-
Diese Erfindung betrifft beschichtete Trägerteilchen, die für
die Verwendung in trockenen elektrographischen Entwicklern
mit einer Mischung aus solchen Trägerteilchen sowie
Tonerteilchen geeignet sind. Ganz speziell betrifft die Erfindung
bestirwntepolymere Beschichtungen auf Trägerteilchen, die in
unerwarteter Weise den Trägerteilchen bestimmte erwünschte
Charakteristika verleihen.
-
In der Elektrostatographie wird ein Bild aus einem
elektrostatischen Potentialmuster (auch als latentes
elektrostatisches Bild bezeichnet) auf einer isolierenden Oberfläche nach
verschiedenen Methoden erzeugt. Beispielsweise kann das
elektrostatische latente Bild auf elektrophotographischem Wege
erzeugt werden (d. h. durch bildweise durch Strahlung
induzierte Entladung eines gleichförmigen Potentials, das zuvor
auf einer Oberfläche eines elektrophotographischen Elementes
erzeugt wurde, das mindestens eine photoleitfähige Schicht
und ein elektrisch leitfähiges Substrat aufweist), oder es
kann durch dielektrische Aufzeichnung erzeugt werden (d. h.
durch direkte elektrische Bildung eines Musters eines
elektrostatischen Potentials auf einer Oberfläche eines
dielektrischen Materials). In typischer Weise wird das
elektrostatische latente Bild dann zu einem Tonerbild entwickelt durch
Kontaktieren des latenten Bildes mit einem elektrographischen
Entwickler. Falls erwünscht, kann das latente Bild auf eine
andere Oberfläche übertragen werden, bevor die Entwicklung
erfolgt.
-
Ein gut bekannter Typ eines elektrographischen Entwicklers
umfaßt eine Trockenmischung aus Tonerteilchen und
Trägerteilchen. Entwickler dieses Typs werden in üblicher Weise im
Rahmen allgemein bekannter elektrographischer
Entwicklungsverfahren eingesetzt, wie beispielsweise einer
Kaskadenentwicklung und einer Magnetbürstenentwicklung. Die Teilchen sind
in solchen Entwicklern derart zusammengesetzt, daß die
Tonerteilchen und Trägerteilchen verschiedene Positionen in dem
triboelektrischen Kontinuum einnehmen, so daß wenn sie
während des Vermischens unter Erzeugung des Entwicklers
miteinander in Kontakt gelangen, sie triboelektrisch aufgeladen
werden, wobei die Tonerteilchen eine Ladung einer Polarität
und die Trägerteilchen eine Ladung der entgegengesetzten
Polarität annehmen. Diese entgegengesetzten Ladungen ziehen
sich jeweils an, so daß die Tonerteilchen an den Oberflächen
der Trägerteilchen haftenbleiben. Wird der Entwickler in
Kontakt mit dem elektrostatischen latenten Bild gebracht, so
ziehen die elektrostatischen Kräfte des latenten Bildes
(gelegentlich in Kombination mit einem zusätzlich angelegten
Feld) die Tonerteilchen an, und die Tonerteilchen werden von
den Trägerteilchen abgezogen und werden elektrostatisch
bildweise auf der das latente Bild aufweisenden Oberfläche
festgehalten. Das erhaltene Tonerbild kann dann auf der Oberfläche
durch Einwirkung von Wärme oder nach anderen bekannten
Methoden fixiert werden (je nach der Natur der Oberfläche und des
Tonerbildes) oder es kann auf eine andere Oberfläche
übertragen werden, auf der es dann in entsprechender Weise fixiert
werden kann.
-
In solchen Entwicklungsschemen sind eine Anzahl von
Erfordernissen zu beachten. So muß die elektrostatische Anziehung
zwischen den Toner- und Trägerteilchen stark genug sein,
damit die Tonerteilchen auf den Oberflächen der Trägerteilchen
festgehalten werden, während der Entwickler zu dem latenten
Bild transportiert und hiermit in Kontakt gebracht wird,
jedoch muß, wenn der Kontakt erfolgt, die elektrostatische
Anziehung zwischen den Tonerteilchen und dem latenten Bild noch
stärker sein, so daß die Tonerteilchen von den Trägerteilchen
abgezogen und in der gewünschten Menge auf der das latente
Bild tragenden Oberfläche abgeschieden werden. Um diesen
Erfordernissen einer geeigneten Entwicklung zu genügen, muß der
Grad der elektrostatischen Ladung auf den Toner- und
Trägerpartikeln innerhalb eines adäquaten Bereiches
aufrechterhalten werden.
-
Tonerteilchen in Trockenentwicklern enthalten oftmals ein
Material, das als Ladungsmittel oder Ladungs-Steuerungsmittel
bezeichnet wird, das dazu beiträgt, eine Tonerladung
aufzubauen und aufrechtzuerhalten innerhalb eines akzeptablen
Bereiches. Viele Typen von Ladungs-Steuerungsmitteln sind
verwendet worden und werden in der publizierten Patentliteratur
beschrieben. Der Grad der Ladung, die erzeugt und auf dem
Toner aufrechterhalten wird, hängt jedoch sehr von der Natur
und dem Zustand der Trägerteilchen ab.
-
Viele bekannte elektrostatographische Zwei-Komponenten
Trokkententwickler enthalten thermoplastische Tonerteilchen und
Trägerteilchen, die ein Kernmaterial aufweisen, das mit einem
Polymer beschichtet ist. Derartige polymere
Trägerbeschichtungen können einer Anzahl von bekannten Zwecken dienen. Ein
solcher Zweck kann darin bestehen, dazu beizutragen, daß der
Entwickler den elektrostatischen Kräfte-Erfordernissen
genügt, die oben erwähnt wurden, und zwar durch Verschiebung
der Trägerteilchen in eine Position in der triboelektrischen
Reihe, die verschieden ist von der des nicht beschichteten
Trägerkernmaterials, um den Grad der triboelektrischen
Aufladung von sowohl den Träger- als auch Tonerteilchen
einzustellen. Ein anderer Zweck kann darin liegen, die
Reibungscharakteristika der Trägerteilchen zu vermindern, um die
Flußeigenschaften des Entwicklers zu verbessern. Ein anderer weiterer
Zweck kann darin liegen, die Oberflächenhärte der
Trägerteilchen zu vermindern, so daß sie während der Verwendung weniger
leicht aufbrechen und daß sie Oberflächen weniger leicht
beeinträchtigen (z. B. die Oberflächen eines photoleitfähigen
Elementes), mit denen sie bei ihrer Verwendung in Kontakt
belangen. Ein noch anderer Zweck kann darin liegen, die Tendenz
von Tonermaterial oder anderen Entwickleradditiven in
unerwünschter Weise permanent an den Trägeroberflächen während
des Entwicklergebrauches haften zu bleiben (oftmals auch als
Scumming bezeichnet), zu reduzieren. Ein weiterer Zweck kann
darin liegen, den elektrischen Widerstand der Trägerteilchen
zu verändern.
-
Viele unterschiedliche Typen von Polymeren sind als geeignet
für einen oder mehrere dieser Zwecke beschrieben worden, wozu
beispielsweise gehören verschiedene Styrol- und
Methacrylatpolymere und Copolymere hiervon. Beispielsweise werden in den
U.S.-Patentschriften 4 209 550, 4 572 885 und 4 822 708 und
der veröffentlichten britischen Patentbeschreibung 1 385 231
unter vielen anderen Polymeren Poly(styrol),
Poly(methylmethacrylat) sowie Poly (styrol-co-methylmethacrylat)
vorgeschlagen, die einem oder mehreren dieser Zwecke dienen können.
-
Obgleich jedoch derartige Trägerbeschichtungen die oben
angegebenen Zwecke gut erfüllen können, können sie in einigen
Fällen nicht in adäquater Weise einige oder alle dieser
Zwecke gleichzeitig erfüllen. Beispielsweise können in
einigen Entwicklerzusammensetzungen Styrol- und
Methacrylatpolymerträgerbeschichtungen viele der oben angegebenen Zwecke gut
erfüllen, jedoch, je nach der Natur der Tonerteilchen und des
Trägerkernmaterials, von dem erwünscht ist, daß es in dem
Entwickler vorhanden ist, können derartige
Trägerbeschichtungen dazu führen, daß der Entwickler eine triboelektrische
Ladung annimmt, die zu gering für eine optimale
Entwicklerleistung ist. Dis ist insbesondere bei einigen negativ
geladenen Entwicklern der Fall (Entwickler, in denen die
Tonerteilchen auf triboelektrischem Wege eine negative Ladung
aufnehmen und die beschichteten Trägerteilchen eine positive
Ladung). Der Grund für dieses Problem besteht darin, daß einige
der vorgeschlagenen polymeren Materialien nicht
triboelektrisch potent genug sind oder wirksam genug, um den
gewünschten Grad der Ladungstendenz der Trägerteilchen in bestimmten
Entwicklern zu erreichen.
-
Ferner gilt, daß umso weniger triboelektrisch wirksam oder
potent das Polymer für diesen Zweck ist, umso größer die
Menge an dem Polymeren ist, die auf einen Trägerkern
aufgetragen werden muß, um den gewünschten Grad der Ladung zu
erreichen, wenn dieser Grad überhaupt erreicht werden kann.
Jedoch bestehen zwei der zweckmäßigsten Maßnahmen zur
Erzeugung der Beschichtung auf den Kernteilchen in der
Lösungsbeschichtung und in der Schmelzbeschichtung.
-
Das Verfahren im Falle der Schmelzbeschichtung besteht darin,
die Kernteilchen mit feineren Teilchen des
Beschichtungsmaterials in fester Form zu vermischen, um die
Beschichtungsteilchen über den Oberflächen der Kernteilchen zu verteilen, in
der Anwendung von Wärme, um das Material zum Fließen zu
bringen, in gerade ausreichender Weise, um die Kernoberflächen zu
beschichten, in der Abkühlung der Mischung und daraufhin in
dem Aufbrechen der erstarrten Masse unter Gewinnung der
diskreten beschichteten Trägerteilchen. In dem Falle
beispielsweise jedoch, in dem Trägerkernteilchen
Strontiumferritmaterialien aufweisen und mittlere Teilchendurchmesser im Bereich
von etwa 30 bis 40 Mikrometer haben, wird es ausgesprochen
schwierig, die erstarrte Masse in geeigneter Weise
aufzubrechen, wenn die relative Menge an polymerem
Beschichtungsmaterial drei Teile auf 100 Teile (pph) Kernmaterial übersteigt.
-
Im Falle der Lösungsbeschichtung wird das Polymer in einem
geeigneten Lösungsmittel gelöst, die Lösung wird mit
Trägerkernteilchen vermischt und die Mischung wird bewegt, während
das Lösungsmittel abgetrieben wird, unter Gewinnung der
beschichteten Trägerteilchen. Wiederum zeigt sich
beispielsweise in dem Falle, in dem Trägerkernteilchen
Strontiumferritmaterialien aufweisen und mittlere Teilchendurchmesser
im Bereich von etwa 30 bis 40 Mikrometer, daß wenn die
relative Menge an polymerem Material in der Lösung über 1,5 - 2
Teile pro 100 Gewichtsteile Kernteilchen liegt, die Teilchen
während des Verfahrens agglomerieren können, was zu
Ungleichförmigkeiten in der Beschichtung führt und die Menge
an Polymer begrenzt, die aufgetragen werden kann.
-
Dies bedeutet, daß die Menge an Polymer, das nach solchen
Verfahren aufgetragen werden kann, begrenzt ist (wobei
beachtet werden sollte, daß die spezifischen maximalen relativen
Mengen des Beschichtungsmaterials, wie oben für die
Schmelzbeschichtung und Lösungsbeschichtung der Kernteilchen
speziell angegeben, im Falle von unterschiedlichen Kernteilchen
verschieden sind, die aufweisen können unterschiedliche
mittlere Teilchengrößen, unterschiedliche Kernmaterialdichten
und/oder unterschiedliche Verhältnisse von Oberflächenbereich
zur Masse). Umso wirksamer das Polymer bei der erwünschten
Veränderung der Ladungscharakteristika der Trägerteilchen ist,
umso wünschenswerter ist es bezüglich der Erzielung der
erwünschten Ladungseigenschaften und der Minimalisierung der
Menge des Polymeren, das aufgetragen werden muß, um solche
Charakteristika zu erzielen.
-
Ein anderer Nachteil derartiger Materialien, die als Träger-
Beschichtungspolymere vorgeschlagen wurden, besteht in ihrem
Mangel an thermischer Stabilität, was zu einem Abbau während
der Beschichtung und einem Abbau während der Verwendung bei
der elektrographischen Entwicklung führt, mit der Folge
inkonsistenter triboelektrischer Eigenschaften zu Beginn und
mit der Zeit sowie zu einer kürzeren Trägerlebensdauer
(aufgrund einer stärkeren Trägeraufspaltung, eines Abplatzens,
eines Verstäubens und aufgrund von Scumming).
-
Somit besteht ein Bedürfnis nach geeigneten Polymeren, die
auf Trägerkernteilchen aufgetragen werden können, um ihre
triboelektrischen Ladungscharakteristika einzustellen,
bezüglich verschiedener Type: von Tonerteilchen in
elektrographischen Entwicklern. Derartige Polymere sollten hoch
triboelektrisch wirksam oder effizient sein, um
Trägerladungscharakteristika adäquat modifizieren zu können und um
die Menge an Polymer in der Beschichtung auf ein Minimum zu
vermindern, und sie sollten eine gute thermische Stabilität
aufweisen. Die vorliegende Erfindung erfüllt dieses
Bedürfnis.
-
Die Erfindung stellt beschichtete Trägerteilchen für trockene
elektrographische Entwickler bereit, wie sie in Anspruch 1
gekennzeichnet sind.
-
Jedes der Trägerteilchen der Erfindung weist ein Kernteilchen
auf mit einer polymeren Beschichtung aus
Poly(p-t-butylstyrol) oder einem Copolymeren aus p-t-Butylstyrol sowie
einem C&sub1;-C&sub4;-Alkylmethacrylat, wobei das Polymer weiterhin
Schwefel enthaltende Endgruppen aufweist.
-
Die oben als im Rahmen der Erfindung geeignet definierten
Polymeren sind sehr wirksam bezüglich der Modifizierung der
triboelektrischen Ladungscharakteristika der Träger, wenn
sie hierauf aufgetragen werden, und die Polymeren weisen
eine gute thermische Stabilität auf.
-
Die vorliegende Erfindung ist in vorteilhafter Weise auf
Trägerteilchen anwendbar, die ein beliebiges der
Kernmaterialien aufweisen, von denen ganz allgemein bekannt ist, daß
sie in Trägerteilchen für elektrographische Entwickler
geeignet sind. Die Trägerkernmaterialien können leitfähige,
nichtleitfähige, magnetische oder nicht-magnetische Materialien
umfassen. Beispielsweise können die Trägerkerne aufweisen
Glaskügelchen; Kristalle von anorganischen Salzen, wie z. B.
Aluminiumkaliumchlorid; andere Salze, wie z. B.
Ammoniumchlorid oder Natriumnitrat; körniges Zirkon; körniges
Silicium; Siliciumdioxid; harte Harzteilchen, wie z. B.
Poly(methylmethacrylat); metallische Materialien, wie z. B.
Eisen, Stahl, Nickel, Carborundum, Cobalt, oxidiertes Eisen;
oder Mischungen oder Legierungen van beliebigen der im
vorstehenden angegebenen Stoffe. Verwiesen wird beispielsweise
auf die U.S.-Patentschriften 3 850 663 und 3 970 571.
Besonders geeignet im Rahmen von Magnetbürsten-Entwicklungsschemen
sind Eisenteilchen, wie z. B. Teilchen aus porösem Eisen mit
oxidierten Oberflächen, Stahlteilchen und andere "harte" oder
"weiche" ferromagnetische Materialien, wie z. B.
gamma-Ferrioxide oder Ferrite, wie z. B. Ferrite des Bariums, Strontiums,
Bleis, Magnesiums oder Aluminiums. Verwiesen wird
beispielsweise auf die U.S.-Patentschriften 4 042 518; 4 478 925;
4 546 060; 4 764 445; 4 855 205 sowie 4 855 206.
-
Wie oben beschrieben, umfaßt das Polymer, das auf die
Trägerkernteilchen aufgetragen wird, Poly(p-t-butylstyrol) oder ein
Copolymer von p-t-Butylstyrol und einem C&sub1;-C&sub4;-Alkylmethacrylat
(z. B. Methylmethacrylat oder Isobutylmethacrylat). Wird eines
der Copolymeren ausgewählt, so sind die Anteile an
wiederkehrenden Einheiten nicht kritisch, doch werden in einigen
bevorzugten Ausführungsformen Gewichtsverhältnisse von 1 zu 1
angewandt. Das Polymer weist ferner Schwefel enthaltende
Endgruppen auf. Derartige Polymere weisen eine bessere thermische
Stabilität auf und eine größere Wirksamkeit bezüglich der
Erzielung gewünschter triboelektrischer
Ladungscharakteristika als Polymere, die nach dem Stande der Technik
vorgeschlagen wurden.
-
Werden gut bekannte Verfahren zur Herstellung der Polymeren
angewandt, wie z. B. eine Suspensions-Polymerisation oder
eine Emulsions-Polymerisation, so ist es einfach, Schwefel
enthaltende Endgruppen in bekannter Weise zu erzeugen,
beispielsweise durch Verwendung eines Persulfates als
Polymerisationsinitiator und/oder durch Einschluß eines aus einem
Mercaptan bestehenden Kettenübertragungsmittels in den
Polymerisationsprozeß. Wird ein aus einem Mercaptan bestehendes
Kettenübertragungsmittel verwendet, so hat es sich als
vorteilhaft erwiesen, eine relativ kleine Menge an einem
solchen Mittel zu verwenden (z. B. 1 % oder weniger, bezogen
auf das Gesamtgewicht der verwendeten Monomeren), derart,
daß keine übermäßige Menge an Kettenabschluß erfolgt, die zu
Polymeren führen würde, die ein solch geringes
Molekulargewicht haben, daß sie zu spröde sind, um gut als
Trägerbeschichtungsmaterialien zu dienen.
-
Wie im vorstehenden erwähnt, weisen die für die vorliegende
Erfindung geigneten Polymeren eine bessere thermische
Stabilität auf als Polymere, die gemäß dem Stande der Technik auf
Träger aufgetragen werden können. Dies läßt sich
veranschaulichen durch einen Vergleich der Ergebnisse von thermischen
gravimetrischen Analysetests der verschiedenen Polymeren,
wobei das Polymer an der Luft erhitzt wird, wobei die
Temperatur langsam von 75 auf 800ºC erhöht wird, und wobei die
Temperatur notiert wird, bei welcher ein merklicher erster
Gewichtsverlust auftritt. Beispielsweise liegt die
Temperatur, bei der ein erster merklicher Gewichtsverlust im Falle
von Poly(methylmethacrylat) erfolgt, bei 283ºC und im Falle
von Poly(styrol-co-methylmethacrylat) (Gew.-Verhältnis 50:50)
bei 281ºC (beide Polymeren sind nicht im Rahmen der
Erfindung geeignet), während der Beginn des Gewichtsverlustes bei
306ºC im Falle von
Poly(p-t-butylstyrol-co-methylmethacrylat) (Gew.-Verhältnis 50:50) liegt bei Schwefel enthaltenden
Endgruppen (ein Polymer, das gemäß der Erfindung geeignet
ist). Auch erleidet das oben als gemäß der Erfindung geeignet
bezeichnete Polymer, wenn es 4 Stunden lang auf 230ºC erhitzt
wird, lediglich einen Gewichtsverlust von 2,6 % aufgrund
eines Abbaues, während die zwei oben angegebenen Polymeren,
die nicht für die Erfindung geeignet sind, einen
Gewichtsverlust von 11,5 % bzw. 12,7 % erleiden.
-
Verfahren zum Auftragen eines Polymeren auf
Trägerkernteilchen in einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen
Verfahrensweise von verschiedener gleichförmiger oder
nichtgleichförmiger Dicke sind gut bekannt. Zu einigen geeigneten
Beschichtungsverfahren gehören die Lösungsbeschichtung, ein
Auftrag durch Besprühen, eine Plattierung, ein Umwälzen, ein
Schütteln, die Beschichtung in einem Wirbelbett und die
Schmelzbeschichtung. Eine jede dieser Methoden kann
angewandt werden, um die beschichteten Trägerteilchen dieser
Erfindung herzustellen. Verwiesen wird beispielsweise auf
die U.S.-Patentschriften 4 546 060; 4 478 925; 4 233 387;
4 209 550 sowie 3 507 686.
-
Beimauftragen von Polymeren, die für die vorliegende
Erfindung geeignet sind, können die relativen Mengen an Polymer
variiert werden, um die erwünschten Eigenschaften zu
erzielen. Optimale Mengen hängen von der Natur von allen
Materialien ab, die verwendet werden (einschließlich der Natur der
Tonerteilchen, mit denen die Trägerteilchen später vermischt
werden sollen, um einen Entwickler herzustellen) und der
Menge an Ladung, die pro Masseneinheit erwünscht ist, doch
liegt beispielsweise in dem speziellen Fall von
Strontiumferrit-Kernteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser
im Bereich von 30 bis 40 Mikrometern die Beschichtungsmenge
im allgemeinen bei, auf das Gewicht bezogen, 3 pph
Beschichtungsmaterial (Teile pro 100 Teile Kernmaterial) oder
darunter, wenn eine Schmelzbeschichtung angewandt wird (da es bei
höheren Anteilen von Beschichtungsmaterial sehr schwierig sein
kann, die verfestigte Masse in geeigneter Weise aufzubrechen,
um die diskreten beschichteten Trägerteilchen zu erhalten)
und bei 2 pph Beschichtungsmaterial oder weniger, wenn eine
Lösungsbeschichtung angewandt wird (da höhere Anteile an
Beschichtungsinaterial eine Teilchen-Agglomeration herbeiführen
können während das Lösungsmittel abgetrieben wird, mit der
Folge einer unvollständigen und/oder nicht-gleichförmigen
Beschichtung). Verwiesen wird wiederum darauf, daß diese
bevorzugten oberen Grenzen der Gewichtsverhältnisse von
Beschichtungsmaterial zu Kernmaterial sich verändern wie sich
das Verhältnis von Oberflächenbereich zur Masse der
Kernteilchen verändert; d. h. die bevorzugten oberen Grenzen sind
höher, wenn das Verhältnis von Oberflächenbereich zur Masse
größer ist als in dem speziellen angegebenen Fall und daß es
geringer sein wird, wenn das Verhältnis von
Oberflächenbereich zur Masse geringer ist als in dem speziell angegebenen
Fall.
-
Die anfallenden Trägerteilchen können eine sphärische oder
irreguläre Form aufweisen, sie können eine glatte oder rauhe
Oberfläche haben und sie können von jeder beliebigen Größe
sein, von der bekannt ist, daß sie für Entwickler geeignet
ist. Übliche Trägerteilchen weisen im allgemeinen einen
mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 2 bis 1200
Mikrometern, vorzugsweise 2 bis 300 Mikrometern auf.
-
Im Falle einiger bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
werden Strontiumferrit-Kernteilchen mit einem mittleren
Durchmesser von 30 Mikrometern (um) mit 1 pph
Poly(p-t-butylstyrol), Poly(p-t-butylstyrol-co-methylmethacrylat) (Gew.-
Verhältnis von wiederkehrenden Einheiten 50:50) oder
Poly(p-t-butylstyrol-co-isobutylmethacrylat) (Gew.-Verhältnis
50:50), sämtlich mit Schwefel enthaltenden Endgruppen
vermischt und sämtlich in einem geeigneten
Beschichtungslösungsmittel, wie z. B. Dichloromethan gelöst. Die Mischung
wird bewegt, wobei die Lösung 2 Stunden lang auf 120ºC
gebracht wird, um das Lösungsmittel abzutreiben und um die
Beschichtung auf den Kernteilchen zu fixieren, worauf auf
Raumtemperatur abkühlen gelassen wird, um die diskreten
beschichteten Trägerteilchen zu erhalten.
-
Bei der Herstellung von elektrographischen Entwicklern können
die erfindungsgemäßen Trägerteilchen mit beliebigen
geeigneten Tonerteilchen vermischt werden, von denen bekannt ist,
dab sie sich zur Herstellung von elektrographischen
Trockenentwicklern eignen. Träger der vorliegenden Erfindung eignen
sich in besonders vorteilhafter Weise zur Herstellung von
Entwicklern, bei denen die Tonerteilchen auf
triboelektrischem Wege während der Vermischung eine negative Ladung
aufnehmen, während die Trägerteilchen positiv aufgeladen werden.
-
Geeignete Tonerteilchen weisen mindestens ein Bindemittelharz
auf und gegebenenfalls andere Zusätze, wie beispielsweise
Färbemittel, Ladungssteuerungsmittel, Trennmittel usw., wie
es allgemein bekannt ist.
-
Viele Harze sind in der publizierten Literatur als geeignet
für die Herstellung von trockenen Tonerbindemitteln
beschrieben worden. Hierzu gehören Vinylpolymere, wie z. B.
Homopolyrnere und Copolymere des Styrols sowie Kondensationspolymere,
wie Polyester und Copolyester. Besonders geeignete
Bindemittelharze sind styrolische Polymere von 40 bis 100 Gew.-%
Styrol oder Styrolhomologen und 0 bis 45 Gew.-% von einem
oder mehreren kurzkettigen Alkylacrylaten oder -methacrylaten.
Bevorzugt sind leicht schmelzbare Styrol-Acrylcopolymere, die
schwach kovalent mit einer Divinylverbindung, wie z. B.
Divinylbenzol quervernetzt sind, wie sie in dem Patent von
Jadwin und Mitarbeitern, nämlich der U.S.-Patentschrift
Re. 31 072 beschrieben werden. Besonders geeignet sind
Polyester von aromatischen Dicarbonsäuren mit einem oder mehreren
aliphatischen Diolen, wie z. B. Polyestern der
Isophthaloder Terephthalsäure mit Diolen, wie z. B. Ethylenglykol,
Cyclohexandimethanol sowie Diphenolen. Beispiele hierfür
werden in der oben erwähnten Patentschrift von Jadwin und
Mitarbeitern beschrieben.
-
Geeignete Bindemittelharze haben Aufschmelztemperaturen im
Bereich von 50ºC bis 200ºC, so daß die Tonerpartikel nach
der Entwicklung leicht zum Zusammenschmelzen gebracht werden
können. Bevorzugt sind Harze, die im Bereich von 65ºC bis
120ºC zusammenschmelzen. Erfolgt eine Tonerübertragung auf
Empfangsblätter, die höheren Temperaturen zu widerstehen
vermögen, so können Polymere von höheren Schmelztemperaturen
verwendet werden.
-
Ein Färbemittel für den Toner kann aus einer Vielzahl von
Farbstoffen und Pigmenten ausgewählt werden, wie beispielsweise
jenen, die beschrieben werden in der U.S.-Patentschrift
Re. 31 072. Ein besonders geeignetes Färbemittel für Toner,
das in elektrophotographischen
Schwarz-Weiß-Kopiervorrichtungen eingesetzt wird, ist Ruß. Die Menge an Färbemittel
in dem Toner kann innerhalb eines breiten Bereiches
variieren, beispielsweise innerhalb eines Bereiches von 1 bis 20
Gew.-% des Toners. Im Falle einiger Verwendungszwecke wird
dem Toner kein Färbemittel zugesetzt, doch sind gewöhnlich
1 bis 6 Gew.-% Färbemittel vorhanden.
-
Zu anderen Zusätzen können Ladungssteuerungsmittel gehören,
wobei jene, die gewöhnlich verwendet werden, ionische
Verbindungen sind, wie bestimmte Metallazokomplexe und
Metallsalze und Komplexe von bestimmten Benzoe- und Naphthoesäuren.
Geeignete Ladungssteuerungsmittel werden beispielsweise
beschrieben in den U.S.-Patentschriften 4 656 112; 4 206 064;
4 824 751 und 4 433 040. Normalerweise wird in der
Tonerzusammensetzung nur eine geringe Konzentration an
Ladungssteuerungsmittel verwendet, z. B. 0,05 bis 6 Gew.-% und
vorzugsweise 0,05 bis 2,0 Gew.-%.
-
Geeignete Tonerteilchen weisen einen Durchmesser im Bereich
von 0,5 bis 25 Mikrometern auf mit einer mittleren Größe von
1 bis 16 Mikrometern. Vorzugsweise liegt der mittlere
Teilchengrößenbereich von Träger zu Toner bei 15:1 bis 1:1.
Jedoch sind auch mittlere Teilchengrößenverhältnisse von
Träger zu Toner von so hoch wie 50:1 geeignet.
-
In Entwicklern, die Träger der Erfindung enthalten, können
hohen Konzentrationen an Toner verwendet werden. Demzufolge
kann der Entwickler 70 bis 99 Gew.-% Träger und 30 bis 1
Gew.-%Toner, bezogen auf das Gesamtgewicht des Entwicklers,
enthalten; in besonders bevorzugter Weise liegen solche
Konzentrationen bis 80 bis 99 Gew.-% Träger und 20 bis 1
Gew.-% Toner.
-
Entwicklerzusammensetzungen, die Träger dieser Erfindung
enthalten, können in verschiedener bekannter Weise zur
Entwicklung elektrostatischer Ladungsmuster oder latenter Bilder
eingesetzt werden. Derartige entwickelbare Ladungsmuster
können nach einer Anzahl von Methoden hergestellt werden und
können aufgetragen sein, beispielsweise auf einem
lichtempfindlichen photoleitfähigen Element oder einem
nicht-lichtempfindlichen, eine dielektrische Oberfläche aufweisenden
Element, wie beispielsweise einem leitfähigen Blatt, das mit
einem Isolator beschichtet ist. Zu einer geeigneten
Entwicklungstechnik gehört das Auftragen der
Entwicklerzusammensetzung auf das elektrostatische Ladungsmuster mittels einer
Kaskade, während zu anderen Techniken das Aufbringen von
Tonerteilchen aus einem Entwickler gehört, der in einer
Magnetbürste erzeugt wurde mittels einer magnetischen
Applikatorvorrichtung. Diese letztere Technik schließt die
Verwendung von magnetisch anziehbaren Trägerteilchen bei der
Herstellung der Entwicklerzusammensetzung ein. Nach der
bildweisen Abscheidung der Tonerteilchen kann das Bild fixiert
werden, z. B. durch Erhitzen des Toners, um diesen an das
Substrat, das den Toner trägt, anzuschmelzen. Falls erwünscht,
kann das nicht angeschmolzene Bild auf einen Empfänger
übertragen werden, wie z. B. ein blankes Papierblatt, worauf der
Toner unter Erzeugung eines permanenten Bildes
zusammengeschmolzen wird.
-
Die folgenden Beispiele sollen einige bevorzugte
Ausführungsformen der Träger der Erfindung weiter veranschaulichen und
ihre Eigenschaften in Entwicklern mit jenen von Trägern
ausserhalb des Erfindungsbereiches vergleichen.
-
In sämtlichen der folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele
bestanden die Trägerteilchen aus
Strontiumferrit-Trägerkernen, die durch Lösungsbeschichtung mit verschiedenen
Polymeren beschichtet waren. Sie wurden hergestellt unter
Verwendung einer Zusammensetzung aus 1 Gewichtsteil von
verschiedenen Polymeren und 100 Gewichtsteilen
Strontiumferritteilchen. Das Polymer wurde in Dichloromethan gelöst,
und die Lösung wurde mit den Ferritteilchen vermischt. Die
Mischung wurde bewegt, während sie 2 Stunden lang bei 120ºC
gehalten wurde, um das Lösungsmittel abzutreiben und dann
auf Raumtempertur abkühlen gelassen, um die beschichteten
Trägerteilchen zu erhalten.
-
In den Beispielen wurden die triboelektrischen Eigenschaften
der Trägerteilchen indirekt bestimmt durch Messung des
Grades der Ladung, die den Tonerteilchen erteilt wurden, mit
denen sie vermischt wurden. Der Grad der Ladung wurde
bestimmt durch Mischen der Trägerteilchen mit typischen
Tonerteilchen (mit einem blaugrünen Färbemitte dispergiert in
einem Poly(esteramid)-Bindemittel), unter Erzeugung eines
aufgeladenen elektrographischen Entwicklers mit 10 Gew.-%
Tonerteilchen und Messung des Aufladungsgrades der
Tonerteilchen in Mikrocoulomb pro Gramm Toner (uc/g), nach 5
Minuten kontinuierlicher Anwendung des Entwicklers. Die
kontinuierliche Anwendung des Entwicklers schloß ein das
Einbringen des magnetisierten Entwicklers in eine Glasflasche,
die auf einer typischen Vorrichtung angeordnet wurde, die
bestimmt war für die Bildung eines Entwicklers in Form einer
sich bewegenden Magnetbürste für die Entwicklung
elektrostatischer Bilder zu Tonerbildern (in diesem Falle einer
zylindrischen Walze mit einem rotierenden Magnetkern). Dies
bedeutet, daß die kontinuierliche Verwendung nahezu einer
typischen tatsächlichen Verwendung des Entwicklers in einem
elektrographischen Entwicklungsprozeß entsprach.
-
Da der Zweck der Messung der Tonerladung in den Beispielen
hauptsächlich erfolgte, um den Grad der Ladung der Entwickler
zu veranschaulichen, die erfindungsgemäße Trägerteilchen
enthielten, im Vergleich zu dem Grad der Aufladung von
ähnlichen Entwicklern, die Träger enthielten, die nicht der
Erfindung entsprachen, konnte jede bekannte geeignete Methode
zur Messung des Tonerladungsgrades angewandt werden. In den
unten folgenden Beispielen wurden die Tonerladungsgrade
gemessen durch Einbringen einer 0,05 bis 0,1 g-Probe des
geladenen Entwicklers in eine Probenschale, die zwischen
Elektrodenplatten eingeführt wurde und die gleichzeitig über einen
Zeitraum von 30 Sekunden der Einwirkung eines magnetischen
Feldes von 60 Hz zum Zwecke einer Entwicklerbewegung sowie
einem elektrischen Feld von 2000 Volt/cm zwischen den Platten
ausgesetzt wurde. Der Toner wurde von dem Träger freigesetzt
und von der Platte angezogen und auf dieser angesammelt, die
eine Polarität aufwies, die der Tonerladung entgegengesetzt
war. Die Gesamt-Tonerladung wurde mittels eines Elektrometers
gemessen, das mit der Platte verbunden war, und der Wert
wurde dividiert durch das Gewicht des Toners auf der Platte
unter Gewinnung der Ladung pro Tonermasse in Mikrocoulomb pro
Gramm (uc/g).
-
In den Beispielen und Vergleichsbeispielen lag immer dann,
wenn ein Copolymer aus zwei verschiedenen Monomeren gebildet
wurde, das Gewichtsverhältnis der zwei verschiedenen Typen
von wiederkehrenden Einheiten bei 50:50. Wo die Angabe
"1 % TDDM" nach dem Namen eines Polymeren erfolgt, bedeutet
dies, daß das Polymer Schwefel enthaltende Endgruppen
aufwies, die erzeugt wurden durch Herstellung des Polymeren
durch Polymerisation in Gegenwart von einem Gewichtsteil des
Kettenübertragungsmittels t-Dodecylmercaptan pro 100
Gewichtsteile der gesamten Monomeren, die während der Polymerisation
vorhanden waren. Wie im vorstehenden erwähnt, enthielten
sämtliche Beschichtungen in den Beispielen und
Vergleichsbeispielen 1 Gewichtsteil einer Polymerbeschichtung auf
100 Gewichtsteile des Trägerkernmaterials.
BEISPIELE 1 - 3
-
In den Beispielen 1 - 3 wird der Effekt der Zugabe von
verschiedenen Polymeren in Trägerbeschichtungen gemäß der Erfindung
auf die Toneraufladung veranschaulicht und mit
Vergleichsbeispielen verglichen, die verschiedene Polymere enthielten,
die nicht mit den erfindungsgemäß verwendeten Polymeren in
den Trägerbeschichtungen übereinstimmten. Die Ergebnisse
sind in Tabelle I zusammengestellt.
TABELLE I
Beispiel
Aufgetragenes Polymer
Toner-Ladung (uc/g)
Vergleich
Polystyrol
Poly(methylmethacrylat)
Poly(styrol-co-methylmethacrylat)
Poly(p-t-butylstyrol) (1 % TDDM)
Poly(p-t-butylstyrol-comethylmethacrylat) (1 % TDDM)
Poly(p-t-butylstyrol-co-isobutylmethacrylat) (1 % TDDM)
-
Die Daten in Tabelle I zeigen, daß Träger, die gemäß dieser
Erfindung beschichtet worden waren, bewirkten, daß Toner eine
beträchtlich höhere triboelektrische Ladung aufwiesen als
beschichtete Träger außerhalb des Erfindungsbereiches; d. h.
die polymeren Beschichtungen von Trägern gemäß der Erfindung
waren wirksamer bezüglich der Erzielung der erwünschten
Ladungscharakteristika.