EP0784238B1 - Fixage d'un toner par des compositions d'hydrofluorocarbones gazeuses et ces compositions - Google Patents

Fixage d'un toner par des compositions d'hydrofluorocarbones gazeuses et ces compositions Download PDF

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EP0784238B1
EP0784238B1 EP96203702A EP96203702A EP0784238B1 EP 0784238 B1 EP0784238 B1 EP 0784238B1 EP 96203702 A EP96203702 A EP 96203702A EP 96203702 A EP96203702 A EP 96203702A EP 0784238 B1 EP0784238 B1 EP 0784238B1
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EP
European Patent Office
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fixing
toner
fixing agent
compositions
hydrofluorocarbon
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EP96203702A
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Pierre Barthelemy
Robert Putteman
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Solvay SA
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Solvay SA
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Publication date
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G11/00—Selection of substances for use as fixing agents

Definitions

  • the present invention relates to a method for fixing a toner in a printing or reproducing apparatus according to claim 1, to compositions usable in this process, according to claims 10 and 12 and the use of a C3-C6 hydrofluorocarbon according to claim 14.
  • halogenated hydrocarbons alone or mixed with other organic compounds, in the gaseous state, as chemical fixing agents for a toner to a recording medium in printing or reproduction apparatus.
  • documents, apparatus in which the toner has been previously deposited on the recording medium for example electrostatically.
  • the fixing agent used must absolutely not have a flash point under the temperature and pressure conditions prevailing in the printing or reproduction apparatus.
  • a conventional fixing agent consists of a azeotropic mixture of 1,1,2-trichlorotrifluoroethane (CFC-113) and acetone, as proposed in US-A-4311723.
  • CFC-113 is suspected of having a negative impact on the stratospheric ozone layer, international regulations ultimately prohibit its use.
  • the invention therefore relates to a method for fixing a toner to a recording medium in a printing or reproducing apparatus, by contacting the recording medium on which the toner is deposited with an agent.
  • chemical fixer in gaseous state characterized in that the fixing agent contains a C3-C6 hydrofluorocarbon.
  • C3-C6 hydrofluorocarbon saturated hydrocarbons, aliphatic or alicyclic, consisting solely of carbon, fluorine and hydrogen, comprising from 3 to 6 carbon atoms, at least one fluorine atom and at least one atom hydrogen.
  • hydrofluorocarbons which can be used as fixing agent in the process according to the invention are hydrofluoroalkanes of general formula C a H b F c , in which a is an integer of 3 to 5, b is an integer of 1 to a + 2) and c is an integer from a to (2a + 1). Hydrofluoroalkanes as defined above, containing 4 carbon atoms are preferred.
  • the hydrofluoroalkane of the fixing agent used in the process according to the invention may be selected from compounds of the formula C 3 H 3 F 5 , C 4 H 5 F 5 , C 4 H 4 F 6 and C 5 H 2 F 10 , such as 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-245fa), 1,1,2,2,3-pentafluoropropane (HFC-245ca), 1,1,1,3,3-pentafluoropropane , 1,3,3-pentafluorobutane (HFC-365mfc), 2-methyl-1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-365mps), 1,1,1,4,4,4-hexafluorobutane (HFC-356mff), 1,1,1,2,2,4-hexafluorobutane (HFC-356mcf) and 1,1,1,2,2,3,4,6,6,6-decafluoropentane (HFC -43 10mee
  • the fixing agent also contains a cosolvent.
  • co-solvent is meant an organic compound, or a mixture of several organic compounds, miscible with the hydrofluorocarbon C3-C6 in weight proportions of 1: 100 to 1: 1.
  • Co-solvents which can be used in the fixing agents used in the process according to the invention include C 1 -C 3 alcohols (for example methanol, ethanol, propanol and isopropanol); C3-C6 ketones (for example acetone, methyl ethyl ketone, methyl butyl ketone, methyl isobutyl ketone and diethyl ketone); C2-C8 esters, formed from a carboxylic acid, such as formic acid, acetic acid, propionic acid or butyric acid, and an alcohol such as methanol, ethanol or propanol; and C1-C3 chlorinated hydrocarbons (for example dichloromethane, 1,2-dichloroethylene-trans and 1,2-dichloroethylene-cis).
  • C 1 -C 3 alcohols for example methanol, ethanol, propanol and isopropanol
  • C3-C6 ketones for example acetone, methyl ethyl
  • Ketones and esters are preferred cosolvents.
  • Esters are the most preferred cosolvents.
  • acetone is particularly preferred.
  • esters ethyl acetate, methyl acetate, ethyl formate and methyl formate are preferred. Ethyl acetate is especially preferred.
  • the content of C3-C6 hydrofluorocarbon in the fixing agent is advantageously at least 50%, preferably at least 60%, of the total weight of the fixing agent composition.
  • the fixing agent may consist solely of C3-C6 hydrofluorocarbon.
  • the content of C3-C6 hydrofluorocarbon does not exceed 98%, particularly preferably 96% and most preferably 90% of the total weight of the fixing agent composition.
  • the content of co-solvent in the fixing agent used in the process according to the invention is advantageously at least 2%, preferably at least 4%, and particularly preferably at least 10%. of the total weight of the fixing agent composition.
  • the cosolvent content does not generally exceed 40%, preferably 30%, and most preferably 20%, of the total weight of the fixing agent composition.
  • the fixing agent used in the process according to the invention may contain, in addition to the hydrofluorocarbon and the co-solvent, additives making it possible to improve the performance of the fixing process, in particular stabilizers, such as nitroalkanes (eg nitromethane or nitroethane) and epoxides (eg propylene oxide or butylene oxide).
  • additives making it possible to improve the performance of the fixing process, in particular stabilizers, such as nitroalkanes (eg nitromethane or nitroethane) and epoxides (eg propylene oxide or butylene oxide).
  • the contacting of the recording medium on which the toner is deposited with the gaseous chemical fixing agent can be carried out in any device driving the recording medium comprising the toner to be fixed in a chamber. containing vapors of the fixing agent.
  • any device driving the recording medium comprising the toner to be fixed in a chamber. containing vapors of the fixing agent Such devices are described, for example, in US-A-4311723 and in patent application EP-A-605128.
  • the recording medium comprising the image formed by the toner passes through a fixing chamber whose atmosphere is saturated with vapors of the fixing agent, at a temperature of 50 to 100 ° C.
  • the fixing agent used causes a very fast fixing of the toner to the recording medium, which allows a high printing or reproduction rate.
  • the recording medium comprising the toner to be fixed is contacted with the fixing agent for a period of 0.5 to 3 seconds.
  • the toners which can be fixed by the process according to the invention consist of finely divided, free-flowing particles based on colored or pigmented thermoplastic resins, for example carbon black, as described in particular in Kirk-Othmer. - Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed., Vol.9, pp. 270-271, in the chapter on electrophotography.
  • the process according to the invention is particularly applicable to the fixing of powder toners consisting essentially of a polymeric matrix, such as for example a matrix based on polystyrene or polyester, and a pigment.
  • the method according to the invention in which the fixing agent contains a co-solvent is particularly well suited to fixing toners comprising a polyester-based polymeric matrix.
  • the method according to the invention makes it possible to fix a toner to a large number of recording media, in particular paper, transparent sheets of polymeric synthetic material and natural or synthetic fabrics.
  • the fixing agent used in the process according to the invention generally does not alter the recording media usually used in printing or reproduction processes using powder toners.
  • the invention also relates to compositions containing a C3-C6 hydrofluorocarbon and a C2-C8 ester, corresponding to the fixing agents preferably used in the fixing process according to the invention.
  • Example 1 was repeated replacing the fixer agent with others.
  • the nature of the fixing agents used and the degree of fixing obtained are reported in Table I below.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fixing For Electrophotography (AREA)
  • Developing Agents For Electrophotography (AREA)

Description

  • La présente invention se rapporte à un procédé de fixage d'un toner dans un appareil d'impression ou de reproduction de documents selon la revendication 1, à des compositions utilisables dans ce procédé, selon les revendications 10 et 12 et l'utilisation d'un hydrofluorocarbure en C3-C6 selon la revendication 14.
  • Il est connu d'utiliser des hydrocarbures halogénés, seuls ou mélangés à d'autres composés organiques, à l'état gazeux, comme agents fixateurs chimiques d'un toner à un support d'enregistrement dans des appareils d'impression ou de reproduction de documents, appareils dans lesquels le toner a été préalablement déposé sur le support d'enregistrement, par exemple par voie électrostatique. Il est manifeste que l'agent fixateur mis en oeuvre doit impérativement ne pas présenter de point éclair dans les conditions de température et de pression régnant dans les appareils d'impression ou de reproduction. Un agent fixateur classique est constitué d'un mélange azéotropique de 1,1,2-trichlorotrifluoroéthane (CFC-113) et d'acétone, tel que proposé dans le brevet US-A-4311723. Toutefois, le CFC-113 étant suspecté d'un impact négatif sur la couche d'ozone stratosphérique, des réglementations internationales interdisent à terme son utilisation. Des agents fixateurs de remplacement ont déjà été proposés, notamment du 1,1-dichloro-2,2,2-trifluoroéthane (HCFC-123) ou du 1,1-dichloro-1-fluoroéthane (HCFC-141b) (WO-A-93/10485), des compositions à base de composés perfluorés (EP-A-0465037), ainsi que des compositions à base de HCFC-141b (EP-A-0605128). Ces compositions ne sont cependant pas totalement satisfaisantes, notamment en raison de leur toxicité (HCFC-123), de leur potentiel de destruction de l'ozone non nul (HCFC-123 et HCFC-141b) et/ou de leur trop longue durée de vie atmosphérique (composés perfluorés).
  • La présente invention a pour but de fournir un procédé de fixage d'un toner dans un appareil d'impression ou de reproduction de documents qui ne présente plus les inconvénients des procédés connus.
  • L'invention concerne dès lors un procédé de fixage d'un toner à un support d'enregistrement dans un appareil d'impression ou de reproduction de documents, par mise en contact du support d'enregistrement sur lequel est déposé le toner avec un agent fixateur chimique à l'état gazeux, qui se caractérise en ce que l'agent fixateur contient un hydrofluorocarbure en C3-C6.
  • Par hydrofluorocarbure en C3-C6, on entend désigner les hydrocarbures saturés, aliphatiques ou alicycliques, constitués uniquement de carbone, de fluor et d'hydrogène, comprenant de 3 à 6 atomes de carbone, au moins un atome de fluor et au moins un atome d'hydrogène. En particulier, des hydrofluorocarbures utilisables comme agent fixateur dans le procédé selon l'invention sont les hydrofluoroalcanes de formule générale CaHbFc, dans laquelle a est un nombre entier de 3 à 5, b est un nombre entier de 1 à (a+2) et c est un nombre entier de a à (2a+1). Les hydrofluoroalcanes tels que définis ci-dessus, contenant 4 atomes de carbone sont préférés. A titre d'exemple, l'hydrofluoroalcane de l'agent fixateur utilisé dans le procédé selon l'invention peut être sélectionné parmi les composés de formule brute C3H3F5, C4H5F5, C4H4F6 et C5H2F10, comme le 1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-245fa), le 1,1,2,2,3-pentafluoropropane (HFC-245ca), le 1,1,1,3,3-pentafluorobutane (HFC-365mfc), le 2-méthyl-1,1,1,3,3-pentafluoropropane (HFC-365mps), le 1,1,1,4,4,4-hexafluorobutane (HFC-356mff), le 1,1,1,2,2,4-hexafluorobutane (HFC-356mcf) et le 1,1,1,2,2,3,4,6,6,6-décafluoropentane (HFC-43 10mee). Le 1,1,1,3,3-pentafluorobutane convient très bien. L'agent fixateur peut, en variante, comprendre un mélange d'hydrofluorocarbures en C3-C6 tels que définis plus haut.
  • De préférence, l'agent fixateur contient également un co-solvant. Par co-solvant, on entend désigner un composé organique, ou un mélange de plusieurs composés organiques, miscible avec l'hydrofluorocarbure en C3-C6 dans des proportions pondérales de 1:100 à 1:1.
  • Des co-solvants utilisables dans les agents fixateurs mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention comprennent les alcools en C1-C3 (par exemple le méthanol, l'éthanol, le propanol, et l'isopropanol); les cétones en C3-C6 (par exemple l'acétone, la méthyléthylcétone, la méthylbutylcétone, la méthylisobutylcétone et la diéthylcétone); les esters en C2-C8, formés au départ d'un acide carboxylique, tel que l'acide formique, l'acide acétique, l'acide propionique ou l'acide butyrique, et d'un alcool tel que le méthanol, l'éthanol ou le propanol; et les hydrocarbures chlorés en C1-C3 (par exemple le dichlorométhane, le 1,2-dichloroéthylène-trans et le 1,2-dichloroéthylène-cis).
  • Les cétones et les esters sont des co-solvants préférés. Les esters sont les co-solvants les plus préférés. Parmi les cétones, l'acétone est particulièrement préférée. Parmi les esters, l'acétate d'éthyle, l'acétate de méthyle, le formiate d'éthyle et le formiate de méthyle sont préférés. L'acétate d'éthyle est tout particulièrement préféré.
  • La teneur en hydrofluorocarbure en C3-C6 dans l'agent fixateur est avantageusement au moins égale à 50 %, de préférence au moins égale à 60 %, du poids total de la composition d'agent fixateur. L'agent fixateur peut être constitué uniquement de l'hydrofluorocarbure en C3-C6. De préférence, la teneur en hydrofluorocarbure en C3-C6 n'excède pas 98 %, de manière particulièrement préférée 96 % et de manière tout particulièrement préférée 90 % du poids total de la composition d'agent fixateur.
  • La teneur en co-solvant dans l'agent fixateur mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention est avantageusement au moins égale à 2 %, de préférence au moins égale à 4 %, et de manière particulièrement préférée au moins égale à 10 %, du poids total de la composition d'agent fixateur. La teneur en co-solvant n'excède pas généralement 40 %, de préférence 30 % et de manière particulièrement préférée 20 %, du poids total de la composition d'agent fixateur.
  • L'agent fixateur mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention peut contenir, en plus de l'hydrofluorocarbure et du co-solvant, des additifs permettant d'améliorer les performances du procédé de fixage, en particulier des stabilisants, tels que des nitroalcanes (par exemple le nitrométhane ou le nitroéthane) et des époxydes (par exemple l'oxyde de propylène ou l'oxyde de butylène).
  • Dans le procédé selon l'invention, la mise en contact du support d'enregistrement sur lequel est déposé le toner avec l'agent fixateur chimique gazeux peut être réalisée dans tout dispositif entraînant le support d'enregistrement comportant le toner à fixer dans une chambre contenant des vapeurs de l'agent fixateur. De tels dispositifs sont décrits par exemple dans le brevet US-A-4311723 et dans la demande de brevet EP-A-605128. Classiquement, le support d'enregistrement comportant l'image formée par le toner traverse une chambre de fixage dont l'atmosphère est saturée en vapeurs de l'agent fixateur, à une température de 50 à 100 °C. L'agent fixateur mis en oeuvre provoque un fixage très rapide du toner au support d'enregistrement, ce qui permet une cadence d'impression ou de reproduction élevée. Typiquement, le support d'enregistrement comportant le toner à fixer est mis en contact avec l'agent fixateur pendant une durée de 0,5 à 3 secondes.
  • Les toners qui peuvent être fixés par le procédé selon l'invention sont constitués de particules finement divisées, s'écoulant librement, à base de résines thermoplastiques colorées ou pigmentées, par exemple par du noir de carbone, tels que décrits notamment dans Kirk-Othmer - Encyclopedia of Chemical Technology, 4ème Ed., Vol.9, pages 270-271, dans le chapitre relatif à l'électrophotographie. Le procédé selon l'invention s'applique en particulier au fixage de toners en poudre constitués essentiellement d'une matrice polymérique, telle que par exemple une matrice à base de polystyrène ou de polyester, et d'un pigment. Le procédé selon l'invention dans lequel l'agent fixateur contient un co-solvant est particulièrement bien adapté au fixage de toners comportant une matrice polymérique à base de polyester.
  • Le procédé selon l'invention permet de fixer un toner à de nombreux supports d'enregistrement, en particulier à du papier, à des feuilles transparentes en matière synthétique polymérique et à des tissus naturels ou synthétiques. L'agent fixateur mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention n'altère généralement pas les supports d'enregistrement habituellement utilisés dans les procédés d'impression ou de reproduction mettant en oeuvre des toners en poudre.
  • L'invention concerne également les compositions contenant un hydrofluorocarbure en C3-C6 et un ester en C2-C8, correspondant aux agents fixateurs préférentiellement utilisés dans le procédé de fixage selon l'invention.
  • Les exemples non limitatifs qui suivent sont donnés à titre illustratif.
    • Exemple 1
  • Dans un ballon d'une capacité de 11, surmonté d'un condenseur, on a placé 3 ml d'un agent fixateur constitué de 80 % en poids de 1,1,1,3,3-pentafluorobutane (HFC-365mfc) et de 20 % en poids d'acétate d'éthyle, puis on a plongé le ballon dans un bain thermostatique maintenu à 95 °C, de manière à vaporiser totalement l'agent fixateur dans le ballon. On a ensuite introduit dans le ballon, pendant 2 secondes, une languette de papier sur laquelle on avait préalablement disposé du toner comportant une matrice polymérique à base de polyester (type A2.5 - S26312-F497 de Siemens-Nixdorf). Après ce traitement, le toner s'est révélé solidement fixé au papier.
    • Exemples 2-8
  • L'exemple 1 a été répété en remplaçant l'agent fixateur par d'autres. La nature des agents fixateurs utilisés et le degré de fixage obtenu sont rapportés au tableau I ci-après. Tableau I
    Exemple Agent fixateur (% poids) Degré de fixage*
    2 HFC-365mfc / acétone (80/20) + + +
    3 HFC-365mfc / éthanol (80/20) + +
    4 HFC-365mfc / trans-1,2-dichloroéthylène (70/30) +
    5 HFC-365mfc / acétate d'éthyle (90/10) + + +
    6 HFC-365mfc / formiate de méthyle (80/20) + + +
    7 HFC-365mfc / formiate d'éthyle (80/20) + + +
    8 HFC-365mfc / acétate de méthyle (80/20) + + +
    * : + + + = excellent ; + + = très bon; + = bon
    • Exemples 9-11
  • Pour les agents fixateurs repris au tableau II, on a recherché l'existence d'un point éclair en creuset fermé (Pensky-Martens), selon la norme ASTM D93-90. Bien que des co-solvants tels que l'acétone ou l'acétate d'éthyle soient très inflammables, aucun des agents fixateurs testés ne possède de point éclair. Le HFC-365mfc a donc un effet inertant très marqué sur l'inflammabilité de ces co-solvants. Tableau II
    Exemple Agent fixateur (% poids)
    9 HFC-365mfc / acétate d'éthyle (80/20) pas de point éclair entre -38 et 35 °C
    10 HFC-365mfc / acétone (80/20) pas de point éclair entre -38 et 3 5 °C
    11 HFC-365mfc / trans-1,2-dichloroéthylène (70/30) pas de point éclair entre -30 et 40 °C

Claims (14)

  1. - Procédé de fixage d'un toner à un support d'enregistrement dans un appareil d'impression ou de reproduction de documents, par mise en contact du support d'enregistrement sur lequel est déposé le toner avec un agent fixateur chimique à l'état gazeux, caractérisé en ce que l'agent fixateur contient un hydrofluorocarbure en C3-C6.
  2. - Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'hydrofluorocarbure est un hydrofluoroalcane de formule générale CaHbFc, dans laquelle a est un nombre entier de 3 à 5, b est un nombre entier de 1 à (a+2) et c est un nombre entier de a à (2a+1).
  3. - Procédé selon la revendication 2 dans lequel l'agent fixateur contient du 1,1,1,3,3-pentafluorobutane.
  4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel l'agent fixateur contient un co-solvant.
  5. - Procédé selon la revendication 4, dans lequel le co-solvant est un composé choisi parmi les alcools en C1-C3, les cétones en C3-C6, les esters en C2-C8 et les hydrocarbures chlorés en C1-C3.
  6. - Procédé selon la revendication 5, dans lequel le co-solvant est un composé choisi parmi l'acétone, l'acétate d'éthyle, l'acétate de méthyle, le formiate d'éthyle et le formiate de méthyle.
  7. - Procédé selon la revendication 6, dans lequel le co-solvant est l'acétate d'éthyle.
  8. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel l'agent fixateur contient de 98 à 60 % en poids de l'hydrofluorocarbure en C3-C6 et de 2 à 40 % en poids du co-solvant.
  9. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel le toner comporte une matrice polymérique à base de polyester.
  10. - Compositions contenant au moins 50% en poids de 1,1,1,3,3-pentafluorobutane HFC-365mfc et un ester en C2-C8, utilisables dans le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
  11. - Compositions selon la revendication 10, dans lesquelles l'ester est choisi parmi l'acétate d'éthyle, l'acétate de méthyle, le formiate d'éthyle et le formiate de méthyle.
  12. - Compositions contenant du 1,1,1,3,3-pentafluoropropane HFC-245fa et un co-solvant choisi parmi les alcools en C1-C3, les esters en C2-C8, les cétones en C3-C6 et les hydrocarbures chlorés en C1-C3, utilisables dans le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
  13. - Composition selon la revendication 12, dans laquelle la cétone est l'acétone.
  14. - Utilisation d'un hydrofluorocarbure en C3-C6, comme constituant d'un agent fixateur de toner.
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