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Hintergrund
der Erfindung
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Technisches Gebiet: Diese Erfindung
bezieht sich allgemein auf Photoleiter für die Elektrophotographie.
Die Erfindung besteht in einem organischen Positivladungs-Photoleitermaterial
mit einer guten Geschwindigkeit und Stabilität sowie einem verbesserten
Anhaften für
Mehrschichtphotoleiter für
die Trocken- und Flüssig-Toner-Elektrophotographie.
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Verwandte Technik: Bei der Elektrophotographie
wird ein latentes Bild auf der Oberfläche eines photoleitenden Materials
erzeugt, indem Bereiche der geladenen Oberfläche selektiv mit Licht belichtet
werden. Zwischen den mit Licht belichteten Bereichen auf der Oberfläche und
den nichtbelichteten Bereichen wird ein Unterschied der elektrostatischen
Ladungsdichte erzeugt. Das sichtbare Bild wird durch elektrostatische
Toner, die Pigmentkomponenten und thermoplastische Komponenten enthalten,
entwickelt. Die Toner werden selektiv zu der Photoleiteroberfläche angezogen,
die entweder mit Licht belichtet oder nicht belichtet wurden, abhängig von
den relativen elektrostatischen Ladungen auf der Photoleiteroberfläche, der
Entwicklungselektrode und dem Toner. Der Photoleiter kann entweder
positiv oder negativ geladen sein, wobei das Tonersystem in gleicher
Weise negativ oder positiv geladene Partikel enthalten kann. Bei
Laserdruckern besteht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darin, daß der Photoleiter
und der Toner die gleiche Polarität aufweisen, jedoch unterschiedliche
Ladungspegel.
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Einem Blatt Papier oder einem Zwischenübertragungsmedium
wird dann eine elektrostatische Ladung gegeben, die entgegengesetzt
zu der des Toners ist, und dasselbe wird nahe an der Photoleiteroberfläche vorbei
geleitet, wobei der Toner von der Photoleiteroberfläche auf
das Papier oder das Zwischenmedium gezogen wird, noch in dem Muster
des Bilds, das von der Photoleiteroberfläche entwickelt wird. Ein Satz
von Fixierungsrollen fixiert den Toner an dem Papier, im Anschluß an die
direkte Übertragung
oder die indirekte Übertragung, wenn
ein Zwischenübertragungsmedium
verwendet ist, was das gedruckte Bild erzeugt.
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Die wichtige Photoleiteroberfläche war
daher der Gegenstand ausführlicher
Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Elektrophotographie.
Eine große
Anzahl von Photoleitermaterialien wurde als geeignet für die elektrophotographischen
Photoleiteroberfläche
offenbart. Beispielsweise sind inorganische Verbindungen, beispielsweise
amorphes Silizium (Si), Arsenselenit (As2Se3), Cadmiumsulfid (CdS), Selen (Se), Titandioxid
(TiO2) und Zinkoxid (ZnO) als Photoleiter
wirksam. Jedoch erfüllen
diese inorganischen Materialien moderne Anforderungen auf dem Gebiet
der Elektrophotographie hinsichtlich geringer Herstellungskosten, dem
schnellen Ansprechen auf eine Laserdiode oder eine andere lichtemittierende
Diode (LED) und der Sicherheit bezüglich einer Ungiftigkeit nicht.
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Daher wurden jüngere Fortschritte auf dem
Gebiet der Elektrophotographie bezüglich der Photoleiteroberfläche mit
organischen Materialien, beispielsweise organischen Photoleitern
(OPCs) gemacht. Typischerweise sind die OPCs auf dem gegenwärtigen Markt
von dem Negativladungstyp mit einer dünnen Ladungserzeugungs-Materialschicht,
die üblicherweise
weniger als etwa 1 Mikron (μm)
dick ist, unterhalb einer dickeren Ladungstransport-Materialschicht,
die auf die Oberseite der Ladungserzeugungsschicht aufgebracht ist.
Die Negativladungs- OPCs
arbeiten für
xerographische Kopierer und Drucker bei den folgenden Anwendungen
gut:
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- a. Low-End- (4–10 Kopien pro Minute) und
High-End- (mehr als 50 Kopien pro Minute) -Xerographiesysteme unter
Verwendung von Trockenpulverentwicklern von einer oder zwei Farben,
oder unter Verwendung von Flüssigentwicklern
ausschließlich
für Schwarz/Weiß-Kopien;
und
- b. Farbandruck-Lithographieplattendruck- und Masterxerographie-Drucksysteme
hoher Bildqualität
(über 1800
DPI) mit Lebenserwartungen von weniger als 100 Zyklen.
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Jedoch weisen bekannte Negativladungs-OPCs
auch mehrere Nachteile auf, nämlich:
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- 1. Bei dem negativen Coronaladungsprozeß werden
große
Mengen von Ozon erzeugt, was Umweltbedenken bewirkt. Diesem Problem
wurde begegnet, indem Ozonabsorbiereinrichtungen, wie aktivierte
Kohlenstoffilter, eingebaut wurden, und indem Kontaktnegativladung
anstelle einer Coronaladung verwendet wurde. Diese Ozonabhilfelösungsansätze weisen
jedoch an sich Nachteile auf und sind keine attraktiven kommerziellen
Lösungen.
- 2. Das Negativ-Corona-Laden hat allgemein eine geringere Ladungsstrukturgleichmäßigkeit
verglichen mit einem Positiv-Corona-Laden zur Folge. Eine geringere
Ladungsstrukturgleichmäßigkeit
hat wiederum ein größeres Rauschen
und eine geringere Auflösung
des fertigen Bilds zur Folge.
- 3. Bei Verfahren mit Tonern, die kleine Partikel aufweisen,
einschließlich
Trockenpulver- und Flüssigtoner-Verfahren
waren die Designer in der Lage, bei positiv geladenen Tonern eine
größere Ladungsstabilität zu entwickeln
als bei negativ geladenen Tonern. Daher sind Positivladungs-OPCs ((+)OPCs) für ein entwickeltes
Entladungsbereich-Bild,
wie bei Laserdruckern, bevorzugt.
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Es war bekannt, daß spezifische
Morphologien von Phthalocyanin-Pigmentpulver eine exzellente Photoleitfähigkeit
zeigen. Diese Phtalocyanin-Pigmente wurden als ein Gemisch in Polymerbindemittel-Matrizen bei
elektrophotographischen Photoleitern, die auf ein leitfähiges Substrat
aufgebracht sind, verwendet. Bei diesen Phthalocyanin/Bindemittel-Photoleitern
treten die Photo-Erzeugung der Ladung und der Ladungstransport in
den Partikeln des Phthalocyanin-Pigments auf, während das Bindemittel inert
ist. Daher kann der Photoleiter aus einer einzelnen Schicht aus
Phthalocyanin/Bindemittel bestehen. Es ist bekannt, daß diese
Einschicht-Photoleiter aufgrund der Löcher-Beweglichkeit (der positiven
Ladung) des Phthalocyanin-Pigments sehr gute positiv leitende OPCs
sind.
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Bei diesen Einschicht-Photoleitern
existiert dann weder ein Bedarf danach, Ladungstransportmoleküle hinzuzufügen, noch
eine getrennte Ladungstransportschicht zu besitzen. Der Phthalocyanin-Pigmentgehalt kann
in dem Bereich von etwa 10 bis 30 Gewichtsprozent liegen, hoch genug,
um sowohl Ladungserzeugungs- als auch Ladungstransport-Funktionen
durchzuführen,
wobei der Bindemittelgehalt in dem Bereich von etwa 90 bis 70 Gewichtsprozent
liegt. Die einzelne Photoleiterschicht ist üblicherweise mehr als etwa
3 μm dick,
um die erforderliche Ladungsakzeptanz und den resultierenden Bildkontrast
zu erreichen.
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Eine Ladungsübertragungsschicht für einen
Photoleiter, der durch das Auflösen
eines Positivladungs-Übertragungsmaterials
in einem aushärtbaren
Harz gebildet ist, ist in der Zusammenfassung der JP-01 065 554
(Fujitsu) offenbart. Das aushärtba re
Harz ist ein Polymer, das funktionelle Polyvinylbutyral-Gruppen (PVB-Gruppen)
in seiner Hauptkette und/oder in seinen Seitenketten aufweisen kann.
Das Harz kann ferner funktionelle Polyester-, Polyamid-, Melamin-,
Silikon-, Epoxid- oder Urethan-Gruppen in seiner Haupt- und/oder
seinen Seiten-Ketten
aufweisen.
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Die EP-A-0 441 276 (Konica) offenbart
eine Photoleiterschicht, die ein Silikon-modifiziertes Butyralharz
enthält.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, einen organischen, elektrophotographischen Positivladungs-Photoleiter
zu schaffen, der stabile elektrische Eigenschaften zeigt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Photoleiter
gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft
einen (+)OPC, der stabile elektrische Eigenschaften, einschließlich der
Ladungsakzeptanz, dem Dunkelabfall und der Photoentladung in einem
Vielzyklus-Elektrophotographieverfahren hoher Schärfe zeigt.
Moderne digitale Bilderzeugungssysteme, bei denen der Schreibkopf
ein LED-Array oder eine Laserdiode ist, weisen sehr hohe Lichtintensitäten (etwa
100 ergs/cm2) über sehr kurze Belichtungszeitdauern
(weniger als 50 Nanosekunden) auf, was für den OPC verglichen mit optischen
Eingangskopierern mit Lichtintensitäten zwischen etwa 10 bis 30
ergs/cm2 und Belichtungszeiten zwischen etwa mehreren 100 Mikrosekunden
bis Millisekunden harte Bedingungen zur Folge hat.
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Ungünstigerweise existiert auf
dem heutigen Markt kein Produkt, das derart stabile elektrische
Eigenschaften liefert. Der Grund dafür ist, daß der (+)OPC eine Instabilität zeigt,
wenn derselbe häufig
der Corona-Beladungsvorrichtung und der intensiven Lichtquelle bei
dem elektrophotographischen Verfahren ausgesetzt ist. Ich habe entdeckt,
daß diese
Instabilität
bei den Zuständen
der starken Absorption, der hohen Lichtintensität und der kurzen Belichtungszeit,
welche für
das Laserdruckverfahren erforderlich sind, ausgeprägter ist.
Die Instabilität
der Photoleiters zeigt sich in der signifikanten Zunahme der Dunkelabfallcharakteristik
desselben nach einer relativ kleinen Anzahl von Wiederholzyklen
des Laserdruckens. Ferner zeigt sich die Instabilität in der
Abnahme des Oberflächenpotentials
nach Wiederholungszyklen. Diese Instabilitäten bewirken nachteilige Veränderungen
des Bildkontrasts und verstärken
das Problem der Zuverlässigkeit
der Bildqualität.
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Vorzugsweise kann ein gewünschtes
elektrophotographisches Verhalten als eine hohe Ladungsakzeptanz
von etwa 60 bis 100 V/μm,
einem geringen Dunkelabfall von weniger 5 V/Sek. und einer Entladung von
zumindest 90% der Oberflächenladung
mit dem Laserdiodenstrahl einer Frequenz von 780 nm oder 830 nm
definiert werden, durch das optische System, das eine Strahlabtastvorrichtung
und Fokuslinsen, die für
jeden Strahl bei 0,05 Mikrosekunden synchronisiert sind, aufweist.
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Wenn herkömmliche Bindemittel für das Phthalocyanin-Pigment
verwendet werden, beispielsweise Acrylharze, Phenoxy-Harze, Vinylpolymere
einschließlich
Polyvinylacetat und Polyvinylbutyral, Polystyrene, Polyester, Polyamide,
Polyimide, Polykarbonate, Methylmethacrylate, Polysulfone, Polyarylate,
Diallylphthalat-Harze, Polyethylene und halogenhaltige Polymere
einschließlich
Polyvinylchlorid, Polyfluorkohlenstoff usw., können eine akzeptable Ladungsakzeptanz
und Photoentladung erhalten werden. Unter diesen Polymeren, die
ein gutes Verhalten bezüglich
der Ladungsakzeptanz und der Photoentladung zur Folge haben, zeigt jedoch
keines die gewünschte
Stabili tät
unter den harten LED-Array- oder Laserdioden-Belichtungsbedingungen, die oben beschrieben
sind.
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Die herkömmlichen OPCs werden gegenwärtig mit
thermoplastischen Bindemitteln hergestellt, die einen schlechten
Abnutzungswiderstand zeigen, speziell bei schnellen Anwendungen
mit vielen Zyklen unter Verwendung von Zweikomponentenentwicklern,
die einen magnetischen Träger
und einen Toner umfassen, und bei Anwendungen, die harte Reinigungsklingen-Materialien,
wie z. B. Polyurethan, verwenden. Allgemein zeigt ein OPC mit einer
mechanisch abgenutzten Oberfläche
verschlechterte elektrophotographische Eigenschaften, beispielsweise
eine geringe Ladungsakzeptanz, eine hohe Dunkelabfallrate, eine
geringe Geschwindigkeit und einen geringen Kontrast.
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Ein Vorteil dieser Erfindung besteht
darin, einen OPC mit einer überlegenen
Haltbarkeit hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, des Lösungsmittelwiderstands
und der thermischen Stabilität
zu liefern. Der OPC muß mechanisch
stark sein, um einen Abnutzungswiderstand bei Anwendung mit vielen
Zyklen sicherzustellen. Derselbe muß lösungsmittelresistent sein,
um zu verhindern, daß derselbe
bei Flüssigtoneranwendungen verändert wird
oder verloren geht. Derselbe muß thermisch
stabil sein, um ein vorhersagbares und wiederholbares Verhalten
bei und nach unterschiedlichen Betriebstemperaturen sicherzustellen,
speziell den erhöhten Temperaturen,
typischerweise etwa 70°C,
für neuere
Laserdrucker.
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Überdies
zeigen die herkömmlichen
thermoplastischen Bindemittel eine höhere Löslichkeit in den Lösungsmitteln,
die bei Flüssigtoneranwendungen
verwendet werden. Beispielsweise tendiert der flüssige Träger bei der nassen Umgebung,
die erforderlich ist, um eine sehr hohe Auflösung über 1.200 DPI zu erreichen,
die High-End-Anwendungen zugeordnet ist, dazu, das Bindemittel des
OPCs teilweise aufzulösen,
was eine verminderte Auflösung
bewirkt. Ferner hat bei wässrigen
Färbungsanwendungen
Wasser eine nachteilige Wirkung auf die Leitfähigkeit des OPCs, der mit diesen
herkömmlichen
Bindemitteln hergestellt ist, wobei dieser Effekt bei höheren Temperaturen
verschlimmert ist.
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Ferner zeigen die herkömmlichen
thermoplastischen Bindemittel eine hohe thermische Verschlechterung
der elektrischen Eigenschaften, die für die Elektrophotographie wichtig
sind, was in einer verringerten Ladungsakzeptanz, einer erhöhten Dunkelabfallrate
und einem reduzierten Kontrastpotential widergespiegelt wird.
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Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung
besteht darin, ein vernetztes Bindemittel für einen OPC zu schaffen, ohne
die Notwendigkeit, neben dem Bindemittelmaterial ferner ein Vernetzermittel-Material
oder ein vernetzbares Copolymermaterial oder einen vernetzenden
Katalysator vorzusehen, die die Lebensdauer des OPCs beeinflussen
können.
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Um diese mechanischen, chemischen
und thermischen Dauerhaftigkeitsanforderungen für den OPC zu erfüllen, muß ein einzigartiges,
vernetzbares Polymerbindemittelmaterial erreicht werden.
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Allgemein waren vernetzende Polymere,
wie z. B. Epoxid, Phenolharz, Polyurethan usw., bekannt. Für verstärkte Faserkunststoffe
bei der Elektronik-Verpackungsindustrie wurde beispielsweise eine
signifikante Verbesserung der Glasübergangstemperatur (Tg) durch eine Vernetzung mit Wärme, Strahlung
(e-Strahl, UV, Röntgenstrahl,
usw.) und/oder Flüssigkeit
erhalten. Jedoch können
für =-Anwendungen
die allgemeinen Vernetzungsgrundsätze nicht frei praktiziert
werden, da Photoleiterkomponenten, beispielsweise die Ladungserzeu gungsmoleküle (Farbstoff,
Pigment, usw.) und die Ladungstransportmoleküle bezüglich der Wärme, der Hochenergiestrahlung
und der Feuchtigkeit, die bei den herkömmlichen Vernetzungsverfahren
verwendet werden, anfällig
sind. Daher ist es möglich,
daß diese
Moleküle
nach der Vernetzung in dem vernetzten Produkt nicht in der Form
existieren, in der dieselben als Ladungserzeugungs- oder Ladungstransport-Moleküle wirksam
sind. Dies ist der Grund dafür,
warum frühere
Versuche mit vernetzenden Photoleiter-Bindemitteln nicht erfolgreich
waren, ob für
Löchertransportmoleküle, beispielsweise
Hydrozone, Arylamine, Pyrazoline oder Triphenylmethane, oder für Elektronentransportmoleküle, beispielsweise
Diphenylsulfone, Fluorenone, Quinone, oder ob der Photoleiter in
einer einzelnen oder einer Mehrzahl von Schichten vorliegt. Alle
diese Versuche zeigen eine schlechte Kompatibilität der Transportmoleküle in den
vernetzten Bindemitteln, was unerwünschte Photoentladungscharakteristika
zur Folge hat.
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Ein noch weiterer Vorteil dieser
Erfindung besteht darin, ein vernetztes Bindemittel für einen
OPC mit einer verbesserten Haftung an anderen Polymerschichten zu
schaffen. Auf diese Weise können
mehrschichtige OPCs hergestellt werden, die sich nicht zu einfach
trennen und an der Grenzfläche
zwischen den Schichten voneinander lösen.
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Unter den herkömmlichen thermoplastischen
Bindemitteln wurde Polyvinylbutyral (PVB) als das beste Bindemittel
für eine
gute Dispersion und eine gute Filmbildung für viele Klassen von photoleitenden
Pigmenten bei den Anwendungen der Photoleitertechnologie beobachtet.
Noch zeigt die Verwendung des thermoplastischen PVB für ein Phthalocyanin-Pigment
in dem Einschicht-(+)OPC kein überlegenes
Verhalten verglichen mit den anderen herkömmlichen thermoplastischen
Bindemitteln für
das Photoansprechen auf die 780 nm-Laserdiode, die elektrische Stabilität und die
Umgebungsstabilität
bezüglich
Wärme und
flüssigen
Tonern. Ferner zeigt die Verwendung des thermoplastischen PVB als
Bindemittel für
die Ladungserzeugungsschicht in dem Zweischichtphotoleiter allgemein
ein schlechtes Anhaften aufgrund der Cohäsionsausfallwirkung, die der
Inkompatibilität
zwischen dem Bindemittel der Ladungserzeugungsschicht (CGL) und
dem Bindemittel der Ladungstransportschicht (CTL), üblicherweise
Phenylpolymere, wie z. B. Polycarbonat, Polyester, Polyimid, Polystyren
usw., zugeordnet ist.
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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein Vorbereitungsverfahren für
derartige Arten von infrarotempfindlichen Photoleitern unter Verwendung
eines vernetzbaren Bindemittels für Anwendungen mit langer Lebensdauer.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die Erfindung ist ein OPC, der ein
zumindest 30% selbstvernetztes Polyvinylbutyral-Bindemittel (PVB-Bindemittel)
für OPCs
aufweist. Die nicht-vernetzte Form des Bindemittels ist von der
Monsanto Co. in den USA als ButvarTM und
von der Sakisui Chemical Co. in Japan als SlekTM erhältlich.
Ich habe herausgefunden, daß das
PVB selbst-vernetzt werden kann, indem dasselbe exakt einer thermischen
Aushärtung
bei zwischen etwa 175° und
300°C für etwa zwei
Stunden ausgesetzt wird. Ich nehme an, daß andere Arten der Vernetzung,
beispielsweise durch eine e-Strahl-, eine UV- oder eine Röntgenstrahl-Bestrahlung, gleichartige
Ergebnisse wie diejenigen, die ich mit Wärme erhalten habe, ergeben.
Kein Vernetzungsmittel, weder ein vernetzbares Copolymer noch ein
Katalysator, ist erforderlich, um die Vernetzung zu erreichen.
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Nach der Selbstvernetzung weist das
PVB eine gute mechanische Dauerhaftigkeit und gute Antilösungsmittelcharakteristika auf.
Zusätzlich
erhöht
sich die Glasübergangstemperatur
(Tg) der selbst-vernetzten PVBs von etwa
65°C auf
etwa 170°C.
Wenn herkömmliche
Photoleiterpigmente in dem selbstvernetzten PVB dispergiert werden,
werden dieselben gut dispergiert, wobei der resultierende OPC eine
gute Ladungsakzeptanz, einen geringen Dunkelabfall und im allgemeinen
gute Photoentladungscharakteristika aufweist.
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Speziell bei Verwendungen zu dem
Einschicht-(+)OPC hin, unter Verwendung eines x-Metall-freien Phthalocyanin-Pigments
(x-H2Pc-Pigment)
wird beobachtet, daß eine
signifikante Verbesserung des Photoansprechens bei einer Belichtung
mit dem 780 nm-Laser existiert, wenn das Element durch ein thermisches
Aushärtverfahren
zwischen 175°C
und 300°C
der Selbst-vernetzungsbedingung
des Bindemittels unterworfen wird. In diesem Fall hat sich bestätigt, daß das x-H2Pc-PVB-System keine Änderung der Morphologie des
Pigments zeigte. Das erhöhte
Photoansprechen in dem vernetzten x-H2Pc-PVB
ist nicht vollständig
geklärt.
Doch wird angenommen, daß sich
dasselbe auf die Reduzierung der stark reaktiven Hydroxy-Gruppen
(-OH) nach dem Vernetzungsverfahren in dem PVB beziehen könnte. Allgemein
gesprochen hängt
der photophysikalische Prozeß in
dem metallfreien Phthalocyanin-Pigment stark von dem Verhalten des
freien Paars des N-Atoms ab. Die Wechselwirkung (beispielweise die
Faserstoffbindung) zwischen der freien -OH-Gruppe des thermoplastischen PVBs und
diesen N-Atomen kann die Erzeugung freier Träger während des Photo-Anregungsverfahrens
oder des thermischen Anregungsverfahrens beschränken. Ich habe ferner entdeckt,
daß die
Steuerung des -OH-Gehalts in dem Element, beispielsweise durch Ändern der
Back-Bedingungen (der Backtemperatur und der Backzeit) in der Lage
ist, den Ausgleich zwischen dem Photoansprechen und dem Dunkelabfall
zu steuern, d. h. das höchste
Photoansprechen mit dem geringsten Dunkelabfall zu erreichen.
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Das erhöhte Photoansprechen in dem
Einschicht-(+)OPC unter Verwendung des x-HP2c/selbst-vernetzten
PVBs wird auch in der (-)-Dualschicht-OPC-Struktur unter Verwendung
einer selbstvernetzten Ladungserzeugungsschicht (CGL) beobachtet.
Diese Schicht zeigt ferner eine signifikante Verbesserung der Elementstabilität bei Wiederholungszyklen
und Umgebungsänderungen
der Wärme
und der Feuchtigkeit.
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Ferner zeigten die OPCs mit dem selbst-vernetzten
PVB eine verbesserte Haftung, so daß mehrschichtige OPCs, die
gemäß dieser
Erfindung hergestellt sind, eine verbesserte Zwischenschichtbindung
und längere
wirtschaftliche Lebensdauern aufweisen werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die 1 – 4 sind schematische Querschnittansichten
mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung, wobei:
1 – leitfähiges Substrat
2 – Photoleiterschicht
2A – Ladungserzeugungsschicht
2B – Ladungstransportschicht
3 – Ladungsblockierschicht
4 – Ladungsinjektions-Barrierenschicht
5 – Freisetzschicht.
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Die 5 + 6 zeigen das Ft-IR-Spektrum von zwei unterschiedlichen
Arten von Polyvinylbutyral, ButvarTM B-76 und B-98 (Monsanto Chemical),
gebacken bei unterschiedlichen Temperaturen.
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Beste Art zum Durchführen der
Erfindung
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In den Figuren sind mehrere schematische
Querschnittansichten mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Ein OPC ist mit einem leitfähigen Substrat 1 und
einer Photoleiterschicht 2 versehen. Der Photoleiter 2 kann
eine getrennte Ladungserzeugungsschicht 2A und eine getrennte
Ladungstransportschicht 2B aufweisen. Eine optionale Ladungsblockierschicht 3 kann
zwischen dem Substrat 1 und dem Photoleiter 2 plaziert
sein. Ferner können
eine optionale Ladungsinjektions-Barrierenschicht 4 und
eine Freisetzschicht 5 der Reihe nach über der Photoleiterschicht 2 plaziert
sein. Ferner können
weitere Schichten, die üblicherweise
in OPCs verwendet werden, verwendet sein, beispielsweise Anti-Einrollschichten, Überzugschichten
und dergleichen.
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Das leitfähige Substrat kann lichtundurchlässig oder
im wesentlichen transparent sein und kann zahlreiche geeignete Materialien,
die die erforderlichen mechanischen Eigenschaften besitzen, aufweisen.
Das Substrat kann ferner homogen oder selbst geschichtet sein, und
in dem letztgenannten Fall mit einer elektrisch leitfähigen Oberfläche versehen
sein. Folglich kann das Substrat eine Schicht eines elektrisch nicht-leitfähigen Materials
und eine Schicht eines leitfähigen
Materials aufweisen, einschließlich
inorganischer oder organischer Zusammensetzungen. Als elektrisch
nicht-leitende Materialien können
verschiedene Harze verwendet werden, die zu diesem Zweck bekannt
sind, einschließlich
Polyester, Polycarbonate, Polyamide, Polyimide, Polyurethane und
dergleichen. Das elektrisch isolierende oder leitfähige Substrat
kann starr oder flexibel sein und kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher
Konfigurationen aufweisen, beispielsweise die Form eines Zylinders,
eines Blatts, einer Rolle, eines endlosen flexiblen Riemens, und
dergleichen. Der elektrisch leitfähige Teil des Substrats kann
eine elektrisch leitfähige
Metallschicht sein, die beispielsweise durch jede geeignete Beschichtungstechnik,
wie z. B. eine Dampfabscheidungstechnik, auf dem isolierenden Teil
des Substrats gebildet sein kann. Die leitfähige Schicht kann auch ein
homogenes Metall sein. Typische Metalle umfassen Aluminium, Kupfer,
Gold, Zirkonium, Niobium, Tantal, Vanadium, Hafnium, Titan, Nickel,
rostfreien Stahl, Chrom, Wolfram, Molybdän, und dergleichen, sowie Gemische
und Legierungen derselben.
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Der Photoleiter 2 kann aus
einer oder zwei Schichten bestehen. Wenn derselbe aus einer Schicht
besteht, führt
die einzelne Schicht sowohl die Ladungserzeugungs- als auch die
Ladungstransport-Funktion durch. Wenn derselbe aus zwei Schichten
besteht, führt
eine Schicht die Ladungserzeugungsfunktion durch, während die
andere Schicht die Ladungstransportfunktion durchführt.
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Jede geeignete Ladungserzeugungsschicht
(Photoerzeugungsschicht) 2A kann auf das Substrat 1 oder
die Blockierschicht 3 aufgebracht sein. Beispiele von Materialien
für Photoerzeugungsschichten
umfassen inorganische photoleitfähige
Partikel, beispielsweise amorphes Selen, trigonales Selen und Selenlegierungen,
die aus der Gruppe ausgewählt
sind, die aus Selen-Tellur, Selen-Tellur-Arsen und Selenarsenid,
sowie ein Phthalocyanin-Pigment, beispielsweise die X-Form des metallfreien
Phthalocyanin, das in dem US Patent 3,357,989 beschrieben ist; Metall-Phthalocyanine,
beispielsweise Vanadyl-Phthalocyanin,
Kupfer-Phthalocyanin, Titanyl-Phthalocyanin, Aluminium-Phthalocyanin,
Haloindium-Phthalocyanin, Magnesium-Phthalocyanin, Zink-Phthalocyanin und
Yttrium-Phthalocyanin; Squarylium; Quinacridone, beispielsweise
diejenigen, die von duPont unter dem Handelsnamen Monastral Red,
Monastral Violet und Monastral Red Y erhältlich sind; Dibromoanthanthron-Pigmente, beispielsweise
diejenigen, die unter dem Handelsnamen Hostaperm Orange, Vat Orange
1 und Vat Orange 3 erhältlich
sind; Benzimidazol-Perylen; substituierte 2,4-Diamino-Triazine, die in dem
US Patent 3,442,781 offenbart sind; po lynukleare aromatische Quinone,
beispielsweise diejenigen, die von der Allied Chemical Corporation
unter den Handelsnamen Indofast Double Scarlet, Indofast Violet
Lake B, Indofast Brilliant Scarlet und Indofast Orange erhältlich sind;
Benzofuranone; Thiopyrrollopyrol; und dergleichen besteht, dispergiert
in einem einen Film bildenden Polymerbindemittel. Mehr-Photoerzeugungs-Schichtzusammensetzungen
können
verwendet werden, wenn eine photoleitfähige Schicht die Eigenschaften
der Photoerzeugungsschicht verbessert oder reduziert. Beispiele
dieses Konfigurationstyps sind in dem US Patent 4,415,639 beschrieben.
Andere geeignete Photoerzeugungsmaterialien, die in der Technik
bekannt sind, können
wunschgemäß ebenfalls
verwendet werden.
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Die Photoerzeugungs-Zusammensetzung
oder das Pigment können
in verschiedenen Mengen in der harzigen Bindemittelzusammensetzung
vorliegen. Vorzugweise liegt das Photoerzeugungsmaterial in dem
Bereich von etwa 8 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent relativ
zu der Bindemittelkomponente vor.
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Die Dicke der Photoerzeugungsschicht 2A liegt
allgemein in einem Bereich von etwa 0,1 μm bis etwa 5,0 μm, vorzugsweise
etwa 0,3 μm
bis etwa 3 μm.
Die Dicke der Photoerzeugungsschicht 2A ist auf den Bindemittelgehalt
bezogen. Zusammensetzungen mit höherem
Bindemittelgehalt erfordern allgemein dickere Schichten für die Photoerzeugung.
Dicken außerhalb
dieser Bereiche können
ausgewählt
werden, vorausgesetzt die Ziele der vorliegenden Erfindung werden
erreicht.
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Jede geeignete und herkömmliche
Technik kann verwendet werden, um das Beschichtungsgemisch der Photoerzeugungsschicht 2A zu
mischen und nachfolgend auf das vorher getrocknete Substrat 1 oder
die Blockierschicht 3 aufzubringen. Typische Aufbringtechniken
umfassen ein Sprühen,
eine Eintauchbeschichtung, eine Rollbeschichtung, eine Wickeldrahtstabbe schichtung
und dergleichen. Das Trocknen der aufgebrachten Beschichtung kann
durch jede geeignete herkömmliche
Technik bewirkt werden, beispielsweise eine Ofentrocknung, eine
Infrarotbestrahlungstrocknung, eine Lufttrocknung und dergleichen,
um im wesentlichen alle Lösungsmittel,
die bei dem Aufbringen der Beschichtung verwendet werden, zu beseitigen.
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Die Ladungstransportschicht 2B kann
jedes geeignete transparente organische Polymer- oder Nichtpolymer-Material
aufweisen, das in der Lage ist, die Injektion der photoerzeugten
Löcher
oder der Elektronen aus der Ladungserzeugungsschicht 2A zu
unterstützen
und den Transport dieser Löcher
oder Elektronen durch die organische Schicht zu ermöglichen,
um die Oberflächenladung
selektiv zu entladen. Die Ladungstransportschicht 2B dient
nicht nur dazu, Löcher
oder Elektronen zu transportieren, sondern schützt die photoleitfähige Schicht 2A ferner
vor einer Abreibung oder einem chemischen Angriff, und verlängert daher
die Betriebslebensdauer des OPC. Die Ladungstransportschicht 2B sollte,
wenn überhaupt,
eine vernachlässigbare
Entladung zeigen, wenn dieselbe einer Lichtwellenlänge ausgesetzt
ist, die in der Xerographie brauchbar ist, beispielsweise 400 nm
bis 900 nm. Die Ladungstransportschicht 2B ist in einer
Wellenlängenregion,
in der der Photoleiter verwendet werden soll, normalerweise transparent,
wenn eine Belichtung durch dieselbe bewirkt wird, um sicherzustellen,
daß der
Großteil
der einfallenden Strahlung durch die darunterliegende Ladungserzeugungsschicht 2A verwendet
wird. Bei der Verwendung mit einem transparenten Substrat kann eine bildweise
Belichtung oder Löschung
durch das Substrat erreicht werden, wobei das gesamte Licht durch
das Substrat gelangt. In diesem Fall muß das Ladungstransportmaterial 2B Licht
in der verwendeten Wellenlängenregion
nicht durchlassen. Die Ladungstransportschicht 2B in Verbindung
mit der Ladungserzeugungsschicht 2A ist ein Isolator in
dem Ausmaß,
daß eine
elektrostatische Ladung, die auf der Oberseite der Ladungstransportschicht 2B plaziert
wird, beim Fehlen der Beleuchtung nicht geleitet wird.
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Die Ladungstransportschicht 2B kann
Aktivierungsverbindungen oder Ladungstransportmoleküle aufweisen,
die in normalerweise elektrisch inaktiven Filmbildungs-Polymermaterialien
dispergiert sind, um diese Materialien elektrisch aktiv zu machen.
Diese Ladungstransportmoleküle
können
Polymermaterialien zugesetzt sein, die nicht in der Lage sind, die
Injektion von photoerzeugten Löchern
zu unterstützen,
und die nicht in der Lage sind, den Transport dieser Löcher zu
ermöglichen.
Eine speziell bevorzugte Transportschicht, die bei Mehrschichtphotoleitern
verwendet wird, weist etwa 25 bis etwa 75 Gewichtsprozent zumindest
eines Ladungstransportierenden aromatischen Amins und etwa 75 bis
etwa 25 Gewichtsprozent eines Polymer-Filmbildungsharzes, in dem
das aromatische Amin löslich
ist, auf.
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Für
herkömmliche
OPCs kann jedes geeignete inaktive Harzbindemittel, das in Methylenchlorid
oder anderen geeigneten Lösungsmitteln
löslich
ist, verwendet werden. Typische inaktive Harzbindemittel, die in Methylenchlorid
löslich
sind, umfassen Polykarbonatharz, Polyvinyl-Karbazol, Polyester,
Polyarylat, Polyacrylat, Polyether, Polysulfon und dergleichen.
Die Molekulargewichte können
von etwa 20.000 bis etwa 1,5 Millionen variieren. Andere Lösungsmittel,
die diese Bindemittel auflösen
können,
umfassen Tetrahydrofuran, Toluen, Trichlorethylen, 1,1,2-Trichlorethan,
1,1,1-Trichlorethan und dergleichen.
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Die Dicke der Ladungstransportschicht
kann allgemein in einem Bereich von etwa 10 μm bis etwa 50 μm und vorzugsweise
von etwa 20 μm
bis etwa 35 μm
liegen. Optimale Dicken können
in einem Bereich von etwa 23 μm
bis etwa 31 μm
liegen.
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Für
die OPCs dieser Erfindung muß das
Bindemittelharz der Ladungserzeugungsschicht 2B selbst-vernetztes
Polyvinylbutyral (PVB) sein. Die anderen Schichten können ebenfalls
selbstvernetztes PVB enthalten.
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PVB weist die folgende Formel auf:
wobei R = C
3H
7, wobei
L = zumindest 50 mol%,
m
= 0,5–15
mol%, und
n = 5–35
mol%.
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Die PVB-Vernetzung wird einfach bewirkt,
indem dasselbe auf zwischen 175° bis
300°C erwärmt wird. Die
Backzeit hängt
von der Dicke und dem Bindergehalt ab und kann von mehreren Minuten
zu mehreren Stunden variiert werden. Ich bin der Ansicht, daß andere
Arten der Vernetzung beispielsweise eine e-Strahl-, eine UV- oder eine Röntgenstrahl-Bestrahlung
ebenfalls Ergebnisse, die gleich denjenigen sind, die ich mir Wärme erhalten
habe, ergeben. Ich bin der Ansicht, daß die Vernetzungsreaktion aufgrund
der -OH-Gruppen und der -O-Gruppen
von unterschiedlichen Orten auf der gleichen PVB-Polymerkette, oder von unterschiedlichen
PVB-Ketten, die in Wechselwirkung treten, um Brückenbindungen zu bilden, stattfindet.
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Auf der Oberseite des elektrisch
leitfähigen
Substrats 1 kann die Blockierschicht 3 aufgebracht
sein. Elektronenblockierschichten 3 für positiv geladene OPCs ermöglichen,
daß sich
Löcher
von der Bilderzeugungsoberfläche
des Photorezeptors zu der leitfähigen
Schicht bewegen. Für
negativ geladene OPCs kann jede geeignete Lochblockierungsschicht,
die in der Lage ist, eine Barriere zu bilden, um eine Löcherinjektion von
der leitfähigen
Schicht in die gegenüberliegende
photoleitfähige
Schicht zu verhindern, verwendet werden. Die Dicke der Blockierschicht
kann in einem Bereich von etwa 2 nm (20 Å) bis etwa 400 nm (4000 Å) liegen, und
liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 15 nm (150 Å) bis etwa
200 nm (2000 Å).
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Die optionalen Überzugsschichten, die Ladungsinjektions-Barrierenschicht 4 und
die Freisetzschicht 5, können organische Polymere oder
inorganische Polymere aufweisen, die elektrisch isolierend oder
leicht halbleitend sind. Die Dicke dieser Überzugsschichten kann in einem
Bereich von etwa 2 μm
bis etwa 8 μm
und vorzugsweise von etwa 3 μm
bis etwa 6 μm
liegen. Ein optimaler Dickebereich beträgt etwa 3 μm bis etwa 5 μm.
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Vernetzungs-Testverfahren
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Das Ausmaß der Vernetzungsreaktion wurde
indirekt geprüft.
In meinen Tests wog ich zuerst eine OPC-Probe ab (M1)
und vermischte dann die Proben in einem Bad aus Dichlormethan-Lösungsmittel. Danach wurde die
Probe für
mehrere Stunden in dem Bad belassen, um sich abzusetzen, woraufhin
dieselbe nach dieser Zeit für
etwa 1 Stunde bei etwa 80°C
getrocknet wurde. Danach wog ich dieselbe wiederum ab (M2) und bestimmte den Unterschied (M1 – M2). Der Ausdruck (M1 – M2)/M1 beschreibt
die prozentuale Vernetzung, vorausgesetzt, der verlorene Pro benanteil
wurde in dem Lösungsmittel
aufgelöst
und nicht durch die Vernetzung geschützt.
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Einige Vernetzungs-Testergebnisse
sind in Tabelle 1 dargestellt.
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Aus Tabelle 1 ist offensichtlich,
daß die
Probe 2 nach der Aushärtung
bei 200°C
etwa 80% selbst-vernetzt war.
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OPC-Testprozedur
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- a) Laserantwort: Die gut geschliffene OPC-Probe
wurde um eine A1-Trommel mit einem Durchmesser von 180 mm gewickelt.
Die Trommel wurde mit einer Geschwindigkeit gedreht, die auf 3 Inch
pro Sekunde eingestellt war. Der OPC wurde zuerst durch eine Corona-Beladung
in der Startposition (0°)
aufgeladen und nachfolgend einem 780 nm-Laser ausgesetzt (2 mW-Ausgangsleistung
bei 20 Grad). Die elektrostatische Probe (Trek, Modell 362), die
an der Position von 30 Grad plaziert wurde, erfaßt das Oberflächenpotential des
OPC, das der Laserabtastung ausgesetzt (Ve) und derselben nicht
ausgesetzt (Vo) war. Der Vo-Wert (Volt) ist äquivalent zu der Ladungsakzeptanz
und der Wert Ve ist äquivalent
zu der Laserantwort.
- b) Lebensdauertest: Die OPC-Probe wurde einem wiederholten Zyklus
ausgesetzt: Beladen, Laserbelichtung, LED-Löschen unter den gleichen Bedingungen,
die oben genannt sind. Die Änderung
von Vo und Ve während
der Zyklen ergibt die Informationen über die OPC-Lebensdauer. Vo(1)
= Vo des ersten Zyklus, Vo(1000) = Vo bei dem tausendsten Zyklus.
- c) Thermischer Stabilitätstest:
Tests a und b wurden unter der Heizbedingung durchgeführt, indem
der Heizer in die A1-Trommel eingebaut wurde. Die eingestellte Temperatur
wird durch eine Thermokopplungs- und Temperatur-Steuerung gesteuert.
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Beispiele
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Beispiel 1: Studie der
Laserantwort- und der Dunkelabfall-Wirkung der Vernetzung.
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16 g von x-HP2c,
84 g Polyvinylbutyral (Aldrich Chemical), und 900 g Dichlormethan
wurden unter Verwendung von rostfreien Stahlkügelchen (4 mm) und einer Kugelmühle für 24 Stunden
miteinander gemahlen. Die Suspension wurde unter Verwendung einer
Rakel auf ein A1/Mylar-Substrat aufgebracht und bei Zimmertemperatur
für 4 Stunden
getrocknet. Die OPC-Probe wurde in mehrere Stücke aus identischem OPC geteilt. Diese
OPCs wurden bei unterschiedlichen Temperaturen und für unterschiedliche
Zeiten in dem Ofen gebacken. Die gebackenen OPC-Proben wurden dann
den Tests a, b und c, die oben beschrieben sind, unterzogen. Die
Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt.
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Aus diesen Ergebnissen ist offensichtlich,
daß die
stärker
vernetzten Proben eine bessere Laserantwort und einen geringeren
Dunkelabfall als die weniger vernetzten Proben liefern.
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Beispiel 2: Studie der
Wirkung der Vernetzung auf den Lebensdauertest.
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Einige der OPC-Proben, die in Beispiel
1 oben beschrieben sind, wurden einem Lebensdauertest von 1000 Zyklen
ausgesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
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Diese Tabelle zeigt, daß die vernetzten
Proben eine bessere elektrische Stabilität als die nicht-vernetzte Probe
zeigen.
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Beispiel 3: Studie der
Auswirkung der Backzeit bei hohen Backtemperaturen auf die Vernetzung.
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Eine Wiederholung der OPC-Bildungen,
die in Beispiel 1 beschrieben sind, mit der Ausnahme, daß die OPC-Proben
bei 225°C
und 250°C
mit unterschiedlichen Backzeiten gebacken wurden. Diese OPC-Proben wurden
mittels des Laserantworttests a) und des Lebensdauertests b) bei
Zimmertemperatur und bei 55°C durchgeführt. In
diesem Fall ist die elektrische Stabilität der Probe durch das Verhältnis
D
V (R.T.) = Vo(1000)/Vo(1), gemessen bei Zimmertemperatur (R.T.),
und
D
V (55) = Vo(1000)/Vo(1), gemessen bei 55°C durch Erwärmen der Probe,
definiert.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
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Tabelle
4: Wirkung der Backzeit
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Es sei bemerkt, daß entsprechend
diesen Ergebnissen eine Änderung
der Backzeit eine Änderung des
Hydroxy-Gehalts in der OPC-Probe zur Folge haben kann. Die Probe,
die für
zwei Stunden bei 80°C
gebacken wurde, zeigt eine schlechtere Laserantwort und eine schlechte
thermische Stabilität,
d. h. ei ne schlechte Lebensdauer. Die Proben, die für 10 Minuten
bis 30 Minuten bei 225°C,
250°C gebacken
wurden, zeigen die verbesserte Laserantwort, die verbesserte Lebensdauer
und die verbesserte thermische Stabilität. Es kann an der Tatsache
liegen, daß die
Proben teilweise vernetzt waren, speziell in der Oberfläche. Dies
bedeutet, daß es
möglich
ist, daß die
Oberfläche
verglichen mit dem Volumen des OPC weniger oder kein Hydroxy (-OH) enthält. Es ist
möglich,
daß die
Probe, die für
zwei Stunden bei 250°C
gebacken wurde, überhaupt
kein Hydroxy enthält.
Die Folge ist, daß diese
spezielle Backbedingung eine sehr gute Laserantwort, jedoch eine
schlechtere thermische Stabilität
und Lebensdauer aufgrund des Fehlens von Hydroxy in dem Volumen
des OPC zeigt.
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Beispiel 4: Vorbereitung
eines Zweischicht-OPCs mit einer vernetzten Ladungserzeugungsschicht.
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5 g x-HP2c,
5 g Polyvinylbutyral (PVB) und 190 g Dichlormethan wurden unter
Verwendung einer Kugelmühle
mit rostfreien Stahlkügelchen
für 48
Stunden zusammen gemahlen. Die Suspension wurde unter Verwendung
einer Rakel auf A1-Mylar beschichtet, um nach dem Trocknen für 20 Minuten
bei 80°C
eine Dicke von 0,5 μm
zu erreichen. Die OPC-Probe wurde in zwei identische OPC-Stücke geteilt.
Ein Stück
des OPC wurde zusätzlich
für 2 Stunden
bei 200°C
gebacken, um den Vernetzungseffekt sicherzustellen, der durch die Erfassung
der Unlöslichkeit
der Schicht überprüft wurde.
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Danach wurden 400 g p-Tolylamin und
600 g Polykarbonat (Makra-lonTM)
zusammen in 5.600 g Dichlormethan aufgelöst. Die resultierende Lösung wurde
mittels eines Tauchüberzugverfahrens
auf die Oberseite der Ladungserzeugungsfilme, die oben vorbereitet
wurden, beschichtet und für
20 Minuten bei 130°C
getrocknet, um Ladungstransportfilme von etwa 18 μm Dicke auf
der Oberseite des Ladungserzeugungsfilms zu bilden.
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Das Laser-Xerographie-Verhalten dieser
zwei Proben ist in Tabelle 5 dargestellt.
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Aus diesem Ergebnis ist erkennbar,
daß die
vernetzte CGL-Probe
eine verbesserte Stabilität
zeigt. Es sei bemerkt, daß die
Proben mittels einer Negativ-Corona-Ladungsvorrichtung geladen wurden.
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Beispiel 5: Haftungstest
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Die obigen Proben 1 und 2 wurden
ferner einem Zugtyp-Hafttest unterzogen. Bei diesem Test wurde ein
Stück eines
stark haftenden Bands an der oberen Oberfläche des Ladungstransportfilms
befestigt und vertikal nach oben gezogen, bis der Ladungstransportfilm
von dem Ladungserzeugungsfilm getrennt und einen Zentimeter weggezogen
wurde. Die Kraft, die erforderlich ist, um diese Trennung zu bewirken,
wurde gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 6 dargestellt sind. Tabelle
6
| Probe | Trennkraft,
Dyn/cm |
| 1 | 15 |
| 2 | 200 |
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Diese Ergebnisse zeigen, daß die selbst-vernetzte
Probe 2 eine viel größere, mehr
als 13 mal so große,
Haftung aufweist wie die nicht-vernetzte Probe 1.
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Beispiel 6: IR-Spektrum
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Die 5 und 6 zeigen das Ft-IR-Spektrum
der zwei unterschiedlichen Arten von Polyvinylbutyral, ButvarTM,
B-76 und B-98 (Monsanto Chemical), die jeweils bei unterschiedlichen
Temperaturen gebacken wurden.
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Aus diesen Ergebnissen ist zu sehen,
daß das
vernetzte PVB zusammen mit der Reduzierung der -OH-Gruppe, die in
beiden Fällen
bei der Wellenzahl von 3500 (cm–1)
erfaßt
wurde, gebildet wurde.
