DE3516937C2

DE3516937C2 - Toner für die Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes

Info

Publication number: DE3516937C2
Application number: DE3516937A
Authority: DE
Inventors: Meizo Shirose; Jiro Takahashi; Hiroshi Tsuchiya; Tadashi Kaneko
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1996-07-25
Anticipated expiration: 2005-05-11
Also published as: DE3516937A1; US4652509A

Description

Die Erfindung betrifft einen Toner für die Entwicklung ei nes latenten elektrostatischen Bildes, wie es in der Elek trophotographie , beim elektrostatischen Aufzeichnen, elek trostatischen Vervielfältigen bzw. Drucken und dgl. ent steht.

Das Verfahren zur Entwicklung von latenten elektrostati schen Bildern umfaßt im allgemeinen eine Stufe, in der elektrostatisch geladene feine Tonerteilchen von der Ober fläche eines ein latentes elektrostatisches Bild tragenden Trägers durch elektrostatische Anziehungskräfte angezogen und daran adsorbiert wird.

Als in der Praxis angewendetes Trockenentwicklungsverfahren ist die Kaskadenentwicklung, die Pelzbürstenentwicklung, die Magnetbürstenentwicklung, die Druckentwicklung oder die Pulverwolkenentwicklung allgemein bekannt und bei jedem Ent wicklungsverfahren müssen die verwendeten Tonerteilchen ein gutes Fließvermögen (eine gute Rieselfähigkeit) be sitzen. Mit einem Toner mit einem geringen Fließvermögen (einer geringen Rieselfähigkeit) wäre es schwierig, eine glatte Entwicklung durchzuführen, und das dabei erhaltene Bild würde in seiner Bildqualität beeinträchtigt.

Um Tonerteilchen ein verbessertes Fließvermögen (eine verbesserte Rieselfähigkeit) zu verleihen, ist es bereits bekannt, einer Tonerzusammensetzung hydropho bes Siliciumdioxid zuzusetzen, wie in der offengelegten japanischen Patentpublikation 47 345/1973 beschrieben. Danach ist es auch möglich, ein Tonerbild mit einer ver besserten Bildqualität zu erhalten.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß dabei der Nachteil auf tritt, daß in dem dabei erhaltenen Bild schwarze Punkte (Flecken) auftreten, insbesondere wenn das Kopieren (Ver vielfältigen) über einen langen Zeitraum hinweg wiederholt durchgeführt wird. Es wird angenommen, daß dieses Phänomen wie folgt abläuft:
In der Elektrophotographie ist in der Regel nach jedem Bildübertragungsprozeß, bei dem das auf dem das elektro statische Bild tragenden Träger gebildete Tonerbild auf ein anderes Aufzeichnungsmedium, wie z. B. ein Blatt Papier, übertragen wird, ein sogenannter Reinigungsprozeß er forderlich, um zurückbleibenden (restlichen) Toner auf einem ein elektrostatischen Bild tragenden Träger zu ent fernen. Es ist allgemein bekannt, in dem Reinigungspro zeß eine Reinigungsklinge zu verwenden wegen ihrer hohen Reinigungswirksamkeit und ihrer verminderten Kontamina tionseffekte auf die Umgebung. Wenn nun ein Toner, dem die obengenannten feinen Teilchen von hydrophobem Sili ciumdioxid zugesetzt worden sind, verwendet wird, be steht die Neigung, daß schwarze Punkte bzw. Flecken auf treten als Folge von punktartigen Rückständen auf dem das elektrostatische Bild tragenden Träger, die eine Ab nahme der Photoleitfähigkeit auf diesen Abschnitten nach dem Passieren des Trägers durch die Reinigungsklinge hervorrufen.

Als ein latentes elektrostatisches Bild tragender Träger sind photoleitfähige lichtempfindliche Materialien, wie z. B. Zinkoxid, Selen, Cadmiumsulfid und organische photo leitfähige Materialien, bekannt und wegen ihrer Licht empfindlichkeit, Kopierhaltbarkeit und umweltfreundlichen Eigenschaften werden photoleitfähige Selenmaterialien in großem Umfange verwendet. Das photoleitfähige Selenma terial hat jedoch den technischen Nachteil, daß eine weiße Streifenbildung, d. h. ein weißer strich- oder bandförmiger unterentwickelter Abschnitt auf einer pho toleitfähigen Platte entlang ihrer Bewegungsrichtung; beim Kopieren eines schwarzen Originals auftritt, die zurückzuführen ist auf die Kristallisation von Selen beim wiederholten Kopieren bei hoher Temperatur.

Bei entsprechenden Nachforschungen wurde gefunden, daß diese Kristallisation häufig beschleunigt oder verzö gert wird in Gegenwart bestimmter Metallionen. Außerdem ist es für die erfolgreiche Durchführung elektrostati scher Entwicklungs- und Übertragungsprozesse in der Elektrophotographie und in ähnlichen Verfahren wesent lich, daß die Tonerteilchen während des Reibungsaufla dungsprozesses eine ausreichende Menge elektrostatischer Ladung aufnehmen. Bei einem Toner mit unzureichenden Ladungen, insbesondere bei der Entwicklung unter Hochtem peraturbedingungen bei hoher Feuchtigkeit, ist häufig eine Abnahme der Dichte des übertragenen Bildes zu beobachten, die zurückzuführen ist auf unzureichende Übertragungsei genschaften des Tonerbildes oder auf verminderte Ent wicklungseigenschaften.

Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Toner mit einem guten Fließvermögen (einer guten Riesel fähigkeit) zu schaffen, der weniger schwarze Punkte bzw. Flecken verursacht. Ziel der Erfindung ist es ferner, einen Toner zu schaffen, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Kristallisation von photoleitfähigen Selenmaterialien hinauszuzögern. Ziel der Erfindung ist es außerdem, einen Toner zur Verfügung zu stellen, der beim lang andauernden und wiederholten Kopieren eine geringere weiße Streifen bildung verursacht. Ein weiteres Ziel der Erfindung be steht darin, einen Toner mit einer ausgezeichneten Ent wickelbarkeit und Übertragbarkeit anzugeben. Ziel der Erfindung ist es schließlich, ein Verfahren zum Ent wickeln eines latenten elektrostatischen Bildes, das auf einem photoleitfähigen Selen-Photorezeptor erzeugt worden ist, mit einer neuen Tonerzusammensetzung zu schaffen.

Die vorgenannten Ziele können erfindungsgemäß erreicht werden mit einem Toner zum Entwickeln eines latenten elektrostatischen Bildes, enthaltend ein Bindemittelharz, ein Färbemittel, Siliciumdioxid und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe hydrophobiertes Aluminiumoxid und hydrophobiertes Titandioxid, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das hydrophobierte Aluminiumoxid oder das Titanoxid hergestellt worden ist durch Umsetzung eines Aluminiumoxids oder Titanoxids mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe dialkyldihalogeniertes Silan, trialkylhalogeniertes Silan, alkyltrihalogeniertes Silan und Hexaalkyldisilazan.

Als Bindemittelharz kann erfindungsgemäß jedes beliebige konventionelle bekannte und verwendete Bindemittel einge setzt werden, wie z. B. ein Styrolharz, ein Acrylharz, ein Styrol/Acryl-Copolymerharz, ein Rosinharz (Kolophonium harz), ein Polyvinylharz, ein Polyolefinharz, ein Poly amidharz, ein Polyesterharz, ein Ketonharz, ein Epoxy harz, ein Phenolharz und eine Mischung davon.

Als Färbemittel kann erfindungsgemäß jedes beliebige, allgemein bekannte Färbemittel verwendet werden und zu geeigneten Färbemitteln gehören beispielsweise Ruß, Nigrosine (C.I. Nr. 50415B), Aniline Blue (C.I. Nr. 50405), Ultramarine Blue (C.I. Nr. 77 103), Chrome Yellow (C.I. Nr. 14090), Chinoline Yellow (C.I. Nr. 47005), Rose Bengal (C.I. Nr. 45435), Du Pont Oil Red (C.I. Nr. 26105), Phthalocyanine Blue (C.I. Nr. 74160), Lamp Black (C.I. Nr. 77266) und dgl. sowie eine Mischung davon. Die Menge, in der das Färbemittel in den erfin dungsgemäßen Toner eingearbeitet werden soll, unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, im allgemeinen sind jedoch 1 bis 20 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile des Bindemittelharzes, bevorzugt.

Wenn der erfindungsgemäße Toner auf einen sogenannten 1-Komponenten-Toner angewendet wird, kann ein magneti sches Material anstelle von oder zusammen mit den Färbe mitteln in die Tonerzusammensetzung eingearbeitet werden. Das magnetische Material, das verwendet werden kann, umfaßt beispielsweise eine Verbindung oder eine Legierung, die ein ferromagnetisches Element, wie z. B. Eisen, Ko balt und Nickel, enthält; Ferrit, Magnetit oder eine Legie rung, wie die sogenannte Heusler-Legierung, die kein ferromagnetisches Element enthält, sondern durch geeig nete Wärmebehandlung so modifiziert ist, daß sie ein ferromagnetisches Verhalten zeigt, und dgl.

Das hydrophobierte (hydrophob gemachte) Aluminiumoxid oder Titanoxid ist vorzugsweise ein solches, bei dem die Hydroxidgruppe in einem Verhältnis von mehr als 30%, vorzugsweise von mehr als 50%, bezogen auf die Gesamtmenge der Hydroxid gruppen, die an das Aluminiumoxid oder Titanoxid gebun den sind, blockiert ist. Die Hydrophobierungsbehandlung wird durchgeführt, indem man das anorganische Oxid mit einem Dialkyldihalo gensilan, einem Trialkyltrihalogensilan, einem Alkyl trihalogensilan oder einem Hexaalkylsilazan, insbesondere bei hoher Temperatur umsetzt.

Wenn ein Aluminiumoxid oder Titanoxid, dessen Hydropho bierungsverhältnis weniger als 30% beträgt, verwendet wird, neigt es zusammen mit der Kleinheit seiner Teil chengröße dazu, Wasser der Luft zu adsorbieren, so daß als Folge davon das Fließvermögen (die Rieselfähigkeit) des Toners mit den Änderungen der Umgebungsbedingungen schwankt. Damit ändert sich auch die Qualität eines mit einem solchen Toner erzeugten Tonerbildes in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen.

Die durchschnittliche Teilchengröße des hydrophobierten Aluminiumoxids oder Titanoxids gemäß der vorliegenden Erfindung kann variieren, im Hinblick auf seine Funktion als Fließfähigkeit bzw. Rieselfähigkeit verleihendes Material kann sie vorzugsweise weniger als 1 µm und ins besondere weniger als 0,5 µm betragen.

Das hydrophobierte Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Titanoxid (TiO₂) kann in dem Toner unter solchen Bedingungen vorlie gen, daß die Teilchen des Aluminiumoxids oder Titanoxids entweder mit Tonerteilchen gemischt sind oder die Ober fläche der Tonerteilchen überziehen. Die in der Tonerzu sammensetzung zu verwendende Menge an Aluminiumoxid oder Titanoxid unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, ge mäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be trägt sie jedoch weniger als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, und insbesondere weniger als 5 Gew.-%.

Das erfindungsgemäß zu verwendende Siliciumdioxid kann aus solchen ausgewählt werden, die allgemein bekannt sind als kolloidales Siliciumdioxid, und solche, die einer Hydro phobierungsbehandlung unterzogen worden sind, sind bevorzugt.

Repräsentative Beispiele für ein solches kolloidales Sili ciumdioxid, das erfindungsgemäß verwendet werden kann, sind "AEROSIL 200®, "AEROSIL 300®" und "AEROSIL 130®", und reprä sentative Beispiele für hydrophobe kolloidale Siliciumdi oxidteilchen sind "AEROSIL R-927®", "AEROSIL R-812®" und "AEROSIL R-805®".

Die Menge, in der die Siliciumdioxidteilchen erfindungsge mäß verwendet werden sollen, beträgt gemäß einer bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung von dem Standpunkt aus betrachtet, daß das Tonerteilchen eine genügende Menge an elektrischer Ladung aufnehmen kann und das Auftreten von schwarzen Punkten bzw. Flecken wirksam verhindert wird, 0,01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, insbesondere 0,05 bis 2 Gew.-%.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Synthesebeispiel

Ein mit einem Thermometer, einem Rührer aus rostfreiem Stahl, einem Glasrohr zur Einleitung von Stickstoff und einem Kühler ausgestatteter Rundkolben wurde mit 299 g Terephthalsäure, 211 g Polyoxypropylen (2,2)-2,2-Bis(4- hydroxyphenyl)propan und 82 g Pentaerythrit beschickt. Der Kolben wurde in einen Mantelerhitzer gesetzt und er hitzt, während Stickstoffgas in den Kolben eingeleitet wurde, um sein Inneres unter einer inerten Atmosphäre zu halten. Dann wurden 0,05 g Dibutylzinnoxid zugegeben und die Reduktion wurde bei 200°C durchgeführt, wobei der Erweichungspunkt als Parameter zur Überwachung des Fortschritts der Reaktion verwendet wurde. Als Ergebnis erhielt man ein Polyesterharz A mit einem Gehalt an in Chloroform unlöslichem Material von 17 Gew.-%. Dieses Harz wies einen Erweichungspunkt von 131°C bei der Kugel- und -Ring-Erweichungspunkt-Messung gemäß JIS K 1351-1960 auf.

Beispiel 1

100 Gew.-Teile des in dem Synthesebeispiel erhaltenen Polyesterharzes A, 10 Gew.-Teile Ruß ("Morgal L®"), 3 Gew.-Teile eines niedermolekularen Polypropylens ("Viscol 660P®") wurden miteinander gemischt, geschmolzen, durchgeknetet, pulveri siert und klassiert unter Anwendung eines konventionellen Tonerherstellungsverfahrens, wobei man einen Toner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm erhielt. Dieser Toner wird nachstehend als "Toner A" bezeichnet.

1 Gew.-Teil Aluminiumoxidteilchen, die durch Behandeln mit Dimethyldichlorsilan hydrophob gemacht worden waren, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,02 µm und einem Hydrophobierungsverhältnis von 70% wurden zu 100 Gew.-Teilen des Toners A zugegeben und damit gemischt, wobei man einen Toner B erhielt.

Beispiel 2

0,5 Gew.-Teile hydrophobes Siliciumdioxid "AEROSIL R-812®" wurden zu 100 Gew.-Teilen des Toners B zugegeben und damit gemischt, wobei man einen Toner C erhielt.

Beispiel 3

Ein Toner D wurde auf die gleiche Weise wie der Toner C erhalten, wobei diesmal jedoch als Siliciumdioxidteilchen "AEROSIL 200®" anstelle von "AEROSIL R-812®" verwendet wurden.

Beispiel 4

Ein Toner E wurde auf die gleiche Weise wie der Toner B erhalten, wobei in diesem Beispiel Titandioxid, das durch Behandlung mit Dimethyldichlorsilan hydrophob gemacht worden war und eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,03 µm und ein Hydrophobierungsverhältnis von 80% auf wies, anstelle des hydrophoben Aluminiumoxids verwendet wurde.

Beispiel 5

Ein Toner F wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 2 erhalten, wobei in diesem Beispiel der Toner E anstelle des Toners B verwendet wurde.

Beispiel 6

Ein Toner G wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 3 erhalten, wobei in diesem Beispiel der Toner E anstelle des Toners B verwendet wurde.

Beispiel 7

Ein Toner H wurde auf die gleiche Weise wie der Toner B erhalten, wobei jedoch in diesem Beispiel Magnesiumoxid, das durch Behandlung mit Dimethyldichlorsilan hydrophob gemacht worden war, anstelle von hydrophobem Aluminiumoxid verwendet wurde.

Beispiel 8

Ein Toner J wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 erhalten, wobei in diesem Beispiel jedoch der Toner H anstelle des Toners B verwendet wurde.

Beispiel 9

Ein Toner K wurde auf die gleiche Weise wie der Toner A erhalten, wobei in diesem Beispiel jedoch 1 Gew.-Teil "AEROSIL R-812®" zu 100 Gew.-Teilen des Toners A zuge geben und damit gemischt wurden.

Unter Verwendung dieser Toner wurden wiederholte Kopier tests durchgeführt, um die Stabilität des Bildes, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von schwarzen Punkten bzw. Flecken und weißen Streifen als Folge der Kristallisa tion des photoleitfähigen Materials unter variierenden Temperaturen und relativen Feuchtigkeiten zu prüfen unter Verwendung einer elektrophotographischen Kopier vorrichtung "U-Bix 1600®". Die dabei er zielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammen gefaßt.

Tabelle

Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, weisen er findungsgemäße Toner (die Toner C, D, F und G) ausge zeichnete Eigenschaften in bezug auf die Verhinderung des Auftretens von schwarzen Punkten bzw. Flecken und weißen Streifen auf ohne Abnahme der Bilddichte bei einem langen wiederholten Kopiertest, verglichen mit anderen Tonern (den Tonern A, B, E, H, J und K).

Der erfindungsgemäße Toner kann auch verschiedene andere Zusätze enthalten, wie sie üblicherweise bekannt sind und auf dem einschlägigen Gebiet verwendet werden, wie z. B. Ladungskontrollmittel oder Antioffsetmittel.

Die Verwendung von spezifischen Reibungsverminderungs mitteln oder Gleitmitteln, die kein metallisches Ele ment in ihrer Struktur enthalten in Kombination mit Siliciumdioxid gemäß der vorliegenden Erfindung ist besonders vorteilhaft in bezug auf die Verhinderung des Auftretens von weißen Streifen. Beispiele für geeignete derartige Reibungsverminderungs mittel oder Gleitmittel sind solche Verbindungen, die einen dünnen filmartigen Überzug (Niederschlag) auf dem das latente elektrostatische Bild tragenden Träger bilden können und die weicher als die Tonerteilchen sind in dem Weichheitstest gemäß ASTM D-1760. Diese Reibungs verminderungsmittel werden insbesondere ausgewählt aus gesättigten oder ungesättigten Fettsäuren mit 8 bis 35 Kohlenstoffatomen, die substituiert sein können; ihren Alkoholen; Mono- oder Polyestern dieser Alkohole; Fett säureamiden; Polyethylenglykolen und Methoxypolyethylen glykolen.

Claims

1. Toner für die Entwicklung eines latenten elektrostatischen Bildes, enthaltend ein Bindemittelharz, ein Färbemittel, Siliciumdioxid und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe hydrophobier tes Aluminiumoxid und hydrophobiertes Titanoxid, dadurch gekenn zeichnet, daß das hydrophobierte Aluminiumoxid oder das Titanoxid hergestellt worden ist durch Umsetzung eines Aluminiumoxids oder Titanoxids mit einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe dialkyl dihalogeniertes Silan, trialkylhalogeniertes Silan, alkyltrihaloge niertes Silan und Hexaalkyldisilazan.

2. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobier te Aluminiumoxid oder Titanoxid in einer Menge von nicht mehr als 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, in den Toner eingearbeitet ist.

3. Toner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobierte Aluminiumoxid oder Titanoxid in einer Menge von nicht mehr als 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, in den Toner eingearbeitet ist.

4. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobierte Aluminiumoxid oder Titanoxid eine durchschnittli che Teilchengröße von nicht mehr als 1 µm hat.

5. Toner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrophobier te Aluminiumoxid oder Titanoxid eine durchschnittliche Teilchengröße von nicht mehr als 0,5 µm hat.

6. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Färbemittel um eine magnetische Substanz handelt.

7. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Färbemittel um Ruß handelt.

8. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine Verbindung enthält, die ausgewählt wird aus der Gruppe hydrophobiertes Aluminiumoxid und reibungsverminderndes Mittel (Gleitmittel), das kein metallisches Element enthält.

9. Toner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das reibungsver mindernde Mittel (Gleitmittel) ausgewählt wird aus der Gruppe der Fettsäuren, ihrer Alkohole, der Mono- oder Polyester dieser Alkoho le, der Fettsäureamide, der Polyethylenglykole und Methoxypoly ethylenglykol.

10. Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das hydrophobierte Aluminiumoxid oder Titanoxid zu mehr als 50% hydrophobiert ist.

11. Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das Siliciumdioxid hydrophobes Siliciumdioxid ist.

12. Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das Siliciumdioxid in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% in den Toner eingearbeitet ist.

13. Toner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß er hydrophobiertes Titanoxid enthält.