DE68912679T2 - Verfahren der nichtelektrostatischen Toner-Uebertragung. - Google Patents
Verfahren der nichtelektrostatischen Toner-Uebertragung.Info
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Description
- Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren der nicht-elektrostatischen Übertragung von Tonerteilchen, die ein entwickeltes elektrostatisches latentes Bild auf einem Element bilden und die eine Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometer aufweisen, van dem Element auf ein Empfangsmaterial. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem die Tonerteilchen mit dem Empfangsmaterial in Kontakt gebracht werden, das ein mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtetes Substrat aufweist mit einer Schicht eines Trennmittels, wobei das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, derart, daß seine Temperatur während der Übertragung und nachfolgenden Trennung von dem Element oberhalb der Glas-Übergangstemperatur Tg des Polymeren liegt.
- In einer elektrostatographischen Kopiervorrichtung wird ein elektrostatisches latentes Bild auf einem Element erzeugt. Das Bild wird durch Aufbringen eines entgegengesetzt geladenen Toners auf das Element entwickelt. Der das Bild erzeugende Toner auf dem Element wird dann auf ein Empfangsmaterial übertragen, wo der Toner fixiert wird. Die Übertragung des Toners auf das Empfangsmaterial wird gewöhnlich auf elektrostatischem Wege durchgeführt, mittels einer elektrostatischen Vorspannung zwischen dem Empfangsmaterial und dem Element.
- Um Kopien eines sehr hohen Auflösungsvermögens herzustellen, ist es erforderlich, Tonerteilchen zu verwenden, die eine sehr geringe Teilchengröße aufweisen, d.h. von weniger als etwa 8 Mikrometern. (Die hier angegebene Teilchengröße bezieht sich auf den mit dem mittleren Volumen belasteten Durchmesser, ermittelt mittels üblicher Durchmesser-Meßgeräte, wie beispielsweise vom Typ Coulter Multisizer, Hersteller Coulter, Inc. Der mit dem mittleren Volumen belastete Durchmesser ist die Summe der Masse eines jeden Teilchens mal dem Durchmesser eines sphärischen Teilchens von gleicher Masse und Dichte, dividiert durch die gesamte Teilchenmasse.) Es hat sich jedoch gezeigt, daß es sehr schwierig ist, auf elektrostatischem Wege derartige feine Tonerteilchen von dem Element auf das Empfangsmaterial zu übertragen, und zwar insbesondere dann, wenn sie kleiner als 8 Mikrometer im Durchmesser sind. Das heißt, feine Tonerteilchen werden oftmals von dem Element nicht mit einer ausreichenden Wirksamkeit übertragen. Überdies hat sich gezeigt, daß jene Teilchen, die übertragen werden, häufig nicht in eine Position auf dem Empfangsmaterial übertragen werden, die direkt gegenüber der Position auf dem Element liegt, sondern vielmehr unter dem Einfluß von Coulomb'schen Kräften zur Zerstreuung neigen, wodurch die Auflösung des übertragenen Bildes vermindert wird und die Körnigkeit und der Sprenkeleffekt erhöht werden.
- Um dieses Problem zu überwinden, hat es sich als erforderlich erwiesen, den Toner von dem Element auf das Empfangsmaterial mittels nicht-elektrostatischer Verfahren zu übertragen. Ein solches Verfahren ist das unter Wärmeeinwirkung durchgeführte Übertragungsverfahren, das in der U.S.-Patentschrift 4 927 727 beschrieben wird, bei dem das Empfangsmaterial erhitzt wird, in typischer Weise auf etwa 60 bis etwa 90ºC, und gegen die Tonerteilchen auf dem Element gepreßt wird. Das aufgeheizte Empfangsmaterial sintert die Tonerteilchen, wodurch sie aneinanderkleben und an dem Empfangsmaterial ankleben, wodurch die Übertragung des Toners von dem Element auf das Empfangsmaterial bewirkt wird. Das Element und das Empfangsmaterial werden dann voneinander getrennt und das Tonerbild wird fixiert, z.B. auf thermischem Wege auf das Empfangsmaterial aufgeschmolzen.
- Die U.S.-Patentschrift 4 510 225 beschreibt ein elektrophotographisches Verfahren zur Herstellung eines opaken Druckes durch Übertragung eines elektrophotographisch erzeugten Tonerbildes mittels Wärme und Druck auf eine vorerweichte transparente, thermoplastische dünne Schicht, die an ein opakes Substrat gebunden ist.
- Die U.S.-Patentschrift 4 626 256 beschreibt ein Bildempfangsblatt zur Verwendung in Kombination mit einem Wärmeübertragungsblatt mit einem Substrat, einer Bildempfangsschicht hierauf und gegebenenfalls einer Schicht mit einem Formtrennmittel auf mindestens einem Teil der Bildempfangsschicht.
- Obgleich bei dem durch Wärme unterstützten elektrostatischen Übertragungsverfahren sehr kleine Teilchen übertragen werden, ohne daß eine Zerstreuung erfolgt, wie im Falle von elektrostatischen Übertragungsverfahren, kann es gelegentlich schwierig sein, sämtliche der Tonerteilchen nach diesem Verfahren zu übertragen. Die Tonerteilchen, die direkt auf dem Element sitzen, üben oftmals eine größere Anziehungskraft auf das Element auf als auf das Empfangsmaterial und auf andere Tonerteilchen, die sich über ihnen befinden, wodurch die Wärme von dem Empfangsmaterial sich mit der Zeit, bis sie die Tonerteilchen nächst dem Element erreicht, in einem solchen Umfange vermindert hat, daß sie die Tonerteilchen nicht mehr zum Sintern bringen kann. Als Folge hiervon können die Tonerteilchen, die sich in Kontakt mit dem Element befinden, nicht mehr übertragen werden. Versuche, dieses Problem durch Kontaktieren des Elementes mit einem Trennmittel zu überwinden, haben sich nicht als erfolgreich erwiesen, da das Verfahren dazu neigt, daß das Trennmittel von dem Element in den Entwickler abgewischt wird, wodurch sich sowohl der Entwickler wie auch das Entwicklungsverfahren verschlechtern.
- Ein alternativer Versuch zur Entfernung sämtlicher Tonerteilchen von dem Element besteht in der Verwendung eines Empfangsmaterial, das mit einem thermoplastischen Polymer beschichtet worden ist. Während der Übertragung haften die Tonerteilchen an der thermoplastischen Beschichtung oder werden teilweise in die thermoplastische Beschichtung eingebettet, wodurch sie von dem Element entfernt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß viele thermoplastische Materialien, die dazu befähigt sind, sämtliche Tonerteilchen zu entfernen, auch dazu neigen, an dem Element anzukleben. Hierdurch wird natürlich nicht nur die Bildqualität schwerwiegend beeinträchtigt, sondern hierdurch können auch das Element und das Empfangsmaterial geschädigt werden. Bis heute wurde keine gute Lösung dieses Problems aufgefunden.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit, das sowohl das Problem einer unvollständigen Übertragung von feinen Tonerteilchen löst wie auch das Problem der Haftung des Empfangsmaterials an dem Element während der Übertragung und nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials von dem Element.
- Die Erfindung stellt ein Verfahren zur nicht-elektrostatischen Übertragung von trockenen Tonerteilchen bereit, die ein entwickeltes elektrostatisches, latentes Bild auf einem Element bilden und die eine Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometer aufweisen, von dem Element auf ein Empfangsmaterial, bei dem man die Tonerteilchen mit einem Empfangsmaterial in Kontakt bringt, das ein Substrat mit einer Beschichtung aus einem thermoplastischen Polymeren auf der Oberfläche des Substrates und eine Schicht aus einem Trennmittel auf der Oberfläche der Beschichtung in einer Menge, die ausreichend ist, um das thermoplastische Polymer daran zu hindern, an dem Element während der Übertragung haftenzubleiben, umfaßt, bei dem man das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt, derart, daß die Temperatur des Empfangsmaterials während der Übertragung oberhalb der Glas-Übergangstemperatur Tg des thermoplastischen Polymeren liegt und bei dem man das Empfangsmaterial von dem Element bei einer Temperatur oberhalb der Tg-Temperatur des thermoplastischen Polymeren trennt.
- Dadurch, daß bei dem Verfahren ein Empfangsmaterial verwendet wird, das mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtet ist, das eine Schicht aus einem Trennmittel aufweist, und da das Empfangsmaterial auf eine Temperatur oberhalb der Tg-Temperatur des Polymeren während der Übertragung und Trennung erhitzt wird, wird das thermoplastische Polymer daran gehindert, an dem Element während der Übertragung und Trennung anzukleben, und das Element kann von dem Empfangsmaterial abgetrennt werden, ohne daß das Polymer hieran anklebt. Weiterhin wird praktisch sämtlicher Toner während der Übertragung auf das Empfangsmaterial übertragen. Dies ist ein überraschendes Ergebnis, da Trennmittel in typischer Weise auf ein Element aufgebracht werden, um zu verhindern, daß Toner an dem Element anhaftet, weshalb man tatsächlich erwarten mußte, daß das Aufbringen eines Trennmittels auf ein Empfangsmaterial verhindern würde, daß Toner an dem Empfangsmaterial anhaftet, was zu einer schlechteren Übertragung führen würde, anstatt zu einer verbesserten Übertragung, die tatsächlich beobachtet wird.
- Durch Übertragung von Toner unter Verwendung des besonders aufgeheizten Empfangsmaterials ist es nicht nur möglich, ein Bild hoher Qualität zu erhalten, das nicht erhalten wird, wenn sehr kleine Teilchen auf elektrostatischem Wege übertragen werden, sondern vielmehr wird auch das oben beschriebene Problem der unvollständigen Übertragung gelöst, das manchmal bei einem Übertragungsverfahren mit Wärmeunterstützung auftritt.
- Das Verfahren dieser Erfindung bietet ferner mehrere andere Vorteile. Ein solcher Vorteil besteht darin, daß Kopien, die unter Anwendung des Verfahrens dieser Erfindung hergestellt werden, einen höheren gleichförmigen Glanz aufweisen, da das gesamte Empfangsmaterial mit einem thermoplastischen Polymer beschichtet ist (das glänzend gemacht werden kann), während im Falle von Empfangsmaterialien, die nicht mit einem thermoplastischen Polymer beschichtet sind, lediglich jene Teile des Empfangsmaterials, die mit dem Toner bedeckt sind, glänzend gemacht werden können, und der Grad des Glanzes sich mit der Tonermenge verändert. Ein anderer Vorteil des Verfahrens dieser Erfindung besteht darin, daß, wenn der Toner fixiert wird, er mehr oder weniger intakt in die thermoplastische Beschichtung eingeführt wird und nicht gestreut oder über das Empfangsmaterial ausgebreitet wird, was ebenfalls zu einem Bild einer höheren Auflösung und mit weniger Korn führt. Schließlich wurde auch gefunden, daß bei dem Verfahren dieser Erfindung Licht dazu neigt, von hinten von eingebetteten Tonerteilchen, die sich in der thermoplastischen Schicht befinden, reflektiert zu werden, was zu einer stärkeren Diffusion des Lichtes führt, wodurch das Aussehen des Bildes weniger körnig wird.
- Bei dem Verfahren dieser Erfindung erfolgt die Übertragung der Tonerteilchen von einem Element auf ein Empfangsmaterial auf nicht-elektrostatischem Wege unter Verwendung eines Empfangsmaterials mit einem Substrat, einer Beschichtung mit einem thermoplastischen Polymer auf dem Substrat und einer Schicht eines Trennmittels auf der Beschichtung. Das Empfangsmaterial wird auf eine Temperatur erhitzt, derart, daß seine Temperatur während der Übertragung oberhalb der Glas- Übergangstemperatur, Tg, des Polymeren liegt. Aufgrund des Vorhandenseins des Trennmittels kann das Element von dem Empfangsmaterial bei einer Temperatur abgetrennt werden, die oberhalb des Tg-Wertes des Polymeren liegt, ohne daß dabei das Polymer an dem Element anhaftet. Das Erhitzen des Empfangsmaterials auf eine Temperatur oberhalb der Tg-Temperatur des Polymeren kann nach einer Vielzahl von Methoden erfolgen, beispielsweise durch Wärmestrahlung in einem Ofen oder durch Kontaktieren des Empfangsmaterials mit einer aufgeheizten Walze oder einem heißen Walzbalken. Vorzugsweise wird die Oberfläche des Empfangsmaterials auf 60 bis 90ºC erhitzt.
- Nahezu ein jeder Typ eines Substrates kann dazu verwendet werden, um das beschichtete Empfangsmaterial herzustellen, das im Rahmen dieser Erfindung verwendet wird, einschließlich Papier, Folien und insbesondere transparenten Folien, die zur Herstellung von Diapositiven geeignet sind. Das Substrat soll nicht schmelzen, erweichen oder in anderer Weise seine mechanische Integrität während der Übertragung oder Fixierung des Toners verlieren. Ein gutes Substrat sollte das thermoplastische Polymer nicht absorbieren, sondern sollte es ermöglichen, daß das thermoplastische Polymer auf seiner Oberfläche verbleibt und eine gute Bindung zur Oberfläche bildet. Substrate mit glatten Oberflächen führen natürlich zu einer besseren Bildqualität. Ein flexibles Substrat ist besonders wünschenswert, oder sogar notwendig in vielen elektrostatographischen Kopiervorrichtungen. Ein Substrat ist im Falle dieser Erfindung erforderlich, da die thermoplastische Beschichtung während der Übertragung und Fixierung der Tonerteilchen auf das Empfangsmaterial erweichen muß und da ohne ein Substrat die thermoplastische Beschichtung sich verwerfen würde, oder in anderer Weise zerstört würde oder Tropfen bilden würde, die das Bild zerstören würden.
- Ein beliebiges gutes filmbildendes, thermoplastisches Polymer kann zur Erzeugung einer thermoplastischen Beschichtung auf dem Substrat verwendet werden. Die thermoplastische Beschichtung muß an dem Substrat genügend fest anhaften, so daß die Beschichtung nicht abgestreift wird, wenn das Empfangsmaterial erhitzt wird. Es muß ferner ausreichend an dem Toner anhaften, so daß eine Übertragung des Toners stattfinden kann. Die thermoplastische Beschichtung sollte ferner abriebresistent sein und flexibel genug, daß sie nicht bricht, wenn das Empfangsmaterial gebogen wird. Ein gutes thermoplastisches Polymer sollte nicht schrumpfen oder sich stark ausdehnen, so daß das Empfangsmaterial nicht verworfen oder das Bild zerstört wird, und es sollte vorzugsweise transparent sein, so daß die Klarheit des Bildes nicht beeinträchtigt wird. Das thermoplastische Polymer muß einen Tg-Wert von weniger al 10ºC über dem Tg-Wert des Tonerbindemittels haben, das vorzugsweise einen Tg-Wert von 60 bis 100ºC hat, so daß die Tonerteilchen in die Oberfläche der thermoplastischen Beschichtung während der Übertragung eingedrückt werden können. Vorzugsweise liegt der Tg-Wert des thermoplastischen Polymeren unterhalb des Tg-Wertes des Tonerbindemittels, doch können Polymere mit einem Tg-Wert bis zu 10ºC oberhalb des Tg-Wertes des Tonerbindemittels verwendet werden, bei höheren Abzwick-Geschwindigkeiten (nip speeds), in welchem Falle der Toner von dem Nip entfernt wird, bevor er schmelzen kann. Ein Schmelzen des Toners in dem Nip sollte vermieden werden, da der Toner hierdurch an dem Element haften kann oder das Element schädigen kann. Da ein Fixieren des Toners auf dem Empfangsmaterial gewöhnlich das Aufschmelzen oder Fusionieren des Toners erfordert, erfolgt ein Fixieren bei einer höheren Temperatur als die Übertragung (wenn mit voneinander getrennten Stufen gearbeitet wird), und das Fixieren führt zu einem Erweichen oder Schmelzen sowohl des Toners als auch der thermoplastischen Beschichtung.
- Als das filmbildende Polymer können sowohl Kondensationswie auch Additionspolymere verwendet werden und oftmals ist es zweckmäßig, eine Mischung von verschiedenen Polymeren zu erzeugen, um die wünschenswertesten Eigenschaften zu erzielen. Ein gutes thermoplastisches Polymer weist vorzugsweise eine Oberflächenenergie auf (bestimmt nach üblichen Methoden) von 4 x 10&supmin;² bis 6 x 10&supmin;² N/m (40 bis 60 Dyn/cm). Thermoplastische Polymere mit einer niedrigeren Oberflächenenergie können unter Umständen nicht sämtlichen Toner von dem Element aufnehmen, und thermoplastische Polymere mit einer größeren Oberflächenenergie können dazu neigen, an dem Element haftenzubleiben. Ein bevorzugtes mittleres Molekulargewicht (weight average molecular weight) für das thermoplastische Polymer liegt bei 20.000 bis 500.000. Wird ein Kondensationspolymer verwendet, so liegt das bevorzugte mittlere Molekulargewicht im Bereich von 20.000 bis 80.000, und wird ein Additionspolymer verwendet, so liegt das bevorzugte mittlere Molekulargewicht bei 50.000 bis 500.000. Polymere mit niedrigeren Molekulargewichten können schlechtere physikalische Eigenschaften aufweisen und können spröde sein und brechen, und Polymere von höheren Molekulargewichten können schlechte Fließeigenschaften aufweisen und keine ins Gewicht fallenden zusätzlichen Vorteile haben, die die zusätzlichen Kosten für ihre Herstellung rechtfertigen. Ein geeigneter Tg-Wert für das Polymer liegt bei 40 bis 80ºC und vorzugsweise bei 45 bis 60ºC, da Polymere mit niedrigeren Tg-Werten oftmals bei warmem Wetter zu weich sind und Polymere mit einem höheren Tg-Wert nicht genug erweichen, um sämtlichen Toner aufnehmen zu können. Das thermoplastische Polymer ist vorzugsweise amorph, da amorphe Polymere leicht zur Verfügung stehen und gut arbeiten, doch sind auch kristalline Polymere geeignet, wenn sie die obenerwähnten Eigenschaften aufweisen. Zu anderen wünschenswerten Eigenschaften gehören eine thermische Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Luftoxidation und Luftverfärbung.
- Die thermoplastische Beschichtung auf dem Empfangsmaterial kann in einer Vielzahl von Wegen hergestellt werden, einschließlich einer Lösungsmittelbeschichtung, durch Extrudieren und durch Ausbreiten aus einem Wasser-Latex. Ein Extrusionsverfahren wird bevorzugt angewandt, da kein Lösungsmittel vorhanden ist. Die erhaltene thermoplastische Beschichtung auf dem Substrat hat vorzugsweise eine Dicke von 2 bis 20 Mikrometern, da dünnere Schichten unzureichend sein können, um sämtlichen Toner von dem Element zu übertragen, und da dickere Schichten unnötig sind, und zu einem Verwerfen des Empfangsmaterials führen können, ferner zu einer Delaminierung, zu einer Versprödung, oder daß sie zu einem Verlust an Bildschärfe führen können.
- Zu geeigneten thermoplastischen Materialien gehören Polyester, Polystyrole, Polystyrol-Acrylics, Polymethylmethacrylat, Polyvinylacetat, Polyolefine und Copolymere, wie beispielsweise Polyvinylethylen-co-acetat, Polyethylen-co- acrylics, amorphes Polypropylen und Copolymere und Pfropf- Copolymere des Polypropylens. Das bevorzugte thermoplastische Material ist eine Mischung von Polyestern.
- Das Trennmittel kann definiert werden als ein zur Beschichtung geeignetes Material mit einer sehr niedrigen Oberflächenenergie, von vorzugsweise weniger als 4 x 10&supmin;² N/m (40 Dyn/cm). Um zu verhindern, daß das Trennmittel das photoleitfähige Element benetzt und an diesem haftenbleibt, sollte das Trennmittel vorzugsweise eine niedrigere Oberflächenenergie aufweisen als das Element. Viele Elemente werden hergestellt mit Polyester-Bindemitteln und weisen niedrige Oberflächenenergien von 4,5 x 10&supmin;² N/m (45 Dyn/cm) auf. Viele Verbindungen, die in herkömmlicher Weise als Trennmittel verwendet werden, sind im Rahmen dieser Erfindung nicht geeignet, da ihre Oberflächenenergien zu hoch sind. Ein geeignetes Trennmittel sollte ferner auf oder nahe der Oberfläche der thermoplastischen Beschichtung verbleiben und sollte nicht in die thermoplastische Beschichtung in ins Gewicht fallenden Konzentrationen eindringen oder die Bindung der thermoplastischen Beschichtung an das Substrat schwächen. Das Trennmittel sollte ferner jedoch nicht mit dem thermoplastischen Material chemisch zu reagieren vermögen, da gefunden wurde, daß Trennmittel, die chemisch mit dem thermoplastischen Material zu reagieren vermögen, nicht gut arbeiten. Geeignete Trennmittel sind nicht-polare Verbindungen, wie beispielsweise hydrophobe Metallsalze von organischen Fettsäuren, wie beispielsweise Zinkstearat, Nickelstearat und Zinkpalmitat, Siloxan-Copolymere, wie z.B. Poly(4,4'-isopropyliden-diphenylen-co-block-Poly-(dimethyl- siloxandiyl)sebacat], fluorierte Kohlenwasserstoffe, perfluorierte Polyolefine und semi-kristalline Polymere, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen und eine Vielzahl von Polyestern.
- Die Schicht des Trennmittels kann auf der thermoplastischen Schicht erzeugt werden durch Lösungsmittelbeschichtung, durch Aufreiben eines pulverförmigen oder flüssigen Trennmittels oder nach anderen Methoden. Das bevorzugte Verfahren ist jedoch das gleichzeitige Aufbringen von sowohl Trennmittel als auch thermoplastischem Polymer auf das Substrat. Dies kann erfolgen, indem sowohl das thermoplastische Polymer als auch das Trennmittel in einem nicht-polaren Lösungsmittel gelöst werden, wenn das Trennmittel eine niedrigere Oberflächenenergie aufweist, so daß das Trennmittel auf die Oberfläche der thermoplastischen Beschichtung gelangt, wenn das Lösungsmittel verdampft. Eine Lösung, in der das Trennmittel 1 bis 5% des Gewichtes des thermoplastischen Polymeren ausmacht, ist geeignet. Die Bildung der Schicht des Trennmittels erfolgt jedoch vorzugsweise durch Vermischen des Trennmittels in einer Schmelze mit dem thermoplastischen Polymeren und durch Extrudieren der Schmelze direkt auf das Substrat. Eine solche Schmelze kann 1 bis 5 Gew.-% Trennmittel und 95 bis 99 Gew.-% des thermoplastischen Polymeren aufweisen. Wenn die Schmelze auf dem Substrat fest wird, gelangt das Trennmittel an die Oberfläche, da die Energie der Oberfläche, die erzeugt wird, geringer ist. Wenn die Trennschicht auf die thermoplastische Beschichtung aufgebracht wird, so weist sie vorzugsweise eine Dicke von 3 Nanometern (30 Ä) bis 1 Mikrometer auf, da dünnere Schichten die thermoplastische Beschichtung gegebenenfalls nicht daran hindern können, an dem Element anzuhaften, und der Toner gegebenenfalls nicht in die thermoplastische Beschichtung einzudringen vermag, wenn die Schicht dicker ist.
- Die Polymeren, die als Toner-Bindemittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, können allein oder in Kombination verwendet werden, wobei zu diesen Toner-Bindemitteln jene Polymeren gehören, die in üblicher Weise in elektrostatischen Tonern verwendet werden. Geeignete Polymere weisen im allgemeinen einen Tg-Wert zwischen 50 und 120ºC auf. Vorzugsweise weisen Tonerteilchen, die hergestellt werden aus diesen Polymeren, eine relativ hohe Zusammenbacktemperatur auf, beispielsweise von höher als 60ºC, so daß die Tonerpulver über relativ lange Zeiträume aufbewahrt werden können bei mäßig hohen Temperaturen, ohne daß einzelne Teilchen agglomerieren und zusammenklumpen. Der Schmelzpunkt von geeigneten Polymeren liegt vorzugsweise im Bereich von 65ºC bis 200ºC, so daß die Tonerteilchen leicht auf das Empfangsmaterial unter Erzeugung eines permanenten Bildes aufgeschmolzen oder auffusioniert werden können. Besonders bevorzugte Polymere sind solche mit einem Schmelzpunkt innerhalb des Bereiches von 65º bis 120ºC.
- Zu geeigneten Polymeren mit den oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften gehören polymere Ester von Acryl- und Methacrylsäure, wie z.B. Poly(alkylacrylat) und Poly(alkylmethacrylat), worin der Alkylrest 1 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen kann. Andere geeignete Polymere sind die verschiedenen Styrol-enthaltenden Polymeren. Solche Polymere können beispielsweise aus einer polymerisierten Mischung von 40 bis 100 Gew.-% Styrol, 0 bis 45 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder -methacrylates mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in dem Alkylrest, wie z.B. Methyl, Ethyl, Isopropyl, Butyl usw. und zu 5 bis 50 Gew.-% eines anderen Vinylmonomeren, das sich von Styrol unterscheidet, beispielsweise einem höheren Alkylacrylat oder -methacrylat mit 6 bis 20 oder mehr Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe bestehen. Typische Styrol-enthaltende Polymere, hergestellt aus einer copolymerisierten Mischung, wie im vorstehenden beschrieben, sind Copolymere, hergestellt aus einer monomeren Mischung aus 40 bis 60 Gew.-% Styrol oder einem Styrol-Homologen, 20 bis 50 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder -methacrylates und 5 bis 30 Gew.-% eines höheren Alkylacrylates oder -methacrylates, wie z.B. Ethylhexylacrylat (z.B. Styrol-Butylacrylat-Ethylhexylacrylat-Copolymer). Bevorzugte aufschmelzbare Styrol-Copolymere sind solche, die mittels einer geringen Menge einer Divinylverbindung covalent quervernetzt sind, wie beispielsweise mittels Divinylbenzol. Eine Vielzahl von anderen geeigneten Styrol-enthaltenden Tonermaterialien wird beschrieben in den U.S.-Patentschriften 2 917 460; Re 25 316; 2 788 288; 2 638 416; 2 618 552 und 2 659 670. Verschiedene Arten von bekannten Zusätzen (z.B. Färbemitteln, Ladungssteuerungsmitteln usw.) können in die Toner eingearbeitet werden.
- Zu dem Element, von dem die Tonerteilchen übertragen werden, gehören beliebige der elektrostatographischen Elemente, die auf diesem Gebiet bekannt sind, einschließlich der elektrophotographischen oder dielektrischen Aufzeichnungselemente. Beispiele für derartige Elemente finden sich in den U.S.- Patentschriften 4 175 960 und 3 615 414.
- Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung in speziellerer Weise.
- Eine Polyestermischung mit einem Tg-Wert von 50ºC und einem mittleren Molekulargewicht (weight average molecular weight) von 30.000, einem Kondensations-Co-polymeren aus 50 Mol-% Terephthalsäure, umgesetzt mit einer 50-50 Mol-% Mischung aus Neopentylglykol und Diethylenglykol und 50 Mol-% Terephthalsäure, umgesetzt mit einer 90-10 Mol-% Mischung aus Neopentylglykol und Diethylenglykol, wurde in Methylenchlorid gelöst, das 0,24 Gew.-% (bezogen auf das gesamte Lösungsgewicht) an Polymethylphenylsiloxan mit einem Methyl- zu Phenyl-Verhältnis von 23:1, hergestellt von der Firma Dow- Corning Company, unter der Handelsbezeichnung "DC 510" enthielt, unter Bildung einer 10 gew.-%igen Lösung des Polyesters. Ein mit Polyethylen beschichtetes flexibles Papier, das einer Korona-Behandlung unterworfen wurde, um die Oberflächenspannung zu erhöhen und infolgedessen die Adhäsion, wurde mit der Lösung beschichtet und das Lösungsmittel wurde abgedampft, unter Erzeugung einer Polyesterbeschichtung auf dem Papier einer Stärke von 10 Mikrometern. Das "DC 510" gelangte an die Oberfläche der Polyesterbeschichtung und bildete eine Schicht mit einer Oberflächenenergie von 3,8 x 10&supmin;² N/m (38 Dyn/cm). Das Empfangsmaterial wurde in einer elektrographischen Vorrichtung verwendet, wie sie in der U.S.-Patentschrift 4 473 029 vom 25. September 1984 beschrieben wird. Die Vorrichtung wies einen üblichen organischen Photoleiter in einem Polyester-Bindemittel auf, mit einer Oberflächenenergie von 4,5 x 10&supmin;² N/m (45,2 Dyn/cm). Zwischen dem Empfangsmaterial und dem photoleitfähigen Element wurde keine elektrostatische Vorspannung erzeugt. In dem Verfahren wurde ein Styrol-Butylacrylat-Toner mit einem Tg-Wert von 62ºC und einer Teilchengröße von 3,5 Mikrometern verwendet. Die Front-Oberfläche des Empfangsmaterial wurde vor der Übertragung auf 80ºC erhitzt. Diese Oberfläche wurde mit den Tonerteilchen auf der Oberfläche des photoleitfähigen Elementes in Kontakt gebracht und die Teilchen wurden auf das Empfangsmaterial übertragen. Das Empfangsmaterial und das photoleitfähige Element wurden unmittelbar nach der Übertragung und vor der Fixierung des übertragenen Bildes voneinander getrennt. Nach der Übertragung wurde der Toner durch Exponierung mit Dichloromethandämpfen fixiert.
- Die Übertragung erwies sich als sehr gut und das Element ließ sich rasch von dem Empfangsmaterial trennen, nachdem das Übertragungsverfahren beendet war. Die Übertragungswirksamkeit, d.h. der Prozentsatz an Toner, der von dem Element auf das Empfangsmaterial übertragen worden war, lag bei ungefähr 100%.
- Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die Konzentration an "DC 510" auf 0,03% vermindert wurde, was einer typischen Konzentration entsprach, wenn der Stoff als oberflächenaktives Mittel für die Beschichtung verwendet wurde. Diese Menge an Trennmittel war unzureichend, um zu verhindern, daß der Polyester an dem photoleitfähigen Element haftenblieb und das Element, das Empfangsmaterial und das Bild wurden während der Trennung dauerhaft geschädigt. Dieses Beispiel fällt nicht in den Bereich dieser Erfindung, da die Konzentration an Trennmittel an der Oberfläche der thermoplastischen Beschichtung unzureichend war.
- Ein zweites Empfangsmaterial, hergestellt aus der gleichen Lösung, wurde mit Zinkstearat vor der Übertragung beschichtet, durch Aufsprühen von Zinkstearatpulver, mit einer Oberflächenenergie von 2 x 10&supmin;² N/m (20 Dyn/cm) auf das Empfangsmaterial und Aufrauhen mit Baumwoll-Pads unter Erzeugung einer Schicht des Trennmittels mit einer Gesamtdicke von 5 Nanometern (50 Ä). Es wurden eine gute Übertragung (d.h. eine Übertragungswirksamkeit = 100%) und eine gute Trennung erzielt mit dem zweiten Empfangsmaterial.
- Der erste Teil des Beispieles 2 wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß anstelle von "DC 510" als Trennmittel, als Trennmittel Poly(bisphenol-A)-block-poly(dimethylsiloxan)adipat in einer Konzentration von 0,03% verwendet wurde, da seine Oberflächenenergie von 3,5 x 10&supmin;² N/m (35 Dyn/cm) besaß und erhältlich ist von der Firma Eastman Kodak Company unter der Handelsbezeichnung "Adipate". Das Element haftete während der Übertragung an dem Empfangsmaterial. Nachdem beide voneinander getrennt worden waren, war das Empfangsmaterial beschädigt, was dazu führte, daß nicht sämtlicher Toner übertragen wurde. Die Übertragungswirksamkeit war sehr verschieden und hing ab von der Natur der Schädigung während der Trennung. Dies Beispiel fällt nicht unter den Schutzbereich dieser Erfindung, da die Konzentration an "Adipate" an der Oberfläche unzureichend war, um eine Trennung zu bewirken.
- Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß das Empfangsmaterialsubstrat aus einem flexiblen Polyethylenterephthalatfilmträger bestand, erhältlich von der Firma Eastman Kodak Company unter der Handelsbezeichnung "Estar 427", und das "DC 510" wurde ersetzt durch "Adipate" in einer Konzentration von 0,24%. Die Übertragungwirksamkeit war größer als 99% und das Empfangsmaterial und das Element ließen sich leicht voneinander trennen. Das erhaltene Bild war geeignet zur Verwendung als Diapositiv von hoher Qualität.
- Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß das "DC 510" ersetzt wurde durch "Adipate" in einer Konzentration von 0,24%, und daß der Toner ein Polyestertoner war mit einem Tg-Wert von 60ºC und einer Teilchengröße von 3,5 Mikrometern. Es wurden eine gute Übertragung (d.h. Übertragungswirksamkeit = 100%) und gute Trennung erzielt.
- Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß das "DC 510" ersetzt wurde durch "Adipate" in einer Konzentration von 0,24%, und daß das Substrat bestand aus einem 254 Mikrometer dicken flexiblen mit Polyethylen beschichteten Papierträger. Die Übertragung und Trennung waren gut (d.h. Übertragungswirksamkeit = 100%).
- Beispiel 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Substrat aus einem flexiblen graphischen Papier vom Typ "Navajo Fieldstone Cover" bestand. Die thermoplastische Beschichtung wurde durch das Papier während der Beschichtungsoperation absorbiert. Das Empfangsmaterial ließ sich leicht von dem Element trennen, jedoch war die Übertragungswirksamkeit sehr niedrig (d.h. weniger als 30%). Dies Beispiel fällt nicht unter den Schutzbereich dieser Erfindung, da das thermoplastische Material durch das Papier absorbiert wurde, anstatt eine Beschichtung auf der Oberfläche des Papieres zu bilden.
- Beispiel 7 wurde wiederholt mit der Ausnahme jedoch, daß das Substrat aus einem flexiblen mit Ton beschichteten graphischen Papier bestand, und zwar vom Typ 6 pt. "Kromekote", erhältlich von der Firma Champion. Das thermoplastische Polymer wurde nicht von dem Papier absorbiert, sondern verblieb prinzipiell auf der Oberfläche. Die Übertragung und Trennung waren gut (d.h. 100%). Die Bildqualität war gut, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß die thermoplastische Beschichtung die Oberfläche des Papiers glättete.
- Dieses Beispiel ist ein Vergleichs-Beispiel außerhalb des Schutzbereiches dieser Erfindung, welches die Notwendigkeit der Verwendung eines Empfangsmaterials gemäß dieser Erfindung veranschaulicht, um eine gute Übertragung von kleinen Tonerteilchcn im Rahmen eines durch Wärme unterstützten Übertragungsverfahrens zu erreichen. Beispiel 8 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß keine thermoplastische Beschichtung verwendet wurde, und daß ferner kein Trennmittel eingesetzt wurde. Die Übertragungswirksamkeit war sehr schlecht (d.h. weniger als 30%).
- Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das thermoplastische Polymer bestand aus einem Styrol-Butylacrylat- Copolymeren mit einem Tg-Wert von 48ºC und einem mittleren Molekulargewicht von 150.000 und mit "Adipate" in einer Konzentration von 0,24% als Trennmittel anstelle von "DC 510". Dies führte zu einer thermoplastischen Beschichtung einer Dicke von 10 Mikrometern mit einer Schicht des Trennmittels hierauf. Das Copolymer wurde auf einen 254 Mikrometer dicken flexiblen mit Polyethylen beschichteten Papierträger aufgetragen. Die Übertragung war gut (d.h. Übertragungswirksamkeit = 100%) und das Empfangsmaterial und das Element ließen sich leicht voneinander trennen.
- Beispiel 10 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß ein im Handel erhältliches Styrol-Butylacrylat-Copolymer mit einem Tg-Wert von 46ºC und einem mittleren Molekulargewicht von 150.000, erhältlich von der Firma Goodyear unter der Handelsbezeichnung "Pliotone 2102" als thermoplastisches Polymer verwendet wurde. Die thermoplastische Beschichtung war 10 Mikrometer dick. Es wurden eine gute Übertragung (d.h. die Übertragungswirksamkeit = größer als 98%) und eine gute Trennung erreicht.
- Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das thermoplastische Polymer ein Copolymer aus 50 Gew.-% Styrol und 50 Gew.-% 2-Hydroxyethylmethacrylat war mit 15 Gew.-% Polysiloxan mit einem Tg-Wert von 46ºC und einem mittleren Molekulargewicht von 200.000, wobei das Substrat aus einem flexiblen 254 Mikrometer dicken mit Polyethylen beschichteten Papierträger bestand. Die thermoplastische Beschichtung war 10 Mikrometer dick. Das Polysiloxan-Trennmittel gelangte nicht zur Oberfläche der thermoplastischen Beschichtung, sondern verblieb dispergiert in der Beschichtung. Das Empfangsmaterial und das Element ließen sich leicht voneinander trennen, jedoch war die Übertragungswirksamkeit sehr schlecht (d.h. weniger als 1%). Dies Beispiel fällt nicht unter den Schutzbereich der Erfindung, da das Trennmaterial in der thermoplastischen Schicht dispergiert war, anstatt eine Beschichtung auf seiner Oberfläche zu bilden.
- Beispiel 6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das übertragene Tonerbild fixiert wurde durch Passieren des von zwei Walzen gebildeten Spaltes, wie es in der U.S.-Patentschrift 4 473 029 vom 25. September 1984 beschrieben wird. Die Temperatur der Aufschmelzwalzen, die mit dem Tonerbild in Kontakt gelangten, betrug 110ºC und der Druck lag bei 758,45 kPa. Es wurde eine praktisch 100%ige Übertragungswirksamkeit wie im Falle des Beispiel es 6 erzielt und die Trennung war ausgezeichnet.
- Obgleich die Vermeidung einer unvollständigen Übertragung von Tonerteilchen während der Übertragung und die Haftung des Empfangsmaterials an dem Element im Detail diskutiert wurden, ist doch zu bemerken, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung andere Vorteile bietet. Zu diesen gehören beispielsweise die Erzielung einer hohen Bildqualität, die nicht erreicht wird, wenn sehr kleine Teilchen auf elektrostatischem Wege übertragen werden. Ein weiterer Vorteil ist die Erzielung eines gleichförmigeren Glanzes von Kopien, die hergestellt werden unter Anwendung des Übertragungsverfahrens dieser Erfindung, da das gesamte Empfangsmaterial mit einem thermoplastischen Polymeren (das glänzend gemacht werden kann) beschichtet ist, während im Falle von Empfangsmaterialien, die nicht mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtet sind, lediglich jene Teile des Empfangsmaterials, die mit dem Toner bedeckt werden, glänzend gemacht werden können. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht auf der Erzielung eines Bildes mit höherer Auflösung und geringerem Korn, da, wenn der Toner fixiert wird, er mehr oder weniger intakt in die thermoplastische Beschichtung übertragen wird und sich nicht über dem Empfangsmaterial ausbreitet. Ein weiterer Vorteil beruht in der Erzeugung von weniger körnigen Bildern aufgrund der Reflexion von Licht von hinter den eingebetteten Tonerteilchen, die sich in der thermoplastischen Schicht befinden, was bewirkt, daß das Licht sich ausbreitet, wodurch das Bild als weniger körnig erscheint.
Claims (10)
1. Verfahren zur nicht-elektrostatischen Übertragung von
trockenen Tonerteilchen, die ein entwickeltes
elektrostatisches latentes Bild auf einem Element bilden und die
eine Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometer aufweisen,
von dem Element auf ein Empfangsmaterial, bei dem man die
Tonerteilchen mit einem Empfangsmaterial in Kontakt bringt,
das ein Substrat mit einer Beschichtung aus einem
thermoplastischen Polymeren auf der Oberfläche des Substrates und
eine Schicht aus einem Trennmittel auf der Oberfläche der
Beschichtung in einer Menge, die ausreichend ist, um das
thermoplastische Polymer daran zu hindern, an dem Element
während der Übertragung haften zu bleiben, umfaßt, bei dem
man das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt, derart,
daß die Temperatur des Empfangsmaterials während der
Übertragung oberhalb der Glasübertragungstemperatur Tg des
thermoplastischen Polymeren liegt und bei dem man das
Empfangsmaterial von dem Element bei einer Temperatur oberhalb der
Tg-Temperatur des thermoplastischen Polymeren trennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat Papier ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat eine
transparente Folie ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat flexibel
ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Tonerteilchen auf
das Empfangsmaterial von einem photoleitfähigen Element
übertragen werden, das ein Polyesterbindemittel aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtung
2 bis 20 Mikrometer dick ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schicht des
Trennmittels durch Aufbringen des Trennmittels auf die
Beschichtung erzeugt wird und bei dem die Schicht des Trennmittels
3 Nanometer (30 Angström) bis 1 Mikrometer dick ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Beschichtung des
thermoplastischen Polymeren und die Schicht aus dem
Trennmittel auf dem Substrat aus der Lösung erzeugt wird, die
aufweist ein Lösungsmittel, das thermoplastische Polymer
und das Trennmittel, wobei das Trennmittel in einer Menge
von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des
thermoplastischen Polymeren vorliegt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Schicht aus dem
Trennmittel durch Extrudieren einer Schmelze von 95 bis 99
Gew.-% des thermoplastischen Polymeren und 1 bis 5 Gew.-%
des Trennmittels auf das Substrat erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Trennmittel eine
Oberflächenenergie von weniger als 4.10&supmin;² N/m (40 Dyn/cm)
aufweist.
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