DE1597807A1 - Elektrostatisch anziehbares,druckempfindliches Tonergemisch - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrostatisch anziehbare Materialien, welche fur pliotoeiektros tatische H ü— lichtungsverfahreri geeignet sind, und insbesondere auf druckempfindliche stoffe, welche als Helichtungsmaterial auf der das ßild tragenden Fläche unter Druck angebracht bzw. fixiert werden können.

Bekannte Toner für das elektrostatische Drucken werden norma~ !erweise durch Hitze am Trägerkörper permanent fixiert. Ja die meisten der elektroskopischen Puder primär aus thermoplaste

009835/1500

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirfsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, TH ERESI ENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München

Bankverbindungen: Deutsche Bank AG, Filiale München, Dep.-Kasse Viktualienmarkt, Konto-Nr. 70/30638 Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 1633 97

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

BAD ORIGINAL

1507807

sehen Harzen bestehen, werden diese fixiert bzw. angebracht, indem die Temperatur des Puders bis zum Schmelzpunkt angehoben wird. Dabei koallieren die Partikel des Puders, fliesseil zusammen und kleben am Träger lest.

Das Verfahren, unter Hitze die Puderbilder zu schmelzen, wird für photoüiektrostatische tvopiervorrichtungen bekannter Art zufr iedetib tel lend verwendet. Das Verfahren ist jedoch nicht ohne .Nachteile, da das neuartige Kopiermedium auf Sehnelldruckverfahren beschränkt bleibt, so i'ür Schnellrechner, Vervielfiil tigungsmaschinen und mit hoher Geschwindigkeit arbeitende iieproduktionsvorrichtungen, welche kathodenstrahlröhren als Belichtungsquelle und üildeingaben von Magnetbändern verwenden.

Ein Nachteil besteht in der erforderlichen Zeit, um einen thermoplastischen Partikel bzw. Körper auf seinen Schmelzpunkt zu bringen. Die zum schmelzen erforderliche Zeit stellt gewöhnlich den langsamsten Abschnitt im photoelektrostatischen Kopierverfahren dar und beschrankt dieses. Durch Anwendung grösserer Hitze würde das Verfahren beschleunigt werden, dem steht jedoch entgegen, dass die Ausrüstung durch die Entflammbarkeit des Trägermaterials g.efä— hrdet ist. Da Papier in weitem Maßstäbe als Träger für die elektrostatischen Bilder dient, muss die Temperatur des bchmelzsystems unterhalb dem Kohlepunkt des Papieres liegen.

- 2 -^009835/1500 BAD ORIGINAL

Um das Fixieren zu beschleunigen, wurden thermoplastische Harze mit niederem Schmelzpunkt eingesetzt. Dabei entstehen jedoch weitere Probleme, welche beispielsweise durch schlechte Buchstabenwiedergabe und durch behärfeverlust des Bildes begründet sind.

Ein weiterer Nachteil ist in der Anwesenheit einer ständigen Hitzequelle für die Schmelzaulage zu ersehen, da die weitere Umgebung der Vorrichtung ständig dieser Hitze ausgesetzt ist. Bedienungspersonal in unmittelbarer Nähe der Entwicklungsvorrichtungen ist deshalb einer .gewissen Belastung ausgesetzt.

Ein weiterer Nachteil für Kopierausrüstungen dieser Art, welche mit Wärme arbeiten, um thermoplastische Stoffe zu fixieren, ist darin zu sehen, dass nach dem Abschalten der Kopiervorrichtung ein erneuter Einsatz der Maschine nicht sofort möglich ist. Üer erneute Einsatz der Maschine geschieht mit einer gewissen Verzögerung, bis die Heizvorrichtung die geeignete Betriebstemperatur erzielt hat. Um die Kopiervorrichtung betriebsbereit zu halten, um nach ihrer Inbetriebnahme jederzeit kopien fertigen zu können, ist es erforderlich, dass die Heizvorrichtung ständig nahezu auf Betriebstemperatur gehalten wird, um das Bild schmelzen zu können. Dabei wird natürlich Wärmeenergie vergeudet, wenn keine Kopien auf der Maschine gefertigt werden.

Bei Verwendung von mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Kopier- und Vervielfiiltigungsmaschinen, welche mehr und mehr

0098 3 5/1500

auf der Basis photoelektrostatischer Belichtungsverfahren arbeiten, wurden Versuche unternommen, die oben aufgeführten Nachteile zu überwinden. Dies hat jedoch zu im Aufbau und in der Handhabung komplizierten Maschinen geführt, welche teuer in der Herstellung waren. Es bestand deshalb die Aufgabe, die Vorrichtungen zur Herstellung photoelektrostatischer Re·- produktionen zu vereinfachen und sie wirksamer zu gestalten, so dass nit höherer üusgangsgeschwindigkeit für die gefertigten Kopien gearbeitet werden kann.

Um die bereits erwähnten Nachteile zu vermeiden, werden Toner aus druckempfindlichen Materialien gefertigt. Mit dem Ausdruck druckempfindlich ist gemeint, dass die Partikel dieses Materials unter üruckbelastung gewissen physikalischen Veränderungen ausgesetzt sind.

Wenn die Partikel einem Druck ausgesetzt sind, kleben sie an-« einander, so dass sie nicht langer einzeln für sich angeordnet sind. Ausserdem werden die Partikel unter Druckbelastung etwas verformt, gleichen sich der Trägerfläche darunter an und kleben daran lost. Wenn Papier als Trägermaterial Verwendung findet, dann werden die Partikel in die Zwischenräume der Papierfasern so eingedrückt, dass sie sich an der Oberfläche des i'apiores abbinden. Diese bei Druckbelastung auftretenden physikalischen Veränderungen stellen die Visko-fclastizitat eines Materials dar.

~ 5 —

0 0 9 in B / 1 R 0 0

Die genauen Vorgänge, unter we Lehen die Materialien nach der vorliegenden Erfindung auf den Druck ansprechen und an einem Träger festkleben, beispielsweise auf einem Papierblatt, sind nicht vollkommen geklärt. Es kann jedoch gesagt werden, dass Materialien, welche druckempfindliche Toner enthalten, am Papier ankleben, da sie in die Zwischenräume der Papierfasern eingedrückt werden. Durch die Visko-Elastizität des Materials flieset dieses bzw. verformt sich. Das Fliessvermögen ohne Wärmeeinstrahlung sollte nicht so gross sein, dass das zu reproduzierende Bild ausgedehnt wird bzw. dass die Buchstaben und ihre Zwischenräume aufgefüllt werden; das Fliessvermögen sollte genügend gross sein, dass das Material an der zugehörigen Trägerfläche anklebt.

Möglicherweise besitzen diese druckempfindlichen Materialien einen bestimmten Grad der Ausrichtung, d.h. eine geordnete Struktur, welche für kristalline Materialien kennzeichnend ist. Wenn sie einem Druck ausgesetzt werden, dann bleiben die Kristalle physikalisch unverändert, bis ein bestimmter Punkt erreicht ist, an welchem sich die geordnete Struktur ändert. An diesem Druckpunkt geht im Material eine Zustandsänderung vor. Dabei passt sich das Material der Oberfläche,von welcher es angezogen wurde, an und kLebt daran fest.

Es hat sich herausgestellt, dass bei druckempfindlichen Mate« rialien eine Beziehung zwischen ihrer Visko-iElas tizi tä t und der Schmelzwärme besteht. Durch Untersuchungen über Temperatur«

0 0 9 8 3 '] I I 5 0 0

Veränderungen verschiedener Materialien geordneter Struktur im Vergleich zu niohtkristallinen Materialien bzw, durch Untersuchungen über druckunempfindliche Bezugsmaterialien hat sich herausgestellt, dass die Schmelzwärme zur Kennzeichnung der Tonergemisohe nach der vorliegenden Erfindung dient.

Das elektrostatische, anziehbare und druckempfindliche Tonergemisch naoh der vorliegenden Erfindung, welche· sieh für die Entwicklung elektrostatischer Bilder eignet, weilt ein« aliphatisch^ Komponente mit einem Anteil von 6 bis 25 Kohlenstoffatomen, und ein Farbmittel auf; die Schmelzwärme des Gemisches liegt im Bereich von 10 Millikalorien/Milligramm (mkal/mg) bis 45 mkal/mg.

Die aliphatische Komponente liegt in einer Menge von 80 bis 98 Gewichtsprozent vor, während das Farbmittel zwischen 2 bis 20 Gewichtsprozent anteilig ist· Die aliphatische Komponente kann aus Wachs, Fettsäure, Fettsäure-Metallsalzen, hydroxylierten Fettsäuren oder Amiden bestehen»

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das Tonergeraisch ein thermoplastisches Harz enthalten. Der Anteil des thermoplastischen Harzes in einem Tonergemisch dieser Zusammensetzung: reicht von 5 bis 50 Gewichtsprozent, während der Anteil der aliphatischen Komponente zwischen 50 und 90 Gewichtsprozent liegt, wobei das Farbmittel zwischen 2 bis 10

- 7 009835/1500

O»wichteproxent anteilig 1st. Die Schmelzwärme diese· aus drei Komponenten zusammengesetzten Tonergemieohes liegt im Bereich ron IO mkal/mg bis 25 »kal/mg. Passende thermoplastische Materialien sind Polyamide, Polystyrole) Polyäthylene, Polyvinylchloride, Akrylpolymere und modifiziertes Rosin (Collophoniim und Terpentinharz)·

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Kopie von einem elektrophotographiechen Körper mit einem fixierten Puderbild unter Anwendung von Druck gefertigt. Dieses Verfahren besteht aus folgenden Verfahrensstufen: Man überträgt eine abgeschirmte, elektrostatische Ladung auf den Körper,belichtet den Körper mit einem Muster von Licht und Sohatten und erzeugt dabei ein elektrostatisches, latentes Bild, man trägt einen elektroskopiechen Puder auf, welcher sich elektrostatisch an den Bildbereiohen einlegt und fixiert das Puderbild an der Kopie, indem man eine Druckkraft an der Kopie anlegt· Dabei wird das Puderbild auf der Kopie festgeklebt. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass der Puder eine Schmelzwärme im Bereich von 10 mkal/mg bis k5 mkal/rag hai.

Die Kopie kann gefertigt werden, indem man das PuderMld von dem elektrophotoeraphischen Körper auf ein Blatt überträgt und Druck an beiden Seiten des Mattes anlegt, um das übertragene Puderbild an der Kopie zu befestigen.

_009835/1500

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass ein schnelles und wirksames, photoelektrostatisches Kopierverfahren ermöglicht wird, wenn man den druckempfindlichen Toner der genannten Zusammensetzung verwendet.

Vorzugsweise besteht ein neues und verbessertes Tonergemisch aus 8U bis 90 Gewichtsteilen einer aliphatischen Komponente mit 6 bis 25 Kohlenstoffatomen, aus der Gruppe der Erdölwachse, der Esterwachse, der tierischen Wachse, der Fettsäuren, der Metallsalze von Fettsäuren, aus der Gruppe primärer, sekundärer und tertiärer Amide und aus der Gruppe hydroxylierter Fettsäuren und deren Gemische j ferner sind 1 bis 20 Gewichtsteile eines Pigmentes oder Farbstoffes enthalten, um die Partikel der aliphatischen Komponente stark einzufärben. Vorzugsweise finden primäre und sekundäre Amide Verwendung,

Diese Materialien müssen feinpulvrig in der Partikelgrösse von 5 bis 15 Mikron vorliegen und eine geeignete triboelektri— sehe Ladung, entweder positiv oder negativ, aufweisen, wenn sie mit einem passenden Trägermaterial, wie Eisenteilchen, gemischt werden« Das elektroskopische Puder nach der vorliegenden Erfindung kann auf die das latente Bild tragende Oberfläche durch bekannte Verfahren aufgetragen werden, beispielsweise durch Aufsprühen einer Puderwolke, durch eine Magnet« bürstenanordnung oder mit Hilfe eines Kaskadenentwicklers.

009835/1500

BAD

Die Toner nach der vorliegenden Erfindung sind unter Druck schmelzbar und insbesondere für Vervielfältigungsmaschinen geeignet, welche auf der Basis photoelektrostatischer Kopierverfahren arbeiten. Dabei wird zunächst ein Puderbild auf einer photoleitfähigen Schicht erzeugt, wonach das entwickelte Materialbild unter Druck auf eine weitere Fläche, beispiels— weise auf ein Blatt,übertragen und dort fixiert wird. Das Gemisch muss während des Übertragens der Verschmelzung wider« stehen, gleichzeitig jedoch soll das Bild, wenn es auf dem Blatt angeordnet ist, schmelzen und dort festhaften. Nach dieser Aus führung s form wird ein Gemisch bekannter, thermo-* plastischer Komponenten mit dem aliphatischen Anteil verwendet. Die thermoplastischen Anteile, welche zusammen mit den aliphatischen Komponenten Verwendung finden, sind Styrol, Butadien-Copolymere, Polystyrole, Polyäthylene, Polyvinylchloride, Akrylsäuren und Terpenharze, Aryl, Sulfonamidformaldehydharze und Gemische davon. Die vorzugsweise verwendeten, thermoplastik sehen Harze sind Polyamide und modifizierte Rosine bzw. Terpentinharze. Die Polyamide bestehen aus Polymeren hohen Molekulargewichtes und unterscheiden sich von den im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform genannten Amiden. Der thermoplastische Anteil und der aliphatische Anteil werden in einem Verhältnis von etwa 50 bis 90 Gewichtsanteilen der aliphatischen Komponente mit 10 bis 50 Gewichtsanteilen des thermoplastischen Harzes gemischt, wobei ein bis fünf Gewichtsanteile eines Farbstoffes oder Pigmentes zugegeben werden, um das Tonergemisch stark einzufärben.

009835/1500
_BAD ORIGINAL - 10 -

Die aliphatischen Komponenten, welche als Drucktonerr wirk sam sind, liegen zahlreich vor. Im folgenden werden beispiel hafte aliphatische Komponenten aufgeführt, welche für die Herstellung druckempfindlicher Toner nach einer Ausführungsform der jörfindung geeignet sind:

I. Wachse · Schmelzpunkt C

(a) Karnaubawachs	28	- 30
(b) Montanwachs	28	- 29
(c) Mikrokristallines Wachs	15	- 34
(d) Bienenwachs	16	- 18
(e.) Micro/ax 15	21	- 30
(f) Moltwax ML-kk5	37	- ko

(Alle oben genannten Materialien werden durch die International Wax Refining Company hergestellt)

(g) Gechlorte Paraffine 95 - HO

(Chlorowax 70 - Verkauf durch die Diamond Alkali - Company).

(h) Synthetische Wachse -

Oktadekanamide, Acrawax C 14O - 1^3

(Glycol Products Company, Brooklyn, New York).

-11-

009835/1500

BAD ORIGINAL

II. Fettsäuren Schmelzpunkt °C

(a) Stearinsäure 67-70

(b) Palmitinsäure 59 - 62

(c) Myrietinsäure 53 - 55

(d) Laurinsäure kl - kk

(e) Kaprinsäure 31-33

(Alle oben genannten Säuren sind durch die Vitco Chemical Company, New York, New York, verfügbar).

III. Amid· _ . „ Schmelzpunkt °C

(a) 9-12 Oktadekanamid	72	99
(b) 9 Oktadekanamid	75	81
(c) Oktadekanamid	9a	96
(d) Hexadekanamid	95	96
(β) Tetradekanamid	97
(f) Dodekanamid	97 -
(g) Dekanamid	79 -
(h) Oktana»id	93 -
(i) Hexanamid	93 -

(Alle oben genannten Zusammensetzungen sind durch die Armour Chemical Company, Chicago, Illinois, erhältlich und werden unter der Warenbezeichnung "Armid" verkauft.)

009835/1500

- 12 -

Sekundäre

(j) N-Methyl-9-12 Oktadekanamid (k) N-Butyl-Oktadekanamid

72 75

Tertiäre

(l) Dimethyl-Oktadekanamid (m) Dibutyl-9 Oktadekanamid

IV. Metallsalze von Fettsäuren

(a) Alurainiumstearat

(b) Bleietearat

(c) Bariumstearat

(d) Magneeiumstearat

(e) Zinkstearat

(f) Zinkpalmitat

(g) Li thiurnstearat

(Verkauf durch die Witko Chemical Company).

	43	-	148
	02	-	104
	55	-	i6o
	35	-	140
70	23	-	125
71	15	-	125
	95		200
Erweichungspunkt C
1
1
1
1
1
1
1

V. Fettsäuren Schmelzpunkt C

(a) Methylhydroxystearat 52 Handelsbezeichnung Paracin 1

(b) Glycerin-Moiiohydroxystearat 53

(c) Glyceriii-Tri- 1 2-Hydroxystearat 87 (Kizinuawachs)

(d) Teilweise hydriertes Rizinusöl 80 - 90

009635/1500.

BAD

(e) Kakaobutter 105 - 109

(Alle oben genannten Materialien sind durch die Baker Castor Oil Company erhältlich).

Als Farbmittel wird vorzugsweise ein lösbares, organisches Farbmittel wie nubisches Harzschwarz verwendet, obwohl andere Pigmente und Farbstoffe Verwendung finden können, beispielsweise Neo-Spektraschwarz, Nigrosin und andere organische Farbstoffe, welche in Harnen und/oder Wachsen lösbar sind und bei Tageslicht beständige Farben erzeugen. Gewöhnlich wird die Menge an Farbstoff oder Hgment zugefügt, welche zur passenden Einfärbung der Partikel ausreicht.

Bei der Zubereitung des Tonergemisches werden die aliphatischen Bestandteile des Toners geschmolzen, während das Pigment und/oder der Farbstoff in einer Menge zugesetzt werden, welche zwischen 1 bis etwa 20 Gewichtsprozent des verwendeten, aliphatischen Anteile· beträgt; vorzugsweise werden 2 bis 10 Gewichtsprozent verwendet. Das Pigsmnt und/oder der Farbstoff werden in dem geschmolzenen Harz gemischt, so dass eine homogen eingefärbte Lösung bzw. Dispersion erzielt wird. Das Material wird in Behälter abgegossen, wonach man es abkühlen lässt. Danach wird es auf eine durchschnittliche Partikelgrösse im Bereich von 1 bip 50 Mikron feingemahlen} vorzugsweise beträgt die Partikalgrüsse 5 bis 15 Mikron.

009835/1500

Das Harzpuder nimmt, wenn es mit einem passenden Trägermaterial wie Glaskugeln oder Eisenpartikel in Berührung ist, eine elektrostatische Ladung an, deren Polarität jener der aufgeladenen, photoleitfähigen und isolierenden Schicht . des photoieitfähigen Körpers entgegengesetzt iet.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel I

85 Teile Oktadekanamid, Armid 18, welches durch die Armour Chemical Company verkauft wird, werden in einem passenden Behälter, beispielsweise in einem Kessel mit Dampfummantelung, geschmolzen, wobei nach und nach 15 Teile eines schwarzen Farbstoffes, wie nubisches Haraschwar« zugegeben werden, während die Masse umgerührt wird, bis der Farbstoff gleichförmig verteilt ist.

Die geschmolzene Masse wird in hohle Pfannen abgegossen, bis zur Erstarrung abgekühlt und in eine Mahlanlage gegeben; in dieser wird die Masse auf eine Partikelgrösse im Bereich von O,O(J1 bis 0,050 mm reduziert. Vorzugsweise beträgt die Partikelgrösse 0,005 bis 0,015 mm. Die Schmelxhitze des Tonerm^terials wurde mit 29 mkal pro mg gemessen.

- 15 -

009835/1500

Die körnige Masse wird dann gewendet, um Teilchen auszusondern, welche nicht durch ein biob von 7Ö Maschen pro Zentimeter passieren.

Die geschichteten Partikel werden dann mit Eieenpuder in einem Gewichtsverhältnis von 8 bis 50 Gewichteteile Eisen und ein Gewichteteil Toner, vorzugsweise im. Bereich von bis 20 Gewichtsteilen Eisen auf ein Gewichteteil Toner gemischt. Die Eisenteilchen weisen eine Partikelgrösse von 0,020 bis 0,075 χ« und vorzugsweise in Dereich von 0,025 bis O,OUX) nun auf.

Das Gemisch aus Eieeiiteilchen und Toner wird in einer Mafnetbürsten-Entwlckleranordnung aufgeladen, wie es in dem US-Patent 3 1^5 122 dargestellt ist. Ein photoelektrostatischer Körper von Zinkoxyd auf Harsträger wird einer negativen, elektrostatischen Ladung unterworfen, einen Muster ron Licht und Schatten ausgesetzt und dann durch dl· Sntwieklereinheit hindurchgeleitet. Di· Tonerpartikel kleb·* an den negativ geladenen BiIdflachen an. Das lese Bild wird unter Druck durch ein Paar hochpolierter Metallwalzen, welch· einander berühren, hindurchg·führt.

Fachleuten ist verständlich, dass der durch die Waisen ausgeübte Druck _sreändert werden kann, wenn nan entweder den Durch-

009835/1500

messer der Walzen verändert oder indem man über die Walzenlager einen Druck ausübt. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung wird auf einen linearen Walzendruck pro 25»4 mm Lance Bezug genommen, wodurch der Druck wiedergegeben ist, welcher durch einen Satz hochpolierter, fester Metallwalzen mit einem Durchmesser von 63,5 mm und einer Lance von 25^y« mm für verschiedene Belastungen an jedem Walzenlager ausgeübt wird. Ein Walzendruck von 9,07 kp pro 25,4 mm Linearkontakt kann unter diesen Bedingungen beispielsweise erzielt werden, wenn 45,36 kp Last an den Lagern (einschliesslich des Walzengewichtes) einer Walze von 63,5 mnt Durchmesser aus festem Stahl und einer Länge von 254 mm angreifen. Der Betriebsdruck beträgt etwa 9,07 bis 13,6() kp pro Linearkontakt. Die Walzendurchmesser für diese Drücke liegen zwischen 19,05 mm bis 63,5 mm. Bei gegebener I.aaerbe 1 as tune verringert oder verstärkt sich der Druck der linearen Berührung entsprechend dem Durchmesser der Walze, was von der Visko-Elastizität des Materials abhängt.

Das Kopienblatt mit dem lose anhaftenden Puderbild wird mit einer Lineargeschwindigkeit von etwa 9,1'J m/min, durch die Walzen hindurchirefiihrt.. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Kopienbi jitter zwischen den Walzen hindurchgeführt werden, stellt einen Faktor beim Fixieren des Puders auf ihrer Unterlage dar. Die Kopienblätter treten zwischen den Walzen iit

- 17 -

009835/1500

BAD ORSGiNAL

einem fixierten r.ilii hervor, welches pcruanent am l'ra-;er trebunclen ist. Das Bild kann in gleicher Weise wie ein durch Hitze aufgeschmolzenes Bild oder ein durch gewöhnliches Einfärben aufgetragenes Bild bearbeitet und g-ehandhabt werden.

Die Tonerpuder der folgenden Beispiele werden in derselben Weiae wie jene im Zusammenhang mit Beispiel I beschriebenen zubereitet.

Beispiel II

Karnauba Wachs 85

Nubisches Hareschwarx 15

Schmelzwärme: 33 mkal./mg.

Beispiel III

Acrawachs C (ein synthetisches Vachsoktadekanamid) 90

Nubischoa Harzechvars 5

Kohlenstoffschwarz-Pigment 5

Schmelzwärme: 31 mkal./mg.

Beispiel IY

Acrawachs C 2U

Karnaubawachs ^O

009835/1500

9-Oktaüelcanamid 4i

Kubisches Harzschwarz 10

Kohl ens toffschwarz-Pigment 5 Schmelzwärme: 42

Beispiel Y

9-12 Oktadekanamid 50

Myristineäure 20

Acrawachs 15

Nubisches Harzschwar* 15 Schmelzwärme: 4i mkal./mg.

Beispiel VI

Natriumstearat 50

Acrawachs C 20

Myristinsäure 20

Nubisches Harsschvarz 10 Schmelzwärme: 20 nkal./ag.

Beispiel VII

Hexanamid k6

Paraffinwachs 30

Hydroxylierte Fettsäure 10

Kubisches Harzschwarz 12

Kohlenstoffschwarz-Pigment 2
Schmelzwärme: 29 mkal./eg. 009835/1500

BAD ORlQWAL - 19 - Beispiel VIII

St Lithiumstearat 18

Methylhydroxystearat

(Paracin 1) 22

Ilala^enisi ertes Wachs, Halowax 1001 kO Oktadekanamid (Armid) \k

Nubisches Harzschwarz ' 6 Schmelzwärme: Io mkal,/mg.

Nach der zweiten Ausführunfrsform dieser Erfindung bestehen die Tonerpuder aus einen Gemisch von 1 bis 9 Gewichtsteilen der aliphatischen Komponente mit einen Gewichteteil dee thermoplastischen Harzes. Das Gemisch wird durch Zusats der im Zusavtir.eiiiiaufi ni t der ersten Ausführun^sform der Erfindung be-8-cLriebciieu Farbstoffe und Pigmente eingrefürbt.

Thonnoplastische Materialien, welche zusammen mit der aliphatischen Komponente vorhanden sein können, «rceu&en einen etwas spröderen oder leicht «erreibbaren Fuder; die aliphatisch« Komponente weist den druckempfindlichen Anteil de« Tonerkomisches auf. Unter den thermoplastischen Ilarsen, welche Verwendung finden, seien Polystyrol, Vinyl- und Akrylharse, Polyäthylene und Gemische davon erwähnt. Andere geeignete Thermoplaste weisen Collophonium auf, Asphalt und Gilsonit« Vorzugsweise werden als Thernoplaste Polyamid-Kunst3toffe von

009835/1500 - 20 -

~ 20 -

niedrigem Molekulargewicht verwendet, welche sich von den Amiden nach der ersten Ausf ühi'un.^sform unterscheiden; ferner collophoiiium-niodifizierte Phenolharze, wie Jen·, welche durch Modifizieren eines Phenolfonnaldehydharses mit dem Reaktion&produkr. von Maleinsäure-Anhydrid und Collophonium oder mit einem mehrwertigen Alkohol wie Glycerin oder Nitropenta gewonnen werden. Die Polyanidhar'ce werden unter des Namen"Ver3amid 930, 9**0 und 950" von der General Mille Company verkauft und gefertigt, während die collophoni.ua- bzw. rosin-modifizierten Phenolharze unter dem Namen "Atnberol" , hergestellt von Kohtn <& Haas Company, verkauft werden. Andere Phenolmaterialien, welche mit Soya-Jettsäuren verestert werden, werden von der Johnson Wax Company, Racine, Wisconein, und von Khrumbar Resin Division of Lawter Chemicals Company gefertigt. Der Toner sollte einen duroh das Kugel- und Ringverfahren gemessenen Schmelzpunkt Im Bereich Yon 106 C bis 115 C aufweisen.

Im folgenden iet eine Liste weiterer, paseender ttterfsoplasti-3cher Harte aufgeführt, welche für die Touerpuder naoh 4·γ vorliegenden Erfindung Verwendung finden:

1. Polyvinylchlorld-Miftchpolynerlsate, vdLei (a) Vinylite VAGH - 91 ^ Vinylchlorid

3 i· Vinylazetat 6 $ Vinylalkohol;

009335/1500

- 21 -

(b) VYCM - 91 1» Vinylchlorid und

9 # Vinylazetat;

(c) VMCH - 86 ή» Vinylchlorid

13 <ji Vinylacetat 1 ^L zweibasische Säure

2. Styrol-Butadien-Mischpolymerlsate, wie:

(a) Pliolite S-5

(The Goodyear Tire & Rubber Company, Akron, Ohio) und

(b) Piccotax 120

(Pennsylvania,Industrial Chemical Company, Clairton, Pennsylvania).

3. Akrylate und Akryl-Mischpolymerisate, wie:

Acryloid A-101

(Roh· dt Haaa Coapany, Philadelphia, Pennsylvania).

k. Thermoplastische Kohlenvasserstoff-Terpenharxe, wie Plccolyte S-135

(Pennsylvania Industrial Chemical Company, Clairton, Pennsylvania).

- 22 -

G^ 009835/1500.

5· Polystyrole, wie:

Piccolastic-Harz C-125

(Pennsylvania Industrial Chemical Company, Clairton, Pennsylvania).

6. Polyäthylen, wie:

Mirrothene 620

(U.S. Industrial Chemicals Company, New York, New York).

7. Aryl-Sulfonamid-Formaldehyd-Kondensationsharze, wie:

Santolite MIIR (Monsanto Chemical Company, St. Louia, Missouri).

fe. Polyvinylchlorid, wie Bakelite VYMH (Union Carbid· Corporation, Hew York, New York).

Die elektroskopiechen Puder der roreugswei·· verwendeten Ausführungsform, welche durch Mischen des thermoplastischen Harzes mit der aliphatischen Komponente gefertigt werden, erfordern einen etwas grösaeren Druck, us) das Puderbild auf einem Träger haften su lassen baw. tu fixieren. Der erfor-

- 23 009835/1500

derliche Druck, um die elektroslcopischen Puder nach der ersten Ausführun^sform der oben beschriebenen Art zu fixieren, lie^t im Bereich von 9 bis 13,6 kp pro 25,k mm Linearberührung durch einen Satz von Stahlrollen bzw. Stahlwalren mit gleichem Durchmesser von 6'3,5 mm. Bei Zusatz des thermoplastischen Har«es lur aliphatischen Komponente erfordert der Toner einen erhöhten Druck «um Fixieren; dieser liegt im Bereich von 11,3 bis 3^ kp pro 25,4 mm LinearberUhrung und ist vorzugsweise in den Grenzen von 15,8 bis 22,7 kp pro 2514 mm Linearberührung. Wie im bereite erwähnten Ausführungsbeispiel, können die Walzendurchmesser zwischen 19 mn und 63#5 «mn geändert werden, wobei entsprechend die an den Lagern angreifenden Lasten verändert werden.

Das {tewöhnliehe Verfahren iur Vorbereitung des Toners erfordert die Reduzierung der thermoplastischen Harzbestandteile auf den geschmolzenen Zustand. Das Pigment und/oder dor Farbstoff werden in einer Menge zwischen 1 und 17 Gewichtsteilen der Gesamtmenge de« verwendeten Harsea sugesetat, und zwar vorzugsweise la Bereich zwischen 7 tot« 15 Gewiohteteilen. Dem gefärbten, geschmolzenen Harz wird dann die aliphatisch? Komponente in einer Menge zwischen 35 bis 70 Gewichtsteilen des Tonergemeische· zugesetzt, und zwar vorzugsweise im Bereich von 45 bis 6O Gewichtsteilen. Das Pigment und/oder der Farbstoff werden im Harz verteilt, so dass eine

BAD

- 2/4 -

009835/1500

- 2k -

homogen ein^efärbte Lösung erzielt wird. Das Material wird dann in bereits beschriebener Art und Weise behandelt und auf eine durchschnittliche Partikelßrösse von 1 bis 50 Mikron, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 Mikron, cermahl«n,

Beispiele der zweiten Ausführun/jsfarm sind folgende:

Beispiel IX

Polyamid-Harx 25,3

(Versamid 930)

Modifiliertes Jlolashar« 20,6

(Amberol 800)

9-12 Oktadekanamid 24,0

(Armid 1fc)

Synthetisches Wachs-Oktadekanamid 16,0

(Acrawax C)

Nubisches ilarmschwarz 14, 1

Schmelzwärme: 11 mkal./mg.

B»iapiel X

Polystyrol (Piccolaetic C-125)

Polystyrol (Piccolastic D-IQO)

Moaifiziertea llolzhara (Amberol öOü)

Armid 1ö Acrawax C Nubisches Harzschwar*

12	,5
12	,5
20	,6
2k	,0
16	,0
Ii*	• 9

Schmelzwarme: 19 mkal./Bg. 003835/ 15G0

- 25 Beispiel XI

PoIyvi nylchiο ri d (Bakelite VYLF)

Modifiziertes Holzharz (Amerol 801)

Ok t ad ekanami d (Armid 18)

Acrawax C

Kubisches Harzschwarz Schmelzwärme: 23 mkal./mg.

	*
20	,3
25	,6
24	,0
16	,0
14	,1

Baispiel XII

Polystyrol 36,9

(Piccolastic C-125)

9-Oktadekanainid 28,2

(Armid .18)

Synthetisches üktadekanamid 28,7

(Acrawax C)

Nigrosinschwarz 5»0

Kohlenstoffschwarz-Pigment 1,2

(Neo-apectra Mark II) Schmelzwärme: 19 mkal./mg.

In Fig. 1 sind Temperatur-Differentialdiagramme verschiedener Tonerzusammensetzungen dargestellt. Der unterschiedliche Temperaturverlauf einer gegebenen Menge von Toner der in Beispiel X und IX dar₍';esteilten Zusammensetzung, welcher unter ,^e-

- 26 -

009835/15 00

- 20 -

steuerten Bedingungen erhitzt wird, wird mit einem Toner herkömmlicher Zusammensetzung, welcher unter llüze schneisbar ist, verglichen.

Die für Beispiel I dargestellte Kurve ist für di· «rat· Aueführungsform kennzeichnend, bei welcher der Toner direkt auf dem photoleitfähigen Körper fixiert wird, indem dieser Körper zwischen einer Metallwalzenvorrichtung der beschriebenen Anordnung hindurchgeleitet wird. Der Bereich unterhalb der Kurve stellt die Schmelzwärme, gemessen in Millikalorien pro Milligramm dar und beträgt für diesen Toner 29,58 rakal/eg.

Die auf Beispiel IX bezogene Kurve ist kennzeichnend für den druckempfindlichen Toner, bei welchem das Bild durch Druck von einer Trommel auf ein Blatt, beispielsweise auf ein glattes Papierblatt, übertragen und dann dort fixiert wird, indem das Papierblatt durch eine Druckwalzenvorrichtung hindurchgeleitet wird. Die Schmelzwärme dieses Toners beträgt 11,15 rckal/mg.

Das Material bekannter Ausführungsformen besteht vor allem aus einem Polyamid-Harz, wie es in der Patentanmeldung, Serial No. 357 7^3 vom 6. April \y6k der Anmelderin beschrieben ist. Das Tonermaterial bekannter Ausfuhrungsform ist in seinem Kurvenverlauf im wesentlichen flach und ermangelt der Temperatur-Spitzenpunkte.

009835/1S00 - 27 -

Die einzelnen üarstoliun :··η werden mi t einer Thermoan;dy3C-vorrichtun.: . <»wo;nion, beispiclsweise mit ,jener, welche unter dem Modell "yoO Differential Tnermal Analyser" bekannt ist. Die Analyse bzw. Untersuchung wird durchgeführt, indem der Temperaturunterschied zwischen einem Muster und einem i3ezug verglichen wird. Das Muster und das liezujismaterial werden nahe aneinander an einer Stelle angeordnet, welche in einem geeigneten Temperaturbereich erhitzt oder abgekühlt wird. Mittels einer Vorrichtung wird die Umgebungstemperatur gemessen und die Erhitxunge- oder Abkühlungβtemperatur gesteuert.

Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, dann ändern eich die Temperaturen dee Mustere und des Berugskörpers ebenfalls. Bed Ausschluss physikalischer oder chemischer Änderungen bleibt das Temperaturdifferential Δ, t null (Temperatur des Musters nimis Temperatur des Fezugs). Weiui die Temperatur erreicht wird, wo im !luster eine physikalische oaer chemische Änderung vor sich geht, wobei diese in dem trägen Bezugsmaterial nicht auftritt, dann ist die Temperatur des Musters nicht länger gleich der Temperatur dee Bexugekörpers, wodurch man entweder einen positiven oder einen negativen .4Cl t-Vert erhalt.

Diese rcnperaturän.lerung, gemessen iinter ^eeitbten Bedingungen für eine bestimmte Masse, stellt die Schmelzwärme in Milli-

- 28 -

009835/1500

kalorieii pro Milligramm dar. In der folgenden Aufzeichnung; ist die Schmelzwärme jedes der beschriebenen Muster aufgeführt:

Beispiel Schmelzwärme

l 29

II 33

in 31

IV 42

V kl

VI 20

VII 29

VIII 16

IX 1 1

χ 19

Xl 23

XlI 19

Toner bekannter keine

Art

Die Kurve für Beispiel I **igt an, dass die Temperatur bei etwa 66°C absinkt. Dies zeigt den Einaats des Differentialteiles eier Kurve an. Die Temperatur sinkt in der endothermen Richtung weiter ab und erreicht einen Endpunkt; von dort beginnt sie wieder anzusteigen, bjs sie bei 13& C wieder abflac'it und aas Ausgangsniveau erreicht. Alle Z^ ,h nun entlang

- 29 -

00982 571500

der Ordinate stellen I i/3 C dar. Der 3ereicli unterhalb der Kurve, welcher durch den. Einsatz des Kurvenverlaufes, durch den Tiefpunkt und den Bereich des Wiederaufstieges eingegrenzt ist, wenn eine Linie zwischen dem Einsatz- und dem Anschlusspunkt gezogen wird, stellt die Schmelzwärme dar, wenn das Instrument in Millikaiorien/°C-Minute kalibriert ist.

Man erhält die Schmelzwärme, wenn man den Flächenbereich unterhalb der Kurve mit dem Wert der Temperaturanzeige der Ordinate und Abszisse in °C/25,4 na multipliziert; die Schmelzwärme stellt den Quotienten dar» den Man erhält, wenn man die Grosse de· Flächenbereichee unter der Kurve in 25t^* multipliziert mit der Temperaturanzeige der Ordinate und der Abszisse in Grad C/25»4 mm durch die Menge dee Musters in Milligramm mal Erhitzungsgeschwindigkeit teilt. Dieser Wert wird durch einen Einstellkoeffizienten für die besondere Vorrichtung korrigiert. Der durch die Kurve nach Beispiel I eingegrenzte Bereich stellt eine Schaolsvärae von 29 mkal/mg, dar, wobei jede 25,k mm entlang der Ordinat» «inen 4 t-V«rt von 1 1/3°C wiedergeben. Diese Toner haften bei einen Bereich von y bis 13,6 kp pro 25,^ mm Linearbertihrung.

Das Thermogramm für Beispiel IX zeigt einen Einsatz in endothermer Richtung bei etwa 78°G, wonach die Kurve durch einen ersten Tiefpunkt bei 1OO°C verläuft; von dort aus steigt eie

- 30 -

&09835/16Ü0

wieder an und liegt bei etwa 117 C auf einem zweiten Spitzenpunkt. Von dort wird der Aufschwung fortgesetzt, bis schliesslich bei 13O⁰C die Abflachung erfolgt. Die Basielinie wird gezogen, wenn man den Einsatzpunlct mit dem Punkt verbindet, an welchem die Abflachung beginnt. Di· beiden Spitsenpunkte im Kurvenverlauf zeigen die beiden aliphatischen Komponenten an. Der durch die Kurve eingegrenzte Viachenbereich stellt eine Schmelzwärme von 11 mkal/mg. dar, wobei jeder Abschnitt von 25,4 mm entlang der Ordinate i/3°C wiedergibt. Materialien der für das Beispiel XX verwendeten Art eprechen auf einen Druck im Bereich von 11,3 bis 3^,0 kp pro 25,fr na Linear-Berührung an.

Wie aus dem Thermogramm des Tonerpuder· bekannter Ausführung·- form zu ersehen ist, liegen keine Spitsenpunkte für die Temperaturänderung A t vor. Der Abstand τοη 25» ^ na entlang der Ordinate stellt einen Δ t-¥ert von i/3°C dar. Das Thermogramm offenbart, dass über dem Temperaturbereich von 3Q C bis 14O°C nur eine Temperatürablenkung bei «.tva 8O°C für das Material festzustellen ist. Dies gilt als Anseig© dafür, dass das Material einer geordneten Struktur bsir. der erforderlichen Kristallstruktur ermangelt und dass ea deshalb nicht für das unter Druck durchgeführte Fixieren in den bereits erwähnten Druckboreichen geeignet ist.

- 31 -009835/1500

Der Wert uer Schmelzwärme, welcher den druckempfindlichen Materialien der beschriebenen Art entspricht, erstreckt sich von 10 bis k$ mkal/tng. Der Arbeitsbereich für auf direkten Druck ansprechende Materialien beträgt von 20 bis 45 mkal/mg., wahrend er für auf Übertragungsdruck ansprechende Materialien 10 bis 25 mkal/mg. 1st.

Die Schmelzwärme ist als An*βige für die Druckempfindlichkeit der beschriebenen Tonergemiache,anzusehen und dient mittels physikalischer Messungen xur Kennzeichnung der Gruppe von Materialien, welche druckempfindlich bxw. auf Druck ansprechend sind.

_BAOon\G«**¹' 009835/1500

Claims (9)

Dipl.-Ptiys. SEBASTIAN HERRMANN fciiSO'.JRApj I-Ml LTIGRAPH CORPORATION Hw«*·» - lWZ«kfc«· Mount Prospect, County of Cook, 111. West Central Road 1800 (V.St.A.) 1597807 Patentanmeldung: Elektrostatisch ansiehbares, druckempfindliche« Tonarm«misch Patentanspruch

1. Elektrostatisch anziehbares, druckempfindliches Tonergemiech zum Entwickeln elektrostatischer Bilder, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch einen aliphatischen Anteil mit 6 bis 25 Kohlenstoffatomen und ein Farbmittel aufweist, und dass die Schmelzwärme des Gemisches in Bereich von 10 MIlIlkalorien/Milligramm bis k} Millikalorien/ltillifraaB Ii«ff*.

2. Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aliphatische Anteil zwischen 80 bis 96 Gewichtsprozent beträgt, während der Anteil des Farbmittels zwischen 2 bis

Gewichtsprozent ist.

009835/1500

DifA.-WtQ. Martin lid»», Dipl.-Wirtsdi.-ing. Ax*l Honcmonn, Dipl.-fhy*. Sebastian Herrmann

TWM l ^ Ue/

fQ p

I MONCHENl, THE(EStENSTtAItISS -TaWw₁SSnM

•Ο-·. »ΑΤ«Η?> NWALT 0». ΙΙΙΗΗΦΙΟ

— 2. —

hl

3. Gemisch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aiiphatische Anteil aus der Gruppe der Wachse, Fettsäuren, Metallsalze von Fettsäuren, hydroxyl!erten Fettsäuren und Amiden bestellt.

4. Gemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein thermoplastisches Harz aufweist.

5. Gemisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Anteil zwischen 5 bis 50 Gewichtsprozent beträft, dass der aiiphatische Anteil zwischen 50 bie 90 Gewichtsprozent beträgt, und dass das Farbmittel in einem Anteil von 2 bis 10 Gewichtsprozent enthalten ist.

6. Gemisch nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzwärme des Gemisches im Bereich von 10 Millikalori en/Milligramm bis 25 Millikalorien/MilIigrämm liegt.

7. Gemisch nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Anteil aus der Gruppe der Polyamide, Polystyrol«, Polyäthylen·, Polyvinylchloride, Akrylpolymere und modifizierten Terpentinharze (SoslB·) 1st·

8. Verfahren zur Herstellung einer Kopie mit einem an dar Kopie befestigten Puderbild von einem elektrophotographischen

BAD ORIGINAL

- 3 009835/1500

if

Körper durch Auftragen eines druckempfindlichen Puderbildes, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrostatische Ladung auf den Körper übertragen wird, dass dieser Körper einem Muster von Licht und Schatten ausgesetzt wird, um ein elektrostatisches, latentes Bild herzustellen, dass ein elektroskopischer Puder aufgetragen wird, welcher elektrostatisch an aen Bildteilen haften bleibt, dass das fertige Puderbild an eier Kopie fixiert wird, indem Druck an der Kopie angelegt wird, um das Puderbild an der Kopie anhaften zu lassen, und dass der Puder eine Schmelzwärme im Bereich von 10 Millikalorien/Milligramm bis h5 Millikalorien/Milligramm aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopie hergestellt wird, indem das Puderbild von dem elektrophotographischen Körper auf ein Aufnahmeblatt übertragen wird, wonach Druck auf beiden Flächenseiten des Aufnahmeblattes angelegt wird, um das übertragene Puderbild an der Kopie anhaften zu lassen.

BAD

009835/1500