DE3750817T2 - Toner für elektrophotographie. - Google Patents
Toner für elektrophotographie.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrophotografisches Toner-Pulver zur Verwendung bei der Entwicklung eines elektrostatischen Bildes in der Elektrophotographie und insbesondere bezieht sie sich auf einen elektroqrafischen Trockentoner gemäß Anspruch 6, der eine ausgezeichnete Fixierfähigkeit bei niedrigerer Temperatur in einem Heißwalzen-Kopierverfahren ausübt, bestehend aus einem Vinylpolymer mit einem niedrigen Molekulargewicht, das durch das Verfahren nach Anspruch 1 herstellbar ist.
- Der elektrophotografische Toner besteht herkömmlich aus einer Harz-Zusammensetzung, einem Färbemittel, das Pigmente oder Farbstoffe enthält, Steuerungsmitteln, Wachs und dergleichen. Synthetisches oder natürliches Harz wird für die Harzzusammensetzung allein oder als eine geeignete Mischung verwendet. Ein Styrol enthaltendes Polymer mit einem relativ hohen Molekulargewicht wird im allgemeinen als Beimengung in einem passenden Verhältnis mit einem Styrol enthaltenden Polymer mit einem relativ niedrigen Molekulargewicht verwendet. Die Zusmmensetzung und die thermischen Eigenschaften des Styrol enthaltenden Polymeren, der zur Anwendung kommt, sind wichtige Faktoren, die die Toner-Merkmaie entscheiden und derzeit wird ihre Verbesserung stark begehrt.
- Viele Arten des Fixierverfahrens, das als Heißwalzen- Verfahren bezeichnet wird, werden in den elektrophotofischen Kopiergeräten und Druckern eingesetzt. In diesem Verfahren werden Tonerteilchen, die elektrostatisch auf Kopierpapier übertragen wurden, durch erhitzte Druckwalzen geführt, wobei die Teilchen geschmolzen und auf dem Papier fixiert werden. Kopiergeräte sind in jüngster Zeit entwickelt worden, um die Vervielfältigung mit einer hohen Rate und die Fixierung mit geringer Energie durchzuführen. Konventioneller Toner ist indessen aus dem folgenden Grund für das Leistungsvermögen dieser Geräte und Drucker nicht immer zufriedenstellend. Die Hitzemenge, die von den Heißwalzen auf die Tonerteilchen bei hoher Vervielfältigungsgeschwindigkeit übertragen wird, ist geringer als bei niedriger Vervielfältigungsgeschwindigkeit. Eine bemerkenswerte Abnahme der Oberflächentemperatur der Heißwalzen wird auch durch die Erhöhung der Wärmeentfernung auf die Kopierpapiere verursacht, was zu einer unzureichenden Verschmelzung und verschlechterter Fixierung der Tonerteilchen führt. Außerdem wird von den Kopiergeräten, die mit zahlreichen Hilfsvorrichtungen ausgestattet sind, verlangt, daß sie all diese Vorrichtungen innerhalb eines begrenzten Stromverbrauchs betreiben. Da der Anteil des Stromverbrauchs zur Erwärmung der Walzen innerhalb des gesamten Verbrauchs sehr hoch ist, wird nachdrücklich gefordert, die Temperatur der Heißwalzen zu verringern. Der konventionelle Toner kann jedoch ein zufriedenstellendes Schmelzen und Anhaftung auf den Kopierpapieren bei geringeren Oberflächentemperaturen der Heißwalzen nicht leisten. Deshalb ist nachdrücklich gewünscht worden, einen Toner zu entwickeln, der eine ausreichende Fixierfähigkeit bei Inanspruchnahme einer kleineren Wärmemenge aufweist. Als Gegenmaßnahme für dieses Problem gibt es ein Verfahren zur zufriedenstellenden Durchführung der Fixierung unter den Bedingungen von hoher Geschwindigkeit und den Bedingungen niedrigerer Temperaturen durch Senkung der Erweichungstemperatur oder Schmelzviskosität des Harzes, das die Tonerteilchen bildet. Das heißt, das Schmelzen des Toners bei der niedrigeren Temperatur kann durch Einstellung des Mischungsverhältnisses des Harzes herbeigeführt werden. Dieses Verfahren erhöht jedoch den Anteil an Styrol enthaltendem Harz mit niedrigem Molekulargewicht und verringert drastisch die Schmelzviskosität von Karz bei hohen Temperaturen. Als Ergebnis werden die Tonerteilchen, die geschmolzen und durch die Heißwalzen auf das Kopierpapier bei der Fixierstufe gepreßt wurden, nur teilweise übertragen und verbleiben auf der Oberfläche der Heißwalze, wenn das Papier von den Walzen entfernt wurde. Der auf der Walzenoberfläche anhaftende Toner wird wieder auf das nächste Papier gepreßt, was als sogenanntes "Offset-Phänomen" bezeichnet wird. Das Offset-Phänomen verursacht den schwerwiegenden Nachteil, daß die Kopierpapiere verunreinigt werden und gute Bilder nicht erlangt werden können.
- Außerdem kann das Harz, das eine niedrige Erweichungstemperatur besitzt, durch Steuerung der Monomerzusammensetzung, die das Harz bildet, hergestellt werden. Der Toner, der von solch einem Harz mit niedriger Erweichungstemperatur abgeleitet wird, verursacht indessen ein gegenseitiges Verkleben der Tonerteilchen durch Druck während der Lagerung. In extremen Fällen ist der Toner dem Eintritt des sogenannten "Blockierungs"-phänomens ausgesetzt, was zur völligen Koagulation des Toners führt. Insbesondere im Falle der Verwendung des Styrol enthaltenden Harzes mit niedrigem Molekulargewicht als eine Komponente für eine niedrige Erweichungstemperatur verschlechtert sich die Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren drastisch und verursacht bei der praktischen Anwendung erhebliche Probleme.
- Das Harz, das von dem Blockierungsphänomen frei ist und darüberhinaus eine niedrige Erweichungstemperatur besitzt, kann durch ähnliche Verringerung des Molekulargewichts des Styrol enthaltenden Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht, welches. das Harz bildet, hergestellt werdend Eine relativ große Menge eines Polymerisationsinitiators ist in unökonomischer Weise erforderlich, um solches Styrol enthaltendes Polymer mit einem niedrigen Molekulargewicht zu erhalten. Des weiteren kann eine große Menge relativ hoch polarer Verunreinigungen, wie der Rest des Polymerisationsinitiators, den Toner verschmutzen. Deshalb ist der reibungslose Einsatz des Toners extrem labil und es wird schwierig, scharfe, klare und gute Bilder über eine längere Zeitspanne zu erhalten.
- Außerdem kann das Styrol enthaltende Polymer mit niedrigem Molekulargewicht auch durch Verwendung einer geringen Menge eines Polymerisationsinitiators in Kombination mit einem Kettenübertragungsmittel wie Mercaptan erlangt werden. Der Toner, der ein Polypropylen mit niedrigem Molekulargewicht enthält (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 3304/1977) und der Toner, der durch Verwendung von α,β-ungesättigtem Ethylenpolymer erlangt wird, das eine breite Molekulargewichtsverteilung hat, z.B. gewichtsgemitteltes Molekulargewicht (Mw) /zahlengemitteltes Molekulargewicht (Mn) = 3,5 -40, als das Toner-Harz (Japanische Patentveröffentlichung Nr. 6895/1980) sind ebenfalls bekannt.
- Außerdem ist der Toner bekannt, der ein Vinylpolymer oder seine Mischung enthält, die wenigstens einen Peak-Wert in dem betreffenden Bereich von 5 x 10³-8 x 10&sup4; und 10&sup5;- 2 x 10&sup6; im Molekulargewicht besitzt (Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 16144/1981, relevant für USP 4,499,168).
- Der Toner, der ein Polymer mit einem niedrigen Molekulargewicht enthält, das ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 3 000 - 50 000 und Mw/Mn von weniger als 3,5 sowie ein unlösliches und unschmelzbares Polymer besitzt (Japanische Patentveröffentlichung 86558/1983) ist kürzlich ebenfalls vorgeschlagen worden.
- Der Toner, der aus diesem Polymer erlangt wurde, ist indessen noch in der Beschickungsstabilität unbefriedigend und kann insbesondere unter relativ hoher Feuchtigkeit kein gutes Bild erstellen und ergibt bei der praktischen Anwendung erhebliche Probleme. Darüberhinaus neigt der Toner dazu, unter hoher relativer Feuchtigkeit zu blockieren und ist bei der praktischen Anwendung schwierig zu verwenden.
- Ein Ziel dieser Erfindung ist es, einen elektrophotografischen Toner vorzusehen, der bei hoher Vervielfältigungsgeschwindigkeit und niedriger Temperatur in der Fixier-Fähigkeit ausgezeichnet ist und über die Fähigkeit verfügt, ein scharfes, sauberes und gutes Bild zu erstellen und der auch hervorragend in der Beständigkeit gegen das Blockieren und das Offset ist.
- Diese Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zur Erzeugung eines brauchbaren Vinylpolymeren mit niedrigem Molekulargewicht vorzusehen, das als Binder-Polymer-Ingredienz in einem Harz zur Herstellung eines elektrophotografischen Toners dient, der die vorerwähnten ausgezeichneten Eigenschaften besitzt.
- Die gegenwärtigen Erfinder haben extensive Untersuchungen durchgeführt, um die obigen Ziele zu erreichen.Als Folge hiervon ist ein Toner, der ein Vinylpolymer enthält, das durch Lösungs-Polymerisation bei hohen Temperaturen zu erzeugen ist, gefunden worden, das ausgezeichnete Eigenschaften besitzt. Dadurch ist die vorliegende Erfindung vervollständigt worden.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Vinylpolymeren mit niedrigem Molekulargewicht, das ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 1 000 - 5 000 und eine Glasübergangstemperatur von 40 - 75ºC besitzt, für eine elektrophotografische Toner - Zusammensetzung vorgesehen, die ein Polymer mit hohem Molekulargewicht mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht im Bereich von 50 000 bis 400 000 umfaßt, was den Schritt der Durchführung einer Radikalkettenpolymerisation von Vinylmonomeren, die Styrol als hauptsächlichen Inhaltsstoff enthalten, durch kdntinuierliches Einspeisen der Vinylmonomere in einen Druckreaktor, 0,05 - 5,0 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Vinylmonomere eines Polymerisationsinitiators sowie ein Lösungsmittel in einem Lösungszustand bei einer Temperatur von 190 - 230ºC umfaßt.
- Auch wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektrophotografischer Toner vorgesehen, der ein Harz enthält, das ein Polymer mit einem hohen Molekulargewicht umfaßt, das ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht im Bereich von 50 000 bis 400 000 und 30 -80 Gewichts-% Pro Gesamtgewicht des Harzes eines Vinylpoiymeren mit niedrigem Molekulargewicht besitzt, besagtes Vinylpolymer mit niedrigem Molekulargewicht ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 1 000 - 5 000, eine Glasübergangstemperatur von 40 - 75ºC hat und das durch das im letzten vorhergehenderi Absatz definierte Verfahren erzeugbar ist.
- Der oben erwähnte Toner dieser Erfindung ist als ein Einkomponententoner, der ein magnetisches Pulver enthält oder als ein Zweikomponententoner, der nach Mischen mit einer Trägersubstanz verwendet wird, ausgezeichnet. Der Toner ist auch in der Fixier-Fähigkeit bei hoher Vervielfältigungsgeschwindigkeit oder unter geringer Wärmezufuhr ausgezeichnet, hervorragend in der Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren und jederzeit in der Lage, stets stabile und gute Bilder zu liefern. Deshalb ist der Toner für den elektrophotografischen Vervielfältigungsbetrieb, beispielsweise bei einer hohen Geschwindigkeit von 40 - 100 Seiten/Min. und einer geringeren Temperatur von 130 - 140ºC geeignet.
- Das Vinylmonomer dieser Erfindung bezieht sich auf Styrol allein oder eine Mischung von Vinylmonomeren, die Styrol als hauptsächlichen Inhaltsstoff enthalten.Das andere Vinylmonomer als Styrol schließt zum Beispiel ein: o-Methylstyrol, m-Methylstyrol, p-Methylstyrol, α-Methylstyrol, p-t-Butylstyrol, Vinylnaphthalin, Vinylchlorid, Vinylfluorid, Vinylacetat, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, Acrylsäure, Methacrylsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäure, Zimtsäure, Crotonsäure, Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Propylacrylat, i-Propylacrylat, n-Butylacrylat, i-Butylacrylat, Cyclohexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Stearylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat, i-Propylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, i-Butylmethacrylat, Cyclohexylmethacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Stearylmethacrylat, Dimethylfumarat, Diethylfumarat, Di-i-propylfumarat, Di-n-butylfumarat, Di-i-butylfumarat, Dimethylmaleat, Diethylmaleat, Di-i-propylmaleat, Di-n-butylmaleat, Di-i-butylmaleat, 2-Vinylpyridin, 2-Vinylpyrrol, N-Vinylcarbazol, N-Vinylindol und N-Vinylpyrrolidon. In der Praxis dieser Erfindung ist Styrol allein oder eine Mischung von Styrol mit Methacrylsäure und/oder Methylmethacrylat unter diesen Vinylmonomeren besonders vorteilhaft. Insbesondere in Anbetracht der hygroskopischen Eigenschaft des Polymeren werden Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid und Zimtsäure bei der Anwendung bevorzugt.
- Der Polymerisationsinitiator, der in dieser Erfindung verwendet wird, ist wenigstens einer des bekannten Polymerisationsinitiators, der zu Perester, Hydroperoxid, Dialkylperoxid, Ketonperoxid, Diacylperoxid, Percarbonat, Azobis-Derivat und dergleichen gehört. Der Initiator schließt zum Beispiel ein: t-Butylperoctoat, t-Butylperbenzoat, t-Butylperisobutyrat, t-Butylhydroperoxid, Cumenhydroperoxid, Di-t-butylperoxid, t-Butylcumylperoxid, Dicumylperoxid, Methylethylketon-Peroxid, Methylisobutylketon-Peroxid, Cyclohexan-Peroxid, Acetylperoxid, Laurylperoxid, Benzoylperoxid, Diisopropyl- Peroxydicarbonat, Bis (4-t-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, 2,2'-Azobisisobutyronitril, 2-Phenylazo-2,4- dimethyl-4-methoxyvaleronitril und 2,2'-Azobis (2-methylpropan).
- Die Dialkylperoxid-Polymerisationsinitiatoren wie Di-t- butylperoxid, t-Butylcumyl-peroxid und Di-Cumylperoxid werden bei der Anwendung unter diesen Initiatoren besonders bevorzugt.
- Der Initiator wird in einer Menge von 0,05 - 5,0 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Vinylmonomeren verwendet.
- Das Lösungsmittel, das in dieser Erfindung zur Anwendung gelangte ist eine Verbindung, die eine genügende Löslichkeit für das Vinylmonomer und sein Polymer besitzt. Das Lösungsmittel schließt zum Beispiel ein:Aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, Ester, Ketone, Alkohole, Zellosolven, Carbitole,Formamide und Sulfamide. Obige bekannte Lösungsmittel können allein oder in Kombination verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes Lösungsmittel für diese Erfindung ist Xylol, Ethylbenzol, Benzol, Toluol, Ethylacetat sowie Solvesso #100 und #150 (Erzeugnisse der Esso Petroleum Co.).
- Die Temperatur zur Polymerisation des Vinylmonomeren ist in der vorliegenden Erfindung sehr wichtig.Sie liegt im Bereich von 190 - 230ºC und mehr bevorzugt 200 - 220ºC. Eine Polymerisationstemperatur von weniger als 190ºC ist unerwünscht, weil das Polymer mit niedrigem Molekulargewicht, das den Zielen der Erfindung entspricht, nicht erlangt werden kann und der Toner verschlechtert die Fixier-Fähigkeit. Eine 230ºC überschreitende Temperatur ist ebenfalls unerwünscht, weil eine relativ große Oligomer-Menge, die offensichtlich das thermische Reaktionsprodukt des Monomeren ist, als Nebenprodukt erzeugt wird und die Blockier-Widerstandsfähigkeit des Toners vermindert.
- Das Vinylpolymer, das in dieser Erfindung verwendet wird, wird durch die Polymerisierung des vorerwähnten Vinylmonomeren gewonnen und enthält vorzugsweise Styrol als den überwiegenden Inhaltsstoff. Das zahlengemittelte Molekulargewicht des Polymeren beträgt 1 000 - 5 000 und vorzugsweise 1 500 - 2 800. Das zahlengemittelte Molekulargewicht von weniger als 1 000 ist unerwünscht, weil der Toner die Widerstandsfähigkeit gegen das Blokkieren verringert. Ein solches von mehr als 5 000 ist ebenfalls unerwünscht, weil der Toner die Fixier- Fähigkeit verschlechtert.
- Die Glasübergangstemperatur des Vinylpolymeren in dieser Erfindung liegt vorzugsweise im Bereich von 40 -75ºC und mehr bevorzugt 50 - 70ºC. Die Glasübergangstemperatur von weniger als 40ºC ist unerwünscht, weil der Toner die Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren verringert. Eine solche von mehr als 75ºC ist ebenfalls unerwünscht, weil der Toner die Fixier-Fähigkeit verschlechtert.
- Das Verfahren zur Herstellung des Vinylpolymeren durch die Lösungs-Polymerisation wird hierin nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben werden.Eine homogene Lösung, enthaltend das Vinylmonomer, Lösungsmittel und Polymerisationsinitiator wird kontinuierlich in einen Druckreaktor eingespeist.
- Der Reaktor wurde zuvor mit dem Lösungsmittel aufgefüllt, bis auf 190 - 230ºC erhitzt und der interne Druck konstant gehalten. Die Polymerisation wird in einem Schritt oder in mehreren Schritten durchgeführt. Die Ablaßöffnung des Druckreaktors wird vorteilhaft mit einem Druckregulierungsventil ausgerüstet, das durch Feststellung des internen Drucks in Funktion tritt, um den konstanten internen Druck aufrecht zu halten.
- In einem alternativen Verfahren wird die homogene Lösung, enthaltend das Vinylpolymer, Lösungsmittel und Polymerisationsinitiator kontinuierlich in einen Druckreaktor eingespeist, der voher mit einer kleinen Menge Xylol-Lösungsmittel beschickt wurde, während der konstante interne Druck aufrechterhalten wurde. Die Einspeisung wird beendet, wenn der Reaktor annähernd aufgefüllt ist und die gewonnene Polymer-Lösung wird aus dem Reaktor abgelassen.
- Die Temperatur um die Ablaßöffnung kann auf der Polymerisationstemperatur gehalten werden oder kann Plötzlich oder langsam auf eine relativ niedrige Temperatur unter dem Siedepunkt des Lösungsmittels abgekühlt werden. Wenn die Polymerisationstemperatur beibehalten wird kann die polymerisierte Reaktionsmischung kontinuierlich in ein Vakuumsystem von etwa 0 - 200 mmHg rasch verdampft werden. Das Lösungsmittel wird durch dieses Verfahren entfernt und festes Polymer kann gewonnen werden. Wenn die Temperatur um die Ablaßöffnung herabgesetzt wird, kann das Polymer als eine Lösung, aufgelöst in einer Lösungsmittelmischung, erhalten werden. Die gewöhnliche Verweilzeit der kontinuierlichen Polymerisation in dem Reaktor beträgt normalerweise 2 - 20 Stunden und hängt von der Einspeisungsrate der Mischung, die das Vinylmonomer enthält, dem Lösungsmittel und Polymerisationskatalysator sowie dem effektiven Volumen des Reaktors ab. Diese Bedingungen können ausgewählt werden, so daß das resultierende Polymerisationsverhältnis des Vinylmonomeren 80% oder mehr beträgt, vorzugsweise 90% und mehr. Außerdem kann das getrennte Lösungsmittel für die Polymerisation so wie es ist oder nach Destillation wiederaufbereitet werden.
- Das oben erwähnte Vinylpolymer, das vorteilhaft zur Herstellung des elektrophotografischen Toners dieser Erfindung verwendet wird, ist auch als Ausgangsmaterial für andere Produkte als für den Toner verwendbar. Solche Produkte schließen beispielsweise Formzusammensetzungen aus Styrolharz ein. Um Extrusions-Formzusammensetzungen herzustellen wird das vorerwähnte Vinylpolymer mit niedrigein Molekulargewicht mit Styrolharz in einem Verhältnis im Bereich von 0,5 99,5 -20 : 80 gemischt.
- Das Harz, das vorteilhaft für diese Erfindung verwendet wird, kann beispielsweise durch die unten beschriebenen Verfahren hergestellt werden und ist dennoch nicht auf diese Verfahren beschränkt. Das heißt, das vorerwähnte Vinylpolymer mit niedrigem Molekulargewicht wird als Feststoff oder als eine Lösung angewandt und gleichmäßig mit dem Styrol enthaltenden Polymer mit hohem Molekulargewicht, das ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von, beispielsweise, im Bereich von 50 000 - 400 000 besitzt, gemischt. Die Polymere werden in einem Verhältnis gemischt, so daß das Vinylpolymer mit niedrigem Molekulargewicht dieser Erfindung im Bereich von 30 - 80 Gewichts-% enthalten ist. Um unnötiges Lösungsmittel, Verunreinigungen, Geruch usw. aus der auf diese Weise gewonnenen Vinylpolymermischung zu entfernen, kann die Mischung einer Behandlung bei hohen Temperaturen unter hohem Vakuum unterzogen werden, um ein festes Harz zu erhalten.Die Verwendung von weniger als 30 Gewichts-% des Vinylpolymeren mit niedrigem Molekulargewicht verschlechtert die Fixier-Fähigkeit und seine Verwendung von sogar mehr als 80 Gewichts-% verursacht Schwierigkeiten bei der Beibehaltung der Toner-Stärke und verschlechtert die offenbare Fixier-Fähigkeit. Außerdem ist die Verwendung anderer Polymere wie unlöslicher und unschmelzbarer vernetzter Polymere wegen Verschlechterung der Fixier-Fähigkeit unerwünscht.
- Außerdem ist das am meisten gebräuchliche Verfahren zur Herstellung des elektrophotografischen Toners dieser Erfindung zum Beispiel das folgende.Das vorstehende Harz wird auf eine Größe von etwa 0,5 - 2 mm gemahlen und mit Kohleschwarz gemischt. Der erhaltenen Mischung wird wahlweise anderes Polymer wie Acrylharz, Färbemittel, magnetisches Pulver, eine kleine Menge eines Beschickungssteuerungsmittels sowie Wachs beigegeben. Die resultierende Mischung wird einer Dispersionsmischung mit einem Henschel-Mischer oder einer Strahlmühle unterworfen und anschließend einer Schmelzknetung mit einem Knetmischer bei einer Temperatur von 130 - 180ºC. Die so erhaltene Masse wird zerstoßen, fein gemahlen und durch Luft klassiert, um Teilchen mit einer Größe von 5 - 25 um zu erhalten.
- Der oben beschriebene Toner enthält in Anwesenheit von magnetischem Pulver normalerweise das Harz in einer Menge von 10 - 99 Gewichts-% und allgemeiner enthält der Toner 40 Gewichts-% des magnetischen Pulvers und 60 Gewichts-% des Harzes. In Abwesenheit von magnetischem Pulver enthält der Toner 50 - 99 Gewichts-% des Harzes und allgemeiner enthält er zum Beispiel 5 - 10 Gewichts-% Kohleschwarz und 95 - 90 Gewichts-% des Harzes.
- Andere Polymere, die bei der Herstellung des vorerwähnten elektrophotografischen Toners Anwendung finden können, schließen zum Beispiel ein: Acrylharz, Styrol-Acrylharz, Styrol-Butadienharz, Styrol-Maleinsäureharz, Polyamidharz, Polyesterharz, Polyurethanharz, Epoxyharz, Zellulose-Harz, maleatiertes Kolophonium sowie Petroleum-Harz. Um die Toner-Stärke beizubehalten ist Polymer mit hohem Molekulargewicht, das ein Mw von nicht weniger als 100 000 besitzt, insbesondere von Vorteil.
- Zusätzlich wird das Färbemittel, das angewandt wird, aus Pigmenten und Farbstoffen ausgewählt und schließt beispielsweise Kohleschwarz, Anilinblau, Alcoylblau, Chromgelb, Ultramarinblau, Chinolingelb, Methylenblau, Phthalocyaninblau, Malachitgrün, Rosenbengal und Magnetit ein.
- Der Beschickungsregulator, der eingesetzt werden kann, schließt zum Beispiel ein: Nigrosin, Triphenylmethan, Farbstoffe, Chrom-Komplex der 3,5-Di-t-butylsalicylsäure. Des weiteren können herkömmlicherweise bekannte Additive wie kolloidales Siliziumoxid, Zinkstearat, Propylen mit niedrigem Molekulargewicht, Polyethylenwachs, Polytetrafluorethylen usw. zugegeben werden, falls erforderlich.
- Außerdem bezieht sich das Mw und beziehungsweise das Mn auf das gewichtsgemittelte Molekulargewicht und das zahlengemittelte Molekulargewicht. Mw und Mn werden durch Trennung des Polymeren in Übereinstimmung mit Gel-Permeationschromatographie (hierin nachstehend als GPC abgekürzt) unter Verwendung von Tetrahydrofuran (THF) als Lösungsmittel, Feststellung mit einem Differentialrefraktometer (SHODEX SE-II) und Berechnung auf der Basis der analytischen Kurve von Standard-Polystyrol bestimmt. Mw und Mn werden als reduzierte Werte ausgedrückt.
- Ein halber Anteil von Di-t-butylperoxid pro 100 Teile Styrol wurde in einer Mischung von 70 Teilen Styrol und 30 Teilen Xylol und Ethylbenzolmischung gelöst. Danach wurde diese Lösung kontinuierlich in den Reaktor eingespeist, der auf einer internen Temperatur von 190ºC, dem internen Druck von 6 kg/cm² und der Temperatur von 100º C bei einer Rate von 750 ccm/h gehalten wurde, um die Polymerisation auszuführen.
- Das resultierende Styrolpolymer hatte eine Umwandlung von 99,5Gewichts-% und ein zahlengemitteltes Molekulargewicht von 3 900, das in Übereinstimmung mit GPC unter Verwendung monodispergierten Standard-Polystyrols als Standard-Probe und Tetrahydrofuran als Elutionsmittel bestimmt wurde.
- Ferner besaß das gewonnene feste Polymer durch Entfernung des Lösungsmittels eine Glasübergangstemperatur von 70ºC, die mit einem Differentialabtast-Kalorimeter unter Verwendung von Aluminiumoxid als Vergleichsprobe gemessen wurde.
- Das Styrolpolymer mit niedrigem Molekulargewicht, das die obigen Eigenschaften besitzt, wurde in Xylol aufgelöst. Das Styrolpolymer mit hohem Molekulargewicht (II), das aus 70 Teilen Styrol und 30 Teilen n-Butylacrylat besteht und ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 300 000 sowie eine Glasübergangstemperatur von 58ºC besitzt, wurde ebenfalls in Xylol aufgelöst. Beide Xylol- Lösungen wurden gleichmäßig vermischt, um dadurch eine gleiche Mischungsmenge an Polymeren mit niedrigem Molekulargewicht und hohem Molekulargewicht zu bekommen. Die resultierende Mischung wurde bei 190ºC unter Vakuum von 5 mmHg behandelt, um das Lösungsmittel zu entfernen.Das auf diese Weise gewonnene Harz war bei Raumtemperatur fest.
- Zu den oben gewonnenen 100 Teilen des Harzes wurden 7 Teile Kohleschwarz (MA-100, ein Produkt der Mitsubishi Chemical Co.), 2 Teile des Beschickungssteuerungsmittels (Spiron Black TRH, ein Produkt der Hodogaya Chemical Co.) und 5 Teile Propylenwachs (660P, ein Produkt der Sanyo Chemical Co.) zugegeben. Die sich ergebende Mischung wurde der Dispersionsmischung mit einem Henschel-Mischer und anschließender Schmelzknetung bei 160ºC mit einem Doppelschneckenkneter unterzogen, um eine Toner-Masse zu bekommen. Die Masse wurde sukzessiv zu groben Teilchen mit einer Größe von etwa 1 mm zerstoßen, fein gemahlen mit einer Strahlmühle und mit einem Luftklassiergerät klassiert, um Toner-Teilchen mit einer Größe von 5 -25 um und einer durchschnittlichen Größe von 11 um zu erhalten. Der auf diese Weise gewonnene Toner wies nach 8 Stunden Stehen unter 55ºC und 80% relativer Feuchtigkeit kein Blockieren auf und besaß eine gute Lagerdauer.
- Ein elektrophotografischer Entwickler mit zwei Komponenten wurde durch Mischung von 4 Teilen des oben gewonnenen Toners, 100 Teilen Ferrit-Träger (F-150, ein Produkt der Japan Iron Powder Co.) und 0,2 Teilen feinem Siliciumdioxid-Pulver (Aerosil R972, ein Produkt der Japan Aerosil Co.) in einem V-Mischer hergestellt. Ein im Handel erhältliches Kopiergerät (EP870, ein Produkt der Minolta Camera Co.) wurde umgestaltet, um so die Temperatur der Heißwalzen frei bestimmen zu können. Die Eigenschaften des oben gewonnenen Toners wurden unter Verwendung des umgestalteten Gerätes überprüft. Die Minimum-Walzentemperatur, die nicht weniger als 80% des Fixier-Verhältnisses ergibt (Anmerkung 1; hierin nachstehend als Minimum-Fixiertemperatur bezeichnet) war sehr niedrig (140ºC) Andererseits wurde bis zu einer Walzentemperatur von 250ºC kein Offset-Phänomen festgestellt. Des weiteren konnten scharfe und saubere Bilder von guter Qualität selbst nach 30 000 Seiten Vervielfältigung erhalten werden.
- Die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 wurden durch Verwendung des Monomeren, Polymerisationsinitiators und Lösungsmittels, wie in Tabelle-1 dargestellt, und unter Durchführung der Polymerisation bei verschiedenen Temperaturen, wie in Tabelle-1 dargestellt, ausgeführt. Das resultierende Vinylpolymer hatte ein zahlengemitteltes Molekulargewicht und eine Glasübergangsteinperatur wie in Tabelle-1 angegeben.
- Der Toner wurde aus dem auf diese Weise erlangten Polymeren (I) unter Ausführung der gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die Eigenschaften des gewonnenen Toners werden in Tabelle-1 dargestellt.
- Wie aus Tabelle-1 klar ersichtlich ist, war der resultierende Toner ausgezeichnet in der Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren, extrem niedrig in der Minimum-Fixier-Temperatur und hatte eine gute Fixier-Fähigkeit. Des weiteren wurde das Offset-Phänomen nicht bis zu einer ausreichend hohen Temperatur festgestellt.Nach 30 000 Vervielfältigungsseiten wurden scharfe und saubere Bilder von guter Qualität erlangt.
- Die Eigenschaften des durch Polymerisierung bei relativ niedrigen Temperaturen erhaltenen Polymeren (1) (Vergleichsbeispiel 1) und die Leistungsfähigkeit des aus dem unter Durchführung der gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 erlangten Toners werden in Tabelle-1 dargestellt.
- Der durch Polymerisierung bei relativ niedrigen Temperaturen erhaltene Toner verursachte Schleierbildung (Anmerkung 2) während des Vervielfältigungstestsvon 5 000 Seiten, offensichtlich infolge der Verwendung des Polymerisationsinitiators in einer großen Menge. Der Toner konnte für die praktische Verwendung nicht eingesetzt werden.
- Darüberhinaus erzeugte der durch Polymerisation bei relativ hohen Temperaturen erlangte Toner (Vergleichsbeispiel 2) eine schlechte Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren und führte bei über 4 000 Vervielfältigungsseiten gleichzeitig zur Schleierbildung, offensichtlich infolge des durch die thermische Reaktion unter dem Monomer erzeugten Nebenprodukt. Deshalb konnte der Toner nicht für die praktische Verwendung eingesetzt werden.
- Die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 wurden durch Verwendung des Monomeren, Polymerisationsinitiators und Lösungsmittels wie in Tabelle-2, dargestellt und unter Durchführung der Polymerisation mit unterschiedlichen Mengen des Polymerisationsinitiators, wie in Tabelle-2 dargestellt, ausgeführt. Das resultierende Vinylpolymer hatte ein zahlengemitteltes Molekulargewicht und Glasübergangstemperatur wie in Tabelle-2 angegeben.
- Der Toner aus dem auf diese Weise erlangten Polymer (I) wurde durch Ausführung der gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 hergestellt, und die Eigenschaften des gewonnenen Toners werden in Tabelle-2 dargestellt.
- Wie aus Tabelle-2 klar ersichtlich ist, war der resultierende Toner ausgezeichnet in der Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren, extrem niedrig in der Minimum-Fixier- Temperatur und hatte eine gute Fixier-Fähigkeit. Des weiteren wurde das Offset-Phänomen nicht bis zu einer ausreichend hohen Temperatur festgestellt.Nach 30 000 Vervielfältigungsseiten wurden scharfe und saubere Bilder von guter Qualität erlangt.
- Die Herstellungsbedingungen und Eigenschaften von Polymer (I) mit einem relativ hohen zahlengemittelten Molekulargewicht und die Leistungsfähigkeit des aus dem Polymeren (I) erlangten Toners durch Durchführung der gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 werden in Tabelle-2 dargestellt.
- Wie in Tabelle-2 gezeigt wird, war der aus dem Polymer mit einem relativ hohen zahlengemittelten Molekulargewicht hergestellte Toner hoch in der Minimum-Fixieritemperatur und in der Fixier-Fähigkeit unterlegen. Wenn das zahlengemittelte Molekulargewicht zu niedrig war, hatte der Toner ein schlechtes Offset und Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren und verursachte bei der Vervielfältigung von über 2000 Seiten Schleierbildung. Der Toner konnte für die praktische Verwendung nicht eingesetzt werden.
- Die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 wurden durch Verwendung des Monomeren, Polymerisationsinitiators und Lösungsmittels, wie in Tabelle-3 dargestellt, und unter Durchführung der Polymerisation mit unterschiedlichem Monomer und Polymerisationsinitiator , wie in Tabelle-3 dargestellt, ausgeführt. Das resultierende Vinylpolymer hatte ein zahlengemitteltes Molekulargewicht und Glasübergangstemperatur wie in Tabelle-3 angegeben.
- Der Toner wurde aus dem auf diese Weise erlangten Polymer(I) durch Ausführung der gleichen Verfahrensweisen, wie in Beispiel 1, hergestellt, und die Leistungsfähigkeit des gewonnenen Toners wird in Tabelle-3 dargestellt.
- Wie aus Tabelle-3 klar ersichtlich ist, war der resultierende Toner ausgezeichnet in der Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren, extrem niedrig in der Minimum- Fixiertemperatur und hatte eine gute Fixier-Fähigkeit. Des weiteren wurde das Offset-Phänomen nicht bis zu einer ausreichend hohen Temperatur festgestellt. Nach 30 000 Vervielfältigungsseiten wurden scharfe und saubere Bilder von guter Qualität erlangt.
- Die Herstellungsbedingungen und Eigenschaften von Polymer (I) mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur und einer relativ hohen Glasübergangstemperatur, ebenso wie die Leistungsfähigkeit des unter Durchführung der gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 von dem Polymer (I) gewonnenen Toner werden in Tabelle-3 dargestellt.
- Der aus dem Polymer (I) mit einer relativ niedrigen Glasübergangstemperatur hergestellte Toner führte zu einer schlechten Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren, niedriger Offset-Anfangstemperatur sowie Auftreten von Schleierbildung während 1 000 Vervielfältigungsseiten. Der Toner konnte für die praktische Verwendung nicht eingesetzt werden.
- Wenn die Glasübergangstemperatur relativ hoch war, war der Toner in der Minimum-Fixier-Temperatur hoch und in der Fixier-Fähigkeit unterlegen.
- Die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 wurden durch Verwendung des Monomeren, Polymerisationsinitiators und Lösungsmittels, wie in Tabelle-4 dargestellt, und unter Durchführung der Polymerisation mit einem verschiedenen Polymerisationsinitiator und Lösungsmittel, wie in Tabelle-4 dargestellt, ausgeführt. Das erlangte Vinylpolymer hatte ein zahlengemitteltes Molekulargewicht und Glasübergangstemperatur wie in Tabelle-4 angegeben.
- Der Toner wurde aus dem auf diese Weise erlangten Polymer(I) durch Ausführung der gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 hergestellt und die Leistungsfähigkeit des erlangten Toners wird in Tabelle-4 dargestellt.
- Wie aus Tabelle-4 klar ersichtlich ist, war der resultierende Toner ausgezeichnet in der Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren, extrem niedrig in der Minimum-Fixiertemperatur und hatte eine gute Fixier-Fähigkeit. Des weiteren wurde das Offset-Phänomen nicht bis zu einer ausreichend hohen Temperatur festgestellt. Nach 30 000 Vervielfältigungsseiten wurden scharfe und saubere Bilder von guter Qualität erlangt.
- Die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 wurden durch Verwendung des Monomeren, Polymerisationsinitiators und Lösungsmittels, wie in Tabelle-5 dargestellt, ausgeführt. Das erlangte Vinylpolymer hatte ein zahlengemitteltes Molekulargewicht und Glasübergangstemperatur wie in Tabelle-5 angegeben.
- Die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 wurden mit dem Polymeren(I), das auf diese Weise erlangt worden war, vorgenommen, mit der Ausnahme, daß das Mischungsverhältnis zu dem Vinylpolymeren mit hohem Molekulargewicht (II) variiert wurde.Die Leistungsfähigkeit des gewonnenen Toners wird in Tabelle-5 dargestellt.
- Wie aus Tabelle-5 klar ersichtlich ist, war der resultierende Toner ausgezeichnet in der Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren, extrem niedrig in der Minimum-Fixiertemperatur und besaß eine gute Fixier-Fähigkeit. Des weiteren wurde das Offset-Phänomen nicht bis zu einer ausreichend hohen Temperatur festgestellt. Nach 30 000 Vervielfältigungsseiten wurden scharfe und saubere Bilder von guter Qualität erlangt.
- Die gleichen Verfahrensweisen wie in Beispiel 1 wurden durch Verwendung des Polymeren (I),wie in Tabelle-5 dargestellt, ausgeführt mit der Ausnahme, daß das obige Mischungsverhältnis relativ umgestellt wurde. Die Leistungsfähigkeit des erlangten Toners wird in Tabelle-5 dargestellt.
- Wenn der Anteil von Polymer (I) in dieser Erfindung zu klein war und Verschiebungen des Mischungsverhältnisses verursachte, war der Toner in der Minimum-Fixiertemperatur hoch und besaß eine schlechte Fixier-Fähigkeit. Wenn der Anteil von Polymer (I) zu groß war, sollte es dem resultierenden Toner an mechanischer Festigkeit fehlen. Das heißt, in dem Gebrauchstest der fertigen Bilder war der Anteil des Toners, der auf dem Kopierpapier verblieb, gering und höhere Temperaturen waren erforderlich, um ein zufriedenstellendes Fixier-Verhältnis zu erhalten. Daher war die Fixier-Fahigkeit schlecht. Tabelle-1 No. Beispiel Vergleichsbeispiel Monomer Styrol (Teil) Methylmethacrylat Methacrylsäure Butylacrylat Polymer Lösungsmittel Initiator Polymerisations-Temp. Polymer-Mischungsverhältnis Toner Minimum-Fixiertemp. Offset-Anfangstemp. Blockier-Widerstandsfähigkeit Bild Xylol/Ethylbenzol Gut Schleierbildung Anmerkung: D-t-BP = Di-t-butylperoxid Tabelle -2 No. Beispiel Vergl.-Beispiel Monomer Styrol (Teil) Methylmethacrylat Methacrylsäure Butylacrylat Polymer Lösungsmittel Initiator Polymerisationstemp. Polymer-Mischungsverhältnis Toner Minimum-Fixiertemp. Offset-Anfangstemp. Blockier-Widerstandsfähigkeit Bild Xylol/Ethylbenzol Gut Schleierbildung Tabelle-3 No. Beispiel Vergl.-Beispiel Monomer Styrol (Teil) Methylmethacrylat Methacrylsäure Butylacrylat Polymer Lösungsmittel Initiator Polymerisationstemp. Polymer-Mischungsverhältnis Toner Minimum-Fixiertemp. Offset-Anfangstemp. Blockier-Widerstandsfähigkeit Bild Xylol/Ethylbenzol Gut Schleierbildung Tabelle -4 No. Beispiel Vergl.-Beispiel Monomer Styrol (Teil) Methylmethacrylat Methacrylsäure Butylacrylat Polymer Lösungsmittel Initiator Polymerisationstemp. Polymer-Mischungsverhältnis Toner Minimum-Fixiertemp. Offset-Anfangstemp. Blockier-Widerstandsfähigkeit Bild Xylol/Ethylbenzol Gut Tabelle -5 No. Beispiel Vergl.-Beispiel Monomer Styrol (Teil) Methylmethacrylat Methacrylsäure Butylacrylat Polymer Lösungsmittel Initiator Polymerisationstemp. Polymer-Mischungsverhältnis Toner Minimum-Fixiertemp. Offset-Anfangstemp. Blockier-Widerstandsfähigkeit Bild Xylol/Ethylbenzol Gut
- (Anmerkung 1) Die Fixier-Fähigkeit des Toners wurde wie folgt ausgewertet. Ein Bild von einem festen schwarzen Teil auf einem vervielfältigten Papier mit einem Ausmaß von 2 x 2 cm wird als Probestück verwendet. Für die Überprüfung wurde Gakushi Model Friction Fastness Tester (ein Produkt der Taiei Manufacturing Co.) benutzt. Die Toner-Schicht auf dem Probestück wurde 50 mal unter einem Gewicht von 125 g/cm² mit einem besandeten Radiergummi gerieben. Die restliche Menge der Toner-Schicht nach dem Reiben wurde gemessen. Die niedrigste Walzentemperatur, die erforderlich war, um mehr als 80 Gewichts-% des restlichen Toners zu erhalten, wurde als die Minimum- Fixiertemperatur definiert
- (Anmerkung 2)Schleierbildung bedeutet das folgende phänomen. Feine Teilchen des Toners wurden gefunden, die auf dem weißen Teil des Duplikats hafteten. Die Unterscheidung zwischen den getonten und nicht getonten Teilen ging verloren und die Schärfe des Bildes verschlechterte sich.
- (Anmerkung 3) Die Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren wurde durch Beobachtung der Aggregatbildung nach dem Stehenlassen des Toners für die Dauer von 8 Stunden bei einer Temperatur von 55ºC unter einer relativen Feuchtigkeit von 80% ausgewertet. Die Ergebnisse wurden in die folgenden vier Klassen eingeteilt.
- ... Es wurde überhaupt keine Aggregatbildung gefunden
- ... Aggregatbildung wurde teilweise gefunden, jedoch leicht unbeständig.
- Δ ... Festes Koagulat wurde teilweise gefunden
- X ... Festes Koagulat wurde überall gefunden.
- Wie oben erwähnt, kann die vorliegende Erfindung scharfe saubere Bilder von guter Qualität mit einer ausgezeichneten Fixier-Fähigkeit bei hoher Vervielfältigungsgeschwindigkeit und niedrigeren Temperaturen erstellen.
- Eine solche Fixier-Fähigkeit ist bisher durch die herkömmliche Technologie nicht erreicht worden. Diese Erfindung kann auch einen elektrophotografischen Toner mit einer ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit gegen das Blockieren und Offset liefern.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines niedermolekularen
Vinylpolymeren mit einem zahlengemittelten
Molekulargewicht von 1000 bis 5000 und einer
Glasübergangstemperatur von 40 bis 75ºC für eine elektrofotografische
Tonerzusammensetzung, enthaltend ein Polymer mit hohem
Molekulargewicht, welches ein gewichtsgemitteltes
Molekurlargewicht im Bereich von 50000 bis 400000 aufweist,
welches die Stufe der Durchführung der freie-Radikal-
Lösungspolymerisation der Vinylmönomeren umfaßt, die
Styrol als Hauptingredienz enthalten durch
kontinuierliche Zuführung der Vinylmonomeren, von 0,05 bis 5,0
Gewichtsteilen eines Polymerisations-Initiators auf
100 Gewichtsteile der Vinylmonomeren und einem
Lösungsmittel in einem Lösungszustand bei einer Temperatur von
190 bis 230ºC in einen Druckreaktor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Vinylmonomeren
Styrol allein oder eine Mischung von Styrol mit
Methylmethacrylat und/oder Methacrylsäure enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Lösungsmittel
durch Verdampfen der erhaltenen Lösung in einem
Vakuumsystem entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein abgetrenntes und
wiedergewonnenes Lösungsmittel zurückgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Polymerisations-
Initiator Dialkylperoxyd ist.
6. Elektrofotografischer Toner, der ein Harz mit hohem
Molekulargewicht enthält, welches ein gewichtsgemitteltes
Molekulargewicht im Bereich von 50000 bis 400000 aufweist
und 30 bis 80 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Harzes ein
Vinylpolymer mit niederem Molekulargewicht ist, und das
niedermolekulare Vinylpolymer ein zahlengemitteltes
Molekulargewicht
von 1000 bis 5000, eine
Glasübergangstemperatur von 40 bis 75ºC aufweist, welches durch die Verfahren
nach einem der Ansprüche 1 bis 5 erhältlich ist.
7. Toner nach Anspruch 6, worin das Vinylpolymer mit niederem
Molekulargewicht ein zahlengemitteltes Molekulargewicht
von 1500 bis 2800 aufweist.
8. Toner nach Anspruch 6, worin das Vinylpolymer mit niederem
Molekulargewicht eine Glasübergangstemperatur von 50 bis 75ºC
aufweist.
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