qualität der Re­ produktionskopien aus.

Die US-PS 42 65 992 beschreibt einen trägerlosen Einkompo­ nentenentwickler für die Elektrofotografie, der eine Trockenmischung aus magnetischem Material einer Teilchen­ größe von 5 bis 50 µm und feinen Teilchen, z. B. aus Kohlenstoff, eines die Fließfähigkeit und den elektrischen Widerstand steuernden Materials einer Teilchengrößen bis zu 1 µm enthält, wobei die magnetischen Teilchen durch Kneten einer Zusammensetzung aus dem magnetischen Material, Kohlen­ stoff und eines aromatischen Vinylharzes oder Acrylharzes, sowie eines Olefinharzes niedrigen Molekulargewichtes, Kühlen und Pulverisieren der Zusammensetzung erhalten werden. Hier­ durch wird die Haftfestigkeit der feinen Teilchen auf den magnetischen Teilchen unter den Benutzungsbedingungen ver­ bessert und ein Verschmutzen eines Kopiergerätes oder der Kopien verhindert. Es ergibt sich auch eine verbesserte Abriebfestigkeit der fixierten Bilder.

Laut der US-PS 38 76 587 führen Pulverbeschichtungszu­ sammensetzungen aus Epoxidharzen zu Beschichtungen von schlechter Witterungsbeständigkeit, während Acrylharze, die in Anstrichfarben zu vorteilhaften Eigenschaften wie Witterungsbeständigkeit und chemische Resistenz führen, keine brauchbaren Zusammensetzung für die Pulverbeschich­ tung ergeben. Pulverbeschichtungszusammensetzungen aus Acrylharzen, die mit Epoxidharzen modifiziert worden sind, sollen den Nachteil aufweisen, daß nur bestimmte Epoxid­ harze einsetzbar sind und deren benötigte Mengen derart hoch sind, daß die vorteilhaften Eigenschaften der Acryl­ harze verlorengehen. Ferner soll der bei der Vernetzung entstehende Alkohol zur Blasenbildung in der Beschichtung und zu unglatten Oberflächen führen. Zur Erzielung von dauerhaften, abriebfesten, blasenfreien und witterungsbe­ ständigen Beschichtungen, z. B. für Automobile, Stahlmöbel und anderen Gegenständen, beschreibt diese Druckschrift eine hitzehärtbare Pulverbeschichtungszusammensetzung aus einem Acrylharz, das durch Copolymerisation von 50 bis 94,5 Gewichtsprozent mindestens eines Alkylesters der Acryl- oder Methacrylsäure, 0,5 bis 10 Gew.-% mindestes eines Hydroxyalkylesters einer der genannten Säuren und 5 bis 40 Gew.-% Glycidylacrylat und/oder Glycidylmethacrylat erhal­ ten worden ist, und einer aliphatischen dibasischen Säure der Formel HOOC-R-COOH, in der R eine gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 4 bis 11 Kohlenstoffatomen ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Träger für elektrofotografische Zweikomponentenentwickler vorzu­ sehen, auf dessen Oberfläche sich im Verlauf des Gebrauchs des Entwicklers keine steife oder feste Schicht bildet, der Eisenpulverkernmaterial enthält, das mit einer fest am Kern­ material haftenden harzartigen Schicht hoher mechanischer Festigkeit überzogen ist, und der während langer Gebrauchs­ dauer zusammen mit den Tonerteilchen eine im wesentlichen konstante triboelektrische Ladung entwickelt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die harzartige Zusammensetzung im wesentlichen aus einem Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz und dem Siliconharz be­ steht.

Der erfindungsgemäße elektrofotografische Träger wird herge­ stellt durch Überziehen eines Kernmaterials mit einer harz­ artigen Zusammensetzung, die im wesentlichen aus einem Epoxy­ hydroxykohlenwasserstoffharz und einem Siliconharz besteht. Es wurde festgestellt, daß der beschichtete Träger eine über­ raschend verbesserte Haltbarkeit aufweist.

Obwohl die bei der Erfindung verwendeten harzartigen Überzugs­ zusammensetzungen im wesentlichen aus den angegebenen zwei Harzkomponenten bestehen, können die Überzugszusammensetzun­ gen, falls erwünscht, zusätzlich einen oder mehrere fakulta­ tive Bestandteile, wie andere Harze und/oder Zusätze und/oder Modifikatoren enthalten, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.

Der erfindungsgemäße Träger ist herstellbar durch

• a) entweder Eintauchen eines aus Eisenpulver bestehenden Kernmaterials in eine Harzlösung aus einem Epoxyhydroxy­ kohlenwasserstoffharz, einem Siliconharz und, falls er­ wünscht, einem wahlweisen Bestandteil in einem Lösungs­ mittel wie Toluol, einem Xylol, Methylethylketon oder Ethylacetat oder
  Aufsprühen einer derartigen Harzlösung auf ein Fließ­ bett des Kernmaterials und
• b) Erhitzen und Trocknen des auf diese Weise beschichteten Kernmaterials bei einer geeigneten erhöhten Temperatur, so daß eine Vernetzung der Überzüge entsteht.

Obwohl die Gesamtkonzentration der Harze in der Überzugslö­ sung innerhalb eines breiten Bereiches variieren kann, liegt die Konzentration im Falle eines Aufsprühens der Lösung in Anbetracht der Erzielung einer geeigneten Fließbarkeit und eines annehmbaren Wirkungsgrads bei der Erhitzungs- und Trocknungsstufe vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 10 Gew.-% der Lösung.

Die bei der Erfindung einsetzbaren Epoxyhydroxykohlenwasser­ stoffharze umfassen diejenigen, die aus Polymere von Dienver­ bindungen durch deren Epoxydierung und Hydroxylierung erhal­ ten werden. Ein bevorzugtes Beispiel der Epoxyhydroxykohlen­ wasserstoffharze ist ein normalerweise festes Polymerisat, das durch die kationische Polymerisation von 1,3-Pentadien und nachfolgendem Einführen von Epoxid- und Hydroxylgruppen in das polymere Zwischenprodukt erhalten wird. Vorzugsweise weist das Harzzielprodukt ein Hydroxyläquivalent oder eine Hydroxylzahl von etwa 500 bis 1200 und ein Epoxidäquivalent oder eine Epoxidzahl von etwa 400 bis 1000 auf.

Die bei der Erfindung verwendbaren Siliconharze sind hitze­ härtbar. Handelsübliche Siliconharze sind bei der Erfindung in Überzugszusammensetzungen verwendbar.

Zur Herstellung einer Überzugsschicht geeigneter Dicke auf der Oberfläche der Kernteilchen sollte das Verhältnis der harzartigen Überzugszusammensetzung, die auf den Kernteilchen aufgetragen wird, vorzugsweise etwa 0,05 bis 2 Gew.-% und in mehr bevorzugter Weise etwa 0,1 bis 1 Gew.-% des Kernmate­ rials (auf Trockenbasis) betragen.

Der Anteil des Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes in der harzartigen Zusammensetzung beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% (auf Trockenbasis). In mehr bevorzugter Weise wird das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz in einer 2 bis 10 Gew.-% betragenden Menge in der Zusammensetzung eingesetzt, weil innerhalb dieses Bereiches die entstehende Schicht eine be­ trächtliche Adsorption gegenüber den Kernteilchen und eine maximale mechanische Festigkeit aufweist. Wenn das Epoxy­ hydroxykohlenwasserstoffharz in einer weniger als 2% be­ tragenden Menge in der Zusammensetzung vorhanden ist, dann neigt die Überzugsschicht dazu, am Kern etwas weniger fest zu haften. Wenn dagegen das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz in einer größeren Menge als 10 Gew.-% vorhanden ist, dann ergibt sich zwar eine annehmbare Adhäsion, jedoch eine geringe Abnahme der mechanischen Festigkeit.

Das bei der Erfindung verwendete Kernmaterial besteht vor­ zugsweise aus einem Eisenpulver mit einer im Bereich von etwa 30 bis 200 µm liegenden Teilchengröße. Beispiele von Eisen­ pulvern, die bei der Erfindung verwendbar sind, umfassen reine metallische Eisenpulver wie chemisch reduzierte Eisen­ pulver, atomisierte Eisenpulver und elektrolytische Eisen­ pulver, Eisenlegierungspulver und teilweise oxydierte Eisen­ pulver, die durch Oxydation der Oberflächenbereiche der einzelnen Teilchen der Eisenpulver erhalten werden.

Der in Kombination mit dem erfindungsgemäßen Träger einsetz­ bare Toner kann aus dem breiten Bereich üblicher Toner aus­ gewählt werden, die ein Bindemittel (ein natürlich vorkommen­ des und/oder synthetisches Polymerisat), ein farberteilendes Mittel (ein Farbstoff und/oder Pigment) und wahlweise zuge­ gebene Modifikatoren und/oder Additive, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, enthalten.

Die Überzugsschicht des erfindungsgemäßen Trägers ist mit der Oberfläche der Eisenpulverkernteilchen verbunden und weist verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Somit ist der er­ findungsgemäße Träger widerstandsfähig gegenüber Abrieb und Abnutzung und anderen Formen mechanischer Beschädigung, die während des Gebrauchs auftreten, und behält im Verlauf einer langen Zeitdauer seine anfängliche Oberflächenglätte bei. Dies bedeutet, daß sich keine steife oder feste Schicht des Tonermaterials auf der Oberfläche des Trägers bildet, und daß die zwischen den Träger- und Tonerteilchen entstehende tribo­ elektrische Ladung im Verlauf einer langen Gebrauchsdauer im wesentlichen konstant bleibt.

Anhand der folgenden Beispiele, auf die die Erfindung nicht eingeschränkt ist, soll die Erfindung näher erläutert werden. Abänderungen der aufgezeigten Ausführungsformen sind inner­ halb des Rahmens der Erfindung möglich. In den Beispielen sind die als Teile angegebenen Mengen gewichtsbezogen.

Beispiel 1

Eine Überzugslösung wurde hergestellt durch Auflösen von 20 Teilen eines handelsüblichen Siliconharzes mit einem Festkörpergehalt von 50% und 1 Teil eines handelsüblichen Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes mit einem Epoxidäquivalent von 850 und einem Hydroxyläquivalent von 610 in 200 Teilen Methylethyl­ keton.

Es wurden 200 Teile eines Kernmaterials aus Eisenteilchen schuppenartiger unregelmäßiger Form mit Korngrößen im Be­ reich von 44 bis 149 µm und mit einer Schüttdichte von 2,71 g/cm³ in eine Fließbett-Beschichtungsvorrichtung ein­ gegeben. Die wie vorstehend angegeben hergestellte Lösung wurde mittels eines Luftstroms bei 40°C in das Fließbett eingesprüht. Nach Beendigung des Einsprühens wurde die Tempe­ ratur des Luftstroms eine Stunde auf 150°C erhöht, um einen erfindungsgemäßen elektrofotografischen Träger zu ergeben.

Ein Entwickler wurde hergestellt durch Vermischen von 1000 Teilen des Trägers und 40 Teilen eines handelsüblichen Toners für Magnetbürstenentwicklung. Das Vermischen erfolgte in einer Flasche aus Polyethylen mit einem Fassungsvermögen von 1 Li­ ter im Verlauf von einer Stunde bei 75 U/min.

Der Entwickler wurde zum Entwickeln von latenten statischen Bildern verwendet, die auf einem lichtempfindlichen Se-Substrat erzeugt worden waren. Die reproduzierten sicht­ baren Bilder waren schleierfrei und hoch aufgelöst. Sogar nach der Herstellung von 50 000 Kopien blieb die anfängliche Qualität der Kopien erhalten.

Beispiel 2

Eine Überzugsflüssigkeit wurde hergestellt durch Auflösen von 30 Teilen eines handelsüblichen Siliconharzes mit einem Festkörpergehalt von 45% und 1,3 Teilen eines handelsüblichen Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes mit einem Epoxidäquivalent von 430 und einem Hydroxyläquivalent von 980 in 200 Teilen Methylethylketon.

Es wurden 2000 Teile eines Eisenpulvers, das Teilchen von abgerundeter unregelmäßiger Form mit Korngrößen von 44 bis 149 µm und einer Schüttdichte von 2,90 g/cm³ enthielt, in eine Fließbett-Beschichtungsvorrichtung eingegeben. Die wie vorstehend beschrieben hergestellte Überzugsflüssigkeit wurde in das Fließbett aus dem Eisenpulver mittels eines Luftstroms bei 40°C eingesprüht. Nach Beendigung des Aufsprühens wurde die Temperatur des eingeführten Luftstroms eine Stunde auf 150°C erhöht, um einen erfindungsgemäßen Träger herzustel­ len.

Ein Entwickler wurde hergestellt unter Verwendung von 1000 Teilen des Trägers und gemäß der Verfahrensweise des Bei­ spiels 1 zum Entwickeln von latenten statischen Bildern ver­ wendet, die auf einer lichtempfindlichen Se-Platte erzeugt worden waren.

Die hergestellten Kopien waren schleierfrei und von hoher Qualität. Die ausgezeichnete anfängliche Qualität der Kopien blieb auch nach dem Herstellen von 50 000 Kopien beibehalten.

Beispiel 3

Die Verfahrensweise des Beispiels 2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Eisenpulverkernmaterial durch ein Eisen­ pulver ersetzt wurde, das Teilchen von schuppenartiger unre­ gelmäßiger Form enthielt, die einer teilweisen Oxydation bis zu einem Sauerstoffgehalt von 0,92% unterzogen worden werden.

Die Ergebnisse waren ähnlich denen, die im Beispiel 2 erhal­ ten wurden. Nach dem Herstellen von 50 000 Kopien blieb auch diesmal die anfängliche Qualität der Kopien erhalten.

Vergleichsbeispiel

Ein Träger wurde gemäß der im Beispiel 1 beschriebenen Ver­ fahrensweise hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Überzugs­ lösung nur das Siliconharz als Harzkomponente und kein Epoxy­ hydroxykohlenwasserstoffharz enthielt. Mit diesem Träger wurde ein Entwickler hergestellt und zum Entwickeln von latenten statischen Bildern gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 1 verwendet.

Obwohl zu Anfang klare Kopien erhalten wurden, waren nach dem Herstellen von etwa 16 000 Kopien die Kopien mit Schleiern versehen.

Die Verfahrensweise des Beispiels 2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz nicht bei der Herstellung der Überzugslösung verwendet wurde. Nach dem Herstellen von etwa 20 000 Kopien waren die weiteren Kopien von schlechter Qualität.

Claims (4)

1. Träger für elektrofotografische Entwickler, enthaltend ein teilchenförmiges Kernmaterial, das mit einer harz­ artigen, ein Siliconharz enthaltenden Zusammensetzung über­ zogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die harzartige Zusammensetzung im wesentlichen aus einem Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz und dem Siliconharz besteht.

2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die harzartige Zusammensetzung 1 bis 30 Gew.-% des Epoxy­ hydroxykohlenwasserstoffharzes enthält.

3. Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz ein Hydroxyl­ äquivalent von 500 bis 1200 und ein Epoxidäquivalent von 400 bis 1000 aufweist.

4. Elektrofotografischer Entwickler, enthaltend einen Toner und einen Träger, gekennzeichnet durch einen Träger einer der Ansprüche 1 bis 3.