WO2003019298A1 - Verwendung eines leitfähigen flüssigentwicklers zum elektrographischen drucken oder kopieren - Google Patents

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WO2003019298A1
WO2003019298A1 PCT/DE2002/002806 DE0202806W WO03019298A1 WO 2003019298 A1 WO2003019298 A1 WO 2003019298A1 DE 0202806 W DE0202806 W DE 0202806W WO 03019298 A1 WO03019298 A1 WO 03019298A1
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liquid developer
binder
liquid
electrographic
developer
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PCT/DE2002/002806
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias KÖTTER
Klaus Hanke
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Michael Huber Muenchen GmbH
Original Assignee
Michael Huber Muenchen GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G9/00—Developers
    • G03G9/08—Developers with toner particles
    • G03G9/12—Developers with toner particles in liquid developer mixtures
    • G03G9/125—Developers with toner particles in liquid developer mixtures characterised by the liquid

Definitions

  • the invention relates to the use of a liquid developer for electrographic printing or electrographic copying.
  • Electrographic recording methods such as those used in photocopiers, laser printers or fax machines, generally have similar basic process steps.
  • an insulated photoconductor is charged by a high-voltage corona, and a partial discharge of the photoconductor creates a latent electrostatic image on the surface of the photoconductor. This charge image is then made visible by contacting a developer.
  • the developed image is transferred from the photoconductor to a carrier medium, such as paper, and can be permanently fixed there by heat or pressure.
  • electrographic developers With electrographic developers, a distinction is made between dry and liquid developers, as well as between one and two-component developers.
  • the latter consist of toner and carrier particles or a carrier liquid and represent the main group of developers.
  • a two-component developer which consists of colored toner particles and ferromagnetic carrier particles, is generally used to develop the latent electrostatic image.
  • the toner and carrier particles are mixed in the developer station. During the mixing process, the toner receives a certain triboelectric charge due to friction with the carrier, the toner receiving a charge opposite to the carrier. Due to the opposite charge, the toner and carrier particles adhere to one another electrostatically.
  • This developer mixture is guided past a photoconductor in the developer nip via a developer roller designed as a magnetic roller. Due to electrostatic Forces attract the toner particles and adhere to the oppositely charged image. This makes the charged areas or the latent charge image visible.
  • the development process can be supported by an additional preload in the area of the developer gap.
  • the final image carrier e.g. Paper, highly thermally stressed.
  • the lifespan of a two-component developer is due to the contamination of the carrier particles with e.g. Limited toner components.
  • the toner particle size must be optimized. On the one hand, it must not be arbitrarily small. This is because if the toner gets into the air, the sinking rate decreases with decreasing toner particle size, which can lead to increased lung mobility and thus to a health hazard. On the other hand, the particle size must not be arbitrarily large. With increasing particle size, it becomes difficult to achieve sufficient resolution of rasters and lines as well as the desired edge sharpness and homogeneity of solid areas.
  • the known liquid developers are typically suspensions which consist of electrically insulating liquids and the toner particles. These liquids are usually volatile organic compounds.
  • the liquid developer is brought into direct contact with the photoconductor.
  • the charged toner particles adhere to the areas to be imaged due to the electrostatic force and are transferred in further steps from the photoconductor to the substrate to be imaged, e.g. Paper, transferred.
  • Liquid toners based on non-polar, organic carrier liquids generally consist of saturated hydrocarbons and have the following disadvantages, among others.
  • the carrier liquid has an unpleasant smell.
  • the carrier liquid is often highly flammable.
  • the carrier liquid can get into the environment due to carry-over, which is regarded as very problematic for environmental reasons due to the high vapor pressure of the carrier liquid.
  • US Pat. No. 5,943,535 describes an electrostatic printing process in which a water-based toner is applied to the areas to be imaged by means of a structured developer roller by direct contact with the latent image carrier.
  • the unpublished German patent application DE 100 27 203.7 describes a device and a method for cleaning and regenerating an image carrier in electrographic printing or copying using liquid colorants.
  • the associated unpublished German patent application DE 100 27 175.8 describes an applicator element and a method for electrographic printing or copying using liquid colorants.
  • German patent application DE 100 27 173.1 also related to the aforementioned German patent applications, describes a method and a device for electrographic printing or copying, with a latent image carrier with a potential pattern corresponding to an image pattern to be printed, and with an applicator element carries a layer of a colorant, an air gap being provided between the liquid layer and the surface of the latent image carrier opposite it, and wherein for coloring the latent image on the latent image carrier, droplets from the liquid layer onto the surface of the latent image carrier while overcoming the air gap be transmitted.
  • This overcomes the disadvantages of known devices for electrographic printing or copying described above.
  • the object of the present invention is to provide a suitable liquid developer for devices for electrographic printing or electrographic copying, such as, for example, that which overcomes the disadvantages of the known liquid developer.
  • the object is achieved by using a conductive liquid developer containing a polar base liquid and a coloring component, which has a dynamic viscosity of less than 5000 mPa-s at a temperature of 25 ° C and a shear rate of 10 s ' 1 , a dynamic surface tension of 15 -65 mN / m at 25 ° C and 2 Hz and has an electrical conductivity greater than 10 "6 • ⁇ " 1 cm “1 at 20 ° C, for electrographic printing or electrographic copying.
  • a liquid developer with a dynamic viscosity of less than 3000 mPa-s particularly preferably that of a liquid developer with a dynamic viscosity of less than 300 mPa-s, in each case at a temperature of 25 ° C. and a shear rate of 10 s "1 .
  • Preferred is the use of a liquid developer containing at least one binder and / or at least one prepolymeric compound, the use of a liquid developer containing a surfactant, the use of a liquid developer containing a defoamer, the use of a water developer containing water and the use of a liquid pigment or carbon black liquid developer.
  • the use of the liquid developer containing a binder is particularly preferred, in which the binder used is a polymeric compound having an average molecular weight of more than 1000 g / mol and particularly preferably a polymeric compound having an average molecular weight of more than 10,000 g / mol.
  • liquid developer containing a binder in which a prepolymeric compound with an average molecular weight of less than 2000 g / mol and particularly preferably a prepolymeric compound with an average molecular weight of less than 1000 g / mol is used as the binder.
  • the average molecular weight is understood to mean the weight-average molecular weight which can be determined by means of gel permeation chromatography in accordance with DIN 55672.
  • a natural resin, a synthetic resin or resin dispersions can be used as the binder.
  • Polyester, polystyrene acrylate, polyacrylates, polyamides, hydrocarbon polymers, epoxy resins or polyurethanes can also be used as binders.
  • a UV photocrosslinking compound which is, for example, emulsified in water can also be used as the binder.
  • the use of the conductive liquid developer according to the invention preferably comprises a liquid developer which is an O / W dispersion or emulsion.
  • the liquid developer colors the electrostatic image on the charge image carrier in a drop-shaped manner via an air gap.
  • the liquid developer develops the electrostatic image without interference.
  • the final image carrier is not or only slightly thermally stressed.
  • wetting agents which represent surface-active substances.
  • These include chemical compounds that have a lipophilic or hydrophobic and a hydrophilic functional group.
  • the hydrophilic functional group can be a cationic, anionic, neutral or amphoteric group.
  • the hydrophobic functional group can be a hydrocarbon, a halogenated hydrocarbon or a siloxane chain.
  • Other surface-active substances are alcohols, ethers, pyridines, alkylformamides, polyelectrolytes, phosphates, phosphonates and compounds which contain ethoxy groups.
  • the surface-active substances serve both to set the desired surface tension and to produce emulsions or suspensions.
  • the liquid developer may also include a drying retarder.
  • Suitable drying retardants are, for example, 1,2-propylene glycol and glycerin.
  • the polar base liquid of the liquid developer is preferably water. However, it can also include other polar liquids such as alcohols, ethers or esters.
  • Dyes, inorganic or organic pigments are used as coloring components.
  • carbon blacks such as Elftex ® 415, Printex ® 25, 35, 300, 140V, or colored pigments, such as Reflex Blue R51, GR01 Permanent Yellow, Lithol Rubine D4569, D7080 Heliogenblau, D7084DD or Heucosperse used blue.
  • Soluble dyes such as methylene blue can also be used in the liquid developer.
  • the surface of the color pigments can be specially treated, depending on the system used, in order to avoid reagglomeration of the pigments or carbon blacks.
  • the surface of the pigments can be treated with wetting agents or polymeric compounds.
  • the binder is used to mechanically permanently fix the pigment on the substrate.
  • the binders can be polymeric or prepolymeric compounds.
  • the binder can also contain plasticizers, waxes, solvents such as water, ammonia, amines, esters and alcohols.
  • Suitable polymeric binders are the natural resins, synthetic resins and resin dispersions generally used in printing inks, and semi-finished products based thereon.
  • hydrocarbon polymers such as Polyalphamethyl- styrene (Kristalex 100), and styrene-butadiene copolymers, polyesters such as Aftalat VAX1195, Styrolacrylatcopolymere, Butylstyrolacrylat copolymers, sulphonated polyester resins, polyamide resins, PVC dispersions, polyacrylates, such as Joncryl ® 678, acrylate dispersions or emulsions , such as Joncryl ® 74, rosins such as Rokramar 5065, polyvinyl resins such as Vestolit ® Dispersion M, epoxy resins such as Albersol ® DH-K431, polyurethanes, polyvinyl alcohols, polyvinyl ethers, polyvinyl acetate copolymers, silicone acrylate copolymers, cationic acrylic resins and methyl methacrylate copolymers are used.
  • hydrocarbon polymers such as Poly
  • binders based on renewable raw materials and their derivatives such as cellulose and cellulose derivatives, can also be used.
  • the binders can be reactive compounds.
  • Reactive compounds are understood to mean that these compounds can lead to compounds of higher molecular weight than their starting compounds by radical or ionic reactions.
  • Reactive binders also include prepolymeric compounds that have a molecular weight of less than 2000 g / mol. These include, for example, compounds which contain oxirane groups, such as bisphenol A diglycidyl ether, 3,4-epoxy-cyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexane carboxylate or compounds containing acrylate or methacrylate groups, such as tripropylene glycol diacrylate or hexanediolethoxydiacrylate (photomer 4361).
  • oxirane groups such as bisphenol A diglycidyl ether, 3,4-epoxy-cyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexane carboxylate or compounds containing acrylate or methacrylate groups, such as tripropylene glycol di
  • the binder can be a liquid, paste, solid or dispersion.
  • the binders can be both molecularly disperse and dispersions in the liquid developer.
  • the binder is a compound which is insoluble or sparingly soluble in the base liquid of the liquid developer
  • the binder can be used as a dispersion or can be brought into a form soluble in the liquid developer by means of additives and solvents.
  • Additives and solvents are, for example, plasticizers, solvents such as water, ammonia, amines, esters and alcohols.
  • the liquid developer can also contain UV initiators, drying agents, defoamers, such as Tego ® Foamex 1435, 3062, antioxidants, metal deactivators, adhesion promoters, fillers, such as CaCO 3 or silicates, waxes, such as Vestowachs A616, polyethylene wax dispersions, such as Polyrub FA12, drying retardants , Film forming agents such as glycols and leveling agents.
  • the liquid developer can be a molecularly disperse system, a suspension, a dispersion or an emulsion.
  • An O / W emulsion is preferred, which is to be understood here as meaning that the dispersant is a polar hydrophilic liquid, preferably water, and the dispersed phase is an insoluble one in the dispersant Is liquid, and the dispersed phase can also contain insoluble constituents, such as pigments.
  • the constituents are distributed relatively homogeneously are suitable as liquid developers, but also systems in which one or more constituents of the liquid developer are present as a disperse phase.
  • the binder can be present as a dispersion or emulsion within the liquid developer.
  • the liquid developer can also be an O / W dispersion, the coloring component and the binder being present in the oil phase.
  • the liquid developer can also be an O / W emulsion, the oil phase preferably containing the coloring component and the binder.
  • the O / W emulsions or dispersions are preferably micro-dispersions or emulsions whose average particle size is between 10 "4 and 10 " 8 m.
  • the liquid developer is produced using the dispersing and mixing units which are generally known in the printing ink industry, such as dissolvers.
  • the dynamic viscosity was determined using the Physica Rheolab MC1 rheometer. Coaxial cylinders of either the Searle type or the Searle / Couette type were used as the measurement geometry. The shear rate was 10 s "1 at a measuring temperature of 25 ° C. The dynamic surface tension was determined using a bubble pressure tensiometer (BP2). The dynamic surface tension was determined at a frequency of 2 Hz and a temperature of 25 ° C.
  • the electrical conductivity was determined using a conductivity meter (LF91) at a temperature of 20 ° C.
  • the liquid developer was used in the printing device described in DE 100 27 173.1.
  • the liquid developer was applied as a thin film to the developer roller from a storage container via an application roller and an intermediate roller using a roller system.
  • the developer roller was structured, i.e. there were bumps at a distance of approx. 10-15 ⁇ m at a height of 5-10 ⁇ m on the roller surface, the bumps having a higher surface energy and electrical conductivity than the rest of the developer roller surface.
  • the liquid developer came into the effective range of the potential pattern of the latent image carrier, that is to say the photoconductor, and was transferred in droplets along the electrostatic field lines via an air gap to the areas of the charge image carrier to be imaged.
  • the detached drops received a charge by induction, which prevented that areas not to be imaged were colored.
  • the latent charge pattern was developed.
  • the latent electrostatic image could be developed.
  • a liquid developer with a dynamic surface tension of 45 mN / m, a dynamic viscosity of 10 mPa-s and an electrical conductivity of 8 10 "3 ⁇ " 1 cm “1 was obtained.
  • the latent electrostatic image could be developed.
  • a liquid developer was produced from 45.4 g of distilled water, 20 g of Alftalat, 33.35 g of Heucosperse Blue, 0.25 g of Tego Foamex ® 1435 and 1 g of Surfynol ® 420. The components were mixed intimately using a dissolver.
  • the latent electrostatic image could be developed.
  • the liquid developers of Examples 1-4 were developed as small droplets on the charge image carrier.
  • the quality of the typefaces developed was very good in all examples. This was particularly evident in high resolution, in homogeneous areas without a grid and in thin layers of color.
  • liquid developer according to the invention now makes it possible to combine the advantages of digital printing processes with the advantages of conventional printing processes.

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Abstract

Es wird die Verwendung eines leitfähigen Flüssigentwicklers beschrieben, der eine dynamische Viskosität von kleiner 5000 mPa.s bei einer Temperatur von 25 DEG C und einer Scherrate von 10 s<-1>, eine dynamische Oberflächenspannung von 15-65 mN/m bei 25 DEG C und 2 Hz und eine elektrische Leitfähigkeit grösser 10<-6> . OMEGA <-1> cm<-1> bei 20 DEG C aufweist, zum elektrographischen Drucken oder elektrographischen Kopieren.

Description

VERWENDUNG EINES LEITFÄHIGEN FLÜSSIGENTWICKLERS ZUM ELEKTROGRAPHISCHEN DRUCKEN ODER KOPIEREN
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Flüssigentwicklers, zum elektrographischen Drucken oder elektrographischen Kopieren.
Elektrographische Aufzeichnungsverfahren, wie sie beispielsweise in Photokopierern, Laserdruckern oder Faxgeräten verwendet werden, besitzen grundsätzlich ähnliche prinzipielle Prozessschritte. Hierbei wird ein isolierter Photoleiter durch eine Hochspannungscorona aufgeladen und durch eine partielle Entladung des Photoleiters wird ein latentes elektrostatisches Abbild auf der Photoleiteroberfläche erzeugt. Dieses Ladungsbild wird anschließend durch Kontakt mit einem Entwickler sichtbar gemacht. In einem weiteren Prozessschritt wird das entwickelte Abbild vom Photoleiter auf ein Trägermedium, wie beispielsweise Papier, übertragen und kann dort durch Wärme oder Druck dauerhaft fixiert werden.
Bei elektrographischen Entwicklern wird zwischen Trocken- und Flüssigentwicklern, sowie zwischen Ein- und Zwei-Komponenten-Entwicklern unterschieden. Letztere bestehen aus Toner- und Trägerpartikeln bzw. einer Trägerflüssigkeit und stellen die Hauptgruppe der Entwickler dar.
Zum Entwickeln des latenten elektrostatischen Bildes wird in der Regel ein Zwei-Komponenten-Entwickler verwendet, der aus farbigen Tonerpartikeln und ferromagnetischen Trägerpartikeln besteht. Die Toner- und Trägerpartikel werden in der Entwicklerstation durchmischt. Während des Mischvorgangs erhält der Toner durch Reibung mit dem Träger eine bestimmte triboelektrische Aufladung, wobei der Toner eine zum Träger entgegengesetzte Ladung erhält. Durch die gegensätzliche Ladung haften die Toner- und Trägerpartikel elektrostatisch aneinander. Dieses Entwicklergemisch wird über eine als Magnetwalze ausgebildete Entwicklerwalze im Entwicklerspalt am Photoleiter vorbeigeführt. Aufgrund elektrostatischer Kräfte werden die Tonerpartikel angezogen und bleiben am entgegengesetzt aufgeladenen Abbild haften. Dadurch werden die aufgeladenen Flächen bzw. das latente Ladungsbild sichtbar gemacht. Durch eine zusätzlich angelegte Vorspannung im Bereich des Entwicklerspalts kann der Entwicklungsvorgang unterstützt werden.
Derartige Trockenentwickler weisen folgende Nachteile auf.
- Um eine ausreichende Farbdeckung der zu bebildernden Stellen zu erreichen, müssen mehrere Tonerpartikel übereinander gelagert werden. Dies führt zu relativ großen Schichtdicken.
- Da die Toner äußerst sensibel auf Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen reagieren, kann es zu Schwankungen der triboelektri- schen Aufladung der Toner und damit verbunden zu einer geringeren Bildqualität kommen.
- Da für die Fixierung eine relativ hohe Energie aufgebracht werden muss, wird der Endbildträger, z.B. Papier, thermisch stark belastet.
- Die Trockenentwickler können nur aufwendig unter hohem Energieeinsatz produziert werden.
- Die Lebensdauer eines Zwei-Komponenten-Entwicklers ist durch die Kontamination der Trägerpartikel mit z.B. Tonerbestandteilen begrenzt.
- Die Tonerpartikelgröße muss optimiert werden. Sie darf einerseits nicht beliebig klein sein. Gelangt der Toner nämlich in die Luft, so kann es aufgrund der mit abnehmender Tonerpartikelgröße abnehmenden Sinkgeschwindigkeit zu einer erhöhten Lungengängigkeit und damit zu einer Gesundheitsgefährdung kommen. Andererseits darf die Partikelgröße nicht beliebig groß werden. Mit zunehmender Partikelgröße wird es schwierig, eine ausreichende Auflösung von Rastern und Linien sowie die gewünschte Kantenschärfe und Homogenität von Vollflächen zu erreichen. Bei den bekannten Flüssigentwicklern handelt es sich typischerweise um Suspensionen, die aus elektrisch isolierenden Flüssigkeiten sowie den Tonerpartikeln bestehen. Bei diesen Flüssigkeiten handelt es sich normalerweise um flüchtige organische Verbindungen.
Zum Entwickeln des elektrostatischen Bildes wird der Flüssigentwickler in direkten Kontakt mit dem Photoleiter gebracht. Die geladenen Tonerpartikel haften aufgrund der elektrostatischen Kraft auf den zu bebildernden Stellen und werden in weiteren Schritten vom Photoleiter auf den zu bebildernden Bedruckstoff, z.B. Papier, transferiert.
Flüssigtoner auf Basis unpolarer, organischen Trägerflüssigkeiten bestehen in der Regel aus gesättigten Kohlenwasserstoffen und haben unter anderem folgende Nachteile.
- Die Trägerflüssigkeit besitzt einen unangenehmen Geruch.
- Die Trägerflüssigkeit ist häufig leicht entflammbar.
- Die Trägerflüssigkeit kann durch Verschleppung in die Umgebung gelangen, was aufgrund des hohen Dampfdruckes der Trägerflüssigkeit aus Umweltschutzgründen als sehr problematisch angesehen wird.
In der US-A-5,943,535 wird ein elektrostatisches Druckverfahren beschrieben, in dem ein wasserbasierender Toner mittels einer strukturierten Entwicklerwalze durch direkten Kontakt mit dem Latentbildträger auf die zu bebildernden Stellen aufgetragen wird.
In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 100 27 203.7 wird eine Einrichtung und ein Verfahren zum Reinigen und zum Regenerieren eines Bildträgers beim elektrographischen Drucken oder Kopieren unter Verwendung flüssiger Farbmittel beschrieben. In der damit zusammenhängenden unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 100 27 175.8 wird ein Applikatorelement und ein Verfahren zum elektrographischen Drucken oder Kopieren unter Verwendung flüssiger Farbmittel beschrieben.
In der ebenfalls mit den genannten deutschen Patentanmeldungen im Zusammenhang stehenden unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 100 27 173.1 wird ein Verfahren und eine Einrichtung zum elektrographischen Drucken oder Kopieren beschrieben, mit einem Latentbild- Träger mit einem Potentialmuster entsprechend einem zu druckenden Bildmuster, und mit einem Applikatorelement das eine Schicht eines Farbmittels trägt, wobei zwischen Flüssigkeitsschicht und der ihr gegenüberstehenden Oberfläche des Latentbild-Trägers ein Luftspalt vorgesehen ist, und wobei zum Einfärben des latenten Bildes auf dem Latentbild-Träger Tröpfchen von der Flüssigkeitsschicht auf die Oberfläche des Latentbild-Trägers unter Überwindung des Luftspalts übertragen werden. Hiermit werden die oben beschriebenen Nachteile bekannter Einrichtungen zum elektrographischen Drucken oder Kopieren überwunden.
Die Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, für Einrichtungen zum elektrographischen Drucken oder elektrographischen Kopieren, wie beispielsweise für die oben genannte, einen geeigneten Flüssigentwickler bereitzustellen, der die Nachteile der bekannten Flüssigentwickler überwindet.
Die Aufgabe wird durch die Verwendung eines eine polare Basisflüssigkeit und eine farbgebende Komponente enthaltenden leitfähigen Flüssigentwicklers gelöst, der eine dynamische Viskosität von kleiner 5000 mPa-s bei einer Temperatur von 25°C und einer Scherrate von 10 s'1, eine dynamische Oberflächenspannung von 15-65 mN/m bei 25°C und 2 Hz und eine elektrische Leitfähigkeit größer 10"6 • Ω"1 cm"1 bei 20°C aufweist, zum elektrographischen Drucken oder elektrographischen Kopieren. Bevorzugt ist die Verwendung eines Flüssigentwicklers mit einer dynamischen Viskosität von kleiner 3000 mPa-s, besonders bevorzugt die eines Flüssigentwicklers mit einer dynamischen Viskosität von kleiner 300 mPa-s, jeweils bei einer Temperatur von 25°C und einer Scherrate von 10 s"1.
Bevorzugt ist die Verwendung eines mindestens ein Bindemittel und/oder mindestens eine präpolymere Verbindung enthaltenden Flüssigentwicklers, die Verwendung eines einen oberflächenaktiven Stoff enthaltenden Flüssigentwicklers, die Verwendung eines einen Entschäumer enthaltenden Flüssigentwicklers, die Verwendung eines Wasser enthaltenden Flüssigentwicklers sowie die Verwendung eines ein Farbpigment oder Ruß enthaltenden Flüssigentwicklers.
Desweiteren ist die Verwendung des ein Bindemittel enthaltenden Flüssigentwicklers besonders bevorzugt, bei dem als Bindemittel eine polymere Verbindung mit einem mittleren Molekulargewicht größer 1000 g/mol und besonders bevorzugt eine polymere Verbindung mit einem mittleren Molekulargewicht von größer 10000 g/mol eingesetzt wird.
Besonders bevorzugt ist ferner die Verwendung des ein Bindemittel enthaltenden Flüssigentwicklers, bei dem als Bindemittel eine präpolymere Verbindung mit einem mittleren Molekulargewicht kleiner 2000 g/mol und besonders bevorzugt eine präpolymere Verbindung mit einem mittleren Molekulargewicht von kleiner 1000 g/mol eingesetzt wird.
Unter mittlerem Molekulargewicht wird das gewichtsmittlere Molekulargewicht verstanden, das mittels Gelpermeationschromatographie nach DIN 55672 bestimmt werden kann.
Als Bindemittel kann ein Naturharz, ein Kunstharz oder Harzdispersionen eingesetzt werden. Als Bindemittel können ferner Polyester, Polystyrolacrylat, Polyacrylate, Polyamide, Kohlenwasserstoffpolymere, Epoxidharze oder Polyurethane eingesetzt werden.
Als Bindemittel kann auch eine UV-photovernetzende Verbindung eingesetzt werden, die beispielsweise in Wasser emulgiert ist.
Die erfindungsgemäße Verwendung des leitfähigen Flüssigentwicklers umfasst vorzugsweise einen Flüssigentwickler, der eine O/W-Dispersion oder -emulsion darstellt.
Die erfindungsgemäße Verwendung des leitfähigen Flüssigentwicklers führt beispielsweise im Zusammenhang mit der in der DE 100 27 173.1 beschriebenen Einrichtung zum elektrographischen Drucken oder Kopieren zu einer Reihe von Vorteilen:
- Der Flüssigentwickler färbt über einen Luftspalt tropfenförmig das elektrostatische Bild auf dem Ladungsbildträger ein.
- Der Flüssigentwickler wird in seiner Zusammensetzung als Ganzes entwickelt.
- Der Flüssigentwickler entwickelt das elektrostatische Bild störungsfrei.
- Er schäumt nicht.
- Er trocknet zeitlich definiert auf dem Bildträger.
- Er enthält eine nichttoxische, nichtbrennbare und umweltverträgliche Basisflüssigkeit.
- Die Flüssigkeitstropfen des Entwicklers erhalten durch Induktion eine elektrische Ladung.
- Auf den Endbildträger können relativ dünne Farbschichten aufgetragen werden. - Für die Fixierung des Entwicklers muss keine oder nur geringe Energie aufgebracht werden.
- Der Endbildträger wird nicht oder nur gering thermisch belastet.
Durch den Einsatz eines oberflächenaktiven Stoffs in Form eines Netzmittels in dem Flüssigentwickler konnte des weiteren überraschenderweise eine sehr homogene Einfärbung der latenten Bildstellen erzielt werden.
Als Netzmittel, die grenzflächenaktive Substanzen darstellen, kommen grundsätzlich alle Stoffe in Betracht, die die Grenzflächenspannung bzw. Oberflächenspannung herabsetzen. Hierzu zählen chemische Verbindungen, die über eine lipophile bzw. hydrophobe und eine hydrophile funktionale Gruppe verfügen. Bei der hydrophilen funktionalen Gruppe kann es sich um eine kationische, anionische, neutrale oder amphotere Gruppe handeln. Bei der hydrophoben funktionalen Gruppe kann es sich um eine Kohlenwasserstoff-, eine halogenierte Kohlenwasserstoff- oder eine Siloxankette handeln.
Als Netzmittel können weiterhin Silikontenside, Perfluortenside, Alkinole, Blockcopolymere auf Basis von Ethylenoxid/Propylenoxid, Seifen, Alkyl- benzolsulfonate, Alkansulfonate, Alkylethersulfate, Fettalkoholethoxylate, Sorbitanfettsäureester, Alkylphenolethoxylate, Alkylpolyglucoside, N-Methyl- glucoamide, quartäre Ammoniumverbindungen, N-Acylamidoalkylbetaine und polyethoxylierte Verbindungen eingesetzt werden.
Weitere grenzflächenaktive Stoffe sind Alkohole, Ether, Pyridine, Alkyl- formamide, Polyelektrolyte, Phosphate, Phosphonate und Verbindungen, die Ethoxygruppen enthalten.
Als Netzmittel haben sich in dem erfindungsgemäß verwendeten Flüssigentwickler folgende Stoffe bewährt: 2-Capryl-1-ethyl-beta-oxipropansäure- imidazolin (Crodateric®CyNa 50), Di-isooctylsulfosuccinat (Hydropalat® 875), 2,4,7,9-Tetramethyl-5-decin-4,7-dioxyethanol (Surfynol® 420), POE/POP- Blockcopolymer (Synperonic® PE/L92), Sorbitanmonolaurat (Span® 20), POE-(20)-sorbitantristearat (Tween® 65), Octylphenolethoxylat (Triton® X100), Fluortensid (Zonyl® FSJ), Dioctylsulfosuccinat (Serwet® WH172), Silikontensid (Dow Corning® 67) und langkettige Alkohole (Exxal® 8).
Die oberflächenaktiven Substanzen dienen sowohl zum Einstellen der gewünschten Oberflächenspannung als auch zur Herstellung von Emulsionen bzw. Suspensionen.
Der Flüssigentwickler kann ferner einen Trocknungsverzögerer enthalten. Geeignete Trocknungsverzögerer sind beispielsweise 1 ,2-Propylenglykol und Glycerin.
Die polare Basisflüssigkeit des Flüssigentwicklers ist vorzugsweise Wasser. Sie kann jedoch auch andere polare Flüssigkeiten, wie beispielsweise Alkohole, Ether oder Ester umfassen.
Als farbgebende Komponenten kommen Farbstoffe, anorganische oder organische Pigmente zum Einsatz. Vorzugsweise werden Ruße, wie Elftex® 415, Printex® 25, 35, 300, 140V oder Buntpigmente, wie Reflexblau R51 , Permanentgelb GR01 , Litholrubin D4569, Heliogenblau D7080, D7084DD oder Heucosperse Blau eingesetzt.
Ferner können auch lösliche Farbstoffe, wie Methylenblau in dem Flüssigentwickler verwendet werden.
Die Oberfläche der Farbpigmente kann, um eine Reagglomeration der Pigmente bzw. der Ruße zu vermeiden, je nach verwendetem System speziell behandelt werden. Beispielsweise kann die Oberfläche der Pigmente mit Netzmitteln oder polymeren Verbindungen behandelt werden. Das Bindemittel dient dazu, das Pigment mechanisch dauerhaft auf dem Bedruckstoff zu fixieren. Bei den Bindemitteln kann es sich um polymere oder präpolymere Verbindungen handeln.
Das Bindemittel kann darüber hinaus noch Weichmacher, Wachse, Lösungsmittel, wie Wasser, Ammoniak, Amine, Ester und Alkohole enthalten.
Als polymere Bindemittel kommen die in Druckfarben allgemein verwendeten Naturharze, Kunstharze und Harzdispersionen sowie darauf basierende Halbfabrikate in Betracht.
Als Bindemittel können Kohlenwasserstoffpolymere, wie Polyalphamethyl- styrol (Kristalex 100) und Styrolbutadiencopolymere, Polyester, wie Aftalat VAX1195, Styrolacrylatcopolymere, Butylstyrolacrylat-copolymere, Sulfo- polyester, Polyamidharze, PVC-Dispersionen, Polyacrylate, wie Joncryl®678, Acrylatdispersionen bzw. -emulsionen, wie Joncryl®74, Kolophoniumharze, wie Rokramar 5065, Polyvinylharze, wie Vestolit®Dispersion M, Epoxidharze, wie Albersol®DH-K431 , Polyurethane, Polyvinylalkohole, Polyvinylether, Polyvinylacetatcopolymere, Silikonacrylatcopolymere, kationische Acrylharze und Methylmethacrylatcopolymere eingesetzt werden.
Darüber hinaus können auch Bindemittel auf der Basis nachwachsender Rohstoffe und deren Derivate, wie Cellulose und Cellulosederivate, eingesetzt werden.
Bei den Bindemitteln kann es sich um reaktive Verbindungen handeln. Unter reaktiven Verbindungen wird verstanden, dass diese Verbindungen durch radikalische oder ionische Reaktionen zu höhermolekulareren Verbindungen führen können als ihre Ausgangsverbindungen. Unter reaktive Bindemittel fallen auch präpolymere Verbindungen, die ein Molekulargewicht von weniger als 2000 g/mol aufweisen. Hierzu gehören beispielsweise Verbindungen, die Oxirangruppen enthalten, wie Bisphenol- A-diglycidether, 3,4-Epoxy-cyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexancarboxylat oder Acrylat- bzw. Methacrylatgruppen enthaltende Verbindungen, wie Tripropylenglykoldiacrylat oder Hexandiolethoxydiacrylat (Photomer 4361).
Bei dem Bindemittel kann es sich um eine Flüssigkeit, Paste, Festkörper oder Dispersion handeln.
Die Bindemittel können sowohl molekular-dispers als auch als Dispersionen in dem Flüssigentwickler vorliegen.
Handelt es sich bei dem Bindemittel um ein in der Basisflüssigkeit des Flüssigentwicklers nichtlösliche oder schwerlösliche Verbindung, so kann das Bindemittel als Dispersion eingesetzt werden oder mittels Additive und Löser in eine in dem Flüssigentwickler lösliche Form gebracht werden.
Additive und Löser sind beispielsweise Weichmacher, Lösungsmittel, wie Wasser, Ammoniak, Amine, Ester und Alkohole.
Der Flüssigentwickler kann als weitere Bestandteile noch UV-Initiatoren, Trockenstoffe, Entschäumer, wie Tego®Foamex 1435, 3062, Antioxidantien, Metalldesaktivatoren, Haftvermittler, Füllstoffe, wie CaCO3 oder Silikate, Wachse, wie Vestowachs A616, Polyethylenwachsdispersionen, wie Polyrub FA12, Trocknungsverzögerer, Filmbildungsmittel, wie Glykole, und Verlaufsmittel enthalten.
Bei dem Flüssigentwickler kann es sich um ein molekulardisperses System, um eine Suspension, eine Dispersion oder eine Emulsion handeln. Bevorzugt ist eine O/W-Emulsion, worunter hier zu verstehen ist, dass das Dispersionsmittel eine polare hydrophile Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, ist, und die dispergierte Phase eine in dem Dispersionsmittel unlösliche Flüssigkeit ist, wobei die dispergierte Phase auch unlösliche Bestandteile, wie Pigmente, enthalten kann.
Als Flüssigentwickler kommen also nicht nur solche Systeme in Frage, in denen die Bestandteile relativ homogen verteilt sind, sondern auch Systeme, in denen ein oder mehrere Bestandteile des Flüssigentwicklers als disperse Phase vorliegen. Beispielsweise kann das Bindemittel als Dispersion oder Emulsion innerhalb des Flüssigentwicklers vorliegen.
Bei dem Flüssigentwickler kann es sich auch um eine O/W-Dispersion handeln, wobei die farbgebende Komponente sowie das Bindemittel in der ölphase vorliegen.
Bei dem Flüssigentwickler kann es sich aber auch um eine O/W-Emulsion handeln, wobei die Ölphase vorzugsweise die farbgebende Komponente und das Bindemittel enthält.
Vorzugsweise sind die O/W-Emulsionen bzw. -dispersionen Mikro- dispersionen bzw. -emulsionen, deren mittlere Teilchengröße zwischen 10"4 und 10"8 m beträgt.
Die Herstellung des Flüssigentwicklers erfolgt unter Verwendung der in der Druckfarbenindustrie allgemein bekannten Dispergier- und Mischaggregate, wie Dissolver.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Beispielen erläutert.
In den Beispielen wurden die Messungen wie folgt durchgeführt.
Die Bestimmung der dynamischen Viskosität erfolgte mittels dem Rheometer Physica Rheolab MC1. Als Messgeometrie wurden koaxiale Zylinder wahlweise vom Searle-Typ oder Searle/Couette-Typ verwendet. Die Scherrate betrug 10 s"1 bei einer Messtemperatur von 25°C. Die Bestimmung der dynamischen Oberflächenspannung erfolgte mittels eines Blasendrucktensiometers (Bubble Pressure Tensiometer BP2). Die dynamische Oberflächenspannung wurde bei einer Frequenz von 2 Hz und einer Temperatur von 25°C bestimmt.
Die elektrische Leitfähigkeit wurde mittels eines Leitfähigkeitsmessgeräts (LF91) bei einer Temperatur von 20°C bestimmt.
Zur Beurteilung der qualitativen Eigenschaften für das Entwickeln eines elektrostatischen Bildes wurde der Flüssigentwickler in der in der DE 100 27 173.1 beschriebenen Druckeinrichtung eingesetzt.
Dabei wurde der Flüssigentwickler mittels eines Walzensystems aus einem Vorratsbehälter über eine Auftragswalze und eine Zwischenwalze als dünner Film auf die Entwicklerwalze aufgetragen. Die Entwicklerwalze war strukturiert, d.h., es befanden sich in einem Abstand von ca. 10-15 μm Erhebungen von 5-10 μm Höhe auf der Walzenoberfläche, wobei die Erhebungen eine höhere Oberflächenenergie und elektrische Leitfähigkeit besaßen, als die restliche Entwicklerwalzenoberfläche. Mittels der Entwicklerwalze gelangte der Flüssigentwickler in den Wirkungsbereich des Potentialmusters des Latent-Bildträgers, also des Photoleiters, und wurde tropfenförmig entlang der elektrostatischen Feldlinien über einen Luftspalt auf die zu bebildernden Stellen des Ladungsbildträgers übertragen. Die abgelösten Tropfen erhielten durch Induktion eine Ladung, wodurch verhindert wurde, dass nicht zu bebildernde Stellen eingefärbt wurden. Auf der Ladungsbildträgeroberfläche spreitete der Tropfen bis zu den Kanten der zu bebildernden Fläche. Es entstand eine homogene und kantenscharfe Vollfläche. Das latente Ladungsbild wurde entwickelt.
Beispiel 1
Es wurde ein Flüssigentwickler aus 33,7 g destilliertem Wasser, 36 g Joncryl®90H, 30 g Heucosperse Blau, 0,2 g Exxal 8 sowie 0,1 g Tego Foamex® 1435 hergestellt. Die Komponenten wurden mittels eines Dissolvers innig vermischt.
Es wurde ein Flüssigentwickler mit einer dynamischen Viskosität von 9 mPa-s, einer elektrischen Leitfähigkeit von 9 • 10"5 Ω"1 cm"1 und einer Oberflächenspannung von 18 mN/m erhalten.
Bei einer Filmdicke von 20 μm, einer Rotationsgeschwindigkeit der Entwicklerwalze von 0,5 m/s, einer Spaltweite von 100 μm sowie einem angelegten Entwicklungspotential von 600 V konnte das latente elektrostatische Bild entwickelt werden.
Beispiel 2
Zunächst wurden 46 g Joncryl®682 in 38,8 g destilliertem Wasser, 2,5 g Ethanol und 12,7 g Ammoniak (25%) eingebracht und mittels Dissolver homogenisiert. Danach wurde ein Flüssigentwickler, bestehend aus 22 g des zuvor hergestellten Bindemittelsystems, 22,3 g destilliertem Wasser, 22 g Joncryl®90H, 33,4 g Heucosperse Blau sowie 0,3 g Tego Foamex® 1435 hergestellt.
Es wurde ein Flüssigentwickler mit einer dynamischen Viskosität von 213 mPa-s, einer dynamischen Oberflächenspannung von 57 mN/m sowie einer elektrischen Leitfähigkeit von 1 ,836 • 10"2 Ω"1 cm"1 erhalten.
Bei einer Filmdicke von 20 μm, einer Rotationsgeschwindigkeit der Entwicklerwalze von 0,4 m/s, einer Spaltweite von 90 μm sowie einem angelegten Entwicklungspotential von 500 V konnte das latente elektrostatische Bild entwickelt werden. Beispiel 3
Es wurde ein Flüssigentwickler aus 28,7 g destilliertem Wasser, 36 g Joncryl®74, 30 g Heucosperse Blau, 0,2 g Tego Foamex®1435, 0,2 Exxal 8 sowie 5 g Propylenglykol hergestellt. Die Komponenten wurden mittels eines Dissolvers innig vermischt.
Es wurde ein Flüssigentwickler mit einer dynamischen Oberflächenspannung von 45 mN/m, einer dynamischen Viskosität von 10 mPa-s und einer elektrischen Leitfähigkeit von 8 10"3 Ω"1 cm"1 erhalten.
Bei einer Filmdicke von weniger als 30 μm, einer Rotationsgeschwindigkeit der Entwicklerwalze von 0,5 m/s, einer Spaltweite von 75 μm sowie einem angelegten Entwicklungspotential von 700 V konnte das latente elektrostatische Bild entwickelt werden.
Beispiel 4
Es wurde ein Flüssigentwickler aus 45,4 g destilliertem Wasser, 20 g Alftalat, 33,35 g Heucosperse Blau, 0,25 g Tego Foamex®1435 sowie 1 g Surfynol®420 hergestellt. Die Komponenten wurden mittels eines Dissolvers innig vermischt.
Es wurde ein Flüssigentwickler mit einer dynamischen Oberflächenspannung von 36 mN/m, einer dynamischen Viskosität von 20 mPa-s und einer elektrischen Leitfähigkeit von 2 • 10"3 Ω"1 cm"1 erhalten.
Bei einer Filmdicke von 50 μm, einer Rotationsgeschwindigkeit der Entwicklerwalze von 0,5 m/s, einer Spaltweite von 80 μm sowie einem angelegten Entwicklungspotential von 1200 V konnte das latente elektrostatische Bild entwickelt werden. Die Flüssigentwickler der Beispiele 1-4 wurden als kleine Tröpfchen auf dem Ladungsbildträger entwickelt.
Die Qualität der entwickelten Schriftbilder war in allen Beispielen sehr gut. Insbesondere zeigte sich dies in einer hohen Auflösung, in homogenen Flächen ohne Raster und in dünnen Farbschichten.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung des Flüssigentwicklers ist es nunmehr möglich, die Vorteile digitaler Druckverfahren mit den Vorzügen herkömmlicher Druckverfahren zu vereinen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verwendung eines eine polare Basisflüssigkeit und eine farbgebende Komponente enthaltenden leitfähigen Flüssigentwicklers, der eine dynamische Viskosität von kleiner 5000 mPa-s bei einer Temperatur von 25°C und einer Scherrate von 10 s"1, eine dynamische Oberflächenspannung von 15-65 mN/m bei 25°C und 2 Hz und eine elektrische Leitfähigkeit größer 10"6 Ω"1 cm"1 bei 20°C aufweist, zum elektrographischen Drucken oder elektrographischen Kopieren.
2. Verwendung eines mindestens ein Bindemittel und/oder mindestens eine präpolymere Verbindung enthaltenden Flüssigentwicklers nach Anspruch 1.
3. Verwendung eines einen oberflächenaktiven Stoff enthaltenden Flüssigentwicklers nach Anspruch 1 oder 2.
4. Verwendung eines einen Entschäumer enthaltenden Flüssigentwicklers nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
5. Verwendung eines Wasser enthaltenden Flüssigentwicklers nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
6. Verwendung eines ein Farbpigment oder Ruß enthaltenden Flüssigentwicklers nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
7. Verwendung des ein Bindemittel enthaltenden Flüssigentwicklers nach einem der Ansprüche 2-6, wobei als Bindemittel eine polymere Verbindung mit einem mittleren Molekulargewicht größer 1000 g/mol eingesetzt wird.
8. Verwendung des ein Bindemittel enthaltenden Flüssigentwicklers nach einem der Ansprüche 2-7, wobei als Bindemittel eine präpolymere Verbindung mit einem mittleren Molekulargewicht kleiner 2000 g/mol eingesetzt wird.
9. Verwendung des Flüssigentwicklers nach einem der Ansprüche 2-8, wobei als Bindemittel ein Naturharz, ein Kunstharz oder Harzdispersionen eingesetzt wird.
10. Verwendung des Flüssigentwicklers nach einem der Ansprüche 2-9, wobei als Bindemittel Kohlenwasserstoffpolymere, Polyester, Styrolacrylatcopolymere, Butylstyrolacrylatcopolymere, Sulfopolyester, Polyamidharze, Polyacrylate, Polyvinylharze, Epoxidharze, Polyurethane, Polyvinylalkohole, Polyvinylether, Polyvinylacetatcopolymere, Silikonacrylatcopolymere, kationische Acrylharze und Methylmethacrylatcopolymere eingesetzt werden.
11. Verwendung des Flüssigentwicklers nach einem der Ansprüche 2-10, wobei als Bindemittel eine UV-photovernetzende Verbindung eingesetzt wird.
12. Verwendung des eine O/W-Dispersion oder -emulsion darstellenden Flüssigentwicklers nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Verwendung des Flüssigentwicklers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der beim elektrographischen Drucken oder elektrographischen Kopieren mit Hilfe mindestens einer/eines rotierenden, oberflächenstrukturierten Walze oder Bandes in den Wirkungsbereich des Potentialmusters eines Latentbildträgers gefördert und tropfenförmig über einen Luftspalt auf den zu bebildernden Bildträger übertragen wird.
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