DE602005000420T2

DE602005000420T2 - Zwischenschicht mit reversibler Farbänderung für elektrophotographische Photorezeptoren

Info

Publication number: DE602005000420T2
Application number: DE602005000420T
Authority: DE
Inventors: Yuhua 14580 Tong; John F. 14580 Yanus; Jin 14502 Wu; John J. 14502 Wilbert; Nancy L. 14624 Belknap; Linda 14612 Ferrarese
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2025-03-12
Also published as: EP1580608A1; JP2005266809A; DE602005000420D1; JP4786916B2; EP1580608B1; US7125634B2; US20050202330A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrophotographische Bilderzeugungselemente und sie bezieht sich insbesondere auf schichtenförmige elektrophotographische Photorezeptor-Elemente, die eine Grundierschicht (Zwischenschicht) aufweisen, deren Farbe sich reversibel ändert.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Elektrophotographische Bilderzeugungselemente, d.h. Photorezeptoren, umfassen in der Regel eine photoleitfähige Schicht, die auf ein elektrisch leitendes Substrat aufgebracht ist. Die photoleitfähige Schicht ist im Dunkeln ein Isolator, sodass elektrische Ladungen auf ihrer Oberfläche zurückgehalten werden. Bei der Einwirkung von Licht fließt die Ladung ab.
Auf dem Photorezeptor wird ein latentes Bild erzeugt, indem man zuerst elektrische Ladungen auf die gesamte Oberfläche der photoleitfähigen Schicht auf irgendeine allgemein bekannte Weise gleichförmig aufbringt. Die photoleitfähige Schicht fungiert als Ladungenspeicherungskondensator mit Ladungen auf ihrer freien Oberfläche und gleichen Ladungen mit entgegengesetzter Polarität (Gegenladungen) auf dem elektrisch leitenden Substrat. Dann wird ein Lichtbild auf die photoleitfähige Schicht projiziert. Auf den Abschnitten der photoleitfähigen Schicht, die Licht ausgesetzt werden, wird die elektrische Ladung durch die Schicht geleitet, wodurch die Oberflächenladung vermindert wird. Die Abschnitte der Oberfläche des Photoleiters, die dem Licht nicht ausgesetzt werden, behalten ihre Oberflächenladung. Die Menge der elektrischen Ladung an einer speziellen Stelle der photoleitfähigen Oberfläche ist umgekehrt proportional zu der auftreffenden Belichtung, wodurch ein latentes elektrostatisches Bild erzeugt wird.
Die durch Licht induzierte Entladung der photoleitfähigen Schicht macht es erforderlich, dass die Schicht elektrische Ladungen erzeugt und diese Ladungen durch die Schicht transportiert, wodurch die Ladungen auf der Oberfläche neutralisiert werden. Bisher wurden zwei Typen von Photorezeptor-Strukturen verwendet: Mehrschichten-Strukturen, in denen getrennte Schichten die Funktionen der Ladungsbildung bzw. des Ladungstransports ausüben, und Einschicht-Strukturen, in denen die Photoleiter beide Funktionen ausüben. Diese Schichten werden auf ein elektrisch leitendes Substrat aufgebracht und sie können umfassen eine optionale Ladungen blockierende Schicht und eine Haftschicht zwischen dem elektrisch leitenden Substrat und der photoleitfähigen Schicht(en). Außerdem kann das Substrat einen nicht-leitenden mechanischen Träger mit einer elektrisch leitenden Oberfläche umfassen. Andere (weitere) Schichten, die spezielle Funktionen ausüben, wie z.B. eine inkohärente Reflexion von Laserlicht, Punktraster für die bildliche Darstellung oder Zwischenschichten, die eine chemische Versiegelung und/oder eine glatte Überzugsoberfläche ergeben, können ebenfalls verwendet werden.
Ein üblicher Photorezeptor-Typ ist ein mehrschichtiger Photorezeptor, der eine Struktur aufweist, die umfasst ein elektrisch leitendes Substrat, eine auf das Substrat aufgebrachte Grundier- bzw. Zwischenschicht, eine Ladungen bildende Schicht, die auf die Grundier- bzw. Zwischenschicht aufgebracht ist, und eine Ladungen transportierende Schicht, die auf die Ladungen bildende Schicht aufgebracht ist. Die Ausdrücke "Ladungen blockierende Schicht" und "Blockierungsschicht" werden im Allgemeinen austauschbar mit dem Ausdruck "Grundier- bzw. Zwischenschicht" verwendet. In dem US-Patent 5 314 776 von Nomura, Fukuda, Nagasaki und Suda mit dem Titel "Multi-layered Photoreceptor for Electrophotography" ist ein Verfahren zur Herstellung eines Photo rezeptors beschrieben, der umfasst ein Substrat, das einen elektrisch leitenden Träger oder einen Träger mit einem darauf aufgebrachten elektrisch leitenden Film, eine Grundierschicht, die ein Material enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Siliciumdioxid und anderen Siliciumoxiden, die auf das Substrat aufgebracht ist, eine Ladungen bildende Schicht, die auf die Haftschicht aufgebracht ist, und eine Ladungen transportierende Schicht, die auf die Ladungen bildende Schicht aufgebracht ist.
In dem US-Patent 6 479 202 von Shida, Uchino und Itami mit dem Titel "Electrophotographic Photoreceptor, Electrophotographic Image Forming Method, Electrophotograhic Image Forming Apparatus and Processing Cartridge" ist ein elektrophotographischer Photorezeptor beschrieben, der auf einem Träger eine Harzschicht aufweist, die umfasst ein Siloxanharz, das gebildet worden ist durch Aushärten einer Verbindung der nachstehend angegebenen Formel 1, 2 oder 3, oder ein hydrolysiertes Produkt, das eine Struktureinheit mit einem Ladungstransportvermögen aufweist, in der das Verhältnis M1/M2 zwischen der Summe der Mole M1 der Verbindung der Formel 1 und der Verbindung der Formel 2 und der Anzahl der Mole M2 der Verbindung der Formel 3 innerhalb des Bereiches von 0,01 bis 1 liegt: Si(OR_1')₄ Formel 1 R₁Si(OR_2')₃ Formel 2 R₁R₂Si(OR_3')₂ Formel 3wobei in den obigen Formeln:
R₁ und R₂ jeweils stehen für eine Alkylgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, eine Phenylgruppe, eine Arylgruppe, eine Vinylgruppe, eine Aminogruppe, eine γ-Glycidoxypropylgruppe, eine γ-Methacryloxypropylgruppe oder eine C_nF_2n+1C₂H₄-Gruppe;
R_1', R_2' und R_3' jeweils stehen für eine Alkylgruppe, wobei die durch R_1', R_2' und R_3' dargestellten Gruppen gleich oder voneinander verschieden sein können.
In dem US-Patent 6 361 913 von Pai und Yanus mit dem Titel "Long Life Photoreceptor" ist ein elektrophotographisches Bilderzeugungselement beschrieben, das umfasst ein Substrat, eine Ladungen bildende Schicht, eine Ladungen transportierende Schicht und eine Überzugsschicht, die ein Hydroxytriphenylmethan mit mindestens einer funktionellen Hydroxygruppe und ein einen Polyamidfilm bildendes Bindemittel umfasst, das mit der funktionellen Hydroxygruppe des Hydroxytriphenylmethan-Moleküls Wasserstoffbindungen bilden kann, wobei die Ladungen transportierende Schicht im Wesentlichen frei von Triphenylmethan-Molekülen ist.
Eine Grundierschicht kann vorgesehen sein, um Substratdefekte zu überdecken, um die Druckqualität zu verbessern (beispielsweise um bildmäßige konstruktive Interferenz-Effekte, bekannt als "Sperrholz-Effekt", zu vermindern oder zu eliminieren), um eine Unempfindlichkeit gegenüber der Umwelt zu gewährleisten und/oder gute elektrische Eigenschaften zu ermöglichen, beispielsweise Löcher zu blockieren, Elektronen zu transportieren, eine zyklische Stabilität zu ermöglichen, ein niedriges restliches Oberflächenpotential bei der durch Licht induzierten Entladung (Vr) und beim Dunkelzerfall (Vdd) zu ergeben und die Gleichförmigkeit des Überzugs zu verbessern.
Für elektrophotographische Bilderzeugungssysteme, in denen eine gleichförmige Aufladung mit einer negativen Polarität vor der bildmäßigen Belichtung angewendet wird, ist es wichtig, dass die Ladungen blockierende Grundierschicht negative Ladungen abfließen lässt, während ein Abfluss von positiven Ladungen verhindert wird. In diesem Fall ist eine Grundierschicht, die dick genug ist, um die aufgeraute Oberfläche des Substrats abzudecken, erwünscht. Außerdem sind Grundierschichten, die zu dünn sind, anfälliger für die Bildung von Feinlunkern (Pinholes), die das Abfließen sowohl von negativen als auch von positiven Ladungen durch die Ladungen blockierende Schicht erlauben und zu Druckdefekten führen. Auch können dann, wenn Ladungen blockieren de Grundierschichten zu dünn sind, geringe Mengen von Kontaminanten die Eigenschaften der Ladungen blockierenden Grundierschicht in nachteiliger Weise beeinflussen und Druckdefekte verursachen als Folge des Durchgangs von sowohl negativen als auch positiven Ladungen durch die Schicht. Defekte in der Löcher blockierenden Schicht, die das Abfließen sowohl von negativen als auch von positiven Ladungen erlaubt, führen zur Entwicklung von Flecken mit einem Ladungsmangel, die mit Defekten in der ausgedruckten Kopie verbunden sind.
Im Allgemeinen können Grundierschicht-Formulierungen eingeteilt werden in dispergierte Grundierschicht-Lösungen oder homogene Grundierschicht-Lösungen. Dispergierte Grundierschicht-Lösungen umfassen nicht-lösliche Teilchen in Bindemitteln und Lösungsmitteln. Homogene Grundierschicht-Lösungen umfassen elektrisch leitende Species, die in Bindemitteln und Lösungsmitteln löslich sind. Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von dispergierten Grundierschicht-Lösungen umfasst das Mischen von Metalloxiden mit polymeren Bindemitteln in einem organischen Lösungsmittel. Die Metalloxide können unter anderem beispielsweise umfassen Titanoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid, Zinnoxid und Aluminiumoxid. Zu diesem Zweck wurde bisher eine große Vielzahl von polymeren Harzbindemitteln verwendet, wie z.B. Polyimide, Polyamide, Polyacrylate, Vinylpolymere und andere spezielle Materialien. Das Dispersionsverfahren ist sehr zeitraubend. Um gute elektrische Eigenschaften zu erzielen, müssen die Metalloxid-Teilchen in der Lösung eine Größe im Nanometer-Bereich haben. Problematisch ist es, dass beim Stehenlassen einer dispergierten Lösung das Metalloxid dazu neigt, auszufallen, wodurch eine Makrophasen-Trennung hervorgerufen wird, die zur Bildung von ungleichförmigen Überzügen führt.
Das Verfahren zur Herstellung von homogenen Grundierschichten ist im Allgemeinen zweckmäßiger als das Verfahren zur Herstellung von dispergierten Grundierschichten. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren zur Herstellung von homogenen Grundierschichten das Mischen der oben genannten Materialien in geeigneten Lösungsmitteln und das Aufbringen der Mischung auf ein elektrisch leitendes Substrat unter Anwendung geeigneter Beschichtungsverfahren, wie sie allgemein bekannt sind. Ein Beispiel für eine Drei-Komponenten-Grundierschicht ist in dem US-Patent 5 789 127 von Yamaguchi und Sakaguchi mit dem Titel "Electrophotographic Photoreceptor" (Fuji-Xerox) beschrieben. Die darin beschriebene Drei-Komponenten-Grundierschicht erfordert die Anwesenheit von Feuchtigkeit während des Aushärtens.
Für die meisten dispergierten Grundierschicht-Formulierungen, beispielsweise für diejenigen, wie sie in dem US-Patent 5 612 157 von Yuh und Chambers mit dem Titel "Charge Blocking Layer for Electrophotographic Imaging Member" beschrieben sind, ist der Bereich von geeigneten Materialien etwas beschränkt. Viele polymere Materialien weisen eine Teilchengröße, eine Dichte und eine Dispersionsstabilität in einem geeigneten Bereich auf, sie besitzen jedoch Brechungsindex-Werte, die zu nahe bei demjenigen des in der Ladungen blockierenden Schicht verwendeten Bindemittelharzes liegen. Licht streuende Teilchen, die einen Brechungsindex aufweisen, der ähnlich demjenigen des Bindemittels ist, können eine Lichtstreuung ergeben, die unzureichend ist, um den Sperrholz-Effekt in den resultierenden Ausdrucken zu eliminieren. Die Auswahl von anorganischen Teilchen, wie z.B. Metalloxiden, die in der Regel einen höheren Brechungsindex als polymere Materialien aufweisen, als Licht streuende Teilchen ist problematisch, weil anorganische Teilchen, wie z.B. Metalloxid-Teilchen, im Allgemeinen höhere Dichten als polymere Materialien haben und somit zum Auftreten eines Teilchenabsetzproblems führen können, das die Gleichförmigkeit der Blockierungsschicht und die Qualität der resultierenden Ausdrucke in nachteiliger Weise beeinflusst. Da die elektrischen Eigenschaften die Neigung haben, schlechter zu werden, wenn die Grundierschicht eine Dicke von mehr als etwa 6 μm hat, gibt es auch eine Dickenbeschränkung auf etwa 6 μm.
Der "Sperrholz-Effekt" ist ein Problem, das schichtenförmigen Photorezeptoren eigen ist und so bezeichnet wird, wenn die räumliche Belichtungsänderung in einem Bild, das auf einem Photorezeptor erzeugt worden ist, das in dem Ausdruck auftritt, aussieht wie ein Muster aus hellen und dunklen Interferenz- Streifen, die der Körnung einer Sperrholzplatte ähneln. Dem Auftreten des Sperrholz-Effekts wurde in dem Stand der Technik bereits Rechnung getragen durch Erhöhung der Dicke und damit der Lichtabsorption durch die Ladungen bildende Schicht. In den meisten Systemen führt dies zu nicht akzeptablen Qualitätsverminderungen. So kann beispielsweise in einem schichtenförmigen organischen Photorezeptor ein Anstieg der Dunkelzerfalls-Eigenschaften und der elektrischen Instabilität auftreten. In dem US-Patent 4 618 552 von Tanaka, Sumino und Toma mit dem Titel "Light Receiving Member for Electrophotography Having Roughened Intermediate Layer" ist ein Verfahren zur Kompensation des Sperrholz-Effekts beschrieben, bei dem ein photoleitfähiges Bilderzeugungselement verwendet wird, bei dem die Grundebene oder eine oberhalb oder unterhalb der Grundebene erzeugte opake elektrisch leitende Schicht mit einer rauen Oberflächenmorphologie gebildet wird, um das Licht diffus zu reflektieren.
Ein anderes Verfahren, um den Sperrholz-Effekt zu kompensieren, ist in dem US-Patent 5 052 328 von Andrews und Simpson mit dem Titel "Photosensitive Imaging Member with a Low-Reflection Ground Plane", beschrieben. In dem US-Patent 5 052 328 ist eine Grundebene aus einem Material mit geringer Reflexion beschrieben, um die Reflexionen zu vermindern. In dem US-Patent 5 089 908 von Jodoin, Loce, Lama, Rees, Ibrahim und Appel mit dem Titel "Plywood Suppression in ROS Systems" ist eine multiple Diodenlaser-Anordnung beschrieben, die in einem Raster-Output-Scanning (ROS)-System verwendet wird, das modifiziert worden ist, um die Effekte einer unerwünschten räumlichen Belichtungsänderung an der Oberfläche bestimmter Typen von schichtenförmigen halbtransparenten Photorezeptoren zu vermindern. Die räumliche Änderung der Absorption äußert sich später als Sperrholz-Muster, das auf den ausgedruckten Kopien entsteht, die von dem belichteten Photorezeptor stammen. Die Laser-Anordnung ist so modifiziert, dass ein verschmolzener Abtast-Strahl an der Photorezeptor-Oberfläche aus zwei oder mehr Dioden-Outputs entsteht, wobei jedes Output bei einer anderen Wellenlänge arbeitet als das jeweils andere. Bei einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Dioden jeweils mit einer unterschiedlichen Wellenlänge nacheinander angesteuert und ein Bild jeder Diode wird auf dem Photorezeptor erzeugt, was zu einer Belichtungsverteilung führt, die ähnlich derjenigen ist, die von einem inkohärenten Strahl erzeugt wird.
Die Offenbarungsinhalte der oben genannten Druckschriften werden hiermit in ihrer Gesamtheit der vorliegenden Anmeldung einverleibt.
Es besteht somit in dem Stand der Technik noch ein Bedarf für verbesserte Photorezeptoren, mit denen die oben genannten Probleme und weitere Probleme überwunden oder gelindert werden können, sowie ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung solcher Photorezeptoren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind:

(1) ein Bilderzeugungselement, das umfasst einen elektrisch leitenden Träger, der eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht enthält; eine darauf aufgebrachte erste Schicht, die umfasst ein Metallalkyloxid, ein Aminosiloxan und ein Material, dessen Farbe sich ändert, dispergiert in einem Bindemittel, wobei es sich bei dem Material, dessen Farbe sich ändert, um ein Material handelt, das in Gegenwart einer Lewis-Base reversibel seine Farbe ändert und dessen Farbe sich unter der Einwirkung von Licht reversibel ändert; und eine Ladungen bildende Schicht und eine Ladungen transportierende Schicht;
(2) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem das Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Metallmethoxiden, Metallethoxiden, Metallpropoxiden, Metallisopropoxiden, Metallbutoxiden, Titanpropoxid, Titanisopropoxid, Titanmethoxid, Titanbutoxid, Titanethoxid, Zirkoniumisopropoxid, Zirkoniumpropoxid, Zirkoniumbutoxid, Zirkoniumethoxid, Zirkoniummethoxid oder eine Kombination davon;
(3) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem das Siloxan ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Aminoalkylalkoxysilanen, 3-Aminopropyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl-triethoxysilan, 3-Aminopropyl-diisopropylethoxysilan, Aminophenyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropylmethyl-diethoxysilan, 3-Aminopropylpentamethyl-disiloxan oder einer Kombination davon;
(4) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem das Material, dessen Farbe sich ändert (nachstehend als "Farbänderungsmaterial" bezeichnet) ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Phenolphthalein, Phenolsulfonphthalein, Thymolphthalein oder einer Kombination davon;
(5) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem die erste Schicht in einer Dicke von etwa 0,1 bis etwa 20 μm vorliegt;
(6) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem der Träger umfasst ein Metall, eine Metall-Legierung, Aluminium, Zirkonium, Niob, Tantal, Vanadin, Hafnium, Titan, Nickel, rostfreien Stahl, Chrom, Wolfram, Molybdän oder eine Kombination davon;
(7) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem die Ladungen bildende Schicht umfasst ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus anorganischen photoleitfähigen Materialien, amorphem Selen, trigonalem Selen, Selenlegierungen, Selen-Tellur, Selen-Tellur-Arsen, Selenarsenid, organischen photoleitfähigen Materialien, Phthalocyanin-Pigmenten, der X-Form von metallfreiem Phthalocyanin, Metallphthalocyaninen, Vanadylphthalocyanin, Kupferphthalocyanin, Chinacridonen, Dibromanthanthron-Pigmenten, Benzimidazolperylen, substituierten 2,4-Diaminotriazinen, mehrkernigen aromatischen Chinonen, Enzimidazolperylen oder einer Kombination davon;
(8) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem die Ladungen transportierende Schicht umfasst ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einer Ladungen transportierenden aromatischen Amin-Verbin dung, Triphenylmethan, Bis(4-diethylamin-2-methylphenyl)phenylmethan; 4',4''-Bis(diethylamino)-2',2''-dimethyltriphenylmethan, N,N'-Bis(alkylphenyl)-[1,1'biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(chlorophenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3''-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin oder einer Kombination davon;
(9) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem das Metallalkyloxid in der ersten Schicht in einer Menge von etwa 5 bis etwa 95 % oder von etwa 20 bis etwa 80 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, vorliegt;
(10) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem das Aminosiloxan in der ersten Schicht in einer Menge von etwa 95 bis etwa 5 % oder von etwa 80 bis etwa 20 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, vorliegt; und
(11) das Bilderzeugungselement nach Abschnitt (1), in dem das Farbänderungsmaterial in der ersten Schicht in einer Menge von etwa 0,001 bis etwa 50 oder von etwa 0,1 bis etwa 10 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, vorliegt; und
(12) ein Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungselements, das umfasst: die Bereitstellung eines elektrisch leitenden Trägers mit einer darauf angeordneten elektrisch leitenden Schicht; die Bildung einer ersten Schicht darauf, die umfasst ein Metallalkyloxid, ein Aminosiloxan und ein Farbänderungsmaterial, das in einem Bindemittel dispergiert ist; wobei es sich bei dem Farbänderungsmaterial um ein Material handelt, das in Gegenwart einer Lewis-Base seine Farbe reversibel ändert und dessen Farbänderung durch Einwirkung von Licht reversibel ist; und die Bildung einer Ladungen bildenden Schicht und einer Ladungen transportierenden Schicht darauf;
(13) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem das Metallalkyloxid ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Metallmethoxiden, Metallethoxiden, Metallpropoxiden, Metallisopropoxiden, Metallbutoxiden, Titanpropoxid, Titanisopropoxid, Titanmethoxid, Titanbutoxid, Titanethoxid, Zirkoniumisopropoxid, Zirkoniumpropoxid, Zirkoniumbutoxid, Zirkoniumethoxid, Zirkoniummethoxid oder einer Kombination davon;
(14) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem das Aminosiloxan ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus einem Aminoalkylalkoxysilan, 3-Aminopropyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl-triethoxysilan, 3-Aminopropyl-diisopropylethoxysilan, Aminophenyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl-methyldiethoxysilan, 3-Aminopropyl-pentamethyldisiloxan oder einer Kombination davon;
(15) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem das Farbänderungsmaterial ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus Phenolphthalein, Phenolsulfonphthalein, Thymolphthalein oder einer Kombination davon;
(16) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem der Träger umfasst ein Metall, eine Metall-Legierung, Aluminum, Zirkonium, Niob, Tantal, Vanadin, Hafnium, Titan, Nickel, rostfreien Stahl, Chrom, Wolfram, Molybdän oder eine Kombination davon;
(17) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem die Ladungen bildende Schicht umfasst ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus anorganischen photoleitfähigen Materialien, amorphem Selen, trigonalem Selen, Selen-Legierungen, Selen-Tellur, Selen-Tellur-Arsen, Selenarsenid, organischen photoleitfähigen Materialien, Phthalocyanin-Pigmenten, der X-Form von metallfreiem Phthalocyanin, Metallphthalocyaninen, Vanadylphthalocyanin, Kupferphthalocyanin, Chinacridonen, Dibromanthanthron-Pigmenten, Benzimidazolperylen, substituierten 2,4-Diaminotriazinen, mehrkernigen aromatischen Chinonen, Enzimidazolperylen oder einer Kombination davon;
(18) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem die Ladungen transportierende Schicht umfasst ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus einer Ladungen transportierenden aromatischen Amin-Verbindung, Triphenylmethan, Bis(4-diethylamino-2-methylphenyl)phenylmethan; 4',4''-Bis(diethylamino)-2',2''-dimethyltriphenylmethan, N,N'-Bis(alkylphenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(chlorophenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3''-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin oder einer Kombination davon;
(19) das Verfahren nach Abschnitt (12), bei dem die Bildung einer ersten Schicht umfasst die Bildung der ersten Schicht in einer Dicke von etwa 0,1 bis etwa 20 μm;
(20) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem das Metallalkyloxid in der ersten Schicht in einer Menge von etwa 5 bis etwa 95 % oder von etwa 20 bis etwa 80 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, vorliegt;
(21) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem das Aminosiloxan in der ersten Schicht in einer Menge von etwa 95 bis etwa 5 % oder von etwa 80 bis etwa 20 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, vorliegt; und
(22) das Verfahren nach Abschnitt (12), in dem das Farbänderungsmaterial in der ersten Schicht in einer Menge von etwa 0,001 bis etwa 50 Gew.-% oder von etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, vorliegt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein Bilderzeugungselement, das umfasst:
einen elektrisch leitenden Träger, der eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweist;
eine darauf aufgebrachte erste Schicht, die ein Metallalkyloxid, ein Aminosiloxan und ein Farbänderungsmaterial (dessen Farbe sich ändert), dispergiert in einem Bindemittel, umfasst;
wobei das Farbänderungsmaterial ein Material darstellt, das in Gegenwart einer Lewis-Base reversibel seine Farbe ändert und dessen Farbänderung unter der Einwirkung von Licht reversibel ist; und
eine Ladungen bildende Schicht und eine Ladungen transportierende Schicht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungselements, das umfasst:
die Bereitstellung eines elektrisch leitenden Trägers, der eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht aufweist;
die Bildung einer ersten Schicht darauf, die ein Metallalkyloxid, ein Aminosiloxan und ein in einem Bindemittel dispergiertes Farbänderungsmaterial umfasst;
wobei das Farbänderungsmaterial ein Material darstellt, das in Gegenwart einer Lewis-Base seine Farbe reversibel ändert und dessen Farbänderung unter der Einwirkung von Licht reversibel ist; und
die Bildung einer Ladungen bildenden Schicht und einer Ladungen transportierenden Schicht darauf.
Wichtige Merkmale der vorliegenden Erfindung bei diesen Ausführungsformen umfassen eine erste Schicht (hier auch als "Grundierschicht" bezeichnet), die dick sein kann, einen pH-Wert und lichtempfindliche Farbänderungs-Eigenschaften aufweist, und die Verwendung eines Ammoniumtitanat-Komplexes, der gebildet worden ist aus der Kombination von Metallalkyloxid und Aminosiloxan in der Grundierschicht. Die vorhandene dicke Grundierschicht für xerographische Photorezeptoren kann in einer Dicke von bis zu etwa 20 μm aufgebracht sein. Dadurch ist es möglich, raue Substrate zu beschichten und das Eindringen von Kohlenstofffasern durch die aktiven Schichten hindurch in das Substrat zu verhindern. Die Grundierschicht ergibt außerdem eine verbesserte Lochblockierung. Ein anderes wichtiges Merkmal ist die Verwendung des Farbänderungsmaterials, das als Funktion des pH-Wertes seine Farbe reversi bel ändert und dessen Farbänderung unter der Einwirkung von Licht reversibel ist. Zu Beispielen für Farbänderungsmaterialien, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, beispielsweise Phenolphthalein, Phenolsulfonphthalein, Thymolphthalein und dgl. Bei seiner Verwendung ändert das Farbänderungsmaterial seine Farbe (beispielsweise in Rot bei Phenolphthalein, in Blau bei Thymolphthalein, in Orange bei Phenolsulfonphthalein) in Gegenwart einer Lewis-Base. Die Grundierschicht mit der geänderten Farbe absorbiert die auftreffende Lichtenergie und verhindert eine Reflexion an dem Substrat und verhindert somit einen Sperrholz-Defekt.
Die Bilderzeugungselemente, die mit einer erfindungsgemäßen Grundierschicht versehen sind, ergeben gute und stabile elektrische Eigenschaften, die denjenigen der bereits früher verfügbaren Photorezeptoren überlegen sind, beispielsweise solchen, die mit dispergiertem Titandioxid in einer Grundierschicht aus einem Phenolharz hergestellt worden sind. Die Vorteile der Erfindung umfassen die mögliche Verwendung einer dicken Grundierschicht, in der keine dispergierten Nanoteilchen verwendet werden und die deshalb unempfindlich ist gegenüber Substratdefekten und auf eine raue Oberfläche der Photorezeptor-Trommel in Form einer Schicht aufgebracht werden kann. Die Erfindung stellt daher eine billige Lösung für die Aufrechterhaltung guter elektrischer Eigenschaften dar, bewirkt die Unterdrückung des Sperrholz-Effekts, stellt eine stabile Beschichtungslösung dar, verbessert die Lochblockierung, die zyklische Stabilität, führt zu einer niedrigen Restspannung und zu einem niedrigen Dunkelzerfall. Die Grundierschicht stellt außerdem eine Lösung für das Problem der Kohlenstofffaser-Penetration dar, das ein großes Problem in den derzeit verfügbaren dünnen Grundierschichten darstellt. Das Verfahren zur Herstellung des Bilderzeugungselements ist in vorteilhafter Weise einfach. Außerdem weist das mit der Grundierschicht hergestellte Bilderzeugungselement eine Lebensdauer auf, die mehr als 1,5 Millionen Zyklen beträgt.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 erläutert in beispielhafter Form Strukturformeln für Phenolphthalein-Molekül-Umwandlungen;
2 erläutert eine Strukturformel für ein Titanisopropoxid-Molekül;
3 erläutert eine Strukturformel für ein 3-Aminopropyltrimethoxysilan-Molekül; und
4 zeigt ein Diagramm, das die durch Photonen (Licht) induzierten Entladungseigenschaften eines gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Photorezeptors zeigt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst ein Bilderzeugungselement das umfasst einen elektrisch leitenden Träger, der eine darauf aufgebrachte elektrisch leitende Schicht enthält, eine erste Schicht, die eine Grundierschicht umfasst (die Grundierschicht wird häufig auch als "blockierende Schicht" oder als "Ladungen blockierende Schicht" bezeichnet), die auf dem Träger angeordnet ist, wobei die Grundierschicht umfasst ein Metallalkyloxid, ein Aminosiloxan und ein Farbänderungsmaterial, das in einem Bindemittel dispergiert ist, wobei die Grundierschicht in Gegenwart einer Lewis-Base (die allgemein definiert ist als eine Species, die ein Paar Elektronen abgeben kann und eine koordinative kovalente Bindung bilden kann) ihre Farbe reversibel ändert und wobei die Farbänderung der Grundierschicht unter der Einwirkung von Licht reversibel ist, insbesondere von Licht mit einer Wellenlänge, die für die Xerographie geeignet ist, beispielsweise mit Licht mit einer Wellenlänge von etwa 4000 bis etwa 9000 Å (400 bis 900 nm), und eine Ladungen bildende Schicht und eine Ladungen transportierende Schicht.
Zu Beispielen für Metallalkyloxide, die für die Verwendung in der Unterlagenschicht geeignet sind, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Metallmethoxide, Metallethoxide, Metallpropoxide, Metallisopropoxide, Metallbutoxide, Titanpropoxid, Titanisopropoxid, Titanmethoxid, Titanbutoxid, Titanethoxid, Zirkoniumisopropoxid, Zirkoniumpropoxid, Zirkoniumbutoxid, Zirkoniumethoxid, Zirkoniummethoxid oder Kombinationen davon.
Das Aminosiloxan kann beispielsweise umfassen ein Aminosiloxan, wie z.B. ein Aminoalkylalkoxysilan, das umfasst, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, 3-Aminopropyl-trimethoxysilan (APS), 3-Aminopropyl-triethoxysilan, 3-Aminopropyl-diisopropylethoxysilan, Aminophenyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl-methyldiethoxysilan oder 3-Aminopropyl-pentamethyldisiloxan und dgl.
Die Farbänderungskomponente kann irgendein geeignetes Material umfassen, das in Gegenwart einer Lewis-Base seine Farbe reversibel ändert und dessen Farbänderung unter der Einwirkung von Licht reversibel ist. Zu Beispielen für Farbänderungsmaterialien, die für die erfindungsgemäße Verwendung geeignet sind, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Phenolphthalein, Phenolsulfonphthalein, Thymolphthalein und dgl. Das Farbänderungsmaterial liegt in der Grundierschicht in einer solchen Menge vor, dass es etwa 0,001 bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-% des Gesamtgewichts der Grundierschicht ausmacht.
Das Farbänderungsmaterial ist in der Grundierschicht in einem Polymer-Bindemittel angeordnet, beispielsweise in Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylbutyral (PVB), Polyvinylalkohol, Poly(hydroxyethylmethacrylat), Poly(hydroxypropylacrylat) oder Poly(vinylpyrrolidon); in einem Copolymer, wie z.B. einem Vinylhalogenid, insbesondere einem Vinylchlorid-Copolymer, wie z.B. Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat), Poly(vinylchlorid-co-vinylacetat-co-vinylalkohol), Poly(vinylidenchlorid-co-methylacrylat) oder Poly(vinylchlorid-co-isobutylvinylether) und dgl. Das für die Herstellung der Beschichtungslösung ausgewählte Lösungsmittel kann irgendein geeignetes organisches Lösungsmittel unter an deren Lösungsmitteln sein, wie z.B. Methylethylketon (MEK), Tetrahydrofuran (THF), Toluol, ein Alkohol, z.B. 1-Propanol, 2-Propanol, Methanol, Ethanol, 1-Butanol; und Aceton.
Das Metallalkyloxid, wie z.B. Titanisopropoxid, liegt in der Grundierschicht in einer solchen Menge vor, dass es etwa 5 bis etwa 95 Gew.-%, vorzugsweise etwa 20 bis etwa 80 Gew.-%, des Gesamtgewichtes der Unterlagenschicht ausmacht.
Das Aminosiloxan, z.B. das 3-Aminopropyltrimethoxysilan, liegt in einer Menge von etwa 95 bis etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 80 bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Unterlagenschicht, vor.
Das Bindemittel-Polymer, wie z.B. PVB, liegt in der Grundierschicht in einer Menge von etwa 1 bis etwa 99 %, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 70 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Unterlagenschicht, vor.
Das Lösungsmittel wird in einer Menge bereitgestellt, die geeignet ist für die Kontrolle der Viskosität der Beschichtungslösung, wobei die Lösungsmittel-Gesamtkonzentrationen in der Regel etwa 5 bis etwa 95 %, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 80 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der Grundierschicht, betragen.
Zu Materialien, die für die Verwendung als Ladungen bildende Schichten geeignet sind, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, Photonen bildende Schichtmaterialien, wie z.B. anorganische photoleitfähige Materialien, beispielsweise amorphes Selen, trigonales Selen und Selen-Legierungen, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht aus Selen-Tellur, Selen-Tellur-Arsen, Selenarsenid und Mischungen davon, und organische photoleitfähige Materialien, umfassend verschiedene Phthalocyanin-Pigmente, wie z.B. die X-Form von metallfreiem Phthalocyanin, Metallphthalocyanine, z.B. Vanadylphthalocyanin und Kupferphthalocyanin, Chinacridone, Dibromanthanthron-Pigmente, Benzimidazolperylen, substituierte 2,4-Diamino-triazine, mehrkernige aromati sche Chinone und dgl., die in einem filmbildenden polymeren Bindemittel dispergiert sind. Selen, eine Selen-Legierung, Benzimidazolperylen und dgl. und Mischungen davon können zu einer kontinuierlichen, homogenen Photonen bildenden Schicht geformt werden. Benzimidazolperylen-Zusammensetzungen sind allgemein bekannt und beispielsweise beschrieben in dem US-Patent 4 587 189 von Hor und Loutfy mit dem Titel "Photoconducting Imaging Members With Perylene Pigment Compositions", dessen gesamter Offenbarungsinhalt hiermit der vorliegenden Anmeldung einverleibt wird. Wenn eine photoleitfähige Schicht die Eigenschaften der Photonen bildenden Schicht verbessert oder verschlechtert, können Zusammensetzungen, die aus mehreren Photonen bildenden Schichten bestehen, verwendet werden. Gewünschtenfalls können auch andere geeignete Photonen bildende Materialien, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden.
Es kann jede geeignete Ladungen bildende Bindemittelschicht, die photoleitfähige Teilchen, dispergiert in einem filmbildenden Bindemittel, enthält, verwendet werden. Photoleitfähige Teilchen für die Ladungen bildende Bindemittelschicht, wie z.B. Vanadylphthalocyanin, metallfreies Phthalocyanin, Benzimidazolperylen, amorphes Selen, trigonales Selen, Selen-Legierungen, z.B. Selen-Tellur, Selen-Tellur-Arsen, Selenarsenid und dgl. und Mischungen davon, sind besonders bevorzugt wegen ihrer Empfindlichkeit gegenüber weißem Licht. Vanadylphthalocyanin, metallfreies Phthalocyanin und Tellur-Legierungen sind ebenfalls bevorzugt, weil diese Materialien den zusätzlichen Vorteil bieten, dass sie empfindlich sind gegenüber infrarotem Licht. Die ausgewählten, Photonen bildenden Materialien sollten empfindlich sein gegenüber aktivierender Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 600 nm und etwa 700 nm während der bildmäßigen Strahlungsbelichtungsstufe in einem elektrophotographischen Bilderzeugungsverfahren zur Erzeugung eines latenten elektrostatischen Bildes.
Es kann jedes geeignete inaktive Harzmaterial, das in Methylenchlorid, in Chlorbenzol oder in einem anderen geeigneten Lösungsmittel löslich ist, als Bindemittel für die Photonen bildende Schicht verwendet werden einschließlich derjenigen, die beispielsweise in dem US-Patent 3 121 006 angegeben sind. Zu typischen organischen Harzbindemitteln gehören thermoplastische und wärmehärtbare Harze, wie z.B. Polycarbonate, Polyester, Polyamide, Polyurethane, Polystyrole, Polyarylether, Polyarylsulfonate, Polybutadiene, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyethylene, Polypropylene, Polyimide, Polymethylpentene, Polyphenylensulfide, Polyvinylbutyral, Polyvinylacetat, Polysiloxane, Polyacrylate, Polyvinylacetale, Polyamide, Polyimide, Aminoharze, Phenylenoxidharze, Terephthalsäureharze, Epoxyharze, Phenolharze, Polystyrol und Acrylnitril-Copolymere, Polyvinylchlorid, Vinylchlorid- und Vinylacetat-Copolymere, Acrylat-Copolymere, Alkydharze, Cellulosefilm-Bildner, Poly(amidimid), Styrol-Butadien-Copolymere, Vinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymere, Vinylacetat-Vinylidenchlorid-Copolymere, Styrol-Alkyd-Harze und dgl.
Die Photonen bildende Zusammensetzung oder das Photonen bildende Pigment kann in variierenden Mengen in der Harzbindemittel-Zusammensetzung vorliegen. Im Allgemeinen sind etwa 5 bis etwa 90 Vol.-% des Photonen bildenden Pigments in etwa 10 bis etwa 95 Vol.-% des Harzbindemittels dispergiert und vorzugsweise sind etwa 20 bis etwa 30 Vol.-% des Photonen bildenden Pigments in etwa 70 bis etwa 80 Vol.-% der Harzbindemittel-Zusammensetzung dispergiert.
Die photoleitfähigen Zusammensetzungen und/oder Pigmente enthaltende, Photonen bildende Schicht und das Harzbindemittel liegen im Allgemeinen in einer Dicke von etwa 0,1 bis etwa 5 μm vor und vorzugsweise haben sie eine Dicke von etwa 0,3 bis etwa 3 μm. Die Dicke der Photonen bildenden Schicht hängt von dem Bindemittel-Gehalt ab, wobei Zusammensetzungen mit einem höheren Bindemittel-Gehalt im Allgemeinen dickere Schichten für die Photonenbildung erfordern. Eine Dicke außerhalb dieser Bereiche kann ausgewählt werden, vorausgesetzt, dass die Ziele der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht werden.
Zu Materialien, die für die Verwendung als Ladungen transportierende Schichten geeignet sind, gehören, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist, beliebige geeignete transparente organische polymere oder nicht-polymere Materialien, die in der Lage sind, die Injektion von durch Licht (Photonen) erzeugten Löchern und Elektronen aus der trigonalen Selen-Bindemittelschicht zu unterstützen und den Transport dieser Löcher oder Elektronen durch die organische Schicht zu erlauben, um die Oberflächenladung selektiv abzuführen. Die aktive Ladungen transportierende Schicht dient nicht nur dem Transport von Löchern oder Elektronen, sondern schützt auch die photoleitfähige Schicht gegen Abrieb oder chemischen Angriff und verlängert dadurch die Lebensdauer (Gebrauchsdauer) des Photorezeptor-Bilderzeugungselements. Die Ladungen transportierende Schicht sollte, wenn überhaupt, eine vernachlässigbar geringe Entladung bei der Belichtung mit Licht einer Wellenlänge, wie sie in der Xerographie geeignet ist, beispielsweise mit 4000 bis 9000 Å (400-900 nm) aufweisen. Deshalb ist die Ladungen transportierende Schicht im Wesentlichen transparent für Strahlung in einem Bereich, in dem der Photoleiter verwendet werden soll. Die aktive Ladungen transportierende Schicht ist somit ein im Wesentlichen nicht-photoleitfähiges Material, das die Injektion von durch Licht (Photonen) erzeugten Löchern aus der Photonen bildenden Schicht unterstützt.
Die aktive Transportschicht ist normalerweise transparent, wenn die Belichtung durch die aktive Schicht hindurch durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass der größte Teil der auftreffenden Strahlung durch die darunterliegende, Ladungsträger bildende Schicht für eine wirksame Photonenbildung ausgenutzt wird. Die Ladungen transportierende Schicht in Verbindung mit der Ladungen bildenden Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Material, das einen Isolator insofern darstellt, als eine elektrostatische Ladung, die auf die Transportschicht aufgebracht wird, in Abwesenheit einer Belichtung (Beleuchtung) nicht abgeführt wird.
Die aktive Ladungen transportierende Schicht kann irgendeine geeignete aktivierende Verbindung umfassen, die als Additiv geeignet ist, das in elektrisch inaktiven polymeren Materialien dispergiert ist, wodurch diese Materialien elektrisch aktiv gemacht werden. Diese Verbindungen können polymeren Mate rial zugesetzt werden, die nicht in der Lage sind, die Injektion von durch Photonen erzeugte Löcher aus dem Photonen bildenden Material zu injizieren, und die nicht in der Lage sind, den Transport dieser Löcher durch die Schicht hindurch zu erlauben. Dadurch wird das elektrisch inaktive polymere Material in ein Material umgewandelt, das die Injektion der durch Photonen erzeugten Löcher aus dem Photonen bildenden Material unterstützt und in der Lage ist, den Transport dieser Löcher durch die aktive Schicht zu ermöglichen, um so die Oberflächenladung auf der aktiven Schicht abzuführen.
Die die Ladungen transportierende Schicht bildende Mischung umfasst vorzugsweise eine aromatische Amin-Verbindung. Eine besonders bevorzugte Ladungen transportierende Schicht, die in einer der beiden elektrisch operativen Schichten in dem erfindungsgemäßen Mehrschichten-Bilderzeugungselement verwendet wird, umfasst etwa 35 bis etwa 45 Gew.-% mindestens einer Ladungen transportierenden aromatischen Amin-Verbindung und etwa 65 bis etwa 55 Gew.-% eines einen Film bildenden polymeren Harzes, in dem das aromatische Amin löslich ist. Die Substituenten sollten frei von Elektronen abziehenden Gruppen, wie z.B. NO₂-Gruppen, CN-Gruppen und dgl., sein. Zu typischen aromatischen Amin-Verbindungen gehören beispielsweise Triphenylmethan, Bis(4-diethylamino-2-methylphenyl)phenylmethan; 4',4''-Bis(diethylamino)-2',2''-dimethyltriphenylmethan, N,N'-Bis(alkylphenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, worin das Alkyl beispielsweise steht für Methyl, Ethyl, Propyl, n-Butyl und dgl., N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(chlorophenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3''-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin und dgl., die in einem inaktiven Harzbindemittel dispergiert sind.
Beispiele für elektrophotographische Bilderzeugungselemente, die mindestens zwei elektrisch operative Schichten aufweisen, z.B. eine Ladungen bildende Schicht und eine Diamin enthaltende Ladungstransportschicht, sind in den US-Patenten 4 265 990, 4 233 384, 4 306 008, 4 299 897 und 4 439 507 beschrieben, deren gesamte Offenbarungsinhalte hiermit der vorliegenden Anmeldung einverleibt werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Grundierschicht verwendet wird, die Titanisopropoxid als Metallalkyloxid, 3-Aminopropylsilan als Aminosiloxan und Phenolphthalein als Farbänderungsmaterial umfasst, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben, welche die Strukturformeln für die Umwandlung des Phenolphthalein-Moleküls (1), des Titanisopropoxid-Moleküls (2) und des Aminopropyltrimethoxysilan-Moleküls (3) zeigen. Die Grundierschicht liegt in einem Lösungsmittel vor, vorzugsweise in 2-Propanol.
In den erfindungsgemäßen Grundierschichten bilden das Metallalkyloxid und das Aminosiloxan einen Ammoniumtitanat-Komplex. Ammoniumtitanat ist ein sehr stabiler, elektrisch leitender organischer-anorganischer Hybrid-Komplex mit einer guten Löslichkeit in Alkohol. Obgleich Titanisopropoxid und 3-Aminopropylsilan beide sehr feuchtigkeitsempfindliche Verbindungen darstellen, reagieren Titanisopropoxid und 3-Aminopropylsilan bei Raumtemperatur miteinander unter Bildung eines Ammoniumtitanat-Komplexes,
Phenolphthalein ist bei einem pH-Wert von weniger als etwa 8,0 farblos, es wird jedoch in einer basischen Umgebung rot (d.h. in einer Umgebung, die einen pH-Wert von mehr als etwa 8,0 aufweist). Dies ist auf die Bildung einer Reihe von Resonanzhybriden zurückzuführen, die eine rosarote Farbe haben. Einige der Molekülstruktur-Umwandlungen von Phenolphthalein sind in der 1 dargestellt, in der das Phenolphthalein zuerst als farblos dargestellt ist (beispielsweise als Phenolphthalein in einer Umgebung mit einem pH-Wert von weniger als 8), und danach in Form von Zwei-Resonanz-Hybriden dargestellt ist, die ihre Farbe reversibel ändern von farblos in rorasote Resonanz-Hybride (d.h. die 1 zeigt die Bildung von Phenolphthalein-Resonanz-Hybriden in einer basischen Umgebung). Die Farbänderung ist unter der Einwirkung von Licht, wie es bei xerographischen Anwendungen auftritt, reversibel, wobei das Licht verbraucht wird, das die Ladungen bildende Schicht passiert, und die Lichtreflexion an der Substratoberfläche, die einen Sperrholz-Effekt verursacht, verhindert wird. Die Aminogruppe in dem Aminosiloxan, wie z.B. 3-Aminopropylsilan, ist ausreichend basisch, um die Phenolphthalein-Farbänderung in der erfindungsgemäßen Grundierschicht zu fördern. Die Lösung für die Herstellung der Grundierschicht ist schwach gelb.
Die Lösung für die Herstellung der Grundierschicht kann in Form eines Überzugs in einer Dicke von bis zu etwa 20 μm auf einen Photorezeptor-Träger, beispielsweise ein Aluminium-Trommelsubstrat aufgebracht werden, beispielsweise durch Tsukiage-Tauchbeschichtung. Gewünschtenfalls kann die Grundierschicht dünn sein, z.B. eine Dicke von etwa 0,1 μm aufweisen, wie oben angegeben, oder sie kann dick sein und beispielsweise bis zu etwa 20 μm betragen. Die Grundierschicht kann ebenfalls unter Anwendung irgendeines geeigneten Verfahrens, beispielsweise durch Aufsprühen, durch Tauchbeschichten, durch Beschichten mit einem Ziehstab, durch Gravürbeschichten, durch Seidensiebbeschichten, durch Rakelbeschichten, durch Beschichten mit einer Umkehrwalze, durch Vakuumabscheidung, durch chemische Behandlung und dgl., aufgebracht werden.
Weitere Substrate, die für die Verwendung geeignet sind, sind z.B. Metalle und Metalllegierungen, beispielsweise Aluminum, Zirkonium, Niob, Tantal, Vanadin, Hafnium, Titan, Nickel, rostfreier Stahl, Chrom, Wolfram, Molybdän und dgl. Wenn das gesamte Substrat ein elektrisch leitendes Metall ist, kann dessen äußere Oberfläche die Funktion einer elektrisch leitenden Schicht haben und eine getrennte elektrisch leitende Schicht kann weggelassen werden.
Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Beispiele und Kontrollbeispielen näher erläutert, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass diese Beispiele die Erfindung lediglich erläutern, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung darauf zu beschränken.
Beispiel 1
4,0 g Titanisopropoxid (Reinheit 98+%, Fisher Scientific) wurden unter schwachem Rühren direkt in eine braune Flasche gegeben, die 4,0 g 3-Aminopropyltrimethoxysilan (Reinheit 97 %, Fisher Scientific) enthielt. Es trat sofort eine exotherme Reaktion auf unter Bildung einer klaren Lösung. Die Reaktion war stöchiometrisch und es entstand ein Ammoniumtitanat-Komplex. Diese Lösung wurde auf natürliche Weise abkühlen gelassen, bis sie Raumtemperatur (d.h. etwa 24 °C) erreicht hatte. Die abgekühlte Lösung wurde einer Polymerlösung zugesetzt, die 1,5 g Polyvinylbutyral (Sekisui Specialty Chemicals Company) und 0,1 g Phenolphthalein (Aldrich Chemical) in 20 g 1-Propanol als Lösungsmittel enthielt. Die Mischung wurde auf einer Walzenmühle (U. S. Stoneware, Akron, Ohio) etwa 15 h lang schwach gerührt, wobei man eine klare Lösung erhielt, die anzeigte, dass aus der Lösung leicht ein Überzug als Grundierschicht hergestellt werden konnte. Die Lösung schien sehr stabil zu sein ohne eine erkennbare visuelle Viskositätsänderung, nachdem die Lösung etwa einen Monat bei Raumtemperatur stehen gelassen worden war.
Beispiel 2
Die in Beispiel 1 hergestellte Lösung für die Grundierschicht wurde in Form eines Überzugs aufgebracht auf ein Aluminium-Trommelsubstrat mit einem Durchmesser von 30 mm bis zu einer Dicke von etwa 8,8 μm unter Anwendung des Tsukiage-Tauchbeschichtungsverfahrens bei einer Ziehrate von 350 mm/min. Die aufgebrachte Grundierschicht wurde in einem Umluftofen bei etwa 135 °C etwa 45 min lang getrocknet. Nach dem Trocknen wurden eine Ladungen bildende Schicht und eine Ladungen transportierende Schicht nacheinander auf die Grundierschicht aufgebracht durch Tauchbeschichtung. Die Ladungen bildende Schicht enthielt 2,5 Gew.-% Hydroxy-Gallium-Phthalocyanin (Xerox Corporation) und 2,5 Gew.-% Poly(vinylchlorid)-Copolymer mit einem Molekulargewicht Mw von 40 000 (VMCH von der Firma Dow Chemicals) in 95 Gew.-% n-Butylacetat und sie wurde als Überzug in einer Dicke von etwa 0,3 μm aufgebracht. Die Lösung für die Herstellung der Ladungen transportierenden Schicht enthielt 8,0 Gew.-% N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamin, 12,0 Gew.-% Poly(4,4'-diphenyl-1,1'-cyclohexancarbonat (Mitsubishi Chemicals) in 80 Gew.-% Tetrahydrofuran und sie wurde in einer Dicke von etwa 25 μm als Überzug aufgebracht.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Vergleichsbeispiel (Kontrolle), das eine Titanoxid/Phenolharz-Dispersion umfasste, wurde hergestellt durch Mahlen von 15 g Titandioxid (STR60N^TM, Sakai Company), 20 g Phenolharz VARCUM^TM 29159 (OxyChem Company, Mw etwa 3 600, Viskosität etwa 200 cP (mPas)) in 7,5 g 1-Butanol und 7,5 g Xylol mit 120 g ZrO₂-Perlen mit einem Durchmesser von 1 mm 5 Tage lang in einer Kugelmühle. Getrennt davon wurde eine Aufschlämmung von SiO₂ und eines Phenolharzes hergestellt durch Zugabe von 10 g SiO₂ (P100, Esprit) und 3 g des oben genannten Phenolharzes zu 19,5 g 1-Butanol und 19,5 g Xylol. Die resultierende Titandioxid-Dispersion wurde unter Verwendung eines Nylon-Tuches mit einer Porengröße von 20 μm filtriert, das Filtrat wurde mit einem Horiba Capa 700-Teilchengrößen-Analysator gemessen und man erhielt eine mittlere TiO₂-Teilchengröße von 50 nm im Durchmesser und eine mittlere TiO₂-Teilchenoberflächengröße von 30 m²/g, bezogen auf die oben genannte TiO₂/-VARCUM-Dispersion. Außerdem wurden Lösungsmittel, umfassend 5 g 1-Butanol und 5 g Xylol; 2,6 g Bisphenol S (4,4-Sulfonyldiphenol) und 5,4 g der oben hergestellten SiO₂/VARCUM-Aufschlämmung zu 50 g der oben genannten resultieren TitandioxidNARCUM-Dispersion, die als Beschichtungsdispersion bezeichnet wurde, zugegeben. Die Aluminiumtrommel wurde mit einem Detergens gereinigt, mit entionisiertem Wasser gespült und mit der Beschichtungslösung bei einer Abzugsrate von 160 mm/min tauchbeschichtet und anschließend 15 min lang bei 160 °C getrocknet, wobei man eine Grundierschicht mit einer Dicke von 3,5 μm erhielt. Die Ladungen bildende Schicht und die Ladungen transportierende Schicht wurden nach dem gleichen Verfahren wie in dem obigen Beispiel 2 beschrieben hergestellt.
Beispiel 4
Die elektrischen Eigenschaften der hergestellten Photorezeptor-Einrichtung mit der erfindungsgemäßen Grundierschicht (Beispiel 1) und der Kontrollprobe wurden unter Anwendung von Standard-Trommel-Photorezeptor-Testverfahren getestet. Die elektrischen Eigenschaften der Photorezeptor-Proben, die nach Beispiel 2 und nach Vergleichsbeispiel 3 hergestellt worden waren, wurden unter Verwendung eines xerographischen Test-Scanners bewertet. Die Trommeln wurden mit einer konstanten Oberflächengeschwindigkeit von 15,7 cm/s gedreht. Um den Umfang der montierten Photorezeptor-Proben herum wurde ein Gleichstromdraht-Scorotron, eine Lichtquelle mit einem schmalen Wellenlängenband, ein Auslöschungslicht und vier Elektrometer-Sonden angeordnet. Die Probenaufladungszeit betrug 177 ms. Das für die Belichtung verwendete Licht wies eine Output-Wellenlänge von 680 nm auf und das für die Löschung verwendete Licht wies eine Output-Wellenlänge von 550 nm auf.
Die Testproben wurden zuerst mindestens 60 min lang im Dunkeln ruhen gelassen, um eine Äquilibrierung unter den Testbedingungen bei einer relativen Feuchtigkeit von 50 % und einer Temperatur von 72 °F (22 °C) zu erzielen. Jede Probe wurde dann im Dunkeln negativ aufgeladen bis auf ein Potential von etwa 500 Volt. Das Testverfahren wurde wiederholt zur Bestimmung der durch Photonen (Licht) induzierten Entladungseigenschaften (PIDC) jeder Probe durch unterschiedliche Lichtenergien von bis zu 40 erg/cm².
Die 4 zeigt ein Diagramm, in dem die PIDC-Charakteristika eines Photorezeptors, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in dem obigen Beispiel angegeben, hergestellt worden war, dargestellt sind. Die PIDC-Charakteristika in der 4 erläutern ein sehr gutes, durch Photonen (Licht) induziertes Entladungsverhalten. In der Tabelle 1 sind andere (weitere) elektrische Eigenschaften angegeben.
Tabelle 1
Die in der Tabelle 1 verwendeten Abkürzungen haben die folgenden Bedeutungen:

V(0) (PIDC) steht für die Dunkelspannung nach der Scorotron-Aufladung
Q/A PIDC steht für die Stromdichte zur Aufladung der Einrichtungen bis auf die V(0)-Werte
Dunkelzerfall steht für die 0,2 s Dauer des Spannungsabfalls im Dunkeln
V(2,6) steht für die durchschnittliche Spannung nach einer Belichtung mit 2,6 erg/cm²
V(4,26) steht für die durchschnittliche Spannung nach einer Belichtung mit 4,26 erg/cm²
V(13) steht für die durchschnittliche Spannung nach einer Belichtung mit 13 erg/cm²
dV/dX steht für die anfängliche Abnahme der PIDC
V_Löschung steht für die durchschnittliche Spannung nach der Löschungs-Belichtung.

Die mit dem erfindungsgemäßen Beispiel erzielten Ergebnisse sind denjenigen der Kontrollprobe überlegen, wie der Vergleich in der Tabelle 1 zeigt. Das erfindungsgemäße Beispiel wies ausgezeichnete Aufladungseigenschaften mit einem niedrigen Restpotential und einem niedrigen Dunkelzerfall auf.

Claims

Ein Bilderzeugungselement umfassend: einen elektrisch leitfähigen Träger, enthaltend eine darauf befindliche elektrisch leitfähige Schicht; darauf eine erste Schicht umfassend ein Metallalkyloxid, ein Aminosiloxan, und ein Farbwechselmaterial dispergiert in einem Bindemittel; worin das Farbwechselmaterial ein Material ist, das reversibel die Farbe in Gegenwart einer Lewis-Base ändert, worin der Farbwechsel bei Aussetzen an Licht reversibel ist; und eine ladungsgenerierende Schicht und eine Ladungstransportschicht.
Das Bilderzeugungselement gemäß Anspruch 1, worin das Metallalkyloxid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metallmethoxiden, Metallethoxiden, Metallpropoxiden, Metallisopropoxiden, Metallbutoxiden, Titanpropoxid, Titanisopropoxid, Titanmethoxid, Titanbutoxid, Titanethoxid, Zirkonisopropoxid, Zirkonpropoxid, Zirkonbutoxid, Zirkonethoxid, Zirkonmethoxid, oder einer Kombination davon.
Das Bilderzeugungselement gemäß Ansprach 1, worin das Siloxan ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aminoalkylalkoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyldiisopropylethoxysilan, Aminophenyltrimethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropylpentamethyldisiloxan, oder einer Kombination davon.
Das Bilderzeugungselement gemäß Anspruch 1, worin das Farbwechselmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Phenolphthalein, Phenolsulfonphthalein, Thymolphthalein, oder einer Kombination davon.
Das Bilderzeugungselement gemäß Anspruch 1, worin die erste Schicht mit einer Dicke von ungefähr 0,1 Micron bis ungefähr 20 Micron aufgetragen ist.
Das Bilderzeugungselement gemäß Anspruch 1, worin die ladungsgenerierende Schicht ein Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischen photoleitfähigen Materialien, amorphem Selen, trigonalem Selen, Selenlegierungen, Selen-Tellur, Selen-Tellur-Arsen, Selenarsenid, organischen photoleitfähigen Materialien, Phthalocyaninpigmenten, die X-Form von metallfreiem Phthalocyanin, Metallphthalocyaninen, Vanadylphthalocyanin, Kupferphthalocyanin, Chinacridonen, Dibromanthanthronpigmenten, Benzimidazolperylen, substituierten 2,4-Diaminotrianzinen, polynuklearen aromatischen Chinonen, Enzmidazolperylen, oder einer Kombination davon.
Das Bilderzeugungselement gemäß Anspruch 1, worin die Ladungstransportschicht ein Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe aus einer Ladung transportierenden aromatischen Aminoverbindung, Triphenylmethan, bis(4-Diethylamin-2-methylphenyl)phenylmethan; 4'-4''-bis(Diethylamino)-2',2''-dimethyltriphenylmethan, N,N'-bis(Alkylphenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(chlorophenyl)-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3''-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, oder einer Kombination davon.
Das Bilderzeugungselement gemäß Anspruch 1, worin das Metall Alkyloxid in der ersten Schicht in einer Menge von ungefähr 5% bis ungefähr 95% oder von ungefähr 20% bis ungefähr 80% zugegen ist, basierend auf dem Gesamtgewicht der ersten Schicht.
Das Bilderzeugungselement gemäß Anspruch 1, worin das Aminosiloxan in der ersten Schicht in einer Menge von ungefähr 95% bis ungefähr 5% oder von ungefähr 80% bis ungefähr 20% zugegen ist, basierend auf dem Gesamtgewicht der ersten Schicht.
Verfahren zur Herstellung eines Bilderzeugungselements umfassend: Bereitstellen eines elektrisch leitfähigen Trägers mit einer darauf befindlichen elektrisch leitfähigen Schicht; darauf Bilden einer ersten Schicht umfassend ein Metallalkyloxid, ein Aminosiloxan, und ein Farbwechselmaterial dispergiert in einem Bindemittel; worin das Farbwechselmaterial ein Material ist, das reversibel die Farbe in Gegenwart einer Lewis-Base ändert, und worin der Farbwechsel bei Aussetzen an Licht reversibel ist; und darauf Bilden einer ladungsgenerierenden Schicht und einer Ladungstransportschicht.