DE69636830T2 - Fixierung von Toner durch gasförmige Fluorkohlwasserstoffzusammensetzungen und diese Fluorkohlwasserstoffzusammensetzungen - Google Patents

Fixierung von Toner durch gasförmige Fluorkohlwasserstoffzusammensetzungen und diese Fluorkohlwasserstoffzusammensetzungen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fixierung eines Toners in einer Vorrichtung zum Drucken oder Vervielfältigen von Dokumenten nach Anspruch 1 und auf in diesem Verfahren verwendbare Zusammensetzungen nach den Ansprüchen 10 und 12 und auf die Verwendung eines C3-C6-Hydrofluorkohlenstoffs nach Anspruch 14.
  • Es ist bekannt, halogenierte Kohlenwasserstoffe allein oder gemischt mit anderen organischen Verbindungen im gasförmigen Zustand als chemische Fixierungsmittel für einen Toner auf einem Aufzeichnungsträger in Vorrichtungen zum Drucken oder Vervielfältigen von Dokumenten zu verwenden, in welchen Vorrichtungen der Toner vorab auf den Aufzeichnungsträger z.B. auf elektrostatische Weise aufgebracht wurde. Es ist offensichtlich, daß das eingesetzte Fixierungsmittel zwingendermaßen keinen Flammpunkt unter den in den Druck- oder Vervielfältigungsvorrichtungen vorherrschenden Temperatur- und Druckverhältnissen aufweisen darf. Ein herkömmliches Fixierungsmittel besteht, wie in dem Patent US-A-4,311,723 vorgeschlagen, aus einer azeotropen Mischung von 1,1,2-Trichlortrifluorethan (CFC-113) und Aceton. Da von CFC-113 angenommen wird, daß es eine negative Wirkung auf die stratosphärische Ozonschicht besitzt, verbieten allerdings internationale Reglementierungen seine Anwendung bis auf weiteres. Fixierungsmittel zum Ersatz wurden bereits vorgeschlagen, insbesondere 1,1-Dichlor-2,2,2-trifluorethan (HCFC-123) oder 1,1-Dichlor-1-fluorethan (HCFC-141b) (WO-A-93/10485), Zusammensetzungen auf Grundlage von perfluorierten Verbindungen (EP-A-0 465 037) sowie Zusammensetzungen auf Grundlage von HCFC-141b (EP-A-0 605 128). Diese Zusammensetzungen sind allerdings nicht völlig zufriedenstellend, insbesondere aufgrund ihrer Toxizität (HCFC-123), ihres Ozonzerstörungspotentials ungleich Null (HCFC-123 und HCFC- 141b) und/oder ihrer zu langen atmosphärischen Lebensdauer (perfluorierte Verbindungen).
  • Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zur Fixierung eines Toners in einer Vorrichtung zum Drucken oder Vervielfältigen von Dokumenten bereitzustellen, welches nicht die Unannehmlichkeiten der bekannten Verfahren besitzt.
  • Die Erfindung betrifft infolgedessen ein Verfahren zur Fixierung eines Toners auf einem Aufzeichnungsträger in einer Vorrichtung zum Drucken oder zum Vervielfältigen von Dokumenten durch Inkontaktbringen des Aufzeichnungsträgers, auf welchem der Toner aufgebracht wurde, mit einem chemischen Fixierungsmittel im gasförmigen Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierungsmittel einen C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff enthält.
  • Mit C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff werden erfindungsgemäß aliphatische oder alicyclische, gesättigte Kohlenwasserstoffe bezeichnet, welche ausschließlich aus Kohlenstoff, Fluor und Wasserstoff zusammengesetzt sind und 3 bis 6 Kohlenstoffatome, mindestens ein Fluoratom und mindestens ein Wasserstoffatom umfassen. Insbesondere sind Hydrofluorkohlenstoffe, die im Verfahren gemäß der Erfindung als Fixierungsmittel verwendbar sind, Hydrofluoralkane der allgemeinen Formel CaHbFc, in welcher a eine ganze Zahl von 3 bis 5, b eine ganze Zahl von 1 bis (a + 2) und c eine ganze Zahl von a bis (2a + 1) darstellt. Die Hydrofluoralkane, wie vorstehend definiert, welche 4 Kohlenstoffatome enthalten, werden bevorzugt. Beispielsweise kann das Hydrofluoralkane des in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Fixierungsmittels aus den Verbindungen der Summenformeln C3H3F5, C4H5F5, C4H4F6 und C5H2F10 ausgewählt werden, wie 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan (HFC-245fa), 1,1,2,2,3-Pentafluorpropan (HFC-245ca), 1,1,1,3,3-Pentafluorbutan (HFC-365mfc), 2-Methyl-1,1,1,3,3-pentafluorpropan (HFC-365mps), 1,1,1,4,4,4-Hexafluorbutan (HFC-356mff), 1,1,1,2,2,4-Hexafluorbutan (HFC- 356mcf) und 1,1,1,2,2,3,4,6,6,6-Decafluorpentan (HFC-4310mee). Das 1,1,1,3,3-Pentafluorbutan ist sehr gut geeignet. Das Fixierungsmittel kann als Variante eine Mischung der vorstehend definierten C3-C6-Hydrofluorkohlenstoffe umfassen.
  • Bevorzugt enthält das Fixierungsmittel auch ein Co-Lösungsmittel. Als Co-Lösungsmittel wird erfindungsgemäß eine organische Verbindung oder eine Mischung von mehreren organischen Verbindungen, die mit dem C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff in Gewichtsverhältnissen von 1:100 bis 1:1 mischbar sind, bezeichnet.
  • Die verwendbaren Co-Lösungsmittel, die in dem Verfahren gemäß der Erfindung in den Fixierungsmitteln eingesetzt werden, umfassen die C1-C3-Alkohole (z.B. Methanol, Ethanol, Propanol und Isopropanol); die C3-C6-Ketone (z.B. Aceton, Methylethylketon, Methylbutylketon, Methylisobutylketon und Diethylketon); die C2-C8-Ester, die aus einer Carbonsäure, wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder Buttersäure und einem Alkohol, wie Methanol, Ethanol oder Propanol gebildet werden; und die C1-C3-Chlorkohlenwasserstoffe (z.B. Dichlormethan, trans-1,2-Dichlorethylen und cis-1,2-Dichlorethylen).
  • Die Ketone und die Ester sind die bevorzugten Co-Lösungsmittel. Die Ester sind die am stärksten bevorzugten Co-Lösungsmittel. Unter den Ketonen wird Aceton besonders bevorzugt. Unter den Estern werden Ethylacetat, Methylacetat, Ethylformiat und Methylformiat bevorzugt. Ethylacetat wird ganz besonders bevorzugt.
  • Der Gehalt an C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff in dem Fixierungsmittel beträgt vorteilhafterweise mindestens gleich 50%, bevorzugt mindestens gleich 60% des Gesamtgewichts der Fixierungsmittelzusammensetzung. Das Fixierungsmittel kann ausschließlich aus C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff bestehen. Bevor zugt übersteigt der Gehalt an C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff 98%, in besonders bevorzugter Weise 96% und in ganz besonders bevorzugter Weise 90% des Gesamtgewichts der Fixierungsmittelzusammensetzung nicht.
  • Der Gehalt an Co-Lösungsmittel in dem Fixierungsmittel, welches gemäß dem Verfahren der Erfindung eingesetzt wird, beträgt vorteilhafterweise mindestens gleich 2%, bevorzugt mindestens gleich 4% und in besonders bevorzugter Weise mindestens 10% des Gesamtgewichts der Fixierungsmittelzusammensetzung. Der Gehalt an Co-Lösungsmittel übersteigt im allgemeinen 40%, bevorzugt 30% und besonders bevorzugt 20% des Gesamtgewichts der Fixierungsmittelzusammensetzung nicht.
  • Das Fixierungsmittel, welches in dem Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzt wird, kann zusätzlich zu dem Hydrofluorkohlenstoff und dem Co-Lösungsmittel Additive enthalten, welche es erlauben, die Leistung des Verfahrens zum Fixieren zu verbessern, insbesondere sind das Stabilisierungsmittel, wie Nitroalkane (z.B. Nitromethan oder Nitroethan) und Epoxide (z.B. Propylenoxid oder Butylenoxid).
  • In dem Verfahren gemäß der Erfindung kann das Inkontaktbringen des Aufzeichnungsträgers, auf welchem der Toner aufgebracht wurde, mit dem gasförmigen chemischen Fixierungsmittel in jedweder Vorrichtung erfolgen, die den Aufzeichnungsträger, der den zu fixierenden Toner trägt, in eine Kammer, welche die Dämpfe des Fixierungsmittels enthält, befördert. Solche Vorrichtungen sind z.B. in dem US-Patent Nr. 4,311,723 und in der Patentanmeldung EP-A-605 128 beschrieben. Herkömmlicherweise durchquert der Aufzeichnungsträger, welcher das mit dem Toner geformte Bild trägt, eine Fixierungskammer bei einer Temperatur von 50 bis 100°C, deren Atmosphäre mit den Dämpfen des Fixierungsmittels gesättigt ist. Das eingesetzte Fixierungsmittel bewirkt eine sehr schnelle Fixierung des Toners auf dem Aufzeichnungsträger, was eine gesteigerte Druck- oder Vervielfältigungsgeschwindigkeit erlaubt. Typischerweise wird der Aufzeichnungsträger, welcher den zu fixierenden Toner trägt, mit dem Fixierungsmittel während einer Dauer von 0,5 bis 3 Sekunden in Kontakt gebracht.
  • Die Toner, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung fixiert werden können, setzen sich aus frei abfließenden, fein verteilten Teilchen auf Grundlage von z.B. mit Rußschwarz gefärbten oder pigmentierten thermoplastischen Harzen zusammen, wie sie insbesondere in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Aufl., Bd. 9, Seiten 270-271, in dem Elektrophotographie behandelnden Kapitel beschrieben sind. Das Verfahren gemäß der Erfindung findet insbesondere für die Fixierung von pulverförmigen Tonern Anwendung, welche sich im wesentlichen aus einer polymeren Matrix, wie z.B. einer Matrix auf Grundlage von Polystyrol oder Polyester und einem Pigment zusammensetzen. Das Verfahren gemäß der Erfindung, in welchem das Fixierungsmittel ein Co-Lösungsmittel enthält, ist besonders gut an die Fixierung von Tonern, die eine polymere Matrix auf Grundlage von Polyester besitzen, angepaßt.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt es einen Toner auf zahlreichen Aufzeichnungsträgern, insbesondere auf Papier, auf transparenten Kunststoffolien und auf natürlichen oder synthetischen Textilien zu fixieren. Das in dem Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzte Fixierungsmittel beeinträchtigt im allgemeinen die üblicherweise verwendeten Aufzeichnungsträger in den Druck- oder Vervielfältigungsverfahren, welche pulverförmige Toner einsetzen, nicht.
  • Die Erfindung betrifft auch Zusammensetzungen, die einen C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff und einen C2-C8-Ester enthalten, entsprechend den in dem Verfahren zur Fixierung gemäß der Erfindung bevorzugt verwendeten Fixierungsmitteln.
  • Die nachstehenden, nicht einschränkenden Beispiele dienen der Erläuterung.
  • Beispiel 1
  • In einen Glaskolben mit einem Fassungsvermögen von 1 1, ausgestattet mit einem Kühler, wurden 3 ml eines Fixierungsmittels, bestehend aus 80 Gew.-% 1,1,1,3,3-Pentafluorbutan (HFC-365mfc) und 20 Gew.-% Ethylacetat, eingebracht, anschließend wurde der Kolben in ein Temperaturbad, welches auf 95°C gehalten wurde, eingetaucht, in der Weise, daß das Fixierungsmittel in dem Kolben vollständig verdampfte. Anschließend wurde während 2 Sekunden ein Papierstreifen, auf welchem vorab ein Toner mit einer polymeren Matrix auf Grundlage von Polyester (Typ A2.5-S26312-F497 von Siemens-Nixdorf) aufgebracht war, in den Kolben eingeführt. Nach dieser Behandlung erwies sich der Toner als fest auf dem Papier fixiert.
  • Beispiele 2-8
  • Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei das Fixierungsmittel durch andere ersetzt wurde. Die Art der verwendeten Fixierungsmittel und der erhaltenen Grad der Fixierung sind in der nachstehenden Tabelle I darstellt.
  • Tabelle I
    Figure 00060001
  • Beispiele 9-11
  • Für die in Tabelle II aufgegriffenen Fixierungsmittel wurde das Vorliegen eines Flammpunktes bei geschlossenem Tiegel (Pensky-Martens), entsprechend der Norm ASTM D93-90, untersucht. Obwohl die Co-Lösungsmittel, wie Aceton oder Ethylacetat, sehr entzündlich sind, besitzt keines der untersuchten Fixierungsmittel einen Flammpunkt. Das HFC-365mfc besitzt folglich eine sehr ausgeprägte inertisierende Wirkung auf die Entzündbarkeit dieser Co-Lösungsmittel.
  • Tabelle II
    Figure 00070001

Claims (14)

  1. Verfahren zum Fixieren eines Toners auf einem Aufzeichnungsträger in einer Vorrichtung zum Drucken oder Vervielfältigen von Dokumenten, durch Inkontaktbringen des Aufzeichnungsträgers, auf den der Toner aufgebracht worden ist, mit einem chemischen Fixierungsmittel in gasförmigem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß das Fixierungsmittel einen C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff enthält.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Hydrofluorkohlenstoff ein Hydrofluoralkan mit der allgemeinen Formel CaHbFc ist, worin a eine ganze Zahl von 3 bis 5 ist, b eine ganze Zahl von 1 bis (a + 2) ist und c eine ganze Zahl von a bis (2a + 1) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Fixierungsmittel 1,1,1,3,3-Pentafluorbutan enthält.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Fixierungsmittel ein Co-Lösungsmittel enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Co-Lösungsmittel eine unter den C1-C3-Alkoholen, den C3-C6-Ketonen, den C2-C8-Estern und den C1-C3-Chlorkohlenwasserstoffen ausgewählte Verbindung ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Co-Lösungsmittel eine unter Aceton, Ethylacetat, Methylacetat, Ethylformiat und Methylformiat ausgewählte Verbindung ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Co-Lösungsmittel Ethylacetat ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, worin das Fixierungsmittel 98 bis 60 Gew.-% C3-C6-Hydrofluorkohlenstoff und 2 bis 40 Gew.-% Co-Lösungsmittel enthält.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, worin der Toner eine Polymermatrix auf Polyesterbasis umfaßt.
  10. Wenigstens 50 Gew.-% 1,1,1,3,3-Pentafluorbutan HFC-365mfc und einen C2-C8-Ester enthaltende Zusammensetzungen, verwendbar im Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Zusammensetzungen nach Anspruch 10, worin der Ester unter Ethylacetat, Methylacetat, Ethylformiat und Methylformiat ausgewählt ist.
  12. Zusammensetzungen mit einem Gehalt an 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan HFC-245fa und an einem unter den C1-C3-Alkoholen, den C2-C8-Estern, den C3-C6-Ketonen und den C1-C3-Chlorkohlenwasserstoffen ausgewählten Co-Lösungsmittel, verwendbar in dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  13. Zusammensetzung nach Anspruch 12, worin das Keton Aceton ist.
  14. Verwendung eines C3-C6-Hydrofluorkohlenstoffes als Bestandteil eines Toner-Fixierungsmittels.
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