DE69316411T2 - Toner zur Entwicklung elektrostatischer Bilder und dessen Herstellungsverfahren - Google Patents
Toner zur Entwicklung elektrostatischer Bilder und dessen HerstellungsverfahrenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Toner zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes zur Verwendung in der Elektrophotographie, elektrostatischen Aufzeichnung, etc., wie in Anspruch 1 beansprucht, und ein Verfahren zur Herstellung davon, wie in Anspruch 9 beansprucht.
- In der Elektrophotographie, die ein elektronisches Kopiergerät oder ähnliches verwendet, war ein Verfahren bekannt und wurde allgemein weit verbreitet verwendet, in dem ein Entwickler auf einen Bildträger angebracht wird, auf dem in dem Entwicklungsschritt ein elektrostatisches Bild gebildet wurde, wie ein lichtempfindliches Element, von dem lichtempfindlichen Element in einem Übertragungsschritt auf ein Kopierpapier übertragen und sodann auf einem Kopierpapier in einem Fixierungsschritt fixiert wird. Der Entwickler zum Entwickeln eines elektrostatischen Bildes, das auf der das latente Bild aufrechterhaltenden Oberfläche gebildet wurde, war ein Zwei-Komponenten-Systementwickler aus einem Träger und einem Toner und ein Ein-Komponenten-Systementwickler (magnetischer Toner oder nicht-magnetischer Toner), der keinen Träger erforderte. Der in diesen Entwicklem enthaltene Toner besteht normalerweise aus fein verteilten, farbigen Körnern (grains), aus hauptsächlich einem Harz, einem färbenden Material, etc. Toner werden auch in zwei Gruppen unterteilt, d.h. positiv ladbare Toner und negativ ladbare Toner. Als Materialien zum Bereitstellen der Toner mit positiver oder negativer Ladbarkeit waren bis heute allgemeine statische Elektrisierung kontrollierende Mittel, Beschichtungsmittel zum Bereitstellen der Träger mit der gewünschten Ladbarkeit, etc., bekannt.
- Als Verfahren zur Herstellung der Tonerkömer war ein Verfahren bekannt, das das Mischen verschiedener Komponenten, wie einem Binderharz und einem färbenden Material in geeigneten Mengen, Verkneten des Gemisches mit einem Kneter oder ähnlichem, Abkühlen des Materials, Vermahlen des Materials und sodann Sortieren des Materials umfaßt.
- Als färbendes Material für schwarze Toner wurde normalerweise pulvriger Ruß verwendet. Jedoch ist die Verwendung von pulvrigem Ruß insoweit nachteilig. Sofern das Ausgangsmaterial für den Toner in dem Verfahren zur Herstellung des Toners gehandhabt wird, wird viel Ruß verwirbelt, wobei das Bedienungspersonal verunreinigt und die Umgebung des Arbeitsplatzes verschmutzt wird.
- Um diese Schwierigkeiten auszuräumen, wurde die Verwendung von in Trocken- oder Naßverfahren granuliertem Ruß vorgeschlagen, der durch ein Rollgranulationsverfahren erhalten wurde. Beispielsweise beschreibt die JP-A-2-291 568 (der Ausdruck "JP-A", wie er hierin verwendet wird, bedeutet eine "ungeprüfte veröffentlichte japanische Patentanmeldung") einen Toner, der durch Dispergieren von granuliertem Ruß in einem Binderharz erhalten wurde. Der Ruß hat eine Korngrößenverteilung von 140 µm bis 840 µm und eine Kügelchenhärte von 5- 40 g hat. Wenn jedoch solch ein granulierter Ruß nach einem gewöhnlichen Verfahren geknetet wird, kann er jedoch nicht genügend locker werden, was eine Fehldispersion verursacht. Solch ein granulierter Ruß ist insoweit nachteilig, als er keine geeignete Stabilität bei der statischen Elektrisierung hat, was beim fortgesetzten Kopieren Bildinstabilität oder Tonerflug in dem Kopiergerät verursacht.
- Auf der anderen Seite wurde Ruß vorgeschlagen, der mit einem Harz vorgemischt wurde. Dieser Ansatz läßt jedoch viel zu wünschen übrig wegen des Auffliegens von Ruß beim Vormischen oder des komplizierten Herstellungsverfahrens (Produktivitätsabfall).
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufabe zugrunde, einen Toner und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen. Dieser Toner enthält einen Ruß, der die Verschmutzung der Arbeitsumgebung bei der Herstellung des Toners vermindert und den Umgang mit dem Toner während der Lagerung und des Transports erleichtert.
- Es ist ein andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Toner und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen. Dieser Toner enthält ein Harz, einen Ruß und andere Additive, die höchstabil darin dispergiert sind.
- Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Toner und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen. Dieser Toner liefert eine hohe Bilddichtestabilität beim fortgesetzten Kopieren und Drucken und verursacht unverändert wenig Trübung und wenig Tonerflug.
- Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und den Beispielen ersichtlich.
- Als Ergebnis gründlicher Untersuchungen haben die Erfinder gefimden, daß diese Aufgaben erfindungsgemäß gelöst werden durch die Verwendung eines passend granulierten spezifischen Rußes, der auf die gewünschte Härte, Dichte und Brechbarkeit (Dispergierbarkeit) eingestellt wurde.
- Die vorliegende Erfindung liefert somit einen Toner zur Entwicklung elektrostatischer Bilder, der durch Mischen mindestens eines Binderharzes und eines granulierten Rußes mit einer Kornhärte von 2 g oder weniger und einer Ultraviolett-Extinktion (Absorption) im Bereich von 0,05 oder weniger als Ausgangsrohmaterial und sodann Kneten des Gemisches erhalten wurde.
- Zur besseren Erläuterung der Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
- Figur 1 die Daten eines praktischen Kopiertests der Probe aus Beispiel 4 mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Bedingungen zeigt;
- Figur 2 die Daten eines praktischen Kopiertests der Probe von Beispiel 5 mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Bedingungen zeigt;
- Figur 3 die Ladbarkeitsanstiegseigenschaften des Toners a von Beispiel 4 und des Toners b von Beispiel 5 zeigt;
- Figur 4 die Ladbarkeitsanstiegseigenschaften des Toners c von Beispiel 6 und des Toners d von Beispiel 7 zeigt;
- Figur 5 die Daten eines praktischen Kopiertests der Probe von Beispiel 6 mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Bedingungen zeigt;
- Figur 6 die Daten eines praktischen Kopiertests der Probe aus Beispiel 7 mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Bedingungen zeigt;
- Figur 7 ein Beispiel für das Flußdiagramm flir die Tonerherstellung zeigt; und
- Figur 8 ein Beispiel für das Flußdiagramm flir die Herstellung von granuliertem Ruß zeigt.
- Die vorliegende Erfindung wird nachstehend weiter beschrieben.
- Als Harzkomponente, die dem Toner der vorliegenden Erfindung einverleibt wird, können verschiedene bekannte Materialien verwendet werden, die für Toner zum Entwickeln von elektrostatischen Bildern geeignet sind.
- Beispiele für solche bekannten Materialien beinhalten Styrolharze (einschließliche Homopolymere oder Copolymere vom Styrol-Typ oder substituiertem Styrol), wie Polystyrol, Polychlorstyrol, Poly-α-methylstyrol, Styrol-Chlorstyrol-Copolymer, Styrol-Propylen-Copolymer, Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Vinylchlorid-Copolymer, Styrol-Vinylacetat-Copolymer, Styrol-Maleinsäure-Copolymer, Styrol-Acrylester-Copolymer (z.B. Styrol-Acrylsäuremethylester-Copolymer, Styrol-Acrylsäureethylester-Copolymer, Styrol-Acrylsäurebutylester-Copolymer, Styrol-Acrylsäureoctylester-Copolymer, Styrol-Acrylsäurephenylester-Copolymer), Styrol-Methacrylsäureester-Copolymer (z.B. Styrol-Methacrylsäuremethylester-Copolymer, Styrol-Methacrylsäureethylester-Copolymer, Styrol-Methacrylsäurebutylester-Copolymer, Styrol-Methacrylsäurephenylester-Copolymer), Styrol-α-Chloracrylsäuremethylester-Copolymer und Styrol-Acrylnitril-Acrylsäureester-Copolymer, Vinylchloridharze, Terpentinharzmodifizierte Maleinsäureharze, Phenolharze, Epoxyharze, Polyesterharze, niedermolekulare Polyethylene (der Ausdruck "niedermolekular" wird nachstehend verwendet für "mit niedrigem Molekulargewicht"), niedermolekulare Polypropylene, Ionomerharze, Polyurethanharze, Siliconharze, Ketonharze, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymere, Xylolharze und Polyvinylbutyralharze. Besonders bevorzugte Beispiele von Harzen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Harze vom Styrol-Typ, gesättigte oder ungesättigte Polyesterharze und Epoxyharze. Diese Harze können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
- Außer diesen Harzen können vernetzte Binderharze, wie sie in der JP-B-5 1-23354 (der Ausdruck "JP-B", wie er hierin verwendet wird, bedeutet eine "geprüfte japanische Patentveröffentlichung") und JP-A-50-44836 beschrieben sind, und nicht-vernetzte Binderharze verwendet werden, wie sie in der JP-B-55-6895 und der JP-B-63-32 180 beschrieben sind, wobei ihre Fixierbarkeit und die Dauerhaftigkeit des Entwicklers berücksichtigt werden. Im Lichte der Fixierbarkeit und der mechanischen Stärke des Toners ist es bevorzugt, daß das Harz, das in dem so gebildeten Toner enthalten ist, eine Molekulargewichtsverteilung zeigt, gebildet aus Niedermolekulargewichtsverteilung, gegeben durch viskose Komponenten und Hochmolekulargewichtsverteilung, gegeben durch elastische Komponenten, um getrennte Funktionen zu liefern.
- Sofern Harze vom Styrol-Typ verwendet werden, die der Gelpermeations-Chromatographie (nachstehend hierin als "GPC" bezeichnet) unterworfen werden, ist es bevorzugt, daß der Toner einen oder mehrere Peaks bei niedrigem Molekulargewicht zeigt, reprasentativ für eine niedermolekulare Verbindung, wie ein Binderharz, positioniert bei 3.000 bis 50.000, vorzugsweise 4.000 bis 30.000, und einen oder mehrere Peaks bei hohem Molekulargewicht oder Schultern zeigt, repräsentativ für eine hochmolekulare Verbindung (der Ausdruck "hochmolekular" wird nachstehend verwendet für "mit hohem Molekulargewicht"), positioniert bei 80.000 bis 2. Mio., vorzugsweise 100.000 bis 1,5 Mio. (die Position des Peaks und der Schulter werden nachstehend hierin als "Lp" und "Hp" bezeichnet).
- Wenn Lp der niedermolekularen Verbindung niedriger als 3.000 ist, zeigt sie eine exzellente Fixierbarkeit, aber der Toner wird exzessiv verbraucht und feiner Verteilung in dem Entwicklungstank unterworfen, was die Bildqualität verschlechtert und die Lebenszeit des Entwicklers verkürzt. Auf der anderen Seite zeigt der Toner, falls Lp der niedermolekularen Verbindung höher als 50.000 ist, eine schlechte Fixierbarkeit bei einem niedrigen Temperaturbereich und eine niedrigere kalte Offset-Temperatur.
- Wenn Hp der hochmolekularen Verbindung niedriger als 80.000 ist, zeigt der Toner eine exzellente Fixierbarkeit, aber neigt dazu, einen heißen Offset zu verursachen, was unvorteilhafterweise den erlaubten Betriebstemperaturbereich einengt. Wenn andererseits Hp der hochmolekularen Verbindung höher als 2 Mio. ist, zeigt der Toner eine schlechte Fixierbarkeit bei einem niedrigen Temperaturbereich, was unvorteilhafterweise die untere Grenze der Fixiertemperatur erhöht.
- Die Fließerweichungstemperatur des Toners liegt vorzugsweise im Bereich von 80ºC bis 150ºC. Wenn die Fließerweichungstemperatur des Toners unter 80ºC fällt, ist die Fixierungstemperatur des Toners beim Wärmewalzenfixieren niedrig, aber der Toner neigt dazu, heißen Offset zu verursachen und der Toner wird im Entwicklungstank zerdrückt und wird "Verbrauchs"-Phänomenen unterworfen, wobei er auf der Oberfläche des Trägers wegen Fusion oder ähnlichem akkumuliert wird, was eine Uneinheitlichkeit in der Ladungsverteilung und ein Absinken der Ladbarkeit verursacht und somit die Dauerhaftigkeit des Entwicklers verschlechtert. Auf der anderen Seite, wenn die Fließerweichungstemperatur höher als 150ºC ist, ist die Fixiertemperatur unvorteilhafterweise hoch.
- Die Glasübergangstemperatur des Toners ist vorzugsweise 50ºC oder höher. Wenn die Glasübergangstemperatur niedriger als 50ºC ist, neigt der Toner zur Agglomeration oder zum Fixieren, wenn er bei einer erhöhten Temperatur, so hoch wie 40ºC, für einen längeren Zeitraum stehengelassen wird.
- Der Toner wird gleichmaßig dispergiert und in Tetrahydroturan (THF) gelöst und sodann durch Saugen durch einen Büchner-Trichter mit einem dichten Filter aus Celite filtriert, um in THF unlösliche Materialien zu entfernen. Die in THF löslichen Materialien als Filtrat werden dann auf ihre Molekulargewichtsverteilung mit GPC unter den nachstehenden Bedingungen gemessen. Aus der Eichkurve, gegeben durch verschiedene Arten von monodispersen Polystyrol-Referenz-Proben, wird das Molekulargewicht der Harze bestimmt.
- Lösungsmittel: THF
- Probenflußgeschwindigkeit: 1 ml/min.
- Probenkonzentration: 0,4 gr/dl.THF
- Probenausguß: 8 mg in Bezug auf Lösung
- Verläßlichkeit: bestätigt durch Beobachten, wenn Mw/Mn von NBS706 Polystyrol-Referenz-Probe (Mw 28,8 x 10&sup4;; Mn = 13,7 x 10&sup4;; Mw/Mn=2,11)2,11 ± 0,10 erreicht.
- Die Fließerweichungstemperatur des Toners wird durch die Temperatur bestimmt, die dem Mittelpunkt der Menge (Entfernung) des Absinken des Stempels entspricht, wenn mit einem Typ CFT-500-Fließtestgerät der Shimadzu Corp. gemessen wurde.
- Menge an Probe: 1 g
- Druck: 20 kg/cm²
- Form: Lochdurchmesser: 0,99 φ
- Höhe: 1 mm
- Stempel: 1 cm²
- Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs: 6ºC/min.
- Die Glasübergangstemperatur des Toners wird durch die Übergangsinitialtemperatur (Wendepunkt) mit einem Thermoanalysegerät bestimmt, wie einem kommerziellen Differenzialthermoanalysegerät und einem Differenzial-Scanning-Kalorimeter.
- Thermoanalysegerät: DTA-40 der Shimadzu Corp.
- Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs: 10ºC/min.
- Als Binderharz, das in den Toner einverleibt wird, geeignet zur Verminderung der für die Fixierung erforderlichen Energie (Verminderung des Energieverbrauchs und des Drucks zwischen den Wärmewalzen beim Fixieren), kann vorzugsweise ein Harz verwendet werden, das optimal entworfen ist, unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Optimumanforderungen. Wenn es in Kombination mit dem granulierten Ruß der Erfindung verwendet wird, dient ein solches Harz dazu, einen wirdsamen Beitrag zur Verbesserung der Eigenschaften des Toners zu leisten.
- Mit anderen Worten, wenn die zum Fixieren erforderliche Energie vermindert wird, neigt die Viskosität und die mechanische Stärke des Harzes dazu, sich zu vermindern, was es schwierig macht, selbst beim Kneten zu scheren und somit macht es die verschiedenen Additive weniger dispergierbar darin. Es kann daher angenommen werden, daß die Verwendung des granulierten Rußes der vorliegenden Erfindung eine geeignete Scherung beim Kneten und eine exzellente Dispergierbarkeit liefert, sogar wenn er mit verschiedenen Additiven kombiniert wird, was die Tonereigenschaften weniger leicht verschlechtert.
- Der granulierte Ruß, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, kann durch Granulieren von pulvrigem Ruß als Ausgangsmaterial hergestellt werden. Das Ausgangsmaterial für den granulierten Ruß ist nicht besonders limitiert, solange es ein herkömmlicher pulvriger Ruß ist. Um einen Ruß mit einer spezifischen Härte zu erhalten, der in der vorhegenden Erfindung verwendet werden soll, kann ein Kompressionsgranulationsverfahren vorzugsweise unter Verwendung eines Kompressionsgranuliergeräts verwendet werden, wie einer Walzenkompressionsformpresse, wie sie in der JP-A-2-142858 und der JP-A-3-1 93129 beschrieben ist. Mit anderen Worten, es wirdvorzugsweise ein kompressionsgranulierter Ruß verwendet, der durch ein Verfahren hergestellt wurde, das das Entgasen von pulvrigem Ruß als Ausgangsmaterial über eine Zuführzone, die mit einem Entgasungsmechanismus ausgestattet ist, und dann Zuführen des Materials in eine Granulationszone mit Kompressionsgranulationswalzen umfaßt, um das Material zu granulieren (ein Beispiel des Herstellungsflusses ist in Figur 8 gezeigt). Das Material und die Form der Oberfläche der Kompressionsgranulationswalzen kann frei ausgewählt werden. Außerdem kann die Kompressionsgranulationswalze gegebenenfalls in der Form von Filterzylindern konfiguriert sein, so daß ein Entgasungsmechanismus durch internes Saugen zur Verfügung gestellt wird. Als pulvriger Ruß, der als Ausgangsmaterial verwendet werden soll, kann vorzugsweise ein Ruß verwendet werden, der einen BET-spezifischen Oberflächenbereich von 50 bis 500 m²/g und eine Dibutylphthalat-(DBP)-Ölabsorption von 30 bis 150 ml/100 g aufweist.
- Die Belastung, unter der der Ruß als Ausgangsmaterial gepresst wird, kann passend ausgewählt sein, so daß so gepresster granulierter Ruß eine Durchschnittshärte von 2 g oder weniger, vorzugsweise 0,1 bis 1 g, und eine grobe Packungsschüttdichte von 0,1 bis 0,5 g/cm³, vorzugsweise 0,15 bis 0,45 g/cm³, unter Berücksichtigung der Schüttdichte und des Korndurchmessers des Ausgangsmaterials zeigt. Wenn die grobe Packungsschüttdichte unter 0,1 g/cm³ fällt, fliegt viel Kohlenstoff während des Arbeitens auf Da die Masse (bulk) des Ausgangsmaterials zu groß ist, kann es kaum geschert werden, wodurch seine Dispergierbarkeit und die Eigenschaften des Toners verschlechtert werden.
- Wenn andererseits die grobe Packungsschüttdichte 0,5 g/cm übersteigt, ist zwar die Handhabbarkeit des Kohlenstoffs gut, aber die kohesive Kraft des Kohlenstoffs steigt zu sehr an, was es unmöglich macht, eine ausreichende Dispergierbarkeit während des Knetens zu erhalten und wodurch die Eigenschaften des Toners verschlechtert werden.
- Die Verwendung von granuliertem Ruß mit einer Kornhärte von 2 g oder weniger gemäß der vorliegenden Erfindung liefert gute Verbesserungen in der Stabilität der Bulddichte während des fortgesetzten Kopierens und Druckens, der Verschleierungsstabilität und dem Verhindern von Tonerflug.
- a. Die grobe Packungsschüttdichte in g/cm³ wurde mit dem Verfahren zum Messen der relativen Schüttdichte für granulierten Ruß gemäß JISK6221 bestimmt.
- b. Die Härte des granulierten Korns in g wurde nach dem Verfahren zum Messen der Härte von granuliertem Ruß gemäß JISK6221 bestimmt (speziell beschrieben in JP-A-3- 193129, Zeile 2, Seite 17 bis Zeile 6, Seite 18).
- c. Die Ultraviolett-Extinktion (Absorption) des Rußes, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll, kann vorteilhafterweise im Bereich von 0,05 oder weniger, vorzugsweise 0,04 oder weniger, liegen, um exzellente elektrostatische Eigenschaften zu liefern.
- Die Ultraviolett-Extinktion (λc) des Rußes wird wie nachstehend bestimmt. 3 g Ruß werden ausreichend dispergiert und in 30 ml Toluol gemischt. Das Gemisch wird sodann über ein Nr. 5C-Filterpapier filtriert. Die Extinktion (λs) des Filtrats bei einer Wellenlänge von 336 + 5 nm wird mit einem kommerziellen Ultraviolett-Spektrophotometer gemessen. (Die Probe wird in eine Quarzzelle mit einer 1 cm x 1 cm-Absorptionseinheit geladen.) Die Extinktion (λo) von Toluol wird als Referenz in derselben Weise gemessen. Die Ultraviolett-Extinktion wird durch Berechnen von λc = λs - λo bestimmt.
- Ein Beispiel für einen kommerziellen Spektrophotometer ist der Typ UV-3100PC-Ultraviolett- und Sichtbar-Spektrophotometer von Shimadzu Corp.
- Zur Modifizierung seiner Oberfläche kann der Ruß gegebenenfalls einer Oberflächenbehandlung mit einer Metallseife oder ähnlichem unterworfen werden. Unbehandelter Ruß und Oberflächen-behandelter Ruß kann in Kombination verwendet werden. Alternativ kann der granulierte Ruß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit pulvrigem Ruß, verschiedenen Arten von Ruß (z.B. denjenigen mit großen Korngrößen und kleinen Korngrößen, wobei jene verschiedene pH-Werte haben, d.h. sauer und alkalisch), anderen Farbmitteln (z.B. Farbstoffen, Pigmenten), etc. verwendet werden.
- Der Gehalt an einem solchen Farbmittel kann so sein, daß es ausreichend ist, um den Toner so zu färben, daß ein sichtbares Bild beim Entwickeln gebildet wird. Der Gehalt an Farbmittel liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsteilen, insbesondere 1 bis 15 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen Harz.
- Im Fall eines schwarzen Toners beträgt der Gehalt an Ruß 90 Gew.-% oder mehr, vorzugsweise 95 Gew.-% oder mehr in dem Gehalt des Farbmittels. Im Fall von andersfarbigen Tonern werden der Ruß und das (die) andere(n) Farbmittel in Kombination verwendet, um eine gewnnschte Farbe einzustellen.
- Der Toner der vorliegenden Erfindung kann für die Zwecke des Anpassens der Ladbarkeit ein bekanntes Ladbarkeitskontrollmittel enthalten, wie einen Nigrosin-Farbstoff, ein quaternäres Ammoniumsalz, eine Triaminotriphenylmethan-Verbindung und eine Imidazol-Verbindung, wenn es ein positiv ladbarer Toner ist, oder ein bekanntes Ladbarkeitskontrollmittel, wie einen metallhaltigen Azo-Farbstoff, eine Salicylsäure-Metallverbindung und eine Alkylsalicylsäure-Metallverbindung, wenn es ein negativ ladbarer Toner ist. Die Menge an dem Ladbarkeitskontrollmittel, das zugesetzt werden soll, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 10 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen des Harzes.
- Außerdem kann der Toner der vorliegenden Erfindung zum Anpassen der thermalen und physikalischen Eigenschaften Hilfsstoffe umfassen, wie verschiedene Weichmacher und Gleitmittel (mold lubricants). Die Menge an solch einem Hilfsstoff, der zugesetzt werden soll, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 10 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen Harz.
- Außerdem können die Tonerkörner fein verteilte Körner von Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder ähnliches umfassen, so daß sie damit bedeckt sind, um die Fließfähigkeit und Kohäsionswiderstandskraft davon zu verbessern. Die Menge an solchen fein verteilten Körnern, die zugesetzt werden sollen, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 5 Gewichtsteilen, basierend auf 100 Gewichtsteilen Tonerkörner.
- Wenn der Toner der vorliegenden Erfindung für einen Zwei-Komponenten-Systementwickler verwendet wird, kann er in Mischung mit einem magnetischen Träger verwendet werden. Das Mengenverhältnis von Träger zu Toner in dem Entwickler liegt vorzugsweise im Bereich von 100:1 bis 100:10 nach Gewicht. Als magnetischer Träger kann ein bekanntes Material verwendet werden, wie Eisenpulver, Ferritpulver, Magnetitpulver und magnetisches Harzpulver, die jeweils einen Komdurchmesser von 30 bis 200 µm haben. Solch ein magnetischer Träger kann vorzugsweise mit einem bekannten Silikonharz, Acrylharz, Fluorharz oder einem Gemisch davon beschichtet sein.
- Der Toner der vorliegenden Erfindung kann auch als magnetischer Ein-Komponenten- Systemtoner, der ein Träger-freier Ein-Komponenten-Systementwickler ist, der ein magnetisches Material, wie Magnetit, enthält, oder als ein nicht-magnetischer Ein-Komponenten- Systemtoner verwendet werden, der frei von magnetischem Material ist. Die Herstellung der Tonerkörner der vorliegenden Erfindung kann durch verschiedene Toner-Herstellungsverfahren erreicht werden, die bis heute angewendet wurden. Beispiele für solche Toner-Herstellungsverfahren beinhalten die nachstehend beschriebenen. Ein Beispiel für ein Flußdiagramm für Toner-Herstellung ist in Figur 7 gezeigt.
- Spezifisch werden ein Harz, ein Farbmittel, ein Ladbarkeitskontrollmittel, etc. gleichmäßig mittels eines bekannten Mischers dispergiert. Die Dispersion kann mittels eines Kneters oder eines monoaxialen oder biaxialen Extruders schmelzgeknetet, gekühlt, gemahlen und sodann sortiert werden.
- Der granulierte Ruß mit einer spezifischen Härte, der dem Toner der vorliegenden Erfindung einverleibt werden soll, wird lose und wird sodann in das geschmolzene Harz während dieses Knetverfahrens dispergiert. Der Zustand des Lose-Seins, wie er hier verwendet wird, zeigt an, daß der Ruß in einer Form näher dem Pulver als der granulierten Form unter einem optischen Mikroskop beobachtet wird.
- Als Kneter in dem Fall, in dem der granulierte Ruß der vorliegenden Erfindung als Ausgangsmaterial verwendet wird, kann entweder ein Chargenkneter (z.B. Druckkneter, Banbury- Mischer) oder ein kontinuierlicher Kneter verwendet werden. Insbesondere, wenn ein kontinuierlicher Kneter verwendet wird, kann die vorliegende Erfindung wirksam arbeiten.
- Als solche kontinuierlichen Kneter wurden hauptsächlich monoaxiale oder biaxiale Extruder in den vergangenen Jahren verwendet.
- Bevorzugte Beispiele für solche kontinuierlichen Kneter umfassen Typ KTK biaxiale Kneter, erhältlich von Kobe Steel, Ltd., Typ TEM biaxiale Extruder, erhältlich von Toshiba Machine Co., Ltd., biaxiale Extruder, erhältlich von K.C.K. Co., Typ PCM biaxialen Extruder, erhältlich von IKEGAI CORP., und Co-Kneter, erhältlich von Bus Corp. Der Durchschnittskorndurchmesser des Toners liegt vorzugsweise im Bereich von 3 bis 20 µm. Wenn der Toner weiter mit Additiven versetzt werden soll, können ein sortierter Toner und Additive unter Rühren mittels eines Hochgeschwindigkeitsrührers oder ähnlichem gemischt werden.
- Die vorliegende Erfindung wird weiter in den nachstehenden Beispielen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung soll nicht als dadurch beschränkt ausgelegt werden.
- Der Ausdruck "Teile", wie er hierin verwendet wird, bedeutet "Gewichtsteile".
- Styrol/n-Butylacrylat-(82/18 Monomer Gewichtsverhältnis)-Copolymer (Fließerweichungspunkt: 130ºC; Glasübergangspunkt: 62ºC) 100 Teile
- Farbmittel: Ruß MA7F (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp.; granulierter Typ) 5 Teile
- Elektrostatisches Kontrollmittel: Bontron P51 (erhältlich von Orient Chemical Co., Ltd.; quaternäres Arnmoniumsalz) 2 Teile
- Niedermolekulares Polypropylen: Biscol 550P (Sanyo Chemical Co., Ltd.) 2 Teile
- Die vorstehend genannten Komponenten wurden gemischt, mittels eines kontinuierlichen biaxialen Extruders geknetet, gemahlen und sodann sortiert, um einen schwarzen Toner mit einem Durchschnittskorndurchmesser von 10 µm zu erhalten. Zu 100 Teilen des schwarzen Toners wurden 0,2 Teile Kieselsäurepulver (R972 erhältlich von Nihon Aerogel K.K.) mittels eines Henschel-Mischers zugegeben, um den Toner A zu erhalten. 4 Teile des so erhaltenen Toners A und 100 Teile eines Ferritpulver-Trägers mit einem Durchschnittskorndurchmesser von 100 µm, beschichtet mit einem Methylsilikonharz, wurden unter Rühren gemischt, um einen Entwickler herzustellen.
- Unter Verwendung eines Kopiergeräts mit einem organischen Photoleiter als Photorezeptor wurde der so erhaltene Entwickler einem praktischen Kopiertest mit 100.000 Blättern Kopierpapier unter hohen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen von 40ºC und 85 bis 90% RH unterworfen. Der in dem praktischen Kopiertest verwendete Tonernachfüller war der Toner A, der dieselbe Zusammensetzung hat wie in dem Entwickler.
- Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests zeigen, daß sogar nach 100.000 Blättern kopieren der Toner und der Entwickler eine hohe und stabile Einheitlichkeit und Dichte in dem schwarz kopierten Teil liefern können und einen geringen Verschleierungsanstieg verursachen, der ein Fleck auf dem weißen Hintergrund ist, und dennoch wenig Tonerflug in der Kopiermaschine verursacht. Das bedeutet, daß der Toner und der Entwickler eine exzellente Widerstandsfähigkeit unter Bedingungen hoher Temperatur und Feuchtigkeit zeigen.
- Es wurde bestätigt, daß der Ruß in dem schwarzen Toner A eine exzellente Dispersion zeigt, wenn er unter einem optischen Mikroskop beobachtet wird.
- Ein Toner und ein Entwickler wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das in Beispiel 1 verwendete Farbmittel durch #33F (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp.; granulierter Typ) ersetzt wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt. Der so hergestellte Toner und Entwickler wurden dann einem praktischen Kopiertest mit 100.000 Blättern Kopierpapier in derselben Weise, wie vorstehend erwähnt, unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Ein Toner und ein Entwickler wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß der Toner durch Mischen der nachstehenden Komponenten hergestellt wurde:
- Styrol/n-Butylacrylat-(82/18 Monomer Gewichtsverhältnis)-Copolymer (Fließerweichungspunkt: 130ºC; Glasübergangspunkt: 62ºC) 100 Teile
- Farbmittel: Ruß MA100F (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp.; granulierter Typ) 7 Teile
- Elektrostatisches Kontrollmittel: Bontron S34 (erhältlich von Orient Chemical Co., Ltd.; chromhaltiger Farbstoff) 1 Teil
- Niedermolekulares Polypropylen: Biscol 550P (Sanyo Chemical Co., Ltd.) 2 Teile
- Unter Verwendung eines Kopiergeräts, ausgestattet mit einem Selen-Photorezeptor, wurde der so hergestellte Entwickler dann einem praktischen Kopiertest mit 100.000 Blättern Kopierpapier unter hohen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen von 40ºC und 85 bis 90% RH in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie in Tabelle 1 gezeigt, zeigen der Toner und der Entwickler eine exzellente Widerstandsfähigkeit unter Bedingungen hoher Temperatur und Feuchtigkeit.
- Ein Toner und ein Entwickler wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das in Beispiel 1 verwendete Farbmittel durch Ruß ersetzt wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt. Der so hergestellte Toner und Entwickler wurden dann einem praktischen Kopiertest mit 100.000 Blättern Kopierpapier in derselben Weise, wie vorstehend erwähnt, unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
- Ein Toner und ein Entwickler wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das in Beispiel 3 verwendete Farbmittel durch Ruß ersetzt wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt. Der so hergestellte Toner und Entwickler wurden dann einem praktischen Kopiertest mit 100.000 Blättern Kopierpapier in der gleichen Weise, wie vorstehend erwähnt, unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
- Styrol/n-Butylacrylat-(82/18 Monomer-Gewichtsverhältnis)-Copolymer (Fließerweichungspunkt: 130ºC; Glasübergangspunkt: 61ºC) 100 Teile
- Farbmittel: Ruß S (granuliert) (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp.; Kornhärte: 0,5 g; UV-Extinktion: 0,02; BET-spezifischer Oberflächenbereich: 130 m²/g; DBP-Ölabsorption: 100 ml/100 g; pH 3; Schüttdichte: 0,28 g/cc) 6 Teile
- Niedermolekulares Polypropylen: Biscol 550P (Sanyo Chemical Co., Ltd.) 2 Teile
- Elektrostatisches Kontrollmittel: Bontron P51 (erhältlich von Orient Chemical Co., Ltd.; quaternäres Ammoniumsalz) 1 Teil
- Die vorstehend genannten Komponenten wurden gemischt, mittels eines kontinuierlichen biaxialen Extruders geknetet, gekühlt, gemahlen und sodann sortiert, um einen schwarzen Toner a mit einem Durchschnittskorndurchmesser von 9,5 µm zu erhalten. Zu 100 Teilen des schwarzen Toners a wurden 0,2 Teile Kieselsäurepulver (R972, erhältlich von Nihon Aerogel K.K.) und 0,3 Teile Magnetitpulver (Durchschnittskorndurchmesser: 0,3 µm) mittels eines Henschel-Mischers zugegeben, um Toner 1 zu erhalten. 4 Teile des so erhaltenen Toners 1 und 96 Teile eines Cu-Zn-Ferrit-Trägers mit einem Durchschnittskorndurchmesser von 100 µm und einer gesättigten Magnetisierung von 55 emu/g, beschichtet mit einem Methylsilikonharz, wurden unter Rühren gemischt, um einen Entwickler A herzustellen.
- Unter Verwendung eines Kopiergeräts mit einem organischen Photoleiter als einem Photorezeptor, das ein Heizwalzenfixiersystem, ein Blattreinigungssystem (blade deaning system) und ein Permeabilitätssensorsystem zur Kontrolle des Nachfüllens des Toners zu dem Entwickler in dem Entwicklungstank anwendet und in einem normalen Entwicklungsmodus bei einer Kopiergeschwindigkeit von 50 Blättern (A4-Größe)/min. arbeitet (Photorezeptor-Oberflächen-Potential: normaler Modus DC 700 V, photographischer Modus DC 500 V, Gittervorspannung DC 200 V), wurden der Ausgangsentwickler A und der Tonernachfüller A, die so erhalten wurden, einem praktischen Kopiertest mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen von 23ºC bis 25ºC und 50 bis 55% RH unterworfen.
- Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests zeigen, daß sogar nach dem Kopieren von 50.000 Blättern Kopierpapier der Toner und der Entwickler eine hohe und stabile Kopierbilddichte liefern und keinen Anstieg des Verschleierns als Flecken auf dem weißen Hintergrund der Kopie und wenig Tonerflug verursachen, was keinen Fleck in dem Kopiergerät ergab. Somit zeigen der Toner und der Entwickler eine exzellente Haltbarkeit und Kopierbildstabilität sogar nach kontinuierlichem Kopieren. Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests unter normalen Bedingungen sind in Figur 1 gezeigt.
- Die Ladbarkeitsanstiegseigenschaften des Toners a waren exzellent, wie in Figur 3 gezeigt.
- Farbmittel: Ruß N (granuliert) (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp.; Kornhärte: 0,5 g; UV-Extinktion: 0,10; BET-spezifischer Oberflächenbereich: 130 m²/g; DBP-Ölabsorption: 100 ml/100 g; pH 3; Schüttdichte: 0,28 g/cc) 6 Teile
- Ein Toner b wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Farbmittel durch das vorstehend genannte Material ersetzt wurde. Zu dem Toner b wurden sodann Additive zugegeben, um Toner J herzustellen. Zu dem Toner J wurden sodann unter Rühren ein Träger zugegeben, um den Entwickler B zu erhalten. Der Toner J und der Entwickler B wurden sodann einem praktischen Kopiertest mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Bedingungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 unterworfen.
- Als Ergebnis liefert der Toner a eine bessere Bilddichtenstabilität in dem photographischen Modus, eine niedrigere Anfangsverschleierung und ein geringeres Fliegen des Toners, der auf dem Boden des Entwicklungstanks angesammelt war, als der Toner b (die Menge von Tonerflug in Beispiel 5 war etwa viermal so hoch wie in Beispiel 4). Der Toner a ist auch leicht besser als der Toner b in der Transferwirksarnkeit und der Haltbarkeit und Stabilität der Kopiebildqualität während des Kopierens. Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests des Toners b unter normalen Bedingungen sind in Figur 2 gezeigt.
- Außerdem sind die Ladbarkeitanstiegseigenschafien des Toners b geringfügig schlechter als die des Toners a (siehe Figur 3).
- Styrol/n-Butylacrylat-(85/15 Monomer-Gewichtsverhältnis)-Copolymer (Fließerweichungspunkt: 128ºC; Glasübergangspunnt: 60ºC) 100 Teile
- Farbmittel: Ruß S (granuliert) (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp.; Kornhärte: 0,5 g; Uv-Extinktion: 0,02; BET-spezifischer Oberflächenbereich: 130 m²/g; DBP-Ölabsorption: 100 ml/100 g; pH 3; Schüttdichte: 0,28 g/cc) 6 Teile
- Niedermolekulares Polypropylen: NP-505 (Mitsui Petrochemical Industries, Ltd.) 2 Teile
- Elektrostatisches Kontrollmittel: Bontron S51 (erhältlich von Orient Chemical Co., Ltd.; quaternäres Ammoniumsalz) 1 Teil
- Die vorstehenden Komponenten wurden vermischt, mittels eines großen kontinuierlichen biaxialen Extruders geknetet, gekühlt, gemahlen und sodann sortiert, um einen schwarzen Toner c mit einem Durchschnittskorndurchmesser von 9,0 µm zu erhalten. Zu 100 Teilen des schwarzen Toners c wurden 0,3 Teile Kieselsäurepulver (R972, erhältlich von Nihon Aerogel K.K.) und 0,3 Teile Magnetitpulver (Durchschnittskomdurchmesser: 0,3 µm) mittels eines Henschel-Mischers zugegeben, um den Toner K zu erhalten. 4 Teile des so erhaltenen Toners K und 96 Teile eines Cu-Zn-Ferrit-Trägers mit einem Durchschnittskorndurchmesser von 100 µm und einer gesättigten Magnetisierung von 55 emu/g, beschichtet mit einem Methylsilikonharz, wurden unter Rühren gemischt, um einen Entwickler C herzustellen. Der Toner und der Entwickler wurden sodann einem praktischen Kopiertest mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Bedingungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 unterworfen.
- Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests zeigen, daß der Toner und der Entwickler eine exzellente Haltbarkeit und Kopierbildstabilität wie in Beispiel 4 zeigen. Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests sind in Figur 4 gezeigt.
- Die Ladbarkeitsanstiegseigenschafien des Toners b waren exzellent, wie in Figur 4 gezeigt.
- Farbmittel: Ruß N (granuliert) (erhältlich von Mitsubishi Kasei Corp.; Kornhärte: 0,5 g; UV-Extinktion: 0,10; BET-spezifischer Oberflächenbereich: 130 m²/g; DBP-Ölabsorption: 100 ml/100 g; pH 3; Schüttdichte: 0,28 g/cc) 6 Teile
- Ein Toner d wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Farbmittel durch das vorstehend genannte Material ersetzt wurde. Zu dem Toner d wurden sodann Additive zugegeben, um den Toner L herzustellen. Zu dem Toner L wurden sodann ein Träger unter Rühren zugegeben, um einen Entwickler D zu erhalten. Der Toner L und der Entwickler D wurden sodann einem praktischen Kopiertest mit 50.000 Blättern Kopierpapier unter normalen Bedingungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 6 unterworfen.
- Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests zeigen, daß der Toner d eine größere Veränderung der Bildintensität in dem photographischen Modus und etwas mehr Tonerflug zeigt, der am Boden des Entwicklungstanks angesammelt war, als der Toner c. Außerdem zeigt der Toner d eine leicht schlechtere Transferwirksarnkeit als der Toner c. Der Toner d läßt etwas zu wünschen übrig bei der Haltbarkeit und der Kopierbildqualitätsstabilität beim Kopieren. Die Ergebnisse des praktischen Kopiertests sind in Figur 6 gezeigt.
- Die Ladbarkeitsanstiegseigenschafien des Toners d zeigen eine Tendenz, von einem bestimmten Punkt abzufallen und sind somit schlechter als die des Toners c.
- Gemessen an dem schwarzen Teil, auf dem ein Bild gebildet wurde, mittels eines Macbeth- Reflektionsdensitometers.
- Der Fleck auf dem weißen Hintergrund, auf dem kein Bild gebildet wurde, wird als Hunter- Weiße (Wb) vor und nach dem praktischen Kopiertest mittels eines Farbdifferenz-Meßgeräts, erhältlich von NIPPONDENSO CO., LTD., gemessen. Die Verschleierung wird durch den Unterschied von Wb vor und nach dem Test bestimmt.
- Der Entwickler wird in Proben eingeteilt und mittels eines Ablaßladungs-Meßgeräts (blow-off charge meter), erhältlich von Toshiba Chemical Co., Ltd., gemessen.
- Der Entwickler wird in Proben eingeteilt. Der Toner wird von der Probe entfernt. Die Tonerkonzentration wird gravimetrisch bestimmt.
- Das Gewicht des Toners in der Nachfüllvorrichtung, in der der Tonemachtüller beladen wird, wird gemessen. Der Tonerverbrauch wird durch die Anderung des Gewichts bestimmt.
- Der Toner auf dem Photorezeptor wird durch einen Blattreiniger (blade deaner) in eine Toner-Wiederautbereitungseinheit eingefangen. Das Gewicht der Toner-Wiederaufbereitungseinheit wird gemessen. Die Toner-Wiederaufbereitung wird durch die Gewichtsänderung bestimmt. Die Toner-Transferwirksamkeit wird mit der nachstehenden Gleichung bestimmt:
- Transferwirksamkeit (%) = (Tonerverbrauch - Toner-Wiederaufbereitung) / Tonerverbrauch x 100
- 4 Teile des Toners und 96 Teile eines Ferrit-Trägers (F-100, erhältlich von Powdertech, Co.) werden unter Rühren unter normalen Bedingungen gemischt. Die Tonerladung wird mittels eines Ablaßladungs-Meßgeräts der Toshiba Chemical Co., Ltd. gemessen. Normale Bedingungen: 23 - 25ºC, 50 - 55% RH
- Die Verwendung des elektrostatischen bildentwickelnden Toners der vorliegenden Erfindung liefert bemerkenswerte Verbesserungen bei der Arbeitsatmosphäre während der Tonerherstellung und verursacht keine Verschlechterung der Dispergierbarkeit des Rußes in dem Toner.
- Außerdem liefert der das elektrostatische Bild entwickelnde Toner der vorliegenden Erfindung eine geringe Anderung in der Kopierbilddichte, keinen Anstieg der Verschleierung und geringen Tonerflug während des fortgesetzten Kopierens, unabhängig von den Arbeitsbedingungen. Somit liefert der Toner der vorliegenden Erfindung einen großen industriellen Vorteil.
- Während die Erfindung detailliert und unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird es dem Fachmann offensichtlich sein, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.
Claims (10)
1. Ein Toner zum Entwickeln von elektrostatischen Bildern, umfassend mindestens ein
Binderharz, das darin eingemischt granulierten Ruß mit einer Kornhärte von 2 g oder weniger
und einer Ultraviolett-Extinktion im Bereich von 0,05 oder weniger hat.
2. Toner nach Anspruch 1, wobei der granulierte Ruß locker in dem Binderharz
dispergiert ist.
3. Toner nach Anspruch 1 oder 2, wobei die grobe Packungsschüttdichte des granulierten
Rußes im Bereich von 0,1 bis 0,5 g/cc ist.
4. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der granulierte Ruß durch ein
Kompressionsgranulationsverfahren hergestellt ist.
5. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kornhärte des granulierten Rußes
im Bereich von 0,1 bis 1 g ist.
6. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Binderharz ein Harz vom
Styroltyp ist.
7. Toner nach einem der Ansprüche von 1 bis 6 mit einer Glasübergangstemperatur von
50ºC oder höher.
8. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Fließerweichungstemperatur von
80ºC bis 150ºC.
9. Ein Verfahren zur Herstellung eines Toners zum Entwickeln elektrostatischer Bilder
nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das das Mischen mindestens eines Binderharzes und eines
granulierten Rußes mit einer Kornhärte von 2 g oder weniger und einer Ultraviolett-
Extinktion im Bereich von 0,05 oder weniger und sodann Kneten des Gemisches umfaßt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der granulierte Ruß durch Entgasen pulvrigen
Rußes und sodann Kompressions-Granulieren des Materials erhalten wird.
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