DE3303444A1

DE3303444A1 - Traeger fuer elektrofotografische entwickler

Info

Publication number: DE3303444A1
Application number: DE19833303444
Authority: DE
Inventors: Kenkichi Shibukawa Gunma Hara; Tsugifusa Kawasaki Kanagawa Hashimoto; Tamotsu Murakami; Kazuyoshi Maebashi Gunma Oka; Shigeo Yokoe
Original assignee: Kanto Denka Kogyo Co Ltd; Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Kanto Denka Kogyo Co Ltd
Priority date: 1982-07-02
Filing date: 1983-02-02
Publication date: 1984-01-05
Also published as: DE3303444C2; JPS6238697B2; US4503136A; JPS597370A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrofotografischen Träger mit einem teilchenförmigen Kernmateriai, das mit einer harzartigen Zusammensetzung überzogen ist.

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

In einem bekannten elektrofotografischen Verfahren wird ein
trockener Zweikomponentenentwickler, der eine Tonerkomponente in Kombination mit einer Trägerkomponente enthält, im Magnetbürstenentwicklungsverfahren zum Entwickeln eines statischen Bildes verwendet, das latent auf einem lichtempfindlichen
Substrat erzeugt worden ist. Üblicherweise enthält der Entwickler einen Toner mit relativ feinen Teilchen und einen
Träger mit relativ groben Teilchen. Die statischen Anziehungskräfte zwischen den entgegengesetzten Polaritäten, die durch Kontakt zwischen diesen Teilchen entstehen, halten die feinen

Tonerteilchen auf den Oberflächen der groben Trägerteilchen fest. Wenn ein auf diese Weise statisch aufgeladener Entwickler mit einem latenten statischen Bild in Berührung gebracht wird, daß auf einem lichtempfindlichen Substrat erzeugt worden ist, wird ein Teil der geladenen Tonerteilchen vom latenten Bild statisch angezogen und auf das Bild übertragen, so daß ein entsprechendes sichtbares Bild entsteht. Die Tonerteilchen müssen somit entsprechende triboelektrisehe Eigenschaften aufweisen, damit sie eine ausreichende Ladungsmenge speichern können und eine genaue und selektive Übertragung der Ladung auf die mit. dem latenten Bild versehene Fläche gewährleistet ist.

Werden die üblichen trockenen Zweikomponentenentwickler eine Zeitlang im elektrofotografischen Entwicklungsverfahren verwendet, neigt der Toner oder der Tonerstaub dazu, die Oberfläche der Trägerteilchen zu verschmutzen, so daß schließlich aufgrund der wiederholten Berührungen und Zusarrmenstoße zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilchen und zwischen diesen Teilchen und mechanischen Teilen der Entwicklungsvorrichtung ein steifer kontinuierlicher Film aus dem Tonermaterial auf der Oberfläche gebildet wird. Ist ein derartiger Film einmal gebildet worden, dann sammelt sich das Tonermaterial auf den entsprechenden Trägerteilchen allmählich an. Die durch den Kontakt der freien Oberfläche der

Trägerteilchen mit den Tonerteilchen erzeugte triboelektrisehe Ladung des Entwicklers wird durch die triboe lektrisehe Ladung ersetzt, die dann infolge des Kontaktes zwischen den mit dem Toner überzogenen Oberflächen der Trägertei1chen und den Tonerteilchen, d.h. infolge des Toner-Toner-Kontakts, erzeugt wird; Somit werden die triboe lektrisehen Eigenschaften eines frischen Entwicklers erheblich beeinträchtigt. Folglich verschlechtert sich die Qualität der hergestellten reproduzierten Kopien aufgrund eines Verschmutzens des Hintergrundes mit erheblichen Tonermengen, was auf die Beeinträchtigung der triboelektrisehen Eigenschaften zurückzuführen ist.

Zur Überwindung oder teilweisen Beseitigung der vorstehend erwähnten Schwierigkeiten ist es bereits in Vorschlag gebracht worden, den Träger zu modifizieren, z.B. durch Überziehen der Oberflächen der Trägertei1chen (oder des Kernmaterials) mit einem Harz geringer Oberflächenenergie. Durch die vorgeschlagenen Verfahrensweisen werden das unerwünschte Verschmutzen und das Ansammeln des Tonermaterials an den Oberflächen der Trägertei1chen erheblich vermindert. Bei dem auf diese Weise erhaltenen Träger, der mit dem Harz überzogen ist, weist jedoch die Überzugsschicht im allgemeinen eine geringe Haftfestigkeit gegenüber dem Kernmaterial, z.B. einem Eisenpulver auf. Hinzu kommt, daß die mechanische Festigkeit

der Über z.ugssch icht nicht dazu ausreicht, der Reibung und Stoßeinwirkung zu widerstehen, denen der Entwickler während des Gebrauchs ausgesetzt ist. Im Verlauf einer längeren Zeitdauer kontinuierlichen Betriebs wird die auf den Oberflächen der Kernteilchen aufgetragene Harzschicht abgenutzt oder abgelöst. Dadurch werden die Oberflächen der Kernteilchen gegenüber der Einwirkung des Toners freigelegt. Die anfänglichen, durch den Kontakt der harzüberzogenen Kernteilchen mit den Tonerteilchen erzeugten triboelektrischen Ladungen werden dann allmählich durch die triboelektrischen Ladungen ersetzt, die durch Kontakt der freigelegten Kernteilchen mit den Tonerteilchen erzeugt werden. Demgemäß lassen sich wieder die anfänglichen triboelektrischen Eigenschaften eines frischen Entwicklers nicht im Verlauf einer längeren Zeitdauer gleichbleibend beibehalten und die eintretende Änderung der triboelektrischen Eigenschaften wirkt sich nachteilig auf die Qualität der hergestellten Kopien aus.

Durch die Erfindung soll ein verbesserter elektrofotografischer Träger vorgesehen werden, der die bei Trägern nach dem Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten beseitigt oder erheblich verringert.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, einen verbesserten elektrofotografischen Träger vorzusehen, auf dessen Oberfläche

- — " " 330344Α

7 -

sich im Verlauf des Gebrauchs des Entwicklers keine steife
oder feste Schicht bildet, der ein Eisenpu1verkernmateria I
enthält, das mit einer fest am Kernmaterial haftenden harzartigen Schicht hoher mechanischer Festigkeit überzogen ist, und der im Verlauf einer langen Gebrauchsdauer zusammen mit den Tonerteilchen eine im wesentlichen gleichbleibende triboelektrische Ladung entwickelt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen.

Der erfindungsgemäße elektrofotografische Träger wird hergestellt durch Überziehen eines Kernmaterials mit einer harzartigen Zusammensetzung, die im wesentlichen aus einem
Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharζ und einem Acrylharz besteht. Es wurde festgestellt, daß der überzogene Träger eine überraschend verbesserte Beständigkeit aufweist.

Obwohl die bei der Erfindung einsetzbaren harzartigen Überzugszusarmnensetzungen im wesentlichen aus den angegebenen
zwei Harzkomponenten bestehen, können die Überzugszusarrmensetzungen, falls erwünscht, zusätzlich einen oder mehrere
fakultative Bestandteile, wie andere Harze und/oder Zusätze und/oder Modifikatoren entha1 ten,"wie sie im Stand der
Technik bekannt sind.

Her erfindungsgemäße Träger ist herstellbar durch

(a) entweder Eintauchen eines aus Eisenpulver bestehenden Kernmaterials in eine Harzlösung aus einem Epoxyhydroxykohlenwasser stof f harz , einem Acrylharz und, falls erwünscht, einem wahlweisen Bestandteil in einem Lösungsmittel wie Toluol, einem Xylol, Methylethylketon oder Ethylacetat oder

Aufsprühen einer derartigen Harzlösung auf ein Fließbett des Kernmaterials und

(b) Erhitzen und Trocknen des auf diese Weise überzogenen Kernmaterials bei einer geeigneten erhöhten Temperatur.

Obwohl die Gesamtkonzentration der Harze in der Überzugslösung innerhalb eines breiten Bereiches variieren kann, liegt im F⁷a 1 1 e eines Aufsprühens der Lösung die Konzentration im Hinblick auf die Erzielung einer geeigneten Fließbarkeit und eines annehmbaren Wirkungsgrads bei der Erhitzungs- und Trocknungsstufe, vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis Gew.-% der Lösung.

Die bei der Erfindung einsetzbaren Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharze umfassen diejenigen, die aus Polymeren von Dien-

verbindungen durch deren Epoxydierung und Hydroxylierung erhalten werden. Ein bevorzugtes Beispiel der Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharze 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 erzielte Harzprodukt ein Hydroxy 1 äqu iva lent oder eine Hyclroxylzahl von etwa 5QO bis 1.200 und ein Epoxidäquivalent oder eine Epoxidzahl von etwa 400 bis 1.000 auf.

Handelsüblich erhältliche Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharze, die zur Verwendung bei der Erfindung geeignet sind, umfassen diejenigen, die unter den Handelsnamen "LPHX 1060", "LPHX 2060" und "LPHX 2100" von der Firma Asahi Denka Kogyo Co., Ltd. (Japan) vertrieben werden.

In einem breiten Bereich liegende Acrylharze sind in der harzartigen Über zugszusarrmensetzung verwendbar. Ha ndels üblich erhältliche Acrylharze, die bei der Erfindung in den Überzugszusarrmensetzungen verwendbar sind, umfassen z.B."Dianal" BR-50, -51, -52, -60, -64, -70, -75, -77, -80, -83, -85, -100 und -101 (der Firma Mitsubishi Rayon Co., Ltd., Japan), "Himer" SBM-73, -3700, -600, -700 und -82 (der Firma Sanyo Chemical Industries Ltd., Japan) und "Pliolite" ACL, AC und

-■ίο- .

VTACL (der Firma Goodyear).

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

Her Anteil des Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes in der harzartigen Zusammensetzung beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% (auf Trockenbasis). In mehr bevorzugter Weise wird das Epoxyhydroxykoh1enwasserstoffharζ in einer 2 bis 10 Gew.-96 betragenden Menge in der Zusammensetzung eingesetzt, weil innerhalb dieses Bereiches die entstehende Schicht eine beträchtliche Haftfestigkeit gegenüber den Kernteilchen und eine maximale mechanische Festigkeit aufweist. Wenn das Epoxyhydroxykoh 1 onwas ser stof f har ζ in einer weniger als 2 Gew.-% betragenden Menge in der Zusammensetzung vorhanden ist, dann neigt die Überzugsschicht dazu, etwas weniger fest an den Kernteilchen zu haften. Wenn dagegen das Expoxyhydroxykohlenwasserstoffharz in einer größeren Menge als 10 Gew.-% vorhanden ist, dann ergibt sich zwar eine annehmbare Haftfestigkeit, jedoch eine geringe Abnahme der mechanischen Festigkeit.

Das bei der Erfindung eingesetzte Kernmaterial besteht vorzugsweise aus einem Eisenpulver mit einer im Bereich von etwa 3Φ bis 200 μίτι liegenden Teilchengröße. Beispiele von Eisenpulvern, die bei der Erfindung verwendbar sind, umfassen reine metallische Eisenpulver wie chemisch reduzierte Eisenpulver, atomi sierte Eisenpulver und elektrolytisehe Eisenpulver, Eisenlegierungspulver und teilweise oxidierte Eisenpulver, die durch Oxidation der Oberflächenbereiche der einzelnen Teilchen der Eisenpulver erhalten werden.

Der zusammen mit dem erfindungsgemäßen Träger einsetzbare Toner kann aus dem breiten Bereich üblicher Toner ausgewählt wer den, die ein Bindemittel (ein natürlich vor korrmendes und/oder synthetisches Polymerisat), ein farber tei1endes Mittel (ein Farbstoff und/oder Pigment) und wahlweise zugegebene Modifikatoren und/oder Zusätze enthalten, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.

Die Überzugsschicht des er f i nclungsgemäßen Trägers ist mit der Oberfläche der Eisenpulverkernteilchen verbunden und weist verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Somit ist der erfindungsgemäße Träger beständig gegenüber Abrieb und Abnutzung und anderen Formen mechanischer Beschädigung, die während des Gebrauchs auftreten, und behält im Verlauf einer langen Zeitdauer seine anfängliche Oberf1üchengIätte bei. Dies bedeu-

- 12 -

tet, daß sich keine steife oder feste Schicht des Tonermaterials auf der Oberfläche des Trägers bildet und daß die zwischen den Träger- und Tonerteilchen entstehende triboelektrische 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 innerhalb des Rahmens der Erfindung möglich. In den Beispielen sind die als Teile angegebenen Mengen gewichtsbezogen.

Eine Überzugs Iösung wurde hergestellt durch Auflösen von 50 Teilen eines Acrylharzes "BR-50" der Firma Mitsubishi Rayon) und 5 Teilen eines EpoxyhydroxykohIenwasserstoffhar zes ("LPHX 2100" der Firma Asahi Denka) mit einem Epoxidäquivalent von 850 und einem Hydroxyläquivalent von 610 in 900 Teilen Toluol.

Ein Kernmaterial aus Eisenteilchen schuppenartiger unregel mäßiger Form im Größenbereich von 44 bis 149 μΐη. und mit

3
einer Schüttdichte von 2,60 g/cm (10 000 Teile) wurde in

die vorstehend beschriebene Lösung eingetaucht. Unter Un-

ft * * ·

* ft ·

- 13 -

rühren der Mischung wurde das Verdampfen des Lösungsmittels bis zur Trockne ermöglicht, wobei sich ein er f i ndungsßernäßer elektrofotografischer Träger ergab.

Ein Entwickler wurde hergestellt durch Vermischen von 1000 Teilen des Trägers und 40 Teilen eines handelsüblich erhältlichen Toners für die Magnetbürstenentwicklung (der zur Verwendung in einer elektrofotografischen Maschine der Marke "BD 3504" der Firma Toshiba vorgesehen war). Das Vermischen erfolgte in einer Flasche aus Polyethylen mit einem Fassungsvermögen von 1 1 im Verlauf von einer Stunde bei 75 U/min.

Der Entwickler wurde zum Entwickeln von latenten statischen Bildern verwendet, die auf einer lichtempfindlichen Se-Platte erzeugt worden waren. Die reproduzierten sichtbaren Bilder waren schleierfrei und hoch aufgelöst. Sogar nach der Herstellung von 50 000 Kopien blieb die anfängliche Qualität der Kopien erhalten. Während dieses Kopierversuchs wurde die triboelektrische Ladung des Entwicklers in periodischen Abständen bestimmt. Die nachstehenden Ergebnisse wurden erhalten.

O (anfänglich) 21,3

10.000 20,0

20.000 21,2

30.000 20,Ψ

50.000 21,8

Im Verlauf des Versuchs ergab sich somit eine sehr stabile triboelektrisehe Ladung.

F.ine Überzugs 1 ösung wurde hergestellt durch Auflösen von 7 Teilen eines Acrylharzes ("BR-SO" der Firma Mitsubishi Rayon) und 0,5 Teilen eines Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes ("LPHX 2060" der Firma Asahi Denka) mit einem Epoxidäquivalent von 430 und einem Hydroxyläquivalent von 980 in 200 Teilen Methylethylketon.

Es wurden 2000 Teile eines Eisenpu1vers, das Teilchen von schuppenartiger unregelmäßiger Form im Größenbereich von ¹Ib bis 149 μηη enthielt und eine Schüttdichte von 2,40

3
g/cm aufwies, in eine Fließbett-Beschichtungsvorrichtung

eingegeben. Die wie vorstehend beschrieben hergestellte Überzugs lösung wurde in das Fließbett aus dem Eisenpulver eingesprüht, um einen er f indungsgemälJen Träger zu ergeben.

Ein Entwickler wurde hergestellt unter Verwendung von 1000 Teilen des Trägers und gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 1 zum Entwickeln von latenten statischen Bildern verwendet, die auf einer lichtempfindlichen Se-PIatte erzeugt worden waren. Die hergestellten Kopien waren schleierfrei und wiesen eine hohe Auflösung auf. Die anfängliche Qua lität der Kopien blieb auch nacli der Herstellung von 50 000 Kopien gut erhalten.

Die Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das Eisenpulvermaterial durch ein Eisenpulver ersetzt wurde, das Teilchen von schuppenartiger unregelmäßiger Form enthielt, die einer teilweisen Oxidation bis zu einem Sauerstoffgehalt von 1,2 96 unterzogen worden waren.

Die Ergebnisse waren ähnlich denen, die im Beispiel 1 erhalten wurden. Nach dem Herstellen von 50 000 Kopien blieb auch diesmal die anfängliche Qualität der Kopien erhalten.

ti ψ ·

- If) -

Bine Überzugs1ösung wurde hergestellt durch Auflösen von 50 Teilen eines Styro1-Acry1harzes ("Himer SBM-700" der Firma Sanyo Chemical Industries) und 5 Teilen eines Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes ("LPHX 2100" der Firma Asahi Henka) mit einem Epoxidäquiva1 ent von 850 und einem Hydroxyläquivalent von 610 in 900 Teilen Toluol.

Es wurden 10 000 Teile eines Eisenpu1vers, das Teilchen von abgerundeter unregelmäßiger Form im Größenbereich von 74 bis

149 μτη enthielt und eine Schüttdichte von 2,91 g/cm aufwies und das einer teilweisen Oxidation unterzogen worden war, in die wie vorstehend beschrieben hergestellte Lösung eingetaucht. Unter (Inrühren der Mischung wurde ein Verdampfen des Lösungsmittels bis zur Trockne ermöglicht, wobei ein erfindungsgemäßer Träger erhalten wurde.

Ein Entwickler wurde hergestellt, unter Verwendung von 1000 Teilen des Trägers und gemäß der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise zum Entwickeln von latenten statischen Bildern auf einer lichtempfindlichen Se-Platte verwendet. Die hergestellten Kopien waren schleierfrei und hoch aufgelöst. Die anfängliche Qualität der Kopien wurde auch nach dem Herstellen von 50 000 Kopien gut beibehalten.

Ein Träger wurde gemäß der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt, mit der Ausnahme, daß in der IJberzugslösung das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharζ weggelassen wurde. Mit diesem Träger wurde ein Entwickler hergestellt,
der wie im Beispiel 1 auf seine Brauchbarkeit zum Entwickeln von latenten statischen Bildern auf einer lichtempfindlichen Se-Platte untersucht wurde.

Obwohl anfänglich klar aufgelöste Kopien erhalten wurden, war nach dem Herstellen von etwa 20 000 Kopien die Verringerung
der Bilddichte und der Auflösung nicht mehr annehmbar.

Es wurden Träger hergestellt durch Wiederholen der einzelnen Verfahrensweisen der Beispiele 2, 3 und 4, mit der Ausnahme, daß in den jeweiligen Überzugs1ösungen die Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharze weggelassen wurden. Mit den erhaltenen
Trägern wurden Entwickler gemäß den Verfahrensweisen der Beispiele 2, 3 bzw. 4 hergestellt. Mit den Entwicklern durch.gefuhr te Entwicklungsversuche ergaben, daß nach dem Herstellen von etwa 15 000 bis 20 000 Kopien die Entwick1 er in unannehmbarer Weise verschlechtert worden waren, und daß sich in
jedem der Fälle die triboe1ektrisehe Ladung beträchtlich erhöht hatte.

Claims

Patentanwälte Steinsdorfstr. 21-22 · D-8000 München 22 ■ Tel. 089 / 22 94 41 · Telex: 5 22208 TELEFAX: GR.3 89/2716063 · GR.3 + RAPIFAX + RICOH 89/2720480 · GR.2 + INFOTEC 6000 89/2720481 10 604 - 3/R KANTODENKAKOGYOCO., LTD., 2-1, Marunouchi 1-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan und TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, 72, Hörikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-ken, Japan Patentansprüche:

1. Elektrofotografischer Träger mit einem teilchenförmigen Kernmaterial, das mit einer harzartigen Zusammensetzung überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die harzartige ZusarrmenSetzung im wesent 1 ichen aus einem Epoxyhydroxykoh1enwasserstoffharz und einemAcry!harz besteht.

2. Träger nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet , daß das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz ein Hydroxy 1äquivalent von 500 bis 1.200 und ein Epoxidäquivalent von 400 bis 1.000 aufweist.

3. Träger nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die harzartige Zusammensetzung 1 bis 30 Gew.-96 des Epoxyhydroxykohlenwasserstoff harzes enthält.

k. Elektrof otogr'af i scher " Entwickler , enthaltend einen Toner und einen Träger, gekennzeichnet durch einen Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3.