DE69013529T2

DE69013529T2 - Partikeltonermaterial.

Info

Publication number: DE69013529T2
Application number: DE69013529T
Authority: DE
Inventors: Deyne Hedwig Etienne De; Piet Kok; Serge Martin Tavernier; Luc Jerome Vanmaele
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Xeikon NV
Priority date: 1989-02-08
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2010-01-31
Also published as: DE69013529D1; JPH02242266A; US5013628A; JP2688785B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zusammensetzung von Tonerteilchen und eine Entwicklerzusammensetzung mit denselben Tonerteilchen zur Entwicklung von elektrostatischen Ladungsmustern oder -bildern, wie beansprucht in den Ansprüchen 1 bzw. 9.
In der Elektrostatografie wird ein latentes elektrostatisches Bild durch geladene Tonerteilchen sichtbar gemacht, d.h. entwickelt.
In der Elektrofotografie wird ein elektrostatische latentes Ladungsbild bekommen mittels eines elektrofotografischen Materials, das typischerweise aus einer Fotoleitschicht aus Isolationsmaterial auf einem geleitenden Träger besteht. Diese Schicht bekommte eine gleichmäßige Oberflächenladung im Dunkeln und wird dann einem Bild aus aktivierender elektromagnetischer Strahlung wie Licht oder X-Strahlen ausgestellt. Die Ladung auf dem Fotoleiterelement wird in die angestrahlte Zone verbreitet, um ein elektrostatisches Ladungsbild zu bilden, das dann mittels eines elektroskopischen Markierungsmaterials entwickelt wird. Das Markierungsmaterial oder, wie es auch heisst, der Toner, gleich ob er in einer Isolationsflüssigkeit oder in der Form eines Trockenpulvers geführt wird, setzt sich auf die ausgestellte Oberfläche ab, entweder nach dem Ladungsbild oder nach dem Entladungsbild, wie gewünscht. Wenn das Fotoleiterelement vom wiederverwendbaren Typ ist, z.B. eine selenbeschichtete Trommel, wird das Tonerbild auf eine andere Fläche wie z.B. Papier übertragen und dann fixiert, um eine Kopie des Originals zu liefern.
Es gibt eine Verschiedenheit von elektrostatischen Entwicklern zur Anwendung bei der Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder. Man macht einen Unterschied zwischen trockenen und flüssigen Entwicklern. Gemäß einer bekannten Ausführung werden in trockenen Entwicklern Trägerteilchen mit elektrostatisch daran haftenden Tonerteilchen gemischt. Der Träger kann aus verschiedenen Materialien bestehen und, wie der Name sagt, dient als Mittel, um die elektrostatisch responsiven Markierteilchen auf das zu entwickelnde Ladungsbild aufzutragen. Unter den besser bekannten Typen von Träger-Toner Entwicklern gibt es die Trockenentwickler, bekannt für den Einsatz in der Kaskadenentwicklung, wie beschrieben z.B in der U.S.Patent Specification No. 2,618,552 und für den Einsatz in der Magnetbürstenentwicklung, wie beschrieben z.B. in der U.S.Patent Specification No. 3,003,462.
Das Kaskadenentwicklungsverfahren wird durchgeführt, indem über die Oberfläche, die das latente elektrostatische Bild trägt, eine Entwicklungsmischung gerollt oder kaskadiert wird, die besteht aus eher großen Teilchen, wovon jedes an seiner Oberfläche eine Anzahl elektrostatisch haftender Tonerteilchen trägt. Wenn diese Mischung über die Bildträgerfläche rollt, werden die Tonerteilchen elektrostatisch auf die geladenen Bildbereiche abgesetzt.
Das Magnetbürstenentwicklungsverfahren umfaßt den Einsatz von magnetischen Mitteln zusammen mit einer Entwicklungsmischung, bestehend aus magnetischen Trägerteilchen, die eine Anzahl kleinerer elektrostatisch haftender Tonerteilchen tragen. In diesem Verfahren wird die Entwicklerzusammensetzung während des Entwicklungzyklus in einer lockeren, bürstenähnliche Orientation behalten mittels eines Magnetfeldes das, z.B. einen drehbaren nicht-magnetischen Zylinder umringt, der innen eine Vorrichting mit magnetischen Polen besitzt. Die magnetischen Trägerteilchen werden vom beschriebenen Magnetfeld zum Zylinder angezogen und die Tonerteilchen haften wegen ihrer entgegengesetzten elektrostatischen Polarität an den Trägerteilchen. Vor und während der Entwicklung bekommt der Toner eine elektrostatische Ladung vom entgegengesetzten Zeichen zu dieser des Trägermaterials, wegen der triboelektrischen Aufladung, die aus ihrem gemeinsamen Reibungskontakt hervortritt. Wenn diese bürstenähnliche Masse magnetischen Trägers mit anhaftenden Tonerteilchen über die Oberfläche gezogen wird, die das elektrostatische Bild trägt, werden die Tonerteilchen elektrostatisch zu einem entgegegengesetzt geladenen latenten Bild angezogen und bilden ein sichtbares, mit dem elektrostatischen Bild übereinstimmendes Bild. Da in den nicht ausgestellten Bereichen einer Fotoleiterfläche eine elektrostatische Ladung übrig bleibt, ist die Elektrofotografie an sich ein direktes positives Verfahren. Unter bestimmten Bedingungen, jedoch, erfordert das Fotokopieren die Herstellung von positiven Abdrucken von fotografischen Negativen.
Dies ist möglich mit Liniennegativen als Originalen, wegen des Randeffekts. Durch das Randeffekt werden negative Ladungen erzogen in den ausgestellten Bereichen die ursprünglich positive Ladungen trugen, die aber durch fotografische Ausstellung ausgeleckt sind. Wenn eine Fotoleiterschicht die ursprünglich insgesamt positiv geladen war, nach dem Linienmuster des originalen Negativs ihre positive Ladung verloren hat, werden in das ausgestellte Linienmuster durch das Randeffekt des noch immer umringenden positiven Ladungsmusters Ladungen mit Minuszeichen erzeugt. Dadurch wird positiv geladener Toner von diesen negativen Ladungen angezogen und wird ein gegenüber dem ursprünglichen Negativ positives Bild entwickelt.
Die Umkehrentwicklung eines Großflächenbildes wird genauso möglich durch Anlegen einer Vorspannung an einen Magnetbürstenapplikator der, wie eine Entwicklungselektrode wirkend, wenn er positiv geladen is, durch die geleitenden Trägerteilchen, im entladenen Bereich der vorher positiv geladenen Fotoleiterschicht, eine negative Ladung erzeugt (siehe R.M.Schaffert "Electrophotography" The Focal Press - London, New York enlarged and revised edition 1975 p. 50-51 und T.P.Maclean "Electronic Imaging" Academic Press - London, 1979 p.231).
In Trockentonerentwicklungssystemen ist der Toner normalerweise ein feines Pulver aus natürlichen oder synthetischen Harzen, in denen ein Farbstoff und eine Ladungsreglersubstanz aufgelöst oder dispergiert sind.
Bekannte positive Ladungsreglerverbindungen für den Einsatz in Trockentonern sind Farbstoffbasen und deren Salze, wie z.B. Nigrosine Farbstoffbasis und deren Salze beschrieben in GB-P 1,253,573. Solche Ladungsreglersubstanzen werden üblicherweise dem Thermoplast hinzugegeben und im geschmolzenen Zustand im Harz dispergiert. Nach Abkühlen wird die Mischung mikropulverisiert und werden die Teilchen der gewünschten Teilchengröße z.B. durch Windsichten getrennt.
Farbige Ladungsreglersubstanzen haben den Nachteil, daß ihre Farbe die absichtlich der Tonermasse gegebenen Farbe stört. Um das für die Vielfarbenreproduktion neutrale Schwarz oder die spektral reine Farben zu bekommen, kann die eigene Farbe der Ladungsreglersubstanz ein ernsthaftes Problem bedeuten. Daher wird der Einsatz von farblosen Ladungsreglersubstanzen bevorzugt.
Nach dem offengelegten nicht geprüften japanischen Patentantrag (Kokai) 6 0188-959 enthält ein Toner zur Entwicklung von elektrostatischen Bilderen als Ladungsregler eine Piperidinverbindung gemäß der nachstehenden allgemeinen Formel (I) :
in der bedeuten : R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; je eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, R&sub5; ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, R&sub6; ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenylgruppe mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine Aralkylgruppe mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen bedeutet, n eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 und R&sub7; eine Alkynylgruppe oder N-substituierte Carbamoylgruppe mit n gleich 1, eine Dialkynylgruppe, eine Dicarbamoyl- oder Carbonylgruppe mit n gleich 2, eine Trialkynylgruppe mit n gleich 3 und eine Tetraalkynylgruppe mit n gleich 4.
Es ist der Gegenstand der volrliegenden Erfindung, ein Tonerteilchenmaterial zur Entwicklung von elektrostatischen Ladungsbildern zu beschaffen, dessen Tonerteilchenzusammensetzung einen farblosen transparanten Ladungsregler enthält, der den Farbstoff des Tonermaterials nicht stört und auch als Stabilisatorsubstanz wirkt, um die organischen Farbstoffe gegen Verfärbung durch Einwirkung von Licht, Ultraviolettstrahlung und von der bei der thermischen Fixierung des Tonerbilds verwendeten Hitze zu schützen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Tonermaterial zu beschaffen, in dem der Ladungsregler den Tonerteilchen eine besonders hohe positive Ladung besorgt, und gut mit dem in Tonermaterial vorhandenen polymerischen Bindermaterial mischbar und verträglich ist.
Andere Gegenstände und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der weiteren Beschreibung hervortreten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wird eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen für den Gebrauch in der Entwicklung latenter, elektrostatischer Bilder beschaffen, wobei diese Tonerteilchen in Anwesenheit von Trägerteilchen durch triboelektrische Kontaktelektrisierung eine positive Ladung erwerben, wobei diese Zusammensetzung ein oder mehr thermoplastische Harze als Bindemittel zusammen mit einem Farbstoff and einem farblosen Positivladungsregeler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der farblose Ladungsregler in seiner Molekularstruktur zumindest eine polyalkylsubstituierte Piperidingruppe und eine sterisch behinderte Phenolgruppe enthält und die folgende, allgemeine Formel (A) hat :
in der bedeuten :
R¹ ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
R² eine Alkylgruppe oder eine Hydroxyalkylgruppe, je mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine Alkenylgruppe oder eine Alkynylgruppe, je mit 3 oder 4 Kohlenstoffatomen, oder eine Aralkylgruppe wie Benzyl,
R³ ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe,
R&sup4; und R&sup5; je eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen,
X ein Sauerstoffatom oder eine NH-Gruppe,
Y ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine -CnHnCOOR7-Gruppe, in der n 0 oder eine ganze Zahl van 1 bis 10 ist und R&sup7; ein Wasserstoffatom ist, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, besonders Methyl oder Äthyl, oder Y bedeutet einen Substituenten der nachstehenden Formel :
in der :
R¹ und R² die gleiche Bedeutung wie oben haben, oder
Y ein Substituent der nachstehenden Formel ist :
in der :
R¹ und R² die gleiche Bedeutung wie oben haben, und R&sup9; ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, besonders Methyl oder Äthyl,
m 1 oder 2 ist, und
p 0 oder 1 ist.
In den Tonerteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese farblose Verbindung bevorzugt eingesetzt in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 5 Gew.-% bezogen auf die gesamte Tonerzusammensetzung.
Typische Vertreter von Verbindungen gemäß dieser allgmeneinen Formel (A), in der X ein Sauerstoffatom bedeutet, werden beschrieben in US-P 4,268,593, bezüglich Aufzeichnungsmaterial für Farbenfotografie, in dem diese Verbindungen als Lichtstabilisatoren verwendet werden.
Die Synthesemethoden für die Herstellung dieser Verbindungen findet man in US-P 4,198,334 et 4,268,593 und in den deutschen Offenlegungsschriften (DE-OS) Nr. 2,456,364, 2,647,452, 2,654,058 und 2,656,769.
Als Illustration wird nachstehend die Herstellung einer Esterverbinding gemäß der obenstehenden allgemeinen Formel (A), mit der nachstehenden Strukturformel (Z) gegeben.
23,3 g bis(1,2,2,2,6, 6-Pentamethyl-4-Piperidinyl)-Butylmalonsäureester und 13,2 g N-(3,5-di-tert-Butyl-4-Hydroxybenzyl)-Dimethylamin wurden in 200 ml Toluol aufgelöst. Nach Zusatz von 0,25 g LiNH&sub2; wurde die Mischung während 15 Minuten unter Rückfluß erhitzt um (3,5-di-tert-Butyl-4-Hydroxybenzyl)-Malonsäure bis (1,2,2,6,6-Pentamethyl-4-Piperidinyl)-Ester zu bekommen. Schmelzpunkt : 147 ºC.
Mit der Verbindung nach der obenstehenden Strukturformel (Z) wird eine besonders hohe positive triboelektrische Aufladung der Tonerteilchen nach der vorliegenden Erfindung bekommen.
Die Tonerteilchen nach der vorliegenden Erfindung können als sogenannte Monokomponent-Tonerteilchen oder in Mischung mit Trägerteilchen verwendet werden.
Die Tonerteilchenzusammensetzung kann mit jedem üblichen Verfahren zubereitet werden, wie Z.B. Sprühtrocknen einer Lösung in einem geeigneten flüchtigen Lösungsmittel oder Mahlen einer erstarrten Zusammensetzung der homogen gemischten Bestandteile, wie ein thermoplastisches Bindemittel, ein Farbstoff, und eine oder mehrere farblose positiv aufladende polymere Aminoverbindungen nach der obengenannten allgemeinen Formel (A).
Die Tonerteilchen haben bevorzugt eine Teilchengröße im Bereich von 3 bis 30 um, und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 um.
Es wurde experimentell festgestellt daß, wenn das Basisringstickstoffatom des oder der Piperidinkerns oder -Kerne nach der obenstehenden allgemeinen Formel (A) durch Reaktion mit einer Säure oder durch Quaternisieren in Salzform umgesetzt wird (werden), die Positivladungsreglereigenschaften erhalten bleiben.
Obwohl die farblosen Ladungsreglersubstanzen bevorzugt aufgelöst in thermoplastischen Tonerbindemitteln vorhanden sind, ist dies nicht unbedingt erforderlich. Wenn diese Substanzen dispergiert vorhanden sind, ist die Farbe des Farbstoffes nicht so hell, wegen des opaleszenten Karakter der Dispersion. Eine "kolloidale" Dispersion wird meistens bekommen, wenn Aminosalze und quarternäre Derivate der Verbindungen nach der allgemeinen Formel (A) verwendet werden.
Wenn von den Aminen nach der obenstehenden allgemeinen Formel (A) abgeleitete Aminosalze oder quaternäre Ammoniumsalze verwendet werden, können das oder die Anione dieser Salze von jedem in der Technik bekannten Typ sein. Geeignete Anione sind z.B. Hydroxyl (OH&supmin;), Chlorid, Jodid, Sulfat, ZnCl&supmin;&sup4;, und Tolusulfonat. Die Affinität des Anions für die Trägerteilchenoberfläche kann bei der triboelektrischen Aufladung eine Rolle spielen [siehe das Buch "Electrophotography" von R.M. Schaffert, The Focal Press - London and New York (1975), p. 559-560].
Um die coulombsche Anziehung der Anione und Katione zu ermäßigen und so die Übertragung von Anionen von den Tonerteilchen auf die Trägerteilchen zu fördern, so daß die triboelektrische Aufladung verbessert wird, werden bevorzugt Anione von eher großen Umfang verwendet, z.B. PF&supmin;&sub6; und andere Anione von großen Umfang, wie das Tetraphenylboridanion, beschrieben für die Anwendung in flüssigen elektrophoretischen Enwicklern in US-P 4,525,446.
Um einen harten Toner zu bekommen, der eine längere Entwicklerstandzeit fördert, weil das "Ausschmieren" der Tonerteilchen auf den Trägerteilchen eingeschränkt wird, werden thermoplastische Harze mit einem Schmelzpunnkt im Bereich 100 bis 120ºC, mit einem Einfrierpunkt (Tg) über 60ºC bevorzugt, deren Struktur einen Großteil in Gewicht an aromatischen Gruppen, z.B Phenylgruppen aufweist. Diese Polymere können einen kleineren Anteil an Elektrondonorgruppen enthalten, z.B. Alkylaamino- or Aralkylaminogruppen, um weiter die positive Aufladungsfähigkeit des Toners zu verbessern.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten aufladenden Verbindungen liefern besonders hohe positive Aufladungen, wenn sie aufgelöst oder dispergiert werden in einem thermoplastischen Bindemittel, das ein Harz aus der Gruppe der Homo- und Copolymere von Styrol ist, in dem der Styrolgehalt bevorzugt zumindest 50 Mol-% beträgt. Bevorzugte Styrolcopolymere für den Gebrauch in Tonermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung sind Copolymere von Styrol und (Meth)acrylsäureesterns, wie ein Styrol-Methacrylat Copolymeres, ein Styrol- Äthylacrylat Copolymeres, ein Styrol-n-Butylacrylat Copolymeres, ein Styrol-n- Octylacrylat Copolymeres, ein Styrol-Methylmethacrylat Copolymers, ein Styrol-n- Octylmethylmethacrylat Copolymeres, ein Styrol-Heptadecylmethacrylat- Copolymeres, ein Styrol-Butadien-Copolymeres oder ein Copolymeres von Styrol, das bis zu 25 Gew.-% Monomereinheiten enthält, die eine Dialkylaminogruppe enthalten.
Die bevorzugten Copolymere, die diese Gruppe enthalten, haben die nachstehende Strukturformel (B) :
in der bedeuten :
x 83-87 Gew.-%
y 0-4 Gew.-%
z 13-17 Gew.-%,
und die einen Schmelzpunt (Ring-und Kugel-Verfahren) im Bereich von 106 bis 115ºC aufweisen.
Diese Copolymere, die einzeln oder kombiniert verwendet werden können, können hergestellt werden mittels der üblichen Additionspolymerisation, ausgehend von den betroffenen Monomeren.
In dem Tonerteilchenmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Farbmittel, entweder ein Farbstoff oder ein Pigment, im Polymerharzbindemittel lösbar oder dispergierbar sein.
Um Tonerteilchen mit genügender optischer Densität im spektralen Absorbtionsbereich des Farbstoffes zu bekommen, wird der Farbstoff bevorzugt verwendet in einer Menge von zumindest 2 Gew.-%, bezogen auf die ganze Tonerzusammensetzung, und vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 5 bis 15 Gew.-%.
Für die schwarzen Toner wird bevorzugt Gasruß als Farbstoff verwendet.
Beispiele von Gasruß und analogen Erzeugnisse sind Lampenruß, Kanalruß, und Ofenruß, z.B. SPEZIALSCHWARZ IV (eingetragenes Warenzeichen der Degussa Frankfurt/M, Deutschland) und VULCAN XC 72 und CABOT REGAL 400 (eingetragenes Warenzeichen der Cabot Corp. High Street 125, Boston, U.S.A.).
Die Eigenschaften der bevorzugten Ruße werden in der nachstehenden Tabelle 1 aufgeführt. TABELLE 1 SPEZIALSCHWARZ CABOT REGAL 400 Herkunft Dichte Körnchengröße vor Einsatz im Toner Ölzahl (g Leinöl adsorbiert von 100 g Pigment) Spezifische Fläche (m² pro g) Flüchtiganteil (Gew.-%) pH Kanalruß Ofenruß Farbe braun-schwarz schwarz
Toner für die Herstellung van Farbbildern können organische Farbstoffe oder Pigmente der Gruppe der Phthalocyaninfarbstoffe, der Chinacridonfarbstoffe, der Triarylmethanfarbstoffe, der Schwefelfarbstoffe, der Acridinfarbstoffe, des Azofarbstoffe und der Fluoreszeinfarbstoffe enthalten. Eine Übersicht dieser Farbstoffe findet man in "Organic Chemistry" von Paul A. Karrer, Elsevier Publishing Company, Inc. New York (1950).
Typische anorganische Pigmente sind schwarzes Eisen(III)-Oxyd, Kupfer(II)-Oxyd und Chrom(III)-Oxyd-Pulver, Milori Blau, Ultramarin Kobaltblau und Bariumpermanganat.
Um Tonerteilchen mit magnetischen Eigenschaften zu bekommen, kann während der Tonerherstellung ein magnetisches oder magnetisierbares Material zugesetzt werden.
Für diese Anwendung geeignete magnetische Materialien sind magnetische oder magnetisierbare Metalle, wie Eisen, Kobalt, Nickel und verschiedene magnetisierbare Oxyde, wie (Hämatit) Fe&sub2;O&sub3;, (Magnetit) Fe&sub3;O&sub4;, CrO&sub2; und die magnetischen Ferrite, z.B. diejenigen die von Zink, Kadmium, Barium und Mangan abgeleitet werden. Man kann auch verschiedene magnetische Legierungen verwenden, z.B. Permalloys und Legierungen von Kobalt-Phosphor, Kobalt-Nickel und änhlichen, oder Mischungen von irgeneinen von diesen. Gute Ergebnisse können bekommen werden mit etwa 30 bis etwa 80 Gew.-% Magnetmaterial bezogen auf das Harzbindemittel des Toners.
Bei der Herstellung des Toners können der Farbstoff und das optionale Magnetmaterial fein verteilt unter Rühren an die Mischung des geschmolzenen Harzbindemittels zugesetzt werden, bis eine Mischung von homogen dispergiertem oder gelöstem Material in der Harzschmelze bekommen wird. Die Mischtemperatur liegt z.B. im Bereich 100 bis 150 ºC.
Nach Abkühlen wird die Masse gebrochen und zerkleinert z.B. in einer Hammermühle und nachher in einer Strahlmühle, bis zu einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 50 um. Der mittels z.B. Luftsichtens getrennte Anteil mit einer Teilchengröße zwischen 3 und 30 um wird verwendet. Das bekommene Pulver darf under 50ºC nicht klebrig sein.
Für eine bestimmte Ladungsdichte der Ladungsträgerfläche wird die höchste mit Tonerteilchen einer bestimmten Größe erreichbare Entwicklungsdensität bestimmt von dem Verhältnis zwischen Ladung und Tonerteilchenmasse, die grundsätzlich von der durch Reibungskontakt mit den Trägerteilchen bekommenen triboelektrischen Ladung bestimmt wird.
In einer Sonderausführung wird der Toner gemäß der vorliegenden Erfindung eingezetzt in einer Träger-Tonermischung, in der der Toner durch Reibungskontakt mit dem Träger eine positive Ladung erhält. Die Trager- Tonermischung wird bevorzugt auf die Oberfläche, die eine latentes elektrostatisches Bild trägt, aufgetragen mittles der Kaskaden- oder Magnetbürstenentwicklung, und diese Verfahren werden in ihren Einzelheiten beschrieben von Thomas L. Thourson in seinem Beitrag "Xerographic Development Processes : A Review", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-19, No. 4, April 1972 p. 497-504.
Geeignete Trägerteilchen für den Gebrauch in der Kaskaden- und Magnetbürstenentwicklung werden beschrieben in GB-P 1,438,110.
Die Trägerteilchen sind bevorzugt zumindest dreimal größer in Umfang als die Tonerteilchen. Fur den Gebrauch in der Kaskadenentwicklung liegt ihre Teilchengröße bevorzugt im Bereich von 50 bis 1000 um.
Die Trägerteilchen können aus Eisen oder Stahl hergestellt werden, die optional mit einer Oxydschicht kaschiert sind. Andere Trägertypen sind solche auf Basis von magnetischen Materialien, wie Ferriten oder Magnetit, fein verteilt in einem Harzbindemittel, sogenannte Träger vom Komposittyp, von denen Beispeile gegeben werden in US-P 4,600,675 und im offengelegten europäischen Patentantrag 0 289 663. Eisen- oder Stahlperlen können Sondervorbehandlungen unterworfen werden, um die triboelektrische Aufladung des Toners zu erhöhen. Geeignete Beschichtungsvorbehandlungen der Trägerperlen werden beschrieven in z.B dem obengenannten GB-P 1,438,110.
Bei der Magnetbürstenentwicklung sind die Trägerteilchen magnetisch anziehbar. Besonders geeignet sind die Eisenperlenträgerteilchen gemäß der United States Patent Specification 2,786,440, wobei diese Teilchen gewaschen sind, um kein Fett und sonstige Verzschmutzungen zu tragen, und einen Durchmesser von 1.52x10&supmin;¹ bis 2.03x10&supmin;¹ mm haben.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung, werden die Tonerteilchen gemischt mit Eisenträgerperlen mit einem Durchmesser in Bereich von 50 bis 200 um, die mit einer dünnen Eisenoxydschicht versehen sind. Diese Trägerperlen sind fast kugelförmig und werden hergestellt z.B. nach einem Verfahren wie beschrieben in GB-P 1,174,571.
Die Entwicklungszusammensetzung kann z.B. 1 bis 5 Gewichtsanteile Toner pro 100 Gewichtsanteile Trägerteilchen enthalten.
Gemäß, einer Sonderausführung werden die Fließeigenschaften des Entwicklers verbessert durch mit den Tonerteilchen eine Fließverbesserungssubstanz zu mischen, wie kolloidale Kieselerdeteilchen und/oder Mikroperlen eines fluorierten Polymeren. Die Fließverbesserungssubstanz wird verwendet z.B. in einer Menge von 0,05 bis 1 Gew.-% bezogen auf Toner.
Kolloidale Kieselerde wurde für diesen Zweck beschrieben in GB-P 1,438,110. Besonders geeignet ist AEROSIL 300 [eingetragenes Warenzeichen der Degussa, Frankfurt (M) Deutschland] für kolloidale Kieselerde mit einer spezifischen Oberfläche von 300 m²/g. Die spezifische Oberfläche kan gemessen werden nach einem Verfahren beschrieben von Nelsen und Eggertsen in "Determination of Surface Area Adsorption Measurements by Continuous Flow Method", Analytical Chemistry, Vol. 30, No. 8 (1958) 1387-1390.
Geeignete Fluorpolymerperlen zur Verbesserung der Fließeigenschaften der Toner- sowie der Trägerteilchen, werden beschrieben in der United States Patent Specification 4,187,329. Ein bevorzugtes Fluorpolymeres für diesen Gebrauch ist Polytetrafluoräthylen mit einer Teilchengröße von 3 bis 4 um und einem Schmelzpunkt von 325-329ºC. Ein solches Polytetrafluoräthylen wird under der Handelsmarke HOSTAFLON TF-VP-9202 von den Farbwerken Hoechst A.G. Deutschland verkauft.
Ein anderes für diesen Zweck geeignetes Fluorpolymeres ist Polyvinylidenfluorid mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 um, verkauft under der Handelsmarke KYNAR RESIN 301 von Pennwalt Corp. - Plastic div. England.
Die kolloidale Kieselerde und/oder die genannten Fluorpolymerteilchen werden bevorzugt mit dem Toner gemischt in einem Verhältnis von 0,15 bis 0,075% Gew.-%. Dadurch wird der Toner nicht-klebrig und erhält er eine ermäßigte Tendenz zur Filmbildung auf den xerographischen Platten oder Trommeln usw., die eine aufgedampfte Schicht aus einer photoleitenden Se-As Legierung auf einem leitenden Substrat wie z.B. Almuminium besitzen.
Das nachstehende Vergleichsbeispiel illustiert die vorliegende Erfindung, ohne sie jedoch darauf zu beschränken. Alle Anteile, Verhältnisse und Prozentsatze sind in Gewicht, wenn nicht anders angegeben.

Vergleichsbeispiel

Tonerzubereitung ohne Farbstoff

Es wurde ein Pseudotoner ohne Farbstoff hergestellt, um zu prüfen, ob der verwendete Ladungsregler beim Schmelzen mit dem gewählten Harzbindemittel eine klare Mischung lieferte.
Zwei vergleichbare Pseudotoner wurden hergestellt indem 5 Teile einer später identifizierten Ladungsreglersubstanz in geschmolzenem Zustand gemischt wurden mit 95 Teilen eines Styrol-n-Butylmethacrylat-Copolymeren (65/35) mit einem Ring-und-Kugel Erweichungspunkt von 132ºC, wobei dieses Copolymere als thermoplastisches Bindemittel diente. Die Mischung wurde in geschmolzenem Zustand verknetet bei 130ºC während 30 Minuten. Danach wurde die Mischung auf Raumteperatur abgekühlt, gemahlen und in einer Strahlmühle zerkleinert.
Durch Windsichten wurden ein Tonerteilchenanteil mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 13 um abgetrennt.

Herstellung des Entwicklers

Es wurde ein elektroskopischer Entwickler hergestellt, durch Mischen van 3% der getrennten Tonerteilchen mit Eisenperlenträgerteilchen mit Eisenoxydbeschichtung und einer durchschnittlichen Korngröße von 80 um. Die triboelektrische Aufladung der bekommenen Pulvermischung wurde durchgeführt durch sie während 30 Minuten zu schütteln in einem Metallzylinder mit einem Durchmesser van 6 cm, der bis etwa 30% seines Volumens mit der Mischung gefüllt wurde und sich mit einer Geschwindigkeit von 60 U/m drehte.

Messung.

Es gibt verschiedene Meßverfahren der triboelektrischen Aufladung, die alle basiert sind auf der Trennung der Tonerteilchen von den dazugemischten Trägerteilchen und der direkten oder indirekten Bestimmung der Ladung der getrennten Tonerteilchen. Abhängig vom verwendeten Verfahren werden leicht unterschiedliche Verhältnisse von Ladung und Masse (Q/M) bekommen, die in Coulomb/gram (C/g) ausgedruckt werden. Um vergleichbare Ergebnisse zu bekommen muß dasselbe Trennungs- und Meßverfahren verwendet werden mit Toner derselben durchschnittlichen Teilchengröße, denn die triboelektrische Aufladung ist ein Oberflächenphänomen.
Im vorliegenden Beispeil wurde die Trennung der Tonerteilchen von den Trägerteilchen in einer im Handel erhaltlichen Pulverladungsmeßvorrichtung vom Blow-Off Type durchgeführt. Durch Berechnen der Oberfläche des Pseudotoners für eine bestimmte Masse und unter Verwendung der Q/M-Daten der daraus hervorgehenden Blastrennung, wurde die Ladungsdichte berechnet und in C/cm² ausgedruckt.
Die mit einer Ladereglersubstanz gemäß der Strukturformel (Z), verwendet in der vorliegenden Erfindung, und mit Ladungsreglerverbindung Nr. 14 des schon erwähnten offengelegten nicht-geprüften japanischen Patentantrags (Kokai) 6 0188-959 mit der nachstehenden Struktur bekommenen Ergebnisse werden in der Tabelle 2 erwähnt. TABELLE 2 Ladereglersubstanz Verbindung (Z) Verbindung (Z).2 HCl
Die mit diesen beiden Ladungsreglern bekommen Pseudotoner waren optisch völlig hell, und dies belegt ihre gute Verträglichkeit mit dem verwendeten Harzbindemittel.

Claims

1. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen für den Gebrauch in der Entwicklung latenter, elektrostatischer Bilder, wobei diese Tonerteilchen in Anwesenheit von Trägerteilchen durch triboelektrische Kontaktelektrisierung eine positive Ladung erwerben, wobei diese Zusammensetzung ein oder mehrere thermoplastische Harze als Bindemittel zusammen mit einem Farbstoff und einem farblosen Positivladungsregler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der farblose Ladungsregler in seiner Molekularstruktur zumindest eine polyalkylsubstituierte Piperidingruppe und eine sterisch behinderte Phenolgruppe enthält und die folgende, allgemeine Formel (A) hat:

in der bedeuten:

R¹ ein Wasserstofatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,

R² eine Alkylgruppe oder eine Hydroxyalkylgruppe, je mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, eine Alkenylgruppe oder eine Alkynylgruppe, je mit 3 oder 4 Kohlenstoffatomen, oder eine Aralkylgruppe,

R³ ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe,

R&sup4; und R&sup5; je eine Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen oder eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 Kohlenstoffatomen,

X ein Sauerstoffatom oder eine NH-Gruppe,

Y ein Wasserstoffatom, eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine -CnHnCOOR&sup7;-Gruppe, in der n 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist

und R&sup7; ein Wasserstoffatom ist, eine Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, oder Y bedeutet einen Substituenten der nachstehenden Formel:

in der:

R¹ und R² die gleiche Bedeutung wie oben haben, oder

Y ein Substituent der nachstehenden Formel ist:

in der:

R¹ und R² die gleiche Bedeutung wie oben haben, und R&sup9; ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist,

m 1 oder 2 ist, und

p 0 oder 1 ist.

2. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der farblose Ladungsregler in einem Gehalt zwischen 0,5 und 5 Gew.-% mit Bezug auf die gesamte Tonerzusammensetzung verwendet wird.

3. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der farblose Ladungsregler aufgelöst oder dispergiert ist in einem thermoplastischen Bindemittel, das ein Homo- oder Copolymeres von Styrol ist, in dem der Styrolgehalt zumindest 50 Mol-% beträgt.

4. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymere ein Styrol- Methylacrylat-Copolymeres, ein Styrol-Ethylacrylat-Copolymeres, ein Styrol- n-Butylacrylat-Copolymeres, ein Styrol-n-Octylacrylat-Copolymeres, ein Styrol-Methylmethacrylat-Copolymeres, ein Styrol-Ethylmethacrylat- Copolymeres, ein Styrol-n-Butylmethacrylat-Copolymeres, ein Styrol- Isobutylmethacrylat-Copolymeres, ein Styrol-n-Octylmethacrylat-Copolymeres, ein Styrol-Heptadecylmethacrylat-Copolymeres, ein Styrol-Butadien- Copolymeres oder ein Copolymeres von Styrol ist, das bis zu 25 Gew.-% Monomereinheiten, die eine Dialkylaminogruppe enthalten, enthält.

5. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen gemäß irgendwelchem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff Gasruß ist.

6. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen gemäß irgendwelchem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff ein organischer Farbstoff oder ein organisches Pigment aus der Gruppe von Phthalocyaninfarbstoffen, Chinacridonfarbstoffen, Triarylmethanfarbstoffen, Schwefelfarbstoffen, Acridinfarbstoffen, Azofarbstoffen und Fluoreszeinfarbstoffen ist.

7. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen gemäß irgendwelchem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein magnetisches oder magnetisierbares Material umfaßt.

8. Eine Zusammensetzung elektrostatisch anziehbarer Tonerteilchen gemäß irgendwelchem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das basische Ringstickstoffatom der Piperidingruppe in den Verbindungen gemäß der allgemeinen Formel (A) in Salzform umgewandelt worden ist.

9. Eine Entwicklerzusammensetzung, die Tonerteilchen umfaßt, die der Zusammensetzung gemäß irgendwelchem der vorstehenden Ansprüche entsprechen und mit Trägerteilchen gemischt sind, die für den Gebrauch in der Kaskaden- oder Magnetbürstenentwicklung latenter, elektrostatischer Ladungsbilder geeignet sind.

10. Eine Entwicklerzusammensetzung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen zumindest dreimal größer sind als die Tonerteilchen und eine mittlere Korngröße zwischen 50 und 1000 um haben.

11. Eine Entwicklerzusammensetzung gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerteilchen aus mit einer Oxidschicht versehenem Eisen oder Stahl hergestellt sind.