DE69101913T2

DE69101913T2 - Thermisch ünterstützender prozess zum übertragen kleiner elektrostatischer tonerteilchen auf einen thermoplastischen träger.

Info

Publication number: DE69101913T2
Application number: DE69101913T
Authority: DE
Inventors: Donald Rimai; Louis Sorriero; Dinesh C O Eastman Kodak Tyagi
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1991-02-04
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2011-02-05
Also published as: EP0514484B1; EP0514484A1; DE69101913D1; WO1991013385A1; US5045424A; JPH05504637A

Description

Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren der nicht- elektrostatischen Übertragung von trockenen Tonerteilchen mit einem Tonerbindemittel und einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometer von der Oberfläche eines Elementes auf ein Empfangsmaterial oder einen Empfänger. Insbesondere betrifft die Erfindung ein thermisch unterstütztes Verfahren der Übertragung derartiger Tonerteilchen, wobei sich die Teilchen auf der Oberfläche eines Elementes befinden, das eine Oberflächenschicht aufweist aus einer filmbildenden, elektrisch isolierenden, thermoplastischen, polymeren Polyester- oder Polycarbonat-Bindemittelharzmatrix und einer Oberflächenenergie von nicht größer als annähernd 47 x 10&supmin;&sup5; N/cm (47 Dyn/cm) auf ein Empfangsmaterial oder einen Empfänger, der ein Substrat aufweist mit einer polymeren Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrates, wobei die polymere Beschichtung eine Mischung von besonderen thermoplastischen Additionspolymeren ist, die einen Tg-Wert aufweisen, der um weniger als annähernd 10ºC über dem Tg-Wert des Tonerbindemittels liegt, wobei die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung annähernd 38 bis 43 x 10&supmin;&sup5; N/cm (38 bis 43 Dyn/cm) beträgt, durch Kontaktieren der Tonerteilchen mit dem Empfangsmaterial, das auf eine Temperatur erhitzt wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung während der Übertragung um mindestens annähernd 5ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung liegt. Nach der Übertragung wird das Empfangsmaterial unmittelbar von dem Element abgetrennt, während die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung bei einer Temperatur gehalten wird, die über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren liegt.
In einer elektrostatographischen Kopiervorrichtung wird ein latentes elektrostatisches Bild auf einem Element erzeugt. Das Bild wird durch Aufbringen eines entgegengesetzt aufgeladenen Toners auf das Element entwickelt. Der das Bild erzeugende Toner auf dem Element wird dann auf ein Empfangsmaterial übertragen, wo er permanent fixiert wird, in typischer Weise durch Wärmefusion. Die Übertragung des Toners auf das Empfangsmaterial wird gewöhnlich auf elektrostatischem Wege durchgeführt mittels einer elektrostatischen Vorspannung zwischen dem Empfangsmaterial und dem Element.
Um Kopien einer sehr hohen Auflösung und geringen Körnigkeit zu erzeugen, ist es erforderlich, Tonerteilchen zu verwenden, die eine sehr geringe Teilchengröße aufweisen, d.h. von weniger als etwa 8 Mikrometern. (Die Teilchengröße bezieht sich hier auf den mittleren Volumen-Gewichts-Durchmesser, gemessen durch übliche Durchmesser-Meßvorrichtungen, wie zum Beispiel einen Coulter Multisizer, vertrieben von der Firma Coulter, Inc.. Der mittlere Volumen-Gewichts-Durchmesser ist die Summe der Masse eines jeden Teilchens, multipliziert mit dem Durchmesser eines sphärischen Teilchens von gleicher Masse und Dichte, dividiert durch die gesamte Teilchenmasse). Es wurde jedoch gefunden, daß es sehr schwierig ist, auf elektrostatischem Wege solche feinen Tonerteilchen von dem Element auf das Empfangsmaterial zu übertragen, und zwar insbesondere dann, wenn ihr Durchmesser kleiner als 6 Mikrometer ist. Dies bedeutet, daß feine Tonerteilchen oftmals nicht von dem Element mit zufriedenstellender Wirksamkeit übertragen werden. Überdies hat sich gezeigt, daß solche Teilchen, die übertragen werden, häufig nicht in einer Position auf dem Empfangsmaterial übertragen werden, die direkt gegenüber ihrer Position auf dem Element liegt, sondern daß diese Teilchen vielmehr unter dem Einfluß von Coulomb-Kräften zur Zerstreuung neigen, wodurch die Auflösung des übertragenen Bildes vermindert und das Korn und die Sprenkelung erhöht werden. Dies bedeutet, daß Bilder einer hohen Auflösung und geringer Körnigkeit die Verwendung sehr kleiner Teilchen erfordern, daß jedoch Bilder mit einem sehr hohen Auflösungsvermögen und niedriger Körnigkeit bisher noch nicht hergestellt werden konnten bei Anwendung einer elektrostatisch unterstützten Übertragung.
Um dieses Problem zu vermeiden, wurde es erforderlich, den Toner von dem Element auf das Empfangsmaterial durch nicht- elektrostatische Verfahren zu übertragen. Ein derartiges Verfahren ist das thermisch unterstützte Übertragungsverfahren, bei dem das Empfangsmaterial erhitzt wird, in typischer Weise auf etwa 60 bis etwa 90ºC, und bei dem es gegen die Tonerteilchen auf dem Element gepreßt wird. Das aufgeheizte Empfangsmaterial sintert die Tonerteilchen, so daß sie aneinander kleben und an dem Empfangsmaterial, wodurch die Übertragung des Toners von dem Element auf das Empfangsmaterial bewirkt wird. Das Element und das Empfangsmaterial werden dann voneinander getrennt und das Tonerbild wird fixiert, zum Beispiel auf thermischem Wege auf dem Empfangsmaterial zusammengeschmolzen. Bezüglich Einzelheiten wird verwiesen auf die U.S.-Patentschrift Nr. 4 927 727 mit dem Titel "Thermally Assisted Transfer of Small Electrostatographic Toner Particles".
Obgleich das thermisch unterstützte Übertragungsverfahren sehr kleine Teilchen ohne Zerstreuung überträgt, die stattfindet im Falle von elektrostatischen Übertragungsverfahren, ist es manchmal schwierig, sämtliche Tonerteilchen bei diesem Verfahren zu übertragen. Die Tonerteilchen, die sich direkt auf dem Element befinden, weisen oftmals eine größere Anziehungskraft auf das Element auf als das Empfangsmaterial und andere Tonerteilchen, die sich über ihnen befinden, und die Wärme vom Empfangsmaterial kann sich mit der Zeit, bis sie die Tonerteilchen nächst dem Element erreicht, derart vermindern, daß sie die Tonerteilchen nicht mehr zum Sintern bringt. Als Folge hiervon kann der Fall eintreten, daß die Tonerteilchen, die sich in Kontakt mit dem Element befinden, nicht übertragen werden. Versuche, dieses Problem dadurch zu überwinden, daß das Element mit einem Trennmittel beschichtet wird, haben sich nicht als erfolgreich erwiesen, da bei Durchführung des Verfahrens die Tendenz besteht, das Trennmittel vom Element in den Entwickler zu wischen, wodurch sowohl der Entwickler als auch das Entwicklungsverfahren beeinträchtigt werden. Überdies ist, da das Verfahren dazu neigt, daß das Trennmittel vom Element abgewischt wird, das Aufbringen von zusätzlichem Trennmittel auf das Element periodisch erforderlich, um die Tonerteilchen daran zu hindern, an dem Element während der Übertragung zu haften.
Ein alternativer Versuch zur Entfernung sämtlicher Tonerteilchen von dem Element besteht in der Verwendung eines Empfangsmaterials, das mit einem thermoplastischen Polymer beschichtet worden ist. Während der Übertragung haften die Tonerteilchen an der thermoplastischen Polymerbeschichtung oder werden teilweise oder in geringem Umfang in der thermoplastischen Polymerbeschichtung eingehüllt und daher von dem Element entfernt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß viele thermoplastische Materialien, die dazu befähigt sind, sämtliche Tonerteilchen zu entfernen, auch dazu neigen, an dem Element zu haften. Dies beeinträchtigt natürlich nicht nur die Bildqualität außerordentlich, sondern diese Methode kann auch sowohl das Element wie auch das Empfangsmaterial beschädigen. Überdies ist es nicht möglich, vorauszusagen, mit welchem Grad der Wahrscheinlichkeit thermoplastische Polymere sämtliche Tonerteilchen von dem Element entfernen, ohne an dem Element während der Übertragung und der nachfolgenden Abtrennung des Empfangsmaterials von dem Element haften zu bleiben.
In der U.S.-Patentschrift Nr. 4 968 578 mit dem Titel "Method of Non-Electrostatically Transferring Toner" wird angegeben, daß, wenn derartige kleine Tonerteilchen auf ein Empfangsmaterial übertragen werden, das aus einem Substrat oder Träger gebildet wird, das bzw. der mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtet ist, mit einer Schicht aus einem Trennmittel auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung und das Empfangsmaterial auf eine Temperatur oberhalb des Tg-Wertes des thermoplastischen Polymeren während der Übertragung erhitzt wird, das Trennmittel die thermoplastische Polymerbeschichtung daran hindert, an dem Element haften zu bleiben, daß es jedoch nicht den Toner daran hindert, auf die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial übertragen zu werden, so daß praktisch sämtlicher Toner auf das Empfangsmaterial übertragen wird. Dies stellt einen beträchtlichen Fortschritt in der Technik dar, da es nunmehr möglich ist, nicht nur eine hohe Bildqualität zu erzielen, was bisher nicht möglich war, wenn sehr kleine Tonerteilchen auf elektrostatischem Wege übertragen werden, sondern weil zusätzlich das Problem der unvollständigen Übertragung vermieden wird. Zusätzlich werden mehrere andere Vorteile durch dieses Verfahren erreicht. Einer dieser Vorteile besteht darin, daß nach diesem Verfahren Kopien hergestellt werden können, die einen gleichförmigeren Glanz aufweisen, da das gesamte Empfangsmaterial mit einem thermoplastischen Polymer beschichtet ist, das glänzend gemacht werden kann, während im Falle des Empfangsmaterials, das nicht mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtet ist, lediglich jene Teile des Empfangsmaterials glänzend gemacht werden können, die mit Toner bedeckt sind, wobei der Grad des Glanzes sich mit der Menge des Toners verändert. Ein anderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß, wenn der Toner fixiert ist, er mehr oder weniger intakt in die thermoplastische Polymerbeschichtung eingedrückt wird und nicht flachgedrückt und über dem Empfangsmaterial verteilt wird. Dies führt ebenfalls zu einem Bild einer höheren Auflösung und von weniger Korn. Schließlich neigt im Falle von Bildern, die nach diesem Verfahren hergestellt worden sind, das Bild dazu, von hinter den eingehüllten Tonerteilchen, die sich in der thermoplastischen Schicht befinden, reflektiert zu werden, wodurch das Licht stärker ausgebreitet wird, so daß das Bild weniger körnig erscheint.
Trotz aller dieser Vorteile, die bei diesem Verfahren erzielt werden, führt die Verwendung eines Trennmittels mit der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial zur Verhinderung des Anhaftens der thermoplastischen Polymerbeschichtung an der Oberfläche des Elementes während der Übertragung und der nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials vom Element, zu mehreren Problemen. Eines dieser Probleme besteht darin, daß das Trennmittel dazu neigt, übertragen zu werden und sich auf dem Element oder dem Photoleiter anzusammeln, unter Verminderung der Bildqualität und Verursachung einer kräftigen Schädigung von sowohl dem Element als auch dem Empfangsmaterial. Ein anderes Problem besteht darin, daß das Trennmittel dazu neigt, daß es der thermoplastischen Polymerschicht ermöglicht wird, sich von dem Träger oder Substrat abzulösen, insbesondere während oder nach der Endbehandlung, aufgrund einer Verminderung der Adhäsionsstärke der thermoplastischen Polymerbeschichtung zum Empfangsmaterialträger, hervorgerufen durch die Tendenz des Trennungsmittels, das eine geringere Oberflächenenergie aufweist als die thermoplastische Polymerbeschichtung und infolgedessen eine geringere Prädilektion, an dem Empfangsmaterialträger haften zu bleiben als die thermoplastische Polymerbeschichtung, durch die thermoplastische Polymerbeschichtung zu wandern, und zwar in den Grenzflächenbereich zwischen der thermoplastischen Polymerbeschichtung und dem Träger, wodurch die thermoplastische Polymerbeschichtung veranlaßt wird, sich vom Träger abzutrennen. Es wurde ferner gefunden, daß das Trennmittel den Glanz des endgültigen Bildes vermindert. Schließlich trägt der Zusatz eines Trennmittels zur thermoplastischen Polymerbeschichtung zur Erhöhung der Gesamtkosten des Verfahrens bei.
Infolgedessen wäre es wünschenswert, wenn ein thermisch unterstütztes Übertragungsverfahren für die Übertragung trokkener Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikron von einem Element auf ein Empfangsmaterial bereitgestellt werden könnte, bei dem ein mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtetes Empfangsmaterial verwendet wird, derart, daß sämtliche Vorteile, die bei Verwendung eines mit einem thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterials im Rahmen eines thermisch unterstützten Übertragungsverfahrens erzielt werden, beibehalten werden könnten, einschließlich der Übertragung praktisch sämtlicher Tonerteilchen vom Element auf das Empfangsmaterial, wobei jedoch die Verwendung einer Beschichtung oder einer Schicht eines Trennmittels auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat (oder dem Element) nicht erforderlich ist, um das Empfangsmaterial daran zu hindern, am Element während der Übertragung und nachfolgenden Trennung vom Element haften zu bleiben.
Die Anmelderin hat ein Übertragungsverfahren aufgefunden, bei dem feine Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometer von der Oberfläche eines Elementes auf ein mit einem thermoplastischen Polymer beschichtetes Empfangsmaterial mit einer praktisch 100 %igen Tonerübertragungswirksamkeit übertragen werden können, unter Anwendung der thermisch unterstützten Methode der Übertragung in Abwesenheit einer Schicht oder einer Beschichtung eines Trennmittels auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat, um die thermoplastische Polymerbeschichtung daran zu hindern, an der Elementoberfläche festzukleben oder haften zu bleiben, während der Übertragung von Tonerteilchen von der Oberfläche des Elementes auf das mit dem thermoplastischen Polymer beschichtete Empfangsmaterial und während der nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials von dem Element, wenn (i) die Oberflächenschicht des Elementes, von dem die Tonerteilchen getragen werden, und von dem sie auf das Empfangsmaterial übertragen werden, eine polymere Bindemittel-Harz-Matrix aufweist aus einem filmbildenden, elektrisch isolierenden, thermoplastischen Polyester- oder Polycarbonat, mit einer Oberflächenenergie von nicht größer als annähernd 47 Dyn/cm, vorzugsweise etwa 40 bis 45 Dyn/cm;
(ii) die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat, auf die die sehr feinen, kleinen Tonerteilchen übertragen werden, ein thermoplastisches Additionspolymer oder eine Mischung von derartigen Polymeren aufweist, in typischer Weise mit mittleren Molekulargewichten im Bereich von annäherned 20 000 bis 500 000, die eine Glasübergangstemperatur oder einen Tg-Wert aufweisen, der um weniger als annähernd 10ºC über dem Tg-Wert des Tonerbindemittels liegt und wobei die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Substrat bei annähernd 38 bis 43 Dyn/cm liegt, und wenn
(iii) das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat bei mindestens annähernd 15ºC oberhalb des Tg-Wertes des thermoplastischen Additionspolymeren während der Tönerübertragung liegt und die Temperatur des Empfangsmaterials bei einer Temperatur gehalten wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung über dem Tg-Wert des thermoplastischen Polymeren liegt, unmittelbar nach der Übertragung während der Zeit, wenn das Empfangsmaterial von dem Element getrennt wird.
Die Anmelderin hat ferner gefunden, daß derart feine Tonerteilchen von der Oberfläche eines Elementes auf ein mit einem thermoplastischen Polymer beschichtetes Empfangsmaterial mit einer praktisch 100 %igen Tonerübertragungswirksamkeit übertragen werden können, unter Anwendung der thermisch unterstützten Übertragungsmethode, und zwar in Abwesenheit einer Schicht oder einer Beschichtung mit einem Trennmittel auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangssubstrat, wenn die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangssubstrat erzeugt wird aus oder umfaßt ein(em) thermoplastisches(n) Kondensationspolymer, im Unterschied und im Gegensatz zu einem thermoplastischen Additionspolymeren, wenn
(i) die Oberflächenschicht des Elementes, auf dem sich die Tonerteilchen befinden und von der sie auf das Empfangsmaterial übertragen werden, eine thermoplastische polymere Bindemittel-Harz-Matrix aus einem filmbildenden, elektrisch isolierenden Polyester oder Polycarbonat aufweist, mit einer Oberflächenenergie von nicht mehr als annähernd 47 Dyn/cm, vorzugsweise von etwa 40 bis 45 Dyn/cm;
(ii) die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangssubstrat, auf das die sehr feinen Tonerteilchen übertragen werden sollen, aus einem thermoplastischen Kondensationspolymeren aufgebaut ist und eine Glasübergangstemperatur oder einen Tg-Wert aufweist, die bzw. der geringer ist als ungefähr 10ºC oberhalb des Tg-Wertes des Tonerbindemittels, und wenn
(iii) das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat um mindestens annähernd 5ºC oberhalb des Tg-Wertes des thermoplastischen Polymeren liegt, und zwar während der Tonerübertragung und wenn die Temperatur des Empfangsmaterials bei einer Temperatur gehalten wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung über dem Tg-Wert des thermoplastischen Kondensationspolymeren liegt, unmittelbar im Anschluß an die Übertragung, während der Zeit, in der das Empfangsmaterial von dem Element getrennt wird.
Somit bestehen nunmehr Mittel für die nicht-elektrostatische Übertragung von sehr kleinen, feinen Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometern von der Oberfläche eines Elementes auf ein Empfangsmaterial oder einen Empfänger, unter Anwendung einer thermisch unterstützten Methode der Übertragung, bei der ein mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtetes Empfangsmaterial verwendet werden kann, derart, daß sämtliche der vorerwähnten Vorteile, die bei Verwendung eines mit einem thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterials erreicht werden, beibehalten werden können, einschließlich der Übertragung von praktisch sämtlichen Tonerteilchen von dem Element auf das Empfangsmaterial, wobei die Verwendung einer Beschichtung oder einer Schicht eines Trennmittels auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung nicht erforderlich ist, um das Empfangsmaterial daran zu hindern, an dem Element während der Tonerübertragung und der nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials vom Element haften zu bleiben. Hierdurch wird ein lange bestehendes Bedürfnis nach einer Verbesserung des thermisch unterstützten Übertragungsverfahrens befriedigt.
Es besteht jedoch ein Problem oder Nachteil, das bzw. der dem Verfahren eigen ist, bei dem hochmolekulare, thermoplastische Additionspolymere oder Mischungen von solchen Polymeren verwendet werden, die ein mittleres Molekulargewicht im Bereich von etwa 20 000 bis 500 000 aufweisen, um die polymere Beschichtung auf den Empfangsmaterialsubstraten zu erzeugen, die in dem Verfahren verwendet werden. Das Problem beruht auf der Tatsache, daß, wenn derartige thermoplastische Additonspolymere von hohem Molekulargewicht zur Bildung der polymeren Beschichtungen verwendet werden, das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt werden muß, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat um mindestens ungefähr 15ºC über dem Tg-Wert des thermoplastischen Additionspolymeren oder der Polymeren liegt, aus der bzw. aus denen die Schicht erzeugt wurde, um das Beschichtungsmaterial aufzuschmelzen und/oder zu erweichen oder genügend fließfähig zu machen, damit die Tonerteilchen daran haften oder geringfügig oder teilweise von der Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung eingehüllt oder eingebettet werden, so daß sämtliche oder praktisch sämtliche Tonerteilchen von dem Element während der Übertragung entfernt werden können. Dies ist unerwünscht, da es in idealer Weise am vorteilhaftesten und wünschenswertesten ist, das Empfangsmaterial auf eine Temperatur zu erhitzen, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat bei oder gerade schwach oberhalb des Tg-Wertes des thermoplastischen Polymeren während der Tonerübertragung liegt, wenn die Tonerteilchen von dem Element entfernt werden, da, um so höher die Temperatur ist, auf die die thermoplastische Polymerbeschichtung über den Tg-Wert des thermoplastischen polymeren Materials erhitzt werden muß, das die Polymerbeschichtung bildet, damit die thermoplastische Polymerbeschichtung aufgeschmolzen und/oder genügend fließfähig gemacht wird, damit die Tonerteilchen haften oder geringfügig oder teilweise von der Polymerbeschichtung wärhend der Tonerübertragung eingehüllt werden, um so größer die Tendenz der thermoplastischen Polymerbeschichtung ist, an der Elementoberfläche während der Übertragung zu haften, wenn ein Kontakt mit dem Element erfolgt. Ferner gilt, daß, um so höher die Temperatur ist, auf die die thermoplastische Polymerbeschichtung über den Tg-Wert des thermoplastischen polymeren Materials erhitzt werden muß, das die Polymerbeschichtung bildet, um die thermoplastische Polymerbeschichtung aufzuschmelzen oder genügend zu erweichen, damit die Tonerteilchen haften bleiben oder teilweise eingeschlossen oder in der Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung eingehüllt werden, um so größer die Tendenz der Tonerteilchen ist, zu schmelzen und zu fließen oder sich miteinander zu vermischen zu einer lokalisierten Masse während der Übertragung, anstatt im gesinterten oder geschmolzenen Zustand in lokalisierten Bereichen auf den einzelnen Tonerteilchenoberflächen zu bleiben, die miteinander während der Tonerübertragung und Abscheidung auf der Polymerbeschichtung miteinander in Kontakt gelangen, was ein Erfordernis des thermisch unterstützten Übertragungsprozesses ist. Ferner gilt, daß, um so höher die Temperatur ist, auf die die thermoplastische Polymerbeschichtung auf über den Tg-Wert des thermoplastischen polymeren Materials erhitzt werden muß, das die Polymerbeschichtung bildet, damit die thermoplastische Polymerbeschichtung ausreichend schmilzt, damit die Tonerteilchen haften oder teilweise in der Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung eingehüllt werden, um so größer das Risiko der Beschädigung des Elementes ist, aufgrund einer Erweichung des Elementes, verursacht durch die zusätzliche Wärme, wenn das Empfangsmaterial während der Übertragung mit dem Element in Kontakt gelangt. Weiterhin gilt, daß, um so höher die Temperatur ist, auf die die thermoplastische Polymerbeschichtung auf über den Tg-Wert des thermoplastischen polymeren Materials erhitzt werden muß, das die Polymerbeschichtung bildet, damit die thermoplastische Polymerbeschichtung schmilzt und/oder genügend fließfähig ist, damit die Tonerteilchen haften oder teilweise in der Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung eingeschlossen werden, um so größer das Risiko des Toneraufschmelzens oder Haftens oder Zusammenschmelzens auf der Elementoberfläche während der Tonerübertragung ist, insbesondere dann, wenn die Beschichtung auf eine Temperatur erhitzt wird, die sich einem Wert von etwa 25ºC oberhalb des Tg-Wertes des polymeren Materials nähert oder diesen Wert überschreitet. Schließlich gilt, daß, um so höher die Temperatur ist, auf die die thermoplastische Polymerbeschichtung auf über den Tg-Wert des thermoplastischen polymeren Materials erhitzt werden muß, das die Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung bildet, um so größer das Risiko der Blasenbildung des Empfangsmaterialsubstrates während der Übertragung ist. Umgekehrt gilt, daß, wenn das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat geringer ist als annähernd 15ºC oberhalb des Tg- Wertes des thermoplastischen Additionspolymeren oder der thermoplastischen Additionspolymeren während der Tonerübertragung, in typischer Weise weniger als 50 % und in besonders typischer Weise weniger als 10 % der Tonerteilchen von der Elementoberfläche auf die thermoplastische Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung übertragen werden.
Infolgedessen wäre es hoch wünschenswert, wenn ein thermisch unterstütztes Übertragungsverfahren für die Übertragung von trockenen Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometern von der Oberfläche eines Elementes auf ein mit einem thermoplastischen Polymer beschichtetes Empfangsmaterial bereitgestellt werden könnte, bei dem thermoplastische Additionspolymere verwendet werden können, um die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat zu bilden, derart, daß sämtliche der vorerwähnten Vorteile, die verbunden sind mit der Verwendung von solch einem mit einem thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterial, beibehalten werden könnten, einschließlich der Übertragung von praktisch sämtlichen Tonerteilchen von dem Element auf das Empfangsmaterial in Abwesenheit einer Beschichtung oder Schicht eines Trennmittels auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung, um das Empfangsmaterial daran zu hindern, an dem Element während der Tonerübertragung und der nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials vom Element haften zu bleiben, und wenn ein Verfahren bereitgestellt werden könnte, bei dem die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat nicht erhitzt werden muß, auf eine Temperatur, die um mindestens annähernd 15ºC oberhalb des Tg-Wertes des polymeren Materials liegt, das die Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung bildet, damit die thermoplastische Polymerbeschichtung schmilzt und/oder genügend fließfähig wird, um es den Tonerteilchen zu ermöglichen, an der Polymerbeschichtung haften zu bleiben oder teilweise in der Polymerbeschichtung eingehüllt oder eingeschlossen zu werden, während der Übertragung, so daß sämtliche der vorerwähnten Probleme, die mit der Verwendung von solch hohen Übertragungstemperaturen verbunden sind, vermieden werden könnten.
Zu bemerken ist, daß die Verwendung von thermoplastischen Additionspolymeren als polymeres Material, das die Empfangsmaterialbeschichtungen bildet, sehr wünschenswert ist und sehr wichtig im Falle des thermisch unterstützten Übertragungsprozesses, wenn Tonerbindemittel in dem Verfahren verwendet werden, die ebenfalls aus thermoplastischen Additionspolymeren hergestellt worden sind, im Hinblick auf die erhöhte Tendenz des Tonerbindemittelmaterials zur Haftung an der Polymerbeschichtung oder zum teilweisen oder geringfügigen Einschluß in der Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung aufgrund der natürlichen Affinität der Materialien füreinander. Die vorliegende Erfindung stellt ein solches Verfahren bereit.
Es wurde nunmehr gefunden, daß durch Verwendung einer Mischung oder eines Gemisches von bestimmten thermoplastischen Additionspolymeren von hohem und niedrigem Molekulargewicht, in speziellen Mengen, als thermoplastische Polymerbeschichtungsmaterialien, aus denen die thermoplastischen Polymerbeschichtungen der Empfangsmaterialien hergestellt werden, Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometern von der Oberfläche eines Elementes auf das mit dem thermoplastischen Polymer beschichtete Empfangsmaterial übertragen werden können, mit einer praktisch 100 %igen Tonerübertragungswirksamkeit, unter Anwendung der thermisch unterstützten Methode der Übertragung, ohne daß eine Beschichtung oder eine Schicht eines Trennmittels auf der Toner-Kontaktoberfläche der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangssubstrat vor der Tonerübertragung verwendet werden muß, um die thermoplastische Polymerbeschichtung daran zu hindern, an der Elementoberfläche haften zu bleiben oder kleben zu bleiben während der Übertragung der Tonerteilchen von der Oberfläche des Elementes auf das mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtete Empfangsmaterial und während der nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials von dem Element, und daß es weiterhin nicht erforderlich ist, die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat auf eine Temperatur zu erhitzen, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung mindestens ungefähr 15ºC oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren liegt, welche die Polymerbeschichtung bilden, während der Tonerübertragung, um die thermoplastische Polymerbeschichtung aufzuschmelzen und/oder genügend fließfähig zu machen, damit die gesinterten Tonerteilchen haften oder teilweise in der thermoplastischen Polymerbeschichtung während der Tonerübertragung eingeschlossen werden. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung einer solchen Mischung als polymeres Beschichtungsmaterial, die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat lediglich auf eine Temperatur erhitzt werden muß, derart, daß ihre Temperatur während der Tonerübertragung lediglich um annähernd mindestens etwa 5ºC oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren liegt, welche zur Herstellung der Polymermischung verwendet werden oder diese bilden, damit die Polymerbeschichtung ausreichend erweicht wird, damit die Tonerteilchen daran anhaften oder teilweise in der Beschichtung während der Übertragung eingeschlossen werden. Hierin liegt ein wesentlicher Fortschritt, da nunmehr nicht nur thermoplastische Additionspolymere als thermoplastische Empfangsmaterial-Beschichtungsmaterialien im Rahmen des thermisch unterstützten Übertragungsprozesses eingesetzt werden können, sondern weil die Temperatur, auf die die thermoplastische Polymerbeschichtung erhitzt werden muß, während der Tonerübertragung vermindert wird, sondern weil sämtliche der vorerwähnten Probleme, die mit der Verwendung von höheren Übertragungstemperaturen verbunden sind, vermieden werden können, wie das erhöhte Risiko der thermischen Schädigung des Elementes während der Tonerübertragung, die erhöhte Tendenz der Tonerteilchen aufzuschmelzen und zu einer lokalisierten Masse während der Tonerübertragung zusammenzuschmelzen, das erhöhte Risiko, daß Tonerteilchen an dem Element während der Tonerübertragung anhaften und das Element beschädigen, und das erhöhte Risiko der Blasenbildung auf dem Empfangssubstrat während der Übertragung.
Ganz speziell werden die vorerwähnten Fortschritte und Vorteile erreicht, indem zur Bildung der polymeren Beschichtung des Empfangsmaterials im Rahmen des thermisch unterstützten Übertragungsverfahrens eine Mischung zusammengemischt wird aus:
(a) etwa 40 bis etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht (weight average molecular weight) von etwa 20 000 bis 500 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl (number average molecular weight) von etwa 5 000 bis 50 000 sowie einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zur mittleren Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 20:1; und
(b) etwa 10 bis etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 20 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 500 bis 5 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zur mittleren Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 10:1;
wobei der Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung kleiner als ist annähernd 10ºC oberhalb des Tg- Wertes des Tonerbindemittels und wobei eine nicht-elektrostatische Übertragung der trockenen Tonerteilchen erfolgt, die ein Tonerbindemittel aufweisen und eine Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometern haben, und wobei die Übertragung erfolgt von der Oberfläche eines Elementes mit einer Oberflächenschicht mit einer filmbildenden elektrisch isolierenden, thermoplastischen Polyester- oder Polycarbonat-Bindemittel-Harz-Matrix mit einer Oberflächenenergie von nicht größer als annäherned 47 Dyn/cm, vorzugsweise von etwa 40 bis 45 Dyn/cm, auf ein Empfangsmaterial, das ein Substrat aufweist mit einer Polymerbeschichtung auf einer Oberfläche des Substrates mit einer Mischung aus den oben beschriebenen thermoplastischen Additionspolymeren, wobei die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung bei annähernd 38 bis 43 Dyn/cm liegt, wobei die Tonerteilchen mit dem Empfangsmaterial in Kontakt gebracht werden, das auf eine Temperatur erhitzt wird, derawrt, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangssubstrat bei mindestens annähernd 5ºC oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren liegt, wobei praktisch sämtliche Tonerteilchen von der Oberfläche des Elementes auf die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangssubstrat übertragen werden und wobei die thermoplastische Polymerbeschichtung daran gehindert wird, an der Elementoberfläche während der Übertragung zu haften, und zwar in Abwesenheit einer Schicht oder einer Beschichtung mit oder aus einem Trennmittel auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung, und Abtrennung des Empfangsmaterials von dem Element, wobei die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung gehalten wird.
Infolgedessen wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur nicht- elektrostatischen Übertragung von trockenen Tonerteilchen bereitgestellt, die ein Tonerbindemittel aufweisen und die eine Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometer aufweisen, von der Oberfläche eines Elementes mit einer Oberflächenschicht, die umfaßt eine thermoplastische polymere Harzmatrix aus einem filmbildenden, elektrisch isolierenden Polyester oder Polycarbonat mit einer Oberflächenenergie von nicht größer als annähernd 47 Dyn/cm, auf ein Empfangsmaterial, das umfaßt ein Substrat mit einer polymeren Beschichtung auf einer Oberfläche des Substrates, wobei die polymere Beschichtung aufgebaut ist aus einer Mischung aus:
(i) etwa 40 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 20 000 bis 500 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 5 000 bis 50 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 20:1; und
(ii) etwa 10 bis etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 20 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 500 bis 5 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 10:1;
wobei der Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung geringer oder kleiner ist als annähernd 10ºC oberhalb des Tg-Wertes des Tonerbindemittels und wobei die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung annähernd 38 bis 43 Dyn/cm beträgt, wobei das Verfahren umfaßt:
(A) Kontaktieren der Tonerteilchen mit der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial;
(B) Erhitzen des Empfangsmaterials auf eine Temperatur, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial während der Übertragung mindestens annähernd 5ºC oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren liegt; und
(C) Trennung des Empfangsmaterials von dem Element bei einer Temperatur oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren,
wobei praktisch sämtliche der Tonerteilchen von der Oberfläche des Elementes auf die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial übertragen werden.
Beim Verfahren dieser Erfindung erfolgt die Übertragung von Tonerteilchen von dem Element auf das Empfangsmaterial nicht- elektrostatisch unter Verwendung eines Empfangsmaterials mit einem Substrat, auf dem sich eine polymere Beschichtung befindet, aus einer Mischung aus:
(i) etwa 40 bis etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht (weight average molecular weight) von etwa 20 000 bis 500 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl (number average molecular weight) von etwa 5 000 bis 50 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zur mittleren Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 20:1; und
(ii) etwa 10 bis etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 20 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 500 bis 5 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zur mittleren Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 10:1
auf einer Oberfläche des Substrates, wobei die Beschichtung aus dem thermoplastischen Polymeren eine Oberflächenenergie im Bereich von annähernd 38 bis 43 Dyn/cm aufweist und wobei der Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung geringer ist als annähernd 10ºC über dem Tg-Wert des Tonerbindemittels. Die obere Oberfläche oder Oberflächenschicht des Elementes, von der die Tonerteilchen getragen werden, die übertragen werden sollen, umfaßt eine filmbildende, elektrisch isolierende, thermoplastische Polyester- oder Polycarbonat- Bindemittel-Harz-Matrix und die Oberfläche des Elementes hat eine Oberflächenenergie von nicht größer als ungefähr 47 Dyn/cm, vorzugsweise von etwa 40 bis 45 Dyn/cm. Das Empfangsmaterial wird auf eine Temperatur erhitzt, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangssubstrat während der Übertragung mindestens etwa 5ºC oberhalb der Glasübergangstemperatur, Tg, der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung liegt. Nach der Übertragung wird das Empfangsmaterial unmittelbar von dem Element abgetrennt, während die Temperatur des Empfangsmaterials bei einer Temperatur gehalten wird, die oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren liegt. Als Ergebnis der besonderen Auswahl und Kombination von Materialien, welche die thermoplastischen Polymerbeschichtungen und Oberflächenschichten der Elemente bilden, die im Rahmen des Verfahrens der Erfindung eingesetzt werden, der Beziehungen der entsprechenden Oberflächenenergien der thermoplastischen Polymerbeschichtungen und der Elementoberflächen, die im Rahmen des Verfahrens der Erfindung verwendet werden, sowie der Erhitzungstemperaturen, die während des Kontaktes des Empfangsmaterials mit dem Element während der Tonerübertragung und während der nachfolgenden Trennung von Empfangsmaterial und Element angewandt werden, ist es möglich, praktisch 100 % der Tonerteilchen von dem Element auf das Empfangsmaterial zu übertragen, unter Anwendung der thermisch unterstützten Methode der Übertragung, ohne daß eine Beschichtung oder eine Schicht eines Trennmittels auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung verwendet werden muß, um die thermoplastische Polymerbeschichtung daran zu hindern, an der Elementoberfläche während der Übertragung und nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials von dem Element haften zu bleiben.
Zusätzlich muß bei Verwendung einer Mischung der vorbeschriebenen thermoplastischen Additionspolymeren in den angegebenen Mengen als polymeres Material, aus dem die thermoplastischen Polymerbeschichtungen auf den Empfangsmaterialsubstraten gebildet werden, die im Rahmen des Verfahrens der Erfindung eingesetzt werden, die thermoplastische Polymerbeschichtung lediglich auf eine Temperatur erhitzt werden, die annähernd mindestens etwa 5ºC oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren liegt, welche die Mischung bilden, während der Tonerübertragung, damit die Polymerbeschichtung ausreichend erweicht, damit die Tonerteilchen hieran ankleben oder geringfügig in der Polymerbeschichtung während der Übertragung eingebettet werden. Wie bereits erwähnt, wird hierdurch eine potentielle Schädigung des Elementes während der Tonerübertragung vermieden, ein potentielles Aufschmelzen der Tonerteilchen in einer lokalisierten Masse während der Tonerübertragung, das Anhaften der Tonerteilchen an der Oberfläche des Elementes und eine potentielle Blasenbildung des Substrates des Empfangsmaterials während der Tonerübertragung.
Die Molekulargewichtsverteilung der thermoplastischen Additionspolymeren, die im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden, läßt sich ausdrücken durch den Wert aus mittlerem Molekulargewicht/mittlerer Molekulargewichtszahl (Mw/Mn).
Das mittlere Molekulargewicht (Mw) und die mittlere Molekulargewichtszahl (Mn) können nach verschiedenen Meßmethoden ermittelt werden. Die Meßmethode, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewandt wurde, wird im folgenden beschrieben.
Eine mittlere Molekulargewichtszahl Mn ist ein Wert, der erhalten wird durch Zusammenzählen von Produkten von Mi (Molekulargewicht) und
(Fraktionszahl des Molekulargewichtes Mi) von 0 nach wie nach i, wobei Ni die Zahl der Moleküle darstellt, die ein Molekulargewicht Mi aufweisen, wobei die mittlere Molekulargewichtszahl definiert werden kann durch die Formel
Dies ist ein Mittelwert bezüglich der Anzahl von Molekülen.
Im Gegensatz hierzu wird das mittlere Molekulargewicht, wenn eine große Bedeutung dem Beitrag von Materialien von hohem Molekulargewicht zum mittleren Molekulargewicht beigemessen wird, definiert wie folgt:
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden sowohl die mittleren Molekulargewichte wie auch die mittleren Molekulargewichtszahlen bestimmt oder gemessen durch Gel-Permeationschromatographie, oder GPC, unter Verwendung eines Gerätes vom Typ Waters Gel Permeation Chromatograph, Model R401. Kolonnen von m-Styragel mit Porengrößen von 10&sup6;, 10&sup5;, 10&sup4; und 10³ Å wurden mit THF (Tetrahydrofuran) eluiert. Verwendet wurde eine Universal-Polystyrol-Kalibrierungskurve, weshalb die angegebenen Molekulargewichtsergebnisse nicht die absoluten Werte darstellen, sondern äquivalente Polystyrol-Molekulargewichte.
Es wurde gefunden, daß, wenn der Prozentsatz an dem thermoplastischen Additionspolymeren von höherem Molekulargewicht in der Gesamtmischung etwa 90 Gew.-% des Gesamtgewichtes der Mischung überschreitet, die Polymerbeschichtung nicht ausreichend fließt und/oder ausreichend erweicht bei den Tonerübertragungstemperaturen, d.h. bei ungefähr mindestens 5ºC oberhalb des Tg-Wertes der Additionspolymeren in der Mischung, um es den Tonerteilchen zu ermöglichen zu haften oder teilweise in der thermoplastischen Polymerbeschichtung eingebettet zu werden, so daß eine schlechte Übertragungswirksamkeit herbeigeführt wird. Andererseits wurde ebenfalls gefunden, daß, wenn der Prozentsatz an den höher-molekularen thermoplastischen Additionspolymeren in der Gesamtmischung in einer Menge vorliegt, die geringer ist als etwa 40 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, die Polymerbeschichtung spröde oder brüchig wird und dazu neigt, sich vom Empfangsmaterialsubstrat vor der Tonerübertragung abzulösen.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung des thermisch unterstützten Verfahrens der nicht-elektrostatischen Übertragung sehr kleiner Tonerteilchen von der Oberfläche eines Elementes auf ein mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtetes Empfangsmaterial dar, bei dem die Tonerteilchen, die sich auf der Oberfläche des Elementes befinden, nicht-elektrostatisch auf das Empfangsmaterial übertragen werden, das erhitzt wird, jedoch nicht ausreichend erhitzt wird, um die Teilchen aufzuschmelzen. Wie es in der vorerwähnten U.S.-Patentanmeldung mit der Serial Nr. 230 381 mit dem Titel "Improved Method of Non-Electrostatically Transferring Toner", eingereicht am 9. August 1988, beschrieben wird, ist es nicht erforderlich oder wünschenswert, die Tonerteilchen aufzuschmelzen, um ihre Übertragung zu erreichen. Vielmehr ist es ausreichend, um eine vollständige, oder nahezu vollständige Übertragung der Teilchen zu erreichen, wenn die Tonerteilchen aneinander an ihren Kontaktpunkten angeschmolzen oder zusammengeschmolzen werden, d.h. in lokalisierten Bereichen an den einzelnen Tonerteilchenoberflächen, die sich in Kontakt miteinander befinden, oder mit der Oberfläche, auf die solch ein Teilchen übertragen oder auf der solch ein Teilchen abgeschieden wird. Dies bedeutet, daß der Toner während der Übertragung nicht fixiert wird, sondern statt dessen an einem separaten Ort, entfernt von dem Element fixiert wird. Auf diese Weise beeinflussen die höheren Temperaturen, die zur Fixierung des Toners erforderlich sind, das Element nicht negativ oder beschädigen es. Da die Wärme, die erforderlich ist, um die Tonerteilchen an ihren Kontaktpunkten zum Sintern zu bringen, beträchtlich geringer ist als die Wärme, die zur Fixierung der Toner erforderlich ist, wird das Element nicht durch hohe Temperaturen während der Übertragung geschädigt.
Der Ausdruck "sintern" oder "Sinterung", der hier unter Bezugnahme auf die Tonerteilchen verwendet wird, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bezieht sich auf die Bindung oder Fusion, die auf thermischem Wege erreicht wird, an Stellen des Kontaktes, die entweder zwischen benachbarten Tonerteilchen existieren oder zwischen Tonerteilchen und einer benachbarten oder angrenzenden Oberfläche. Der Ausdruck "sintern", und äquivalente Formen hiervon wird für die vorliegenden Zwecke im Unterschied zu Ausdrücken wie "schmelzen", "Aufschmelzung", "Schmelze", "Schmelzfusion" oder "Wärmefusion" verwendet. Im Falle der Wärmefusion als Folge einer Zufuhr von ausreichender Wärmeenergie verlieren die Tonerteilchen ihre diskrete individuelle Identität und schmelzen zusammen oder vermischen sich zu einer lokalisierten Masse, wie wenn ein Tonerpulver durch Wärme zusammengeschmolzen wird und hierdurch an ein Empfangsmaterial gebunden oder fixiert wird.
Kern der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß gefunden wurde, daß sehr feine Tonerteilchen, d.h. Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometern und in typischerer Weise von 3 bis 5 Mikrometern, nicht-elektrostatisch mit einer praktisch 100 %igen Übertragungswirksamkeit von der Oberfläche eines Elementes auf die Oberfläche eines Empfangsmaterials übertragen werden können, das mit einem thermoplastischen Polymeren beschichtet ist, unter Anwendung der thermisch unterstützten Übertragungsmethode, jedoch ohne Notwendigkeit der Verwendung einer Beschichtung oder einer Schicht eines Trennmittels auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung vor der Tonerübertragung, um die thermoplastische Polymerbeschichtung daran zu hindern, an der Elementoberfläche haften zu bleiben, und zwar während und unmittelbar nach der Tonerübertragung, wenn das Empfangsmaterial von dem Element abgetrennt wird, und daß bei Verwendung einer Polymermischung oder Mischung von bestimmten thermoplastischen Additionspolymeren in bestimmten spezifizierten Mengen als polymeres Material für die Ausbildung der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat, das im Rahmen des thermisch unterstützten Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die thermoplastische Polymerbeschichtung lediglich auf eine Temperatur erhitzt werden muß, derart, daß ihre Temperatur während der Tonerübertragung lediglich bei mindestens etwa 5ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung liegen muß, um die Beschichtung ausreichend zu erweichen, um es den Tonerteilchen zu ermöglichen, an der Beschichtung während der Übertragung anzuhaften. Wie im vorstehenden angegeben, wird hierdurch eine potentielle Schädigung der Elementoberfläche, des Empfangsmaterialsubstrates und ein Aufschmelzen der Tonerteilchen zu einer lokalisierten Masse während der Übertragung vermieden, was oftmals bei höheren Übertragungstemperaturen der Fall ist. Aufgrund des Ergebnisses der Beziehung zwischen der besonderen Auswahl und Kombination von Materialien, welche die thermoplastischen Polymerbeschichtungen bilden, der Materialien, welche die thermoplastischen Bindemittel-Harz-Matrices der Oberflächenschichten der Elemente bilden, die im Rahmen des thermisch unterstützten Übertragungsverfahrens der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, der Beziehung, die existiert zwischen den entsprechenden Oberflächenenergien der thermoplastischen Polymerbeschichtungen und der Oberflächenschichten der Elemente, die in dem thermisch unterstützten Übertragungsverfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden und der Erhitzungstemperaturen, die während des Kontaktes des mit dem thermoplastischen Polymer beschichteten Empfangsmaterials mit der Elementoberfläche während der Tonerübertragung und nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials von dem Element angewandt werden, können nicht nur sehr feine Tonerteilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometern nicht- elektrostatisch mit einer praktisch 100 %igen Übertragungswirksamkeit von der Elementoberfläche auf das mit einem thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterial übertragen werden, ohne daß die Notwendigkeit besteht, eine Beschichtung oder eine Schicht mit oder aus einem Trennmittel auf die thermoplastische Polymerbeschichtung vor der Tonerübertragung aufzubringen, um die thermoplastische Polymerbeschichtung daran zu hindern, an der Elementoberfläche während und unmittelbar nach der Tonerübertragung anzuhaften, wenn das Empfangsmaterial von dem Element abgetrennt wird, sondern zusätzlich kann die Übertragung bei einer Temperatur erfolgen, bei der die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung lediglich geringfügig oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren liegt, die die Polymerbeschichtung bilden oder die zur Herstellung der Polymerbeschichtung verwendet werden.
Praktisch ein jeder Substrattyp kann zur Herstellung des beschichteten Empfangsmaterials eingesetzt werden, das in dieser Erfindung verwendet wird, einschließlich Papier, Folien und insbesondere transparente Folien, die zur Herstellung von Diapositiven geeignet sind. Das Substrat soll nicht schmelzen, erweichen oder in anderer Weise seine mechanische Integrität während der Übertragung oder während des Fixierens des Toners verlieren. Ein gutes Substrat sollte das thermoplastische Polymer nicht absorbieren, sondern sollte es dem thermoplastischen Polymeren erlauben, auf seiner Oberfläche zu verbleiben und eine gute Bindung mit der Oberfläche einzugehen. Substrate mit glatten Oberflächen führen natürlich zu einer besseren Bildqualität. Ein flexibles Substrat ist besonders wünschenswert, oder in vielen elektrostatographischen Kopiervorrichtungen sogar erforderlich. Im Falle der vorliegenden Erfindung ist ein Substrat erforderlich, da die thermoplastische Beschichtung während der Übertragung und der Fixierung der Tonerteilchen auf dem Empfangsmaterial erweichen muß, und da ohne ein Substrat sich die thermoplastische Beschichtung verwerfen würde oder in anderer Weise zerstört würde oder Tröpfchen bilden würde, die das Bild zerstören.
Bei der Herstellung der Polymerbeschichtungen dieser Erfindung wird ein thermoplastisches Additionspolymer mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 20 000 bis 500 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 5 000 bis 50 000, einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 20:1, und einer Glasübergangstemperatur oder Tg, die geringer ist als etwa 10ºC über dem Tg des Tonerbindemittels, mechanisch vermischt mit einem thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1 000 bis 20 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 500 bis 5 000, einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 10:1 und einer Glasübergangstemperatur oder Tg, die weniger als ungefähr 10ºC über dem Tg des Tonerbindemittels liegt, unter Erzeugung einer Mischung oder einem Gemisch der Polymeren, in dem das zuerst beschriebene thermoplastische Additionspolymer in der Mischung in einer Menge von etwa 40 bis etwa 90 Gew.-% vorliegt, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung und worin das andere thermoplastische Additionspolymer in der Mischung in einer Menge von etwa 10 bis etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung vorliegt, unter Ausbildung einer thermoplastischen Polymerbeschichtung mit einer Oberflächenenergie von etwa 38 bis etwa 43 Dyn/cm.
Die Bezeichnung "Glasübergangstemperatur" oder "Tg", die hier verwendet wird, stellt die Temperatur oder den Temperaturbereich dar, bei der oder bei dem das Polymer von einem festen Zustand in eine viskose Flüssigkeit oder einen gummiartigen Zustand übergeht. Diese Temperatur (Tg) kann durch eine thermische Differentialanalyse ermittelt werden, wie sie beschrieben wird in dem Buch von Mott, N.F. und Davis, E.A. Electronic Processes in Non-Crystalline Material, Belfast, Oxford University Press, 1971, S. 192.
Die Bezeichnung "Oberflächenenergie" eines Materials, die hier verwendet wird, steht für die Energie, die erforderlich ist oder benötigt wird, um eine Oberflächenbereichseinheit des Materials gegenüber einer Luft-Grenzfläche zu bilden. Die Oberflächenenergie kann gemessen werden durch Bestimmung der Kontaktwinkel von Tröpfchen von zwei verschiedenen Flüssigkeiten, zum Beispiel Dijodomethan und destilliertem Wasser auf der Oberfläche des Materials und Zufuhr der polaren und dispersiven Beiträge zur Oberfläche und durch Verwendung der Näherung von Girifalco und Good für die Grenzflächenenergie, wie es beschrieben wird in Fowkes, F. "Contact Angle, Wettability, and Adhesion" in: Advances in Chemistry Series (Washington, D.C., American Chemical Society, 1964) S. 99-111.
Zusätzlich zu den im vorstehenden angegebenen Erfordernissen sollen die thermoplastischen Additionspolymeren ausreichend auf dem Substrat haften, so daß sie sich nicht ablösen, wenn das Empfangsmaterial erhitzt wird. Sie sollen ferner ausreichend an dem Toner haften, so daß eine Übertragung des Toners erfolgt. Die thermoplastische Polymerbeschichtung soll ferner abrieb-widerstandsfähig sein und flexibel genug, so daß sie nicht reißt, wenn das Empfangsmaterial gebogen oder gekrümmt wird. Ein gutes thermoplastisches Polymer sollte nicht schrumpfen oder sich stark ausdehnen, so daß es das Empfangsmaterial nicht krümmt oder das Bild zerstört und es sollte vorzugsweise transparent sein, so daß es die Klarheit des Bildes nicht beeinträchtigt. Weiterhin müssen die thermoplastischen Additionspolymeren, die zur Bildung der Polymermischung verwendet werden, miteinander mischbar sein.
In vorteilhafter Weise sollten die thermoplastischen Additionspolymeren einen Tg-Wert aufweisen, der weniger als ungefähr 10ºC über dem Tg-Wert des Tonerbindemittels liegt, das vorzugsweise einen Tg-Wert von etwa 50 bis etwa 100ºC aufweist, so daß die Tonerteilchen in die Oberfläche der thermoplastischen Polymerbeschichtung während der Übertragung eingedrückt werden können, so daß sie geringfügig oder teilweise hierin eingebettet werden, im Gegensatz zu einem vollständigen oder nahezu vollständigen Einschluß in der thermoplastischen Polymerbeschichtung. Vorzugsweise liegt der Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren unterhalb des Tg-Wertes des Tonerbindemittels, doch können Polymere mit einem Tg-Wert bis zu ungefähr 10ºC über dem Tg-Wert des Tonerbindemittels verwendet werden bei höheren Nip-Geschwindigkeiten, wenn der Toner von dem Nip entfernt wird, bevor er schmelzen kann. Ein Schmelzen des Toners in dem Nip sollte vermieden werden, da dies dazu führen kann, daß der Toner an dem Element anhaftet oder zu einer Schädigung des Elementes. Da ein Fixieren des Toners auf dem Empfangsmaterial gewöhnlich das Zusammenschmelzen oder Fusionieren des Toners erfordert, erfolgt eine Fixierung bei einer höheren Temperatur als die Übertragung und ein Fixieren erweicht oder schmilzt sowohl den Toner als auch die thermoplastische Polymerbeschichtung. Ein geeigneter Tg-Wert für die thermoplastischen Additionspolymeren liegt bei etwa 40 bis etwa 80ºC und vorzugsweise bei etwa 45 bis etwa 60ºC, da Polymere mit einem niedrigen Tg-Wert zu weich im Falle von warmem Wetter sind und zusammenklumpen oder zusammenkleben können und da Polymere mit einem hohen Tg-Wert nicht weich genug sein können, um sämtlichen Toner aufzunehmen. Zu anderen wünschenswerten Eigenschaften gehören eine thermische Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Luftoxidation sowie gegenüber einer Verfärbung.
Thermoplastische Additionspolymere, die im Rahmen der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, können ausgewählt werden aus Polymeren der Acryl- und Methacrylsäure, einschließlich Poly(alkylacrylaten), Poly(alkylmethacrylaten) und dergleichen, wobei die Alkylreste 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome aufweisen; Styrol enthaltenden Polymeren und dergleichen.
Beispielsweise können derartige Polymere eine polymerisierte Mischung umfassen, die auf einer kombinierten 100 Gew.-% -Basis enthält, etwa 40 bis etwa 85 Gew.-% Styrol und etwa 15 bis etwa 60 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder -methacrylates mit 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, wie zum Beispiel Methyl, Ethyl, Isopropyl, Butyl und dergleichen. Typische Styrol enthaltende Polymere, hergestellt aus einer solchen copolymerisierten Mischung, wie oben angegeben, sind Copolymere, hergestellt aus einer Monomer-Mischung, die umfaßt auf einer 100 Gew.-%-Basis etwa 40 bis etwa 80 Gew.-% Styrol oder Styrolhomologe, wie zum Beispiel Vinyltoluol, tert.- Butylstyrol,α-Methylstyrol und dergleichen, ein halogeniertes Styrol, wie zum Beispiel p-Chlorostyrol, ein Alkoxy-substituiertes Styrol, in dem die Alkoxygruppe etwa 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweist, wie beispielsweise p-Methoxystyrol, und etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder -methacrylates. Besonders bevorzugte Copolymere sind Poly(vinyltoluol-co-n-butylacrylat), Poly(vinyltoluol-co-isobutylmethacrlyat), Poly(vinylstyrol-co-n-butylacrylat), Poly(vinylmethacrylat-co-isobutylmethacrylat) und Polymere aus α-Methylstyrol und Vinyltoluol.
Zu Beispielen von solchen Polymeren, die im Handel erhältlich sind, gehören verschiedene Styrol-Butylacrylat-Polymere, wie zum Beispiel Pliotone 2003 und Pliotone 2015, beide erhältlich von der Firma Goodyear, sowie ein α-Methylstyrol-Vinyltoluol- Copolymer, erhältlich von der Firma Hercules Company unter der Handelsbezeichnung Piccotex 100.
Die thermoplastische Beschichtung auf dem Empfangsmaterial kann in verschiedener Weise erzeugt werden, einschließlich durch Lösungsmittelbeschichtung, durch Extrudieren und durch Ausbreitung aus einem Wasserlatex. Die erhaltene thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Substrat weist vorzugsweise eine Dicke von etwa 5 bis etwa 30 Mikrometer auf und in besonders vorteilhafter Weise von etwa 2 bis etwa 20 Mikrometer, da dünnere Schichten unzureichend sein können, um sämtlichen Toner von dem Element zu übertrage und da dickere Schichten unnötig sind und zu einem Verwerfen des Empfangsmaterials führen können, die Tendenz zu einer Delaminierung haben können, spröde sein können oder zu einem Verlust an Bildschärfe führen können.
Wie im vorstehenden erwähnt, besteht ein Kriterium der erfolgreichen Praxis des Verfahrens dieser Erfindung darin, daß die Oberflächenenergien der Beschichtungen aus den thermoplastischen Polymeren auf den Empfangsmaterialsubstraten, die im Rahmen des Verfahrens der Erfindung verwendet werden, im Bereich von etwa 38 bis 43 Dyn/cm liegen. Im allgemeinen können Beschichtungen aus thermoplastischen Polymeren, die diesem Erfordernis genügen, erhalten werden durch Auswahl von thermoplastischen Additionspolymeren, die eine Glasübergangstemperatur oder Tg haben, die geringer ist als ungefähr 10ºC über dem Tg des Tonerbindemittels und die eine Oberflächenenergie von etwa 38 bis 43 Dyn/cm aufweisen, als thermoplastische Additionspolymere zur Ausbildung der thermoplastischen Polymerbeschichtungen auf den Empfangsmaterialsubstraten. In den meisten Fällen oder im allgemeinen, führt dies zu einem mit einem thermoplastischen Polymer beschichteten Empfangsmaterial, das eine Polymerbeschichtung aufweist, die die erforderliche Oberflächenenergie aufweist (d.h. von etwa 38 bis 43 Dyn/cm). Gelegentlich kann es jedoch geschehen, daß wenn thermoplastische Additionspolymere mit der erforderlichen Glasübergangstemperatur und Oberflächenenergie vermischt werden, unter Ausbildung einer Polymerbeschichtung auf dem Substrat, daß ein mit einem thermoplastischen Polymer beschichtetes Empfangsmaterial erzeugt wird, das eine Oberflächenenergie aufweist, die entweder etwas größer ist als etwa 43 Dyn/cm oder etwas geringer ist als etwa 38 Dyn/cm, aufgrund einer Veränderung der Oberflächenenergie, die hervorgerufen wird während des Aufbringens der Polymermischung auf das Substrat. Obgleich die Ursache dieser Veränderung in der Oberflächenenergie zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig geklärt ist, kann sie in dem Falle, in dem die Polymermischung durch Schmelzextrudieren auf das Substrat aufgebracht wird, hervorgerufen werden durch einen thermischen Abbau der Polymeren während des Schmelz-Extrusionsprozesses und aufgrund von Veränderungen im Kristallinitätsgrad, wenn die polymeren Materialien durch ihre Schmelzpunkte abkühlen. Infolgedessen wird empfohlen, daß die Oberflächenenergie eines mit einem bestimmten thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterials, das im Rahmen des vorliegenden Verfahrens verwendet wird, bestimmt oder gemessen wird unter Verwendung des oben beschriebenen Kontaktwinkel-Verfahrens, bevor das Empfangsmaterial im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
Wie im vorstehenden angegeben wurde, hat man in der Vergangenheit eine Schicht oder eine Beschichtung eines Trennmittels auf der thermoplastischen Polymerbeschichtung eines beschichteten Empfangsmaterials verwendet, das im Rahmen eines thermisch unterstützten Übertragungsverfahrens angewandt wurde, um die Beschichtung aus dem thermoplastischen Polymeren daran zu hindern, an der Elementoberfläche haften oder kleben zu bleiben, während der Tonerübertragung und nachfolgenden Trennung des mit dem thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterials von dem Element.
Die Bezeichnung "Trennmittel", die hier verwendet wird, bezieht sich auf ein beschichtbares Material oder eine beschichtbare Substanz, die, wenn sie zu dem Zeitpunkt vorliegt, zu dem zwei Oberflächen miteinander in Kontakt gelangen, entweder die Bindung oder das Zusammenkleben zwischen solchen Oberflächen verhindert, oder, falls eine Bindung erfolgt, daß die Bindung von einer solchen niedrigen Festigkeit ist, daß die zwei Oberflächen nachfolgend voneinander getrennt werden können, ohne Hinterlassung wesentlicher Fragmente auf einer Oberfläche des anderen Materials. Zu Beispielen für geeignete Verbindungen oder Substanzen, die bisher als Trennmittel verwendet wurden, um eine Schicht oder Beschichtung eines Trennmittels auf mit einem thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterial zu bilden, gehören nicht-polare Verbindungen, wie zum Beispiel Metallsalze von organischen Fettsäuren, zum Beispiel Zinkstearat, Nickelstearat und Zinkpalmitat, Siloxan-Copolymere, wie zum Beispiel Poly[4,4'-isopropylidendiphenylen-co-block- poly(dimethylsiloxandiyl)]sebacat, fluorierte Kohlenwasserstoffe, perfluorierte Polyolefine und dergleichen.
Die Schicht des Trennmittels wurde auf der Schicht des thermoplastischen Polymeren oder der Beschichtung erzeugt durch Lösungsmittelbeschichtung, durch Aufreiben eines pulverisierten oder flüssigen Trennmittels oder nach einer anderen Methode. Eine bevorzugte Methode bestand darin, sowohl das Trennmittel als auch das thermoplastische Polymer gemeinsam auf das Substrat aufzubringen. Dies erfolgte durch Auflösen von sowohl dem thermoplastischen Polymer als auch dem Trennmittel in einem geeigneten nicht-polaren Lösungsmittel. Hat das Trennmittel eine geringere Oberflächenenergie als das thermoplastische Polymer, so gelangt das Trennmittel an die Oberfläche der Beschichtung aus dem thermoplastischen Polymeren, wenn das Lösungsmittel verdampft wird. In typischer Weise wurde eine Lösung verwendet, in der das Trennmittel in Konzentrationen von etwa 1 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen auf die kombinierten Gewichte von thermoplastischem Polymer und Trennmittel, vorlag. Jedoch kann die Ausbildung der Schicht aus dem Trennmittel auch herbeigeführt werden, durch Einmischen des Trennmittels in eine Schmelze mit dem thermoplastischen Polymer und Extrudieren der Schmelze direkt auf das Substrat. Eine solche Schmelze kann etwa 1 bis etwa 5 Gew.-% des Trennmittels enthalten und etwa 95 bis etwa 99 Gew.-% des thermoplastischen Polymeren. Wenn sich die Schmelze auf dem Substrat verfestigt, gelangt das Trennmittel an die Oberfläche, da das Trennmittel eine geringere Oberflächenenergie aufweist als das thermoplastische Polymer und auf diese Weise wird eine Schicht aus dem Trennmittel auf der Oberfläche der Beschichtung aus dem thermoplastischen Polymer oder der Schicht erzeugt. Ausgewählt wurde ein Trennmittel, das nicht nur eine Oberflächenenergie aufweist, die geringer ist als die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung, auf die es aufgebracht wurde, sondern es wurde ein Mittel ausgewählt, das auch eine Oberflächenenergie hatte, die geringer war als die Oberflächenenergie der Elementoberfläche, auf der sich die Tonerteilchen befanden. In typischer Weise wurde ein Trennmittel ausgewählt, das eine Oberflächenenergie hatte, die geringer war als 50 Dyn/cm, um zu gewährleisten, daß das Trennmittel eine Oberflächenenergie haben würde, die geringer war als sowohl die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung als auch die der Elementoberfläche. Da die Oberflächenenergie des Trennmittels geringer war als die von sowohl der thermoplastischen Polymerbeschichtung als auch der Elementoberfläche, war das Trennmittel in der Lage, eine Grenzfläche zwischen der Oberfläche des Elementes und der thermoplastischen Polymerbeschichtung zu bilden, die den Kontakt oder innigen Kontakt zwischen der Oberfläche des Elementes und der Polymerbeschichtung verhinderte und die somit verhinderte, daß die Beschichtung aus dem thermoplastischen Polymeren an der Elementoberfläche anhaftete oder kleben blieb während der Tonerübertragung und während der nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials von dem Element. Auf diese Weise wurde die Beschichtung aus dem thermoplastischen Polymeren daran gehindert, während der Übertragung und Trennung an der Elementoberfläche zu haften. Wurde die Trennmittelschicht auf die thermoplastische Beschichtung aufgetragen, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese etwa 30 Å bis etwa 1 Mikrometer dick war, da dünnere Schichten die thermoplastische Beschichtung nicht daran hindern konnten, an dem Element haften zu bleiben und da der Toner nicht in die thermoplastische Beschichtung eindringen kann, wenn die Schicht dicker war.
Falls erwünscht, können Beschichtungshilfsmittel, wie beispielsweise Polymethylphenylsiloxan, mit einem Verhältnis von Methyl zu Phenyl von 23:1, vertrieben von der Firma Dow- Corning Company unter der Handelsbezeichnung "DC 510", bei denen es sich um ein oberflächenaktives Mittel handelt, zu den thermoplastischen Polymerbeschichtungsmaterialien zugegeben werden, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um eine gleichförmigere Beschichtung der Polymermischung auf dem Substrat zu erleichtern. Dies kann beispielsweise geschehen durch Lösen von sowohl der Mischung der thermoplastischen Additionspolymeren als auch dem Beschichtungshilfsmittel in einem nicht-polaren Lösungsmittel, Auftragen der Lösungsmittellösung mit der Polymermischung und dem Beschichtungshilfsmittel auf die Oberfläche des Substrates und darauf Verdampfen des Lösungsmittels von dem Empfangsmaterial, oder durch Einmischen des Beschichtungshilfsmittels in eine Schmelze mit der thermoplastischen Polymermischung und Extrudieren der Schmelze direkt auf die Oberfläche des Substrates. Zu anderen Materialien, die als Beschichtungshilfsmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören zusätzlich zu dem vorerwähnten oberflächenaktiven Mittel viele der gleichen Substanzen oder Verbindungen, die bisher hier als geeignete Trennmittel beschrieben wurden, zur Ausbildung einer Beschichtung oder einer Schicht auf einem Empfangsmaterial, das mit einem thermoplastischen Polymer beschichtet ist, zum Beispiel Polysiloxane, Metallsalze von organischen Fettsäuren und dergleichen.
Werden jedoch derartige Substanzen oder Verbindungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Beschichtungshilfsmittel verwendet, so werden sie in solch geringen Mengen oder Konzentrationen eingesetzt, daß sie nicht die Funktion von Trennmitteln haben. Wird beispielsweise ein solches Material als Beschichtungshilfsmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt, so wird es in einem nicht-polaren Lösungsmittel gemeinsam mit der Mischung von thermoplastischen Polymerbeschichtungsmaterialien in einer Menge eingesetzt, derart, daß die Menge an Material in der Lösung bei ungefähr 0,5 Gew.-% des vereinigten Gewichtes der thermoplastischen Polymermischung und des Trennungsmittels oder weniger liegt und vorzugsweise bei etwa 0,01 bis etwa 0,05 Gew.-%, bezogen auf das kombinierte Gewicht der thermoplastischen Polymermischung und des Trennungsmittels. Wird in entsprechender Weise ein solches Material als Beschichtungshilfsmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet und in eine Schmelze der thermoplastischen Additionspolymermischung eingemischt, so liegt das Material in der Schmelze in einer Menge vor, die nicht über etwa 0,5 Gew.-% der Schmelze liegt und vorzugsweise bei etwa 0,01 bis etwa 0,05 Gew.-% der Schmelze. In beiden Fällen ist die Konzentration des Materials in der Lösung und in der Schmelze nicht ausreichend genug, daß das Material an die Oberfläche der thermoplastischen Polymerbeschichtung gelangt, wenn das Lösungsmittel verdampft wird oder eine Verfestigung der Schmelze eintritt, und es erfolgt keine Ausbildung einer kontinuierlichen Schicht oder Beschichtung des Materials auf der Oberfläche der thermoplastischen Polymerbeschichtung unter Erzeugung einer thermoplastischen Polymerbeschichtung mit einer Schicht aus einem Trennmittel auf der Polymerbeschichtung mit einer Oberflächenenergie, die geringer ist als die der thermoplastischen Polymerbeschichtung. Dies bedeutet, daß das Material nicht als Trennmittel für die thermoplastische Polymerbeschichtung dient, da im allgemeinen Konzentrationen eines solchen Materials von mindestens etwa 1 Gew.-% der kombinierten Gewichte aus thermoplastischer Polymermischung und dem Material in einer Lösungsmittellösung der Polymermischung erforderlich sind und weil eine Konzentration eines solchen Materials von etwa 1 Gew.-% einer Schmelze mit einem solchen Material und einer thermoplastischen Polymermischung erforderlich ist, um einen kontinuierlichen Film oder eine Schicht des Materials auf der Oberfläche der thermoplastischen Polymerbeschichtung nach Verdampfen des Lösungsmittels und Verfestigung der Schmelze zu bilden. In keinem Falle jedoch wird eine solche Verbindung in der thermoplastischen Polymerbeschichtung des mit einem Polymer beschichteten Empfangsmaterials, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in einer Menge von über etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aus den kombinierten thermoplastischen Polymerbeschichtungsmaterialien und dem Beschichtungshilfsmittelmaterial, vorliegen. Dies bedeutet, daß, obgleich eine gewisse Menge oder ein gewisser Anteil des Beschichtungshilfsmittelmaterials, das in der thermoplastischen Polymerbeschichtung vorliegen kann, auf der Oberfläche der thermoplastischen Polymerbeschichtung vorliegen kann, es nicht auf der Oberfläche der Polymerbeschichtung in Form eines kontinuierlichen Filmes oder einer kontinuierlichen Schicht vorliegt, unter Ausbildung einer Schicht eines Trennmittels auf der Polymerbeschichtung.
Alternativ kann das Beschichtungshilfsmittelmaterial direkt auf ein geeignetes Substrat aufgebracht werden, wie beispielsweise Papier, zum Beispiel durch Schmelz-Extrusion, vor der Bildung oder Aufbringung der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf das Substrat, unter Ausbildung einer Beschichtung oder einer Schicht des Materials auf dem Substrat zwischen dem Substrat und der nachfolgend aufgebrachten thermoplastischen Polymerschicht. Beschichtungsmaterialien, wie zum Beispiel Polyethylen und Polypropylen sind Beispiele für geeignete Materialien, die so auf die Oberfläche eines Substrates aufgebracht werden können, um eine gleichförmigere Beschichtung der Polymermischung auf dem Empfangsmaterialsubstrat zu erleichtern. Derartige Materialien dienen ferner als Versiegelungsschichten für das Substrat und verleihen dem Substrat eine glatte Oberfläche zusätzlich dazu, daß sie als Beschichtungshilfsmittel für die thermoplastische Polymermischung dienen. Im allgemeinen liegt die Dicke von solchen Beschichtungen auf dem Substrat im Bereich von etwa 0,0001 bis etwa 30 Mikron und vorzugsweise bei etwa 5 bis etwa 30 Mikron.
Erfolgt eine Extrusion oder wird ein Extrudieren als Verfahren zur Ausbildung der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat angewandt, so werden die Extrusionsbedingungen bestimmt von den thermischen Eigenschaften der Polymeren, wie zum Beispiel der Schmelzviskosität und dem Schmelzpunkt. Man kann eine aufgeschmolzene Schicht aus einer Mischung oder einem Gemisch der thermoplastischen Additionspolymeren, wie oben gekennzeichnet, auf die Fläche oder Oberfläche eines Empfängersubstrates des oben beschriebenen Typs unter Anwendung geeigneter Extrusionstemperaturen aufbringen. Ist es erwünscht, ein Beschichtungshilfsmittel direkt auf das Substrat aufzubringen vor dem Aufbringen der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf das Substrat, so kann das Beschichtungshilfsmittel aus der Schmelze auf das Substrat extrudiert werden, bevor die thermoplastische Polymermischung auf das Substrat extrudiert wird, oder es kann mit der Polymermischung co-extrudiert werden.
Beim Verfahren dieser Erfindung wird das Empfangsmaterial auf eine Temperatur vorerhitzt, derart, daß die Temperatur des Empfangsmaterials während der Übertragung adäquat ist zum Anschmelzen oder Fusionieren der Tonerteilchen an ihren Kontaktpunkten, wobei die Temperatur jedoch nicht hoch genug ist, um die Tonerteilchen aufzuschmelzen oder um in Kontakt miteinander stehende Tonerteilchen dazu zu bringen, zu koaleszieren oder zu einer einzelnen Masse zusammenzufließen. Wichtig ist ferner, daß das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Substrat bei mindestens ungefähr 5ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Polymermischung während der Übertragung liegt, da ganz allgemein gefunden wurde, daß wenn die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung nicht bei einer Temperatur gehalten wird, die mindestens etwa 5ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Polymermischung während der Übertragung liegt, weniger als 50 % und in typischerer Weise weniger als 10 % der Tonerteilchen von der Elementoberfläche auf die thermoplastische Polymerbeschichtung während der Übertragung übertragen werden. Obgleich es erforderlich ist, daß das Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt wird, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung bei mindestens etwa 5ºC über dem tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Polymermischung während der Übertragung liegt, ist doch darauf zu achten, daß das Empfangsmaterial nicht auf eine Temperatur erhöht wird, die so hoch ist, daß die Tonerteilchen schmelzen und zusammenfließen oder sich vermischen zu einer lokalisierten Masse. In der Praxis hat es sich im allgemeinen als zweckmäßig erwiesen, das Empfangsmaterial nicht auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung während der Übertragung eine Temperatur erreicht oder übersteigt, die etwa 25ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Polymermischung liegt. Dies geschieht im Hinblick auf die erhöhte Tendenz der thermoplastischen Polymerbeschichtung, an der Elementoberfläche haften zu bleiben, wenn die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung erhöht wird auf einen Wert, der sich einem Wert von etwa 25ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren nähert oder diesen Wert übersteigt.
Der Temperaturbereich, der erforderlich ist, um diese Bedingungen zu erreichen, hängt von der Zeitspanne ab, die das Empfangsmaterial in dem Nip oder Walzenspalt verbleibt und der Wärmekapazität des Empfangsmaterials. In den meisten Fällen, wenn die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung unmittelbar, nachdem diese in Kontakt mit dem Element gelangt ist, unter dem Tg-Wert des Toner-Bindemittels liegt, jedoch über einer Temperatur, die 20º des Tg-Wertes liegt, werden die Tonerteilchen an ihren Kontaktpunkten fusioniert oder gesintert und die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung wird eine Temperatur sein, die annähernd mindestens etwa 5ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren liegt. Oder, anders ausgedrückt, wird die Oberseite der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat vorerhitzt auf eine Temperatur, derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung bei etwa 60 bis 90ºC liegt, wenn sie in Kontakt mit den Tonerteilchen auf der Oberfläche des Elementes während der Übertragung gelangt, so wird sich die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung bei einer Temperatur befinden, die annähernd mindestens 5ºC oberhalb des Tg- Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren in der Polymermischung liegt und die Tonerteilchen werden an ihren Kontaktpunkten während der Übertragung fusioniert oder gesintert. Jedoch können Empfangsmaterialtemperaturen bis zu annähernd 10ºC über dem Tg-Wert des Tonerbindemittels toleriert werden, wenn die Nip-Dauer oder Walzenspaltdauer klein ist oder wenn die Wärmekapazität des Empfangsmaterials niedrig ist.
Obgleich jede Seite des Empfangsmaterials erhitzt werden kann, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, lediglich die Rückseite des Empfangsmaterials konduktiv zu erhitzen, d.h. die Substratoberfläche oder Seite des Empfangsmaterials, die nicht mit den Tonerteilchen in Kontakt gelangt, wie zum Beispiel durch Kontaktieren des Substrates mit einem Eisenbalken oder einer aufgeheizten Druckwalze, da dies energie-effizienter ist als ein Aufheizen der mit dem thermoplastischen Polymer beschichteten Oberfläche des Empfangsmaterials unter Verwendung einer nicht leitenden Wärmequelle, wie beispielsweise einer Heizlampe oder einer Mehrzahl von Heizlampen oder einem Ofen, der zu einer weniger wirksamen Absorption von Wärme durch die thermoplastische Polymerbeschichtung führt. Weiterhin ist es leichter, die Temperatur dieser Oberfläche zu überwachen und hierdurch wird üblicherweise Schaden vom Empfangsmaterial abgewandt. Das Vorerhitzen des Empfangsmaterials muß erfolgen, bevor der aufgeheizte thermoplastische Polymerbeschichtungsteil des Empfangsmaterials mit dem Element in Kontakt gelangt, da die Länge der Zeitspanne, während der sich das Empfangsmaterial in dem Nip-Bereich oder Walzenspalt befindet, wenn die Tonerteilchen in Kontakt mit dem Empfangsmaterial gelangen und auf die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat übertragen werden, so kurz ist (d.h. in typischer Weise weniger als 0,25 Sekunden und gewöhnlich 0,1 Sekunden oder weniger), so daß es extrem schwierig sein würde, wenn nicht unmöglich, das Empfangsmaterial auf die Temperatur zu erhitzen, die für die erfolgreiche Übertragung von Tonerteilchen auf die thermoplastische Polymerbeschichtung erforderlich ist, wenn das Empfangsmaterial lediglich in dem Nip oder Spalt erhitzt wird. Wird somit eine Backup-Rolle oder Backup-Walze, welche das Empfangsmaterial gegen das Element preßt, dazu verwendet, um das Empfangsmaterial aufzuheizen, so muß das Empfangsmaterial genügend von der Backup-Rolle umwickelt sein, so daß das Empfangsmaterial auf die geeignete Temperatur erhitzt wird, bevor es in den Spalt eintritt.
Die Backup- oder Kompressionsrollen oder Walzen, die in der Praxis des Verfahrens der Erfindung eingesetzt werden können, um einen geeigneten Nip oder Spalt für eine akzeptable Tonerübertragung zu bewirken, können harte oder federnde (d.h. nachgebende) Rollen oder Walzen sein.
Wie im Falle beliebiger, thermisch unterstützter Verfahren der Übertragung wurde gefunden, daß die Anwendung eines Drukkes die Tonerübertragung auf das Empfangsmaterial unterstützt, wobei ein mittlerer Spaltdruck von etwa 135 bis etwa 5 000 kPa bevorzugt angewandt wird, wenn ein Walzenspaltbereich dazu angewandt wird, um solche Drucke zu erzeugen oder wenn solche Drucke erzeugt werden durch eine Druckwalze oder ein Äquivalent hiervon. Niedrigere Drucke können dazu führen, daß weniger Toner übertragen wird und höhere Drucke können das Element beschädigen und können einen Schlupf zwischen dem Element und dem Empfangsmaterial herbeiführen unter Verschlechterung des Bildes.
Als Folge der Kombination von Kontaktdauer und Temperatur und dem angewandten Druck werden die Tonerteilchen von der Elementoberfläche auf die benachbarte oder angrenzende Oberfläche der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat übertragen. In allen Fällen richtet sich der angewandte Kontaktdruck gegen die äußere Oberfläche oder Substratseite des Empfangsmaterials gegenüber der mit dem thermoplastischen Polymer beschichteten Seite oder Oberfläche des Empfangsmaterials und die Seite oder Oberfläche des Elementes gegenüber der Elementoberfläche, auf der sich die Tonerteilchen befinden.
Ferner ist es, wie bereits erwähnt, wichtig, daß die Temperatur des Empfangsmaterials bei einer Temperatur gehalten wird, die über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren während der Trennung des Empfangsmaterials von dem Element liegt, unmittelbar nachdem die Tonerteilchen auf die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial übertragen wurden, so daß das Empfangsmaterial von dem Element abgetrennt wird, während es heiß ist, ohne daß die thermoplastische Polymerbeschichtung an der Elementoberfläche während der Trennung anhaftet.
In jedem Falle muß der Toner während der Übertragung nicht fixiert sein, sondern muß anstelle hiervon in einer separaten Position fixiert werden, die sich nicht in Kontakt mit dem Element befindet. Auf diese Weise wird das Element nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt und der Toner wird nicht an das Element angeschmolzen. Ferner bedeutet die Anwendung der niedrigen Temperaturen während der Übertragung, daß das Übertragungsverfahren viel schneller durchgeführt werden kann, wobei Geschwindigkeiten von 40 m/Min. oder mehr möglich sind.
In typischer Weise wird das entwickelte Tonerbild nach der Übertragung der Tonerteilchen von dem Element auf das Empfangsmaterial und nach erfolgter Abtrennung des Empfangsmaterials vom Element auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um die Tonerteilchen auf dem Empfangsmaterial zu fusionieren. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt bevorzugt ist es, die Oberfläche der bildtragenden thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial zu erhitzen, bis sie ihre Glasübergangstemperatur erreicht oder sich dieser Temperatur nähert, worauf sie in Kontakt mit einem aufgeheizten Ferrotyping-Material gebracht wird, welches die Temperatur erhöht oder diese über ihrer Glasübergangstemperatur beibehält, während eine Kraft ausgeübt wird, die das Ferrotyping-Material gegen die thermoplastische Schicht drückt, und zwar mit einem ausreichenden Druck, um das Tonerbild in der aufgeheizten Schicht vollständig oder nahezu vollständig einzubetten. Dies dient dazu, das sichtbare Relief in dem Bild wesentlich zu vermindern und dazu, der beschichteten Schicht auf dem Empfangsmaterial eine Glätte zu verleihen. Das Ferrotyping-Material, das in geeigneter Weise die Form eines Bandes oder Gurtes haben kann, und das Empfangsmaterialblatt können mittels eines Paares von Druckwalzen zusammengepreßt werden, wovon mindestens eine aufgeheizt ist, um einen wesentlichen Druck in dem Spalt herbeizuführen. Es sollte ein Druck von mindestens etwa 690 kPa angewandt werden, doch werden bessere Ergebnisse gewöhnlich mit Drucken von ungefähr 2 100 kPa, in typischer Weise über etwa 6 900 kPa, insbesondere im Falle mehrschichtiger Farbtonerbilder erhalten. Das Ferrotyping-Band oder der Ferrotyping-Gurt kann aus einer Anzahl von Materialien hergestellt werden, einschließlich aus sowohl Metallen als auch plastischen Stoffen. Beispielsweise lassen sich mit einem stark polierten Band aus rostfreiem Stahl mit elektrogeformten Nickelbändern und einem mit Chrom plattierten Messingband sowohl gute Ferrotyping- als auch gute Trenn-Charakteristika erzielen. Im allgemeinen jedoch werden bessere Ergebnisse mit üblichen polymeren Trägermaterialien erzielt, beispielsweise mit Polyester-, Celluloseacetat- und Polypropylenbändern, die in typischer Weise eine Dicke von etwa 2-5 Mil aufweisen. Materialien, die im Handel unter den Warenzeichen Estar und Mylar vertrieben werden und aus einem Polyamidfilm, vertrieben von der Firma Dupont unter dem Warenzeichen Kapton-H, die gegebenenfalls mit einem Trennmittel beschichtet werden können, um die Trennung zu fördern, sind besonders geeignete Ferrotyping-Materialien. Ferner sind Metallbänder, beschichtet mit wärmeresistenten Polymeren von niedriger Oberflächenenergie, wie beispielsweise stark quer vernetzte Polysiloxane, ebenfalls wirksame Ferrotyping-Materialien. Nachdem die bildtragende, mit einem thermoplastischen Material beschichtete Oberfläche mit dem Ferrotyping-Material kontaktiert worden war und das Tonerbild in die erhitzte thermoplastische Beschichtung oder Schicht eingebettet worden ist, wird die Schicht abkühlen gelassen, und zwar auf eine Temperatur gut unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur, während sie sich immer noch in Kontakt mit dem Ferrotyping-Material befindet. Nach dem Abkühlen wird die Schicht von dem Ferrotyping- Material abgetrennt.
Mit der gleichen Einrichtung lassen sich sowohl Halbtonbilder als auch Bilder mit kontinuierlichem Ton unter Verwendung des Verfahrens dieser Erfindung übertragen. Da das elektrostatische Bild auf dem Element während der Übertragung nicht wesentlich beeinträchtigt wird, ist es möglich, mehrere Kopien von einer einzelnen bildweisen Exponierung herzustellen.
Toner, die für die Praxis dieser Erfindung geeignet sind, sind trockene Toner mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometer und vorzugsweise 5 Mikrometer oder weniger. Die Toner müssen ein thermoplastisches Bindemittel enthalten, um anschmelzbar zu sein.
Die Polymeren, die im Rahmen dieser Erfindung als Tonerbindemittel geeignet sind, können allein oder in Kombination verwendet werden, wobei zu diesen Polymeren solche gehören, die üblicherweise in elektrostatischen Tonern eingesetzt werden. Geeignete Polymere haben im allgemeinen einen Tg-Wert von etwa 40 bis 120ºC, vorzugsweise von etwa 50 bis 100ºC. Vorzugsweise weisen Tonerteilchen, die von diesen Polymeren hergestellt werden, eine relativ hohe Back-Temperatur auf, beispielsweise eine Temperatur von höher als etwa 60ºC, so daß die Tonerpulver über relativ lange Zeiten bei mäßig hohen Temperaturen aufbewahrt werden können, ohne daß einzelne Teilchen agglomerieren und zusammenklumpen. Der Schmelzpunkt oder die Schmelztemperatur von geeigneten Polymeren liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 65ºC bis etwa 200ºC,. so daß die Tonerteilchen leicht an das Empfangsmaterial angeschmolzen oder fusioniert werden können, unter Erzeugung eines permanenten Bildes. Besonders bevorzugte Polymere sind solche mit einem Schmelzpunkt im Bereich von etwa 65º bis etwa 120ºC.
Zu den verschiedenen Polymeren, die in den Tonerteilchen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören Polycarbonate, mit Harz modifizierte Maleinsäurealkydpolymere, Polyamide, Phenolformaldehydpolymere und verschiedene Derivate hiervon, Polyesterkondensate, modifizierte Alkydpolymere, aromatische Polymere mit alternierenden Methylen- und aromatischen Einheiten, wie sie beispielsweise beschrieben werden in der U.S.-Patentschrift 3 809 554, und schmelzbare, quer vernetzbare Polymere, wie sie beschrieben werden in der U.S.-Reissue-Patentschrift 31 072.
Zu typischen geeigneten Tonerpolymeren gehören bestimmte Polycarbonate, wie sie beispielsweise beschrieben werden in der U.S.-Patentschrift 3 694 359, zu denen Polycarbonatmaterialien gehören mit einem Alkylidendiarylenrest in einer wiederkehrenden Einheit und mit 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen in dem Alkylrest. Zu anderen geeigneten Polymeren mit den oben beschriebenen physikalischen Eigenschaften gehören polymere Ester der Acryl- und Methacrylsäure, wie Poly(alkylacrylate) und Poly(alkylmethacrylate), worin die Alkylreste 1 bis etwa 10 Kohlenstoffatome aufweisen können. Weiterhin sind auch andere Polyester mit den vorerwähnten physikalischen Eigenschaften geeignet. Zu solchen anderen geeigneten Polyestern gehören Copolyester, hergestellt aus Terephthalsäure (einschließlich substituierter Terephthalsäure), einem Bis(hydroxyalkoxy)phenylalkan mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen in dem Alkoxyrest und mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen in dem Alkanrest (wobei es sich ebenfalls um halogensubstituierte Alkanreste handeln kann) und aus einem Alkylenglykol mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylenrest.
Andere geeignete Polymere sind verschiedene Styrol enthaltende Polymere. Derartige Polymere können aufgebaut sein, zum Beispiel aus einer polymerisierten Mischung von etwa 40 bis etwa 100 Gew.-% Styrol, 0 bis etwa 45 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder -methacrylates mit 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatomen in dem Alkylrest, wie Methyl, Ethyl, Isopropyl, Butyl usw., und etwa 5 bis etwa 50 Gew.-% eines anderen Vinylmonomeren, das sich von Styrol unterscheidet, beispielsweise einem höheren Alkylacrylat oder -methacrylat mit etwa 6 bis 20 oder mehr Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe. Typische, Styrol enthaltende Polymere, hergestellt aus einer copolymerisierten Mischung, wie im vorstehenden beschriebenen, sind Copolymere, hergestellt aus einer Monomeren-Mischung aus 40 bis 60 Gew.-% Styrol oder einem Styrolhomologen, etwa 20 bis etwa 50 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder -methacrylates und etwa 5 bis etwa 30 Gew.-% eines höheren Alkylacrylates oder -methacrylates, wie beispielsweise Ethylhexylacrylat (zum Beispiel Styrol-Butylacrylat-Ethylhexylacrylat-Copolymer). Bevorzugte schmelzbare oder fusionierbare Styrolcopolymere sind solche, die kovalent quervernetzt sind mit einer geringen Menge einer Divinylverbindung, wie zum Beospiel Divinylbenzol. Eine Vielzahl von anderen geeigneten Styrol enthaltenden Tonermaterialien wird beschrieben in den U.S.-Patentschriften 2 917 460; Re 25 316; 2 788 288; 2 638 416; 2 618 552 und 2 659 670. Insbesondere bevorzugte Tonerbindemittel sind Polymere und Copolymere des Styrols oder eines Derivates von Styrol und einem Acrylat, vorzugsweise Butylacrylat.
Geeignete Tonerteilchen können in einfacher Weise aus den polymeren Teilchen bestehen, doch ist es oftmals wünschenswert, in den Toner Zusätze einzuarbeiten, wie zum Beispiel Wachse, Färbemittel, Trennmittel, Ladungssteuerungsmittel und andere Tonerzusätze, die allgemein bekannt sind. Die Tonerteilchen können ferner ein Trägermaterial eingearbeitet enthalten unter Bildung eines Entwicklers, der gelegentlich als "Einkomponenten-Entwickler" bezeichnet wird. Die Toner können ferner magnetisierbares Material enthalten, doch sind derartige Toner keine bevorzugten Toner, da sie in lediglich einigen wenigen Farbtönen zur Verfügung stehen und es schwierig ist, derartige Toner in den kleinen Teilchengrößen herzustellen, die im Falle dieser Erfindung erforderlich sind.
Soll ein farbloses Bild hergestellt werden, so ist es nicht notwendig, eine färbende Komponente zu den Tonerteilchen zuzusetzen. Gewöhnlich jedoch wird ein sichtbares farbiges Bild gewünscht und es werden geeignete Färbemittel verwendet, ausgewählt aus einer großen Vielzahl von Farbstoffen und Pigmenten, wie sie beispielsweise beschrieben werden in der U.S.- Reissue-Patentschrift 31 072. Eine besonders geeignete färbende Komponente für Toner, die im Rahmen von elektrophotographischen Schwarz-Weiß-Kopiermaschinen verwendet wird, besteht aus Ruß. Färbende Komponenten in Mengen von etwa 1 bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Toners, können verwendet werden. Oftmals werden etwa 8 bis 16 Gew.-% Färbemittel eingesetzt.
Ladungssteuerungsmittel, die für die Verwendung in Tonern geeignet sind, werden beispielsweise beschrieben in den U.S.- Patentschriften 3 893 935; 4 079 014; 4 323 634 sowie in den GB-PS 1 501 065 und 1 420 839. Ladungssteuerungsmittel werden im allgemeinen in kleinen Mengen eingesetzt, wie beispielsweise etwa 0,01 bis etwa 3 Gew.-%, oftmals 0,1 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Toners.
Toner, die im Rahmen dieser Erfindung verwendet werden, können mit einem Trägerbindemittel vermischt werden. Die Trägerbindemittel, die dazu verwendet werden können, um geeignete Entwicklerzusammensetzungen herzustellen, können aus einer Vielzahl von Materialien ausgewählt werden. Zu derartigen Materialien gehören Trägerkernteilchen und Kernteilchen, die mit einer dünnen Schicht aus einem filmbildenden Harz überzogen sind. Beispiele von geeigneten Harzen werden beschrieben in den U.S.-Patentschriften 3 547 822; 3 632 512; 3 795 618; 3 898 170; 4 545 060; 4 478 925; 4 076 857 und 3 970 571.
Die Trägerkernteilchen können leitfähige, nicht-leitfähige, magnetische oder nicht-magnetische Materialien umfassen, für die Beispiele in den U.S-Patentschriften 3 850 663 und 3 970 571 angegeben sind. Besonders geeignet im Falle von Magnetbürsten-Entwicklungsverfahren sind Eisenteilchen, wie beispielsweise poröse Eisenteilchen mit oxidierten Oberflächen, Stahlteilchen und andere "harte" oder "weiche", ferromagnetische Materialien, wie beispielsweise Gamma-Ferrioxide oder Ferrite, zum Beispiel Ferrite des Bariums, Strontiums, Bleis, Magnesiums oder Aluminiums. Verwiesen wird beispielsweise auf die U.S.-Patentschriften 4 042 518; 4 478 925 und 4 546 060.
Die sehr kleinen Tonerteilchen, die im Falle dieser Erfindung erforderlich sind, können hergestellt werden nach einer Vielzahl von dem Fachmann bekannten Verfahren, einschließlich Sprühtrocknung, Vermahlen und Suspensionspolymerisation.
Wie im vorstehenden angegeben, eignet sich das Verfahren dieser Erfindung zur Herstellung von Farbkopien. Soll eine Farbkopie hergestellt werden, so werden nacheinander latente elektrostatische Bilder auf dem Element erzeugt, von denen ein jedes eine unterschiedliche Farbe darstellt und jedes Bild wird mit einem Toner einer verschiedenen Farbe entwickelt und auf ein Empfangsmaterial übertragen. In typischer Weise, jedoch nicht notwendigerweise entsprechen die Bilder einer jeden der drei polymeren Farben und schwarz als vierter Farbe, falls erwünscht. Nachdem ein jedes Bild auf das Empfangsmaterial übertragen worden ist, wird es auf dem Empfangsmaterial fixiert, obgleich es sich als vorteilhaft erwiesen hat, alle der übertragenen Bilder gemeinsam in einer einzelnen Stufe zu fixieren. Beispielsweise kann Licht, das von einer Farbphotographie reflektiert wird, die kopiert werden soll, durch ein Filter geführt werden, bevor es auf einen geladenen Photoleiter auftrifft, so daß das latente elektrostatische Bild auf dem Photoleiter dem Vorhandensein von Gelb in der Photographie entspricht. Das latente Bild kann dann mit einem gelben Toner entwickelt werden und das entwickelte Bild kann auf ein Empfangsmaterial übertragen werden. Licht, das von der Photographie reflektiert wird, kann dann durch ein anderes Filter geführt werden, um ein latentes elektrostatisches Bild auf dem Photoleiter zu erzeugen, das dem Vorhandensein von Magenta in der Photographie entspricht und das latente Bild kann dann mit einem Magenta-Toner entwickelt werden, das dann auf das gleiche Empfangsmaterial übertragen wird. Dieses Verfahren kann für Blaugrün (und Schwarz, falls erwünscht) wiederholt werden und sämtliche der Toner auf dem Empfangsmaterial können in einer einzelnen Stufe fixiert werden.
Zu den bildtragenden Elementen, von denen die Tonerteilchen übertragen werden bei Kontakt mit dem Empfangsblatt, das mit einem thermoplastischen Polymer gemäß der Erfindung beschichtet ist, können beliebige der bekannten elektrostatographischen Elemente gehören, einschließlich der bekannten elektrophotographischen oder dielektrischen Elemente, wie zum Beispiel dielektrische Aufzeichnungselemente und dergleichen, wobei gilt, daß die mit dem Toner in Kontakt gelangende Oberflächenschicht des Elementes, d.h. die Oberflächenschicht des Elementes, auf dem sich die Tonerteilchen befinden, eine filmbildende elektrisch isolierende thermoplastische Polyester- oder Polycarbonatbindemittel-Harz-Matrix aufweist und eine Oberflächenenergie von nicht größer als ungefähr 47 Dyn/cm, vorzugsweise etwa 40 bis 45 Dyn/cm aufweist.
Die Verwendung eines solchen Elementes hat sich als wesentlich für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens erwiesen, um eine praktisch 100 %ige Übertragung der sehr kleinen Tonerteilchen zu erreichen, unter gleichzeitiger Verhinderung des Anhaftens des mit dem thermoplastischen Polymer beschichteten Empfangsmaterials an dem Element während der Übertragung und nachfolgenden Trennung des Empfangsmaterials vom Element, ohne daß zur Verwendung eines Trennmittels Zuflucht genommen werden muß, das auf die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat aufgetragen oder in anderer Weise aufgebracht werden muß, bevor ein Tonerkontakt und eine Tonerübertragung erfolgen.
Das ein Bild tragende Element kann in Form einer Trommel vorliegen, eines Bandes oder einer Bahn oder eines Blattes oder in einer anderen Form und kann ein Element für eine einfache Verwendung sein oder ein wiederholt verwendbares Element. Wieder verwendbare Elemente werden bevorzugt, da sie im allgemeinen weniger kostspielig sind. Natürlich müssen wiederverwendbare Elemente thermisch bei der Temperatur der Übertragung für die Dauer des Übertraungsprozesses stabil sein.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt besteht eine bevorzugte Anwendungsform in der Verwendung eines photoleitfähigen Elementes als Element, das für die Tonerteilchen- oder Tonerbildübertragung verwendet wird. Das photoleitfähige Element ist vorzugsweise von üblicher Struktur, Funktion und Verarbeitbarkeit, wie es beispielsweise im Rahmen einer üblichen elektrophotographischen Kopiervorrichtung verwendet wird. Das Element wird in üblicher Weise zur Bildherstellung verwendet. Beispielsweise wird auf dem photoleitfähigen Element ein elektrostatisches latentes Bild-Ladungsmuster erzeugt, wobei das photoleitfähige Element bestehen kann aus einer oder mehreren photoleitfähigen Schichten, die auf einem leitfähigen Träger abgeschieden sind. Durch Behandlung des Ladungsmusters mit oder durch Aufbringen eines trockenen Entwicklers mit geladenen Tonerteilchen wird das latente Bild entwickelt. Das Tonermuster wird dann in Übereinstimmung mit der Praxis der vorliegenden Erfindung auf ein Empfangsmaterial übertragen und nachfolgend angeschmolzen oder fusioniert oder auf dem Empfangsmaterial fixiert.
Verschiedene Typen photoleitfähiger Elemente sind für die Verwendung im Rahmen elektrophotographischer Bildherstellungsverfahren bekannt. Im Falle vieler üblicher Elemente sind die aktiven photoleitfähigen Komponenten in einer einzelnen Schicht-Zusammensetzung enthalten. Diese Zusammensetzung ist in typischer Weise während des elektrophotographischen Bildherstellungsverfahrens gebunden oder befestigt, beispielsweise an einen leitfähigen Träger.
Zu den vielen verschiedenen Arten von photoleitfähigen Zusammensetzungen, die in den typischen photoleitfähigen Elementen mit einer einzelnen aktiven Schicht verwendet werden können, gehören anorganische photoleitfähige Materialien, wie im Vakuum aufgedampftes Selen, teilchenförmiges Zinkoxid, dispergiert in einem polymeren Bindemittel, homogene organische photoleitfähige Zusammensetzungen aus einem organischen Photoleiter, gelöst in einem polymeren Bindemittel und dergleichen.
Andere geeignete photoleitfähige isolierende Zusammensetzungen, die in einem photoleitfähigen Element mit einer einzelnen aktiven Schicht verwendet werden können, gehören die hochempfindlichen photoleitfähigen heterogenen oder Aggregate bildenden Zusammensetzungen, die in der U.S.-Patentschrift 3 732 180 beschrieben werden. Diese Aggregate enthaltenden photoleitfähigen Zusammensetzungen weisen eine kontinuierliche, elektrisch isolierende Polymerphase auf, die enthält einen feinteiligen, teilchenförmigen, co-kristallinen Komplex von (i) mindestens einem Farbstoffsalz vom Pyryliumtyp und (ii) mindestens ein Polymer mit einer Alkylidendiarylengruppe in einer wiederkehrenden Einheit.
Zusätzlich zu den verschiedenen photoleitfähigen isolierenden Elementen mit einer einzelnen aktiven Schicht, wie jenen, die oben beschrieben wurden, sind verschiedene "mehrschichtige" photoleitfähige isolierende Elemente beschrieben worden. Diese Arten von Elementen, auch bezeichnet als "multiaktive" photoleitfähige Elemente oder photoleitfähige Elemente mit "multi-aktiver Schicht" weisen separate Ladungen erzeugende und Ladungen transportierende Schichten auf, die dem Fachmann bekannt sind. Der Aufbau und die Prinzipien der Arbeitsweise von multi-aktiven photoleitfähigen Elementen sind bekannt, wie auch die Verfahren zu ihrer Herstellung und sie werden in einer Reihe von Patentschriften beschrieben, beispielsweise in den U.S.-Patentschriften 4 175 960; 4 111 693 und 4 578 334. Ein anderer Aufbau, geeignet für die Bildherstellung mit Elementen in der Praxis des Verfahrens der Erfindung ist die "umgekehrte Mehrschichten"-Form, bei der eine Ladungen transportierende Schicht auf das leitfähige Substrat aufgetragen wird und bei der eine Ladungen erzeugende Schicht die Oberflächenschicht bildet. Beispiele von umgekehrten mehrschichtigen Elementen werden beispielsweise beschrieben in der U.S.-Patentschrift 4 175 960.
Zu beachten ist, daß die photoleitfähigen Elemente, die im Rahmen der Praxis der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, zusätzlich zu den wesentlichen Schichten, die diskutiert wurden, d.h. dem leitfähigen Substrat und der Ladungen erzeugenden und der Ladungen transportierenden Schichten,ferner auch noch andere Schichten bekannter Bedeutung aufweisen können, wie beispielsweise die Haftung verbessernde Schichten, zur Verbesserung der Adhäsion von benachbarten Schichten und Trennschichten, die als elektrische Barriere zwischen der leitfähigen Schicht und der photoleitfähigen Zusammensetzung dienen. Die Ladungen erzeugenden und Ladungen transportierenden Schichten können ferner andere Zusätze enthalten, wie beispielsweise Ausgleichsmittel, oberflächenaktive Mittel und Weichmacher, um die verschiedenen physikalischen Eigenschaften zu verbessern. Zusätzlich können Zusätze, wie den Kontrast steuernde Mittel in die Ladungen transportierenden Schichten eingearbeitet werden, um das elektrophotographische Ansprechvermögen des Elementes zu modifizieren.
In sämtlichen Fällen jedoch ist es wesentlich, daß die Oberflächenschicht des elektrostatographischen Elementes der Wahl eine filmbildende elektrisch isolierende thermoplastische polymere Polyester- oder Polycarbonat-Bindemittel-Harz-Matrix aufweist und eine Oberflächenenergie von nicht mehr als etwa 47 Dyn/cm, vorzugsweise etwa 40-45 Dyn/cm. Wie im vorstehenden beschrieben, läßt sich die Oberflächenenergie der Elementoberfläche von einem Fachmann leicht und schnell bestimmen oder messen, unter Anwendung des Kontaktwinkel-Verfahrens, das beschrieben wird in der vorerwähnten Arbeit von Fowkes, F. "Contact Angle, Wettability, and Adhesion" in: Advances in Chemical Series (Washington, D.C., American Chemical Society, 1964) S. 99-111.
Beispiele für geeignete Polymere sind die Kondensationspolymeren von Polyester- oder Polycarbonatharzen, welche die Oberflächenschicht der elektrostatographischen Elemente bilden können, die im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, wozu gehören Poly[4,4'-(2- norbornyliden)bis-phenoxyazelat-co-terephthalat] sowie Poly[4,4'-(2-isopropyliden)bisphenoxycarbonat].
Zu Beispielen von anderen geeigneten Polyester- und/oder Polycarbonat-Bindemittelharzen, die für die Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, gehören jene, die beschrieben werden in den U.S.-Patentschriften 4 284 699, 4 175 960, 3 615 414, 4 350 751, 3 679 407, 3 684 502 sowie 3 873 311.
Da jedoch die Oberflächenenergie der die Tonerteilchen tragenden Oberfläche des Elementes zum größten Teil, wenn nicht vollständig oder nahezu vollständig, bestimmt wird von der Oberflächenenergie des thermoplastischen Polyester- oder Polycarbonatmaterials, das die thermoplastischen Bindemittelharz- Matrices der Oberflächenschichten der Elemente bildet, die im Rahmen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist es wichtig, daß die Polyester- und/oder Polycarbonat- Bindemittelharze, welche die thermoplastischen Bindemittelharz- Matrices der Oberflächenschichten der Elemente aufbauen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, eine Oberflächenenergie aufweisen, die nicht annähernd 47 Dyn/cm übersteigt und vorzugsweise bei etwa 40 bis etwa 45 Dyn/cm liegt.
Ein zum gegenwärtigen Zeitpunkt bevorzugtes photoleitfähiges Element ist ein gegenüber dem nahen infraroten Bereich empfindliches umgekehrtes mehrschichtiges photoleitfähiges Element, hergestellt aus durch Fluor substituierte Titanyltetrafluorophthalocyaninpigmente, die in der U.S.-Patnetschrift 4 701 396 beschrieben werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher veranschaulicht.
In diesen Beispielen erfolgte eine Übertragung durch gleichzeitiges Hindurchführen eines mit einem thermoplastischen Polymeren beschichteten Empfangsmaterials und eines Elementes, dessen Oberfläche ein übertragbares Tonerbild enthielt aus sehr feinen Tonerteilchen, durch den Spaltbereich eines Paares von harten Druckwalzen, die im Gegensinn zueinander rotiert wurden, wodurch die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial in Kontakt mit den Tonerteilchen auf der Elementoberfläche gelangte, wobei die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial auf eine Temperatur erhitzt wurde, die ausreichte, um die Tonerteilchen an ihren Kontaktpunkten miteinander zum Sintern zu bringen. Die Erhitzung des Empfangsmaterials erfolgte durch Erhitzen der Walze, die sich in Kontakt befand mit der gegenüberliegenden Seite der thermoplastischen Polymerbeshcichtung, d.h. der Substratfläche oder Substratseite des Empfangsmaterials. Die andere Walze, die mit der gegenüberliegenden Fläche der Elementoberfläche in Kontakt stand, d.h. der Fläche oder Seite des Elementes, auf dem sich die Tonerteilchen nicht befanden, befand sich bei Umgebungstemperatur (d.h. bei einer Temperatur, gewöhnlich im Bereich von etwa 20 bis etwa 30ºC). Geeignete Kontaktdrucke wurden während des Kontaktes von Element und Empfangsmaterial auf die Kompressionswalzen ausgeübt, wenn Element und Empfangsmaterial durch den Spaltbereich geführt wurden, der durch die Walzen gebildet wurde.
Im Falle dieser Beispiele wurden die Kontaktdrucke auf die Kompressionswalzen ausgeübt durch zwei Druckkolben in Kontakt mit der nicht aufgeheizten Walze unter Andrücken dieser gegen die aufgeheizte Walze. Die Drucke sind angegeben als Luftdrucke anstelle von Spaltendrucken. Luftdrucke lassen sich genauer quantitativ bestimmen und verlaufen linear zum Spaltdruck.

Beispiel 1

Ein zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignetes Empfangsmaterial wurde wie folgt hergestellt. Eine thermoplastische Polymermischung mit 80 Gew.-% eines im Handel erhältlichen Styrol-Butylacrylat-Copolymeren mit einem Tg von annähernd 57ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 84 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 35 000 sowie einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 2,4, erhältlich von der Firma Goodyear unter der Handelsbezeichnung "Pliotone 2015", und mit 20 Gew.-% eines α-Methylstyrol-Vinyltoluol-Copolymeren mit einem Tg von annähernd 54ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 2 200, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 2 500 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 1,28, im Handel erhältlich von der Firma Hercules Company unter der Handelsbezeichnung "Piccotex 100" wurde gelöst in Methylenchlorid, enthaltend 0,03 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung) Polymethylphenylsiloxan mit einem Verhältnis von Methyl zu Phenyl von 23:1, im Handel erhältlich von der Firma Dow-Corning Company unter der Handelsbezeichnung "DC 510", unter Erzeugung einer 10 Gew.-%igen Lösung der Polymermischung. Polymethylphenylsiloxan ist ein oberflächenaktives Mittel und dient als Beschichtungshilfsmittel für die Polymermischung. Ein mit Polyethylen beschichtetes flexibles Papier mit einer mittleren Oberflächenrauhheit von 0,45 Mikrometern, gemessen mittels eines Surtronic 3 Profilometers, erhalten von der Firma Rank Taylor Hobson, P.O. Box 36, Guthlaxton Street, Leicester LE205P, England, im Handel erhältlich als "Photofinishing Stock 486V" von der Firma Eastman Kodak Company, das einer Corona-Behandlung unterworfen wurde, um die Oberflächenspannung zu erhöhen und infolgedessen die Adhäsion, wurde beschichtet mit der Lösung und das Lösungsmittel wurde abgedampft unter Erzeugung einer thermoplastischen Beschichtung auf dem Papier einer Dicke von ungefähr 10 Mikrometer. Die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial hatte eine Oberflächenenergie von annähernd 41 Dyn/cm.
Ein elektrostatisches latentes Bild eines Schwarz-Weiß-Silberhalogenidnegativs mit sowohl Bereichen von kontinuierlichem Ton als auch α-numerischen Bereichen, wurde nach standardisierten elektrophotographischen Techniken auf der Oberfläche eines umgekehrten mehrschichtigen photoleitfähigen Elementes erzeugt, das eine Toner-Kontakt-Oberfläche aufwies aus einem Polycarbonat-Bindemittelharz von Poly(oxycarbonyloxy-1,4-phenylenbicyclo[2.2.1]hept-2-yliden-1,4-phenylen) und eine Oberflächenenergie von annähernd 43 Dyn/cm, entwickelt und auf das Empfangsmaterial übertragen, unter Anwendung der thermisch unterstützten Übertragungsmethode der vorliegenden Erfindung. Das elektrostatische Bild wurde mit einem trockenen elektrographischen Toner in Kombination mit einem magnetischen Träger, bestehend aus einem mit einem Polymer beschichteten Ferritkernmaterial eines Durchmessers von annähernd 30 Mikrometern entwickelt. Die Tonerteilchen umfaßten ein Polystyrol-Bindemittel mit einem Tg von annähernd 62ºC, im Handel erhältlich als "Piccotoner 1221" von der Firma Hercules Company, und enthielten 8,0 Gew.-% Ruß, erhalten von der Firma Cabot Corporation als "Sterling R" sowie 0,2 Gew.-% eines quaternären Ammonium-Ladungssteuerungsmittels, erhalten von der Firma Onyx Chemical Company als "Ammonyx 4002". Die Tonerteilchen hatten einen mittleren Volumen-Gewichts-Durchmesser von annähernd 3,5 Mikrometern. Die Übertragung erfolgte durch Passage durch den Spaltbereich eines Paares vom Kompressionswalzen. Die Walze, die in Kontakt stand mit der Substratseite oder Substratfläche des Empfangsmaterials gegenüber der mit einem thermoplastischen Polymer beschichteten Seite oder Fläche des Empfangsmaterials, wurde auf eine Temperatur von annähernd 110ºC erhitzt, während die andere Walze, die in Kontakt stand mit der Fläche oder Seite des Elementes gegenüber der Elementoberfläche, auf der sich die Tonerteilchen befanden, sich bei Umgebungstemperatur befand, so daß die Stirnoberfläche oder Frontoberfläche des Empfangsmaterials, d.h. die thermoplastische Polymerbeschichtung, auf eine Temperatur erhitzt wurde, die vor der Übertragung bei etwa 110ºC lag. Die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung während der Übertragung lag bei ungefähr 65ºC. Die Durchtrittsgeschwindigkeit lag bei 1,25 cm/Sekunde. Der Luftdruck auf die unbeheizte Kompressionswalze lag bei ungefähr 276 kPa. Während der Passage durch den Spaltbereich der Walzen gelangte die aufgeheizte Stirn- oder Frontoberfläche des Empfangsmaterials, d.h. die thermoplastische Polymerbeschichtung, in Kontakt mit den Tonerteilchen auf der Oberfläche des photoleitfähigen Elementes und die Teilchen wurden auf das Empfangsmaterial übertragen. Das Empfangsmaterial und das photoleitfähige Element wurden unmittelbar nach der Übertragung noch im heißen Zustand und vor der Fixierung des übertragenen Bildes voneinander getrennt. Nach der Übertragung wurde das Tonerbild einem Ferrotypieprozeß unterworfen, bei dem es gegen ein Blatt von Kapton-H gedrückt wurde und bei dem das mit dem thermoplastischen Polymer beschichtete Empfangsmaterial mit dem übertragenen Tonerbild, teilweise eingebettet in die Oberfläche hiervon, und das Kapton-H durch ein Paar harter Kompressionswalzen geführt wurde, die im Gegensinn zueinander rotierten, wobei eine Walze auf eine Temperatur von 120ºC erhitzt wurde und wobei die andere Walze nicht beheizt wurde. Das Ferrotypie-Blatt befand sich in Kontakt mit der aufgeheizten Walze. Die Prozeßgeschwindigkeit lag bei etwa 2,54 cm/Sekunde.
Die Übertragungswirksamkeit, d.h. der Prozentsatz an Toner, der von dem Element auf das Empfangsmaterial übertragen worden war, war ausgezeichnet (d.h. größer als 99,9 %) und das Element ließ sich leicht von dem Empfangsmaterial abtrennen, nachdem das Übertragungsverfahren beendet worden war.
Praktisch die gleichen Ergebnisse lassen sich erhalten, wenn ein photoleitfähiges Element verwendet wird, das eine den Toner kontaktierende Oberfläche aufweist, aus einem Polyester- oder einem substituierten Polyester-Bindemittelharz, wie zum Beispiel Poly[4,4'-(2-norbornyliden) bis-phenoxy-azelat-co- terephthalat] anstelle des photoleitfähigen Elementes, wie oben beschrieben, und bei Wiederholung des Verfahrens.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat bestand aus einer Polymermischung aus 70 Gew.-% des im Handel erhältlichen Styrol-Butylacrylat-Copolymeren "Pliotone 2015", Hersteller Goodyear, und 30 Gew.-% des α-Methylstyrol-Vinyltoluol-Copolymeren "Piccotex 100", Hersteller Hercules Company. Die Übertragungswirksamkeit war ausgezeichnet (d.h. die Übertragungswirksamkeit war größer als 99,9 %) und das Element ließ sich leicht von dem Empfangsmaterial abtrennen, nachdem das Übertragungsverfahren beendet worden war.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat bestand aus einer Polymermischung aus 60 Gew.-% eines im Handel erhältlichen Styrol-Butylacrylat-Copolymeren, im Handel erhältlich von der Firma Goodyear unter der Handelsbezeichnung "Pliotone 2003", mit einem Tg von annähernd 57ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 171 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 52 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 3,5, und 40 Gew.-% des -Methylstyrol-Vinyltoluol-Copolymeren, im Handel erhältlich von der Firma Hercules Company unter der Handelsbezeichnung "Piccotex 100", mit einem Tg von annähernd 54ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 3 200, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 2 500 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 1,28. Zusätzlich wurde die thermoplastische Polymerbeschichtung auf eine Temperatur erhitzt, die bei etwa 120ºC lag, vor der Tonerübertragung und die Temperatur der Beschichtung während der Übertragung lag bei annähernd 65ºC. Ferner lag die Oberflächenenergie der thermoplastischen Beschichtung bei annähernd 43,3 Dyn/cm. Die Übertragungswirksamkeit war schlecht (d.h. sie lag bei weniger als 50 %). Das Element ließ sich jedoch leicht von dem Empfangsmaterial nach Beendigung des Übertragugnsprozesses trennen. Dieses Beispiel fällt nicht in den Schutzbereich der Erfindung, da die Oberflächenenergie der Beschichtung aus dem thermoplastischen Polymeren zu hoch war, d.h. größer war als annähernd 43 Dyn/cm.

Beispiel 4

Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat bestand aus einer Polymermischung aus 60 Gew.-% eines im Handel erhältlichen Styrol-Butylacrylat-Copolymeren, im Handel erhältlich von der Firma Goodyear unter der Bezeichnung "95J APR-7446" mit einem Tg von annähernd 57ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 147 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 51 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 2,9, sowie 40 Gew.-% des α- Methylstyrol-Vinyltoluol-Copolymeren, im Handel erhältlich von der Firma Hercules Company unter der Handelsbezeichnung "Piccotex 100", mit einem Tg von annähernd 54ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 3 200, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 2 500 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 1,28. Weiterhin lag die Oberflächenenergie der thermoplastischen Beschichtung bei annähernd 45 Dyn/cm. Die Übertragungswirksamkeit war schlecht (d.h. sie lag bei weniger als 50 %) und das Element haftete an dem Empfangsmaterial während der Übertragung. Dieses Beispiel fällt nicht in den Schutzbereich der Erfindung, da die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung zu hoch war, d.h. größer als annähernd 43 Dyn/cm.

Beispiel 5

Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat bestand aus einer Polymermischung aus 70 Gew.-% des im Handel erhältlichen Styrol-Butylacrylat- Copolymeren, erhältlich von der Firma Goodyear unter der Handelsbezeichnung "Pliotone 2015" mit einem Tg von annähernd 57ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 84 000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 35 000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 2,4, sowie 30 Gew.-% des α-Methylstyrol-Vinyltoluol-Copolymeren, im Handel erhältlich von der Firma Hercules Company unter der Handelsbezeichnung "Piccotex 100" mit einem Tg von annähernd 54ºC, einem mittleren Molekulargewicht von annähernd 3 200, einer mittleren Molekulargewichtszahl von annähernd 2 500 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von annähernd 1,28. Weiterhin lag die Oberflächenenergie der thermoplastischen Beschichtung bei annähernd 41 Dyn/cm und die thermoplastische Polymerbeschichtung wurde lediglich auf eine Temperatur erhitzt, die bei etwa 96ºC vor der Tonerübertragung lag, so daß die Temperatur der Polymerbeschichtung während der Übertragung bei annähernd 58ºC lag. Ferner wurde das übertragene Tonerbild keinem Ferrotypie-Verfahren unterworfen, bei dem es gegen ein Blatt Kapton-H gedrückt wurde, nachdem Übertragung und Trennung erfolgten, wie im Falle des übertragenen Tonerbildes des Beispieles 1.
Die Übertragungswirksamkeit war schlecht (d.h. sie lag bei weniger als 50 %). Dieses Beispiel fällt nicht in den Schutzbereich der Erfindung, da die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung während der Übertragung bei weniger als annähernd 5ºC oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren in der Polymermischung lag.

Beispiel 7

Ein Empfangsmaterial, das zur Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, wurde nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt, mit der Ausnahme jedoch, daß die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat bestand aus einer Polymermischung aus 70 Gew.-% des im Handel erhältlichen Styrol-Butylacrylat- Copolymeren "Pliotone 2015", erhältlich von der Firma Goodyear, und 30 Gew.-% des α-Methylstyrol-Vinyltoluol-Copolymeren "Piccotex 100", im Handel erhältlich von der Firma Hercules Company. Der Tg-Wert des "Pliotone 2015" lag bei ungefähr 57ºC und der Tg-Wert des "Piccotex 100" lag bei ungefähr 54ºC. Die thermoplastische Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial hatte eine Oberflächenenergie von annähernd 41 Dyn/cm. Das Empfangsmaterial und ein umgekehrtes mehrschichtiges photoleitfähiges Element, wie in Beispiel 1 beschrieben, auf dem sich kein entwickeltes Tonerbild befand, wurden durch den Spaltbereich eines Paares von Kompressionswalzen, wie in Beispiel 1 beschrieben, geführt, mit der Ausnahme, daß die Walze, die in Kontakt stand mit der Substratseite oder der Substratfläche des Empfangsmaterials gegenüber der mit dem thermoplastischen Polymer beschichteten Seite des Empfangsmaterials, auf eine Temperatur von annähernd 140ºC erhitzt wurde, während die andere Walze, die in Kontakt stand mit der Fläche oder Seite des Elementes gegenüber der Elementoberfläche, auf der sich normalerweise Tonerteilchen befinden würden, Umgebungstemperatur aufwies, so daß die Front- oder Stirnoberfläche des Empfangsmaterials, d.h. die thermoplastische Polymerbeschichtung, auf eine Temperatur erhitzt wurde, die bei etwa 80ºC während der Zeit lag, während der eine Tonerübertragung stattfinden würde, wenn ein Tonerbild auf der Elementoberfläche vorhanden wäre. Dieser Versuch wurde unternommen, um die Effekte des Erhitzens der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf eine Temperatur zu veranschaulichen derart, daß ihre Temperatur während der Übertragung bei annähernd 25ºC über dem Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Polymermischung liegt. Die Durchtrittsgeschwindigkeit beim Übertragungsdruck war die gleiche wie in Beispiel 1 beschrieben. Es wurde festgestellt, daß das mit dem thermoplastischen Polymeren beschichtete Empfangsmaterial vollständig an der Elementoberfläche während der Passage durch den Spaltbereich der Walzen anhaftete.

Beispiel 8

Es wurde ein Versuch unternommen, ein Empfangsmaterial herzustellen, das sich eignet zur Verwendung in der Praxis der vorliegenden Erfindung nach dem Verfahren des Beispieles 1, mit der Ausnahme jedoch, daß lediglich das niedrigmolekulare thermoplastische Additionspolymer "Piccotex 100", wie in Beispiel 1 beschrieben, als einziges polymeres Material zur Herstellung der Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterialsubstrat verwendet wurde. Es konnte kein geeignetes Empfangsmaterial unter Verwendung des "Piccotex 100"-Copolymeren als einzigem thermoplastischen polymeren Material hergestellt werden, da es spröde wurde und sich von dem Papiersubstrat ablöste, bald nachdem es auf das Papier aufgetragen worden war, woraus sich ergibt, daß thermoplastische Additionspolymere von sehr niedrigem Molekulargewicht nicht allein zur Bildung einer Polymerbeschichtung für die Empfangsmaterialien verwendet werden können, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur nicht-elektrostatischen Übertragung von trockenen Tonerteilchen mit einem Toner-Bindemittel und mit einer Teilchengröße von weniger als 8 Mikrometern, von der Oberfläche eines Elementes, das eine Oberflächenschicht aufweist mit einer filmbildenden, elektrisch isolierenden thermoplastischen polymeren Polyester- oder Polycarbonatharz-Matrix und einer Oberflächenenergie von nicht größer als ungefähr 47 x 10&supmin;&sup5; N/cm, auf ein Empfangsmaterial mit einem Substrat und einer Polymerbeschichtung auf einer Oberfläche des Substrates, wobei die Polymerbeschichtung aufgebaut ist aus einer Mischung aus:

(i) etwa 40 bis etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 20000 bis 500000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 5000 bis 50000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zur mittleren Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 20:1, und

(ii) etwa 10 bis etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der gesamten Mischung, eines thermoplastischen Additionspolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1000 bis 20000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 500 bis 5000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zur mittleren Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 10:1;

wobei der Tg-Wert der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung um weniger als etwa 10ºC oberhalb des Tg-Wertes des Toner-Bindemittels liegt und wobei die Oberflächenenergie der thermoplastischen Polymerbeschichtung bei ungefähr 38 bis 43 x 10&supmin;&sup5; N/cm liegt, wobei das Verfahren umfaßt:

(A) Kontaktieren der Tonerteilchen mit der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial;

(B) Erhitzen des Empfangsmaterials auf eine Temperatur derart, daß die Temperatur der thermoplastischen Polymerbeschichtung auf dem Empfangsmaterial während der Übertragung mindestens annähernd 5ºC oberhalb des Tg- Wertes der thermoplastischen Additionspolymeren in der Mischung liegt, und bei dem man

(C) das Empfangsmaterial von dem Element bei einer Temperatur oberhalb des Tg-Wertes der thermoplastischen Polymeren abtrennt,

wobei im wesentlichen sämtliche der Tonerteilchen von der Oberfläche des Elementes auf die thermoplastische Polymerbeschichtung des Empfangsmaterial übertragen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat aus Papier besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermoplastischen Additionspolymeren einen Tg-Wert von etwa 40ºC bis etwa 80ºC aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermoplastischen Additionspolymeren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Poly(alkylacrylat) oder einem Poly(alkylmethacrylat), worin der Alkylrest 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermoplastischen Additionspolymeren ein Copolymer des Styrols oder eines Derivates des Styrols und einem Acrylat umfassen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die thermoplastischen Additionspolymeren ein Copolymer des Styrols mit einem Methacrylat umfassen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Additionspolymer aus Poly(vinyltoluol-co-n-butylacrylat) besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Additonspolymer aus Poly(vinyltoluol-co-isobutylmethacrylat) besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Additionspolymer aus Poly(vinylstyrol-co-n-butylacrylat) besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Additionspolymer aus Poly(vinylmethacrylat-co-isobutylmethacrylat) besteht.

11. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das thermoplastische Additonspolymer aus α-Methylstyrol- und Vinyltoluoleinheiten aufgebaut ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mischung umfaßt: etwa 40 bis etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung, eines Poly(vinylstyrol-co-n-butylacrylat)- Copolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 20000 bis 500000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 5000 bis 50000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zur mittleren Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 20:1, und etwa 10 bis etwa 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung eines α-Methylstyrol-Vinyltoluol-Copolymeren mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1000 bis 20000, einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 500 bis 5000 und einem Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl im Bereich von etwa 1:1 bis 10:1.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Toner-Bindemittel einen Tg-Wert von etwa 40ºC bis etwa 120ºC aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner ein Copolymer des Styrols oder eines Derivates des Styrols mit einem Acrylat umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Toner einen Polyester umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Polyesterharz besteht aus Poly[4,4'-(2-norbornyliden)bis-phenoxyazelat- co-terephthalat].

17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Polycarbonatharz besteht aus Poly[4,4'-(2-isopropyliden)-bisphenoxycarbonat].