DE3303444C2

DE3303444C2 - Trägerteilchen für elektrophotographische Entwickler

Info

Publication number: DE3303444C2
Application number: DE3303444A
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: 1985-04-11
Also published as: JPS597370A; JPS6238697B2; DE3303444A1; US4503136A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Träger zur Verwendung als Komponente in elektrofotografischen Zweikomponentenentwicklern, der ein teilchenförmiges Kernmaterial enthält, das mit einer harzartigen Zusammensetzung überzogen ist. Zur Verbesserung der Beständigkeit der triboelektrischen Eigenschaften ist die Oberfläche der Eisenteilchen des Kernmaterials mit einer harzartigen Zusammensetzung überzogen, die im wesentlichen aus einem Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz und einem Acrylharz besteht.

Description

Die Erfindung betrifft Trägerteilchen für elektrophotographische Entwickler mit einem teilchenförmigen Kernmaterial, das mit einer Bindemittelschicht, die ein Acrylharz enthält, überzogen ist.

Die erfindungsgemäßen Trägerteilchen sind zur Verwendung in elektrophotographsichen Zweikomponentenentwicklern bestimmt, die eine Trägerkomponente zusammen mit einer Tonerkomponente enthalten.

LS ist bekannt, einen derartigen Entwickler in einem Magnetbürstenentwicklungsverfahren zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes zu verwenden, das auf einem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial erzeugt worden ist. Üblicherweise enthält der Entwickler einen Toner mit relativ feinen Teilchen und einen Träger mit relativ groben Teilchen. Infolge des Kontakts und der Reibung zwischen diesen Teilchen entstehen auf den Teilchen jeweiliger Art elektrostatische Ladungen entgegengesetzter Polarität, so daß infolge elektrostatischer Anziehungskräfte die feinen Tonerteilchen auf den Oberflächen der groben Trägerteilchen festgehalten werden. Wird ein auf diese Weise statisch geladener Entwickler mit einem auf einem elektrophotographischen Aufzeichnungsmaterial erzeugten latenten elektrostatischen Bild in Berührung gebracht, dann wird ein Teil der geladenen Tonerteilchen vom latenten Bild elektrostatisch angezogen und auf das Bild übertragen, so daß ein entsprechendes sichtbares Tonerbild entsteht. Die Tonerteilchen müssen geeignete triboelektrische Eigenschaften aufweisen, damit sie eine ausreichende Ladung speichern können und eine genaue und selektive Übertragung der Ladung auf die mit dem latenten Bild versehene Fläche des Aufzeichnungsmaterials gewährleistet ist.

Im Verlauf des Gebrauchs der üblichen trockenen Zweikomponentenentwickler wird infolge der wiederholten Berührungen, Reibungen und Zusammenstöße zwischen den Trägerteilchen und den Tonerteilchen und zwischen diesen Teilchen und mechanischen Teilen der Entwicklungsvorrichtung die Oberfläche der Trägerteilchen mit Tonerstaub verschmutzt, wobei sich ein steifer kontinuierlicher Film aus dem Tonermaterial auf der Oberfläche der Trägerteilchen bildet. Ist ein derartiger Film einmal gebildet worden, dann sammelt sich das Tonermaterial allmählich auf den Trägerteilchen an. Die anfänglich durch den Kontakt der freien Oberfläche der Trägerteilchen mit den Tonerteilchen erzeugte triboelektrische Ladung des Entwicklers wird durch eine triboelektrische Ladung ersetzt, die infolge des Kontaktes zwischen den mit dem Toner überzogenen Oberflächen der Trägerteilchen und den Tonerteilchen, d. h. infolge des Toner-Toner-Kontakts, entsteht. Die triboelektrischen Eigenschaften eines frischen Entwicklers werden

ίο im Laufe der Zeit erheblich beeinträchtigt. Infolge dieser Beeinträchtigung der triboelektrischen Eigenschaften verschlechtert sich die Qualität der mit dem Entwickler hergestellten Kopien, wobei ein Verschmutzen des Bildhintergrundes mit erheblichen Tonermengen auftritt.

Zur Überwindung oder teilweisen Beseitigung der vorstehend erwähnten Schwierigkeiten ist es bekannt, den Träger z. B. durch Überziehen der Oberflächen der Trägerteilchen oder des Kernmaterials mit einem Bindemittel geringer Oberflächenenergie zu modifizieren. Auf diese Weise werden das unerwünschte Verschmutzen der Oberflächen der Trägerteilchen und das Ansammeln des Tonermaterials erheblich vermindert

Die DE-AS 15 97 822 beschreibt Trägerteilchen für einen elektrophotographischen Entwickler aus in einem Bindemittel dispergiertem magnetischen Teilchen, bei deren Verwendung ein nachteiliger Abrieb der photoleitfähigen Schicht vermieden, gleichzeitig jedoch eine Entwicklung voller Flächen erreicht werden soll. Die magnetischen Teilchen haben höchstens einen Vs so großen Durchmesser wie die Trägerteilchen, und die Trägerteilchen enthalten in dem Bindemittel zusätzlich elektrisch leitende Teilchen, z. B. aus Kohlenstoff, dispergiert.

Das Bindemittel dieser bekannten Trägerteilchen kann aus einem natürlichen oder künstlichen Harz mit geeigneten mechanischen und triboelektrischen Eigenschaften bestehen. Geeignete Monomere, die zur Herstellung von geeigneten Harzen verwendet werdet· können, sind Vinylmonomere. z. B. Acrylsäurealkylester und Methacrylsäurealkylester, Styrol und substituierte Styrole, basische Monomere, z. B. Vinylpyridin. Ebenfalls verwendbar sind Mischpolymerisate aus diesen und anderen Vinylmonomeren sowie sauren Monomeren, wie Acrylsäure- und Methacrylsäuremonomeren.

Bei den bindcmittclüberzogenen Trägcrtcüchcn dieser Art weist jedoch die Überzugsschicht im allgemeinen eine geringe Haftfestigkeit gegenüber dem Kernmaterial, z. B. einem Eisenpulver, auf. Hinzu kommt, daß

so die mechanische Festigkeit der Überzugsschicht 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 Bindemittelschicht abgenutzt oder abgelöst, wodurch die Oberflächen der Kernteilclien gegenüber dem Toner freigelegt werden. Die anfänglichen, durch den Kontakt der harzüberzogenen Kernteilchen mit den Tonerteilchen erzeugten triboelektrischen Ladungen werden allmählich durch die triboelektrischen Ladungen ersetzt, die durch. Kontakt der freigelegten Kernteilchen mit den Tonerteilchen erzeugt werden. Die anfänglichen triboelektrischen Eigenschaften des frischen Entwicklers lassen sich wieder nicht im Verlauf einer längeren Zeitdauer gleichbleibend beibehalten, und die eintretende Änderung dieser Eigenschaften wirkt sich nachteilig auf die Qualität der mit dem Entwickler hergestellten Kopien aus.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, überzogene Trägerteilchen für elektrophotographische Entwickier vorzusehen, deren Oberflächenbeschichtung fest auf dem Kernmaterial haftet, damit bei Verwendung der Trägerteilchen in elektrophotographischen Entwicklern auch bei dessen langem Gebrauch die triboelektrischen Eigenschaften konstant bleiben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bindemittelschicht zusätzlich ein Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz enthält

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

_ Die erfindungsgemäßen Trägerteilchen werden durch Überziehen eines Kernmaterials mit einer Bindemitte!- schicht hergestellt, die im wesentlichen aus dem Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz und dem Acrylharz bestehen. Zusätzlich zu diesen beiden Komponenten können die Zusammensetzungen, falls erwünscht, einen oder mehrere fakultative Bestandteile, wie andere Bindemittel und/oder Zusätze und/oder Modifikatoren ent-

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Die erfindungsgemäßen Trägerteilchen sind herstellbar durch

(a) Eintauchen des Kernmaterials in eine Bindemittellösung oder Aufsprühen der Bindemittellösung auf ein Fließbett des Kernmaterials, wobei die Bindemittellösung aus dem Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz, dem Acrylharz und, falls erwünscht, dem fakultativen Bestandteil in einem Lösungsmittel wie Toluol, eii· τη Xylol, Methylethylketon oder Ethylacetat besteht, und

(b) Erhitzen und Trocknen aes auf üiese Weise überzogenen Kernmaterials bei ei'ier geeigneten erhöhten Temperatur.

Obwohl die Gesamtkonzentration der Bindemittel in der Überzugslösung innerhalb eines breiten Bereiches variieren kann, liegt im Falle des Aufsprühens der Lösung die Konzentration im Hinblick auf die Erzielung geeigneter Fließ- und Trockeneigenschaften vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 Gew.-% der Lösung. Die einsetzbaren Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharze umfassen diejenigen, die aus Polymeren von Dienverbindungen durch deren Epoxydation und Hydroxylierung e^rhalten werden. Ein bevorzugtes Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz ist ein normalerweise feste Polymerisat, das durch eine kationische Polymerisation von 13-Pentadien und nachfolgendes Einführen von Epoxy- und Hydroxylgruppen in das polymere Zwischenprodukt erhalten wird. Zur Verwendung bei der Erfindung geeignete Epoxyhydrox^kohlenwasserstoffharze sind auch handelsüblich erhältlich.

Vorzugsweise weist das Harz ein Hydroxyläquivalent von 500 bis 1200 und ein Epoxydäquivalent von 400 bis 1000 auf.

In einem breiten Bereich liegende Acrylharze sind in der Überzugszusainmensetzung einsetzbar. Verwendbare Acrylharze sind auch handelsüblich erhältlich.

Zur Herstellung einer Bindemittelschicht geeigneter ; Dicke auf den Oberflächen der Teilchen des Kernmaterials sollte der Anteil der Bindemittel, die auf den Teilchen aufgetragen wird, vorzugsweise 0,05 bis 2 Gew.-% und in mehr bevorzugter Weise 0,1 bis 1 Gew.-% des Kernmaterials auf Trockenbasis betragen.

Der Anteil des Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes in der Bindemittelschicht beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-% auf Trockenbasis. In mehr bevorzugter Weise wird das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz in einer 2 bis 10 Gew.-°/o betragenden Menge in der Bindemittelschicht eingesetzt, weil innerhalb dieses Bereiches die entstehende Bindemittelschicht eine beträchtliche Haftfestigkeit gegenüber den Teilchen des Kernmaterials und eine maximale mechanische Festigkeit aufweist Wenn das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz in einer weniger als 2 Gew.-°/o betragenden Menge in der Bindemittelschicht vorhanden ist, dann neigt die Bindeniittelschicht dazu, etwas weniger fest an den Teilchen des Kernmaterials zu haften. Wenn dagegen das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz in einer größeren Menge als 10 Gew.-% vorhanden ist, dann ergibt sich zwar eine a^wehmbare Haftfestigkeit, jedoch eine geringe Abnahme der mechanischen Festigkeit

Das bei der Erfindung eingesetzte Kernmaterial besteht vorzugsweise aus einem Eisenpulver mit einer im Bereich von 30 bis 200 μπι liegenden Teilchengröße. Beispiele von Eisenpulvern, die bei der Erfindung verwendbar sind, umfassen reine metallische Eisenpulver

Z1CUL LlOLHL/UlVCl ailSIHlDlCl LC LISCIl' WlL Lllt:ilULIl IV.UUZ.1CUL L-lOLHL/UlVCl , ailSIHlDlCl LC

pulver und elektrolytische Eisenpulver, Eisenlegierungspulver und teilweise oxydierte Eisenpulver, die durch Oxidation der Oberflächenbereiche der einzelnen Teilchen der Eisenpulver erhalten werden.

Der zusammen mit den erfindungsgemäßen Trägerteilchen einsetzbare Tv^ner kann aus dem breiten Bereich üblicher Toner ausgewählt werden, die ein Bindemittel (ein natürlich vorkommendes und/oder synthetisches Polymerisat), ein farberteilendes Mittel (einen Farbstoff und/oder ein Pigment) und wahlweise zugegebene Modifikatoren und/oder Zusätze enthalten, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.

Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Trägerteilchen von überraschend verbesserter Beständigkeit sind. Die Trägerteilchen weisen beim Magnetbürstenentwicklungsverfahren der Elektrophotographie eine ausgezeichnete Haltbarkeit und Brauchbarkeitsdauer auf.

Die Bindemittelschicht der erfindungsgemäßen Trägerteilchen ist mit der Oberfläche der Eisenpulverkernteilchen verbunden und weist verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Die erfindungsgemäßen Trägerteilchen sind beständig gegenüber Abrieb und Abnutzung und anderen Formen mechanischer, während des Gebrauchs auftretender Beschädigung, und behalten im Verlauf einer langen Zeitdauer ihre anfängliche Ober flächenglätte bei. Dies bedeutete, daß sich keine steife oder feste Schicht aus dem Tonermaterial auf den Oberflächen der Trägerteilchen bildet, und daß die zwischen den Träger- und Tonerteilchen entstehende triboelektrisc^e Ladung im Verlauf einer langen Gebrauchsdauer des Entwicklers im wesentlichen konstant bleibt.
Anhand der folgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. In den Beispielen sind die als Teile angegebenen Mengen gewichtsbezogen.

Beispiel 1

Eine Überzugslösung wurde hergestellt durch Auflösen von 50 Teilen eines Acrylharzes und 5 Teilen eines Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes mit einem Epoxidäquivalent von 850 und einem Hydroxyläquivalent von 610 in 900 Teilen Toluol.

In die Überzugslösurig wurden 10 000 Teile eines Kernmaterials aus Eisenteilchen schuppenartiger unregelmäßiger Form im Größenordnung von 44 bis 149 μπι und mit einer Schüttdichte von 2,60 g/cm³ eingetaucht.

Unter Umrühren der Mischung wurde das Verdampfen des Lösungsmittels bis zur Trockne ermöglicht, wobei sich erfindungsgemäß elektrophotographische Trägeiteilchen ergaben.

Ein Entwickler wurde hergestellt durch Vermischen von 1000 Teilen der Trägerteilchen und 40 Teilen eines handelsüblich erhältlichen Toners für die Magnetbürstenentwicklung. Das Vermischen erfolgte in einer Flasche aus Polyethylen mit einem Fassungsvermögen von 1 1 im Verlauf von einer Stunde unter Umrühren bei 75 U/min.

Der Entwickler wurde zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Bildern verwendet, die auf einem Aufzeichnungsmaterial mit Selen als Photoleiter erzeugt worden waren. Die reproduzierten sichtbaren Tonerbilder waren schleierfrei und hoch aufgelöst Sogar nach der Herstellung von 50 000 Kopien blieb die anfängliche Qualität der Kopien erhalten. Während dieses Kopierversuchs wurde in periodischen Abständen die triboelektrische Ladung des Entwicklers bestimmt, die sich als sehr stabil erwies, wie aus den nachstehenden Ergebnissen hervorgeht

Kopienanzahl

Triboelektrische Ladung με/g

0 (anfänglich)
10 000
20 000
30 000
50 000

21,3
20,0
21,2
20,4
21,8

Beispiel 2

pien blieb auch diesmal die anfängliche Qualität der Kopien erhalten.

Beispiel 4

Eine Überzugslösung wurde hergestellt durch Auflösen von 50 Teilen eines Styrol-Acrylharzes und 5 Teilen eines Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes mit einem Epoxidäquivalent von 850 und einem Hydroxyläquivalent von 610 in 900 Teile Toluol.

Es wurden 10 000 Teile eines Eisenpulvers, das Teilchen von abgerundeter unregelmäßiger Form im Größenbereich von 74 bis 149 μΐη enthielt und eine Schüttdichte von 2,91 g/cm³ aufwies und das einer teilweisen

Oxidation unterzogen worden war, in die Oberzugslösung eingetaucht Unter Umrühren der Mischung wurde ein Verdampfen des Lösungsmittels bis zur Trockne ermöglicht, wobei erfindungsgemäße Trägerteilchen erhalten wurden.

Ein Entwickler wurde hergestellt unter Verwendung von 1000 Teilen des Trägers und _iramäß der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise zu n Entwickeln von latenten elektrostatischen Bildern auf einem Aufzeichnungsmaterial mit Selen als Photoleiter verwendet Die hergestellten Kopien waren schleierfrei und hoch aufgelöst

Die anfängliche Qualität der Kopien blieb auch nach dem Herstellen von 50 000 Kopien gut erhalten.

Vergleichsbeispieie

Eine Überzugslösung wurde hergestellt durch Auflösen von 7 Teilen eines Acrylharzes und 0,5 Teilen eines Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes mit einem Epoxidäquivalent von 430 und einem Hydroxyäquivalent von 980 ^:n 200 Teilen Methylethylketon.

Es wurden 2000 Teile eines Eisenpulvers, das Teilchen von schuppenartiger unregelmäßiger Form im Größenbereich von 44 bis 149 μπι enthielt und eine Schüttdichte von 2,40 g/cm aufwies, in eine Fließbett-Beschichtungsvorrichtung eingegeben. Die hergestellte Überzugslösung v/.'irde in das Fließbett aus^em Eisenpulver eingesprüht, um erfindungsgemäße Trägerteilchen zu ergeben.

Ein Entwickler wurde aus 1000 Teilen der Trägerteilchen hergestellt um⁴ gemäß der Verfahrensweise des Beispiels 1 zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Bildern verwendet, die auf einem Aufzeichnungsmaterial mit Selen als Photoleiter erzeugt worden waren. Die hergestellten Kopien waren schleierfrei und von hoher Auf'.ösung. Die anfängliche Qualität der Kopien blieb auch nach dem Herstellen von 50 000 Kopien gut erhalten.

Beispiel J

60

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% unterzogen worden waren.

Die Ergebnisse wp.ren ähnlich denen, die im Beispiel 1 erhalten wurden. Nach dem Herstellen von 50 000 Ko-Trägerteilchen wurden gemäß der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise hergestellt mit der Ausnahme, daß in der Überzugslösung das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz weggelassen wurde. Mit diesem Träger wurde ein Entwickler hergestellt, der wie im Beispiel 1 auf seine Brauchbarkeit zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Bildern auf einem Aufzeichnungsmaterial mit Selen als Photoleiter 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 Trägerteilchen hergcs»ellt durch Wiederholen der einzelnen Verfahrensweise der Beispiele 2, 3 und 4, mit der Ausnahme, daß in den jeweiligen Überzugslösungen die Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharze weggelassen wurden. Mit den erhaltenen Trägern wurden Entwickler gemäß den Verfahrensweisen der Beispiele 2, 3 bzw. 4 hergestellt. Mit den Entwicklern durchgeführte Entwicklungsversuche ergaben, daß nach dem Herstellen von 15 000 bis 20 000 Kopien die Entwickler in unannehmbarer V/eise verschlechtert worden waren, und daß sich in jedem der Fälle die triboelektrische Ladung beträchtlich erhöht hatte.

Claims

Patentansprüche:

1. Trägerteilchen für elektrophotographische Entwickler mit teilchenförmigen Kernmaterial, das mit einer Bindemittelschicht, die ein Acrylharz enthält, überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelschicht zusätzlich ein Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz enthält.

2. Trägerteilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharz ein Hydroxyläquivalent von 500 bis 1200 und ein Epoxidäquivalent von 400 bis 1000 aufweist.

3. Trägerteilchen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittelschicht 1 bis 30 Gew.-% des Epoxyhydroxykohlenwasserstoffharzes enthält.

4. Verwendung der Trägerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zusammen mit einem Toner als Bestandteil eines elektrophotographischen Entwick-