-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Photokopieren mit einem
elektrostatischen Flüssigentwickler
und insbesondere auf ein Verfahren zum Stabilisieren von Ladungsdirektorlösungen und auf
eine neue stabilisierte Ladungsdirektorzusammensetzung.
-
Verfahren
zum Erzeugen elektrostatischer Bilder, die als elektrostatische
Ladungsmuster auf einem Substrat vorliegen, sind bekannt. Beim elektrostatischen
Drucken oder Kopieren wird eine photoleitfähige Bilderzeugungsoberfläche zuerst
mit einer einheitlichen elektrostatischen Ladung versehen, üblicherweise
durch ein Vorbeibewegen der Bilderzeugungsoberfläche an einer Ladungskorona
mit einer einheitlichen Geschwindigkeit. Die Bilderzeugungsoberfläche wird
dann mit einem optischen Bild eines zu kopierenden Originals belichtet.
Dieses optische Bild entlädt
selektiv die Bilderzeugungsoberfläche in einem Muster, um ein
latentes elektrostatisches Bild zu erzeugen. In dem Fall eines das
Original tragenden dunklen Drucks auf einem hellen Hintergrund besteht
dieses latente Bild aus im wesentlichen nicht entladenen „Druck"-Abschnitten, die
den Grafikgegenständen
auf dem Original entsprechen, inmitten eines „Hintergrund"-Abschnitts, der
im wesentlichen durch Belichtung entladen wurde. Das latente Bild wird
durch ein Aussetzen gegenüber
entgegengesetzt geladenen, pigmentierten Tonerteilchen entwickelt,
die auf den Druckabschnitten des latenten Bildes in einem Muster,
das dem des Originals entspricht, aufgebracht werden.
-
In
Flüssigentwicklerphotokopierern
sind diese geladenen Tonerteilchen in einem Flüssigentwickler suspendiert,
der eine Trägerflüssigkeit,
Tonerteilchen und Ladungsdirektoren aufweist. Das gesamte latente
elektrostatische Bild ist mit einem Dünnfilm aus Flüssigentwickler
aus einem Flüssigentwicklerreservoir
bedeckt. Die geladenen Tonerteilchen in dem Flüssigentwickler migrieren zu
den entgegengesetzt geladenen „Druck"-Abschnitten des
latenten Bildes, um ein Muster auf der photoleitfähigen Oberfläche zu bilden.
Dieses Muster und die entsprechenden Tonerteilchen werden dann auf
ein Blatt übertragen,
um ein sichtbares Bild zu erzeugen. Flüssigentwickler, der nach diesem
Vorgang- auf der photoleitfähigen Oberfläche verbleibt,
wird zurück
in das Flüssigentwicklerreservoir
geführt.
-
Die
EP-A-001103 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen eines Ladungsdirektors
aus einer Anzahl von Komponenten, einschließlich einer Monomer-Spezies,
die während
des Vorgangs polarisiert ist. Der Ladungsdirektor ist ein Copolymer,
das in einer Trägerflüssigkeit
löslich
ist, und umfasst 1–50 Gewichtsprozent
N-Vinyl-2-Pyrrolidin und 50–99
Gewichtsprozent Methacrylsäure-Ester.
-
Die
DE-A-1930783 beschreibt ein Polymermaterial, ein alkyliertes Polymer
eines heterozyklischen Vinyl-Monomers, das in der Lage ist, einem elektrostatischen
Toner eine negative Arbeitskennlinie zu verleihen.
-
Ein
Ladungsdirektor spielt eine wichtige Rolle bei dem oben beschriebenen
Entwicklungsvorgang. Der Ladungsdirektor ist eine chemische Spezies,
entweder molekular oder ionisch, die wirkt, um die Polarität und Ladung
auf den Tonerteilchen zu steuern. Der Ladungsdirektor erzeugt geladene
Spezies, die ein Laden des Bilderzeugungsmaterials bewirken, um
sicherzustellen, dass die Tonerteilchen auf eine derartige Weise
aufgebracht werden und migrieren, um das erwünschte Bild auf der Bilderzeugungsoberfläche zu erzeugen.
Gegenionen werden ebenso erzeugt, um den Flüssigentwickler im wesentlichen insgesamt
elektrisch neutral zu halten. Die vorliegende Erfindung kann mit
jeder Anzahl von Ladungsdirektoren praktiziert werden, für die Lecithin
und Barium-Petronat
Beispiele sind.
-
Eines
der Hauptprobleme in Bezug auf das als Ladungsdirektoren verwendete
Material ist die Verschlechterung der ladungstragenden Spezies beim
Anlegen des elektrischen Feldes, das während des Elektrophoreseentwicklungsvorgangs
erzeugt wird. Eine Verschlechterung der ladungstragenden Spezies
tritt ebenso während
einer Auffüllung
des Entwicklers mit Trägerflüssigkeit
aufgrund einer Verdünnung
des Ladungsdirektors auf. Eine Verschlechterung der ladungstragenden
Spezies destabilisiert den Flüssigentwickler
elektrisch. Da stabile elektrische Charakteristika des Flüssigentwicklers
wichtig sind, um ein qualitativ hochwertiges Bild zu erhalten, insbesondere
dann, wenn eine große
Anzahl von Abdrücken
erzeugt werden soll, ohne die Flüssigtonerdispersion
zu verändern,
führt eine
Verschlechterung der ladungstragenden Spezies zu einer schlechten Kopierqualität.
-
Man
geht davon aus, dass in vielen Flüssigentwicklern die Ladungsdirektormoleküle inverse Mizellen
bilden. Ein Beispiel dieser Mizellen ist in 1 gezeigt.
Die Mizellen sind durch Aggregation gebildet, derart, dass die polaren
Abschnitte der Ladungsdirektormoleküle nach innen zeigen und die nicht-polaren
Abschnitte nach außen
zeigen, um die Gesamtoberflächenenergie
des Systems zu senken. Diese Mizellen können Ionen löslich machen,
die durch die Disassoziation der Ladungsdirektormoleküle erzeugt
werden. Man geht davon aus, dass die Löslichmachung von Ionen durch
die Ladungsdirektormizellen aufgrund der Bildung innerhalb der und um
die Mizellen einer Mikroumgebung, die eine höhere dielektrische Konstante
aufweist, geschieht. Die Löslichmachung
von Ionen durch die Ladungsdirektormizellen führt zu Mizellen, die eine geladene
Spezies in ihrer Mitte enthalten. Einige der Mizellen haben eine
positive Spezies in der Mitte und andere haben eine negative Spezies
in der Mitte. Wir glauben, dass während des Elektrophoreseentwicklungsvorgangs
diese Mizellen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, das durch
die geladene photoleitfähige
Oberfläche erzeugt
wird, reißen.
Der genaue Mechanismus des Reißens
ist nicht bekannt. Das Reißen
der Mizellen verändert
die elektrischen Eigenschaften der Flüssigentwicklerlösung durch
ein Freimachen der geladenen Spezies in der Mitte der Mizellen,
die aufgrund ihrer relativ starken positiven und negativen Ladungen
und der niedrigen dielektrischen Konstante der Trägerflüssigkeit
dazu neigen, miteinander zu reassoziieren, um elektrisch neutrale
Verbindungen zu bilden. Die Bildung dieser elektrisch neutralen
Verbindungen verändert
die elektrischen Gesamteigenschaften des Flüssigentwicklers. Die Veränderung
der elektrischen Eigenschaften des Flüssigentwicklers verändert die
Tonerteilchendispersion in dem Flüssigentwickler und die Anzahl
der ladungstragenden Spezies, was zu einer Verschlechterung der
Kopierqualität
führt.
-
Wir
gehen außerdem
davon aus, dass die Mizellen reißen, wenn die Flüssigentwicklerdispersion
in einem Photokopierer durch die Zugabe einer neuen Trägerflüssigkeit
aufgefüllt
wird. Wieder ist der genaue Mechanismus nicht bekannt. Der Effekt
dieses Reißens
zeigt sich in einer Instabilität
der ladungstragenden Spezies in dem System. Wieder ist das Gesamtergebnis
eine Verschlechterung der Kopierqualität.
-
Folglich
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Ladungsdirektorzusammensetzung, die
einer Verschlechterung unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes
widersteht.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Ladungsdirektorzusammensetzung,
die einer Verschlechterung während
des Auffüllens
von Trägerflüssigkeit
in einer Flüssigentwicklerdispersion widersteht.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Ladungsdirektorlösung, die
einer Destabilisierung widersteht.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine idealisierte Darstellung von Ladungsdirektormizellen.
-
2 ist
eine graphische Darstellung des Stroms in einer Lecithin-Lösung für 4 aufeinanderfolgende
elektrische Pulse.
-
3 ist
eine graphische Darstellung der Leitfähigkeitskinetik unter einer
Verdünnung
von Lecithin und dem Material der vorliegenden Erfindung.
-
4 ist
eine graphische Darstellung der Stabilität verschiedener Ladungsdirektorzusammensetzungen
der vorliegenden Erfindung.
-
5 zeigt
die absolute Veränderung
der Leitfähigkeit
während
eines langen Entwicklungslaufs für
ein 21%iges Abdeckungsziel für
Lecithin und einen Ladungsdirektor der vorliegenden Erfindung.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Stabilisieren
einer Ladungsdirektorlösung
gemäß Anspruch
1, bei dem ein Ladungsdirektor, eine Trägerflüssigkeit und Polar-Monomer-Moleküle gemischt
werden und nachfolgend die Monomer-Moleküle polymerisiert werden. Eine
Initiatorspezies wird verwendet, um die Polymerisation zu beginnen,
und die Reaktion kann bis zum wesentlichen Abschluss fortfahren.
Wir gehen davon aus, dass das Ergebnis eine chemische Einbindung
einer Polar-Polymer-Spezies in den Kern der Ladungsdirektormizellen
ist. Die Polar-Spezies stabilisiert den Kern der Mizellen und reduziert
die Möglichkeit
des Mizellenreißens.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind Ladungsdirektormizellen unlöslichen Polymer-Molekülen zugeordnet,
so dass die geladenen Spezies stabiler und weniger anfällig gegenüber einer
Verschlechterung sind. Es ist zu erkennen, dass durch ein Reduzieren
der Verschlechterung der geladenen Spezies der Flüssigentwicklerzusammensetzung
die durch den Entwickler erzeugten Bilder über einen längeren Benutzungszeitraum dichter
sind, da das Vorliegen der geladenen Spezies wesentlich für den Elektrophoresebilderzeugungsvorgang
ist.
-
Die
vorliegende Erfindung richtet sich außerdem auf eine Ladungsdirektorzusammensetzung
gemäß Anspruch
11 und auf einen Flüssigentwickler gemäß Anspruch
19.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Bei
unserer Erfindung werden ein Ladungsdirektor, ein Lösungsmittel
und Polar-Monomer-Moleküle
gemischt und nachfolgend werden die Monomer-Moleküle polymerisiert.
Ein Initiator wird verwendet, um die Polymerisation zu beginnen,
und die Reaktion kann bis zum wesentlichen Abschluss fortfahren.
Während
das Polymer, das gebildet wird, nicht löslich ist, sind die Monomer-Moleküle der vorliegenden
Erfindung in dem Lösungsmittel,
das den Ladungsdirektor enthält,
löslich.
Der Ladungsdirektor, der zumindest teilweise als Mizellen vorliegt,
wirkt als ein oberflächenaktives
Mittel für
die Polymerisation der Monomer-Spezies. Man geht davon aus, dass
die Monomer-Spezies an der Mizelle haftet und in dem Kern der Mizelle
polymerisiert.
-
Das
ausgewählte
Lösungsmittel
kann jedes geeignete Lösungsmittel
sein, in dem die notwendige Polymerisation auftreten kann. Viele
nicht-polare Lösungsmittel
funktionieren bei der vorliegenden Erfindung gut, einschließlich: Isopar
(ein Markenprodukt der Exxon Corporation), Isoparaffin, Hexan, Cyclohexan,
T-Butylbenzol, 2,2,4-Trimethylpentan und normaler Paraffine. Die
ausgewählte
Monomer-Spezies kann jedes ungesättigte
Monomer sein, das in dem ausgewählten
Lösungsmittel
löslich
ist und in dem Lösungsmittel
bei Vorliegen eines geeigneten Initiators polymerisiert. Man geht
davon aus, dass eine große
Anzahl ungesättigter
Moleküle
gut bei der vorliegenden Erfindung als ein Monomer funktioniert, wobei
einige Spezies besonders gut funktionieren sollten, einschließlich 1-Vinyl-2-Pyrrolidon,
2-Vinyl-Pyridin, Vinylfuran und Methylmethacrylat.
-
Man
geht davon aus, dass der Initiator jede einer großen Anzahl
von Spezies sein kann, die eine Polymerisationsreaktion initiiert,
einschließlich
Azobisbutyronitril, Benzoyl-Peroxid,
Triphenylazobenzol, Cumen-Hydroperoxid und t-Butyl-Peracetat.
-
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird Isopar in einem Reaktionsgefäß, das mit
einem Rückflusskühler ausgestattet
ist, auf etwa 50°C
erwärmt.
Die Reaktion läuft unter
einer Stickstoffatmosphäre
ab. Lecithin wird langsam in das Isopar gemischt. Die Lösung wird
auf etwa 80–90°C erwärmt und
1-Vinyl-2-Pyrrolidon wird zugegeben, gefolgt durch einen Polymerisationsinitiator,
wie z. B. Azobisbutyronitril. Die Temperatur wird konstant gehalten
und die Reaktion kann etwa 24 Stunden lang fortfahren. Die Ladungsdirektorzusammensetzung,
die durch diesen Vorgang gebildet wird, ist weniger anfällig gegenüber einer
Verschlechterung der ladungstragenden Spezies als eine Zusammensetzung,
der die stabilisierenden Polymermoleküle fehlen. Diese überlegene
Widerstandskraft gegenüber
einer Verschlechterung zeigt sich sowohl, wenn ein elektrischer
Strom an die Zusammensetzung angelegt wird, als auch dann, wenn
die Zusammensetzung mit Lösungsmittel
(Isopar) verdünnt wird.
-
Es
wird bevorzugt, ein nichtpolares Lösungsmittel zu verwenden, in
dem das 1-Vinyl-2-Pyrrolidon-Monomer löslich ist, das Polymer jedoch
unlöslich
ist. Das Lösungsmittel
sollte bei einer wesentlich höheren
Temperatur als 90°C kochen,
so dass es unter den Reaktionsbedingungen flüssig bleibt. Man geht davon
aus, dass mit fortschreitender Polymerisationsreaktion die Polymer-Moleküle eine
kritische Länger
erreichen, oberhalb derer dieselben in dem Lösungsmittel unlöslich sind;
eine sehr feine Dispersion dieser Polymer-Moleküle in dem Lösungsmittel ist das Ergebnis
und die Ladungsdirektormizellen bilden sich um die Polymer-Moleküle. Die
Mizellen wiederum werden durch die Polymer-Moleküle verfestigt und stabilisiert.
Der kritische Prozentsatz des Vinyl-Pyrrolidon-Polymers, der benötigt wird,
um einen großen
Stabilisierungseffekt zu erhalten, beträgt zwischen etwa 5 und 9% auf
einer Gewicht-zu-Gewicht-Basis in Bezug auf die Ladungsdirektorfeststoffe.
Mit einer Polymerkonzentration von 9% oder mehr tritt eine sehr
geringe Verschlechterung der geladenen Spezies auf eine Verdünnung mit
Lösungsmittel hin
oder das Auferlegen eines elektrischen Feldes auf. Unter einer 5%igen
Polymer-Konzentration jedoch tritt ein wesentliches Maß an Verschlechterung auf.
Die vorliegende Erfindung ist ferner durch die folgenden Beispiele
dargestellt, jedoch nicht darauf eingeschränkt.
-
Beispiel I
-
Unter
einer Stickstoffatmosphäre
wurden 1400 Gramm Isopar-H in einem mechanisch gerührten Glasreaktor
mit 4 Hälsen
und 2 Litern, der mit einem Rückflusskühler ausgestattet
ist, auf 50°C
erwärmt.
600 Gramm Lecithin wurden in dem Isopar-H durch langsame Zugabe
und Rühren
gelöst.
Die Isopar-H/Lecithin-Lösung
wurde dann auf 80°C
erwärmt und
102 Gramm 1-Vinyl-2-Pyrrolidon
wurden zu der Lösung
zugegeben. Drei Gramm Azobisbutyronitril, suspendiert in 10–20 ml Isopar-H, wurden dann zugegeben
und die Reaktion konnte 24 Stunden lang bis zum Abschluss fortfahren.
-
Beispiel II
-
500
Gramm Isopar-H, 10 Gramm Lecithin und 1,7 Gramm 1-Vinyl-2-Pyrrolidon
wurden bei 90°C in
einem Vierhalsglasrundkolben unter einer N2-Atmosphäre gemischt.
0,5 Gramm Azobisbutyronitril wurden in 20 Gramm Isopar dispergiert
und zugegeben. Die Reaktion konnte 17½ Stunden fortfahren. Die
resultierende Lösung
war klar und etwas dunkler als eine Lösung von Lecithin in Isopar.
-
Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung sind durch die folgenden experimentellen
Ergebnisse dargestellt.
-
Tabelle
1 und 2 zeigen die Ergebnisse unseres Experiments auf
den Effekt eines angelegten elektrischen Feldes an eine gemeinsame
unstabilisierte Ladungsdirektor-Lecithin-Lösung. Bei dem Experiment wurden
4 Sekunden lang 800-V-Gleichstrompulse
nacheinander an eine Zelle angelegt, die eine Lecithin-Lösung enthält, und
der Ladungstransport der Lecithin-Lösung für jeden Puls wurde gemessen.
Tabelle 1 zeigt den Ladungstransport in der Lösung für jeden Puls. 2 ist
eine graphische Darstellung des Stroms in der Lantern-Lösung während des
Zeitraums des Pulses. Wie in Tabelle 1 und 2 gezeigt
ist, verändert
das Anlegen eines elektrischen Pulses an eine Ladungsdirektorlösung die dielektrischen
Eigenschaften der Lösung.
Der angelegte elektrische Puls des Experiments ähnelt dem elektrischen Feld,
das während
des Kopiervorgangs erzeugt wird. So gleicht der Effekt des elektrischen Pulses
auf die Lecithin-Lösung
dem Effekt des elektrischen Feldes, das während des Kopiervorgangs der
Flüssigentwicklerlösung erzeugt
wird.
-
3 zeigt
die Leitfähigkeit
einer Zusammensetzung, die 17 Gewichtsprozent einer stabilisierten
Monomer-Spezies in Bezug auf Ladungsdirektorfeststoffe aufweist,
gemäß der vorliegenden
Erfindung, verglichen mit einer Lecithin-Vergleichsprobe, in beiden
Fällen
nach der Zugabe einer Trä gerflüssigkeit,
wie z. B. von Isopar H. Wie in 3 gezeigt
ist, bleibt die Leitfähigkeit
der stabilisierten Zusammensetzung in Isopar mit der Zeit relativ
konstant, während
die der Vergleichsprobe mit der Zeit abnimmt. So ist die stabilisierte
Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem Photokopierer
von Vorteil, da sich die Leitfähigkeit
mit der Zeit nicht nennenswert verändert.
-
4 zeigt
die Ergebnisse eines ähnlichen Experiments
auf verschiedene stabilisierte Ladungsdirektorzusammensetzungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei diesem Experiment wurden 4 800 V-Gleichstrompulse
nacheinander an eine Zelle angelegt, die eine Ladungsdirektorlösung enthält, und der
Gesamtladungstransport in der Zelle wurde für jeden Puls gemessen. Die
Vergleichsprobe-Ladungsdirektorlösung
war eine unstabilisierte Lecithin-Lösung, wie bei dem oben erwähnten Experiment
verwendet wurde. Fünf
stabilisierte Ladungsdirektorlösungen,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden, wurden ebenso getestet. Jede Ladungsdirektorlösung wurde
mit einem unterschiedlichen Prozentsatz der stabilisierenden Monomer-Spezies
hergestellt. Wie in 4 gezeigt ist, sollte die Ladungsdirektorlösung zwischen
5 und 9 Gewichtsprozent in Bezug auf Ladungsdirektorfeststoffe oder
mehr der stabilisierenden Monomer-Spezies aufweisen, um ein hohes
Maß an
Ladungstransportkonstanz zu erzielen. Wie ebenso in 4 gezeigt
ist, wird eine geringe Verschlechterung des Ladungstransports durch
eine Ladungsdirektorzusammensetzung beibehalten, die 17 Gewichtsprozent der
stabilisierenden Monomer-Spezies in Bezug auf Ladungsdirektorfeststoffe
aufweist.
-
5 zeigt
die Ergebnisse eines Experiments auf den Rückgang einer Leitfähigkeit
einer Ladungsdirektorlösung
während
einer kontinuierlichen Elektrophotokopieroperation ohne Papierzufuhr.
Die Lecithin-Ladungsdirektorlösung,
die in dem Diagram gezeigt ist, ist eine normale unstabilisierte
Ladungsdirektorlösung.
Der andere Ladungsdirektor ist gemäß Beispiel 1 der vorliegenden
Erfindung hergestellt und weist 17 Gewichtsprozent der stabilisierenden
Monomer-Spezies in Bezug auf Ladungsdirektorfeststoffe auf. Wie
in einem vorangegangenen Abschnitt erläutert wurde, gehen wird davon
aus, dass während
des Elektrophotographievorgangs unstabilisierte Ladungsdirektormizellen
reißen,
was den Rückgang
bei der Anzahl von Ladungsspezies bewirkt, und so einen Rückgang der
Volumenleitfähigkeit
des Flüssigentwicklers,
sowie eine Verschlechterung der Kopierqualität. Wie in 5 gezeigt
ist, hatte die unstabilisierte Lecithin-Lösung
während
des Elektrophotokopiervorgangs einen Rückgang von 18 Piko-S/cm an
Leitfähigkeit.
Die Lösung,
die 17 Gewichtsprozent der stabilisierenden Monomer-Spezies in Bezug
auf Ladungsdirektorfeststoffe aufweist, hergestellt gemäß dem Beispiel
1 der vorliegenden Erfindung, zeigte jedoch nur einen Rückgang von
4 Piko-S/cm an Leitfähigkeit
während
eines kontinuierlichen Elektrophotokopiervorgangs.
-
Es
sollte angemerkt werden, dass die vorangegangenen Beschreibungen
lediglich Darstellungszwecken dienen, und dass die Erfindung alle
Modifizierungen umfasst, die innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche fallen.