DE69021323T2

DE69021323T2 - Schwarzer, flüssiger Toner, durchsichtig für Infrarotstrahlung.

Info

Publication number: DE69021323T2
Application number: DE69021323T
Authority: DE
Inventors: Kevin M Kidnie
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1989-10-30
Filing date: 1990-10-26
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2010-10-27
Also published as: DK0426392T3; EP0426392B1; US5028507A; JPH03154068A; KR0175661B1; EP0426392A2; EP0426392A3; KR910008497A; JP2899397B2; DE69021323D1; CA2026633A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft auf dem Gebiet des Color-Halbton-Andruckes verwendbare Tonerflüssigkeiten.

Ausgangssituation

Bildaufzeichnung zur Herstellung von 4-Farbbildern aus Separationen war seit langem ein Problem. Zur direkten Abbildung auf dem Photoleiter muß der Photoleiter durch den Toner hindurch belichtet werden, nachdem der erste Toner abgeschieden worden ist. Dieses macht erforderlich, daß die nacheinander aufgebrachten Toner für die belichtende Bestrahlung durchlässig sein müssen. Aus Gründen der Durchführbarkeit und der Wirtschaftlichkeit wird eine einzelne Strahlungsquelle mit einer einzelnen Wellenlänge verwendet (z.B. ein Laser). Die bei 4-Farben-Halbton-Verfahren akzeptablen Farbmittel (speziell schwarze Tbrier) haben jedoch im Bereich von 400 ... 750 nm keinen gemeinsamen spektralen Bereich eines niedrigen spektralen Absorptionsmaßes ((nachfolgend bezeichnet als Extinktion)), d.h. hohe Transparenz.
Lösungen dieses Problems waren bisher nicht zuf riedenstellend, da sie keine Prozesse gewähren, bei denen der Photoleiter durch die Toner hindurch belcihtet wird, so daß alle Farben in beliebiger Reihenfolge abgelegt werden und danach gleichzeitig übertragen werden können. Frühere Lösungen umfaßten: Belichten der Rückseite des Photoleiters durch einen transparenten Träger hindurch, Verwendung von Licht mehrerer Wellenlängen und die Abscheidung des schwarzen Toners zuletzt sowie die Übertragung des Toners nach der jeweiligen Abscheidung. Toner, die für diese Lösungen vorgeschlagen wurden, sind bekannt.
Die US-P-4 145 299 offenbart einen elektrographischen flüssigen Entwicklung mit einem Träger und markierenden Teilchen, die durch Koppeln von Diazoniumsalzen mit 2,3- Naphthalendiol-Derivaten gebildet werden. Diese Toner sind gegenüber einer längeren Bestrahlung im Ultraviolett oder im sichtbaren Bereich nicht beständig.
Die US-P-4 414 152 offenbart Bis-arylazo-Verbindungen mit einer ähnlichen Grundstruktur wie die in der US-P-4 145 299 offenbarten, die als Neutralpigmente in elektrophotographischen Entwicklern verwendbar sind.
Die US-P-4 654 282 off enbart ein Verfahren zur Erzeugung einer Tonerabbildung durch Überlappen von einem oder mehreren zuvor erzeugten Tonerabbildungen. Es werden flüssige Entwickler offenbart, die in der Erfindung verwendbar sind. In diesen Entwicklern verwendbare Farbmittel umfassen Toner, wie sie in der US-P-4 145 299 und US- P-4 414 152 beschrieben wurden.

Offenbarung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Probleme gelöst.
Es wird ein schwarzer Toner gewährt, der bei Color- Halbton-Andrucken an jeder Stelle in dem Prozeß verwendet werden kann und für eine gewünschte Wellenlänge im nahen Infrarot transparent ist. Als Ergebnis können in dem Prozeß alle Farben abgeschieden und danach übertragen werden.
Die vorliegende Erfindung gewährt eine schwarze, Tonerflüssigkeit, wie in Anspruch 1 festgelegt, der für eine gewünschte Wellenlänge im nahen Infrarotbereich transparent ist. Der Toner umfaßt eine Kombination eines ersten und zweiten Pigments in einer Trägerflüssigkeit. Das erste Pigment hat die Formel Formel I
worin jedes R unabhängig eine einwertige aliphatische/aromatische oder eine heterocyclische Gruppe ist.
Das zweite Pigment hat eine Formel, ausgewählt aus: Formel II
und Formel III
worin R¹ ausgewählt wird aus Wasserstoff und -COOH und jedes R² unabhängig ausgewählt wird aus Wasserstoff, Methyl und Cl. Das zweite Pigment wird als ein Calcium- oder Bariumsalz bereitgestellt.
Der hierin verwendete Begriff "schwarzer Toner" bedeutet einen Toner, der schwarz ist oder im Farbton schwarz erscheint, während "für eine gewünschte Wellenlänge im nahen Infrarotbereich transparent" einen Toner bedeutet, der einen wesentlichen Teil des Lichts in diesem Bereich durchläßt und der vorzugsweise einen maximalen Absorptionsgrad (nachfolgend definiert) von etwa 0,75 aufweist.

Detaillierte Beschreibung

Die erfindungsgemäße Tonerflüssigkeit wird vorzugsweise als eine Dispersion der ersten und zweiten Pigmente in der Trägerflüssigkeit bereitgestellt. Dieses kann mit Hilfe einer Vielzahl von Methoden erfolgen. Beispielsweise können die Pigmente durch Soxhlet-Extraktion mit Ethanol gereinigt und danach mit einer gewünschten Trägerflüssigkeit vereinigt werden. Üblicherweise wird die Kombination von Träger/Pigment nach bekannten Methoden dispergiert (z.B. in einem Mischer nach Silverson). Normalerweise ist ein mechanisches Dispergieren zwischen 4 bis 6 Stunden ausreichend, um die gewünschte Pigment-Partikelgröße in der Dispersion zu erhalten. Die bevorzugte Partikelgröße ist kleiner als 1 Mikrometer (um) in der Hauptabmessung. Mehr bevorzugt liegt die Partikelgröße im Bereich von 0,1 ... 0,5 um. Vorzugsweise wird die Temperatur der Kombination Träger/Pigment während des Dispersionsprozesses bei 80 ºC oder darunter gehalten.
Das in der Erfindung verwendbare erste Pigment hat die vorstehend angegebene Formel I. In dieser Formel besteht R aus einer aliphatischen/aromatischen Gruppe (vorzugsweise mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen) in dem aliphatischen Teil, einer heterocyclischen Gruppe oder einer aromatischen/heterocyclischen Gruppe. Die aliphatischen Gruppen können Heteroatome enthalten, wie beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff.
Spezielle Beispiele für verwendbare R-Gruppen umfassen:
worin n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.
Das in der Erfindung verwendbare zweite Pigment hat die vorstehend festgelegte Formel II.
Das Gewichtsverhältnis des ersten Pigments zum zweiten Pigment liegt vorzugsweise im Bereich von 2/1 ... 5/1 und am meisten bevorzugt im Bereich von 3/1 ... 4/1.
Die in der Erfindung verwendbare Trägerflüssigkeit kann aus einer großen Vielzahl von Materialien ausgewählt werden. Vorzugsweise hat die Flüssigkeit eine niedrige Dielektrizitätskonstante und einen sehr hohen elektrischen Widerstand, so daß sie das elektrostatisch latente Bild weder stört noch zerstört. Normalerweise sollten verwendbare Tägerflüssigkeiten eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 3, einen spezifischen Volumenwiderstand von größer als 10¹&sup0; Ohm cm haben und sollten unter einer Vielzahl von Bedingungen stabil sein. Geeignete Tägerflüssigkeiten umfassen halogenierte Kohlenwasserstoff-Lösemittel, wie beispielsweise fluorierte niedere Alkane wie Trichlormonofluormethan und Trichlortrifluorethan mit einem typischen Siedebereich von 2 ºC bis 55 ºC. Weitere verwendbare Kohlenwasserstoff-Lösemittel, wie beispielsweise Iso-Paraffinkohlenwasserstoffe haben einen Siedebereich von 145 ºC ... 185 ºC, wie beispielsweise Isopar G (Humble Oil & Refining Co.), oder cyclische Kohlenwasserstoffe mit einer aromatischen Hauptkomponente und ebenfalls dinem Siedebereich von 145 ºC ... 185 ºC, wie beispielsweise Solvesso 100 (Humble Oil & Refining Co.). Zusätzliche verwendbare Trägerflüssigkeiten umfassen Polysiloxane, geruchsfreie Lösungsbenzine, Octan und Cyclohexan.
Die Trägerflüssigkeit umfaßt normalerweise 0,05 % ... 2 Gewichtsprozent der flüssigen Tonerzusammensetzung. Vorzugsweise umfaßt er 0,1 % ... 1 Gswichtsprozent und am meisten bevorzugt 0,2 % ... 0,7 Gewichtsprozent.
Die erfindungsgemäßen Toner sind in einer Vielzahl von Prozessen verwendbar. Besonders verwendbar sind sie jedoch in Prozessen des Color-Halbton-Andruckes. Diese Prozesse werden eingesetzt, um die Probleme der Bildaufzeichnung bei der Herstellung von mehrfarbigen Bildern aus Separationen auf ein Minimum herabzusetzen. Ein Beispiel für einen derartigen Prozeß wird in US-P-4 728 983 offenbart.
Die erfindungsgemäßen Toner sind schwarz oder von schwarzem Aussehen. Sie verfügen vorzugsweise über einen maximalen Absorptionsgrad, X, von 0,75. X wird nach der Formel berechnet:
AIR / AVIS
darin sind AIR die Extinktion des Toners bei einer gewünschten Wellenlänge im nahen Infrarotbereich und AVIS die Extinktion des Toners bei einer gewünschten Wellenlänge im sichtbaren Bereich. Bei Werten von X oberhalb von 0,75 setzt eine merkliche Absorption von Licht im nahen Infrarotbereich ein. Dieses bedeutet, daß längere Expositionsszeiten benötigt werden, um eine vorgegebene Bildschwärzung zu erzielen. Dem entsprechend wird die Ausführung des Prozesses weniger wirtschaftlich. Mehr bevorzugt beträgt der Wert von X höchsten 0,6 und am meisten bevorzugt höchsten 0,4.
Vorzugsweise liegt die gewünschte Wellenlänge im nahen Inf rarotbereich von 750 nm bis 1.000 nm. Am meisten bevorzugt beträgt sie etwa 830 nm. Vorzugsweise liegt die Wellenlänge im sichtbaren Bereich bei 400 nm bis 750 nm. Am meisten bevorzugt beträgt die Wellenlänge etwa 570 nm.
Die Extinktion wird bei Außentemperatur, Druck und Feuchtigkeit unter Verwendung einer Probe der Tonerflüssigkeit gemessen, die auf eine Feststoffkonzentration in der Trägerflüssigkeit von 0,005 ... 0,01 Gewichtsprozent verdünnt wurde. Die Messungen werden unter Verwendung eines Perkin- Elmer Model 330-Spektrophotometers direkt an dem verdünnten Toner ausgeführt. Die mit dem erfindungsgemäßen Toner erzeugten Bilder haben eine maximale Schwärzung bei Reflexion (RODm) ((maximale Reflexionsdichte)) im Bereich von 0,75 ... 2,2 pro einzelne Entwicklungstufe. Nachfolgende Entwicklungsstufen werden den RODm erhöhen. RODm-Werte von 3 oder größer können ohne weiteres mit dem erfindungsgemäßen Toner durch Verwendung mehrfacher Entwicklungsstufen erzielt werden.
Zusätzlich zu der Aufgabe als ein bei Farbandruck verwendbarer Toner kann der vorliegende Toner zur Erzeugung von Markierungen bei lithographischen Arbeiten verwendet werden. In diesem Prozeß wird der erfindungsgemäße Toner über mehrfache Abscheidungen mit weitgehend vollständiger Aufzeichnung überlagert, um ein Bild mit einem RODm von 3 oder mehr zu schaffen.
Der ROD wird gemessen, nachdem der Toner zur Entwicklung eines Bildes verwendet wurde. Zur Schaffung des Bildes kann der Prozeß gemäß US-P-4 728 938 angewendet werden. Das Bild wird auf ein weißes Substrat oder Unterlage aufgebracht. Der ROD-Wert wird unter Verwendung eines Standard-Reflexionsdensitometers gemessen, wie beispielsweise einem Macbeth TR 524.
Mit den nachfolgenden Beispielen wird die vorliegende Erfindung weiter veranschaulicht.

Beispiele 1 bis 5

Es wurden gemäß der Erfindung eine Reihe von schwarzen Tonerpulvern hergestellt. Sie bestanden aus 2 Gewichtsteilen Paliogen Black (BASF Co., 14,8 % Feststoffdispersion in Isopar G) und 0,7 Gewichtsteilen Chinacridon (Harmon Color Co., 15,2 % Feststoffdispersion in Isopar G) mit einem polymeren kolloidalen Organosol. Das Polymer des Organosols besteht aus Polyethylacrylat (PEA), das in dem Isopar G mit Hilfe von Polylaurylmethacrylat (PLMA) bei einem Gewichtsverhältnis von 2:1 PEA:PLMA stabilisiert worden ist. Der Toner wurde durch hochtouriges Rühren in einem Silverson- Mischer hergestellt. Es wurde ein Gewichtsverhältnis von 1:4 Pigmentkombination zu Organosol in Isopar G eingesetzt.
Einige der Toner enthielten unterschiedliche Mengen Kohleschwarz (Cabot Regal 300 R Carbon Black von der Cabot Corporation). Die Kohleschwarz enthaltenden Toner wurden unter Anwendung der gleichen Methoden hergestellt wie die ohne Kohleschwarz.
Sodann wurden alle Toner in einem negativ arbeitenden organischen Photoleitersystem unter Anwendung des in der US- P-4 728 983 beschriebenen Verfahrens getestet. Mit einem ROD-Wert von etwa 1 wurde als erstes eine zu Anfang gleichförmige bildfreie Abscheidung ausgeführt. Sodann wurde jeder Toner der Beispiele für nachfolgende Bilderzeugung über der Anfangs abgeschiedenen Schicht verwendet. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle I dargestellt. Tabelle I Kohleschwarz (%) X (Volt) VEXP (Volt) VBIAS (Volt) V (Volt) Photoleiter X ... A&sub8;&sub3;&sub0;/A&sub5;&sub7;&sub0; VEXP ... Photoleiter-Entladespannung VBIAS ... Toner-Entwicklungsspannung V = VBIAS - VEXP ROD ... Schwärzung bei Reflexion
Diese Daten zeigen, daß Zusatz von absorbierendem Kohleschwarz zu einem Abfall von ROD in Mehrfachtonerbildern führt und daß jedoch mindestens bis zu 15 Gewichtsprozent in den erf indungsgemäßen Tonern eingesetzt werden können.

Vergleichsbeispiel

Ein Regal 300 R-Kohleschwarz von der Cabot Corporation anstelle des Chinacridon und des Paliogen einsetzender Toner. Ansonsten entsprach die Zusammensetzung des Toners und das Verfahren seiner Herstellung der Beschreibung der Beispiele 1 bis 5. Sodann wurde der Toner entsprechend der Beschreibung der Beispiele 1 bis 5 eingesetzt und die Ergebnisse mit den unter Verwendung des Toners von Beispiel 1 erhaltenden Ergebnissen verglichen. Sämtliche Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt. Tabelle II Toner Abbildung prozentuale Zunahme X
Diese Daten zeigen, daß der erfindungsgemäße Toner eine prozentuale Zunahme des ROD-Wertes von 89,5 % gewährt, während das Vergleichsbeispiel lediglich eine Zunahme von 10,5 % ermöglicht. Dieses ist darauf zurückzuführen, daß der erfindungsgemäße Toner für Licht im nahen Infrarotbereich transparent ist und dadurch auf der zweiten Bilderzeugung mehr Toner abzuscheiden ermöglicht.

Claims

1. Tonerflüssigkeit, durchlässig für eine gewünschte Wellenlänge elektromagnetischer Strahlung im nahen Infrarotbereich, umfassend eine Kombination von:

a) einem ersten Pigment der Formel

worin R ein einwertiges Radikal ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus aliphatischen/aromatischen, aromatischen/heterocyclischen und heterocyclischen Gruppen

b) einem zweiten Pigment, umfassend ein Calcium- oder Bariumsalz einer Verbindung der Formel

worin R¹ ausgewählt wird aus Wasserstoff und -COOH und R² ausgewählt wird aus Wasserstoff, Methyl und Cl sowie

c) einer Trägerflüssigkeit für die ersten und zweiten Pigmente, worin das Masseverhältnis des ersten Pigments zum zweiten Pigment im Bereich von 1,5:1 ... 7:1 liegt.

2. Tonerflüssigkeit nach Anspruch 1, bei welchem R ausgewählt wird aus:

worin n eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist.

3. Tonerflüssigkeit nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die Tonerflüssigkeit einen maximalen Absorptionsgrad, X, von 0,75 hat, worin X gemäß der Formel berechnet wird:

AIR / AVIS

worin AIR die Extinktion der Tonerflüssigkeit bei einer vorbestimmten Wellenlänge im nahen Infrarotbereich ist und

AVIS die Extinktion der der Tonerflüssigkeit bei einer vorbestimmten Wellenlänge im sichtbaren Bereich ist.

4. Tonerflüssigkeit nach Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Wellenlängenbereich im nahen Infrarotbereich bei 760 bis 1.000 Nanometer liegt.

5. Tonerflüssigkeit nach Anspruch 3 und 4, wobei die vorbestimmte Wellenlänge im sichtbaren Bereich im Bereich von 400 bis 750 Nanometer liegt.

6. Tonerflüssigkeit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem X höchstens 0,6 beträgt.

7. Tonerflüssigkeit nach einem der vorgenannten Ansprüche, bei welchem die Trägerflüssigkeit ausgewählt wird aus halogenierten Kohlenwasserstoff-Lösemitteln, Isoparaffin-Kohlenwasserstoff-Lösemitteln, cyclischen Kohlenwasserstoff-Lösemitteln, Polysiloxanen, Lösungsbenzine, Octan und Cyclohexan.

8. Tonerflüssigkeit nach Anspruch 7, bei welchem die Trägerflüssigkeit eine Dielektrizitätskonstante von kleiner als 3 und einen spezifischen Volumenwiderstand von größer als 10¹&sup0; Ohm cm hat.

9. Substrat mit einer Oberfläche, die mindestens einen Bereich aufweist, der aus der Abscheidung eines flüssigen Toners nach einem der vorgenannten Ansprüche resultiert, wobei der Bereich eine maximale Schwärzung bei Reflexion von mindestens 0,75 pro einzelne Entwicklungsstufe hat.

10. Substrat, eine diskrete Fläche einer getrockneten Tonerflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweisend, wobei die diskrete Fläche der getrockneten Tonerflüssigkeit eine maximale Schwärzung bei Reflexion von mindestens 0,75 hat.