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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Toner für die Elektrophotographie.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Toner in einem
Ein- oder Zweikomponenten-Trockenentwickler mit hervorragender Fixierbarkeit,
hervorragenden Anti-Offset-Eigenschaften und hervorragendem Wärmeansprechverhalten zum
Zeitpunkt der Fixierung.
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Stand der
Technik
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In
neuerer Zeit haben elektrophotographische Kopierer und Drucker infolge
der weitverbreiteten Büroautomatisierung
an Popularität
gewonnen. Vor diesem Hintergrund werden neben schnellem Kopieren
zunehmend Stromeinsparung und Verkleinerung der Geräte gefordert.
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Allgemeine
Formulierungen für
Toner in elektrophotographischen Kopierern und Druckern sind in
Tabelle 1 aufgeführt.
Zu den wichtigsten Faktoren zur Verbesserung der Fixierbarkeit und
der Anti-Offset-Eigenschaften
gehört
ein Funktionsmittel, eine Komponente des Toners. Wachs zur Verwendung
bei der Herstellung des Toners beeinflußt insbesondere ein Bindemittelharz,
eine Hauptkomponente des Toners, und erweist sich als wertvoll zur
Verbesserung der Fixierbarkeit, der Anti-Offset-Eigenschaften und
des Wärmeansprechverhaltens.
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Ein
elektrophotographischer Kopierer oder Drucker führt nämlich einem latenten Bild auf
einem Latentbildträger
einen Toner zu, um ein sichtbares Bild zu erhalten, überträgt dann
das resultierende Tonerbild auf Normalpapier oder eine OHP-Folie
und fixiert das übertragene
Bild. Auf diesem Gebiet werden gegenwärtig verschiedenste Wachse
verwendet. Darunter finden niedermolekulare Polyethylenwachse und
niedermolekulare Polypropylenwachse breite Anwendung. Die gegenwärtigen Verfahren
zur Herstellung von Polyethylenwachsen und Polypropylenwachsen setzen
hauptsächlich
Ziegler-Natta-Katalysatoren
ein und werden in den Polymerisationsprozeß und den Depolymerisationsprozeß eingeteilt.
Nach diesen Verfahren hergestellte Wachse sind jedoch insofern mangelhaft,
als das Verhältnis
von gewichtsmittlerem Molekulargewicht Mw zu zahlenmittlerem Molekulargewicht
Mn, das Mw/Mn-Verhältnis, über 2 liegt,
was zu schlechtem Wärmeansprechverhalten
führt.
Dies wirkt sich ungünstig
auf die Fixierbarkeit und die Anti-Offset-Eigenschaften aus. Demzufolge
können
Toner, bei denen derartige Wachse verwendet werden, die gesellschaftliche
Forderung nach Stromeinsparung und Verkleinerung der Geräte neben
schnellem Kopieren nicht vollständig
erfüllen.
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In
der EP-A-0 563 834 wird ein Toner beschrieben, der ein Copolymer
von Propylen und einem Olefin mit 2–25 Kohlenstoffatomen enthält.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Lichte der obigen Probleme erarbeitet
worden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Toners in einem Ein- oder Zweikomponenten-Entwickler, der
ein höherwertiges
Kopiebild in einem elektrophotographischen Kopierer oder Drucker
ergibt, d.h. hervorragende Fixierbarkeit, hervorragende Antioffset-Eigenschaften
und hervorragendes Wärmeansprechverhalten
aufweist.
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Darstellung der Erfindung
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein Toner für die Elektrophotographie,
der ein elektrostatischgeladenes Bild ergibt, gemäß Anspruch
1.
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Als
bevorzugte Ausführungsform
stellt die Erfindung auch den Toner für die Elektrophotographie bereit,
bei dem das niedermolekulare Polyolefinwachs ein zahlenmittleres
Molekulargewicht Mn von 1000 bis 15.000 und ein gewichtsmittleres
Molekulargewicht Mw von 1000 bis 30.000, bestimmt nach der GPC-Methode,
aufweist und das Mw/Mn-Verhältnis
im Bereich von 1 bis 2 liegt.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgabe wurde gefunden, daß das Mw/Mn-Verhältnis von
unter Verwendung von herkömmlichen
Katalysatoren kommerziell polymerisierten Polyolefinen über 2 liegt,
wohingegen das Mw/Mn-Verhältnis
von unter Verwendung von Metallocenkatalysatoren polymerisierten
Polyolefinen auf einen Bereich von 1 bis 2 eingestellt werden kann.
Daher wurde die Überlegung
angestellt, daß die
Verwendung derartiger Polyolefine als Funktionsmittel einen Weg
zur Verbesserung der Fixierbarkeit, der Anti-Offset-Eigenschaften
und des Wärmeansprechverhaltens
des Toners darstellt. Auf der Basis dieser Befunde wurde die vorliegende
Erfindung erarbeitet. Ein Toner, bei dem ein diesen Eigenschaften
genügendes
Wachs als Funktionsmittel verwendet wird, kann das Bindemittelharz
beeinflussen und als Toner zur Herstellung eines hochwertigen Kopiebilds,
d.h. der Toner, der eine hervorragende Fixierfestigkeit, hervorragende
Anti-Offset-Eigeschaften und hervorragendes Wärmeansprechverhalten aufweist
und die gesellschaftliche Forderung, d.h. Stromersparnis, schneller
Betrieb und Verkleinerung eines elektrophotographischen Kopierers
oder Druckers, erfüllt. Der
erfindungsgemäße Toner
wird als Toner für
die Elektrophotographie eines Heißfixierungstyps, wie eines Heißwalzenfixierungstyps,
verwendet. Der Toner vom Heißwalzenfixierungstyp
kann gleichzeitig Druckfixierungseigenschaften aufweisen. Der erfindungsgemäße Toner
wird in elektrophotographischen Kopierern oder Druckern verwendet,
in denen anorganische lichtempfindliche Substanzen oder organische
lichtempfindliche Substanzen, wie organische Photoleiter (OPC),
verwendet werden.
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Die
Erfindung wird im folgenden näher
beschrieben.
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Der
erfindungsgemäße Toner
für die
Elektrophotographie ist dadurch gekennzeichnet, daß es sich
bei dem Funktionsmittel um ein unter Verwendung eines Polymerisationskatalysators
vom Metallocen-Typ erhaltenes niedermolekulares Polyolefinwachs
gemäß Anspruch
1 handelt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Polymerisationskatalysator
vom Metallocen-Typ ein Katalysatorsystem zu verstehen, das (A) ein
Molekül
mit Sandwich-Struktur und (B) Aluminoxan enthält, wobei das Molekül (A) zwei
Cyclopentadienylringe oder substituierte Cyclopentadienringe enthält, die
kovalent an ein Übergangsmetall
aus den Gruppen IVb, Vb und VIb des Periodensystems, wie Titan,
Zirconium, Hafnium, Vanadium oder Chrom, gebunden sind.
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Bei
dem unter Verwendung eines Polymerisationskatalysators vom Metallocen-Typ
erhaltenen niedermolekularen Polyolefinwachs handelt es sich um
Copolymere von alpha-Olefinen und cyclischen Olefinverbindungen
(z.B. Cyclohexen und Norbornen).
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Vorzugsweise
weist das niedermolekulare Polyolefinwachs ein zahlenmittleres Molekulargewicht
Mn von 1000 bis 15.000 und ein gewichtsmittleres Molekulargewicht
Mw von 1000 bis 30.000, bestimmt nach der GPC-Methode, auf und hat
ein Mw/Mn-Verhältnis
im Bereich von 1 bis 2.
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Das
unter Verwendung eines Polymerisationskatalysators vom Metallocen-Typ
erhaltene niedermolekulare Polyolefinwachs ist monodispers, wie
sein sehr kleines Mw/Mn-Verhältnis
belegt, und hat eine sehr kleine Schmelzwärme. Daher wird erwartet, daß die Verwendung
dieses Wachses leicht einen Toner mit hervorragendem Wärmeansprechverhalten
ergibt. Dies beeinflußt
die Fixierungseigenschaften des Toners im Schnellbetrieb und den
Anti-Offset-Temperaturbereich des Toners, was zur Verbesserung der
Qualität
eines Kopiebilds beiträgt
und Strom einspart.
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Der
erfindungsgemäße Toner
ist durch Zugabe des obigen Funktionsmittels zu einem Bindemittelharz, einem
Farbmittel und einem Ladungssteuermittel und gegebenenfalls Zugabe
weiterer Additive und Verarbeitung nach bekannten Verfahren, wie
Kneten, Mahlen und Sieben, erhältlich.
Gegebenenfalls kann auch ein Fließmittel zugefügt werden.
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Als
Bindemittelharze können
beliebige bekannte Harze verwendet werden. Beispiele hierfür sind u.a. Homopolymere
von Styrol und substituierten Styrolverbindungen, wie Polystyrol,
Poly-p-chlorstyrol und Polyvinyltoluol; Styrolcopolymere, wie Styrol-p-Chlorstyrol-Copolymer,
Styrol-Propylen-Copolymer, Styrol-Vinyltoluol-Copolymer, Styrol-Vinylnaphthalin-Copolymer, Styrol-Methylacrylat-Copolymer,
Styrol-Ethylacrylat-Copolymer,
Styrol-Butylacrylat-Copolymer, Styrol-Octylacrylat-Copolymer, Styrol-Methylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Ethylmethacrylat-Copolymer,
Styrol-Butylmethacrylat-Copolymer, Styrol-Methyl-a-chlormethacrylat-Copolymer,
Styrol-Acrylnitril-Copoly mer, Styrol-Vinylmethylether-Copolymer,
Styrol-Vinylethylether-Copolymer, Styrol-Vinylmethylketon-Copolymer,
Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Isopren-Copolymer, Styrol-Acrylnitril-Inden-Copolymer,
Styrol-Maleinsäure-Copolymer
und Styrol-Maleinsäureester-Copolymer; Polymethylmethacrylat;
Polybutylmethacrylat; Polyvinylchlorid; Polyvinylacetat; Polyethylen;
Polypropylen; Polyester; Polyurethane; Polyamide; Epoxidharze; Polyvinylbutyral;
Polyacrylate; Kolophonium; modifiziertes Kolophonium; Terpenharz;
phenolische Harze; aliphatische oder alicyclische Kohlenwasserstoffharze;
aromatische Petroleumharze; chloriertes Paraffin und Paraffinwachs.
Diese Verbindungen können
für sich
alleine oder in Kombination verwendet werden.
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Das
Farbmittel kann bekannt sein, wie Ruß, Eisenoxidpigment, Phthalocyaninblau,
Phthalocyaningrün,
Rhodamine 6G Lake oder Watchung Red Strontium.
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Beispiele
für das
Ladungssteuermittel sind bekannte Mittel wie Nigrosinfarbstoffe,
fettsäuremodifizierte
Nigrosinfarbstoffe, metallisierte Nigrosinfarbstoffe, metallisierte,
fettsäuremodifizierte
Nigrosinfarbstoffe und Chromkomplexe der 3,5-Di-tert.-butylsalicyclsäure.
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Dem
erfindungsgemäßen Toner
kann ferner ein Fließmittel,
wie kolloidales Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Titanoxid, sowie
ein ein Fettsäuremetallsalz,
wie Bariumstearat, Calciumstearat oder Bariumlaurat, enthaltendes
Gleitmittel zugefügt
werden.
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Der
erfindungsgemäße Toner
kann als Toner für
Einkomponenten-Entwickler oder Zweikomponenten-Entwickler eingesetzt werden. Außerdem kann
der erfindungsgemäße Toner
durch Einarbeiten eines Magnetpulvers als magnetischer Einkomponenten-Toner
oder als Vollfarbtoner eingesetzt werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen
ausführlicher
beschrieben.
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<Tonerherstellungsverfahren>
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Acht
Gew.-% Ruß (MA-7,
Mitsubishi Kagaku), 2 Gew.-% eines Ladungssteuermittels (Copy Blue
RP, Hoechst), 4 Gew.-% Aerosol-Siliciumdioxid (HDK-H2000, Wacker
Chemie), 84 Gew.-% eines Bindemittelharzes (MC100, Nippon Carbide)
und 2 Gew.-% Vergleichswachs als Funktionsmittel wurden vermischt
und auf einer Zweiwalzenmühle
bei 130°C
in der Schmelze geknetet. Dann wurde die Mischung bis zur Verfestigung abgekühlt und
zerkleinert, wonach die Teilchen mit Hilfe einer Strahlmühle gepulvert
wurden. Aus den erhaltenen feinen Teilchen wurden durch Sieben Teilchen
mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 10 Mikrometer
selektiert, wodurch ein Toner hergestellt wurde.
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Beispiel 1
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Beispiel
1 T-516 (ein mit einem Polymerisationskatalysator vom Metallocen-Typ
hergestelltes niedermolekulares Polyolefinharz von Hoechst) verwendet.
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Beispiel 2
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Beispiel
2 T-668 (ein mit einem Polymerisationskatalysator vom Metallocen-Typ
hergestelltes niedermolekulares Polyolefinharz von Hoechst) verwendet.
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Beispiel 3
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Beispiel
3 T-692 (ein mit einem Polymerisationskatalysator vom Metallocen-Typ
hergestelltes niedermolekulares Polyolefinharz von Hoechst) verwendet.
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Beispiel 4
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Beispiel
4 T-246 (ein mit einem Polymerisationskatalysator vom Metallocen-Typ
hergestelltes niedermolekulares Polyolefinharz von Hoechst) verwendet.
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Vergleichsbeispiel 1
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Vergleichsbeispiel
1 durch Polymerisation unter Verwendung eines Ziegler-Natta-Katalysators hergestelltes
Polyethylenwachs (Hoechst Wax PE190 von Hoechst) verwendet.
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Vergleichsbeispiel 2
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Vergleichsbeispiel
2 durch Polymerisation unter Verwendung eines Ziegler-Natta-Katalysators hergestelltes
Polyethylenwachs (Hoechst Wax PE130 von Hoechst) verwendet.
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Vergleichsbeispiel 3
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Vergleichsbeispiel
3 Polypropylenwachs vom Depolymerisationstyp (Viscol 550P, Sanyo
Kasei Kogyo) verwendet.
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Vergleichsbeispiel 4
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Bei
dem oben beschriebenen Tonerherstellungsverfahren wurde als Wachs
zur Herstellung eines Toners gemäß Vergleichsbeispiel
4 Polypropylenwachs vom Depolymerisationstyp (Viscol 660P, Sanyo
Kasei Kogyo) verwendet.
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Die
grundlegenden Eigenschaften der nach dem Metallocenkatalysatorverfahren
polymerisierten Polyolefinharze, die im Rahmen der vorliegenden
Erfindung verwendet wurden, sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Die
in den Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Toner wurden
jeweils in einen im Handel erhältlichen
elektrophotographischen Kopierer (NP9800, Canon Inc., für schnellen
Betrieb; PC100, Canon Inc., für
langsamen Betrieb) eingebracht und Leistungsprüfungen unterworfen. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Aus Tabelle 3 geht hervor, daß die
Toner gemäß den Beispielen
den Tonern gemäß den Vergleichsbeispielen
im Hinblick auf Fixierbarkeit, Anti-Offset-Eigenschaften und Schutzeigenschaften
gegen verbrauchten Toner überlegen
sind. Im Hinblick auf die Lagerstabilität, die für die Leistung des Toners wesentlich
ist, waren die Toner gemäß den Beispielen
unter den vorgegebenen Bedingungen frei von Problemen, wie Blocken, und
ergaben zufriedenstellende Ergebnisse.
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Auswertungsverfahren und
Auswertungskriterien
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1) Fixierbarkeit (bei
schnellem und langsamem Betrieb)
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Die
mit den jeweiligen Formulierungen hergestellten Toner wurden jeweils
zum Kopieren auf Recyclingpapier mit einer Kopierrate von 100 Kopien/min
bei einer Fixierungstemperatur von 170 bis 200°C für schnellen Betrieb oder einer
Kopierrate von 10 Kopien/min bei einer Fixierungstemperatur von
120 bis 140°C für langsamen
Betrieb verwendet, wobei die Fixierungstemperatur bei jedem Kopierzyklus
um 10°C
erhöht wurde.
Die erhaltenen Kopieproben wurden mit Hilfe eines Abriebprüfgeräts der Firma
Southerland 10mal mit einem Radierer gerieben. Die Belastung während der
Prüfung
betrug 40 g/cm2. An den geprüften Proben
wurde die Bedruckungsdichte mit Hilfe eines Macbeth-Reflexionsdensitometers
gemessen. Die Zuordnung des Symbols X erfolgte, wenn auch nur einer
der Meßwerte
bei den jeweiligen Temperaturen 65% oder weniger betrug. Die Zuordnung
des Symbols Δ erfolgte,
wenn die Meßwerte
bei den jeweiligen Temperaturen 66 bis 75% betrugen. Die Zuordnung
des Symbols O erfolgte, wenn die Meßwerte bei den jeweiligen Temperaturen 76%
oder mehr betrugen.
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2) Anti-Offset-Wirkung
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Die
mit den jeweiligen Formulierungen hergestellten Toner wurden jeweils
tatsächlichen
Kopiertests mit einer Kopierrate von 100 Kopien/min bei einer Fixierungstemperatur
von 140 bis 240°C
unterworfen, wobei die Fixierungstemperatur bei jedem Kopierzyklus
um 5°C erhöht wurde.
Für die
Tests wurde die Grauwerttafel verwendet. Ein Verschmieren der Fixierwalze
während
des Tests wurde visuell beurteilt. Zugleich wurden die erhaltenen
Kopieproben mit Hilfe eines Macbeth-Reflexionsdensitometers untersucht.
Die Proben wurden als offsetfrei beurteilt, wenn sie bei den jeweiligen
Temperaturen von Verschmierungen auf der Fixierwalze und in den
Nichtbildbereichen des Kopierpapiers (Recyclingpapiers) frei waren.
Die Zuordnung des Symbols O erfolgte, wenn der Tieftemperaturbereich
der offsetfreien Temperaturen (Walzentemperaturen) unter 140°C lag; Δ, wenn dieser
Tieftemperaturbereich bei 140 bis 160°C lag, und X, wenn dieser Tieftemperaturbereich über 160°C lag. Die
Zuordnung des Symbols O erfolgte, wenn der Hochtemperaturbereich
der offsetfreien Temperaturen (Walzentemperaturen) über 230°C lag; Δ, wenn dieser
Hochtemperaturbereich bei 200 bis 230°C lag, und X, wenn dieser Hochtemperaturbereich
unter 200°C
lag.
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3) Lagerstabilität
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Die
mit den jeweiligen Formulierungen hergestellten Toner wurden jeweils
8 Stunden bei 60°C
und 50% R. F. gelagert. Dann wurde der gelagerte Toner durch ein
100-Mesh-Sieb gesiebt,
wonach die auf dem Sieb verbleibende Tonermenge durch die verwendete
Probenmenge dividiert und in Prozent ausgedrückt wurde (das Ergebnis wird
im folgenden als Siebrückstand
bezeichnet). Dieser Wert nimmt zu, wenn die Tonerteilchen bei der
Lagerung agglomerieren. Die Hauptursache für die Agglomeration besteht
in niedrigschmelzenden Substanzen mit einem Schmelzpunkt von 50°C oder darunter,
die in der Tonerzusammensetzung enthalten sind. Der Toner mit einem
Siebrückstand
von weniger als 0,5% wurde mit O beurteilt, der Toner mit einem Siebrückstand
von 0,5 bis 1% wurde mit Δ beurteilt,
und der Toner mit einem Siebrückstand
von mehr als 1,0% wurde mit X beurteilt.
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4) Schutzeigenschaften
gegen verbrauchten Toner
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Die
mit den jeweiligen Formulierungen hergestellten Toner wurden jeweils
zum Kopieren verwendet. Das in der Anfangsphase erhaltene Kopiebild
und das nach 50.000 Kopien erhaltene Kopiebild wurden gegen Probebilder
von Data Quest geprüft.
Das Verhältnis
der Reflexionsdichte jedes Kopiebilds zur Reflexionsdichte des Probebilds
auf der Grauskala wurde mit Hilfe eines Macbeth-Reflexionsdensitometers bestimmt. Dieses Verhältnis wurde
sowohl für
das in der Anfangsphase erhaltene Bild als auch das nach 50.000
Kopien erhaltene Bild erhalten. Bei einer Differenz zwischen den
beiden Verhältnissen
von 35% oder mehr erfolgte die Zuordnung X. Bei einer Differenz
von 34 bis 10% erfolgte die Zuordnung Δ, und bei einer Differenz von
9% oder weniger erfolgte die Zuordnung O.
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Der
erfindungsgemäße Toner
für die
Elektrophotographie enthält
ein Funktionsmittel, bei dem es sich um ein unter Verwendung eines
Polymerisationskatalysators vom Metallocen-Typ erhaltenes niedermolekulares
Polyolefinwachs handelt. Somit weist dieser Toner Verbesserungen
der Fixierbarkeit, der Anti-Offset-Eigenschaften, der Schutzeigenschaften
gegen verbrauchten Toner und der Lagerstabilität auf. Daher kann er zur Stromeinsparung,
zur Verkleinerung und zum schnellen Betrieb von elektrophotographischen
Kopierern oder Druckern beitragen.
