NO131653B - - Google Patents

Description

Xerografisk fremkallermateriale.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et xerografisk frem-kal le rma te r ia le inneholdende tonerpartikler som inneholder findelt tonermateriale omfattende en fargegiver og en termoplastisk harpiks, for eksempel vinyl- eller vinylidenharpiks med et smeltepunkt på minst 43,3°C, et fast, stabilt, hydrofobt metallsalt av en fettsyre, samt en fast, halogenert, aromatisk forbindelse og fortrinnsvis bærerpartikler.

Dannelsen o'g fremkallingen av bilder på overflaten til fotoledende materialer med elektrostatiske anordninger er vel kjent. Den grunnleggende xerograf i-prosess, som beskrevet av C . F.. Carlson i U.S.-patentskrift 2.297.691, omfatter avsettingen av en jevn elektrostatisk ladning på et fotoledende, isolerende sjikt, eksponering•av sjiktet for et lys-skygge-bilde for å fortære lad-ningen i områder av sjiktet eksponert for lyset og å fremkalle det resulterende, latente, elektrostatiske "bilde ved å avsette på bildet et findelt elektroskopisk materiale i fagspråket kalt "toner". Toneren vil normalt tiltrekkes av de områder av sjiktet som har en ladning, for derved å danne et toner-bilde som til-svarer det latente elektrostatiske bilde. Dette pulverbilde kan deretter overføres til en bæreflate, såsom papir. Det overførte bilde kan deretter fikseres permanent til bæreflaten, f or eksempel med varme. I stedet for dannelse av et latent bilde ved jevn opp-ladning av det fotoledende sjikt,og deretter eksponering av sjiktet for et lys-skygge-bilde, kan man danne det latente bilde ved direkte å lade sjiktet i bildekonfigurasjon. Pulverbildet kan fikseres til det fotoledende sjikt dersom overføringen av pulverbildet ønskes eliminert. Andre hensiktsmessige fremgangsmåter for fiksering, såsom behandling med oppløsningsmiddel eller overtrekk, kan erstatte den forannevnte varme fiksering.

Flere fremgangsmåter er kjent for påføring av elektroskopiske partikler på det latente elektrostatiske bilde som skal fremkalles. En fremgangsmåte for fremkalling, som er beskrevet i U.S.-patentskrift 2.618.552, er kjent som "kaskade"-fremkalling. Ifølge denne fremgangsmåte blir et fremkallermateriale som omfatter forholdsvis store bærerpartikler, elektrostatisk over-trukket med findelte toner-partikler, transportert til eller rul-let eller drysset over flaten som bærer det elektrostatiske latente bilde. Sammensetningen av bærerpartiklene er slik valgt at de lader toner-partiklene triboelektrisk til den ønskete polaritet. Når blandingen drysser eller ruller over den bildebærende flate, avsettes toner-partiklene elektrostatisk og forbindes til den ladete del av det latente bilde og avsettes ikke på de uladete deler eller bakgrunnsdeler av bildet. De fleste av tonerpartiklene som tilfeldig avsettes på bakgrunnen, fjernes av derr rullende bærer, tilsynelatende på grunn av den større elektrostatiske tiltrekning mellom toneren og bæreren enn mellom toneren og den ut-ladete bakgrunn. Bæreren og overflødig toner føres deretter tilbake i prosessen. Denne fremgangsmåte er meget god for fremkalling av bilder med strekmønster.

En annen fremgangsmåte for fremkalling av elektrostatiske bilder er den fremgangsmåte med "magnetisk børste" som er beskrevet for eksempel i U.S.-patentskrift 2.874.063. Ved denne fremgangsmåte bæres et fremkallermateriale som inneholder toner og magnetiske bærerpartikler av en magnet. Magnetens magnetiske felt bevirker opprettingen av den magnetiske bærer i en børste-liknende konfigurasjon. Denne "magnetiske børste" bringes sammen med flaten som bærer det elektrostatiske bilde, og tonerpartiklene trekkes fra børsten til det latente bilde ved elektrostatisk tiltrekning.

En ytterligere fremgangsmåte for fremkalling av elektrostatiske, latente bilder er fremgangsmåten med den såkalte "pulversky", som er beskrevet for eksempel i U.S.-patentskrift 2.221.776. Yed denne fremgangsmåte føres et fremkallermateriale som omfatter elektrisk ladete tonerpartikler i et gassaktig medium forbi flaten som bærer det latente elektrostatiske bilde. Toner-partiklene trekkes ved elektrostatisk tiltrekning fra gassen til det latente bilde. Denne fremgangsmåte er særlig anvendelig ved kontinuerlig tonerfremkalling.

Andre fremgangsmåter for fremkalling, for eksempel den såkalte "nedslags" ("touchdown")-fremkalling som beskrevet i U.S.-patentskrift 3.166.432 kan benyttes hvor de er hensiktsmessige.

Selv om noen av de forannevnte fremkallingsmåter benyttes kommersielt i dag, er den vanligste kommersielle xerografiske fremkallerteknikk den som går under navnet "kaskade"-fremkalling. Et allsidig kontor-kopieringsapparat som benytter denne fremkal-lingsmåte er beskrevet i U.S.-patentskrift 3.099-943. Kaskade-teknikken utføres generelt i et kommersielt apparat ved å drysse en fremkallerblanding over den øverste flate til en trommel med en horisontal akse, som bærer et elektrostatisk,latent bilde. Eremkalleren transporteres fra et trau eller en sump til den øvre del av trommelen ved hjelp av en båndtransportør. Fremkalleren drysses ned på en del av trommelens flate ned i sumpen og føres deretter tilbake til fremkallersystemet for å fremkalle ytterligere elektrostatiske, latente bilder. Små mengder toner tilsettes periodisk til fremkallermateria let for å kompensere for toner som forbrukes ved fremkalling. Denne fremgangsmåten gjentas for hver kopi som fremstilles av apparatet og gjentas vanligvis flere tusen ganger i løpet av fremkallerens levetid.

Det fremgår således av den foranstående beskrivelse så vel som fra andre fremkallingsmåter at toneren utsettes for mekanisk påkjenning som forsøker å bryte ned partiklene til uønskete støv-korn. Tonerkorn er skadelig for apparatets drift fordi de er meget vanskelige å fjerne fra avbildningsflater som skal benyttes på ny og også fordi de er tilbøyelige til å overføres til andre deler av apparatet og avsettes på kritiske apparatdeler, såsom optiske linser. Dannelsen av korn bremses når toneren inneholder en seig harpiks med høy molekylvekt, som er i stand til å motstå skjærkreftene og trykkreftene som utøves på toneren i apparatet. Uheldigvis kan mange materialer med høy molekylvekt ikke benyttes i automatiske apparater for høy hastighet, fordi de ikke kan smeltes hurtig i løpet av et varmefikseringstrinn for pulverbildet. Forsøk på å smelte hurtig" en toner med høyt smeltepunkt ved hjelp av varmeenheter med overdimensjonert høy kapasitet er blitt møtt med problemer med å hindre forkulling av papirarkene og med tilstrekkelig avledning av varmen som utvikles av smelteenheten eller smelteenhetene. I noen tilfeller har mottakerarket tatt fyr etter gjennomgangen gjennom smelteenheten. For å unngå forkulling eller forbrenning er således ekstrautstyr, såsom kompliserte og kost-bare kjøleenheter, nødvendig for å avlede riktig den store varme-mengde som utvikles av smelteren. Ufullstendig bortføring av varmen som utvikles vil resultere i ubekvemhet for operatøren og skade på varmeømfintlige apparatdeler. Dessuten vil den økte plass som opptas av varme- og kjøleenhetene og de høye driftsomkostnin-gene for disse ofte oppveie fordelene som oppnås ved den økte hastighet. På den annen side er harpikser med lav molekylvekt, som varmesmeltes lett ved relativt lave temperaturer,vanligvis uønskete fordi disse materialer er tilbøyelige til å danne tykke filmer på flater av fotolederen som skal benyttes om igjen. Disse filmer er tilbøyelige til å bevirke forringelse av bildet og medvirker til å øke vedlikeholdstiden for apparatet. Mange harpikser med lav molekylvekt spaltes når de utsettes for smeltebetingelser i kopieringsapparater for høy hastighet. I tillegg er harpikser med lav molekylvekt tilbøyelig til å danne klebrige bilder på de ferdige ark som lett tilsmusses og ofte smitter av på tilstøtende ark. Dessuten kan harpikser med lav molekylvekt ofte meget vanskelig eller til og med ikke smuldres i vanlige måleapparater. Ytterligere må tonermaterialet være i stand til å oppta en ladning med riktig polaritet når det bringes i berøring med flaten av bærematerialene i kaskade- eller "touchdown"-fremkallingssys-temer. De triboelektriske egenskaper og strømningsegenskapene for mange tonere blir uheldig påvirket av forandringer i luftfuktighe-ten. For eksempel varierer de triboelektriske verdier for noen tonere med forandringer i den relative fuktighet, og dette er ikke ønskelig ved benyttelse i xerografiske systemer, særlig i automatiske presisjonsmaskiner som krever tonere med stabile og forutbestembare triboelektriske verdier,. En annen faktor som på-virker stabiliteten av bærerens triboelektriske egenskaper er tendensen til noen tonermaterialer til å "kollidere" på bærerpartiklenes overflate. Når fremkallerne benyttes i automatiske fremkallingsmaskiner som virker etter kaskadeprinsippet og gjen-anvendes mange ganger, bevirker de mange kollisjoner som opptrer mellom bæreren og tonerpartiklene i maskinen at tonerpartiklene som bæres på bærerpartikle nes overflate sveises eller på annen måte tvinges inn i overflaten som bærerpartikler. Den grad-vise oppsamling av permanent festet tonermateriale på bærerpartiklenes flate bevirker en forandring i bærerpartiklenes triboelektriske verdi og medvirker direkte til forringelse av kopikva-liteten ved eventuell ødeleggelse av bærerens bærekapasitet for tonermaterialet. Et flertall kjente bærere og tonere er av slipende art. Slipende berøring mellom tonerpartikler, bærere og xerografiske avbildningsflater øker den innbyrdes ødeleggelse av disse komponenter. Utbytting av bærerne og de elektrostatisk bildebærende flater er kostbar og tidkrevende. Xerografiske kopier bør ha god strekkontrast så vel som akseptabel dekning av flater. Hår en fremgangsmåte er utformet for å forbedre enten strekskarp-heten eller dekningen av flate områdene kan man imidlertid vente redusert kvalitet for den andre egenskap. Anstrengelser for å øke bildetettheten ved å avsette større kvanta tonerpartikler på det latente, elektrostatiske bilde belønnes vanligvis med en uønsket stigning i bakgrunnsavsetninger. Siden de fleste termoplastiske materialer oppviser mangler i ett eller flere av de forannevnte områder, finnes det et kontinuerlig behov for forbedrete toner-og fremkallermaterialer.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å frembringe et xerografisk f re mka Herma te r ia le som inneholder tonerpartikler som er motstandsdyktige mot filmdannelse og sammenklumping, som kan smeltes ved høye hastigheter med mindre varmeenergi samt som er motstandsdyktige mot mekanisk påkjenning under fremkalling.

Dette oppnås ved at tonerpartiklene som den faste, halogenerte, aromatiske forbindelse omfatter minst en forbindelse med et smeltepunkt mellom 46 og 132°C og med den generelle formel hvor n' representerer 0 eller et positivt tall opp til 3 og m har en gjennomsnittlig verdi fra 0,5 til og med 2,5

Por optimal virksomhet ved xerografiske hurtigkopierings-maskiner som benytter papiropptakende bånd, bør toneren ha et smeltepunkts område mellom omtrent 43°C og omtrent 150°C og en smelteviskositet på mindre enn omtrent 2,0 x 10<->^ poise opp til temperaturer på 150°C. Smeltetemperaturer for toneren under 150°C foretrekkes fordi problemer med varmeavgivelse og papirforringe Ise unngås. Fremkallerne inneholder fra omtrent 0,02 til omtrent 20 vektsprosent, basert på vekten av toner i det endelige fremkallermateriale, av det faste hydrofobiske metallsalt av en høyere fettsyre. Fremkallerne inneholder fortrinnsvis fra omtrent 0,05 til omtrent 4 vektsprosent av metallsaltet fordi maksimal reduksjon av bakgrunnsavsetningen og bildetettheten derved oppnås. Uten nærværet av et fast, stabilt hydrofobt metallsalt av en høyere fettsyre i fremkalleren opptrer en meget hurtig forringelse av de gjenanvendbare avbildningsflater, for kraftig bakgrunn, redusert tetthet i tonerbildet, dårlig overføring av tonerbildet, redusert levetid på bærerpartikle ne, økt vanskelighet med å fjerne gjenværende tonermateriale fra gjenanvendbare avbildningsflater samt redusert elektrisk stabilitet. Selv om det opprinnelige potensial på den elektrostatiske avbildningsflate kan reduseres og motstandsdyktigheten mot avslipning kan forbedres når den andel av metallsalt som er til stede økes over omtrent 10$, økes de uønskete bakgrunnsavsetninger merkbart. Dersom ladingsspennin-gen reduseres for å kompensere for nærværet av metallsalt utover omtrent 10$, begynner bildene å få et "utvasket" utseende. Det er ikke avgjørende at hele flaten til hver tonerpartikkel er dekket med metallsaltet, for eksempel- er tilstrekkelig metallsalt til stede når omtrent 10 -til 16$ av t one rpart ikke lens flate er dekket med et metallsalt. Når metallsaltet er dispergert istedenfor "belagt på en toner- eller bære rpart ikke 1, trenges forholdsvis mer metallsalt for å holde en tilstrekkelig mengde av det blott-lagte salt på tone rpart ikke lens eller bære rpart ikke lens overflate. Den ekstra mengde metallsalt som trenges avhenger i stor grad av fremkallerpartiklenes overflateareal, og følgelig av den valgte partikkeldiameter. Ethvert egnet stabilt, fast hydrofobt metallsalt av en fettsyre med et smeltepunkt over omtrent 57°C kan benyttes. Optimale resultater oppnås når omtrent 0,05 til omtrent 4 vektsprosent sinkstearat, regnet etter vekten av toneren, finnes på ytterflåtene til partiklene i fremkallermaterialet. Fremkallere foretrekkes som inneholder sinkstearat fordi den resulterende blanding kjennetegnes ved fremragende smelteegenskaper, høy renseevne fra elektrostatiske avbildningsflater, større triboelektrisk stabilitet, tette tonerbilder og økt motstandsdyktighet mot mekanisk avslipning.

Enhver egnet vinylharpiks med et smeltepunkt på minst 43,3°C kan benyttes i tonerne ifølge denne oppfinnelse. "Vinylharpikse.n kan være en homopolymer eller en sampolymer av to eller flere vinylmonomerer. Typiske monomere enheter som kan benyttes for å danne vinylpolymerer omfatter: styren, p-klorstyren, vinylnaftalen, etylenisk umettete mono-olefiner, såsom etylen, propylen, butylen, isobutylen og liknende, vinyl-estere, såsom vinylklorid, vinylbromid, vinylfluorid, vinylacetat, vinylpropionat, vinylbenzoat, vinylbutyrat og liknende, estere av alfametylen-alifatisk monocarbosykliske syrer, såsom metylakrylat, etylakrylat, n-butylakrylat, isobutylakrylat, dodecylakrylat, n-octylakrylat, 2-kloretylakrylat, fenylakrylat, metyl-alfa - klorakrylat, metylmetakrylat, etylmetakrylat, butylmetakrylat og liknende, akrylnitril, metakrylnitril, akrylamid, vinyletere, såsom vinylmetyleter, vinylisobutyleter, vinyletyleter og. liknende, vinylketoner, såsom vinylmetylketon, vinylheksylketon-, metylisopropenylketon og liknende, vinylhalogenider, såsom vinylidenklorid, vinylidenklorfluorid og liknende, samt N-vinylforbindelser, såsom N-vinylpyrrol, N-vinylcarbazol, N-vinylind-ol, N-vinylpyrroliden og liknende samt blandinger av disse. Generelt har egnete vinylharpikser som benyttes i toneren e-n gjennomsnittlig molekylvekt mellom omtrent 3.000 x>g omtrent 500.000.

Tonerharpikser som inneholder en relativt høy andel av en styrenharpiks foretrekkes. Nærværet av en styrenharpiks foretrekkes på grunn av den større grad av bildedefinisjon som oppnås ved en gitt mengde tilsetningsmateriale. Dessuten oppnås tettere bilder når.i det minste omtrent 25 vektsprosent, basert på den totale vekt av harpiks i toneren, av en styrenharpiks er til stede i toneren. Styrenharpiksen kan være en homopolymer av styren eller styrenhomologer eller kopolymerer av styren med andre monomere grupper som inneholder en enkelt metylengruppe festet til et karbonatom med en dobbelbinding. Typiske monomere materialer som kan kopolymeres med styren ved addisjonspolymerisasjon omfatter således: p-klorstyren, vinylnaftalen, etylenisk-umettete mono-olefiner, såsom etylen, propylen, butylen, isobutylen og liknende, vinylestere, såsom vinylklorid, vinylbromid, vinylfluorid, vinylacetat, vinylpropionat, vinylbenzoat, vinylbutyrat og liknende, estere av alfa-metylenalifatiske monokarboksylsyrer, såsom metylakrylat, etylakrylat, n-butylakrylat, isobutylakrylat, dodecylakrylat, n-octylakrylat, 2-kloretylakrylat, fenylakrylat, metyl-alfa-klorakrylat, metylmetakrylat, etylmetakrylat, butylmetakrylat og liknende, akrylnitril, metakrylnitril, akrylamid, vinyletere, såsom vinylmetyleter, vinylisobutyleter, vinyletyJ-eter og liknende, vinylketoner, såsom vinylmetylketon, vinylheksylketon, metylisopropenylketon og liknende, vinylidenhaloge-nider, såsom vinylidenklorid, vinylidenklorfluorid og liknende, samt N-vinylforbindelser, såsom N-vinylpyrrol, N-vinylcarbazol, N-vinylindol, N-vinylpyrroliden og liknende samt blandinger av disse. Styrenharpiksene kan også dannes ved polymerisasjon av blandinger av to eller flere av disse umettet monomere materialer med en styrenmonorner. Uttrykket "addisjons-polymerisasjon" er ment å omfatte kjente polymerisasjonsteknikker, såsom polymerisa-sjonsmetoder med fri radikal, samt anjoniske og katjoniske poly-merisas j onsmet oder .

V i ny lha rpiks ene , medregnet harpikser av. styre ntypen, kan også blandes'med en eller flere andre harpikser dersom det er ønskelig. Når vinylharpiksen blandes med en annen harpiks, er den tilsatte harpiks fortrinnsvis en annen vinylharpiks fordi den resulterende blanding kjennetegnes ved særlig god triboelektrisk stabilitet og jevn motstandsdyktighet mot fysikalsk forringelse. De benyttete vinylharpikser for sammenblanding med harpikser av styrentypen eller andre vinylharpikser kan fremstilles ved addisjonspolymerisasjon av enhver egnec vinylmonomer, såsom de forannevnte vinylmonomerer. Andre termoplastiske harpikser kan også hiandes med vinylharpiksene. Typiske termoplastiske harpikser som ikke er av vinyltypen omfatter: kolofoniummodifiserte fenolformaldehydharpikser, oljemodifiserte epoksyharpikser, poly-uretanharpikser, celluloseplastharpikser, polyeterharpikser og blandinger av disse. Når harpiks"komponenten av toneren inneholder styren kopolymerisert med en annen umettet monomer eller blanding av polystyren og et annet harpiks, foretrekkes en styrenkomponent på minst omtrent 25 vektsprosent, basert på den totale vekt av harpiksen i toneren, fordi tettere bilder oppnås og bedre bilde-def inis jon frembringes med en gitt mengde tilsetningsmateriale.

Tonerpartiklene bør ha en tilstoppingstemperatur på minst 43°C og en smelteviskositet på mindre enn 2,5 x 10<->^ poise ved temperaturer på opptil 232°C. Når toneren har en tilstopnings-temperatur som er lavere enn 43°C, er tonerpartiklene tilbøyelige til å klumpe seg sammen under lagring og ved drift av maskinen også å danne uønskete filmer på flaten til gjenanvendbare foto-opptakere, noe som forringer bildekvaliteten. Dersom tonerens smelteviskositet er høyere enn 2,5 x 10""^ poise ved temperaturer over 232°G, vil ikke tonermaterialet ifølge oppfinnelsen klebe tilstrekkelig til et mottakerark selv ved de smeltebetingelser som finnes i et'vanlig xerografiapparat, og det kan lett fjernes ved gnidning.

Typiske polyklorerte polyfenyl-forbindelser som represen-teres med denne formel omfatter: p,p'-diklorbifenyl, 2,4,7,9-tetraklorbifenyl, 1,4 bis-(p-klorfenyl)-2 klorbenzen, 2,2' diklor-4,4'-(p-klorfenyl)-bifenyl og liknende. Noen av disse forbindelser er blitt solgt under varemerket "Aroclor" og under varemerket "Halowax", for eksempel "Aroclor 2565", "Aroclor 4465", "Aroclor 5442", "Aroclor 5460" og "Halowax 0077". Tonerpartiklene inneholder fortrinnsvis 5-55 vektsprosent halogenert -aromatisk forbindelse regnet av den totale vekt av tonerens harpiksholdige komponent. Når den relative mengde i toneren økes over omtrent 65 vektsprosent, vil den mekaniske styrke, motstandsevnen mot krymping og stabiliteten til det endelige smeltete tonerbilde begynne å forringes hurtig. Når sprø, ikke-polymere forbindelser, såsom de forbindelser som er beskrevet i U.S.-patentskrift 3.272.644, benyttes i automatiske kopierings- og dupliserings-maskiner, dannes således mye tonerstøv, ag de smeltete tonerbilder er tilbøyelige til å smuldre og flekkes av mottakerarkene når disse brettes. Dessuten er noen faste ikke-polymere materialer tilbøyelige til å fordampe eller sublimere og å danne giftige eller brennbare gasser. Når mindre enn omtrent 3 vektsprosent benyttes i toneren, vil tonerens egenskaper med hensyn til smelting, strømning og triboelektrisitet være omtrent som for ioner uten denne tilsetning. Dersom det ønskes, kan blandinger av forbindelser benyttes i toneren. En økning av den relative mengde av forbindelsen er tilbøyelig til å redusere den endelige toners smelteviskositet.

Det skal forstås at den spesielle formel som er angitt for forbindelsen representerer de aller fleste av de foreliggende forbindelser, men det skal ikke utelukkes at det finnes andre monomere enheter eller reaksjonsbestanddeler enn de som er blitt vist. Eor eksempel inneholder noen av de handelsvanlige materialer, såsom polystyren og polyklorerte polyfenyl-forbindelser,mindre mengder av homologer eller ureagerte eller delvis reagerte monomerer. Enhver mindre mengde med slike substituenter kan være til stede

i materialene ifølge oppfinnelsen.

Ethvert egnet stabilt, fast hydrofobt metallsalt av en fettsyre med et smeltepunkt over 57°C kan benyttes. Metallsaltet bør være stort sett uoppløselig i vann. Vannopplaselige metall-salter mangler de riktige elektriske egenskaper og påvirkes uheldig av fuktighetsforandringer som vanligvis opptrer i den om-givende atmosfære. En stor del av de salter som vanligvis anses å være uoppløselige vil imidlertid i virkeligheten oppløses i en viss grad. Eor å kunne gjennomføre oppfinnelsen, bør saltets opp-løselighet være forsvinnende liten. Saltene som har de ønskete egenskaper omfatter mange salter av lineære,mettete fettsyrer, umettete fettsyrer, delvis hydrerte fettsyrer og substituerte fettsyrer og blandinger av disse. Metallsaltene kan behandles i trommel eller formales sammen med tonerpartiklene eller bærerpartiklene eller være intimt dispergert i hver toner- eller bærer-partikkel. Denne siste utførelsesform er imidlertid mindre fordelaktig enn de tromlete eller formalte blandinger, fordi en større mengde metallsalt kreves for å frembringe en tilstrekkelig mengde metallsalt blottlagt på fremkallerpartiklenes overflate. Metallsaltene blandes fortrinnsvis med tonermateriale ved å blande i trommel tidligere findelte metallsaltpartikler med tidligere fremstilte findelte tonerpartikler. Denne tromling fortsettes til metallsaltpartiklene er jevnt fordelt i massen av tonerpartikler. Fremragende tonerblandinger oppnås når tonerpartiklene tromles med metallsaltpartikler som har en størrelse i område fra omtrent 0,5 til omtrent 50 mikron. De således fremstilte blandinger foretrekkes fordi den resulterende behandlete toner oppviser meget stabile avbildningskarakteristikker under fuktighetsbetingelser som varierer sterkt.

Typiske fettsyrer hvorav stabile, faste, hydrofobe metall-salter kan avledes omfatter: kapronsyre, enantylinsyre, kapryl-syre, pelargonsyre, kaprinsyre, undecylensyre, laurinsyre, tride-coinsyre, myristinsyre, pentadecanoinsyre, palmitinsyre, marga-rinsyre, stearinsyre, nondecylsyre, arachinsyre, behensyre, stillinginsyre, palmitoleinsyre, oleinsyre, ricinoleinsyre, petroselininsyre, vacceninsyre, linolsyre, linolensyre, eleostea-rinsyre, licansyre, parinarsyre, gadolinsyre, arachidonsyre, cetolensyre og blandinger av disse. Typiske stabile,faste metall-salter av fettsyrer omfatter: sinkstearat, kadmiumstearat, barium-stearat, blystearat, jernstearat, nikkelstearat, koboltstearat, kobberstearat, strontiumstearat, kalsiumstearat, kadmiumstearat, magnesiumstearat, sinkoleat, manganoleat, jernoleat, koboltoleat, kobberoleat, blyoleat, magnesiumoleat, sinkpalmitat, kobolt-palmitat, kobberpaImitat, magnesiumpalmitat, aluminiumpalmitat, kalsiumpalmitat, blykaprylat, blykaproat, sinklinoleat, kobolt-linoleat, kalsiumlinoleat, sinkricinoleat, kadmiumricinoleat samt blandinger av disse.

Når det faste hydrofobe metallsalt av en høyere fettsyre blandes fysisk med eller påføres som et belegg på toner- eller bærerpartikler, istedenfor å bli dispergert i tonermatriksen, er metallsaltet fordelaktig til stede i en mengde fra omtrent 0,02 til omtrent 10 vektsprosent basert på vekten av toneren i den endelige fremkallerblanding. Optimale resultater oppnås med omtrent 0,05 til omtrent 4$ metallsalt. Selv om det opprinnelige potensial på den elektrostatiske avbildningsflate kan reduseres og motstandsdyktigheten mot slitasje forbedres når mengden av metallsalt som er til stede økes utover omtrent 10$, økes de uønskete bakgrunnsavsetninger merkbart. Dersom ladespenningen reduseres for å kompensere for nærværet av metallsalt utover omtrent 10$, begynner bildene å innta et "utvasket" utseende. Det er ikke avgjørende at hele flaten til hver tonerpartikke 1 dekkes med metallsaltet, for eksempel er tilstrekkelig metallsalt til stede når 10 til 16$ av tonerpartikke lens flate er belagt med metallsalt.

Når metallsaltet dispergeres istedenfor å belegges på en toner- eller bærerpartikke 1, trenges forholdsvis mer metallsalt for å holde en tilstrekkelig mengde blottlagt salt på overflaten av toner- eller bærerpartikke len. Den ytterligere mengde metallsalt som er nødvendig avhenger for en stor del av partiklenes overflatestørrelse og følgelig av diameteren på de valgte partikler. Benyttelsen av små mengder kalsiumstearat som et pigment-fuktemiddel i sinkoksyd-fremkallerpulveret er kjent og beskrevet for eksempel i U.S.-patentskrift 3.053.688, spalte 5, linje 41,

og i kanadisk patentskrift 633.458, spalte 9, linje 8. Mengden kalsiumstearat som benyttes ifølge nevnte patentskrifter for å lette fuktingen av pigmenter dispergert i sinkoksyd-fremkallerpulveret er imidlertid utilstrekkelig for å frembringe en effektiv mengde blottlagt kalsiumstearat på overflaten av tonerpartikkelen for de formål som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse. Når mindre enn omtrent 0,02 vektsprosent metallsalt basert på vekten av toneren virkelig er til stede på overflaten av tonerpartikkelen, er dens egenskaper med hensyn til triboelektrisitet, strømning, slitasje, overføring og bildedannelse stort sett de samme som for en toner eller bærer som ikke inneholder et metallsalt av en fettsyre. Tilsynelatende er ved en gitt mengde metallsalt basert på vekten av tuneren et større volum salt til stede på' overflaten av toneren eller bæreren når metallsaltet tilsettes blandingen av forut fremstilte fargete tonerpartikler eller bærere enn når det er intimt dispergert i hver tonerpartikke 1 eller bærer. Dersom konsentrasjonen av metallsalt økes til det punkt hvor toneren består stort sett av 100$ metallsalt, vil metallsaltet danne glatte filmer på den elektrostatiske, bildebærende flate og bærerpartikle ne som benyttes til overføring av pulverbildet, fjerning av bakgrunn og rensing. U.S.-patentskrift 3.083.117 beskriver en fremgangsmåte for påføring av reaktive tonere som inneholder 100$ jernstearat på et elektrostatisk bilde og deretter overføring av det fremkalte bilde til et overførings-ark fuktet med en alkoholholdig oppløsning av gallussyre. Jern-stearatet reagerer med gallussyren for å danne et sort reaksjons-produkt. I tillegg til de problemer man støter på når det benyttes toner som inneholder 100$ metallsalt, krever elektrostatiske fremkallingsmåter av den forannevnte type væskebehandling på forhånd av -mottakerarket med en medfølgende økning i omkost-ninger og besværlighet. Dessuten vil krølling, avfarging av bil-

det og smitting skje oftere når det benyttes fuktete mottakerark. Ekstrautstyr for å fjerne giftige og brennbare gasser kan også være nødvendig.

Fremragende resultater er blitt oppnådd med sinkstearat. Når toner- og fremkallerpartikle ne ifølge denne oppfinnelse behandles med sinkstearat, særlig i området fra omtrent 0,05 til omtrent 4 vektsprosent basert på den totale vekt av toner, oppnås bedre strømning, mindre bakgrunn, høyere bildetetthet ved lavere opprinnelige ladningsspenninger, samt høyere apparathastigheter ved mindre kraftforbruk. TrommeIslitasjen reduseres merkbart.

Ethvert egnet pigment eller fargestoff kan benyttes som fargegiver for tonerpartiklene. Tonerfargegivere er velkjent og omfatter for eksempel kjønrøk, nigrosinfarge, anilinblått, "Galco Oil Blue", kromgult, ultramarinblått, "Quinoline Yellow", metylen-blåttklorid, "Monastral Red", Sudan Black BN", "Malachite Green Oxalate", lampesort, "Rose Bengal", "Monastral Red", samt blandinger av disse. Pigmentene eller fargestoffene bør være til stede i toneren i en tilstrekkelig mengde til å gjøre den sterkt farget slik at den kommer til å danne et klart synlig bilde på et opp-takerorgan. Hvor konvensjonelle xerografiske kopier av maskin-skrevne dokumenter ønskes, kan således for eksempel toneren omfatte et stort pigment, såsom kjønrøk eller et sort fargestoff, såsom "Amaplast Black"-farge. Pigmentet benyttes fortrinnsvis i en mengde fra omtrent 3 vektsprosent til omtrent 20 vektsprosent, regnet av den totale vekt av den fargete toner. Dersom fargegi-veren som benyttes for toneren er et fargestoff, kan vesentlig mindre mengder fargegiver benyttes.

Tonersammensetningene ifølge den foreliggende oppfinnelse kan fremstilles ved hjelp av enhver kjent teknikk for tonerblanding og -oppdeling. For eksempel kan bestanddelene blandes grundig ved sammenrøring og formaling av komponentene og deretter mikro-pulverisering av den resulterende blanding. En annen velkjent teknikk for danning av tonerpartikler er å sprøytetørke en tonersammensetning som omfatter en fargegiver, en harpiks og et oppløsningsmiddel og som er malt i en kulemølle.

Generelt vil kvalitetsgraden til den fikserte toner ved en gitt smeltertemperatur synke med øket smelteviskositet for toneren. Som angitt foran,vil ikke tonerraaterialene klebe tilstrekkelig til et mottakerark, selv under de smeltebetingelser som finnes i et vanlig xerografiapparat, dersom sme1teviskositeten til toneren er større enn omtrent 2,5 x 10<->^ poise ved temperaturer opp til 232°C. Verdien for tonernes smelteviskositet vil derfor medvirke til forutbestemmelsen av graden av strømning og inntrengning av toneren inn i den opptakende bærer, såsom papir, under varme fikseringen. Uttrykket "smelteviskositet" som det benyttes her, er et mål for forholdet mellom skjærspenningen og hastigheten i poise ved en gitt temperatur. Alle viskositets-målinger er gjennomført med et kapillar-rheometer av merke "Instron", modell "TIC" .

Når tonerblandingen ifølge oppfinnelsen skal benyttes for kaskadefremstilling, bør toneren ha en gjennomsnittlig partik-kelstørrelse som er mindre enn omtrent 30 mikron og fortrinnsvis mellom 4 og 20 mikron for å gi optimale resultater. Por benyttelse ved "pulversky"-fremkalling foretrekkes partikkeldiametere som er litt mindre enn 1 mikron.

Egnete belagte og ubelagte bærermaterialer for kaskade- og magnetbørstefremkalling er kjent på området. Bærerpartiklene kan være elektrisk ledende, isolerende, magnetiske eller ikke-magnetiske, forutsatt at bærerpartiklene får en ladning med en motsatt polaritet av tonerpartiklene når de bringes i tett berøring med disse, slik at tonerpartiklene henger ved og omgir bærerpartiklene. Når en positiv gjengivelse av et elektrostatisk bilde ønskes, velges bærerpartiklene slik at tonerpartiklene får en ladning med motsatt polaritet av det elektrostatisk latente bildes ladning. Alternativt velges bærerpartiklene, dersom en omvendt •gjengivelse av det elektrostatiske bilde ønskes, slik at toner-partiklene får en ladning med samme polaritet som det elektrostatiske bildes ladning. Materialene for bærerpartiklene velges således i samsvar med dets triboelektriske egenskaper i forhold til den elektroskopiske toner, slik at når de blandes eller bringes i innbyrdes kontakt, vil en komponent av fremkalleren lades positivt dersom den andre komponent befinner seg under den første komponent i den triboelektriske rekke og negativt dersom den andre komponent befinner seg over den første komponent i den triboelektriske rekke. Ved riktig valg av materialer i samsvar med deres triboelektriske virkninger blir polaritetene på deres ladninger når de blandes slik at de elektroskopiske tonerpartikler henger ved og dekker overflaten på bærerpartiklene og henger også ved den del av de elektrostatisk bildebærende flater som har en større tiltrekning for toneren enn bærerpartiklene. Typiske bærere omfatter natriumklorid, ammoniumklorid, aluminium-kaliumklorid, kaliumnatriumtartrat, natriumnitrat, aluminium-nitrat, kaliumklorat, granulert zirkon, granulert silisium, metylmetakrylat, glass, silisiumdioksyd og liknende. Bærerne kan benyttes med eller uten overtrekk. Mange av de forannevnte og typiske bærere er beskrevet i U.S.-patentskrift 2.618.551, i U.S.-patentskrift 2.638.416 of i U.S.-patentskrift 2.618.552. En diameter på en ferdig belagt bære rpart ikke 1 på mellom omtrent 50 til omtrent 1000 mikron foretrekkes fordi bærerpartikkelen da har tilstrekkelig tetthet og treghet til å hindre vedheng til de elektrostatiske bilder under kaskade-fremkallingen. Det er uønskelig at bærerkorn henger ved de xerografiske trommelflater på grunn av dannelsen av dype furer i overflaten under bildeover-føringen og trommelrensing, særlig når rensingen gjennomføres ved hjelp av en båndrenser, såsom båndet som er beskrevet i U.S.-patentskrift 3.186.838. Dessuten kan trykket forsvinne når bærerkorn henger ved de xerografiske avbildningsf later. Generelt sagt oppnås tilfredsstillende resultater når omtrent 1 vektsdel toner benyttes sammen med omtrent 10 til omtrent 200 vektsdeler bærer.

Tonerforbindelsene ifølge den foreliggende oppfinnelse kan benyttes for å fremkalle latente elektrostatiske bilder på enhver egnet elektrostatisk latent bildebærende flate medregnet konvensjonelle fotoledende flater. Vel kjente fotoledende. materialer omfatter glassaktig selen, organiske eller anorganiske fotoledere innleiret i en ikke-fotoledende matrise, organiske eller anorganiske fotoledere innleiret i en fotoledende matrise og liknende. Representative patentskrifter hvor fotoledende materialer be-skrives omfatter U.S.-patentskrifter 2.803.542, 2.970.906, 3.121.006 og 3.121.007, samt 3.151.982.

De følgende eksempler gir ytterligere definisjon, beskrivelse og sammenlikning av fremgangsmåter for fremstilling av tonermaterialene ifølge den foreliggende oppfinnelse, og av benyttelsen av dem for å fremkalle elektrostatisk latente bilder. Deler og prosenttall er angitt etter vekt dersom ikke annet er uttrykt.

Eksempel I.

En prøve på "Xerox 813" tonerpartikler ble benyttet som en prøve. Kopier av et standard prøvemønster ble fremstilt med toneren i et modifisert "813 Xerox" kopieringsapparat. Smeltetempe-råturen ble innstilt med en proporsjonal temperaturstyring og ble styrt ved hjelp av et termoelement plassert i sentrum av den øverste smelterplate. Smelterenheten omfattet plater mon-tert omtrent 19 mm fra hverandre. Tonerbildene på 20 x 33 cm kopieringsark ble transportert gjennom smelteren med det dobbelte av vanlig hastighet, det vil si med omtrent 7,5 cm pr. sekund. Fordi motoren i et standard "Xerox 813" kopieringsapparat stopper og overoppvarmes når apparatet drives med det dobbelte av normal hastighet, måtte det benyttes en motor med det dobbelte av vanlig effekt. Etter gjennomgang gjennom smelteren ble kopieringsar.kene festet til en helsides slipetrommel med en diameter på omtrent 12 cm. En vanlig "813" renseduk ble presset mot kopiarket ved hjelp av en fjærbelastet valse under et fjær-trykk på omtrent 18 kp. Ved å dreie sylinderen som bar kopierings-arket, ble hele tonerbildet på arket slipt ved friksjonsberøring med duken. En minimal smeltertemperatur ble funnet da alle prøve-bokstaver fremdeles var løsbare etter et slipeforløp på 5 omdreininger med slipetrommelen. "Xerox 813" bærerkort ble benyttet med toneren under fremkallingstrinnet. Den minimale smeltertemperatur hvorved forståelige kopier oppnås med "813"-toner ble funnet å være omtrent 321°C. Mange av kopiene som forlot smelteren hadde glødende partier og i noen tilfeller åpen ild. Mikrografiske undersøkelser av den gjenanvendbare avbildningsflate etter 5000 forløp avslørte betydelig slitasje og forringelse av flaten.

Eksempel II.

Det ble fremstilt en tonerblanding som inneholdt omtrent 6,5 vektsdeler polystyren, omtrent 2 vektsdeler polyklorert polyfenyl og omtrent 1,5 vektsdeler kjønrøk. Tilsetningsstoffet var erholdelig under varemerket "Aroclor 5460" og var en hård, tørr, fast masse med et smeltepunkt i området fra omtrent 98°C til omtrent 160°C, en spesifikk vekt (25°C/2-5°C) på omtrent 1,67 og et klorinnhold på omtrent 58,5 til 60,6 vektsprosent. Etter smelting og innledende sammenblanding ble sammensetningen tilført til en gummimølle og malt grundig slik at det fremkom en jevnt dispergert sammensetning av tilsetningsstoffet i den termoplastiske harpiksmasse. Den resulterende blandete sammensetning ble avkjølt og deretter findelt i en strålepulverisator,slik at det fremkom tonerpartikler med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på omtrent 10 til omtrent 18 mikron. Omtrent 1,5 vektsdeler av de pulveriserte tonerpartikler ble blandet med omtrent 0,015 vektsdeler jernoleat med en partikkelstørrelse på fra omtrent 5 til omtrent 40 mikron og omtrent 98,5 vektsdeler "813 Xerox" bærerkorn og benyttet i stedet for fremkalleren i eksempel I. Den frem-brakte toner ble avgitt lett og det ble oppnådd bilder med høy oppløsning og stort sett uten bakgrunn. Under stort sett identiske prøveforhold ble det funnet at den originale drivmotor kunne benyttes og at den minimale smeltertemperatur hvorved løsbare kopier ble oppnådd etter et slipeforløp på 5 omløp med slipetrommelen var omtrent 288°C. Dette var en reduksjon på 33°C fra smeltertem-peraturen som krevdes i eksempel I. Ingen glør eller åpen flamme ble iakttatt på kopier som kom ut av smelteren.

Eksempel III.

En prøve på den kontrolltoner og bærer som er beskrevet i eksempel I ble benyttet for dannelse av tonerbilder. Mindre enn omtrent 2 omdreininger med slipeapparatet var nødvendig for å frembringe en reduksjon av bildetettheten på omtrent 20$ målt med en "Densichrom" refleksjonsenhet. Det avsatte tonerbilde ble lett ødelagt ved å gni bildene med en finger.

Eksempel IV.

Det ble fremstilt en kontroll-tonerblanding som inneholdt omtrent 7 vektsdeler av en sampolymer av omtrent 80 vektsdeler styren og omtrent 20 vektsdeler isobutyl-metakrylat og omtrent 2,0 vektsdeler poly-etylensebaoat og omtrent 1,0 vektsdel kjønrøk. Dette tilsetningsstoff var en tørr, fast masse med smeltepunkt på omtrent 75°C Etter smelting og innledende sammenblanding ble blandingen tilført en gummimølle'og malt grundig hvorved det fremkom en jevnt dispergert blanding av tilsetningsstoffet i den termoplastiske harpiksmasse. Den resulterende blanding ble av-kjølt og deretter fint oppdelt i en strålepulverisator,slik at det fremkom tonerpartikler med gjennomsnittlig partikkelstørrelse fra omtrent 10 til omtrent 20 mikron. Omtrent 1 vektsdel av de pulveriserte tonerpartikler ble blandet sammen med omtrent 99 vektsdeler "813 Xerox" bærerkorn og benyttet som fremkaller som angitt i eksempel I. Den resulterende fremkaller ble benyttet for fremstilling av 10.000 kopier i et "813 Xerox" kopieringsapparat. Kopiene som ble fremstilt nær avslutningen av prøven var kjenne-tegnet ved meget lav bildetetthet og sterk bakgrunn. En under-søkelse av den xerografiske trommel etter avslutningen av prøven avslørte en kraftig film av toner på trommelens flate, hvilket var et resultat av dårlig renseevne for toneren.

Claims (4)

1. Xerografisk fremkallermateriale inneholdende tonerpartikler som inneholder findelt tonermateriale omfattende en fargegiver og en termoplastisk harpiks, for eksempel vinyl- eller vinylidenhar-

piks med et smeltepunkt på minst 43,3°C, et fast, stabilt, hydrofobt metallsalt av en fettsyre, samt en fast, halogenert, aromatisk forbindelse og fortrinnsvis bærerpartikler, karakterisert ved at tonerpartiklene som den faste, halogenerte, aromatiske forbindelse omfatter minst en forbindelse med et smeltepunkt mellom 46 og 132°C og med den generelle formel hvor n' representerer 0 eller et positivt tall opp til 3 og m har en gjennomsnittlig verdi fra 0,5 til og med 2,5.

2. Fremkallermateriale i samsvar med krav 1,karakterisert ved at tonerpartiklene har en tilstoppingstemperatur på minst 43°C og en smelteviskositet som er mindre enn 2,5 x 10"^" poise ved temperaturer opp til 232°C.

3. Fremkallermateriale i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at tonerpartiklene inneholder 3-65 vektsprosent, fortrinnsvis 5-55 vektsprosent halogenert aromatisk forbindelse regnet av den totale vekt av den termoplastiske harpiks i tonerpartiklene.

4. Fremkallermateriale i samsvar med et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at tonerpartiklene inneholder minst 25 vektsprosent av en styrenharpiks, regnet av den totale vekt av den termoplastiske harpiks i tonerpartiklene.