DE1937651A1

DE1937651A1 - Photographische Entwicklerteilchen

Info

Publication number: DE1937651A1
Application number: DE19691937651
Authority: DE
Inventors: Robert B Nelson
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1968-07-22
Filing date: 1969-07-21
Publication date: 1970-02-19
Also published as: DE1937651C3; FR2013449A1; BR6910891D0; DK130938C; AT307871B; NL6910676A; DK130938B; NL159795B; NL159795C; ES369454A1; GB1282017A; CH526136A; BE736353A; US3639245A; JPS5840182B1; DE1937651B2; SE346632B

Description

Die Erfindung "betrifft ein Trockenfarbpulver, das zur Verwendung für elektrophotographische Aufzeichnungen geeignet ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Pulvers. Gemäß einem ihrer Merkmale betrifft die Erfindung ein Entwicklerpulver mit guter elektrischer Leitfähigkeit in Gegenwart eines relativ großen aufgedrückten elektrischen Feldes und mit geringer Leitfähigkeit (und somit guter Ladungs-Zurückhaltungseigenschaften für die darauf verbleibende Ladung) in Abwesenheit dieses hohen aufgedrückten Feldes. Gemäß einem weiteren Merkmal betrifft die Erfindung trockene Entwicklerteilchen für die Elektrophotographie, welche magnetisierbar sind. Gemäß einem weiteren Merkmal betrifft die Erfindung ein Entwicklerpulver, welches eine druckabhängige Leitfähigkeit besitzt, wobei es unter dem Einfluß eines während der Entwicklung aufgedrückten magnetischen Feldes stärker leitfähig und in Abwesenheit dieses aufgedrückten magnetischen Feldes geringer leitfähig ist (und somit bessere Zurückhaltungseigenschaften für die einzelnen Ladungen aufweist).

&AD ORIGINAL

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Pür die elektrostatische Elektrophotographie wurden zur Ladungsentwicklung des elektrostatischen Bildes ursprünglich aus zwei Komponenten bestehende Trockenfarbpulver verwendet, die häufig als "triboelektrische Gemische" bezeichnet wurden. In letzter Zeit wurden auch Irockenpulver beschrieben, in denen sämtliche Teilchen dieselbe Zusammensetzung aufweisen. Die relativ leitfähigen Trockenfarbpulver gemäß der USA-Patentschrift 3 116 510 (19. Januar 1965) enthalten thermoplastische Harzteilchen, in denen etwa 35 bis 55°/o. des Gesamtgewichtes der Teilchen aus Ruß bestehen, der in den Harz-Teilchen dispergiert ist. Gemäß der USA-Patentschrift 3 196 032 (20, Juli 1965) wird eine elektrostatische Druckfarbe mit Ruß, der teilweise in Harzteilchen dispergiert ist oder an der Oberfläche solcher Teilchen haftet, in einem Wirbelschicht-Reaktor hergestellt.

Gemäß einem neuen elektrophotographischen Verfahren, das in der französischen Patentschrift 1 456 993 beschrieben ist, wird ein belichtetes photoleitfähiges Blatt mit leitfähigem Entwicklerpulver in Berührung gebracht, welches von einer leitfähigen Oberfläche, an welcher es haftet, aufgebracht wird, während ein unterschiedliches elektrisches PeId zwischen dem photoleitfähigen Blatt (d.h. der Peldelektrode) und der leitfähigen Oberfläche, die das Entwicklerpulver enthält, erzeugt wird. Das Entwicklerpulver wird selektiv auf die nicht-belichteten Bereiche des photoleitfähigen Blattes übertragen. Die Trennung des photoleitfähigen Blattes von der Vorratsquelle für Entwicklerpulver wird durchgeführt, während man die Einwirkung des elektrischen Feldes noch aufrechterhält, und das Verfahren kann so abgestimmt werden, daß nach einer, solchen Trennung die Anziehung von Entwicklerpulver an die Oberfläche des photoleitfähigen Blattes fortgesetzt wird. Das Entwicklerpulver ist bei diesem Verfahren elektronisch leitfähig, wobei es im allgemeinen eine Leitfähigkeit von mindestens 10" OhUi^-Cm""¹, vorzugsweise. 1O*"² bis 10"^ Ohm" ¹OnT¹ bei dem angelegten elektrischen Feld (vorzugsweise mindestens 1000 Volt Gleichstrom pro cm) aufweist. Die Leitfähigkeits-

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messungen vferden mit dem Entwicklerpulver, das zu einem Kubus von 1 cm Kantenlänge zusammengepreßt ist, zwischen Messingelektroden, die in einer festen Kammer angeordnet sind, duroh-

2 geführt, wobei ein Druck von 6,05 kg/cm über der Probe vor und während der Konduktanz-Messung ausgeübt wird. Wenn das Entwicklerpulver anschließend von dem leitfähigen Blatt auf eine Aufnahmeoberfläche übertragen werden soll, sollte es außerdem die Fähigkeit zum Zurückhalten von elektrischer Ladung besitzen, um die elektrische Ladung zurückzuhalten, die den Entwicklerteilchen durch das während der Entwicklung des Musters auf der Peldelektrode angelegte elektrische Feld verliehen worden ist. Dies kann durchgeführt werden, indem man die Entwicklerteilchen mit einem Inneren bzw. einem Kern von hohem Widerstand und einer hoch leitfähigen Oberfläche bzw. Schale versieht. Die hohe Leitfähigkeit der Entwicklerteilchen, die erwünscht ist, um den Spannungsabfall über die Teilchen,, wenn sie eich in dem elektrischen Feld befinden, auf ein Minimum herabzusetzen, sowie die Fähigkeit der Ent-Wicklerteilchen, die elektrische Ladung zurückzuhalten, wodurch Teilchen mit hohem Widerstand charakterisiert sind, können jedoch nur schwierig in zufriedenstellender Weise erreicht werden, da man im allgemeinen die eine gewünschte Eigenschaft nur auf Kosten der anderen erhalten kann.

Ziel der Erfindung sind daher neuartige Teilchen, die zur Verwendung als elektrophotographische Entwickler geeignet sind, und zwar insbesondere für das Verfahren der französischen Patentschrift 1 456 993,das auch als "Elektropulver-Verfahren" bezeichnet wird. Ein weiteres Ziel der 3rfindung sind pulverförmige Teilchen, die sowohl eine hohe Leitfähigkeit, als auch ein gutes Zurückhaltevermögen für elektrische Ladung besitzen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung solcher Entwicklerteilchen.

Die beigefügte Kurve ist eine graphische Darstellung der elektrischen Leitfähigkeit gegenüber einem angelegten elektri-

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sehen Gleichstrom-Feld für die erfindungsgemäßen Entwicklerteilchen.

Die erfindungsgemäßen Entwicklerpulver weisen thermoplastische, im wesentlichen runde Teilchen (d.h. Kugeln) auf, deren thermoplastisches Material eine Leitfähigkeit von höchstens 10" Ohm cm , vorzugsweise höchstens 10*" Ohm"" cm , besitzt, und in welchem elektrisch leitfähige Teilchen praktisch vollständig eingebettet sind, die eine radial abgeschiedene Schicht oder "Zone" bilden, wobei die im wesentlichen runden Teilchen eine elektronische Leitfähigkeit aufweisen, die monatonisch (monatonically) ohne abzufallen im Bereich von zwischen etwa 10 und 10 (vorzugsweise zwischen 10 und

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10 ) 0hm cm in einem elektrischen Gleichstromfeld von 100 Volt/cm bis zu zwischen 10*" und etwa 10 0hm cm (vorzugsweise zwischen 10 und 10 0hm"" cm"* ) in einem elektrischen Gleichstromfeld von 10000 Volt/cm liegt, und einen mittleren Durchmesser unterhalb 15» vorzugsweise unterhalb 10/U besitzen. Vorzugsweise ist der mittlere Teilchengrößenbereich derart,daß mindestens etwa 95$ (bezogen auf die Anzahl) der Teilchen einen Durchmesser oberhalb etwa 2 /u. besitzen, während nicht mehr als 5?« (bezogen auf die Anzahl) einen Durchmesser über 15/U besitzen. Diese Trockenfarbpulver sind bis zu einem solchen Ausmaß fließfähig, daß sie einen Fließfähigkeits-Schüttwinkel im Bereich von etwa 80 bis 125 Grad und vorzugsweise von 110 bis 125 Grad aufweisen. Für die Zwecke der Erfindung wird die Fließfähigkeit gemessen, indem man einen dünnen Pulverstrom der oberen flachen Oberfläche eines kreisförmigen Sockels mit einem Durchmesser von 7»62 cm aus einem Vibrationstrichter zuführt, wodurch eine kegelförmige Pulverablagerung auf dem Sockel erzeugt wird. Der Schüttwinkel ist als derjenige Winkel definiert, der zwischen den gegenüberliegenden Seiten der kegelförmigen Ablagerung gemessen wird, d.h. als der Öffnungswinkel des Kegele bei 25°C.

Die erfindungsgemäßen trockenen Farbpulver und die darin verwendeten thermoplastischen Materialien sind vorzugsweise im

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Bereich von 80 bis 115 C, vorzugsweise von 90 bis 105 C, durch Wärme schmelzbar. Zur Bestimmung der Schmelztemperaturen wird das Quecksilber-Verfahren nach Durrans gemäß SMS 114 verwendet.

Jedes durch Wärme schmelzbare thermoplastische Material mit

—12 —1 —1

einer Leitfähigkeit von höchstens 10 Ohm cm kann zur Bildung der Kugeln verwendet werden,obgleich thermoplastische organische Polymerisate bevorzugt werden. Beispiele für geeignete Harze sind z.B. Phenolaldehydpolymerisate der Stufe B (d.h. teilweise gehärtet), Polyvinylacetat, Epoxyharze usw..

Im allgemeinen kann jedes Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit (d.h. jedes Material mit einer Leitfähigkeit von

—2 —1 —1
mindestens 10 0hm cm , z.B. leitfähiger Kohlenstoff, Metalle usw.) in pulverförmiger Form für die elektrisch leitfähigen Teilchen, die die leitfähige Zone der Trockenfarbteilchen bilden, verwendet werden, vorausgesetzt, daß die dabei erhaltenen elektrisch leitfähigen Teilchen einen mittleren Durchmesser unterhalb 100 m/U,vorzugsweise unterhalb 40 m/U, besitzen. Leitfähige Kohlenstoffteilchen (z.B. Vulcan XC-72R von der Gabot Corporation) werden bevorzugt.

Es wurde gefunden, daß die Menge des leitfähigen Materials in der eingebetteten Zone der Trockenfarbteilchen, die Art des verwendeten leitfähigen Materials, die Teilchengröße der eingebetteten leitfähigen Teilchen und die örtliche Anordnung der eingebetteten Zone die Leitfähigkeit des trockenen Farbpulvers beeinflussen können. Im allgemeinen liegt das Volumenverhältnis des elektrisch leitfähigen Materials zu dem Gesamtvolumen der Teilchen in dem Farbpulver im Bereich von 0,01 zu 100 bis 4,0 zu 100, obgleich 0,1 zu 100 bis 1,5 zu 100 bevorzugt werden. Die eingebettete Zone der leitfähigen Teilchen befindet sich normalerweise recht dicht an der Oberfläche der Farbteilchen und ist vorzugsweise nicht dicker als 1/10 des Radius der im wesentlichen runden Entwicklerteilchen. Obgleich im wesentlichen sämtliche leitfähigen Teilchen eingebettet sind,kann gelegentlich ein Teilchen aus dei* Oberfläche hervorragen. Die Leitfähigkeit dieser Entwieklerteilchen ist

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"feidabhängig", d.h.. die Leitfähigkeit' unter hohen elektrischen Feldern unterscheidet sich von der Leitfähigkeit unter niedrigen elektrischen Feldern. Tatsächlich ist die elektrische Leitfähigkeit der Entwicklerteilchen, wie bereits angegeben, eine monatonische, nicht abnehmende Punktion des angelegten elektrischen Gleichstromfeldes. Vorzugsweise sollte die Neigung der Kurve der Leitfähigkeit gegenüber dem angelegten elektrischen Feld ebenfalls mit dem angelegten elektrischen Feld monatonisch ansteigen. Es hat sich erwiesen, daß diese Tatsache für Entwicklerpulver, die gemäß dem Verfahren der französischen Patentschrift 1 456 993 angewendet _ werden, von außerordentlich großer Bedeutung ist, da die ™ Entwicklerteilchen unter den hohen elektrischen Feldbedingungen der Teilchenablagerung auf der Feldelektrode eine hohe Leitfähigkeit zeigen und nach der Entfernung aus dem hohen elektrischen Feld eine geringere Leitfähigkeit (und somit eine bessere Zurückhaltung der elektrischen Ladung) zeigen. Wie bereits erwähnt, ist die Zurückhaltung der Ladung besonders wichtig, wenn man das bildmäßige Muster der Entwicklerteilchen von der Feldelektrode ohne Verlust an Teilchen auf ein Aufnahmeblatt übertragen möchte. Obgleich der Mechanismus noch nicht vollständig geklärt ist, wird angenommen, daß die feldabhängige Leitfähigkeit dieser Teilchen darauf zurückzuführen ist, daß sie im wesentlichen vollständig in dem relak tiv isolierenden, thermoplastischen Material eingebettet oder versenkt sind. Bei den höheren elektrischen Feldern wird angenommen, daß der elektrische btrom durch das thermoplastische Material auf der Teilchenoberfläche hindurchfließt oder "hindurchtunnelt", um die eingebettete Zone oder Schicht des leitfähigen Materials zu erreichen. Bei den niedrigeren elektrischen Feldern dient die'thermoplastische Oberflächensöhicht als wirksame isolierende Trennschicht gegenüber dem Stromfluß, wodurch sich eine niedrigere Leitfähigkeit der Teilchen und eine höhere elektrische Ladung-s-Zurückhaltefähigkeit ergibt.

Verschiedene andere Materialien können in geeigneter Weise in oder auf aeia erfindungsgemäßen Entwicklerteilchen einverleibt

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sein, z.B. Weichmacher, Partstoffe, Pigmente, magnetisch durchlässige Teilchen, usw.. Magnetisch durchlässige Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 1/U oder weniger werden besonders bevorzugt, z.B. solche aus Magnetit, Bariumferrit, Nickelzinkferrit, Chromoxid, Kickeloxid, usw.. Ein magnetisch durchlässiger Kern kann ebenfalls verwendet werden. Pulverförmige Fließmittel können ebenfalls zu den trockenen Teilchen hinzugegeben werden,um ihre Fließfähigkeitseigenschaften zu verbessern.

Die Leitfähigkeit dieser trockenen Farbpulver steht in Beziehung zu dejn angelegten elektrischen Feld über den Pulverteilchen, und die Messung der Leitfähigkeit wird daher unter Standardbedingungen der Probenabmessungen, des auf die Probe ausgeübten Druckes und des angelegten elektrischen Feldes durchgeführt. Das folgende Testverfahren wird für die hier angegebenen Leitfähigkeitemessungen verwendet.

Eine Probe des Farbpulvers wird in eine Versuchszelle zwischen zwei Messingelektroden mit kreisförmigem Querschnitt, von

denen jede eine Querschnittsfläche von etwa 0,073 cm besitzt, eingebracht. Ein isolierender zylindrischer Mantel aus Polytetrafluoräthylen umgibt die Farbe und die Elektroden in soloher Weise, daß die Farbprobe in der Form einer kleinen Pillendose gehalten wird. Mindestens eine der Elektroden ist in dem isolierenden Mantel frei beweglich wie ein Kolben, um den vorbestimmten Druck auf die Probe auszuüben. Die Kornpression wird erhalten, indem man ein bekanntes Gewicht auf die bewegliche Elektrode legt, und typischerweise verwendet

ρ man ein 100 g-Gewicht, sodaß sich ein Druck von 1370 g/cm auf die Probe ergibt. Man bringt soviel Farbpulver in die Zelle ein, daß der endgültige Elektrodenabstand unter dem obigen Druck etwa 0,05 cm bis etwa 0,1 cm beträgt, und vorzugsweise so nahe an 0,05 cm wie möglich liegt. Der endgültige Abstand wird sorgfältig unter Verwendung eines Kathetometers gemessen. Eine Spannung wird in einer Reihenschaltungsanordnung j bestehend aus der Farbprobe, einem elektrischen Strom-

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messer (z.B. einem Keithley Model 601 Electrometer) und der Spannungsquelle, angelegt. Die Leitfähigkeit des Farbpulvers wird anhand der Spannung, die über den Prüfelektroden auftritt, und des Stroms, der durch die Probe hindurchfließt, in üblicher Weise berechnet. Die Spannung wird verändert, und die sich ergebende leitfähigkeit wird für verschiedene elektrische Felder von etwa 10 Volt/cm bis etwa 1000 bis 4000 Volt/cm berechnet. Bei Feldern über etwa 4000 Volt/cm kann die Spannung nicht langer als für den Bruchteil einer Sekunde oder für ähnliche Zeiten an die Probe angelegt werden, bevor sich in der Probe eineerhebliehe Wärme entwickelt, die ihre Eigenschaften verändert oder den vollständigen "Zusammenbruch" verursacht. Um die elektrische Leitfähigkeit bei hohen Feldern zu messen, wird daher die angelegte Spannung rasch von etwa null Volt bis etwa 2000 Volt oder darüber (entsprechend Feldern von etwa 0 Volt/cm bis etwa 40000 Volt/cm) während etwa 10 Killisekunden erhöht und dann sofort wieder auf etwa null Volt zurückgebracht, bevor eine übermäßige Erhitzung oder ein Zusammenbruch in der Probe eintritt. Dieser Spannungsdurchlauf bzw. Spannungsstoß wird unter Verwendung eines speziellen Hochspannungs-Kippgenerators erzeugt. Um den Strom durcn die Probe zu messen, wenn man den Spannungsstoß anwendet, wird das zuvor beschriebene Strommeßgerät durch einen Strom-Prüfwiderstand mit typischerweise etwa 10000 0hm ersetzt. Die Spannung über diesem Prüfwiderstand, gemessen mittels eines Oszilloskops, ist dem durch die Probe fließenden Strom proportional. Die Spannung über der Probe wird ebenfalls auf einem Oszilloskop unter Verwendung von Hochspannungssonden gemessen. Die Spannung über dem Prüfwiderstand .wird typischerweise an den horizontalen Eingang des Oszilloskops angelegt, während die Spannung über der Farbprobe selbst, an den vertikalen Eingang desselben Oszilloskops angelegt wird, wobei man ein direktes Diagramm entsprechend den Strom-(Abszisse) gegenüber den Spannungsmerkmalen (Ordinate) für die betreffende Farbprobe auf dem Oszilloskopschirm erhält, das dann photographiert wird. Hieraus können die Charakteristika der Leitfähigkeit gegenüber dem Feld für die Farbprobe

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bei sehr hohen Spannungen berechnet werden, Die Werte der elektrischen Leitfähigkeit, die in Tabelle I angegeben sind, wurden in der oben beschriebenen Weise erhalten.

Ü 0 9 8 0 8 / 1 h 1 2

Tabelle I Beispiel

Gew..-Teile

Größenvert eilung

.3)

Leitfähigkeit (Ohm«cm)"

CD C3 OO

Pigment ^; Harz

2)

Silizrumdioxid 4)

B
C
D
E

60

öO

60

16,6

50

60

40

83,4

50

40

1,33

1,2

1,8

0,8

0,1
0,1
0,1

0,1

3,7
3,1
2,1
2,2
3,9
1,4

50$:

m"

6,7
5,8
7,0

7,8

4,8

100 V/cm

10000 V/cm

12,6 13,0 12,3 31,1

13,5 22,0

2,3 x 10
3,0 χ 10
3,0 χ 10
10
10

5,4 x
2 χ

6,0 χ 10

-8

-9

-10

-7

9,4 x 10

5,6 χ 10

4,1 x 10*

2,0 χ 10

2,0 χ TO

6,6 χ 10

-7 -7

—7

-7

-ο

3) -5)

folgende Pigmente wurden verwendet: A, B, C, E - Magnetit (0,2 - 0,8/u Durchmesser)

D- Benzidine Yellow P - Nickelzinkferrit

(CI. Ho. 2*1090)

(0,2 - 0,8/U Durchmesser)

Pur sämtliche Beispiele mit Ausnahme von Beispiel E wurde das Harz gemäß Beispiel A verwendet. Das Harz gemäß Beispiel E war "Epon 1002" (Epichlorhydrin/Bispheno1-A, festes Epoxyharz, Schmelzpunkt 75-85 C, Epoxidäquivalent 600-700, MW 1060, Produkt der Siiell Cnemical Company).

Die Größenverteilung ist angegeben als der Prozentsatz der Anzahl der Teilchen, die größer als die angegebenen Größen in /u sind. In Probe A sind z.B. 95$ sämtlicner Teilchen größer als 3,7yU, 50$ sind größer als 6,4/u und 5$ sind größer als 12,6yu.

"CAB-O-SII", Handelsprodukt der Cabot Corporation. Teilchengröße 30 m/U, gemessen mittels ElektronenmikrOskojip.

ο ι

ro

-11-

Die Leitfähigkeit des trockenen Farbpulvers sollte so beschaffen sein, daß sie bei hohen angelegten elektrischen Feldern einen relativ großen Stromfluß von der Entwicklerelektrode zu der photoleitfähigen, mit Bild zu versehenden Zwischenoberfläche während der Entwicklungsstufe, welche mit einer relativ großen aufgedrückten Reihenspannung durchgeführt wird, gestattet. Das Pulver sollte jedoch nicht so leitfähig sein, daß es, nachdem eine Schicht auf der photoleitfähigen, mit dem Bild zu versehenden Zwischenoberfläche abgeschrien worden ist, nachfolgende Pulverschichten von der Zwischenoberfläche elektrisch "abschirmt", indem es deren Ladung aufnimmt, jedoch ihre Abscheidung verhindert, was bei sehr leitfähigen Pulvern der Fall sein würde/Außerdem sollte die Leitfähigkeit bei einem sehr schwachen oder keinem elektrischen Feld erheblich geringer sein, so daß das Pulver, welches auf der photoleitfähigen, mit dem Bild zu versehenden Zwischenoberfläche abgeschieden worden ist, seine Ladung solange zurückhält, daß die Übertragung des Pulvers von der Zwischenoberfläche auf ein Aufnahmeblatt möglich ist. Nachdem die Entwicklung abgeschlossen ist,ist das elektrische Feld, das das Pulver in den Bereichen, in denen es abgeschieden worden ist, an der Zwischenoberfläche hält, immer noch relativ stark, jedoch ist die Art der Grenzfläche in diesen Bereichen isolierend genug, um das Einfließen der Ladung von dem Pulver in die Zwischenoberfläche selbst zu verhindern. Gleichzeitig ist das seitliche Feld von Teilchen zu Teilchen sehr klein oder null, sodaß die Ladung auf den abgeschiedenen Teilchen nicht seitlich in die stärker leitfähigen Bereiche auf dem Zwischenblatt, welche das abgeschiedene Pulver umgeben, abfließt. Weiterhin ist das elektrische Feld von Schicht zu Schicht des abgeschiedenen Pulvers nach der Entwicklung gering, sodaß die Ladung nicht leicht von Schichten, die von der Zwischenoberfläche weiter entfernt sind,zu Schichten abfließt, die dieser Oberfläche näher sind. So bleiben sämtliche abgeschiedenen Teilchen fest an dem Zwischenblatt haften und behalten ihre Ladung für eine gewisse Zeit bei.

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Bei der Herstellung der Entwicklerpulver wird zunächst eine trockene Pulvermischung in einer geeigneten Zusammensetzung gemäß irgendeinem der üblichen Standardverfahren erhalten, z.B. durch Schmelten eines Harzes, Einrühren des festen Füllstoffes,falls ein solcher verwendet wird, Abkühlenlassen des Gemisches und dann Vermählen und Klassieren bis zu dem gewünschten Bereich der Teilchengröße von etwa 1 bis 15 /U Durchmesser. Dieses Pulver, das hinsichtlich seiner Form pseudo-kubisch ist, wird dann gemäß folgender Arbeitsweise in sphäroide Form gebracht: das Pulver wird in einen sich bewegenden Gasstrom, vorzugsweise Luft, eingesaugt, wodurch ein Aerosol erzeugt wird. Dieses Aerosol wird in einem Winkel von etwa 90° (+5°) durch einen Strom heißer Luft, die auf etwa 481 bis 537°C erhitzt worden ist, geführt und in eine Kühlkammer geleitet, wo sich das Pulver dann bei Abkühlen auf Grund seines Gewichtes absetzt. Das erhaltene Pulver besteht nunmehr aus im wesentlichen sphärischen Teilchen. . Es wird dann trocken mit einem leitfähigen Pulver, wie z.B. leitfähigem Ruß, vermischt, und das Gemisch wird in einem Winkel von etwa 90° (+5°) durch einen Strom von Gas, vorzugsweise Luft geleitet, die auf eine Temperatur erhitzt worden ist, welche das thermoplastische Harz in den Teilchen zumindestens zu erweichen und erwünschterweise zu schmelzen vermag(z.B. 372 - 426⁰C) und die den erweichten oder geschmolzenen Zustand solange aufrechterhalten kann, daß das leitfähige Pulver aufgrund der Wirkung der Oberflächenspannung im wesentlichen vollständig eingebettet wird. Die Teilchen werden dann gesammelt, z.B. durch Zyklon-Trennung, und dann vorzugsweise mit einem Fließmittel, z.B. "CAB-O-SIL" (fein verteiltes Siliciumdioxid, Warenzeichen-Produkt der Cabot Corporation), versetzt, um zu gewährleisten, daß es frfi fließt.

Bei einer alternativen Herstellung der erfindungsgemäßen Entwicklerpulver kann das leitfähige Material als Pulver oder als kontinuierlicher Film auf der Oberfläche der im wesentlichen runden Teilchen abgeschieden werden, und ein

C 0 9 8 'j H ; '■ ζ 1 2

dünner Film aus einem isolierenden Material, z.B. einem Harz, kann darübergelagert oder darauf abgeschieden werden, um das leitfähige Material in wirksamer Weise als eine Zone in den Teilchen einzubetten.

Die folgende Arbeitsweise erläutert ein bevorzugtes Verfah- , ren zur Herstellung des Trockenfarbpulvers.

Beispiel A

4 Gew.-Teile "Epon 1004" (Epichlorhydrin/Bisphenol-A, festes Epoxyharz, Schmelzpunkt 95-1O5°C, Epoxydäquivalent 875-1025, MW 1400, Handelsprodukt der Shell Chemical Company) und 6 Gew.-Teile Magnetit wurden gründlich auf einer üblichen Kautschukmühle mit erhitzten Walzen vermischt. Das erhaltene Material wurde in einer Mühle vom Abrieb-Typ vermählen und dann in einer Standard-Maschine vom Luft-Zentrifugen-Typ klassiert, wobei die Ausbeute etwa 20 Gew.-56 in dem gewünschten Verteilungsbereich der Teilchengröße betrug. Die Bestimmung der Teilchengröße des Produktes zeigte, daß etwa 95% > 1,3/u, 50% > 4,1 /u und 5% > 12,6 /u (bezogen auf die Anzahl ) waren.

Diese Teilchen, die scharfe Kanten besaßen und von pseudokubischer Form waren, wurden dann durch das folgende Verfahren in solcher Weise in sphäroide Form gebracht, daß die meisten Teilchen in runde Form oder in Teilchen mit abgerundeten Kanten übergeführt wurden. Das Pulver wurde in einen Luftaspirator eingebracht, und zwar in einem gleichmäßigen Strom von etwa 800 g/Stunde. Der Aspirator saugt die Teilchen in einen. Luftstrom und dispergiert sie. unter Bildung eines Aerosols, Dieses Aerosol wurde in einem Winkel von 90° in einen erhitzten luftstrom, dessen Temperatur etwa 505 bis 537⁰C betrug, geleitet. Das Pulver würde dann absitzen gelassen und durch Filtrieren gewonnen*

An dieser Stelle waren die meisten Teilchen in Kügei-ähniiche Formen umgewandelt worden und nunmehr verwendbar für die

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•-TA-nächste Stufe des Verfahrens, die im Mischen des Pulvers mit der geeigneten Menge an leitfähigem Ruß, d.h. in diesem Falle 1,33 Teilen leitfähigem Ruß mit einem ungefähren Durchmesser von 30 m/u pro 100 Gew.-Teile Pulver, bestand» Nachdem die beiden Komponenten gründlich vermischt worden waren, wurde der Ruß durch das Verfahren zur Ausbildung der sphäroiden Teilchenform, wie es oben beschrieben worden ist, in dem Harz eingebettet, mit der Abwandlung, daß die Temperatur des Heißluftstromes auf etwa 393⁰C eingestellt wurde und das Produkt in einem Trenngerät vom Zyklon-Typ gesammelt wurde.

Die Endstufe des Verfahrens bestand im Hinzumischen von 0,1 Gew.-% eines SiO₂-Fließmittels mit geringer Teilchengröße, um das im wesentlichen freie Fließen des Pulvers zur Verwendung für das Elekfcropulver-Verfahren zu erreichen. Diese F,arbe wurde mit "A" bezeichnet, und die Kurve der Leitfähigkeit gegenüber angelegtem elektrischem Feld ist in der Figur gezeigt.

Tabelle I zeigt die Eigenschaften» die erhalten werden, wenn man verschiedene andere Zubereitungen (B-F) gemäß dem Verfahren des obigen Beispiels herstellt, und die Kurven der Leitfähigkeit gegenüber dem angelegten elektrischen Feld sind in der figur dargestellt. Die beiden gestrichelten Linien in der Figur stellen die oberen und unteren Grenzen der Leitfähigkeit über dem Bereich von angelegten elektrischen Gleichstromfeldern, wie oben angegeben, dar.

Patentansprüche:

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Claims

"15~ M 2629

1. Fließfähiges, in der Wärme schmelzbares, trockenes Pulver, geeignet zur Verwendung als Entwicklerpulver bei der elektrophotographischen Aufzeichnung,dadurch gekennzeichnet, daß es thermoplastische,im wesentlichen sphärische Teilchen aufweist, deren thermoplastisches Material eine Leitfähig-

_12 -1-1
keit von höchstens 10 Ohm cm besitzt, und in denen elektrisch leitfähige Teilchen unter Bildung einer radial abgeschiedenen Zone im wesentlichen vollständig eingebettet sind, wobei die im wesentlichen sphärischen Teilchen:

(a) eine elektronische Leitfähigkeit monatonisch ohne

abzufallen im Bereich von zwischen etwa 10"" und

-4-1-1
10 Ohm, cm in einem elektrischen Gleichstromfeld

von 100 Volt/cm bis zu zwischen etwa 10 und

-3 -1 -1
10 "Ohm cm in einem elektrischen Gleichstromfeld

von 10000 Vol/cm,

(b) einen mittleren Durchmesser, bezogen auf die Anzahl, unterhalb 15/U, und

(c) ein Volumenverhältnis der elektrisch leitfähigen Teilchen zum Gesamt-Teilchenvolumen zwischen 0,01/100 und 4/100

aufweisen.

2. Trockenes Pulver gemäß Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen sphärischen Teilchen magnetisierbare Teilchen enthalten.

3. Trockenes Pulver gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Teilchen Teilchen aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einer Leitfähig-

-2-1-1 keit von mindestens 10 Ohm cm sind.

4. Trockenes Pulver gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitjfähigen Teilchen einen mittleren Durchmesser von weniger als 100 m/u aufweisen.

-Ll

ρ η q ρ q Q / -ΐ r. -. -;.

5. Trockenes Pulver gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Teilchen Teilchen aus hochleitfähigem Kohlenstoff sind.

6. Trockenes Pulver gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der Teilchengrößenbereich der sphärischen Teilchen derart ist, daß mindestens etwa 9596»bezogen auf die Anzahl, der Teilchen einen Durchmesser von mehr als 2/u und nicht mehr als 5%_t bezogen auf die Anzahl, einen Durchmesser von mehr als 13/u besitzen.

7. Trockenes Pulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Teilchen einen Fließfähigkeits-Schüttwinkel zwischen 80 und 125 Grad aufweisen.

8. Trockenes Pulver gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärischen Teilchen eine elektronische Leitfähigkeit monatonisch ohne abzufallen im Bereich von zwischen 10"° und 10~⁵0hm cm in einem elektrischen Gleichstrom-

7 h 1

feld von 100 Volt/cm bis zu zwischen 10"' und 10 0hm cm" in einem
cm aufweisen.

cm" in einem elektrischen Gleichstromfeld von 10000 ToIt/

9. Trockenes Pulver gemäß Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, . daß das thermoplastische Material ein organisches Harz ist.

M 2629 E/Wr

L Cl 3 8 Q γ /--"I 2