DE2553347A1

DE2553347A1 - Elektrostatographische tonerzubereitungen

Info

Publication number: DE2553347A1
Application number: DE19752553347
Authority: DE
Inventors: Ohio Columbus; Herbert Johnston; Frank M Palermiti; Joseph A Wray
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1976-07-01
Also published as: DE2553347C2; GB1525937A; NL7514559A; ES443077A1; JPS5188228A; BR7507884A; FR2295464A1; CA1062946A; JPS5934300B2

Description

D-8000 MDNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)

27 443 i/ra

Xerox Corporation, Rochester, N.Y. (USA)

Elektrostatographische Tonerzubereitungen

-I '

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrophotographische Kopierverfahren sowie TonerZubereitungen, die zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Abbildungen verwendet werden, welche elektrostatisch beeinflußt sind.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Kopierverfahren und Zubereitungen, in denen der Toner permanent an dem Kopierelement mit Hilfe von Druck und/oder Hitze gebunden ist.

Die Bildung und Entwicklung von Abbildungen auf der Oberfläche von photoleitfähigen Materialien mit Hilfe elektrostatischer Vorrichtungen ist bekannt. Das elektrostatographische Grundverfahren, wie es von CF. Carlson in der US-PS 2 297

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beschrieben wurde, betrifft das Aufbringen einer gleichmäßigen elektrostatischen Ladung auf eine photoleitfähige Isolierschicht, das Belichten der Schicht mit einer Licht-Schatten-Abbildung, um die Ladung in den belichteten Bereichen der Schicht zu zerstreuen und das Entwickeln der erhaltenen latenten elektrostatischen Abbildung durch Auftragen eines fein verteilten elektroskopischen Materials, welches in der Literatur als "Toner" bezeichnet wird, auf die Abbildung. Der Toner wird normalerweise von den Bereichen der Schicht angezogen, die eine Ladung beibehalten; dadurch wird ein Tonerbild gebildet, welches mit der latenten elektrostatischen Abbildung übereinstimmt. Dieses Tonerbild kann dann an der betreffenden Stelle fixiert werden oder auf ein Kopiersubstrat,wie beispielsweise Papier, übertragen werden. Das Bild kann dann anschließend fest auf dem Kopiersubstrat fixiert werden, wie beispielsweise durch Anwendung von Schmelzwärme. Statt der Bildung einer latenten Abbildung durch gleichmäßige Aufladung der photoleitfähigen Schicht und anschließende Belichtung der Schicht mit einem Licht-Schatten-Bild kann man auch eine latente Abbildung durch direktes Aufladen einer Isolierschicht bilden, die in der Bildkonfiguration entweder photoleitend oder nicht-photoleitend sein kann. Das Pulver kann, wenn erwünscht oder erforderlich, direkt auf der Isolierschicht fixiert werden.

Eine der wichtigen Anwendungsbereiche der Elektrostatografie betrifft deren Verwendung in automatischen Kopiermaschinen für allgemeine Bürozwecke,in denen ein latentes elektrostatisches Bild unter Verwendung einer Entwickler zubereitung entwickelt wird, die aus einem Trägermaterial, welches mit feinen Teilchen eines thermoplastischen Harztoners vermischt ist, besteht; darauf wird das gebildete Pulverbild auf ein Kopiersubstrat übertragen und darauf fixiert. Wesentliche Bemühungen galten der Entwicklung geeigneter Entwickler und der damit assoziierten Fixierverfahren für die modernen Hochgeschwindigkeit skopiermaschinen. Das verwendete Tonermaterial muß geeignete elektrostatische Eigenschaften haben, um eine

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Attraktion durch das Trägermaterial und danach die selektive Attraktion durch die latenten Abbildungen zu gestatten. Das Tonermaterial muß außerdem im physikalischen Sinne stark genug sein, um eine konstante Neuverwendung bei einem schwingenden Bewegungstyp zu gestatten. Der Toner muß außerdem widerstandsfähig gegenüber Verklebungen oder Aggregationen bei üblichen Betriebstemperaturen sein, muß Jedoch fähig sein, sich leicht auf dem Kopierbogen fixieren zu lassen.

Fixierverfahren,die Hitze, Druck, Lösungsmittel oder verschiedene Kombinationen davon anwenden, sind schon vorgeschlagen worden; jedes dieser Systeme unterliegt Jedoch strengen praktischen Grenzen, die den Jeweiligen Systemen bzw. den bisher zugänglichen Tonerzubereitungen innewohnen. Das am meisten angewendete,Fixierverfahren betrifft die Anwendung von Hitze allein oder die Anwendung von Hitze in Kombination mi.t Druck. Diese Verfahren haben Jedoch, obwohl sie recht effektiv sind, gewisse Nachteile hinsichtlich der Zeit, die erforderlich ist, um die Tonerteilchen bis zu deren Erweichungspunkt aufzuheizen, des übermäßigen Hitzeabflusses aus dem Kopierapparat, des Energieverbrauches und der anfänglichen Aufwärmzeit des Kopierapparates, die erforderlich ist, damit die Wärme Schmelzvorrichtungen die geeigneten Schmelztemperaturen erreichen. Daraus geht hervor, daß Tonermaterialien,die ohne Hitze bzw. bei Anwendung ge- · ringerer Temperaturen zweckmäßig an einem gegebenen Substrat fixiert werden können, große Vorteile für elektrophotographische Verfahren ergeben würden. Einige der beim Ausarbeiten von Kopierverfahren und Tonerzubereitungen auftretenden Probleme hinsichtlich der Verminderung der notwendigen Zeit und der erforderlichen Energie beim Binden oder Fixieren sind in der US-PS 3 590 000, in Spal ten 2 und 3 beschrieben worden.

Es sind verschiedene Typen von Materialien in der Literatur vorgeschlagen, die als Harzkomponenten in elektrostatographischen

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Tonern verwendet werden können. Beispielsweise beschreibt die US-PS RE 25 156 ein hitzefixierbares Tonermaterial, das auf Polystyrol oder Copolymerisaten von Styrol mit Monomeren, wie beispielsweise Alkylmethacrylaten basiert. In der US-PS 2 615 394 ist ein Lösungsmittelfixierverfahren beschrieben, welches eine große Anzahl von Harzmaterialien als Tonerkomponenten verwendet, wie beispielsweise,ganz allgemein, Polyamid- oder Polyestermaterialien. Die Fixierung durch Druck wird gemäß US-PS 3 080 j5l8 vollzogen, nach welcher ein flüssiger Toner, der in einem hydrophilen Kolloid eingekapselt ist, verwendet wird, dessen Doppelstruktur weiterhin in einem hydrophoben Harz eingeschlossen ist.Die GB-PS 1 210 beschreibt eine druckfixierbare Tonerzubereitung, die auf einem Gemisch einer langkettigen aliphatischen Verbindung, wie beispielsweise eines Wachses oder Fettsäure,und einem geeigneten Pigment basiert. Die Zubereitung kann auch ein thermoplastisches Harz,wie beispielsweise ein Polyamid oder ein modifiziertes Harz enthalten. Die US-PS 3 681 IO6 beschreibt eine hitzefixierbare, niedrigschmelzende Harztonerzubereitung, die aus einem Polyesterharz und einem Alkylenoxidderivat eines Polyäthers besteht. Die US-PS 3 764 558 beschreibt ein Entwicklungspuder, welches geeignet ist, bei einer Temperatur unterhalb des Verkohlungspunktes von Kopierpapier schnell zu schmelzen und welches aus einem relativ nicht-sprödem, thermoplastischen Polyamid und einem relativ sprödem thermoplastischen HarzmodifeLermittel besteht. Obwohl alle diese oder andere Materialien bestimmte Vorzüge in verschiedenen Fixierverfahren ergeben, besteht weiterhin ein Bedarf nach neuen und unkomplizierten Tonersystemen, die eine zweckmäßige Balance von triboelektrischen Eigenschaften, Druckempfindlichkeit und Bildqualität ergeben.

Erfindungsgemäß können elektrostatische Bilder bzw. Abbildungen permanent fixiert werden durch Druck, durch Druck und gleichzeitiger Anwendung von geringer Wärme oder durch Wärme bei Temperaturen, die so niedrig wie die Verklebungstemperaturen

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(blocking temperatures) der erfindungsgemäßen Tonerzubereitungen liegen, indem ganz bestimmte teilchenförmige Tonerzubereitungen als das die Abbildung bildende Material verwendet werden. Die Tonerzubereitungen basieren auf Gemischen eines Polyamidharzes und eines Polyesterharzes, die außerdem eine geringe Menge eines färbenden Materials, wie beispielsweise Ruß, enthalten. Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäßen teilchenförmigen Tonerzubereitungen gute triboelekirlsche Eigenschaften, gute Abbildungsqualitäten und überragende viskoeüastische Charakteristika aufweisen und zwar in dem Sinne daß, wenn Druck angewendet wird, das Material ganz bestimmten physikalischen Veränderungen unterliegt. Es wird ausreichend zerfliessen, so daß kohäsive Bindungen zwischen den verschiedenen Teilchen gebildet werden, so daß der Eindruck eines kontinuierlichen Filmes entsteht, und es wird auch ausreichend zerfliessen, um an einem Substratmaterial wie beispielsweise Papier zu haften.

Spezifischerweise besitzen die Tonerzubereitungen der vorliegenden Efindung einen zeit-variablen komplexen Modul, d.h. Steifheit, derart , daß der Toner relativ spröde ist gegenüber Kräften,die für eine kurze Zeitspanne angewendet werden, wie sie beispielsweise während der Tonerherstellung beim Mikronisieren (MikroSekunden) angetroffen werden, und der Toner relativ verformbar ist gegenüber Kräften, die über einen längeren Zeitraum angewendet werden,wie sie beispielsweise während der Druckfixierung (Millisekunden) angetroffen werden. Obwohl die zugeführte Energieleistung,die notwendig ist, um den erfindungsgemäßen Toner an ein Kopierelement zu binden,wesentlich niedriger ist als die Leistung, die für bekannte Toner erforderlich ist, liegt sie doch nicht so niedrig, daß der Toner während der Aufbewahrung verkleben kann oder daß das Kopierelernent andere Elemente blockieren bzw. verkleben kann.

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Die elektrostatographischen Toner der vorliegenden Erfindung bestehen aus einem harzartigen Gemisch eines amorphen oder teilweise kristallinen Polyamidmaterials und eires Polyesterkondensationsproduktes. Bevorzugte Polyamide sind thermoplastische Materialien, die Erweichungspunkte innerhalb des Bereiches von etwa 80 ⁰C bis 200⁰C, insbesondere in Bereichen von etwa 90 bis 130 C aufweisen und die ein durchschnittliches Molekulargewicht innerhalb des Bereiches von etwa 1 000 bis etwa 10 000, insbesondere innerhalb des Bereiches 1 500 bis 10 000 aufweisen. Beispiele solcher geeigneter Polyamide sind solche, die durch Reaktion von dimeren oder dimeren und trimeren ungesättigten Fettsäuren,wie beispielsweise ölsäure oder Linolsäure, oder deren saure Derivate mit Alkylen- und/oder Arylendiaminen hergestellt werden, wie beispielsweise die Polyamide, die von der Emery Industries, Inc. unter dem Namen "Emerez" in den Handel gebracht werden.

Obwohl Polyamidmaterialien,wie sie beispielsweise oben beschrieben werden, gute Druckempfindlichkeitcharakteristika aufweisen und einen erwünschten niedrigen Modul unter Fixierbedingungen haben, sind die triboelektrischen Eigenschaften und die Bildqualität solcher Materialien im allgemeinen nicht zufriedenstellend für die Anwendung in elektrostatographischen Tonerzubereitungen. Es wurde nun gefunden, daß das Druckempfindlichkeiisöharakteristikum von niedrigem Modul im wesentlichen beibehalten werden kann, während die triboelektrischen Charakteristika und die Bildqualität wesentlich verbessert werden, indem Gemische aus einem Polyamid und einem relativ niedrig molekularem glasartigen Polyestermaterial gebildet werden. Bevorzugte Polyestermaterialien sind solche, die einen Erweichungspunkt von mehr als etwa 40⁰C, vorzugsweise im Bereich von etwa 45°bis 150°C haben und ein Molekulargewicht im Bereich von etwa 1 000 bis etwa I80 000, vorzugsweise im Bereich von etwa 1 500 bis 20 000 aufweisen. Geeignete Polyester sind beispielsweise solche, die als Veresterungsprodukte von Diolen und dibasichen Carbonsäuren gebildet werden oder auch Kondensations-

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produkte eines Gemisches aus einer Polycarbonsäure, einem Diol, einem Alkylen- oder Arylenoxid und/oder einem organischen Glykol. Beispiele solcher geeigneter Polyestermaterialien, die verwendet werden können,sind in den US-PS J5 590 000 und 5 681 106 beschrieben. Insbesondere bevorzugte Materialien bestehen aus Kondensaten von Bisphenol-A, Ä'thylenoxid und Fumarsäure oder aus Bisphenol A, Äthylenglycol und Fumarsäure, die von Atlas Chmical Industries, Inc. in Wilmington, Delaware unter dem Handelsnamen "Spar" vertrieben werden.

Besonders gute Resultate hinsichtlich der Druckfixierung, der Bildqualität und der Bildretention sind erreicht worden, wenn als Polyamidkomponente Harze verwendet wurden, die von Emery Industries unter den Handelsnamen "Emerez 15J56" und"Emerez 15J58" in den Handel gebracht werden. Diese Materialien basieren auf dem Ifektionsprodukt von gemischten .dimeren und tr.im3.ren ungesättigten Fettsäuren und einem Diamin, wobei das erhaltene Polymerisat durch Phenolendgruppen abgebrochen wird. Sie haben ein durchschnittliches Molekulargewicht von 1 800 bis 2 500, einen Erweichungspunkt von 105°C und eine Glasübergangstemperatur im Bereich von 82 bis 85⁰C

Das bevorzugte Harzmodifiziermittel für die Polyamide ist ein Polyestermaterial,das von der Atlas Chemical Industries, Inc. in Wilmington, Delaware unter dem Handelsnamen "Spar II" vertrieben wird; dieses Produkt ist ein Kondensat aus Bisphenol-A und Äthylenoxid mit Fumarsäure. Diese Materialien haben typischerweise ein Molekulargewicht innerhalb des Bereiches von etwa 1 000 bis 8 000.

Das Verhältnis vom Polyamid zu Polyesterharzen in den Gemischen kann in weiten Grenzen variieren. Ganz allgemein gesprochen hat sbh gezeigt, daß die Bildqualität und die triboelektrischen Charakteristika des Toners, der aus Harzgemischen mit einem Polyester zu Polyamidverhältnis von weniger als 1:9 hergestellt wurde, nicht zufriedenstellend sind; andererseits ist

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unerwünscht übermäßiger Druck notwendig für die Druckfixierung des Toners, wenn dieses Verhältnis größer als 9 : 1 wird. Somit liegt das bevorzugte Verhältnis von Polyamid zu Polyester in der Harzmischung innerhalb des Bereiches von 1 : 9 bis 9 : 1 und vorzugsweise zwischen 1 : 4 und 4:1.

Das Harzgemisch kann nach jedem bekannten Verfahren zu elektrostatographischen Tonern verarbeitet werden, indem die Mischung mit einem färbenden Material vermischt wird. Das Vermischen kann durch Schmelzmischen des Polyamids mit dem Polyester in einem beheizten Zweiwalzenwerk erfolgen, darauf wird das Färbemittel in dem geschmolzenen Gemisch dispergiert, die Zubereitung gehärtet und in einer Vorrichtung, wie beispielsweise einer Jet- oder Hammermühle verpulverisiert um die Zubereitung zu kleinen Teilchen zu verarbeiten. Andererseits kann das Vermischen auch durch Kombination des färbenden Mittels mit einer Lösung, Dispersion oder Latex der Polymerisa tmischung und durch anschließende Gewinnung des Gemisches in fein verteilter Form gemäß dem Sprühtrockenverfahren durchgeführt werden. Weitere Verfahren zur Herstellung der Tonerzubereitungen bestehen darin,teilchenförmige Toner, basierend .auf einem Gemisch des Polyamife und des färbenden Mittels und des Polyesters und des färbenden Mittels, einzeln herzustellen und anschließend die teilchenförmigen Komponenten zu vermischen, so daß Tonergemische gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Geeignete Mischverfahren sind ausführlich in der US-PS J5 502 582 beschrieben. Die durchschnittliche Teilchengröße der bearbeitetetenToner sollte innerhalb des Bereiches von etwa 1 bis J50 >i> vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 3 und 15 u liegen. Ein anschließendes Aussieben oder ein Sortierungsverfahren kann notwendig sein, um ein Tonermaterial herzustellen, das diese Teilchen Größenverteilung aufweist.

Das .für die Herstellung der Toner Zubereitungen verwendete färbende Material kann jedes Pigment oder jeder Farbstoff-

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der in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel löslich ist, sein. Die zur Herstellung von elektrostatographischen Tonermaterialien verwendeten Pgmente sind feinverteilter Ruß, Cyanblau (Cyan), Magenta und gelbe Pigmente. Die am meisten verwendeten Farbstoffe sind die sauren, basischen und dispergiertenParbstoffe geeigneter Farbe, wie sie aus der Literatur bekannt sind. Typische Beispiele von geeigneten färbenden Mitteln sind in der US-PS 2 502 582 angegeben. Das Pigment bzw. der Farbstoff sollte in einer Menge zugegen sein, die ausreicht,den Toner stark färbend zu machen, so daß er ein klares sichtbares Bild auf einem Aufnahmeelement bilden kann. Zur Erzielung einer ausreichenden Farbdichte und geeigneter Bildcharakteristika sollte das Pigment vorzugsweise in Mengen zwischen etwa 1 Gew.-^ und etwa 20 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht des gefärbten Toners, verwendet werden. Wenn zum Färben des Toners ein Farbstoff verwendet wird, können Mengen,die wesentlich geringer sind als etwa 1 Gew.-^ verwendet werden.

Die Tonerzubereitung kann zu einer elektrostatographischen Entwicklerzubereitung verarbeitet werden, indem der fein verteilte Toner mit einem geeignten Trägermaterial derart verarbeitet wird , daß der Toner einen Überzug auf den Träger bildet. Der Toner und das Trägermaterial können vorher vermischt werden oder innerhalb des Entwicklerbereiches der xerographischen Kopiermaschine vermischt werden. Sofern das Entwicklungsverfahren das bekannte Magnetbürstenverfahren ist, wird das Trägermaterial ein magnetisch anziehendes Material sein, wie beispielsweise feinverteilte Eisenteilchen von etwa 0,250 mm bis 0,125 mm ($0 bis 120 mesh) Größe. Für andere Entwicklungsverfahren als das Magnetbürstenverfahren kann das Trägermaterial aus jeder bekannten teilchenförmigen Substanz bestehen, die geeignete triboelektrische Effekte aufweist, so daß die Trägerteilchen eine Ladung an den feineren Toner vermitteln, wobei der Toner an den Trägerteilchen haftet und jedes einzelne Teilchen überzieht. Beispiele geeigneter Träger-

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materialien sind anorganische Salze, Glas, Silizium, Stahl und andere Materialien, wie sie beispielsweise in der oben genannten US*-PS 5 502 582 beschrieben wurden. Die Teilchen- größe des Trägers ist vorzugsweise wesentlich größer als die des Toners und liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches etwa 50 bis lOOOu. Der Toner wird am effektvollsten bei einer Menge von etwa 0,2 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Trägermaterial verwendet. In einigen Anwendungsformen ist kein Trägermaterial erforderlich. Beispielsweise kann eine Tonerzubereitung, die eine geringe Menge eines darin gleichmäßig dispergierten ferromagnetischen Materials enthält, in einem Magnetbürstensystem verwendet werden,wie es z.B. in der Us-PS 3 563 7J54 beschrieben wurde.

Toner- und Entwicklerzubereitungen gemäß der vorliegenden Erfindung können Additive enthalten, die bekanntlich solchen Zubereitungen als Schmierhilfen, Antioxidantien, Sensibilisierungsmittel, polymere oder nicht-polymere Weichmacher, triboelektrische Modifiziermittel ,. wie beispielsweise Kieselerde,und dgl. zugesetzt werden.

Die erfindunsgemäße Tonerzubereitung kann in der Bildkonfiguration auf ein Substratmaterial,wie beispielsweise Papier fixiert werden, indem entweder Druck allein bei Raumtemperatur oder Druck in Verbindung mit massigen Erwärmen an-gewendet wird. Das bevorzugte Verfahren zum Fixieren bei Raumtemperatur ist das,nach welchem ein Substratmaterial,das das Tonerbild aufweist, durch den Spalt eines Paares von durch Federn gespannten Druckwalzen hindurchgegeben wird und zwar mit ausreichender Geschwindigkeit und unter ausreichendem Druck, so daß der Toner dazu gezwungen wird, kohäsiv zu f lie ssen und an dem Substratmaterial anzuhaften. Bei der Verwendung von. Druckwalzen aus Stahl mit einem Durchmesser von 6,35 cm (2,25 inches) und einer Feder, belastet mit vier stählernen Spiralfedern mit einer Federkonstanten von 292 kg/cm (1 6OO pounds per inch) drücken innerhalb des Bereiches von etwa 1,7 bis 170 kg/linearer cm (10 bis 1 000 per lineal inch (pll))

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und einer Walzengeschwindigkeit von etwa 56 Umdrehungen pro Minute,kann eine ausreichende Fixierung des Toners erreicht werden. In einigen Fällen können Drücke von mehr · als etwa 90 kg/cm (500 lbs. pli) das Substratmaterial beschädigen und Drücke unterhalb etwa 4 kg/cm (20 pli) können ausreichend sein,um den Toner ohne Anlegung von Wärme zweckmäßig zu fixieren.

Eine andere Vorrichtung,die verwendet werden kann,um das Tonerbild durch Druck zu fixieren,ist eine Schmelzvorrichtung vom Kontakttyp, wie sie in der US-PS 3 268 J551 beschrieben wurde. Eine solche Vorrichtung besteht aus einem Paar von Niederdruckkontaktwalzen (weniger als 1,7 kg/cm = 10 lbs pli.), von denen wenigstens eine erwärmt wird, um das Fixierverfahren zu unterstützen. Diese Vorrichtung ist für Verwendung mit Tonermaterialien vorgesehen, die durch Druck alleine nicht ausreichend fixiert werden können, so daß deshalb das tonertragends Substrat zur ausreichenden Fixierung auf Temperaturen von etwa 165⁰C (525⁰F) erhitzt werden muß. Demgegenüber können TonerZubereitungen gemäß der vorliegenden Erfindung adäquat fixiert werden, wenn solche Unterdruckvorrichtungen bei Temperaturen verwendet werden, die mit der Verklebungstemperatur bzw. Blockierungstemperatur der harzigen Gemische übereinstimmen (diese Temperaturen liegen bei 44,4°C bis 65,6⁰C = 150 bis 150 F), wodurch eine Energieeinsparung sowie ein wesentliches Nachlassen der Hitzeableitung der Maschine erreicht werden. Abbildungen, die aus dem erfindungsgemäßen Tonermaterial zusammengesetzt sind, können auh auf adäquate Art und Weise auf Papier aufgeschmolzenwerden, ohne das Druck angewendet wird, nämlich bei Verwendung von bekannten Hitzestrahlungsschmelzvorrichtungen bei Temperaturen, die so niedrig wie etwa 79>45°C (175°F) liegen. Dies kann eine Energieeinsparung von etwa 15 bis 40 % zur Folge haben,im Vergleich mit der Energiemenge, die erforderlich ist, um einige der handelsüblichen Toner auf Styrolbasis, wie sie beispielsweise in der oben genannten US-PS RE 25 156 beschrieben werden, zu schmelzen.

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Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens für Toner und Entwicklerzubereitungen und der bevorzugten Fixierverfahren. Aus Vergleichsgründen wurden TonerZubereitungen hergestellt, die nur Polyamidharz , nur Polyesterharz bzw. viele Gemische, die Polyamid und Polyesterharze in verschiedenen Gewichtsverhältnissen enthielten.

Beispiel 1

Ein Tonermaterial auf Polyamidharzbasis als einzige harzige Komponente wurde wie folgt hergestellt. 100 Gewichtsteile Polyamidharz (Emerez 1558) wurden verschmolzen und in ein Werk mit zwei Gummiwalzen eingeführt. "Emerez 1538" ist von der Emery Industries, Inc. im Handel erhältlich; es hat einen Eneichungspunkt von etwa 105°C, eine Glasübergangstemperatur von 82 bis 85⁰C, eine prozentuale Dehnung von etwa 200 und ein durchschnittliches Molekulargewicht innerhalb des Bereiches von 1 800 bis 2 500. 10 Gewichtsteile Rußpigment wurden eingegeben,iriüem das Pigment auf die Harzmasse aufgesprengt wurde, anschließend wurde etwa 20 Minuten lang weitergemahlen i

e iner/
um die Bildung homogenen Dispersion des Pigmentes in der Masse zu garantieren. Der verwendete Ruß war ein gut fließender Ofenruß (Long-Flow Furnace black), der von der Cabot Corporation unter dem Handlesnamen "Black Pearls L" vertrieben wird. Nach 20minütigem Vermalen wurde die Temperatur der Masse erniedrigt und das vermahlene Produkt als eine einzige Bramme (slab) von den Walzen entfernt. Das Brammenprodukt wurde in einer Hammermühle durch Mahlen zerkleinert und in einem JetrZersteu-ber auf Mikrogröße reduziert, so daß die durchschnittliche Teilchengröße des Toners in der Größenordnung von 15 bis 20 η lag.

Beispiel 2

Ein Toner, der lediglich auf einem Polyesterharz basierte, wurde hergestellt,indem eine Mischung aus 100 Gewichtsteilen "Spar Il"Harz und 10 Gewichtsteilen Ruß gebildet wurde und das Gemisch gemäß Beispiel 1 verarbeitet wurde. "Spar II"

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ist ein Polyesterharz, welches im Handel von der Atlas Chemical Industries, Inc. in Wilmington, Delaware vertrieben wird. Dieses Harz ist das Reaktionsprodukt von Bisphenol-A, Äthylenoxid und Fumarsäure und hat ein Molekulargewicht von weniger als etwa 8 000. Der verarbeitete Toner hat eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 15 ».

Beispiele 3 bis 5

Tonerzubereitungen aus Gemischen von Polyamid/Polyesterharz im Verhältnis 50/50, 75/25 und 67/53 wurden hergestellt indem variierende Mengaides Polyamidharzes gemäß Beispiel 1 und des Polyesterharzes gemäß Beispiel 2 mit 10, 5 oder 5 Teilen Ruß gemeinsam vermählen wurden. Das Gemisch wurde gemäß Beispiel 1 verarbeitet, wobei Toner mit einer durchschnittlichen Teilchengröße in der Größenordnung von etwa 15 bis 20 \i erhalten wurden.

Beispiele 6 bis 9

Weitere Proben von TonerZubereitungen wurden auf die gleiche Art und Weise wie sie in den vorhergehenden Beispielen beschrieben wurde, hergestellt. Das verwendete Polyamid in diesen Beispielen war "Emerez 1536", das einen Erweichungspunkt von etwa 105°C, eine Glasübergangstemperatur von 82 bis 85⁰C, eine prozentuale Dehnung von etwa 20, eine Reißfestigkeit von etwa 35,5 kg/cm (200 psi) und ein durchschnittliches Molekulargewicht innerhalb des Bereiches von 1 8OO bis 2 500hat. Der verwendete Polyester ist "Star II", also der gleiche Ester,wie er in den Beispielen 2 und 3 verwendet wurde. Der Rußgehalt wurde von 10 Teilen pro hundert Teilen Harz auf fünf Teile pro hundert Teile Harz, wie in den vorhergehenden Beispielen, reduziert. In allen Fällen betrug die durchschnittliche Teilchengröße des verarbeiteten Toners etwa 15 bis 20 u. Die harzige Zubereitung der verschie-

i /

denen Toner ist wie folgt:

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Beispiel 4 - 33 Teile Polyamid, 67 Teile Polyester

Beispiel 5-25 Teile Polyamid, 75 Teile Polyester

Beispiel 6 - 100 % Polyester

Beispiel 7 ·? 100 $ Polyamid

Ein elektrostatographisches Entwicklermaterial wurde hergestellt, indem jeder der oben genannten Toner in einer Menge von 1 Gew.-$ mit einem Trägermatrial vermischt wurde, welches aus Metallteilchen, überzogen mit Äthylcellulose, bestand, wobei die Teilchen eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 600 vi aufwiesen. Eine geeignete triboelektrische Ladung wurde erhalten, indem das Toner- Trägermaterial in einem Zinnbehälter I5 Minuten lang in einer Trommel behandelt wurde.

Mit jedem der oben genannten Entwicklermaterialien wurden Abbildungen auf unbeschichtetem Papier (plain paper) unter Verwendung einer elektrostatographischen Maschine vom"Modell D" (Xerox Corporation) hergestellt. Eine geladene Selenplatte wurde in Form einer bildlichen Darstellung bestreit und zwar an einer NBS Auflösungstestkurve (NPEG 7.011) mit einem Standardtestmuster (NBS Resolution Test Chart standard test pattern) und das latente Bild unter jeweiliger Verwendung der Entwicklerzubereitungen gemäß Beispiel 1 bis 7 entwickelt. Jedes der entwickelten Abbildungen wurde auf einfaches Banknotenpapier übertragen und fixiert, indem das Papier durch den Spalt von zwei durch eine Feder gespannte Stahlwalzen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 016 cm (400 inches) pro Minute geführt wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.

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T A.B ELLE 1

Polyamid Beisp. 1

Polyester Beisp. 2

Gemisch Beisp. 3 ο

cd Gemisch oo Beisp. 4

^ Gemisch •v. Beisp. 5

_o Gemisch *- Beisp. 6' ** Gemisch _:< Beisp. 7

Polyester Beisp. 8

Polyamid Beisp. 9

Zubereitung Ruß Verklebungs- Walzendruck Druck Bild- Bildretention (5)

(Teile) (Teile) temp. ( C)/ , kg/cm (pli) (3) % dichte vor dem nach dem

(Blocking Temp.) (2) (4) Falzen Falzen

180

90 Polyamid 90 Polyester

75 Polyamid 25 Polyester

67 Polyamid 33 Polyester

33 Polyamid 67 Polyester

25 Polyamid 75 Polyester

100

60,0 (140⁰F)
54,4 (130⁰F)
60,0 (140⁰F)
54,4 (13O⁰F)
54,4 (13O⁰F)
54,4 (130⁰F)
54,4 (130⁰F)
54,4 (130⁰F)
54,4 (130⁰F)

71,5 (400) 34 0,73 50

71,5 (400) 160 1,27 35

71,5 (400) 34 1,02 80

35,5 (200) 36 0,93 · 50

71,5 (400) 34 1,10 80

71,5 (400) 34 1,07 80

71,5 (400) 34 1,42 75

71,5 (400) 34' 1,16 70

71,5 (400) 75 1,27 , 35

cn cn co co

(Umgekehrtes Bild gebildet)

Anmerkung

1. Die Verklebungstemperatur (blocking temperature) der ' einzelnen Toner wurde unter Verwendung eines Blue Miso temp ■;-Ofens bestimmt. Eine Menge von 2 g des jeweiligen Toners wurden in einer Aluminiumwaagschale 16 Stunden lang bei einer Anfangstemperatur von 4j5,j5°C (HO⁰F) und bei anschließender Steigerung der Temperaturen um jeweils 10⁰P erhitzt. Der Verklebungspunkt wurde aufgezeichnet als die Temperatur, bei welcher sich eine harte Oberflächenkruste ausbildete.

2. Der jeweilige Toner wurde zur Bestimmung der Druckfixierung auf einem Standardbanknotenpapier von 21,59 cm χ 27,94 cm (8 1/2 inch χ' 11 inch), in den Handel gebracht von der Xerox Corporation, mit einer bildlichen Darstellung versehen. Die Fixiervorrichtung bestand aus zwei durch eine Feder gespannte Stahldruckwalzen mit einem Durchmesser von 5,715 cm (2,25 inches). Die Federn bestanden aus vier Spiralfedern mit einer Federkonstanten von 292 kg/cm (I630 pounds per inch). Der Druck wurde in kg/cm bzw. in pounds per linear inch (pll) ausgedrückt. Die Walzengeschwindigkeit während der Fixierung betrug 56 Umdrehungen pro Minute.

5. Der prozentuale Druck ist der Druck, der erforderlich ist, um eine Probe zu fixieren, im Vergleich mit den Druck der erforderlich ist, um Xerox 813 Toner als Standardmuster, welches ein Styrol/Methacrylatcopolymerisat als harzige Komponente zu gleichen Mengen enthielt, zu fixieren. Die Auswertung erfolgte aus Vergleichsgründen nach dem Baumwollmustertest. Dieser Mustertest besteht darin, daß ein Baumwollmuster mit einer Abmessung von 5,08 cm (2 inch square) auf den Kopierbogen&Iqgfcund mit einem 500 g Gewicht auf dem Baumwollmuster beschwert · wurde. Das belastete Gewebe wird dann quer zum mit einer bildlichen Darstellung versehenen Bereich,entlang der 27,94 cm (11 inch) Länge des Bogens gezogen. Unter Verwendung eines Standardsatzes,

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der durch Fixierung von Toner 813 bei verschiedenen Drücken von 17,5 kg/cm bis 209,5 kg/cm (98 bis 1 I70 pXi) hergestellt wurde, wurden die Abbildungen bzw. Bilder der untersuchten Tonerzubereitungen hinsichtlich des Fixiergrades ausgewertet.

4. Die Bilddichte wurde als Durchschnittswert aus zwei Ablesungen am großen Buchstaben "E" des Alphabets auf einem NPEG-7.011 Standardtestmuster unter Verwendung eines Mikroliniendensitometers der General Analine and Film Co. bestimmt.

5. Die Bildretention vor dem Falten wurde dadurch bestimmt, daß ein Streifen eines transparenten Tesafilms (Scotch Magic Transparent Tape No. 810) auf den mit einer bildlichen Darstellung · versehenen Bereich aufgebracht wurde und 5 Sekungen lang mit einem 5OQ..g Gewicht belastet wurde. Der Film wurde dann langsam von dem Papier mit einer gleichmäßigen Rate und einem..gleichmäßigen Winkel abgezogen. Das auf dem Papier verbliebene Bild wurde durch direkte Betrachtung ausgewertet. Die Proben,die nach dem Falzen ausgewertet wurden, wurden zunächst umgebogen bzw. gefaltet über einem 25^,0 η (10 mil) großen Klemmstück und mit einem 2 kg Gewicht gefalzt. Der Falz wurde an einer starken Abbildung in Form einer Linie durchgeführt. Ein Streifen von transparentem Tesafilm (Scotch Magic. Transparent Tape No. 810) wurde auf die starke Abbildung der Linie aufgebracht und 5 Sekunden lang mit einem 5OO g Gewicht belastet. Der Tesafilm wurde dann auf die gleiche Art und Welse entfernt,wie es für den ungefalzten Test beschrieben wurde.

Wie aus der Tabelle 1 hervorgeht, sind die Bild-retentionscharakteristika der erfindungsgemäßen Gemisc-he (Beispiele Z> bis7) wesentlich besser als die Bildretention, die nur mit einem Polyester-oder Polyamidmaterial als harzige Tonerkomponente erhalten werden konnte . Auch der prozentuale Druck , der erforderlich ist, um ein Tonerbild, basierend auf den

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Harzgemischen der Beispiele 3> bis Y, zweckmäßig zu fixieren , ist wesentlich geringer als man erwarten müßte von einer einfachen Abstraktion der Drücke, die erforderlich sind, um Polyestertoner oder Polyamidtoner gemäß den Beispielen 1, 2, 7oder 9 zu fixieren. Im Falle von Beispiel 9 wurde ein umgekehrtes oder negatives Bild gebildet, eine Tatsache die hauptsächlich auf die schlechtentriboelektrischen Eigenschaften des Polyamidharzes zurückzuführen ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch diese bestimmten Ausführungsformen begrenzt; es können auch Abänderungen bzw. Modifikationen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden .»ohne daß vom Umfang der Erfindung abgewichen werden muß.

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Claims

Patentansprüche

Elektrostatographische TonerZubereitungen zum Entwickeln von latenten elektrostatischen Abbildungen in elektrostatographischen Abbildungsverfahren, dadurch gekennzeich net, daß sie die folgenden Bestandteile aufweisen:

a) Polyamidharze, hergestellt durch Umsetzung eines Diamins mit einem Material, das eine dimere Fettsäure enthält, wobei die genannte Säure durch Kombination zweier Moleküle einer ungesättigten Fettsäure gebildet wird und das genannte Diamin eine Alkylen- oder Arylendiamin ist,

b) Polyesterharze, ausgwählfe aus der Gruppe,bestehend aus Veresterungsprodukten von Diolen und Dicarbonsäuren; Kondensationsprodukten von Gemischen aus einer Polycarbonsäure, einem Diol, einem Alkylen- oder Arylenoxid und einem organischen Glykol; sowie Kondensationsprodukten von Gemischen aus einer Polycarbonsäure, einem Diol, einem organischen GIykol und einem Alkylen- oder Arylenoxid.
2. TonerZubereitungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Polyamid zu Polyester zwischen 1 : 9 und 9:1 liegt.
25. Tonerzubereitungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekulargewicht des Polyamids zwischen etwa 1 000 und 10 000 liegt und das Molekulargewicht des Polyesters zwischen etwa 1 000 und etwa l80 000 liegt.
4. Toner Zubereitungen nach Anspruch J5* dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Polyamid zu Polyester zwischen 1 : 4 und 4 : 1 liegt.
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5. TonerZubereitungen nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verklebungstemperatur der Zubereitungen zwischen etwa 54,4⁰C (130⁰F) und 65,6⁰C (15O⁰P) liegt.

6. Ein elektrostatographisches Kopierverfahren zur Reproduktion von Originalbildern, in welchen ein latentes elektrostatisches Bild des Originals auf einem Aufnahmeelement gebildet wird, das latente Bild durch Auftragen eines elektrostatischen Tonermaterials entwickelt wird und ein Tonerbild auf die Oberfläche eines Kopierelementes durch Haftung aufgetragen wird, um Kopien zu produzieren, dadurch gekennzeichnet, daß als Tonermaterial eine Zubereitung verwendet wird, die aus einem färbenden Material und einer Harzmischung besteht, worin die Harzmischung wie folgt zusammengesetzt ist:

a) ein Polyamidharz, hergestellt durch Umsetzung eines Diamins mit einem Material, das eine dimere Fettsäure enthält, wobei die genannte Säure durch Kombination zweier Moleküle einer ungesättigten Fettsäure gebildet wird und wobei das genannte Diamin ein Alkylen- oder Arylendiamin ist;

to) ein Polyesterharz,ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Veresterungsprodukten von Diolen und Dicarbonsäuren; Kondensationsprodukten von Gemischen aus einer Polycarbonsäure, einem 'Diol, einem Alkylen- oder Arylenoxid und einem organischen GIykol; und Kondensationsprodukten von Gemischen aus einer Polycarbonsäure, einem Diol, einem organischen Glykol und einem Alleylen- oder Arylenoxid.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerbild lediglich dadurch auf dem Kopierelement zur Haftung gebracht wird, daß Druck auf das Tonerbild auf dem Kopierelement angewendet wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerbild dadurch auf dem Kopierelernent zur Haftung gebracht wird, daß der Toner auf eine Temperatur erhitzt wird, die in etwa der Verklebungstemperatür des Harzgemisches gleich ist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerbild auf dem Kopierelement dadurch zur Haftung gebracht wird, daß der Toner auf Temperaturen oberhalb Raumtemperatur erhitzt wird, während in etwa zur gleichen Zeit Druck auf das Tonerbild auf dem Kopierelement ausgeübt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Polyamid zu Polyester in dem Harzgemisch zwischen 1 : 9 und 9 : 1 liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennze ichn e t , daß das Tonerbild nur dadurch auf dem Kopierelement zur Haftung gebracht wird, daß Druck auf das Tonerbild auf dem Kopierelement angewendet wird.

12. Verfahren nach Anßpruch 10 , dadurch gekennzeich net, daß das Tonerbild dadurch auf dem Kopierelement zur Haftung gebracht wird, daß der Toner auf eine Temperatur erhitzt wird, die in etwa der Verklebungstemperatur des Harzgemisches gleich ist.

Ij3. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerbild auf dem Kopierelement dadurch zur Haftung gebracht wird, daß der Toner auf Temperaturen oberhalb Raumtemperatur erhitzt wird, während in etwa gleichzeitig Druck auf das Tonerbild auf dem Kopierelement angewendet wird.

6.09827/0844