DE3904929A1 - Toner fuer einen elektrostatographischen entwickler - Google Patents
Toner fuer einen elektrostatographischen entwicklerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektrostatographischen Bild
entwickler zum Entwickeln eines auf der Oberfläche eines
Bildträgers auf elektrophotographischem oder elektro
statographischem Wege oder durch elektrostatisches Be
drucken entstandenen latenten elektrostatischen Bildes,
insbesondere einen Toner und Träger enthaltenden elektro
statographischen Bildentwickler.
Zur Herstellung sichtbarer Bilder von Vorlagen eignen sich
Verfahren, wie elektrophotographische Verfahren, elektro
statische Aufzeichnungsverfahren, elektrostatische Druck
verfahren und dergleichen. Bei diesen Verfahren entsteht
zwischendurch ein latentes elektrostatisches Bild. Bei
einem elektrophotographischen Verfahren erfolgt die Bild
herstellung beispielsweise wie folgt:
Ein elektrophotographisches Aufzeichnungsmaterial mit einer
einen Photoleiter enthaltenden lichtempfindlichen Schicht
wird gleichmäßig elektrostatisch aufgeladen, worauf auf
der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials durch bildge
rechte Belichtung ein latentes elektrostatisches Bild ent
sprechend der Vorlage erzeugt wird. Das erhaltene latente
elektrostatische Bild wird dann mit Hilfe eines Entwicklers
zu einem Tonerbild entwickelt. Dieses wird auf ein Bild
empfangsmaterial, z.B. einen Papierbogen, übertragen und
darauf wärme- oder druckfixiert. Nach erfolgter Bildüber
tragung wird das Aufzeichnungsmaterial elektrisch neutrali
siert und von nicht übertragenem Resttoner befreit, d.h.
gesäubert. Danach steht das Aufzeichnungsmaterial für
einen erneuten Kopiervorgang zur Verfügung. Es gibt sogen.
Einkomponentenentwickler aus lediglich magnetischen Tonern
und Zweikomponentenentwickler aus Toner und Träger. Vor
teilhaft an den Zweikomponentenentwicklern ist, daß sich
die Reibungsaufladung der Toner durch Reibung derselben
mit den Entwicklern relativ einfach steuern läßt.
Zur Herstellung unverschleierter, qualitativ hochwertiger
und stabiler Bildkopien hoher Bilddichte im Rahmen wieder
holter Kopiervorgänge ist es erforderlich, daß die
Reibungsaufladung der Toner konstant auf einem geeigneten
Wert gehalten wird. Um diesem Erfordernis zu genügen, muß
eine Verschmutzung von Trägern von Entwicklertransport
einrichtungen mit Tonermaterialien wirksam verhindert
werden.
Vorzugsweise werden Toner mit Hilfe von Heizwalzen fixiert,
da auf diese Weise ein hoher Erwärmungsgrad und eine hohe
Fixiergeschwindigkeit erreichbar sind. Beim Fixieren mit
Heizwalzen können jedoch Geisterbilder auftreten, indem
nämlich ein Teil der ein Bild liefernden Tonerteilchen
während des Fixiervorgangs auf die Oberfläche der Heizwalze
und von dieser beim folgenden Fixiervorgang auf das nächste
Bildempfangsmaterial übertragen werden. Folglich müssen
also die Toner eine hervorragende "Offsetbeständigkeit"
aufweisen.
Bei wiederholter Bilderzeugung kann die Temperatur, da
eine erhebliche Wärmemenge auf das Bildempfangsmaterial
übertragen wird, sinken. Dies führt dazu, daß sich ein
Bildempfangsmaterial um die Oberfläche der Heizwalze herum
wickeln kann. Folglich müssen die Toner auch ausgezeichnete
"Antiaufwickeleigenschaften" besitzen.
Unter Beachtung der geschilderten Erfordernisse wurden be
reits Toner entwickelt, die in einem Harzbindemittel ein
Trennmittel dispergiert enthalten (JP-OS 57-2 08 559). Das
Harzbindemittel besteht hierbei aus einem durch Polykonden
sation einer Monomerenmasse aus einem mindestens dreiwerti
gen Monomeren, einer aromatischen Dicarbonsäure und einem
Alkohol vom Bisphenol-Typ erhaltenen Polyester.
Die bekannten Toner sind jedoch immer noch mit Nachteilen
behaftet. Einer dieser Nachteile ist folgender: Wenn wieder
holt über lange Zeit hinweg kopiert wird, werden die Toner
teilchen durch äußere mechanische Kräfte, z.B. durch Rühren
in der Entwicklereinheit, feinpulverisiert. Dieses feine
Pulver haftet derart an der Oberfläche der Trägerteilchen,
daß die Reibungsaufladung von Toner und Träger ungleich
mäßig wird. Dies wiederum führt dazu, daß die Entwicklung
ungleichmäßig wird.
Ein weiteres Problem ist folgendes: Die in dem Harzbinde
mittel dispergierten Trennmittel können von den Tonerteil
chen abfallen. Das von den Tonerteilchen abgefallene Trenn
mittel verunreinigt dann die Oberfläche des Aufzeichnungs
materials, die Trägerteilchen, die Entwicklertransport
einrichtung und dergleichen.
Diese Nachteile führen insgesamt zu einer Beeinträchtigung
der Bilddichte, zu einer Verschleierung und zu einer Ver
unreinigung des Kopiergeräts durch Tonerflug. Darüber hinaus
beeinträchtigen die (nunmehr) trennmittelfreien Toner die
Fixiereigenschaften, die Antioffseteigenschaften und die
Antiaufwickeleigenschaften bei dem der Entwicklung und
Übertragung nachgeschalteten Fixieren.
Die geschilderten Probleme können gelöst werden, wenn man
als zweiwertigen Alkohol einen aliphatischen Alkohol ver
wendet. Wenn anstelle eines Alkohols vom Bisphenol-Typ ein
aliphatischer Alkohol verwendet wird, werden die Molekül
ketten der Polyester flexibler. Folglich wird die durch
Rühren eines Entwicklers gebildete mechanische Energie
in kinetische Energie der Molekülketten der Polyester um
gewandelt, so daß die Tonerteilchen weit geringere mechani
sche Belastungen erfahren und wirksam gegen Beschädigung
geschützt werden.
Derzeit lassen jedoch Mischungen aus Harzbindemittel und
Trennmittel noch erheblich zu wünschen übrig, obwohl das
Harzbindemittel als solches auch bei erheblicher Belastungs
einwirkung auf Tonerteilchen weniger beschädigungs- bzw.
zerstörungsanfällig ist.
Mit anderen Worten, es bleiben noch folgende Probleme un
gelöst:
1. In Tonerteilchen als Harzbindemittel verwendbare Poly
ester werden bei niedriger Temperatur (z.B. 10°C) und
niedriger Feuchtigkeit (z.B. 20%) brüchiger. Wenn also
die Tonerteilchen äußeren mechanischen Kräften ausge
setzt, z.B. in einer Entwicklungseinrichtung gerührt
werden, werden sie feinpulverisiert. Das dabei ent
standene feine Pulver bleibt an der Oberfläche der
Träger haften, so daß die durch Reibung zwischen Tonern
und Trägern entstandene Ladung und damit auch die Ent
wicklungseigenschaften instabil werden. Mit den be
kannten Maßnahmen läßt sich das Problem des Abfallens
von Trennmittel nicht lösen. Das abgefallene Trennmittel
verunreinigt die Träger, das Aufzeichnungsmaterial und
die Entwicklertransporteinrichtung. Dies wiederum führt
zu einer Beeinträchtigung der Bilddichte, zu einer
Schleierbildung, zum Entstehen von Geisterbildern, zur
Aufwicklung eines Bildempfangsmaterials und dergleichen.
2. Wenn die Bilderzeugung unter üblichen Temperatur- und
Feuchtigkeitsbedingungen (20°C und 60% relative Feuch
tigkeit) auf intermittierende Weise erfolgt, d.h. wenn
das Kopiergerät nach jeder Bildherstellung gestoppt und
der Tonerverbrauch pro Tonerrührdauer relativ gering
ist, verlängern sich die Aufenthaltsdauer der Toner in
einer Entwicklungseinheit und die Rührdauer für die Ent
wickler. Folglich erfahren die Entwickler massive mechani
sche Belastungen, wodurch sie feinpulverisiert werden.
Auch dadurch kommt es wieder - wie bereits beschrieben -
zu einem Abfall der Trennmittel und den darauf zurückzu
führenden Erscheinungen.
3. Bei hoher Temperatur und Feuchtigkeit (30°C und 80%
relative Feuchtigkeit) ist manchmal eine Tonerblockade
infolge Abfallens von Trennmittel feststellbar. Werden
die Toner unter diesen Bedingungen über längere Zeit
hinweg benutzt, verklumpen sie in der jeweiligen Ent
wicklereinheit, was zur Bildung blanker Stellen auf den
Bildkopien führt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen nicht mit den
geschilderten Nachteilen behafteten Toner zum Entwickeln
latenter elektrostatischer Bilder zu schaffen, dessen Teil
chen nicht beschädigungsanfällig sind, bei dem es zu keiner
Ablösung bzw. zu keinem Abfallen von Trennmittel kommt, der
über lange Zeit gute Entwicklungseigenschaften zeigt und
hervorragend haltbar ist, der auch über längere Zeit hinweg
unverschleierte Bildkopien hoher Dichte liefert, der aus
gezeichnete Fixier-, Antioffset- und Antiaufwickeleigen
schaften zeigt und der schließlich nicht zur Verklumpung
neigt und - dadurch bedingt - keine blanken Stellen auf den
Bildkopien verursacht.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich die
geschilderte Aufgabe mit speziellen Kombinationen von Harz
bindemitteln und Trennmitteln lösen läßt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Toner zum Entwickeln
latenter, elektrostatographisch erzeugter Bilder mit einem
durch Polykondensation einer Monomerenmasse aus:
Komponente (1): nicht weniger als dreiwertiges Monomeres;
Komponente (2): aromatische Dicarbonsäure und
Komponente (3): aliphatischer zweiwertiger Alkohol
Komponente (1): nicht weniger als dreiwertiges Monomeres;
Komponente (2): aromatische Dicarbonsäure und
Komponente (3): aliphatischer zweiwertiger Alkohol
erhaltenen Polyester und einem Trennmittel, wobei der
Gesamtwert von Säurezahl (SZ) und Hydroxylzahl (HZ) nicht
weniger als 30 und nicht mehr als 80 beträgt.
Die Säurezahl (SZ) gibt die Anzahl der mg KOH an, die zur
Neutralisation von 1 g der Probe verbraucht wird. Die
Hydroxylzahl (HZ) gibt an, wieviel mg KOH der Essigsäure
menge äquivalent sind, die von 1 g Substanz bei der
Acetylierung gebunden wird (vgl. "The Standard Fats and
Oils Analytical Testing Methods" der "The Japan Oil
Chemists′ Society").
In bezug auf die Polyester bedeutet die Gesamtmenge an SZ
und HZ eines Polyesters die Anzahl der endständigen Gruppen
in einer Polykondensatmolekülkette. Es hat sich gezeigt,
daß dieser Gesamtwert in hohem Maße das Abfallen von Trenn
mittel beeinflußt.
Unter Verwendung eines aliphatischen zweiwertigen Alkohols
hergestellte Polyester mit einem Gesamtwert für SZ und HZ
im Bereich von 30-80 verhindern - einem Toner als Harz
bindemittel einverleibt - ein Abfallen von Trennmittel von
dem Toner und schützen darüber hinaus den Toner gegen eine
Pulverisierung. Folglich kann man mit einem solchen Toner
sowohl bei niedriger Temperatur und niedriger Feuchtigkeit
als auch bei üblicher Temperatur und üblicher Feuchtigkeit
gleichbleibend schleierfreie Bildkopien hoher Dichte her
stellen. Die solche Harzbindemittel enthaltenden Toner
sind bezüglich ihrer Fixiereigenschaften, Antioffset
eigenschaften in der Wärme und Aufwickeleigenschaften auf
eine Heizwalze verbessert. Darüber hinaus entstehen bei
Verwendung solcher Toner auch keine blanken Stellen auf
den Bildkopien.
Es ist bekannt, daß Knetgemische aus Harzbindemittel und
Trennmittel eine sogen. "Insel-im-Meer-Struktur" aufweisen.
Hierbei kann das Harzbindemittel als Meer, das Trennmittel
als Insel bezeichnet werden. Die Insel-im-Meer-Struktur
läßt sich über die jeweilige Zusatzmenge steuern.
Wenn man diese Struktur in Betracht zieht, vermindert ein
Gesamtwert von SZ und HZ über 80 eine Wechselwirkung zwi
schen dem Harzbindemittel und dem einen Hauptteil der Mole
külstruktur von Trennmitteln einnehmenden Alkylgruppen, was
zu einer drastischen Verminderung der Bindefestigkeit zwi
schen Trennmittel und Harzbindemittel führt. Durch diese
verminderte Bindefestigkeit kommt es dann bei Belastung zu
einem Abfallen des Trennmittels.
Andererseits ist es bekannt, daß zur Ausbildung einer
Insel-im-Meer-Struktur durch Verkneten ein Unterschied in
der Schmelzviskosität von Harzbindemittel und Trennmittel
einen wesentlichen Parameter bildet. Hierbei gilt, daß die
Dispersion des Trennmittels um so feiner ist, je geringer
dieser Unterschied ist.
Ist der Gesamtwert für SZ und HZ geringer als 30 (entspre
chend einem zu hohen Molekulargewicht des Polyesters, d.h.
des Harzbindemittels), erhöht sich die Schmelzviskosität,
so daß der Schmelzviskositätsunterschied zwischen Harzbin
demittel und dem von Hause aus eine niedrige Schmelzviskosi
tät aufweisenden Trennmittel noch größer wird. Folglich
wird in der Insel-im-Meer-Struktur der Trennmittelbereich,
d.h. der Inselbereich, größer, so daß die nach dem Pulveri
sieren und Klassifizieren von Hause aus in dem Toner vor
handenen abgefallenen Trennmittelteilchen das Aufzeichnungs
material, die Trägerteilchen, Entwicklertransporteinrich
tungen und dergleichen verschmutzen können.
Es hat sich ferner gezeigt, daß nicht nur die Gesamtmenge
an den endständigen Gruppen, sondern auch ihr Verhältnis
einen wesentlichen Beitrag hinsichtlich einer Verhinderung
des Abfallens von Trennmittel bildet. Aus diesem Grunde
sollte das HZ/SZ-Verhältnis nicht höher als 5,0, zweck
mäßigerweise nicht höher als 2,0 und vorzugsweise unter
1,2 liegen. Der Grund dafür ist noch nicht vollständig
geklärt. Bei höherem HZ/SZ-Verhältnis kommt es jedoch zu
einer beschleunigten Selbstvernetzung während des Knet
vorgangs. Daraus läßt sich vermuten, daß ein übermäßiger
Anstieg der Schmelzviskosität unter gleichzeitiger Erhöhung
des Viskositätsunterschieds zwischen Polyester und Trenn
mittel erfolgt, so daß nach dem Pulverisieren und Klassifi
zieren in dem Toner abgefallenes Trennmittel enthalten
ist.
Im folgenden wird der erfindungsgemäß als Harzbindemittel
zu verwendende, durch Polykondensation einer die Komponenten
(1) bis (3) enthaltenden Monomerenmasse erhältliche Poly
ester näher erläutert.
Als Komponente (1) verwendbare mehrwertige, nicht
weniger als dreiwertige Monomere sind beispielsweise
1,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1,3,5-Benzoltricarbonsäure,
1,2,4-Cyclohexantricarbonsäure, 2,5,7-Naphthalintricarbon
säure, 1,2,4-Naphthalintricarbonsäure, 1,2,4-Butantricarbon
säure, 1,2,5-Hexantricarbonsäure, 1,3-Dicarboxyl-2-methyl
2-methylencarboxypropan, Tetra(methylencarboxy)methan,
1,2,7,8-Octantetracarbonsäure, trimere Empolsäure, deren
Anhydrid oder Ester und dergleichen.
Bei den unter Verwendung aliphatischer zweiwertiger Alkohole
herstellbaren und erfindungsgemäß als Harzbindemittel ein
setzbaren Polyestern werden von den genannten mindestens
dreiwertigen Monomeren vorzugsweise aromatische mehrwertige
Carbonsäuren verwendet. Von diesen wiederum gewährleisten
Benzoltricarbonsäuren und deren Anhydride und Ester eine
stabile Reibungsaufladung.
Die Aufladung von unter Verwendung aliphatischer zwei
wertiger Alkohole hergestellten Polyestern ist üblicher
weise zunächst gering, da sie weit weniger π-Elektronen
aufweisen als unter Verwendung von Alkoholen vom Bisphenol-
Typ hergestellte Polyester. Erwartungsgemäß läßt sich je
doch eine solche anfänglich langsame Aufladung bei unter
Verwendung von Benzoltricarbonsäuren oder deren Anhydriden
oder Estern als mindestens dreiwertiges Monomeres hergestell
ten Polyestern verhindern.
Der Anteil an mindestens dreiwertigen Monomeren beträgt
vorzugsweise 1-30 Mol-% der gesamten Monomeren. Unter
Verwendung von solchen Mengen an mindestens dreiwertigen
Monomeren hergestellte Polyester sind nicht gegen ein Ab
fallen von Trennmittel anfällig. Der Grund dafür ist darin
zu sehen, daß die einschlägigen Polyester mit Trennmitteln
relativ geringen Molekulargewichts hervorragend verträglich
sind, so daß sich die betreffenden Trennmitteln fein und
gleichmäßig in den Harzen dispergieren lassen und folglich
ihre Bindefestigkeit an die Harze erhöht wird. Vorzugsweise
beträgt die Menge an den mindestens dreiwertigen Monomeren
1-15 Mol-% der gesamten Monomeren.
Als als Komponente (2) verwendbare aromatische Dicarbonsäuren
eignen sich beispielsweise Phthalsäure, Isophthalsäure,
Terephthalsäure und deren Anhydride oder Ester.
Neben den genannten aromatischen Dicarbonsäuren können auch
andere Dicarbonsäuren mitverwendet werden. Solche mitver
wendbare Dicarbonsäuren sind beispielsweise Malein-, Fumar-,
Mesacon-, Citracon-, Itacon-, Glutacon-, Cyclohexandicarbon-,
Bernstein-, Adipin-, Sebacin- und Malonsäure, deren An
hydride oder kurzkettige Alkylester, dimere Linolsäure und
sonstige bifunktionelle organische Säuremonomere. Die Menge
an mitverwendbaren Dicarbonsäuren beträgt vorzugsweise
nicht mehr als 30 Mol-% der gesamten Dicarbonsäuren. Wenn
die Menge an mitverwendbaren Dicarbonsäuren zu groß ist,
sinkt die Einfriertemperatur (Tg) der Polyester, so daß in
Kopiebereichen blanke Stellen entstehen können.
Als als Komponente (3) verwendbare aliphatische zweiwertige
Alkohole eignen sich vorzugsweise solche mit 2-10 Kohlen
stoffatomen, da diese Toner liefern, die weniger dazu
neigen, in feinpulverisierter Form oberflächlich an die
Trägerteilchen anzuschmelzen.
Aliphatische zweiwertige Alkohole mit mehr als 10 Kohlen
stoffatomen reichen zwar für die Flexibilität und Pulverisie
rungsbeständigkeit der Toner aus, sie neigen jedoch zu
einer plastischen Deformierung an den Trägern und folglich
zu einem Anschmelzen an dieselben. Darüber hinaus kommt es
zu einer drastischen Senkung der Einfriertemperatur (Tg),
weswegen sie in einer Entwicklungseinheit Tonerklümpchen
bilden können. Dies wiederum führt zur Bildung blanker
Bereiche in kopierten Bereichen.
Zur noch effektiveren Verhinderung einer Feinpulverisierung
unter hohen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sollte
vorzugsweise ein aliphatischer zweiwertiger Alkohol mit
Kettenverzweigung in einer Menge von nicht weniger als
50 Mol-% der Gesamtmenge an aliphatischem zweiwertigem
Alkohol verwendet werden. Sofern eine Kohlenstoffatome
zwischen zwei OH-Gruppen verbindende gerade Kette als
Hauptkette bezeichnet wird, wird eine Kettenverzweigung
als von der Hauptkette verschiedene Kohlenstoffkette
definiert.
Wenn aliphatische zweiwertige Alkohole mit Kettenverzwei
gungen in einer Menge von nicht unter 50 Mol-% mitverwendet
werden, wird die Dichte der Estergruppen in einen Polyester
so niedrig, daß sich die Wasserabsorption auf einem niedri
gen Wert steuern läßt. Auf diese Weise läßt sich in höchst
wirksamer Weise eine Beeinträchtigung des Polyesters ver
hindern.
Beispiele für verwendbare aliphatische zweiwertige Alkohole
sind:
- 1. Aliphatische zweiwertige Alkohole mit Kettenverzweigung,
nämlich:
Propylenglykol (1,2-Propandiol),
1,2-Butandiol, 1,3-Butandiol, 2,3-Butandiol, Neopentylglykol,
3-Methylpentan-1,3,5-triol,
1,2-Hexandiol,
2,5-Hexandiol,
2-Methyl-2,4-pentandiol,
3-Methyl-1,5-pentandiol,
2-Ethyl-1,3-hexandiol und dergleichen. - 2. Aliphatische zweiwertige Alkohole ohne Kettenverzweigung,
nämlich:
Ethylenglykol,
1,3-Propandiol,
1,4-Butandiol,
Diethylenglykol,
2-Buten-1,4-diol,
1,5-Pentandiol,
1,6-Hexandiol,
Dipropylenglykol,
Triethylenglykol,
Tetraethylenglykol,
Tripropylenglykol,
Pentaethylenglykol und dergleichen.
Die genannten aliphatischen zweiwertigen Alkohole können mit
anderen zweiwertigen Alkoholen kombiniert werden. Solche
mitverwendbare sonstige zweiwertige Alkohole sind bei
spielsweise 1,4-Bis(hydroxymethyl)cyclohexan, Bisphenol A,
hydriertes Bisphenol A, veretherte Bisphenole, wie Poly
oxyethylenbisphenol A und Polyoxypropylenbisphenol A und
dergleichen. Diese sonstigen zweiwertigen Alkohole werden
vorzugsweise in einer Menge von nicht über 30 Mol-% der
Gesamtmenge an zweiwertigen Alkoholen zum Einsatz ge
bracht. Eine übermäßige Mitverwendung der sonstigen zwei
wertigen Alkohole vermindert die Flexibilität der Molekül
kette, so daß der Toner pulverisieranfällig und der diesen
Toner enthaltende Entwickler weniger haltbar ist. Dies
gilt insbesondere beim Kopieren bei niedrigen Temperaturen
und niedriger Feuchtigkeit oder beim intermittierenden
Kopieren.
Der Erweichungspunkt (EP) der erfindungsgemäß einsetzbaren
Polyester beträgt zweckmäßigerweise 90-170°C, vorzugs
weise 100-160°C. Wenn der EP zu niedrig ist, neigen
die Tonerteilchen zur Bildung eines feinen Pulvers, das
an Trägern anschmilzt. Darüber hinaus kommt es insbesondere
bei hoher Temperatur und Feuchtigkeit zum Auftreten von
Geisterbildern oder zur Bildung blanker Bezirke in kopier
ten Bereichen. Andererseits beeinträchtigt ein zu hoher EP
die Verträglichkeit des Polyesters mit dem Trennmittel,
so daß dieses abfallen kann. Dies wiederum führt - wie be
reits erwähnt - zu einer Verunreinigung der Träger und zu
einem Aufwickeln auf Heizwalzen.
Der Erweichungspunkt EP wird als Temperatur entsprechend h/2
(h entspricht der Höhe einer S-förmigen Kurve in einer
graphischen Darstellung der Abhängigkeit Temperatur/Ein
dringung eines Stahlstifts = "Erweichungsfließkurve" unter
folgenden Bedingungen) definiert:
Probenmenge: | |
Menge entsprechend dem spezifischen Gewicht × 1 cm³ | |
Belastung: | 1962 kPa |
Düsendurchmesser: | 1 mm |
Vorwärmung: | 10 min auf 80°C |
Temperaturerhöhung: | 6°C/min |
Fließtestgerät: | Handelsübliches Gerät. |
Die Einfriertemperatur (Tg) der erfindungsgemäß verwendbaren
Polyester liegt vorzugsweise im Bereich von 50-70°C.
Bei zu niedriger Einfriertemperatur Tg können bei hoher
Temperatur und Feuchtigkeit blanke Bezirke in Kopierbe
reichen entstehen. Andererseits verschlechtert eine zu
hohe Einfriertemperatur Tg die Fixiereigenschaften.
Die Einfriertemperatur (Tg) wird auf folgende Weise mit
Hilfe eines Differentialabtastkalorimeters bestimmt:
- 1. 30 mg einer pulverisierten Probe werden in ein Aluminium gefäß gefüllt und darin mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min von 20°C auf 100°C erwärmt;
- 2. die Probe wird 3 min lang bei 100°C gehalten und dann mit Luft auf 20°C abgekühlt;
- 3. danach wird die Probe mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min erwärmt, um ein Differentialabtastkalorimeter- Thermogramm aufzustellen. In dem Einfrierbereich bzw. Glasübergangsbereich auf dem Differentialabtastkalori meter-Thermogramm ergibt sich Tg als Temperatur ent sprechend einem Kreuzungspunkt einer Verlängerung einer Grundlinie unter einer Einfriertemperatur und einer Tangente mit einem maximalen Gradienten zwischen einem unteren Ende bis zu einem Peak des Thermogramms.
Wie bereits erwähnt, enthalten erfindungsgemäße Toner zum
Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder als Harzbinde
mittel spezielle Polyester der angegebenen Definition sowie
Trennmittel als wesentliche Bestandteile.
Erfindungsgemäß verwendbare Trennmittel sind Polyolefine,
Fettsäuremetallsalze, Fettsäureester, teilweise verseifte
Fettsäureester, höhere Alkohole, fließfähige oder feste
Paraffinwachse, Amidwachse, mehrwertige Alkoholester sowie
Wachse von Mischungen derselben.
Verwendbare Polyolefine sind beispielsweise Polypropylene,
Polyethylene und Polybutene.
Verwendbare Fettsäuremetallsalze sind beispielsweise Zink-,
Magnesium- oder Calciumsalze von Maleinsäure, Zink-,
Cadmium-, Barium-, Blei-, Eisen-, Nickel-, Kobalt-,
Kupfer-, Aluminium- oder Magnesiumsalze von Stearinsäure,
zweibasisches Bleistearat, Zink-, Magnesium-, Eisen-,
Kobalt-, Kupfer-, Blei- oder Calciumsalze von Ölsäure,
Aluminium- oder Calciumsalze von Palmitinsäure, Blei
caprat, Bleicaproat, Zink- oder Kobaltsalze von Linolsäure,
Calciumricinolat, Zink- oder Cadmiumsalze von Ricinolsäure
sowie deren Mischungen.
Verwendbare Fettsäureester sind beispielsweise Ethylmaleat,
Butylmaleat, Methylstearat, Butylstearat, Cetylpalmitat,
Montansäureethylenglykolester und dergleichen.
Verwendbare teilweise verseifte Fettsäureester sind bei
spielsweise Calciumsalze teilweise verseifter Montansäure
ester und dergleichen.
Verwendbare höhere Alkohole sind beispielsweise Dodecyl
alkohol, Laurylalkohol, Myristylalkohol, Palmitylalkohol,
Stearylalkohol, Aralkylalkohole, Behenylalkohol und der
gleichen.
Verwendbare Paraffinwachse sind beispielsweise Naturparaffin,
Mikrowachs, Kunstparaffine, chlorierte Kohlenwasserstoffe
und dergleichen.
Verwendbare Amidwachse sind beispielsweise Stearinsäureamid,
Ölsäureamid, Palmitinsäureamid, Laurinsäureamid, Behensäure
amid, Methylenbisstearamid, Ethylenbisstearamid und der
gleichen.
Verwendbare mehrwertige Alkoholester sind beispielsweise
Glycerinstearat, Glycerinlinoleat, Glycerinmonobehenat,
Sorbitanmonostearat, Propylenglykolmonostearat, Sorbitan
trioleat und dergleichen.
Von den genannten Trennmitteln werden vorzugsweise diejeni
gen verwendet, deren Durchdringung (penetration), bestimmt
nach der Japanischen Industriestandard-Vorschrift K 2235-1980,
nicht mehr als 4 beträgt. Trennmittel mit einer Durch
dringung von nicht mehr als 4 vermögen in höchst wirksamer
Weise Trägerteilchen, Aufzeichnungsmaterialien, Entwickler
transporteinrichtungen und dergleichen gegen eine sogen.
Filmbildung mit dem Trennmittel zu schützen.
Der Schmelzpunkt der erfindungsgemäß verwendbaren Trenn
mittel beträgt vorzugsweise 60°C bis 160°C. Zu hohe Schmelz
punkte verschlechtern die Antioffseteigenschaften, zu
niedrige Schmelzpunkte die Haltbarkeit des Toners. Der
Schmelzpunkt wird wie folgt bestimmt: Ein schmales, mit
einer geringen Probenmenge gefülltes Glasröhrchen wird in
ein Schwefelsäurebad getaucht und erwärmt, um visuell den
Schmelzpunkt, bei dem die Probe in eine durchsichtige
Flüssigkeit übergeht, zu ermitteln.
Die Trennmittelmenge beträgt pro 100 Gew.-Teile Harzbinde
mittel 1-20 Gew.-Teil(e).
Eine zu geringe Trennmittelmenge führt zum Auftreten von
Geisterbildern und zu einer Aufwicklung. Übermäßig viel
Trennmittel führt zur Flockenbildung im Polyester und zu
einer Verschmutzung der Trägerteilchen und dergleichen auch
wenn das Trennmittel selbst nicht abfällt.
Gegebenenfalls können erfindungsgemäße Toner zum Entwickeln
latenter elektrostatischer Bilder auch noch Zusätze, wie
Färbemittel, Ladungssteuerstoffe und dergleichen enthalten.
Verwendbare Färbemittel sind beispielsweise Ruß, Nigrosin
farbstoff (C.I. Nr. 50415B), Anilinblau (C.I. Nr. 50405),
Charco Oil Blue (C.I. Nr. Azoblau 3), Chromgelb (C.I. Nr.
14090), Ultramarinblau (C.I. Nr.77103) Du Pont-Ölrot
(C.I. Nr. 26105), Chinolingelb (C.I. Nr. 47005), Methylen
blauchlorid (C.I. Nr. 52015), Phthalocyaninblau (C.I. Nr.
74160), Malachitgrünoxalat (C.I. Nr. 42000), Lampenruß
(C.I. Nr. 77266), Rose Bengale (C.I. Nr. 45435) und Mi
schungen derselben. Pro 100 Gew.-Teile Harzbindemittel
wird (werden) vorzugsweise 1-20 Gew.-Teil(e) Färbemittel
eingesetzt.
Verwendbare Ladungssteuerstoffe vom Negativtyp sind bei
spielsweise metallhaltige Azofarbstoffe vom 2:1-Typ
(vgl. JP-OS 57-1 41 452/1982, 58-7 645/1983, 58-1 11 049/1983,
57-1 67 033/1982 und 58-1 85 653/1983 und JP-AS 44-6 397/1969),
Metallkomplexe aromatischer Oxy- und Dicarbonsäuren
(vgl. JP-OS 57-1 04 940/1982, 57-1 11 541/1982, 57-1 24 357/1982
und 53-1 27 726/1978) sowie Derivate von Sulfonamid, Sulfon
säure und Sulfonate von Kupferphthalocyaninfarbstoffen
(vgl. JP-OS 52-45 931/1977). Ladungssteuerstoffe vom Positiv
typ sind beispielsweise quaternäre Ammoniumverbindungen
(vgl. JP-OS 49-51 951/1974 und 52-10 141/1977); Alkylpridinium
verbindungen (vgl. JP-OS 56-11 461/1981 und 54-1 58 932/1979
sowie US-PS 42 54 205); Alkylpicoliniumverbindungen;
Nigrosinfarbstoffe, wie Nigrosin SO und Nigrosin EX, sowie
Additionskondensationsprodukte (vgl. JP-AS 49-80 320/1974).
Die Mischung aus erfindungsgemäß verwendbarem Polyester,
erfindungsgemäß verwendbarem Trennmittel und gegebenen
falls mitverwendbaren sonstigen Tonerkomponenten wird unter
Kneten aufgeschmolzen und abgekühlt. Danach wird das er
haltene Knetgemisch zur Herstellung eines Toners gegebener
durchschnittlicher Teilchengröße pulverisiert und klassi
fiziert.
Die erfindungsgemäßen Toner zum Entwickeln latenter elektro
statischer Bilder können entweder als Einkomponentenent
wickler oder Zweikomponentenentwickler zum Einsatz gelangen.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veran
schaulichen.
Dicarbonsäuren und zweiwertige Alkohole gemäß Tabelle I
werden in einen mit einem Thermometer, einem Rührer aus
rostfreiem Stahl, einem Glasansatz zum Einlassen von gas
förmigem Stickstoff und einem Rückflußkühler ausgestatteten,
1 Liter fassenden Vierhalsrundkolben gefüllt. Danach wird
der Kolben unter Einleiten von gasförmigem Stickstoff auf
einem Heizmantel erwärmt. Nach Zugabe von 0,05 g Dibutyl
zinnoxid und Durchführen einer Reaktion bei 200°C werden
zur weiteren Umsetzung nicht weniger als dreiwertige Monomere
gemäß Tabelle I zugegeben, wobei letztlich erfindungsgemäß
verwendbare Polyester Nr. 1 bis 5 und Vergleichspolyester
Nr. 6 bis 8 erhalten werden.
Die Tabelle II enthält Angaben über die Säurezahl (SZ),
die Hydroxylzahl (HZ), den Wert HZ+SZ, das Verhältnis
HZ/SZ, den Erweichungspunkt (EP) sowie die Einfriertempera
tur (Tg) der einzelnen Polyester.
Nach dem Vermischen der Tonerkomponenten gemäß Tabelle III
mittels eines V-Mischers und anschließendem Aufschmelzen
zum Verkneten mittels eines Doppelwalzenstuhls wird das
Knetgemisch abgekühlt, grob mit einer Hammermühle pulveri
siert, fein mit einer Strahlmühle pulverisiert und danach
mittels einer Luftklassifiziervorrichtung klassifiziert.
Hierbei erhält man erfindungsgemäße Toner Nr. 1 bis 6
bzw. Vergleichstoner Nr. 7 bis 10, jeweils einer durch
schnittlichen Teilchengröße von 11,0 µm.
Durch Vermischen von 50 Gew.-Teilen der verschiedenen Toner
mit 950 Gew.-Teilen Trägerteilchen in Form eines Eisen
pulvers einer durchschnittlichen Teilchengröße von 120 µm
werden Zweikomponentenentwickler hergestellt.
Unter Verwendung der erhaltenen Zweikomponentenentwickler
werden in einem handelsüblichen Kopiergerät mit einem Auf
zeichnungsmaterial vom Arsen-Selen-Typ, einer Kontakt-
Magnetbürstenentwicklungseinheit (normale Entwicklung),
einer Heizwalzenfixiereinheit und einer Säuberungseinheit
mit einer Reinigungsklinge aus einem Urethankautschuk konti
nuierliche Kopiertests durchgeführt. Hierbei werden ohne
Anhalten des Kopiergeräts bei- niedriger Temperatur und
Feuchtigkeit (10°C und 20% relative Feuchtigkeit) konti
nuierlich 50 000 Bildkopien hergestellt.
Danach werden folgende Eigenschaften bewertet:
Unter Verwendung eines handelsüblichen Densitometers wird
nach dem Kopieren der Schleier der weißen Bezirke, d.h.
der Nicht-Bildbezirke, gemessen und als Reflexionsdichte,
bezogen auf einen Wert der weißen Bezirke, d.h. der Nicht-
Bildbezirke vor dem Kopieren, von 0,0 angegeben. Wenn die
relative Dichte weniger als 0,01 beträgt, wird dies durch
"○" angegeben. Wenn die relative Dichte im Bereich von
nicht weniger als 0,01 bis unter 0,03 liegt, wird sie mit
"Δ" angegeben. Wenn die relative Dichte schließlich nicht
geringer als 0,03 beträgt, wird sie mit "×" angegeben.
Mit Hilfe eines handelsüblichen Densitometers wird die
maximale Dichte einer Bildkopie nach Herstellung von
50 000 Bildkopien gemessen. Für die Praxis sollte diese
nicht niedriger als 0,8 sein.
Das Innere des Kopiergeräts sowie die Bildkopien werden
visuell daraufhin untersucht, ob Tonerstaub feststellbar
ist. Wird nahezu kein Tonerstaub festgestellt, erfolgt
die Bewertung mit "○". "Δ" steht für eine geringe, jedoch
für die Praxis unerhebliche Menge Tonerstaub. "×" deutet
darauf hin, daß eine für den praktischen Gebrauch nicht
tolerierbare Menge Tonerstaub geflogen ist.
Nach jeweils 10 000 Kopiervorgängen werden die "festen"
schwarzen Bildbezirke visuell beurteilt. Die Ergebnisse
werden mit "○" bewertet, wenn die Bilder von hervorragender
Qualität sind und keine Marken der an den Heizwalzen be
findlichen Trennklaue aufweisen. "×" deutet auf einige
Marken der Trennklaue hin. "××" bedeutet, daß in den festen
schwarzen Bildbezirken deutliche Marken feststellbar sind.
Nach Beendigung der 50 000 Kopiervorgänge wird ein
10 mm×10 mm großes "festes" Bild hergestellt, wobei die
Temperaturen der oberen Fixierwalze und der unteren Fixier
walze auf 200°C bzw. 50°C eingestellt wird.
Das erhaltene Bild wird 10mal mit Hilfe eines Echtheitstest
geräts mit einem Bogen Kopierpapier eines Papiergewichts von
55 kg gerieben. Das Verhältnis (%) der Reflexionsdichtewerte
vor und nach dem Reiben wird als Fixierverhältnis ermittelt.
Nach jeweils 10 000 Kopiervorgängen werden 10 mm×10 mm
große "feste" Bilder hergestellt, wobei die Temperatur der
oberen bzw. unteren Heizwalze auf 240°C bzw. 220°C einge
stellt wird. Die Bewertung erfolgt visuell. Bei fehlenden
Geisterbildern erfolgt die Bewertung mit "○", beim Auf
treten von Geisterbildern mit "×".
Nach jeweils 10 000 Kopiervorgängen werden die "festen"
schwarzen Bildkopien visuell daraufhin beurteilt, ob sie
weiße Flecken enthalten. Die Bewertung erfolgt mit "○"
beim Fehlen weißer Flecken und mit "×" beim Auftreten
weißer Flecken.
Die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt.
Entsprechend Beispiel 1 werden dieselben Kopiertests durch
geführt, wobei jedoch bei einer Temperatur von 33°C und
einer relativen Feuchtigkeit von 80% gearbeitet wird. Die
Ergebnisse sind ähnlich wie diejenigen des Beispiels 1.
Im vorliegenden Beispiel ist insbesondere feststellbar,
daß die unter Verwendung erfindungsgemäßer Toner herge
stellten Bildkopien bezüglich blanker Bezirke in den Bild
bereichen den mit den Vergleichstonern hergestellten Bild
kopien weit überlegen sind.
Die Ergebnisse belegen, daß sich die erfindungsgemäßen
Toner zum Entwickeln latenter elektrostatischer Bilder
durch folgende Vorteile auszeichnen:
Es bildet sich kein Tonerstaub durch Beschädigung der
Tonerteilchen; das Trennmittel fällt nicht ab; eine her
vorragende und stabile Entwicklung läßt sich über lange
Zeit hinweg durchführen. Insgesamt lassen sich also mit
erfindungsgemäßen Tonern gleichmäßig sehr viele Bild
kopien hoher Dichte herstellen, ohne daß es zu einer
Verschleierung oder zu einem Tonerflug kommt.
Erfindungsgemäße Toner garantieren hervorragende Antioffset-,
Antiaufwickel- und Fixiereigenschaften. Selbst bei hoher
Temperatur und Feuchtigkeit bilden sie bei einer großen
Anzahl von Kopiervorgängen keine blanken Bezirke in den
festen Bereichen, d.h. Bildbereichen.
Claims (17)
1. Toner für einen elektrostatographischen Entwickler mit
einem durch Polykondensation einer Monomerenmasse aus
Komponente (1): nicht weniger als dreiwertiges Monomeres
Komponente (2): aromatische Dicarbonsäure und
Komponente (3): aliphatischer zweiwertiger Alkoholerhaltenen Polyester und einem Trennmittel eines be stimmten Durchdringungsbereichs, wobei der Gesamtwert an Säurezahl (SZ) und Hydroxylzahl (HZ) des Polyesters nicht weniger als 30 und nicht mehr als 80 beträgt.
Komponente (2): aromatische Dicarbonsäure und
Komponente (3): aliphatischer zweiwertiger Alkoholerhaltenen Polyester und einem Trennmittel eines be stimmten Durchdringungsbereichs, wobei der Gesamtwert an Säurezahl (SZ) und Hydroxylzahl (HZ) des Polyesters nicht weniger als 30 und nicht mehr als 80 beträgt.
2. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Komponente (1) aus einer Carbonsäure besteht.
3. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Durchdringungswert des Trennmittels nicht mehr als 4
beträgt.
4. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis HZ/SZ des Polyesters nicht mehr als 5,0
beträgt.
5. Toner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis HZ/SZ nicht mehr als 2,0 beträgt.
6. Toner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verhältnis HZ/SZ weniger als 1,2 beträgt.
7. Toner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es
sich bei der Carbonsäure um eine mehrwertige aromatische
Carbonsäure handelt.
8. Toner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es
sich bei der mehrwertigen aromatischen Carbonsäure um
Benzoltricarbonsäure oder ein Anhydrid oder einen Ester
derselben handelt.
9. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es
sich bei der Komponente (3) um einen zweiwertigen
aliphatischen Alkohol mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen
einschließlich eines verzweigtkettigen aliphatischen
zweiwertigen Alkohols handelt.
10. Toner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in
der Gesamtmenge an zweiwertigen Alkoholen der zwei
wertige verzweigtkettige aliphatische Alkohol, nicht
weniger als 50 Mol-% ausmacht.
11. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Polyester einen Erweichungspunkt (EP) von 90-170°C
aufweist.
12. Toner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Erweichungspunkt (EP) 100-160°C beträgt.
13. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Polyester eine Einfriertemperatur (Tg) von 50-70°C
aufweist.
14. Toner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Trennmittel einen Fließpunkt von 60-160°C aufweist.
15. Toner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponente (1) 1 bis 30 Mol-% der Monomerenmasse aus
macht.
16. Toner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Komponente (1) 1 bis 15 Mol-% der Monomerenmasse
ausmacht.
17. Toner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
er pro 100 Gew.-Teile Polyester 1-20 Gew.-Teil(e)
Trennmittel enthält.
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Family
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