DE60127913T2

DE60127913T2 - Toner und Entwickler für Magnetbürstenentwicklung

Info

Publication number: DE60127913T2
Application number: DE60127913T
Authority: DE
Inventors: Scott M. Fairport Silence; Edward J. Webster Gutman; James M. Webster Proper; Frank Rochester Reitze; Brian S. Rochester Giannetto; Brian E. Ontario Moore; Joo T. Webster Chung; James G. Rochester Stenzel; Jeffrey L. Williamson Debarr; Morris M. Jr. Farmington DeYoung
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: EP1191401A2; EP1191401B1; US6416916B1; DE60127913D1; EP1191401A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Toner, Entwickler, welche Toner enthalten und ein Verfahren zum Ausbilden von Bildern mit Entwicklern unter Verwendung von magnetischen Bürsten (magnetic brush)-Entwickler-Systemen. Genauer gesagt betrifft die Erfindung Toner und Entwickler, welche sorgsam gesteuerte Eigenschaften aufweisen, eine verbesserte Druckqualität zur Verfügung zu stellen, während sie gleichzeitig Abnutzungseffekte vermeiden/eliminieren, wenn sie beim Entwickeln von elektrostatischen Bildern mit einem magnetischen Bürsten-Entwickler-System eingesetzt werden.
US Patent Nr. 5,545,501 beschreibt eine elektrostatographische Entwickler-Zusammensetzung, welche Ladungsträger und Partikel und Tonerpartikel umfasst, mit einer Tonerpartikelgrößen-Verteilung, welche eine Volumen-gemittelte Partikel-Größe (T) von in etwa 4 μm ≤ T ≤ 12 μm aufweist und eine durchschnittliche Ladung (absoluter Wert) pro Durchmesser in Femtocoulomb/10 μm (C_T) nach triboelektrischem Kontakt mit besagten Ladungsträgern aufweist von in etwa 1 fC/10 μm ≤ C_T ≤ 10fC/10 μm charakterisiert, dadurch dass (i) besagte Ladungsträger-Partikel einen Sättigungs-Magnetisierungs-Wert M_sat, ausgedrückt in Tesla (T) von in etwa M_sat ≥ 0,30 T aufweisen, (ii) besagte Ladungsträger-Partikel einen Volumen-gemittelten Partikel-Größenwert (C_avg) von in etwa 30 μm ≤ C_avg ≤ 60 μm aufweisen, (iii) besagte Volumen-basierte Partikelgrößen-Verteilung von besagten Träger-Partikeln zumindest 90% an Partikeln aufweist mit einem Partikeldurchmesser C von in etwa 0,5 C_avg ≤ C ≤ 2 C_avg, (iv) besagte Volumen-basierte Partikelgrößen-Verteilung von besagten Ladungsträger-Partikeln weniger als b% Partikel aufweist, die kleiner sind als 25 μm, wobei b = 0,35 × (M_sat)² × P ist, mit M_sat: Sättigungs-Magnetisierungswert, M_sat, ausgedrückt in T und P: maximale Feldstärke des magnetischen Entwicklungs-Pols, ausgedrückt in kA/m, und (v) besagte Ladungsträger-Partikel ein Kernpartikel umfassen, gecoatet mit einem Harz-Coating in einer Menge (RC) wie in etwa 0,2% w/w ≤ RC ≤ 2% w/w. Siehe Zusammenfassung. Dieses Patent beschreibt, dass solch ein Entwickler Bilder erzielt, einer Offset-Qualität in Systemen, in welchen ein latentes Bild entwickelt wird mit einer feinen magnetischen Haar-Bürste.
Xeikon NV beliefert derzeit den Markt mit Entwicklern für magnetische Bürsten-Entwickler-Systeme. Diese Entwickler enthalten Toner und Ladungsträger-Partikel. Man glaubt, dass der Toner aus Pigmenten und zwei Polyestern besteht, einem propoxyliertem Bisphenol-A-Hexandionsäure-Isophthalsäurepolyester und einem ethoxyliertem Bisphenol-A-Ethylenglycol-Isophthalsäure-Terephthalsäurepolyester, während der Träger wahrscheinlich aus einem Eisen-Zink-Kupfer-Oxidkern besteht, gecoated mit einem quervernetzten Siloxan. Jedoch leiden solche Entwickler unter einer geringeren triboelektrischen Stabilität und Bild-Qualität-Stabilität sowie unzureichender Farbskala.
US Patentanmeldung Nr. 09/520,360, eingereicht am 07. März 2000, beschreibt einen Toner, welcher leistungsstärker ist als die Xeikon NV-Toner. Der Toner enthält zumindest ein Bindemittel, zumindest ein farbgebendes Mittel und vorzugsweise ein oder mehrere externe Additive von einem oder mehreren von Siliciumdioxid-Pulver und behandeltem Titandioxid-Pulver und Zink-Stearat (in Mengen von zumindest 0,1 Gew.-% pro Toner). Die Tonerpartikel zeigen folgend auf triboelektrischen Kontakt mit Ladungsträger-Partikeln eine Ladung pro Partikeldurchmesser (Q/D) von 0,6 bis 0,9 fC/μm und eine triboelektrische Ladung von 20 bis 25 μC/g. Die Tonerpartikel weisen vorzugsweise einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 7,8 bis 8,3 μm auf. Der Toner wird kombiniert mit Ladungsträgerpartikeln um einen Entwickler zu erzielen, wobei die Ladungsträger-Partikel vorzugsweise einen durchschnittlichen Durchmesser von 45 bis 55 μm aufweisen und einen Kern aus Ferrit einschließen, welcher substantiell frei ist von Kupfer und Zink, gecoatet mit einem Überzug, welcher ein Polyvinylidenfluorid-Polymer oder ein Copolymer umfasst sowie ein Polymethylmethacrylat-Polymer oder Copolymer. Die Ladungsträger-Partikel können aus Ferrit-Partikeln bestehen, welche vorzugsweise substantiell frei sowohl von Zink und Kupfer sind, wie dies beschrieben wird in der US Patentanmeldung Nr. 09/444,701, eingereicht am 24. November 1999.
EP-A-1132780 offenbart einen Toner, welcher Tonerpartikel umfasst, welche zumindest aus einem Bindemittel bestehen, aus zumindest einem farbgebenden Mittel und optional aus einem oder mehreren Additiven. Vorzugsweise ist zumindest ein farbgebendes Mittel ein Pigment, ausgewählt aus der Gruppe aus Cyan, Magenta und Schwarz und zumindest ein Binde-Harz, umfassend ein propoxyliertes Bisphenol-A-Fumarat-Harz mit einem Gel-Gehalt von ungefähr 9 bis ungefähr 18 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Binde-Harzes. Des weiteren kann als ein externes Additiv Zink-Stearat in einer Menge von 0,1 bis 2,0 Gew.-% vorliegen.
US-A-5,273,038 offenbart einen Ladungsträger zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes, welcher ein Kern-Partikel umfasst, eine Zwischen-Harz-Phase und eine Harz-Schicht darauf, wobei die Harz-Schicht ein Methacrylat-Copolymer umfasst.
EP-A-0237038 offenbart einen Toner zum Entwickeln von elektrostatischen latenten Bildern, welcher feinere Pulver umfasst, umfassend ein Binde-Harz sowie einen farbgebendes Agens, zumindest eines ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus hydrophoben Aluminiumoxid und hydrophoben Titanoxid, einem Siliciumoxid und einem Schmiermittel. Ein geeignetes Schmiermittel kann Zink-Stearat sein und ein geeignetes Binde-Harz kann ein Phenolharz sein.
EP-A-0980029 offenbart einen Toner, welcher ein Bindemittel umfasst, ein farbgebendes Mittel und ein Siliciumoxid, enthaltend einen Überzug aus einem Alkylsilan. Wie aus den Beispielen zu sehen ist, kann der Toner des weiteren Zink-Stearat in einer Menge von bis zu 0,3 Gew.-% enthalten.
US-A-5,670,289 offenbart eine Toner-Zusammensetzung, welche Harz-Partikel umfasst und Pigment-Partikel, wobei die Zusammensetzung darauf eine Oberflächen-Additiv-Mischung einschließt an Siliciumoxid oder Titandioxid, Metallsalzen und Fettsäuren, wie z. B. Zink-Stearat sowie einen Aluminiumkomplex.
US-A-5,506,083 offenbart eine Entwickler-Zusammensetzung, welche ein quervernetztes Polyester-Harz-Partikel, Pigment-Partikel, Zustandskomponenten-Partikel, ein Kompatilierungsagens und Oberflächen-Additiv-Mischungen umfasst, welche Metallsalze von Fettsäuren, Siliciumdioxid-partikel und Metalloxid-Partikel umfassen. Geeignete Metallsalze von Fettsäuren schließen Zink-Stearat ein, welche in einer Menge von 0,1 bis 1,0 Gew.-% vorliegen können.
US-A-5,516,614 offenbart eine Isolations-Entwickler-Zusammensetzung, welche Harz-Partikel, Pigment-Partikel, Zustands-Komponenten-Partikeln, Kompatibilitätsagenzien und eine Oberflächen-Additiv-Mischung umfassen, welche Metallsalze, Fettsäuren, Silicium-Partikel und Metalloxid-Partikel umfassen. Geeignete Metallsalze und Fettsäuren schließen Zink-Stearat in einer Menge von 0,1 bis ungefähr 0,8 Gew.-% ein.
US-A-5,225,304 offenbart einen Toner, welcher hauptsächliche Partikel umfasst, die ein Harz und ein farbgebendes Agens einschließen und Vinylharz-Feinpartikel, befestigt an den Hauptpartikeln durch mechanische Schlagkraft. Die Partikel können des weiteren Zink-Stearat umfassen in einer Menge von 0,1 Gew.-% des Toners.
US-A-4,725,521 offenbart einen elektrostatischen Bild-Entwickler, welcher einen Toner aufweist, sowie Ladungsträger, wobei die Ladungsträger eine Überzugs-Schicht aufweisen, umfassend ein Copolymer aus Vinylidenfluorid/Tetrafluorethylen und ein Polymer, welches als Monomer-Komponente ein Acrylat enthält, welches eine Gruppe aufweist, substituiert mit zumindest einem Fluoridatom als eine Seitenkette. Wie aus den Beispielen zu sehen ist, kann der Toner des weiteren Zink-Stearat als ein Additiv umfassen in einer Menge zumindest von 0,1 Gew.-%.
US-A-5,260,160 offenbart eine elektrostatische Entwickler-Zusammensetzung für ein latentes Bild umfassend eine magnetische Toner-Komponente, welche eine gepulverte Agglomeration von magnetischen Partikeln und ein Harz umfasst. Wie aus den Beispielen zu sehen ist, kann der magnetische Toner Zink-Stearat als ein Additiv in einer Menge von zumindest 0,1 Teil bezogen auf das Gewicht des Toner-Harzes umfassen.
EP-A-0745907 offenbart einen Toner, welcher eine Toner-Harz-Mischung umfasst, ein farbgebendes Mittel und effektive positive oder negative Ladungs-verstärkende Additive wie z.B. Zink-Stearat in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-%.
Jedoch zeigen die Toner die bis zum heutigen Tag zur Anwendung in Bild-gebenden Vorrichtungen, die ein magnetisches Bürsten-Entwicklungs-System einsetzen, verwendet werden, in gewissem Grad einen Bild-Verarmungs-Effekt (charakterisiert dadurch, dass unzureichender Toner auf einem Bild-ausbildendem Medium in einem Gebiet des zu reproduzierenden Bildes abgeschieden wird) während des Betriebs der Vorrichtung. Genauer gesagt, kann unter Bedingungen einer hohen Flächen-Abdeckung am Toner in einem abgebildeten Gebiet (typischer Weise mehr als 50% einer Seite bedeckt durch ein einzelnes Trennbild) ein Gebiet von verminderter Toner-Masse in einem Bild auftreten, was parallel zur Prozess-Richtung des Papiers in dem Druck-Motor läuft. Im allgemeinen vermindert dies die Toner-Masse oder die Bilddichten-Verarmung wird hervorstechender werden, wenn mehrere Ausdrucke durchgeführt werden, was sowohl die räumliche Erstreckung des Defekts als auch den Unterschied in der entwickelten Toner-Masse (mit Blick auf die Ziel-Entwickler-Masse) innerhalb des Defekt-Flächen-Grades der Verarmung ansteigen lässt. In extremen Fällen kann das Bild vollständig in einem Band der xerographischen Prozess-Richtung fehlen, welches ein Drittel bis eine Hälfte des gewünschten Bildes einschließt. Was immer noch benötigt wird, ist ein Satz von Entwicklern, welcher Toner und Ladungsträger umfasst, welche nicht nur hohe stabile triboelektrische Leistungsfähigkeit besitzen, sondern ebenso keine Bild-Verarmungs-Defekte zeigen, wenn sie verwendet werden, um ein latentes Bild auf der Oberfläche eines Fotorezeptors mit magnetischer Bürste zu entwickeln.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Satz von Farbtonern zur Verfügung zu stellen und Entwicklern, welche substantiell das Auftreten von Bild-Verarmungs-Defekten vermeiden/eliminieren, während hohe und stabile triboelektrische Leistungsfähigkeit beibehalten wird, insbesondere bei der Verwendung in Entwickler-Bildern mit einer magnetischen Bürste; des weiteren ist es die Aufgabe der Erfindung, Toner und Entwickler zu erhalten, mit einer überlegenen triboelektrischen und Bild-Qualitäts-Stabilität und Bilder auszubilden, welche eine magnetische Bürste mit den Entwicklern der vorliegenden Erfindung einsetzen, wobei die Bilder überlegene Qualität aufweisen, im Vergleich zu konventionellen magnetischen Bürsten-Entwicklern und die Bilder substantiell frei von Bild-Verarmungs-Defekten sind.
Die oben aufgeführte Aufgabe wird realisiert durch einen Toner, welcher Toner-Partikel umfasst, die zumindest ein Bindemittel einschließen, zumindest ein farbgebendes Mittel, und zumindest ein externes Additiv-Paket, welches Zink-Stearat und zumindest eines von Siliciumdioxid oder Titandioxid umfasst, wobei das Zink-Stearat in einer Menge vorliegt, von mehr als 0 bis nicht mehr als 0,1 Gew.-% bezogen auf den Toner, wobei 0,1% bezogen auf das Gewicht des Toners ausgeschlossen ist,
wobei die Toner-Partikel zumindest ein Binde-harz umfassen, welches ein propoxxyliertes Bisphenol-A-Fumarat-Harz ist, zumindest ein farbgebendes Mittel, welches ein Pigment umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cyan, Gelb, Magenta und Schwarz, wobei, wenn das Pigment Cyan, Magenta oder Schwarz ist, das Binde-Harz einen Gelgehalt von 5 bis 18 Gew.-% bezogen auf das Binde-Harz aufweist, und, falls das Pigment Gelb ist, das Binde-Harz kein Gel einschließt.
Besagte Aufgabe wird des weiteren realisiert durch einen Entwickler, welcher die oben genannten Toner-Partikel umfasst und Ladungsträger-Partikel, wobei der Entwickler einen Entwickler-Fließ-Wert von zumindest 2 cm³/min aufweist.
Besagte Aufgabe wird schließlich erreicht, durch einen elektrographischen Bild-Ausbildungs-Apparat, welcher einen Fotorezeptor umfasst;
einen Fotorezeptor;
ein magnetisches Bürsten-Entwickler-System und
ein Gehäuse, weiches mit dem magnetischen Bürsten-Entwickler-System verbunden ist und den oben genannten Entwickler einschließt.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen dargelegt.
Es wurde bestimmt, dass das Vorliegen von höheren Mengen an Zink-Stearat aus einem externen Additiv für einen Toner zur Folge hat, dass der Entwickler einen schwachen Entwickler-Fluss aufweist, was wiederum im Auftreten von Bild-Verarmungs-Defekten resultiert.
In einem Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung Toner-Partikel, welche zumindest ein Bindemittel aufweisen, zumindest ein farbgebendes Mittel und zumindest ein externes Additiv-Paket, welches Zink-Stearat umfasst und zumindest eines von Siliciumdioxid oder Titandioxid, wobei die Menge an Zink-Stearat limitiert ist auf nicht mehr als 0,10%, bezogen auf das Gewicht des Toners, wobei 0,1 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Toners ausgeschlossen sind. Es wurde überraschender Weise festgestellt, dass wenn die Menge an Zink-Stearat derart limitiert ist, ein Entwickler, ausgebildet aus dem Toner exzellente triboelektrische Ladung und Stabilität aufweist, sowie exzellenten Entwickler-Fluss. Wenn der Entwickler verwendet wird in einem magnetischen Bürsten-Entwickler-System, werden konsistente, hoch qualitative Kopie-Bilder ausgebildet, substantiell ohne Verarmungs-Defekte über die Zeit.
Das spezielle Toner-Design besteht aus Toner-Partikeln, welche zumindest ein Binde-Harz umfassen, welches propoxyliertes Bisphenol-A-Fumarat-Harz umfasst, zumindest ein farbgebendes Mittel, welches ein Pigment umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cyan, Gelb, Magenta und Schwarz, wobei, wenn das Pigment Cyan ist, Magenta oder Schwarz, das Binde-Harz einen Gelgehalt von 5 bis 18%, bezogen auf das Gewicht des Binde-Harzes, aufweist, und falls das Pigment Gelb ist, das Binde-Harz kein Gel einschließt und ein externes Additiv-Paket Zink-Stearat und zumindest eines von Siliciumdioxid oder Titandioxid umfasst, wobei das Zink-Stearat in einer Menge vorliegt, nicht mehr als 0,1 Gew.-% bezogen auf den Toner, wobei 0,1 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Toners ausgeschlossen ist.
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Toner kombiniert mit Ladungsträger-Partikeln, um einen Entwickler auszubilden, welcher eine hohe und stabile triboelektrische Leistungsfähigkeit aufweist und Fluss-Eigenschaften wie oben diskutiert.
In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung einen elektrofotographischen Bild-Ausbildungs-Apparat, welcher einen Fotorezeptor umfasst, ein magnetisches Bürsten-Entwickler-System und ein Gehäuse, in Verbindung mit einem magnetischen Bürsten-Entwickler-System, welches den Entwickler der Erfindung einschließt.
In einem Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung einen Toner, welcher Toner-Partikel umfasst, welche aus zumindest einem Binde-Mittel bestehen, zumindest einem farbgebenden Mittel und einem externen Additiv-Paket, welches Zink-Stearat und zumindest eines von Siliciumdioxid oder Titandioxid umfasst, wobei das Zink-Stearat vorliegt in einer Menge von mehr als 0 bis weniger als 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Toners, wobei 0,1 Gew.-% bezogen auf den Toner ausgeschlossen ist. Der Toner umfasst Toner-Partikel, welche zumindest ein Binde-Harz umfassen, welches ein propoxyliertes Bisphenol-A-Fumarat-Harz umfasst, zumindest ein farbgebendes Mittel, welches Pigment umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cyan, Gelb, Magenta und Schwarz, wobei, wenn das Pigment Cyan ist, Magenta oder Schwarz, das Binde-Harz einen Gelanteil von 5 bis 18% bezogen auf das Gewicht des Binde-Harzes aufweist, und falls das Pigment Gelb ist, das Binde-Harz kein Gel enthält, und ein externes Additiv-Paket Zink-Stearat und zumindest eines von Siliciumdioxid oder Titandioxid umfasst, wobei das Zink-Stearat in einer Menge vorliegt, von mehr als 0 bis nicht mehr als 0,1 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Toners, wobei 0,1 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Toners ausgeschlossen sind. Des weiteren ist vorzugsweise das externe Additiv-Paket eines, welches alle von Zink-Stearat, Siliciumdioxid und Titandioxid einschließt.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft die Erfindung einen elektrofotographischen Bild-Ausbildungs-Apparat, welcher einen Fotorezeptor umfasst, ein magnetisches Bürsten-Entwickler-System und ein Gehäuse in Verbindung mit den magnetischen Bürsten-Entwickler-System, welcher des weiteren einen Entwickler enthält.
Im allgemeinen schließt das Verfahren zum elektrofotographischen Drucken das Aufladen eines fotoleitfähigen Elementes mit einem substantiell einheitlichen Potential ein, um die Oberfläche davon zu sensitivieren. Der geladene Abschnitt der fotoleitfähigen Oberfläche wird einem Licht-Bild ausgesetzt, beispielsweise von einem scannenden Laserstrahl, einer LED-Quelle etc. oder einem Original-Dokument, welches reproduziert werden soll. Dies zeichnet ein latentes elektrostatisches Bild auf der fotoleitfähigen Oberfläche des Fotorezeptors auf. Nachdem das elektrostatische latente Bild aufgezeichnet wurde auf der fotoleitfähigen Oberfläche wird das latente Bild entwickelt.
In der vorliegenden Erfindung werden Zwei-Komponenten-Entwickler-Materialien eingesetzt zur Entwicklung. Ein typischer Zwei-Komponenten-Entwickler umfasst magnetische Ladungsträger-Granulate, welche Toner-Partikel aufweisen, welche sich triboelektrisch daran anbinden. Toner-Partikel werden angezogen an das latente Bild, wodurch ein Toner-Pulver-Bild auf der fotoleitfähigen Oberfläche ausgebildet wird. Die Toner-Pulver-Partikel werden nachfolgend auf Kopierblatt übertragen. Letztendlich wird das Toner-Pulver-Bild erhitzt, so dass es sich permanent mit dem Kopierbild in einer Bildkonfiguration verbindet.
Ein allgemein bekannter Weg des Entwickelns eines latenten Bildes auf einem Fotorezeptor ist durch die Verwendung von einer oder mehreren magnetischen Bürsten. Siehe beispielsweise US Patent Nr. 5,416,566, 5,345,298, 4,465,730, 4,155,329 und 3,981,272. Wie in diesen Patenten beschrieben wird, enthält das Gehäuse eines bildgebenden Gerätes den Entwickler. Der Entwickler wird den magnetischen Bürsten zugeführt mit Hilfe von Einzugsschnecken, welche ein Schaufelrad beladen, wobei das Schaufelrad wiederum den Toner auf die magnetische Bürste lädt.
Der Toner des Entwicklers kann formuliert werden, so dass er entweder eine negative oder positive Ladung trägt und er in jedem Fall vis-a-vis dem Träger ausgewählt wird, so dass die Toner-Partikel die geeignete Betriebs-Ladung mit Blick auf das zu entwickelnde latente elektrostatische Bild erhalten. Folglich wird, wenn der Entwickler in operativen Kontakt gebracht wird, mit der fotoleitfähigen Oberfläche des Fotorezeptors mit größerer anziehender Kraft des aufgeladenen Bildes verursacht, dass die Toner-Partikel die Ladungsträger-Partikel verlassen und an den Bildabschnitt der Platte anbinden.
Die oben genannte magnetische Bürste umfasst typischer Weise eine Walze mit einem schlauchartigen Element oder einer Hülse, welche rotierbar unterstützt sind innerhalb des Gehäuses des Bild ausbildenden Gerätes. Die Hülse besteht vorzugsweise aus nicht-magnetischem Material. Ein oder mehrere Magnete sind innerhalb der Hülse montiert. Die Walze ist so angeordnet, so dass ein Teil der Hülse untergetaucht ist oder in Kontakt steht mit einer Versorgung von Entwickler, welche die Ladungsträger umfasst sowie die Toner-Partikel.
Als ein Ergebnis wird der Entwickler magnetisch an die Oberfläche der Hülse angezogen und darauf in der Form einer Bürste angeordnet. Folglich zieht, wenn der Fotorezeptor, der das latente elektrostatische Bild darauf trägt, in physikalischen Kontakt gebracht wird mit der Bürste, die anziehende Kraft der elektrostatischen Ladung auf der Fotorezeptor-Oberfläche in den Bildflächen, welche größer ist als die Kraft, welche den Toner an die Ladungsträger-Partikel hält, den Toner von der magnetischen Bürstenwalze und auf die Bildflächen, wodurch das Bild sichtbar gemacht wird.
Der elektrofotographische Markierungs-Prozess wie oben erläutert, kann modifiziert werden, um Farbbilder zu erzeugen. In solch einem Prozess wird jede Farbe des Bildes sukzessive entwickelt, und auf ein Bild-empfangenes Substrat transferiert, beispielsweise auf Papier, wodurch eine bildweise Konfiguration des entwickelten Bildes auf dem Substrat ausgebildet wird. Diese Erfindung beschreibt die Aspekte von neuen Tonern und Entwicklern, welche in der restriktiven magnetischen Bürsten-Entwickler-Umgebung arbeiten, um Bildqualitäten zu erzielen, welche denjenigen von Tonern und Entwicklern aus dem Stand der Technik überlegen sind, wobei die Entwickler eine bessere triboelektrische Stabilität sowie Bildqualitäts-Stabilität aufweisen. Farbe, Feststoffe, Halbtöne, Glasur, Abbildungen, Text und Hintergrund sind stabil, solange der gesamte Vorgang läuft.
Durch diese Erfindung werden Farbtoner und Entwickler realisiert, welche die notwendigen Eigenschaften aufweisen, um in magnetischen Bürsten-Entwickler-Systemen zu funktionieren, ohne Bild-Verarmungs-Defekte während eines Druckvorgangs zu zeigen. Vier unterschiedliche Farbtoner, Cyan (C), Magenta (M), Gelb (Y) und Schwarz (K) werden typischerweise verwendet bei Entwickeln von Vollfarben-Bildern (obwohl andere Farbtoner auch verwendet werden können). Jeder dieser Farbtoner in der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise einer, der zumindest ein Harz-Bindemittel umfasst, geeignete farbgebende Mittel und ein additives Paket, welches spezifische Additive umfasst. Geeignete und bevorzugte Materialien zur Verwendung bei der Herstellung von Tonern der Erfindung werden nun erläutert.
Das Toner-Harz der vorliegenden Erfindung umfasst propoxylierte Polyester-Harze, welche durch die Reaktion von Bisphenol-A und Propylenoxid oder Propylencarbonat erhalten werden und sie schließen insbesondere solche Polyester ein, welche erhalten werden, durch die Reaktion des resultierenden Produktes mit Fumarsäure.
Harz-Bindemittel umfassen Polyester-Harze, welche sowohl lineare Abschnitt als auch quervernetzte Abschnitte des Typs, beschrieben in US Patent Nr. 5,22,460 umfassen. Der quervernetzte Abschnitt des Bindemittels besteht essentiell aus Mikrogel-Partikeln mit einem durchschnittlichen Volumen-Partikel-Durchmesser von bis zu 0,1 μm, vorzugsweise 0,005 bis 0,1 μm, bestimmt durch Scann-Elektronen-Mikroskopie und Transmissions-Elektronen-Mikroskopie, wobei die Mikrogel-Partikel substantiell einheitlich angeordnet sind über die linearen Abschnitte hinweg. Dieses Harz kann hergestellt werden durch einen reaktiven Schmelz-Vermischungs-Prozess, wie er im Stand der Technik bekannt ist. Die stark quervernetzten dichten Mikrogel-Partikel, angeordnet über den linearen Abschnitt verleihen Elastizität für das Harz, was die Harz-Offset-Eigenschaften verbessert, wobei substantiell die minimale Harz-Fixierungs-Temperatur nicht beeinträchtigt wird.
Das Toner-Harz ist vorzugsweise ein partiell quervernetztes ungesättigtes Harz, wie z.B. ein ungesättigter Polyester, hergestellt durch Quervernetzen eines linear ungesättigten Harzes (hier als Basis-Harz bezeichnet), wie z.B. ein lineares ungesättigtes Polyester-Harz, vorzugsweise mit einem chemischen Initiator, in einer Schmelz-Misch-Vorrichtung wie z.B. einem Extruder bei hoher Temperatur (beispielsweise oberhalb der Schmelztemperatur des Harzes und vorzugsweise bis zu ungefähr 150°C oberhalb dieser Schmelztemperatur und unter hoher Scher-(Shear) Kraft.
Das Toner-Harz weist eine Gewichtsfraktion des Mikrogels (Gelanteil) in der Harz-Mischung in dem Bereich von 5 bis 18 Gew.-% und bevorzugt 10 bis 15 Gew.-% auf. Das Harz für Magenta, Schwarz und Cyan-Toner weist einen Gelanteil auf, von 5 bis 18 Gew.-% an Toner-Harz, während das Harz für gelben Toner kein Gel einschließt. Der lineare Abschnitt umfasst ein Basis-Harz, vorzugsweise ungesättigten Polyester, in einem Bereich von 50 bis 100 Gew.-% von besagtem Toner-Harz und vorzugsweise in einem Bereich von 70 bis 98 Gew.-% von besagtem Toner-Harz. Der lineare Abschnitt des Harzes umfasst vorzugsweise ein reaktives Basis-Harz von niedrigem Molekulargewicht, welches sich nicht quervernetzt, während der Quervernetzungs-Reaktion, vorzugsweise ungesättigtes Polyester-Harz.
Die Molekulargewichts-Verteilung des Harzes ist folglich bimodal mit unterschiedlichen Bereichen für die linearen und quervernetzten Abschnitte des Bindemittels. Das molargemittelte Molekulargewicht (Mn) des linearen Abschnitts, gemessen durch Gel-Permeations-Chromatographie (GPC) liegt in dem Bereich von beispielsweise 1.000 bis 20.000 und vorzugsweise von 3.000 bis 8.000. Das Gewichts-gemittelte Molekulargewicht (Mw) des linearen Abschnittes liegt in einem Bereich von beispielsweise 4.000 bis 40.000 und vorzugsweise von 5.000 bis 20.000. Das Gewichtsgemittelte Molekulargewicht der Gelabschnitte ist auf der einen Seite im allgemeinen größer als 1.000.000. Die Molekulargewichts-Verteilung (Mw/Mn) des linearen Abschnittes liegt in einem Bereich von beispielsweise 1,5 bis 6 und vorzugsweise von 1,8 bis 4. Der Beginn der Glasübergangs-Temperatur (Tg) des linearen Abschnittes, gemessen durch differenzielle Scann-Calorimetrie (DSC) liegt in einem Bereich von beispielsweise 50°C bis 70°C.
Das Binde-Harz kann einen Toner von niedrigem Schmelzpunkt aufweisen, mit einer minimalen Fixierungs-Temperatur von 100°C bis 200°C, vorzugsweise 100°C bis 160°C, mehr bevorzugt 110°C bis 140°C, den Toner, der bei niedriger Temperatur schmilzt, mit einer breiten Fussions-Amplitude ausgestattet, um Papierglanz zu erreichen und den Offset des Toners auf die Walzen in dem Glanzverstärker-Modul (GEM-Einheit) zu minimieren oder zu verhindern, und hohe Toner-Pulverisierungs-Effizienzen beibehalten. Die Toner-Harze und folglich die Toner zeigen minimierten oder substantiell kein Vinyl-Offset.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der quervernetzte Abschnitt essentiell aus sehr hochmolekular-gewichtigen Mikrogel-Partikeln mit hochdichter Quervernetzung (gemessen durch Gelanteil), welche nicht löslich sind in substantiell irgendwelchen Lösungsmitteln wie z.B. Tetrahydrofuran und Toluol. Die Mikrogel-Partikel sind stark quervernetzte Polymere mit sehr kurzer, falls überhaupt vorliegender Quervemetzungs-Distanz. Dieser Typ an quervernetzten Polymer kann ausgebildet werden durch Umsetzen eines chemischen Initiators mit linear ungesättigtem Polymer und vorzugsweise linear ungesättigtem Polyester bei hoher Temperatur und unter hoher Share-Kraft. Das Initiator-Molekül bricht in Radikale und setzt sich mit einer oder mehreren Doppelbindungen oder einer anderen reaktiven Stelle innerhalb der Polymer- Kette um, wodurch ein Polymer-Radikal ausgebildet wird. Dieses Polymer-Radikal setzt sich mit anderen Polymer-Ketten oder Polymer-Radikalen vielfach um, wodurch ein hoch- und direkt quervernetztes Mikrogel ausgebildet wird. Dies führt dazu, dass das Mikrogel sehr dicht wird und resultiert in einem Mikrogel, das nicht gut in Lösungsmitteln quillt. Das dichte Mikrogel verleiht auch Elastizität für ein Harz und erhöht dessen Offset-Temperatur, während seine minimale Fixierungstemperatur nicht beeinträchtigt wird.
In der vorliegenden Erfindung umfasst das Toner-Binde-Harz entweder (i) eine Schmelz-Extrusions-Mischung von (a) linear propoxyliertem Bisphenol-A-Fumarat-Harz und (b) dieses Harz, quervernetzt durch reaktive Extrusion dieses linearen Harzes mit einem Gelanteil von 27 bis 37 Gew.-%, um ein Harz mit einem Gelanteil zu erzeugen von 5 bis 18 Gew.-%; oder (ii) eine reaktive Extrusion an linear propoxyliertem Bisphenol-A-Fumarat-Harz, um einen Gelanteil von 5 bis 18 Gew.-% zu erzeugen. Linear propoxylierte Bisphenol-A-Fumarat-harz ist verfügbar unter dem Handelsnamen SPARII von Resana S/A Industrieas Quimicas, Sao Paulo Brazil, oder als Neoxyl P2294 oder P2297 von DSM Polymer, Geleen, The Netherlands, um einige Beispiele zu nennen. Zur geeigneten Toner-Lagerung und zur Vermeidung von Vinyl-Offset weist die Polyester-harz-Mischung vorzugsweise eine Glasübergangs-Temperatur (Tg) von beispielsweise 50 bis 65°C auf.
Chemische Starter wie z.B. organische Peroxide oder Azo-Verbindungen sind bevorzugt zum Erzeugen von quervernetzten Toner-Harzen der Erfindung. Geeignete organische Peroxide schließen Diacylperoxide ein, wie z.B. Decanoylperoxid, Lauroylperoxid, Benzoylperoxid, ketonperoxide wie z.B. Cyclohexanonperoxid und Methylethylketon, Alkylperoxidester wie z.B. t-Butylperoxiyneodecanoat, 2,5-Dimethyl 2,5-di(2-ethylhexanoylperoxy)hexan, t-Amylperoxy 2-ethylhexanoat, t-Butylperoxy 2-ethylhexanoat, t-Butylperoxyacetat, t-Amylperoxyacetat, t-Butylperoxybenzoat, t-Amylperoxybenzoat, oo-t-Butyl o-isopropylmonoperoxycarbonat, 2,5-Dimethyl 2,5-di(benzoylperoxy)hexan, oo-t-butyl o-(2-ethylhexyl)monoperoxycarbonat und oo-t-Amyl o-(2-ethylhexyl)monoperoxycarbonat, Alkylperoxide wie z.B. Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl 2,5-di(t-butylperoxy)hexan, t-Butylcumylperoxid, bist-Butylperoxy), Diisopropylbenzen, di-t-Butylperoxid und 2,5-Dimehtyl 2,5-di(t-Butylperoxy) Hexin-3, Alkylhydroperoxide wie z.B. 2,5-Dihydroperoxy 2,5-dimethylhexan, Cumenhydroperoxid, t-Butylhydroperoxid und t-Amylhydroperoxid und Alkylperoxyketale wie z.B. n-Butyl 4,4-di(t-butylperoxy) valerat, 1,1-Di(t-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,1-di(t-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-di(t-amylperoxy)cyclohexan, 2,2-di(t-butylperoxy)butan, Ethyl 3,3-di(t-butylperoxy)butyrat und Ethyl 3,3-di(t-Amylperoxy)butyrat. Geeignete Azo-Verbindungen schließen ein Azobis-isobutylronitril, 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), 2,2'-Azobis(methylbutyronitril), 1,1'-Azobis(cyanocyclohexan) sowie andere ähnliche bekannte Verbindungen.
Dadurch dass die Verwendung von geringeren Konzentrationen an chemischen Startern ermöglicht wird, und seine gesamte Menge in der Quervernetzungsreaktion eingesetzt wird, üblicherweise in einem Bereich von 0,01 bis 10 Gew.-% und vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 4 Gew.-% kann das verbleibende kontaminierende Material, erzeugt bei der Quervernetzungsreaktion in den bevorzugten Ausführungsformen minimiert werden. Da die Quervernetzung bei hoher Temperatur durchgeführt werden kann, ist die Reaktion sehr schnell (beispielsweise weniger als 10 Minuten, vorzugsweise 2 Sekunden bis 5 Minuten Ablaufzeit) und folglich verbleibt kein oder wenig unreagierter Starter in dem Produkt.
Die Toner, die bei geringer Temperatur schmelzen, und Toner-Harze können erzeugt werden, durch reaktives Schmelz-Vermischungs-Verfahren, wobei die reaktiven Harze partiell quer vernetzt sind. Beispielsweise kann ein bei geringer Temperatur schmelzendes Toner-Harz erzeugt werden, durch ein reaktives Schmelz-Vermischungs-Verfahren, welches die folgenden Schritte umfasst: (1) Schmelzen von reaktivem Basis-Harz, wodurch eine Polymer-Schmelze erzeugt wird, in einer Schmelz-Vermischungs-Einheit; (2) Starten des Quervernetzens der Polymer-Schmelze, vorzugsweise mit einem chemischen Quervernetzungsstarter und erhöhter Reaktionstemperatur; (3) Halten der Polymer-Schmelze in der Schmelz-Misch-Vorrichtung über einen hinreichenden Ablauf-Zeitraum, welcher partiell das Quervernetzen des Basis-Harzes realisieren lässt; (4) Bereitstellen von hinreichend hoher Scher-Kraft während der Quervemetzungsreaktion, um die Gel-Partikel während des Quervernetzens klein an Größe und gut verteilt in der Polymer-Schmelze geformt zu erhalten; (5) Eindämmung der Verdunstungs der Polymer-Schmelze, um abfließende flüchtige Anteile zu entfernen; und (6) optional Hinzufügen von weiterem linearen Basis-Harz nach Quernetzung, um den gewünschten Grad an Gelanteil in dem letztendlichen Harz zu erzielen. Der reaktive Schmelz-Misch-Prozess von hoher Temperatur ermöglicht ein sehr schnelles Quervemetzen, was die Erzeugung von substantiell nur Mikrogel-Partikel ermöglicht und die hohe Scher-Kraft des Prozesses verhindert das unerwünschte Wachstum der Mikrogele und ermöglicht, dass die Mikrogel-Partikel einheitlich in dem Harz ausgebildet werden.
Ein reaktiver Schmelz-Misch-Prozess ist ein Prozess, in welchem chemische Reaktionen ausgeführt werden können, mit einem Polymer in der Schmelz-Phase in einer Schmelz-Misch-Vorrichtung, beispielsweise einem Extruder. Beim Herstellen der Toner-Harze werden diese Reaktionen verwendet, um die chemische Struktur und das Molekulargewicht zu modifizieren und folglich die Schmelz-Rheologie und Fusionseigenschaften des Polymers zu modifizieren. Reaktives Schmelz-Mischen ist besonders effizient für hochviskose Materialien und von Vorteil, da es keine Lösungsmittel benötigt und folglich leicht unter Umweltgesichtspunkten steuerbar ist. Sobald die Menge an Quervernetzen, die benötigt wird, erreicht worden ist, können die Reaktionsprodukte schnell aus der Reaktionskammer entfernt werden.
Die Harze liegen im allgemeinen in dem Toner der Erfindung in einer Menge von 40 bis 90 Gew.-% vor und mehr bevorzugt von 70 bis 98 Gew.-%, obwohl sie in größeren oder geringeren Mengen vorliegen können, vorausgesetzt, dass die Aufgaben der Erfindung erfüllt werden. Die Toner-Harze können nachfolgend Schmelz-vermischt werden oder anderweitig vermischt werden, mit einem oder mehreren farbgebenden Mitteln, einem externen Additiv-Paket oder optional Ladungsträger-Additiven, Tensiden, Emulgatoren, Pigment-Dispergierungsmitteln und Fließ-Additiven. Das resultierende Produkt kann pulverisiert werden mit Hilfe von bekannten Verfahren, wie z.B. Mahlen, um Toner-Partikel auszubilden. Falls gewünscht, können Wachse mit einem Molekulargewicht von 1.000 bis 7.000 wie z.B. Polyethylen, Propylen- und Paraffin- in und auf den Toner-Zusammensetzungen als Fusions-Freisetzungs-Agentien Wachse eingeschlossen werden.
Verschiedene geeignete farbgebende Mittel von irgend einer Farbe ohne Einschränkung können eingesetzt werden in den Toner der Erfindung, einschließend geeignete farbige Pigmente, Farbstoffe und Mischungen davon einschließend Carbon Black, wie z.B. Regal 330 Carbon Black (Cabot), Acetylen Black, Lamp Black, Anilin Black, Diarylid Yellow, Sunfast Yellow, Polytone Yellow, Arylid Yellow, Chrome Yellow, Zink Yellow, Sunbrite Yellow, Luna Yellow, Novaperm Yellow, Chrome Orange, Bayplast Orange, Cadmium Red, Lithol Scarlet, Rubines, Quanacridones, Rhodamin Lake C, Suntone Magenta, Polytone Magenta, Hostaperm Red, Fanal Pink, Hostaperm Pink, Lithol Red, Rhodamine Lake B, Brilliant Carmin, Suntone Cyan, Polytone Cyan, Heliogen Blue, Hostaperm Blue, Neopan Blue, PV Fast Blue, Phthalocyanine Blue, Cinquassi Green, Hostaperm Green, Titandioxid, Kobalt, Nickel, Eisenpuder, Sicopur 4068 FF, und Eisenoxide wie z.B. Mapico Black (Laporte Pigments, Inc), NP608 und NP604 (Northern Pigment), Bayferrox 8610 (Bayer), MO8699 (Mobay), TMB-100 (Magnox) und Mischungen davon.
Das farbgebende Agens, vorzugsweise Schwarz, ein Cyan-, Magenta- und/oder Gelb-farbiges Mittel wird in einer Menge eingebracht, welche ausreichend ist, um dem Toner die gewünschte Farbe zu verleihen. Im allgemeinen wird Pigment oder Farbstoff eingesetzt in einer Menge, die von 2 bis 60 Gew.-% und vorzugsweise von 2 bis 10 Gew.-% reicht. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform werden die Gelb-, Cyan- und Magenta-farbigen farbgebenden Mittel als Pigmente eingebracht, vorher dispergiert in einer zusätzlichen Menge an linearem Polyester-Harz. Dies ermöglicht das Vermischen der Pigmente in den Toner-Binder.
Die Toner der vorliegenden Erfindung schließen ein spezielles externes Additiv-Paket ein. Die Erfinder dieser Anmeldung haben herausgefunden, dass die Zusammensetzung des externen Additiv-Pakets einen signifikanten Effekt auf das Auftreten von Bild-Verarmungs-Defekten in einem reproduziertem Bild aufweist. Insbesondere haben die vorliegenden Erfinder herausgefunden, dass das Vermeiden der Bild-Verarmungs-Defekten stark korreliert mit dem Entwickler-Fließ-Wert des Entwicklers, wobei dieser Wert wiederum hoch korreliert ist mit einer Menge an Zink-Stearat in dem externen Additiv-Pakets des Toners.
Externe Additive sind Additive, welche mit der Oberfläche der Toner-Partikel assoziieren. In der vorliegenden Erfindung schließen die externen Additive zumindest Siliciumdioxid oder Silica (SiO₂), oder Titania oder Titandioxid (TiO₂) ein. Im allgemeinen wird Silica eingesetzt auf der Toner-Oberfläche für den Toner-Fluss, für die triboelektrische Verstärkung, die Vermischungs-Steuerung, die verbesserte Entwicklung und die Transfer-Stabilität sowie die höhere Toner-Block-Temperatur. TiO₂ wird eingesetzt für die verbesserte relative Feuchtigkeit (RH) Stabilität, die triboelektrische Steuerung und die verbesserte Entwicklung und Transfer-Stabilität. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform schließt das externe Additiv-Paket sowohl Silicia als auch Titania ein.
Das SiO₂ und TiO₂ sollten vorzugsweise eine primäre Partikelgröße von weniger als 20 nm aufweisen. Das Silica weist vorzugsweise eine primäre Partikelgröße im Bereich von 5 bis 10 nm auf. Das Titania weist vorzugsweise eine primäre Partikelgröße in der Größenordnung von 10 bis 20 nm auf. Selbstverständlich können größere Größen von Partikel auch verwendet werden, falls dies gewünscht wird, beispielsweise bis hin zu 50 nm. TiO₂ findet sich als speziell hilfreich beim Aufrechterhalten der Entwicklung und dem Transfer über einen breiten Bereich einer Flächen-Bedeckung und einer Arbeitsauftrags-Lauflänge. Die SiO₂ und TiO₂ sind vorzugsweise anwendbar auf die Toner-Oberfläche, wobei die totale Bedeckung des Toners von beispielsweise 130 bis 200% Oberflächen-Flächen-Bedeckung (SAC) (surface area coverage) reicht. Ein weiteres Maß, welches sich auf die Menge und Größe der Additive bezieht, ist "SAC × Größe" ((Oberflächen-Flächen-Bedeckung) mal (die primäre Partikelgröße des Additivs in Nanometern)), wofür die Additive vorzugsweise einen Größenordnungsbereich von insgesamt SAC × Größe von zwischen beispielsweise 1.300 und 2.300 aufweisen sollten.
Mehr bevorzugt wird das hinzugefügte SiO₂ Oberflächen-behandelt mit HMDS (Hexamethyldisilazan). Das behandelte rauchende Silica ist kommerziell verfügbar als TS530 von Cabot Corporation, Cab-O-Sil Division. NA50HS, verfügbar von Nippon Aerosil Co., Ltd., kann auch als Silica verwendet werden. Das Titania kann entweder behandelt oder unbehandelt sein. Beahndeltes Titanidioxid, beispielsweise Oberflächenbehandelt mit Decyltrimethoxysilan ist kommerziell verfügbar als MT3103, verfügbar von Taya Corporation.
Zink-Stearat (ZnSt) ist auch notwendigerweise als ein Additiv in dem externen Additiv-Paket vorhanden für die Toner der Erfindung, wobei das Zink-Stearat Weichmacher-Eigenschaften verleiht. Zink-Stearat stellt eine Verbesserung der Triboelektrischen Eigenschaften zur Verfügung, aufgrund seiner Schmiermittel-Eigenschaft. Darüber hinaus ermöglicht Zink-Stearat eine höhere Toner-Ladung und ladungs-Stabilität durch verbessern der Anzahl von Kontakten zwischen Toner- und Ladungsträger-Partikeln. Kalcium-Stearat und magnesium-Stearat können auch vorliegen und verleihen ähnliche Funktionen. Ein bevorzugt, zellverfügbares Zink-Stearat mit einer Partikelgröße wie z.B. 100% des Material gelangt durch einen 325 mesh Schirm, ist als Zinc Stearat L, hergestellt von Ferro Corporation, Polymer Additives Division, bekannt. Andere zellverfügbare Zink-Stearate, wie z.B. diejenigen verfügbar von Synthetic Products Company (Synpro), Fisher Scientific Chemical Division, können auch verwendet werden.
Zink-Stearat ist folglich eine notwendige Komponente des externen Additiv-Pakets, um eine hohe und stabile triboelektrische Leistungsfähigkeit des Entwicklers beizubehalten. Der Entwickler der Erfindung besitzt vorzugsweise einen triboelektrischen Wert (wie z.B. gemessen durch einen Faradayschen Käfig-Prozess) von beispielsweise 15 bis 40 μC/g. Ohne Zink-Stearat als ein externes Schmiermittel-Additiv bleibt der triboelektrische Wert nicht stabil über die Lebenszeit des Entwicklers, was unakzeptablerweise zum Zerffall über die Lebenszeit des Entwicklers führt. Beispielsweise zeigt ein Vergleichs-Toner, welcher 1,1 Gew.-% NA50HS Silica und 0,4% P-25 Titania enthält, ohne Zink-Stearat, einen Zerfall des triboelektrischen Wertes auf 10,0 μC/g oder weniger nach bereits 6.000 Kopie-Zyklen.
Zink-Stearat wird normalerweise verwendet als externes Additiv für Toner-Partikel, jedoch wird es typischerweise verwendet in einer relativ hohen Menge, beispielsweise in der Größenordnung von 0,3 Gew.-% bezogen auf den Toner oder mehr. Es wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass solche höheren Mengen an Zink-Stearat im Auftreten von Bild-Verarmungs-Defekten resultieren, welche in festen Flächen-Bildern erscheinen, insbesondere während dem Ablauf langer Ausdrucke. Insbesondere glauben die vorliegenden Erfinder, dass Zink-Stearat sich auf den Ladungsträger-Partikeln über die Lebenszeit des Entwicklers hinweg abscheidet und dazu führen kann, dass die Partikel in nachteilhafter Art und Weise zusammenklumpen (aufgrund der seifenartigen Natur von Zink-Stearat), was in signifikanter Art und Weise die Fähigkeit der Toner-Partikel behindert, sich aufzuladen und frei durch das Gehäuse-Behältnis einer bildgebenden Vorrichtung zu fließen. Dies wiederum resultiert in der Verarmung der Bereitstellung an Toner für die Entwicklungs-Einheit, beispielsweise die magnetische Bürste, was ultimativ das Erscheinen von Bild-Verarmungs-Defekten in Bereichen von festen Bildern aufgrund der unzureichenden Tonerversorgung erzeugt.
Die Erfinder haben durch extensive Forschung herausgefunden, dass (1) die Eliminierung von Zink-Stearat mit oder ohne Ersetzen von anderen Schmiermittel-Additiven in der triboelektrischen Leistungsfähigkeit des Entwickler-Zerfalls in unzureichender Weise über die Lebenszeit des Entwicklers führt, (2) es zur substantiellen Eliminierung/Vermeidung des Auftretens von Bild-Verarmungs-Defekten für den Entwickler notwendig ist, einen Entwickler-Fliess-Wert vvon zumindest 2,00 cm³/min aufrecht zu erhalten und (3) durch Beibehalten der Menge an Zink-Stearat auf nicht mehr als 0,10% bezogen auf das Gewicht des Toners, wobei 0,1 Gew.-% bezogen auf den Toner ausgeschlossen sind, überraschenderweise eine hohe triboelektrische Leistungs-fähigkeit stabil beibehalten werden kann, die auch den Entwickler-Fliess-Wert von zumindest 2,00 cm³/min über die Lebenszeit des Entwicklers hinweg realisiert und beibehalten werden kann.
Der Entwickler-Fluss wird gemessen mit einem Pulver-Testgerät, welches kommerziell verfügbar ist von Hosokawa Powder Micron Systems, unter Verwendung des Hersteller definierten Aerated Density-Programms des Pulver-Testgeräts, voreingestellt auf einen Vibrations-Modus von 0,5 mm und die folgende Prozedur. Ein 25 cm³ kalibriertes Gefäß wird auf der Plattform im Inneren des Pulver-Testgeräts platziert und ein Trichter mit einer Einlass-Öffnung von 10 cm und einer Auslass-Öffnung von 4mm und einem Messingring wird auf der vibrierenden Schale platziert. Eine Entwicklerprobe von bekanntem Gewicht, äquivalent zu dem ungefähr 1,2-fachen des Volumens des 25 cm³ kalibrierten Gefäßes wird in dem Trichter platziert, wobei die Trichteröffnung blockiert wird. Die Vibration wird in Gang gesetzt und die Öffnung wird geöffnet und eine Zeitmess-Vorrichtung wird zugleich gestartet. Die Zeit, benötigt, damit die gesamte Probe durch die Öffnung fließt, wird gespeichert und von der bekannten Proben-Masse und der Fliess-Zeit wird die Massen-Fliess-Rate in Einheiten an Gramm pro Minute bestimmt. Die Bulk-Dichte der Probe wird bestimmt durch Absondern des oberen Teils des kalibrierten Behälters, um überschüssiges Material zu entfernen und ein Volumen von 25 cm³ zu erreichen. Die Masse der Probe in dem Behälter wird bestimmt (in Gramm) und die Mengendichte wird bestimmt durch Dividieren der Masse durch 25 cm³. Letztendlich wird der volumetrische Massen-Fluss bestimmt durch Dividieren des Massen-Flusses (in Gramm pro Minute) durch die Bulk-Dichte (in Gramm pro cm³), um einen Wert in Einheiten an cm³ pro Minute zu erzielen.
Folglich wird in der vorliegenden Erfindung Zink-Stearat als ein externes Additiv verwendet in einer Menge von mehr als 0 bis nicht mehr als 0,10 Gew.-% an Toner, wobei 0,1 Gew.-% an Toner ausgeschlossen sind, vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 0,10 Gew.-% an Toner, wobei 0,1 Gew.-% an Toner ausgeschlossen sind.
Mehr bevorzugt umfasst das externe Additiv-Paket Titandioxid in einer Menge von 0,3 bis 5,9 Gew.-% an gesamtem Gewicht des Toners, Siliciumdioxid in einer Menge von 0,1 bis 3,0 Gew.-% an gesamtem Gewicht des Toners sowie Zink-Stearat in einer Menge von 0,01 bis nicht mehr als 0,10% bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, wobei 0,1 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Toners ausgeschlossen sind.
Dadurch dass der Entwickler einen Fliess-Wert von zumindest 2,00 cm³/min beibehält, fließt der Entwickler adäquat durch den Gehäuse-Behälter, um hinreichend die Entwickler-Einheit (magnetische Bürste) mit Toner zu versorgen, und dadurch das Auftreten von Bild-Verarmungs-Defekten über die Lebenszeit des Entwicklers zu vermeiden. Mit anderen Worten ermöglicht ein Fliess-Wert von zumindest 2,00 cm³/min, dass die Toner-Konzentration auf der magnetischen Bürste auf einem Niveau bleibt, das in der Nähe oder gleich dem Toner-Konzentrations-Niveau an dem Punkt in dem Xerograph-Entwickler-Gehäuse ist, wo der Toner in den Entwickler verteilt wird. Beispielsweise ist, falls die Toner-Konzentration in dem Entwickler-Gehäuse an dem Punkt der Toner-Verteilung ungefähr 6% ist, ein Entwickler-Fliess-Wert von mehr als 2,00 cm³/min in der Lage, den freien Austausch des Entwicklers zwischen der magnetischen Walze und anderen Gebieten des Entwickler-Gehäuses zu ermöglichen, um eine Toner-Konzentration von oberhalb 5,5% über die Länge der magnetischen Walze beizubehalten. Falls der Entwickler-Fliess-Wert unterhalb von 2,00 cm³/min liegt, ist der Entwickler nicht frei, so dass er nicht mit dem Entwickler in anderen Bereichen des Gehäuses austauschbar ist und der Toner wird rasch aus dem Entwickler auf der magnetischen Walze verarmt, was eine geringe Toner-Konzentration erzeugt, welche nicht einheitlich über die Länge der magnetischen Walze sein kann. Genauer gesagt, kann die Toner-Konzentration in der Nähe von 6% an dem Punkt der magnetischen Walze sein, der am nächsten zum Punkt gelegen ist, an welchem der Toner in dem Gehäuse verteilt wird und kann 3% sein an dem Punkt an dem die magnetische Walze, der am weitesten von dem Punkt entfernt ist, an welchem der Toner in dem Gehäuse verteilt wird. Dieses Gebiet der magnetischen Walze, verarmt an Toner-Konzentration, wird das Bild nicht adäquat auf dem Fotorezeptor entwickeln, was einen Verarmungs-Defekt manifestiert werden lässt.
Zur weiteren Verbesserung der negativen Ladungs-Charakteristik der Entwickler-Zusammensetzungen, die hier beschrieben werden, und als optionale Komponenten können in den Toner oder seiner Oberfläche Ladungs-Verstärker-Additive eingebracht werden, welche Aluminium-Komplexe einschließen, wie z.B. BONTRON E-88 oder dergleichen bzw. andere ähnliche bekannte Ladungs-verstärkende Additive. Des weiteren können positive Ladungs-verstärkende Additive auch ausgewählt werden wie z.B. Alkylpyridin-Halide, wobei verwiesen wird auf US Patent Nr. 4,298,672; organisches Sulfat oder Sulfonat-Verbindungen, wobei verwiesen sei auf US Patent Nr. 4,338,390; Distearyldimethylammoniumsulfat; Bisulfate und dergleichen. Diese Additive können eingebracht werden in den Toner in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% und vorzugsweise von 1 bis 3 Gew.-%.
Die Toner-Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, mit einer Vielzahl von bekannten Verfahren einschließend Schmelz-Mischen der Toner-Harz-Partikel und Pigment-Partikel oder farbgebenden Partikel, gefolgt von mechanischer Bearbeitung. Andere Verfahren schließen diejenigen ein, die im Stand der Technik wohl bekannt sind, wie z.B. Sprühtrocknen, Schmelz-Dispersion, Dispersions-Polymerisierung, Suspensions-Polymerisierung und Extrusion.
Der Toner wird vorzugsweise erzeugt durch zuerst Vermischen des Bindemittels, vorzugsweise umfassend sowohl lineares Harz, als auch quervernetztes Harz, wie oben erläutert und farbgebenden Agentien zusammen in einem Mischungs-Gerät, vorzugsweise einem Extruder und anschließen Extrudieren der Mischung. Die extrudierte Mischung wird dann bevorzugt mikronisiert in einem Mahlwerk zusammen mit 0,3 bis 0,5 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Silica, welches als externes Additiv verwendet werden soll. Der Toner wird dann klassifiziert, um einen Toner auszubilden, mit einer gewünschten volumengemittelten Partikelgröße und Prozentgrad an Feinheit wie oben erläutert. Vorsicht ist geboten in dem Verfahren, um die rauhen, gesplitterten und Riesen-Partikel in ihrer Zahl zu begrenzen. Nachfolgendes Toner-Vermischen der verbleibenden externen Additive wird vorzugsweise realisiert unter Verwendung eines Mixers oder eines Mischgerätes, beispielsweise eines Henschel-Mixers, gefolgt vom Screenen, um das letztendliche Tonerprodukt zu erhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die endgültigen Toner-Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße (Durchmesser) von 7,8 bis 8,3 μm, am meisten bevorzugt von 7,9 bis 8,2 μm, wie gemessen wird durch die wohlbekannte Coulter-Zähltechnik, auf. Am meisten bevorzugt weisen nicht mehr als 8% eine Größe auf von weniger als 5 μm, gemessen bezogen auf die Anzahl und nicht mehr als 1% weisen eine Größe auf von mehr als 16 μm, gemessen bezogen auf das Volumen.
Um Toner bereit zu stellen, welche die Glanz-Erfordernisse des fusionierten Bildes zu erfüllen und nicht ein heißes Offset auf die Walzen des Glanz-Verstärker-Moduls (GEM-Einheit) in dem Gerät erzeugen, weisen die Toner vorzugsweise eine Schmelz-Viskosität bei 100°C auf von beispielsweise 35.000 bis 70.000 Poise; bei 125°C von beispielsweise 2.300 bis 7.000 Poise und bei 150°C von beispielsweise von 800 bis 2.000 Poise. Die Schmelz-Viskositäten wurden gemessen mit einem Rheometer (Modell RMS-800), hergestellt von Rheometrics, Inc., bei 40 radians pro Sekunde. Dieser enge Bereich des Schmelz-Viskositäts-Profils wird die benötigte minimale fixierte, geeignete Glanzeigenschaft bereitstellen und die gewünschte heiße Offset-Verhaltensweise, was eine lange Lebensdauer der Walze in den magnetischen Bürsten-Entwickler-System gewährleistet.
Die Ladung eines Toners wird beschrieben hinsichtlich des Ladungs-/Partikeldurchmessers, Q/D, in fC/μm folgend auf triboelektrischen Kontakt des Toners mit Ladungsträger-Partikeln. Die Ladung pro Partikeldurchmesser (Q/D) der Tonerpartikel weist einen durchschnittlichen Wert auf von beispielsweise 0,3 bis 1,1, vorzugsweise von 0,6 bis 0,9 fC/μm. Diese Ladung sollte vorzugsweise stabil bleiben über den Entwickler-Prozess, um die Konsistenz in der Reichhaltigkeit des Bildes, erhalten durch den Toner zu gewährleisten.
Die Messung des durchschnittlichen Q/D-Wert der Toner-Partikel kann ausgeführt werden mit Hilfe eines Ladungs-Spektographen-Apparates, der im Stand der Technik gut bekannt ist. Siehe beispielsweise US Patent Nr. 4,375,673. Der Spektograph wird verwendet, um die Verteilung der Toner-Partikel-Ladung (Q in fC) zu messen mit Blick auf einen gemessenen Toner-Durchmesser (D in μm). Das Messergebnis wird ausgedrückt als Prozentzahl der Partikelhäufigkeit (auf der Ordinate) der gleichen Q/D-Verhältniswerte auf Q/D-Verhältnisse, ausgedrückt als fC/μm (der Abszisse).
Jede der resultierenden Farben der Toner-Partikel kann dann formuliert werden in Entwickler-Zusammensetzungen. Vorzugsweise werden die Toner-Partikel vermischt mit Ladungsträger-Partikel, um eine Zweikomponenten-Entwickler-Zusammensetzung zu realisieren.
Geeignete und bevorzugte Materialien zur Verwendung als Ladungsträger, verwendet beim Herstellen von Entwicklern, welche die oben erwähnten Toner der Erfindung aufweisen, welche die Eigenschaften wie oben besitzen, werden nun diskuitert werden. Die Toner-Partikel haften triboelektrisch an die Oberfläche der Ladungsträger-Partikel.
Illustrative Beispiele von Ladungsträger-Partikel, welche ausgewählt werden können zum Vermischen mit der Toner-Zusammensetzung, hergestellt in Übereinstimmung mt der vorliegenden Erfindung schließen diejenigen Partikel ein, welche in der Lage sind, triboelektrisch eine Ladung von entgegengesetzter Polarität zu derjenigen der Toner-Partikel zu erhalten. Illustrative Beispiele geeigneter Ladungsträger-Partikel schließen granulares Zirkon, granulares Silicium, Glas, Stahl, Nickel, Gerrite, Eisenferrite und Siliciumdioxid ein. Ander Ladungsträger werden offenbart in US Patent Nr. 4,937,166 und 4,935,326.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Träger-Kern Ferrit-Partikel. Die Ferrit-Partikel können substantiell frei sein sowohl von Zink als auch Kupfer. Solche Ferrit-partikel werden beschrieben in US Patentanmeldung Nr. 09/444,701, eingereicht am 24.11.1999. Wie in der Anmeldung erläutert, soll "substantiell frei von" bedeuten, dass die Ferrit-Partikel weniger als 2.000 ppm Kupfer und weniger als 4.000 ppm Zink auf einer Gewichtsbasis der Ferrit-Partikel enthalten, wobei dieser Wert in etwa mit weniger als 0,25 Gew-% Kupferoxid und weniger als 0,50 Gew.-% Zinkoxid auf der Basis des gesamten Ferrit-Partikel-Gewichts korreliert.
Die Ferrit-Partikel können Mn-Mg-Sr-Ferrit-Partikel sein. Solche Ferrit-Partikel können kommerziell erhalten werden, beispielsweise von Powdertech und sind bekannt als EF-A60, EF-B75, EF-B65, EF-B55 und EF-C30 oder als ein zellverfügbares Material, bekannt als PXC-150.
Die Ladungsträger-Partikel, welche als Kern in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, weisen vorzugsweise eine durchschnittliche Partikelgröße (Durchmesser) auf, von beispielsweise 10 bis 100 μm, vorzugsweise 30 bis 80 μm, mehr bevorzugt 30 bis 60 μm, am meisten bevorzugt 45 bis 55 μm, wie bestimmt wird mit Standard-Laser-Diffraktions-Techniken. Darüber hinaus weisen die Kern-Partikel eine magnetische Sättigung auf von beispielsweise 30 bis 110 emu/g, vorzugsweise 40 bis 100 emu/g, mehr bevorzugt 50 bis 75 emu/g, am meisten bevorzugt 60 bis 65 emu/g, eine Pulverdichte, wie z.B. bestimmt durch ASTM Test B-212-89 von 2,0 bis 3,0 g/cm³, vorzugsweise 2,2 bis 2,5 g/cm³, am meisten bevorzugt ungefähr 2,40 g/cm³, eine Leitfähigkeit von 2 bis 10 × 10^–10 (ohm-cm)^–1, am meisten bevorzugt von ungefähr 6 × 10^–10 (ohm-cm)^–1, und eine Durchschlags-Spannung von 700 bis 1.000 V, mehr bevorzugt von ungefähr 850 V. Die Leitfähigkeit des Kerns wird gemessen, durch Anlegen einer fixierten 200 Volt-Spannung über eine 0,1 Inch lange Magnet-Bürste in einem statischen (nicht-rotierenden) Modus. Der resultierende Stromfluss durch das material wird verwendet, um die Leitfähigkeit des Kerns zu berechnen. Der Spannungs-Zusammenbruch des Kerns wird gemessen, durch Anlegen einer fixierten Rate von zunehmender Spannung über die 0,1 inch lange Magnetbürste, während Rotationsbedingungen. Die angelegte Spannung, bei welcher 100 μA an Strom durch die Probe fließen, wird definiert als Durchschlags-Spannung. Siehe beispielsweise US Patent Nr. 5,196,803.
Die ausgewählte Ladungsträger-Partikel können verwendet werden mit oder ohne einem Überzug, wobei der Überzug im allgemeinen als aus Fluoropolymeren besteht, wie z.B. Polyvinylidenfluorid-Harzen, Terpolymeren aus Styrol, Methyl, Methacrylat, einem Silan, wie z.B. Triethoxysilan, Tetrafluorethylenen, Mischungen davon und anderen bekannten Überzügen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Ferrit-Partikel überzogen mit einer Mischung von zumindest zwei trockenen Polymer-Komponenten, wobei die trockenen Polymer-Komponenten vorzugsweise nicht in unmittelbarer Nähe dazu in der triboelektrischen Serie sind und am meisten bevorzugt von entgegengesetzten Ladungspolaritäten in Bezug auf den ausgewählten Toner sind.
Das elektronegative Polymer, d.h. das Polymer, welches im allgemeinen eine positive Ladung auf den Toner übertragen wird, mit welchem es in Kontakt gebracht wird, umfasst vorzugsweise ein Polyvinylidenfluorid-Polymer oder Copolymer. Solche Polyvinylidenfluorid-Polymere sind kommerziell verfügbar, beispielsweise unter dem Handelsnamen Kynar von Elf Atochem. Kynar 301 F, eine Vorläuferversion von Kynar 500 ist Polyvinylidenfluorid und Kyna 201, eine Vorläuferversion von Kynar 460 ist Copolyvinylidenfluoridtetrafluoroethylen.
Das elektropositive Polymer, d.h. das Polymer, was im allgemeinen eine negative Ladung dem Toner verleihen wird, mit welchem er in Kontakt gebracht wird, umfasst vorzugsweise ein Polymer oder Copolymer aus Polymethylmethacrylat (PMMA), optional mit Carbon Black oder anderen leitfähigem Material, darin dispergiert. PMMA selbst ist ein Isolator-Polymer. Um leitfähiges PMMA zu erhalten, wird eine leitfähige Komponente, beispielsweise Carbon Black in dem Polymer dispergiert. Das PMMA kann copolymerisiert werden mit irgend einem gewünschten Comonomer, solange, als das resultierende Copolymer eine geeignete Partikelgröße beibehält. Geeignete Comonomere können Monoalkyl oder Dialkylamine, wie z.B. ein Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diisopropylaminoethylmethacrylat, oder t-Butylaminoethylmethacrylat. Falls das PMMA Polymer Carbon Black dispergiert aufweist, wird es vorzugsweise in einem Semisuspensions-Polymerisierungs-Prozess ausgebildet, beispielsweise beschrieben in US Patent Nr. 5,236,629. Das PMMA Polymer kann ein Gewichts-gemitteltes Molekulargewicht aufweisen von beispielsweise 300.000 bis 350.000, wie z.B. ein PMMA, das kommerziell verfügbar ist von Soken.
Der Prozentanteil von jedem Polymer, welches in der Ladungsträger-Überzug-Mischung vorliegt, kann variiert abhängen von den speziell ausgewählten Komponenten, den Überzugs-Gewicht und den gewünschten Eigenschaft. Insbesondere können die Verhältnisse der beiden Polymere variiert werden, um die triboelektrischen Eigenschaften des Trägers einzustellen, um die speziellen A_T Anforderungen einer gegebenen Druckvorrichtung zu erfüllen. Im allgemeinen enthalten die verwendeten gecoateten Polymer-Mischungen von 3 bis 97% an elektronegativen Polymer, und von 97 bis 3% bezogen auf das Gewicht an elektropositiven Polymeren. Vorzugsweise werden Mischungen an Polymeren ausgewählt mit von 3 bis 25 Gew.-% des elektronegativen Polymers und von 97 bis 75 Gew.-% des elektropositiven Polymers. Am meisten bevorzugt werden Mischungen an Polymeren ausgewählt mit von 5 bis 20 Gew.-% an elektronegativem Polymer und von 95 bis 80 Gew.-% an elektropositivem Polymer.
Die Ladungsträger-Partikel können hergestellt werden durch Vermischen des Ladungsträger-Kerns mit von beispielsweise zwischen 0,5 bis 10 Gew.-%, am meisten bevorzugt zwischen 0,3 bis 0,5 Gew.-% basierend auf dem Gewicht der gecoateten Ladungsträger-Partikel, der Mischung an trockenen Polymeren bis zu ihrem Anhaften an den Ladungsträger-Kern durch mechanische Adhession und/oder elektrostatische Anziehung. Die Mischung der Ladungsträger-Kern-Partikel und Polymere wird dann auf eine Temperatur erhitzt, von beispielsweise zwischen 200°F bis 650°F, vorzugsweise 320°F bis 550°F, am meisten bevorzugt 380°F bis 420°F, über einen Zeitraum von beispielsweise 10 Minuten bis 60 Minuten, was ermöglicht, dass das Polymer schmilzt und an die Ladungsträger-Kern-Partikel fusioniert. Die gecoateten Ladungsträger-Partikel werden dann abgekühlt und anschließend klassifiziert auf die gewünschte Partikel-Größe. Der Überzug weist vorzugsweise ein Überzug-Gewicht auf von beispielweise 0,1 bis 3,0 Gew.-% bezogen auf den Ladungsträger, vorzugsweise 0,1 bis 1,0 Gew.-%.
Verschiedene effektive geeignete Mittel können verwendet werden, um die Polymer-Mischungs-Überzüge auf die Oberfläche der Ladungsträger-Kern-Partikel aufzubringen. Beispiele von typischen Mitteln zu diesem Zweck schließen das Kombinieren des Ladungsträger-Kern-Materials und der Mischung an Polymeren durch Kascaden-Walz-Mischen oder Tumbling, Mahlen, Schütteln, elektrostatisches Pulver-Nebel-Sprühen, verflüssigtes Bett, elektrostatische Scheiben-Verarbeitung und elektrostatischen Curtain ein. Folgend auf die Appizierung der Polymer-Mischung wird ein Hitzevorgang ausgelöst, um das Ausbreiten des Überzug-Materials über die Oberfläche des Ladungsträger-Kerns zu ermöglichen. Die Konzentration des Überzug-Material-Pulver-Partikels wie auch die parameter des Erhitzungs-Schrittes können ausgewählt werden, so dass sie die Ausbildung eines kontinuierlichen Films des Überzug-Materials auf der Oberfläche des Ladungsträger-Kerns ermöglichen oder ermöglichen, dass nur ausgewählte Gebiete des ladungsträger-Kerns überzogen werden. Zwei-Komponenten-Entwickler-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können erzeugt werden, durch Vermischen der ladungsträger-Kern-Partikel mit einer Toner-Zusammensetzung, welche Harz-Partikel und Pigment-Partikel umfasst.
Es ist wünschenswert, ein Verhältnis an Ladungsträger-Volumen-gemitteltem Durchmesser zu Toner-Volumen-gemitteltem Durchmesser von ungefähr 5:1 oder 7:1, vorzugsweise ungefähr 6:1 beizubehalten. Die letztendlich überzogenen Ladungsträger-Partikel sollten folglich eine durchschnittliche Partikel-Größe (Durchmesser) aufweisen von beispielsweise 40 bis 55 μm, wie bestimmt werden kann durch Standard-Laser-Diffraktions-Techniken. Am meisten bevorzugt weisen weniger als 3% der Ladungsträger-Partikel eine Größe von weniger als 31 μm auf, 10% oder weniger Ladungsträger-Partikel weisen eine Größe auf von weniger als 36 μm und 10% oder weniger Ladungsträger-Partikel weisen eine Größe auf von größer als 72 μm. Vorzugsweise ist das Verhältnis von Ladungsträger-Volumen-gemitteltem Durchmesser zu Toner-Volumen-gemitteltem Durchmesser von ungefähr 5:1 bis ungefähr 7:1 und die Toner-konzentration in dem Entwickler ist von ungefähr 1 bis ungefähr 10 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht des Entwicklers.
Die Ladungsträger-Partikel können mit dem Toner-Partikel in verschiedenen geeigneten Kombinationen vermischt werden. Jedoch werden die besten Ergenisse erhalten, wenn ein Teil bis 5 Teile bezogen auf das Gewicht an Toner-Partikeln vermischt werden mit von 10 bis 300 Teilen bezogen auf das Gewicht von Ladungsträger-Partikel, vorzugsweise wenn 3 bis 5 Gewichtsteile an Toner-Partikeln vermischt werden mit 90 bis 110 Gewichtsanteilen der Ladungsträger-Partikel. Die Toner-Konzentration in dem Entwickler, ursprünglich installiert in einem xerographischen Entwickler-Gehäuse ist folglich ungefähr zwischen beispielsweise 3 und 6 Gew.-% basierend auf dem gesamten Entwickler-Gewicht. In einer am meisten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Entwickler verwendet, um latente Bilder zu entwickeln, unter Verwendung von einem magnetischen Bürsten-Entwickler-System sowie oben diskutiert. Solch ein System weist typischerweise eine Maschinenfunktions-Erfordernis von A_T von 300 bis 500 × 10^–10 μC/g auf. A_T ist ein angenehmer Weg, die Ladungsfähigkeits-Eigenschaften eines Entwicklers zu qualifizieren. Der minimale A_T-Wert einer Bildvorrichtung ist derjenige A_T eines Entwicklers, unterhalb von welchem das Bildgeben mit dem Entwickler in der Vorrichtung scheitert (beispielsweise weil die Ladung des Toners so gering ist, dass der Hintergrund des Drucks sichtbar wird oder zuviel Toner entwickelt wird in den Bildflächen, was einen Bild-Qualitäts-Abbau verursacht). A_T wird definiert als (Größenordnung von q/m an Toner in dem Entwickler) × (Toner-Konzentration an Entwickler + einem Offset-Wert). Für ein bildgebendes Gerät, welches den Toner und den Entwickler der vorliegenden Erfindung einsetzt, ist der Offset-Wert ungefähr 8 und der minimale A_T, benötigt für gute Druckqualität und eine saubere Maschine ist ungefähr 300 × 10^–2 μC/g, um ein Beispiel zu nennen. Unter Verwendung von Entwicklern in A_T von weniger als 300 × 10^–2 μC/g könnten maschinelle Verschmutzungen resultieren, hoher Hintergrund oder ausgefranzte Bilder, verursacht durch Toner der nach außen verschoben oder außerhalb das Bildes geschleppt worden ist. Diese Werte können erhalten werden durch wohlbekannte Techniken im Stand der Technik. Siehe beispielsweise R.J. Nash and J.T. Bickmore, 4th Intl. Cong. On Adv. In Non-Impact Printing Tech. r.J. Nash ed., IS&T, Springfield, VA, pp113-26 (1988); E.J. Gutman and G.C. Hartmann, J. Imaging Sci & Tech. 36, 4, 335 (1992).
Folglich weisen die Entwickler der vorliegenden Erfindung einen A_T von 300 bis 500 × 10^–2 μC/g auf. Der A_T muss stabil über die Lebenszeit des Entwicklers sein, so dass die Bilder, die mit dem Entwickler über seine Lebenszeit erhalten werden, konsistent bleiben (d.h. konsistent hohe Qualität aufweisen). Die Lebenszeit des Entwicklers ist typischerweise zumindest beispielsweise 200.000 A4 Ausdrucke lang.
Die Entwickler sind am meisten bevorzugt isoliert, um das Verkürzen zu vermeiden, falls die Fotorezeptor-Oberfläche angekratzt ist und ein niedrigeres Entwicklungs-Gamma zu erzielen. Die Entwickler sind isolierend durch die Wahl des Ladungsträger-Designs. Die Ladungsträger weisen eine Durchschlag-Spannung auf von mehr als 1.700 Volt und eine Leitfähigkeit von ungefähr 1 × 10^–11 bis ungefähr 1 × 10^–10 (ohm-cm)^–1 bei 200 Volt, wie gemessen in einer magnetischen Bürsten-Leitfähigkeits-Zelle (siehe beispielsweise US Patent Nr. 5,196,803). Insbesondere besitzt der Entwickler vorzugsweise einen triboelektrischen Wert (wie gemessen durch den bekannten Faraday-Käfig-Prozess) von beispielsweise 15 bis 40 μC/g und zeigt desweiteren eine triboelektrische Stabilität über die Lebensdauer des Entwicklers.
Die Leitfähigkeit des Entwicklers wird vorzugsweise vermittelt durch die Ladungsträger-Leitfähigkeit. Um einen Ladungsträger von geringer Leitfähigkeit zu erzielen, werden beinahe vollständig, d.h. mehr als 40% Bedeckung der Oberfläche Überzüge von Polymere verwendet, um den Ladungsträger-Kern abzudecken. Des weiteren senken späherische Ladungsträger-Kerne die Leitfähigkeit des Entwicklers.
Die Entwickler der Erfindung zeigen triboelektrische Stabilität, Festflächen-Dichten-Stabilität, hinreichenden Entwicklerfluss und exzellenten Glanz.
Beispiel 1
In diesem Beispiel werden triboelektrische Werte und Entwickler-Fluss-Werte für Toner und Entwickler der Erfindung bewertet. Die bewerteten Toner enthalten 4,1 Gew.-% NA50HS Silica als das einzige feste externe Additiv und eine bestimmte Menge an Zink-Stearat auf einem Magenta-Basis-Toner. Der Ladungsträger, welcher mit dem Toner gepaart wird, um den Entwickler zu erzeugen, besteht aus einem 50 μm Durchmesser Mn-Mg-Sr-Ferrit-Kern-Partikel, überzogen mit 0,4 Gew.-% einer Polymermischung mit einer Polymermischung, welche 80% Polymethylmethacrylat enthält und 20% Kynar 301 F bezogen auf das Gewicht. Der Entwickler umfasst 95% Ladungsträger und 5% Toner bezogen auf das Gewicht.
Die Fliess-Werte wurden bestimmt unter Verwendung des Hosokawa Powder Testers und der Prozedur wie oben beschrieben.
Für einen ersten Toner, welcher 0,05 Gew.-% Zink-Stearat aufweist, zeigt der ursprüngliche Entwickler eine Fliess-Rate von 3,23 cm³/min. Man läßt den Entwickler dann altern, dadurch, dass er in ein DocuColor 70 Entwickler-Gehäuse planiert wird und das Gehäuse in eine Fixierung außerhalb des DC70 xerographischen Motors planiert wird und das Gehäuse bei einer nominellen Rotatorgeschwindigkeit ohne die Zugabe oder Entfernung von Toner aus dem Gehäuse betrieben wird in einer Art und Weise, die im allgemeinen als ein nicht-Toner-Durchtritt-Altern bezeichnet wird. Nach 2 Stunden an Altem, was mit ungefähr 4.200 Ausdrucken unter normalen Maschinen-Betriebs-Zuständen korrespondiert, ist der Entwickler-Fliess-Wert immer noch 3,00 cm³/min, ein Wert, welcher substantiell oberhalb demjenigen liegt, der notwendig ist, den Verarmungs-Bild-Qualitäts-Defekt zu vermeiden. Wenn dieser Entwickler in deiner DC70 Maschine eingesetzt wird, zeigt sich ein A_T-Wert als stabil als eine Funktion der Zeit bis zu 10 kp, was einem Wert von zwischen 320 und 400 × 10^–2 μC/g erreicht.
Für einen zweiten Toner, der nicht zu dieser Erfindung gehört, welcher 0,10 Gew.-% Zink-Stearat aufweist, zeigt der ursprüngliche Entwickler eine Fliess-Rate von 3,23 cm³/min, ungefähr der gleiche Wert, wie derjenige des Toners, welcher 0,05% ZnSt enthält. Nach 2 Stunden an Altem, in der gleichen nicht-Toner-Durchtritt-Art und Weise wie oben beschrieben, ist der Entwickler-Fliess-Wert 2,30 cm³/min. Obwohl dieser Wert immer noch oberhalb der 2,00 cm³/min liegt, die notwendig sind, um den Verarmungs-Defekt während des normalen Betriebs-Modus der Maschine zu verhindern, liegt er substantiell unterhalb des Wertes von 3,00 cm³/min, erzielt unter den gleichen Bedingungen unter Verwendung von nur 0,05% ZnSt. Wenn dieser Entwickler in deiner DC70 Maschine eingesetzt wird, zeigt sich ein A_T-Wert, der leicht als eine Funktion der Zeit ansteigt, beginnend bei ungefähr 350 × 10^–2 μC/g und ansteigend auf einen Wert von mehr als 500 × 10² μC/g bei 9 kp.
Beide Toner zeigen folglich einen zufriedenstellenden Fliess-Wert, obwohl es offensichtlich ist, dass mit der Zunahme der Menge an Zink-Stearat der Entwickler-Fliess-Wert abnimmt.
Vergleichsbeispiel 1
In diesem Vergleichsbeispiel wird die Druckqualität sowie die Entwickler-Fliess-Werte für einen Toner und einen Entwickler bewertet. Der bewertete Toner enthält 0,6 Gew.-% TS530 behandeltes Silica, 1,5% P25 unbehandeltes Titania und 0,3% Zink-Stearat, vermischt auf einem schwarzen Basis-Toner. Der Ladungsträger, welcher mit dem Toner gepaart wird, um den Entwickler zu erzeugen, besteht aus einem 50 μm Durchmesser Mn-Mg-Sr-Ferrit-Kern-partikel, überzogen mit 0,4 Gew.-% einer Polymer-Mischung, wobei die Polymer-Mischung 95% Polymethylmethacrylat und 5 Gew.-% Kynar 301 F enthält. Der Entwickler umfasst 96 Gew.-% Ladungsträger und 4 Gew.-% Toner. Der Fliess-Wert des ursprünglichen Entwicklers, d.h. eines Entwicklers, der hier nicht irgend einem Alterungsprozess unterzogen worden ist, entweder in einer ferrographischen Maschine oder einem Gehäuse außerhalb der Maschine, wird bestimmt mit einem Hall-Fliessmeter, wie oben beschrieben. Der ursprüngliche Entwickler zeigt eine Fliess-Rate von ungefähr 3,8 cm³/min.
Der Entwickler wird dann in einer DocuColor 70-Maschine installiert und in einem normalen Maschinen-Betriebsmodus. Nachdem die Maschine ungefähr 48.000 Ausdrucke durchgeführt hat, ohne irgendeine merkliche Bild-Qualität-Minderung, wird der Dichte-Verarmungs-Defekt zunächst untersucht, welcher zunimmt, in einer Größenordnung über die nachfolgenden 1.000 Ausdrucke. Die Zunahme in der Größenordnung tritt sowohl auf hinsichtlich der räumlichen Ausdehnung des Defektes, welche zunimmt, als auch im Unterschied der entwickelten Toner-Masse innerhalb des Defekt-Bereich der Verarmung, welcher auch zunimmt. Der A_T-Wert ist stabil bei ungefähr 400 × 10^–2 μC/g über ungefähr 50 kp Entwickler-Lebenszeit. Der Entwickler wird dann entfernt aus der Maschine und der Fliess-Wert wird bestimmt in dem Hall-Fliessmeter auf ungefähr 1,1 cm³/min, wobei der Entwickler ungefähr 94 Gew.-% Ladungsträger und 6 Gew.-% Toner umfaßte.
Vergleichsbeispiel 2
In diesem Vergleichsbeispiel werden triboelektrische Werte und Entwickler-Fliess-Werte für Toner und Entwickler bewertet. Der bewertete Toner enthält 1,1 Gew.-% NA50HS behandeltes Silica, 0,4% P25 unbehandeltes Titania, vermischt auf einem schwarzen Basis-Toner. Dieser Toner weist keine ZnSt-Komponente in der externen Additiv-Verpackungs-Formulierung auf. Der Ladungsträger, welcher mit dem Toner gepaart ist, um den Entwickler zu ergeben, besteht aus 50 μm Durchmesser Mn-Mg-Sr-Ferrit-Kern-Partikel, überzogen mit 0,4 Gew.-% einer Polymer-Mischung, wobei die Polymer-Mischung 95% Polymethylmethacrylat und 5 Gew.-% Kynar 301 F enthält. Der Fliess-Wert des ursprünglichen Entwicklers, d.h. einer, der nicht irgendeinem Alterungsprozess weder in einer xerographischen Maschine noch in einem Gehäuse außerhalb der Maschine unterzogen worden ist, wird bestimmt mit einem Hall-Fliessmeter, wie oben diskutiert. Der ursprüngliche Entwickler zeigt eine Fliess-Rate von 4,2 cm³/min.
Man läßt diesen Entwickler dann altern, dadurch dass er in einer Mischungs-Vorrichtung plaziert wird, welcher das Entwickler-Mischen in einem DocuColor 70-Entwickler-Gehäuse simuliert und die Mischungs-Vorrichtung wird rotiert bei einer eingestellten Geschwindigkeit ohne Zugabe oder Entfernen von Toner aus dem Gehäuse in einer Art und Weise, welche allgemein als eine nicht-Toner-Durchtritts-Alterung bezeichnet wird. Nach 2 Stunden des Alterns, was ungefähr mit 4.200 Ausdrucken in einer normalen Maschine unter Betriebsbedingungen korrespondiert, ist der Entwickler-Fliess-Wert 5,3 cm³/min, ein Wert welcher substantiell oberhalb des Wertes liegt, der notwendig ist, um die Verarmungs-Bild-Qualitäts-Defekte zu vermeiden. Jedoch wenn dieser Entwickler in einer DC70-Maschine in einem normalen Betriebsmodus eingesetzt wird, d.h. einer, in welche xerographische Ausdrucke erzeugt werden und Toner-Durchtritt in der Vorrichtung auftritt, zeigt sich ein A_T-Wert als sehr unstabil als eine Funktion der Zeit, was bei einem Wert von ungefähr 220 × 10^–2 μC/g beginnt unmittelbar nach Entwickler- Installierung und zu einem schnellen Zerfall führt auf einen Wert von weniger als 90 × 10^–2 μC/g nach einer Druckanzahl von 7.400 Ausdrucken.
Beispiel 2
In diesem Beispiel werden die xerographische Druckqualität sowie die triboelektrischen Werte und die Entwickler-Fliess-Werte für Toner und Entwickler der vorliegenden Erfindung bewertet.
Die Toner, die bewertet werden, enthalten 0,88 Gew.-% an TS530 behandelten Silica, 0,68% MT3103 behandeltes Titania und 0,05 Gew.-% Zink-Stearat. Dieses externe additive Paket wird auf schwarze, cyan-, gelb- und magentafarbene Basis-Toner vermischt. Die Ladungsträger, welche mit jedem dieser Toner gepaart werden, um die vier korrespondierenden Entwickler zu ergeben, bestehen aus einem 50 μm Durchmesser Mn-Mg-Sr-Ferrit-Kern-Partikel, überzogen mit 0,4 Gew.-% einer Polymer-Mischung, wobei die Polymer-Mischung 80 Gew.-% Polymethylmethacrylat und 20 Gew.-% Kynar 301 F enthält. Die Fliess-Werte der ursprünglichen Entwickler werden bestimmt mit einem Hall-Fliessmeter, wie oben diskutiert. Diese ursprünglichen Entwickler zeigen Fliess-Raten von 4,53, 4,16, 4,74 bzw. 4,29 cm³/min für die cyanfarbenen, magentafarbenen, gelben und schwarzen Entwickler.
Man läßt diese Entwickler dann altern, dadurch, dass sie in einem Vermischungs-Gerät plaziert werden, welches das Entwickler-Mischen in einem DocuColor 70 Entwickler-Gehäuse simuliert und die Mischungs-Vorrichtung wird bei einer eingestellten Geschwindigkeit rotiert ohne Zugabe oder Entfernen eines Toners aus dem Gehäuse, in einer Art und Weise die im allgemeinen als nicht-Toner-Durchtritts-Alterung bezeichnet wird. Nach 2 Stunden an Alterung, was mit ungefähr 4.200 Ausdrucken in einer normalen Maschine unter Betriebsbedingungen korrespondiert, sind die Entwickler-Fliss-Werte immer noch 4,36, 2,81, 4,90 bzw. 3,44 cm³/min für die cyanfarbenen, magentafarbenen, gelben bzw. scharzen Entwickler. Diese Werte sind alle substantiell oberhalb derjenigen Werte notwendig, um die Verarmungs-Bild-Qualitäts-Defekte zu vermeiden.
Die Entwickler sind auch installiert sowohl in DocuColor 70- als auch DocuColor 100-Maschinen und laufen in einem normalen Maschinen-Betriebs-Modus. Nach ungefähr 150.000 Ausdrucken in beiden xerographischen Maschinen bleiben die Ausdrucke frei von Bild-Qualitäts-Verarmungs-Defekten und die triboelektrischen Werte sind stabil und die A_T-Werte liegen zwischen 250 und 400 × 10^–2 μC/g.

Claims

Ein Toner, welcher Tonerpartikel umfasst, die zumindest ein Bindemittel, zumindest ein farbgebendes Mittel und ein externes Additivpaket umfassen, welches Zinkstearat und zumindest eines von Siliziumdioxid oder Titandioxid umfasst, wobei das Zinkstearat vorliegt in einer Menge von von mehr als 0 bis nicht mehr als 0,1 Gew.-% des Toners, wobei 0,1 Gew.-% an Toner nicht eingeschlossen sind, wobei die Tonerpartikel zumindest ein Bindemittel-Harz umfassen, welches ein propoxyliertes Bisphenol-A-Fumerat-Harz umfasst, zumindest ein farbgebendes Mittel, umfassend ein Pigment ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cyan, Gelb, Magenta und Schwarz, wobei, wenn das Pigment Cyan ist, Magenta oder Schwarz, das Bindemittel-Harz einen Gelanteil von 5 bis 8 Gew.-% des Bindemittel-Harzes aufweist und, falls das Pigment Gelb ist, das Bindemittel-Harz kein Gel enthält.
Der Toner gemäß Anspruch 1, wobei das externe Additivpaket Titandioxid umfasst in einer Menge von 0,3 bis 5,0 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners, Siliziumdioxid in einer Menge von 0,1 bis 3,0 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners sowie Zinkstearat in einer Menge von 0,01 bis 0,05 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners.
Ein Entwickler, welcher Tonerpartikel umfasst, wie in Anspruch 1 oder 2 definiert, sowie Ladungsträgerpartikel, wobei der Entwickler einen Entwicklerfließwert von zumindest 2 cm³/Min. umfasst, welche gemessen wird mit einer Pulver-Test-Vorrichtung, der kommerziell verfügbar ist von Hosokawa Powder Micron Systems unter Verwendung des vom Hersteller definierten Aerated Density-Programms auf der Pulver-Test-Vorrichtung, vorab eingestellt auf ein Vibrationsniveau von 0,5 mm, und der folgenden Prozedur. ein 25 cm³ kalibriertes Gefäß wird auf die Plattform im Inneren der Pulver-Test-Vorrichtung platziert und ein Trichter, mit einer Einlassöffnung von 10 cm und einer Auslass-(oder Mündungs)-Öffnung von 4 mm, und ein Messing-Ring werden auf der Virbrationsschale plat ziert; eine Entwicklerprobe von bekanntem Gewicht, äquivalent mit dem ungefähr 1,2fachen des Volumens des 25 cm³ kalibrierten Gefäßes wird in dem Trichter platziert, wobei die Trichteröffnung blockiert ist, die Vibration wird in Gang gesetzt und die Öffnung wird geöffnet und eine Zeitmessungsvorrichtung wird zur gleichen Zeit in Gang gesetzt; die Zeit benötigt, damit die ganze Probe durch die Öffnung fließt, wird aufgezeichnet, und von der bekannten Probenmasse und der Fließzeit wird die Massenfließrate in Einheiten von Gramm pro Minute bestimmt, die Massendichte der Probe wird bestimmt durch Abstreichen des oberen Teils des kalibrierten Gefäßes, um überschüssiges Material zu entfernen und ein Volumen von 25 cm³ zu erhalten; die Masse der Probe in dem Gefäß wird bestimmt (in Gramm) und die Massendichte wird bestimmt durch Dividieren der Masse durch 25 cm³; der volumetrische Massenfluss wird bestimmt durch Dividieren des Massenflusses (in Gramm pro cm³) durch die Massendichte (Gramm pro cm³), um einen Wert zu ergeben in Einheiten von cm³ pro Minute.
Der Entwickler gemäß Anspruch 3, wobei das Verhältnis des volumengemittelten Ladungsträgerdurchmessers zum volumengemittelten Tonerdurchmesser von 5:1 bis 7:1 reicht, und wobei eine Tonerkonzentration in dem Entwickler von 1 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Entwicklers beträgt.
Der Entwickler gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Ladungsträgerpartikel einen Kern aus Ferrit umfassen mit einer Größe von 30 bis 60 Mikrometer an Durchmesser.
Der Entwickler gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Ladungsträgerpartikel substantiell frei von Kupfer und Zink sind, überzogen mit einem Überzug, welcher Polyvinylidenfluorid-Polymer oder Copolymer umfasst und ein Polymethylmethacrylat-Polymer oder Copolymer.
Ein elektrophotographischer bildausbildender Apparat, umfassend einen Fotorezeptor; einen Fotorezeptor, ein magnetisches Bürstenentwicklersystem; ein Gehäuse in Verbindung mit dem magnetischen Bürstenentwicklersystem, welches desweiteren einen Entwickler gemäß irgendeinem der Ansprüche 3 bis 6 einschließt.
Ein Toner gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Zinkstearat in einer Menge von mehr als 0 bis zu 0,05% bezogen auf das Gewicht des Toners beträgt.