DE2559018A1

DE2559018A1 - Magnetischer einkomponententoner und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2559018A1
Application number: DE19752559018
Authority: DE
Inventors: Ludek Dipl Phys Dr Svestka
Original assignee: Elfotec AG
Current assignee: Elfotec AG
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1975-12-29
Publication date: 1977-07-07
Also published as: JPS5283232A; GB1573414A; FR2337360B1; NL7614467A; CH623942A5; DE2559018C2; FR2337360A1; CA1091970A; BE849894A

Description

Patentanwälte J P O 8 3

U&nltz, ftebniLÜ L· GrämkoW 2Γ590Γ8

Mönchen 22, RoberWfoe^Sfrato 1 29.».«*« 1975 TUHLABOH AG

CH-8126 Zumikon, Geiesaclieretr. 6 Schweiz

Magnetischer Einkomponententoner und Verfahren zu seiner Herstellung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Einkomponententoner und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Bei den in der elektrophotographischen Bilderzeugung häufig verwendeten sogenannten Zweikomponententonern handelt es sich um ein Gemisch von magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikeln und Tonerpartikeln, wobei mit Hilfe der magnetischen Partikeln des Tonergemisches eine magnetische Bürste gebildet wird. Mittels einer solchen magnetischen Bürste kann dann in an sich bekannter Weise ein latentes Ladungsbild auf einem Photoleiter mittels triboelektrisch aufgeladener Tonerteilchen entwickelt werden. Durch die Abgabe von Tonerpartikeln aus der magnetischen Bürste verarmt das Tonergemisch im Betrieb in bezug auf Tonergehalt, wodurch die Aufrechterhaltung einer bestimmten Bildqualität in Frage gestellt wird, sofern nicht für die Nachfüllung des Toners gesorgt wird, was jedoch in Hinsicht auf die Dosierung erhebliche Schwierigkeiten verursacht.

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Demgegenüber versteht man unter einem sogenannten "Einkomponententoner" einen Toner, bei welchem nicht ein Gemisch von magnetischen bzw. magnetisierbaren Teilchen und separaten, triboelektrisch aufladbaren Tonerteilchen vorliegt, vielmehr enthält jede Partikel des Einkomponententoners in ihrem Innern sowohl magnetisches bzw. magnetisierbares Material als auch Farbpigment bzw. Farbstoff, eingebettet in ein isolierendes Bindemittel.

Die üblicherweise zur Anwendung gelangenden magnetischen Einkomponententoner für die elektrophotographische Bilderzeugung sind relativ niederohmig, das heisst ihr spezifischer Widerstand liegt beispielsweise etwa im Bereich von 10 bis 10 Ohm cm. Diese Niederohmigkeit ist eine Folge der Einlagerung bzw. Anlagerung von leitfähigen Kohlenstoffteilchen an der Oberfläche der Tonerpartikeln, Durch diese Niederohmigkeit wird die durch das Ladungsbild auf einem Photoleiter induzierte Aufladung des Toners (im Gegensatz zur triboelektrischen Aufladung eines Zweikomponententoners) erleichtert.

Sofern das entwickelte Ladungsbild auf dem Photoleiter selbst im direkten Verfahren als Kopie verwendet wird, hat die genannte Niederohmigkeit des Toners meist keinen nachteiligen Effekt auf die erreichbare Bildqualität.

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Wird jedoch ein indirektes, sogenanntes Transferverfahren zur Uebertragung des auf dem Photoleiter entwickelten Ladungsbildes auf einen andern Bildträger angewandt, so stört diese Niederohmigkeit; denn sie verursacht sowohl geringere Konturenschärfe als auch· geringere Bildauflösung.

Um diesen Effekt zu verstehen, wird kurz das Geschehen beim Transferverfahren erläutert:

Nach der Entwicklung eines Ladungsbildes auf dem Photoleiter eines Kopiergerätes mittels eines relativ niederohmigen Exnkompbnententoners befindet sich dieser mit einer beispielsweise positiven induzierten Ladung auf dem Photoleiter. Durch Anlegen eines negativen Potentials an eine Transferwalze wird der Einkomponententoner an das zwischen dem Tonerbild und der Walze liegende, für die definitive Aufnahme des Bildes bestimmte Empfangsblatt, beispielsweise ein Papierblatt, befördert. Da nun das Papierblatt nicht hochisolierend und der Einkomponententoner relativ niederohmig ist, kann sich dieser, insoweit er sich auf der Papieroberfläche befindet, umladen, das heisst dieser Einkomponententoner auf dem Papierblatt erhält nun eine negative Ladung, und er beginnt deshalb wieder in die entgegengesetzte Richtung, das heisst wieder zum Photoleiter abzuwandern. Dieser Vorgang wiederholt sich zeitlich so lange, als sich die betreffenden Tonerteilchen räumlich im Einflussbereich

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des Transferfeldes befinden. Zu beachten ist, dass sich der geschilderte Umladungsvorgang umso rascher abspielt, je niederohmiger der Einkomponententoner ist.

Da die Hin- und Herwanderung des Toners selbst in einem ruhenden System von Elektroden nicht ganz geradlinig erfolgt, ergibt sich bei der praktisch üblichen Einwirkungsdauer des Transferbildes, breiter Feldzone und bewegtem Photoleiter und niederohmigem Einkomponententoner eine untolerierbare Unscharfe und ein untragbarer Verlust an Auflösung im transferierten Bild.

Die Anwendung eines magnetischen Einkomponententoners in der elektrophotographischen Bilderzeugung erlaubt im Prinzip die Konstruktion einer wesentlich einfacheren Kopiermaschine als dies mit bisherigen Zweikomponententönern der Fall j war. Es lässt sich nämlich beispielsweise eine Kopiermaschine realisieren, bei welcher sowohl für die Entwicklung des latenten Ladungsbildes als auch für die nach dem Transfervorgang erforderliche Reinigung des wiederholt verwendbaren Photoleiters ein und dieselbe Magnetbürste verwenden lässt.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit den bisher bekannten magnetischen Einkomponententonern mit den genannten niederigen Werten des spezifischen Widerstandes erhebliche praktische Schwierigkeiten auftreten, und zwar insbesondere in 'bezug au± die erreichbare beziehungsweise erforderliche

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Bildschärfe beziehungsweise in bezug auf das Auflösungsvermögen.

Es wurde nun erkannt, dass die relative Niederohmigkeit bekannter magnetischer Einkomponententoner für diese Schwierigkeiten verantwortlich ist.

Es ist zu beachten, dass bekannte hochohmige Zweikomponententoner erst durch die Zugabe der magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikeln ihre geforderte Fliessfähigkeit erhalten und ohne diese Zugabe zur Klumpenbildung neigen.

Bei Einkomponententonern weisen nur relativ niederohmige Typen, mit einem spezifischen Widerstand unter etwa 10 Ohm cm, ausreichende Fliesseigenschaften auf, dagegen fehlt diese Eigenschaft bei den höherohmigen Einkomponentehtonern.

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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Einkomponententoner zu schaffen, mit welchem die genannten Schwierigkeiten überwunden werden, welcher also insbesondere wesentlich hochohmiger als die bekannten magnetischen Einkomponententoner ist und welcher ausserdem die sonstigen Anforderungen an einen elektrophotographischen Einkomponententoner erfüllt, nämlich geeignete Partikelgrössenverteilung, geeignete Partikelform, hohe Lagerungsbeständigkeit, möglichste Geruchlosigkeit und insbesondere hohe Fliessfähigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen magnetischen Einkomponententoners zu schaffen.

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Einkomponententoner für elektrophotographische Bilderzeugung, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass elektrisch leitende Bestandteile des Toners,^, insbesondere Pigment teilchen, magnetische oder magnetisierbare Teilchen im wesentlichen im Innern der Tonerpartikel eingebettet sind, derart, dass die Oberfläche jeder Partikel im wesentlichen keine leitfähigen Bestandteile aufweist und im wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Bindemittel besteht.

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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des genannten Einkomponententoners, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein aus einem Gemisch aus magnetischem bzw. magnetisierbarem Material, Pigmentmaterial und/oder Farbstoff und einem elektrisch isolierenden Bindemittel hergestellter Rohtoner zur Verbesserung seiner Eigenschaften nachbehandelt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Die Erreichung der angestrebten Eigenschaften des neuen magnetischen Einkomponententoners hängt unter anderem sehr von der Auswahl geeigneter Ausgangsmaterialien, vom Mengenverhältnis der einzelnen Bestandteile, von der Verfahrenstechnik und Von der Nachbehandlung des Rohtoners ab»

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Materialien:

1. .Magnetisches beziehungsweise magnetisierbares Material: Eisenoxid, Magnetit, Eisenpulver oder andere Eisen-, Nickel- oder Chromverbindungen.

2. Pigment und/oder Farbstoff:

Russ, und/oder Eisenoxid schwarz; Nigrosin-Schwarz, Sudantiefschwarz und ähnliche Stoffe.

3. Bindemittel:

Polystyrol, Poly(meth)akrylate und deren Kopolymere. Erweichungspunkt derselben vorzugsweise im Bereich von 70 bis 120° C liegend.

Vorzugsweise werden folgende Mischverhältnisse für die genannten Materialien verwendet:

1. Magnetisches Material 40 - 60 %

2. Pigmenti 0 - 12 %

3. Farbstoff: 0 - 2 %

3. Bindemittel (Harz): 30 - 70 %

Verfahrenstechnik

Für die Erreichung der angestrebten Eigenschaften des genannten Einkomponententoners muss angestrebt werden, dass die elektrisch leitenden Pigmentteilchen und die magnetischen beziehungsweise magnetisierbaren Teilchen im Innern der Tonerpartikeln angeordnet sind und nicht auf ihrer Oberflä- ^;

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ehe festgehalten werden, weil dies zu einer unerwünschten Leitfähigkeit des Toners führen würde. Als geeignete Verfahren zur Erreichung dieses Zieles haben sich folgende erwiesen; 1· Sprühtrocknen der Tonerdispersion aus wässerigem oder nicht-wässerigem Dispersant.

2. Herstellung des Toners durch Schmelzen, Abkühlen und Vermählen der ursprünglich festen Tonermasse.

3. Nachbehandlung des nach 1. oder 2. hergestellten Rohtoners. Zu dieser Nachbehandlung gehört zunächst die Erreichung einer geeigneten Partxkelgrössenverteilung. Ein nach

1. oder 2. hergestellter Rohtoner hat nämlich eine Partikelgrössenverteilung von weniger als 1 /um bis etwa 50 — 60 tun. Eine solche Grössenverteilung wäre sowohl im Hinblick auf die erreichbare Bildqualität als auch im Hinblick auf die erreichbare Lebensdauer des damit in Berührung kommenden wiederholt verwendbaren Photoleiters nachteilig.

Ein erster Nachbehandlungsschritt umfasst daher eine Aussortierung von Partikeln nach ihrer Grosse, beispielsweise mit einer an sich bekannten Klassifizierungsmaschine. Dabei wird eine Grössenverteilung im Bereich von etwa 5 - 20 um angestrebt.

Ein weiterer Nachbehandlungsschritt besteht sodann darin, die Fliesseigenschaften des Toners zu verbessern. Der

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genannte Rohtoner hat relativ schlechte Fliesseigenschaften, welche für die Bildung einer einwandfrei arbeitenden Magnetbürste ungeeignet sind. Dieser Nachteil kann, beispielsweise durch folgende Nachbehandlung behoben werden:

a) Die Tonerpartikeloberfläche kann mechanisch oder thermisch behandelt werden, das heisst zum Beispiel durch intensives Rühren in einem Mixer oder in einer Klassifizierungsmaschine wie zum Beispiel Donaldson USA, Typ Majac.

b) Die Tonerpartikeloberfläche wird mit einem Fliessmittel wie zum Beispiel Russ und/oder Siliziumoxid beschichtet. Im Falle der Beschichtung mit Russ muss jedoch dafür gesorgt werden, dass die Konzentration Von Russ etwa 0.7 Gewichtsprozente nicht übersteigt, weil sonst der spezifische Widerstand des fertigen Toners in unzulässiger Weise vermindert würde.

Im folgenden werden noch einige Beispiele für Einkomponententoner nach vorliegender Erfindung gegeben:

Beispiel 1;

g 50 % Styrol(meth)akrylat-Kopolymer, 98 g Magnetit, g Russ und 100 g Toluol werden in einer Kugelmühle Stunde homogenisiert, die Dispersion mit Toluol/Methylenchlorid (1:3) auf 12,5 % verdünnt und im NIRO-Minor Sprüh-

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trockner getrocknet. Der trockene Toner von durchaus sphärischen Teilchen wird in einem Hochgeschwindigkeitsmixer (Waring blendor) unter Zugabe von 0.3 % Russ 5 Minuten behandelt und anschliessend der Partikelklassifikation unterworfen (3-45 Mikron, vorzugsweise 5-20 Mikron). Der Toner ist freifliessend, vom spezifischen Widerstand

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4.10 Ohm cm. Nach der Entwicklung des Ladungsbildes auf der ZnO Photoleiterschicht und Koronatransfer auf "piain paper" entsteht eine Kopie von sehr guter Qualität.

Beispiel 2:

Bei der Herstellung von Toner wie nach dem Beispiel 1, jedoch mit 5 % Russ, wo ein Styrol-Methyl(meth)akrylat verwendet worden ist, wurde genügende Fliesseigenschaft ohne Zugabe von' Fliessmittel durch blosse Behandlung In dem Mixer erreicht. Der spezifische Widerstand betrug 10 0hm cm, und die Kopiequalität war gut.

Beispiel 3:

75 g Styrol(meth)akrylat Suspensionskopolymer, 72 g Magnetit und 3 g Russ wurden bei 190° C unter Rühren homogenisiert, .die Tonermasse abgekühlt, auf etwa 1 mm Partikelgrösse zerkleinert, und in der Kugelmühle nass gemahlen, Zugabe von ca. 2 % Netzmittel (z.B. Bayer Levapon 4241) dekantiert, filtriert, durchwaschen und getrocknet .bei 30 - 40° C. Nach der Trocknung wurde der Toner

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auf die gleiche Art weiterverarbeitet, wie im Beispiel 1 beschrieben. Es würde mit diesem Toner eine scharfe Kopie erreicht, auch mit guter Schwärzung der grossen Flä chen .

Beispiel 4:

Wie Beispiel 3, jedoch nach der groben Zerkleinerung auf 1 mm Partilcelgrösse wird der Toner feingemahlen, z.B. mittels einer Luftstrahlmühle.

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Claims

Pafcentansprüche

M ./'Magnetischer Einkomponententoner für elektrophotographische Bilderzeugung, dadurch gekennzeichnet , daß elektrisch leitende Bestandteile des Toners, insbesondere •Pigmentteilchen, magnetische oder magnetisierbar Teilchen im wesentlichen im Innern der Tonerpartikeln eingebettet sind, derart, daß die Oberfläche jeder Partikel im wesentlichen keine leitfähigen Bestandteile aufweist und im wesentlichen aus einem elektrisch isolierenden Bindemittel besteht.
2. Einkomponententoner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein spezifischer Widerstand wenigstens 10 ^ Ohm cm beträgt.
3. Einkomponententoner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Fließeigenschaften durch mechanische Nachbehandlung verbessert sind.
4-. Einkomponententoner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Fließeigenschaften durch thermische Nachbehandlung verbessert sind.
5. Einkomponententoner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Fließeigenschaften durch Beschichtung mit einem Fließmittel verbessert sind.
6. Einkomponententoner nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß seine Fließeigenschaften durch Ruß als Fließmittel verbessert sind.
7. Einkomponententoner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des als Fließmittel verwendeten Rußes auf der Oberfläche'der Partikeln höchstens 0,7 Gew.-^ beträgt.

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8. Einkomponententoner nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß seine Ifließeigenschaften durch Beschichtung mit Siliziumoxid verbessert sind.
9. Einkomponententoner nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Partikeln im wesentlichen sphärische Form aufweisen.
10. Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Einkomponententoners nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Gemisch aus magnetischem bzw. magnetisierbarem Material, Pigmentmaterial und/oder Farbstoff und einem elektrisch isolierenden Bindemittel hergestellter Rohtoner zur Verbesserung seiner Eigenschaften nachbehandelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung de3 Rohtoners Sprühtrocknung angewendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohtoner durch Vermählen einer festen Tonerschmelze erzeugt wird.

13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen folgendes Mischungsverhältnis und Vei-fahren verwendet wird:

200 g 50 % Styrol(meth)akrylat-Kopolymer, 98 g Magnetit, 2 g Ruß und IOO g Toluol werden in eine Kugelmühle 1 Stunde homogenisiert, bis die Dispersion mit Toluol/Methylenchlorid (1:3) auf 12,5 % verdünnt und im Sprühtrockner getrocknet wird. Der trockene Toner von sphärischen Teilchen wird in einem Hochgeschwindigkeitsmixer unter Zugabe von 0,3 % Ruß 5 Minuten behandelt und anschließend der Partikelklassifikation unterworfen mit einer Partikelgröße von

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14·. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Styrol-Methyl(meth)akrylat verwendet wird.

15· Verfahren nach Anspruch 10, wobei folgendes Mischungsverhältnis beachtet wird:

76 g Suspensionskompolymerates von Meth(akryl)Styrol 67,5 g Magnetit und 7,5 g Ruß bei 19O°O unter Rühren homogenisiert, dann die Tonermasse abkühlen gelassen und auf etwa 1 mm Partikelgröße zerkleinern und in einer Kugelmühle naß mahlen unter Zugabe von etwa 2 # Netzmittel, dekantieren, filtrieren, durchwaschen und trocknen bei 30-4O⁰C.

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