DE2804438A1 - Toner zum entwickeln elektrostatischer ladungsbilder - Google Patents

Description

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Tokyo Shibaura Electric Company Limited, 72, Horikaw-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa-kpn (Japan)

Toner zum Entwickeln elektrostatischer Ladungsbilder

Gegenstand dieser Erfindung ist ein Toner/Bildpulver für die Entwicklung von elektrostatischen Ladungsbildern. Gegenstand dieser Erfindung ist insbesondere aber ein Toner/Bildpulver, mit dem bei einer langen Standzeit klare Bildqualitäten erzielt werden können.

Bei der Elektrophotographie wird im allgemeinen ein gefärbtes Kunstharzpulver, das ist ein Bildpulver oder Toner, über eine lichtempfindliehe Platte oder über ein lichtempfindliches Papier mit einem elektrostatischen Ladungsbild gestreut. Die Bildpulverpartikel/Το-nprpartikel bleiben dort auf der lichtempfindlichen Platte oder auf dem lichtempfindlichem Papier haften, wo diese durch das Ladungsbild elektrostatisch aufgeladen sind. Das derart entwickelte Bild kann dann von dor lichtompfindlichon Platte odor von dom lichtempfindlichen Papier aus auf ein Kopierpapier übertragen werden, woraufhin dann die Bildpulverpartikel/Tonerpartikel auf d_er Oberfläche des lichtempfindlichen Papiers oder auf der Oberfläche des Kopierpapiers zur Erzielung einer bleibenden und dauerhaften Abbildung thermisch fixiert werden.

Das zuvor beschriebene Verfahren wird als Trockenentwicklungsverfahren bezeichnet. Nach diesem Verfahren wird der Toner/das Bildpulver mit einem Übertragungskörper vermischt, damit das Bildpulver oder der Toner, um auf dio lichtempfindliche Platte odor auf das lichtempfindliche Papier übertragen und dort gleichmäßig verteilt werden zu können, in d_em notwendigen Grade elektrisch aufgeladen werden kann. Zu dem Trockenent-

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wicklungSTforfahrpn gphörpn dip nachstphpnd angoführtpn beiden System. Einmal das Kaskaden-Entwicklungssystetn, bei dem das Gemisch, aus Tonerpulver und Übertragprn, beispielsweise Glaspartikel, als "Entwickler auf dip Oberfläche pinpr lichtpmpfindlichpn Platte odpr eines lichtempfindlichen Papiers gegeben werden. Zum andprn das Magnetbürstpn-Entwicklungssystem, das mit pinpr Magnetbürste arbeitet. Diese Magnetbürste bpstpht aus einem Stabmagneten, von dem das Gemisch aus Tonerpartikeln und Übertragerpartikeln, beispielsweise von ferromagnetischen Partikeln als der einen Komponente der Entwicklerkomponenten, angezogen wird. Die Magnetbürste wischt zusammen mit dem an ihr haftenden Entwickler über di_e Oberfläche einer lichtempfindlichen Platte oder über die Oberfläche eines lichtempfindlichen Papiers, wobei während dieses ¥ischvorgangps dann nur die Tonerpartikel sich von der Magnetbürste lösen und dann auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Platte oder auf der Oberfläche d_es lichtempfindlichen Papiers haften bleiben.

Bei jedem der beiden Systeme des Trockenentwicklungsverfalirens kann die Oberfläche eines jeden Übertragerpartikels jedoch nie ganz frei von Ton_erpartikeln sein, weil ja in dem Entwickler die Tonerpartikel an den Übertragerpartikeln haften. Übertragerpartikel, die nicht ganz von Tonerpartikeln fr_ei sind, lassen sich jedoch nicht mehr in dem dafür erforderlichen Ausmaße plpktrisch aufladen und verschlechtern dadurch die Qualität des entwickpltpn Bildps. Darüber hinaus haften die Tonerpartikel ganz unnötigerweise an den

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Stellen der Oberfläche der lichtempfindlichen Platte oder des lichtempfindlichen Papiers, die vom Ladungsbild nicht elektrostatisch aufgeladen worden sind und zwar bei dem Magnetbürsten-Enwieklungssystem. Eine lichtempfindliche Platte .oder ein lichtempfindliches Papier, die/das nicht ganz frei von Tonerpartikeln ist, verschlechtert ihrerseits/seinerseits wiederum die Qualität des entwickelten elektrostatischen Ladungsbildes, und zwar besonders dann, wenn sie wiederholt mehrmals den Vorgängen der elektrischen Aufladung, der Entwicklung und der Übertragung ausgesetzt ist.

Weiterhin enthält das Bildpulver oder der Toner einen thermoplastischen Kunstharzbinder, der bei einer relativ niedrigen Temperatur schmilzt und erweicht. Bei der Verwendung des Bildpulvers oder des Toners, oder aber bei dessen Lagerung, kann es vorkommen, daß sich das Bildpulver/Toner in einen Klumpen verwandelt oder bei Umgebungstemperatur zusammenbackt und dann seine Punktion als pulverförmiger Tone verliert.

Soll das Bildpulver oder der Toner als Einkomponenten-Entwickler Verwendung finden, dann weist er eine beträchtlich große Menge an Magnetit auf, das für die Aufrecht erhaltung der übertragungseigenschaften bei dem an der Magnetbürste haftenden Toner erforderlich ist. Das aber hat zur Folge, daß sich die Wärmeflußeigenschaften, (die Eigenschaften der thermischen Fixierung), verschlechtern und dabei auch noch die mechanische Dichtenverteilung des Toners geschwächt wird.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaffung eines Toners für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, der bei langer Standzeit klare Bilder entwickelt

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und darüber hinaus auch noch als eine der "beiden Komponenten eines Zweikomponenten-Entwickler Verwendung finden kann.

Diese Erfindung wird nachstehend nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die mit dieser Erfindung geschaffenen neuartigen BiIdentwickler oder lonerpluver für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, die sich ganz "besonders für die Entwicklung von latenten Ladungsbildern eignen, enthalten ein Monomer und Mikro-Pulver aus Übergangsmetall. Bei dem Monomer handelt es sich um ein Monomer aus der Radikalpolymerisation oder um ein Kopolymer dieses Monomers, welches einen (e)-Wert von (-)0.8 bis (+)0.8 hat, wobei sich dieser (e)-Wert auf das Reaktionsvermögen des Monomers in der Radikalpolymerisation bezieht. Der "e"- Wert ist vorzugsweise auf den Bereich von (-)0.4 bis (+)0.6 eingestellt, "e"-Werte sind im "Journal of Polymer Science", Band 2, 1947, Seite 101, beschrietei und behandelt worden, desgleichen in Band 3-, 1948, auf Seite 772. ■

Das Monomer wird herbeigeführt aus einer thermoplastischen Substanz, beispielsweise Akrylharz, Akrylsäureester, Methalakrylsäureester, Styrol, Js-Giilorostyrol, o-Aminostyrol, Akrylamid, Akrylnitril, Vinylpyridin, Vinylpyrolidon, Vinyloxid und dergleichen mehr.

Das Übergangsmetallpulver wird aus einem Übergangsmetall, aus Übergangsmetallverbindungen, beispielsweise Eisen, Kobalt, Nickel, Zink oder Chromverbindungen, aus Metalloxidpulvern, beispielsweise Eisenoxid, Ferrit, Zinkoxid, Titanoxid und Chromoxid,

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se ^H2^SO3 5 NaIISO₃,

Zur Verdampfung des Lösungsmittels kann der so entstandene Schlamm in einen Warmluftstrom gesprüht werden. Das Pulver, das man dabei erhält, wird als Bildpulver oder Toner für die Entwicklung von elektrostatischen Ladungsbildern verwendet.

D_Pm Polyniersisa fcionskatalysator als Vulkanisierungshilfe pin Persulfat, beispielsweise ^Kp^S2°8' ^zu&eS&- bpn werden, oder aber eine Substanz aus dem Peroxidsystem, beispielweise Benzoe-Azobis-Isobutyro-Nitril (benzoyloxide.azobisisobulyronitrile). Mit diesen Substanzen wird die Geschwindigkeit der Polymerisationsreaktion stark gefördert (aktiviert).

Das Pulver, das man in der zuvor beschriebenen Weise erliält, kann vielen Anwendungsarten zugeführt werden.

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aus Metllsulf idpul^vern, beispielsweise Kadimumsulfid, Zinksulfid, Selensulfid und Bleisulfid, aus metallischen Nitirdpulvern, beispielsweise Zinknitrid, Chromnitrid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Titannitrid und Tantalnitrid, hergestellt.

Das Monomer läßt sich leicht an die Oberfläche des Übergangsmetalles oder der Übprgangsmetallverbindungen binden, läßt sich leicht zur Bedeckung der Oberfläche des Übergangsmetalles od_er der Übergangsmetallverbindungen veranlassen. So können das Pulver, welches das Übergangsmetall enthält und das Monomer-Getnisch mit Lösungsmittel und Wasser miteinander vermischt werden, und zwar unter Wärmezuführung in Gegenwart eines Polymerisationskabalysators, der HS0„-Ionen erzeugt und freisetzt, beispielswei

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Das dprart hergestellte Pulver kann beispielsweise als magnetischer Toner eingesetzt worden, d.h. als pin Stoff,der als Einkomponsnten-Entwickler eingesetzt worden kann, ohne daß dafür Übertragungspartikel erforderlich sind. Das aber bedeutet, der Toner mit seinem Magnetpulver wird in das thermoplastische Kunstharz dispergiert. Als Alternative ein anderes Anwendungsbeispiel: Der Toner wird in einem Zwe!komponenten-Entwickler verwendet, beispielsweise einem Gemisch aus Eisenpulver als Übertragerpartikel und aus dem Toner, welcher das thermoplastische Kunstharz und den Farbstoff enthält, wobei in dem thermoplastischen Kunstharzpulver polymerisierbare Monomere enthalten sind, und dann durch Polymerisationsr_eaktion an die Oberfläche d_er Feinpluverpartikel angelagert.

In einem Fall wird das magnetische Bildpulver oder der magnetische Toner als Einkomponenten-Entwickler verwendet und besteht dann aus einem polymerisierbaren Monomer, beispielsweise aus einem Butyl-Azetat-Monompr, und aus einem den Farbstoff enthaltenden Fpinstpulver aus einer Übergangsmetallverbindung, beispielsweise Magnetitpulver (magnetische Stoffe aus Eisenoxid oder aus Ferrit). In dem anderen Fall besteht es oder enthält ein polymerisierbares Monomer, das auf der Oberfläche des Übergangsmetallpulvers (Farbmaterial) einer Oberflächenbehandlung unterworfen wird. Dieses Übergangsmetallpulver (Farbmaterial) ist in einer Menge von mindestens bis zu 30 tfo in den thermoplastischen Kunstharz dispergiert. Der Kunstharz ist beispielsweise Polyamid-Kunstharz. Der mag-

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netische Toner kann dadurch hergestellt werden, daß man ein mit einem Monomer polymerisierte Magnetpulver und ein einem lösungsmittel zugegebenes Kunstharz in einer Kugelmühle gut miteinander vermischt und dann eine Schlämme herstellt. Die entstände Schlämme kann zur Verdampfung des Lösungsmittels in einen Warmluftstrom oder Heißluftstrom gesprüht werden. Wird so verfahren, dann werden spährische und kugelförmige Tonerpartikel in der gewünschten Partikelgröße erzielt.

Der Toner, der mit dieser Erfindung geschaffen wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß er gute mechanische Eigenschaften hat, daß seine Wärmefließeigenschaften gut sind. Das Verfahren zur Herstellung eines homogenisierten Toners ist dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsmetallpulver in Dispersion vorliegt. So weist beispielsweise das aus magnetischem Material "bestehende Mikropulver eine gute Stabilität auf. Darüber hinaus kann die Aufladung des Toners dadurch eingestellt werden, daß die Art des Monomers, das für die Oberflächenbehandlung des Übergangsmetall-Mikropulvers Verwendung findet, geändert wird.

Ein derart behandeltes Mikropulver, welches durch die Einwirkung des Monomers - dieses haftet an der Oberfläche des Übergangsmetallpulvers - mit der Oberfläche des Toner-Kunstharzes als Oberflächen-Aktivator in sehr engen Kontakt gebracht werden kann. Der hierdurch enthaltene Toner weist eine vollständig ausgebildete und chemisch gebundene Deckschicht auf der Oberfläche des Toner-Kunstharzes auf, verglichen mit nicht überziehenden Mikropulver.

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BEISPIEL 1

50 Gewichtsteile Magnetit mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,3/U, IO5 Gewichtstei-Ie Wasser sowie 3 Gewicht st eile eines Butyla'krylatmonomers wurden in einem Kolben gegeben, unter Mischen und Erwärmen wurden 45 Gewichtsteile einer schwefligen Säure(mit einer Säurenkonzentration von 0,1 Mol je Liter) bei einer Temperatur von 50 hinzugefügt. Das Butylakrylat-Monomer wurde in einer Reaktionszeit von 2 Stunden an di_e Oberfläche des Magnetitpulvers durch eine Polymerisationsreaktion angelagert und mit der Oberfläche des Magnetitpulvers verbunden. Das Endprodukt ergab sich durch dekantierende Verdampfung des Wassers und durch Sprühtrocknung.

60 Gewichtsteile d_es Magnetits, an dessen Oberfläche das Monomer in der zuvor beschriebenen Weise angelagert worden ist, und 40 Gewichtsteile "Epycoat Nr. 1004" (Epoxydharz-Markenprodukt), wurden in einer Kugelmühle mit 100 Gewichtsteilen Azeton vermischt. Das resultierende Gemisch wurde in einem Sprühtrockner unter Verwendung eines Rotationsscheiben-Zerstäubers getrocknet. Hergestellt werden konnte ein Tonprkörperpulver mit einer Partikelgröße von 5 /U bis 10/U.

100 Gewichtsteile der auf vorerwähnte Weise hergestellton Tonerkörperpartikel und 1 Gewichtsanteil Ruß wurden miteinander vermischt und dann einem Fließ-Set t-Fe ins tmahl sys tem der Heißluftstromausführung zerkleinert. Das Feinstmahlsyst em wird auf eine Tempetur von 50 erwärmt und dann auf diesen Wert gehalten. Die Oberfläche der Tonerpartikel wurde, um die Toner-

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partikel-Oberflachen elektrisch leitend zu machen, mit einer Karbonschicht versehen.

Mit dem derart hergestellten Toner - und zwar als Einkomponenten-Entwickler - wurde unter Anwendung des Magnetbürsten-EntwicfcLungssystems ein negativ aufgeladenes elektrostatisches Ladungsbild auf einer lichtempfindlichen Zinkoxidfläche entwickelt und dann eine Reihe von Kopien gezogen. Alle Kopien waren sauber. Der Toner des entwickelten Bildes wurde auf dem Entwicklungspapier oder dem Kopierpapier mit dem thermischen Fixierverfahren vollständig fixiert. Als Vergleichsbeispiel wurde der vorerwähnte Vorgang unter Verwendung eines Toners wiederholt, der in der zuvor beschriebenen Weise hergestellt worden war, bei dem nur nicht die Oberflächen der Magnetitpartikel mit dem Monomer behandelt worden sind. Auch in diesem Falle wurden mehre positive Kopien gezogen. Doch diese Kopien waren nicht klar. Darüber hinaus war ganz besonders die thermische Fixierungseigenschaft sehr schlecht, weil wegen der schlechten Dispersion des Pulvers der Toner eine rauhe Oberfläche hatte.

BEISPIEL 2

50 Gewichtsteile eines Molydänsulfides mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1/U und 135 Gewichtsteile Wasser sowie 3 Gewichtsteile N,N-Diäthylmethakrylat und 15 ml schweflige Säure (mit einer Säurenkonzentration von 0.2 Mol je Liter) wurden bei Einhaltung einer Temperatur von 50° zwei Stunden lang miteinander vermischt. Die Moleküle

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des ϊϊ,Ν-Diäthylenmethakrylat-Monomers oder die Molekühle von dessen Polymer verbanden sich mit der Oberfläche der Mkolybdänsulfidpartikel.

100 Gewichtsteile der Tonerkörperpartikel -(diese Tonerkörperpartikel bestehend aus 90 Gewichtsteilen Styrolbutylakrylat-Kopolymerkunstharz mit einem Schmelzpunkt von 120° und aus 10 Gewichtsteilen Ruß, miteinander vermischt zur Erzielung von schwarzen !Eonerpartikeln mit einer Partikelgröße von 5/U bis 10 Ai₁ und zwar unter Verwendung eines Verfahrens, das sich zusammensetzt aus dem Erwärmen, aus dem Mischen, ans dem Kneten, aus dem Feinstvermahlen und aus dem Praktionieren)- und 5 Gewichtsteile des in der vorerwähnten Weise mit Ν,Ν-Diäthylenmethakrylat behandelten Molybdänsufild-Mikropulvers wurden miteinander ver. mischt und dann einem Pließbett-Peinstmahlsystem der HaißluftStromausführung für die Dauer von 40 Minuten bei einer Temperatur von 70° zugeführt. Auf der Oberfläche der Tonerpartikel bildete sich eine Schicht aus dem zuvor angeführten Molybdänsulfid-Mikropulver. (Dieses Beispiel betrifft den Pail, daß für den Einwicklungsprozeß ein Toner mit einem Zweikomponenten-Entwickler verwendet wird).

3 Gewichtsteile des Toners wurden mit 100 Gewichtsteilen des oberflächen-oxidierten Eisenpulvers vermischt, das eine Partikelgröße von 100/U hat, so daß sich ein Entwickler ergab. Mit dem Entwickler wurde unter Anwendung des Magnetbürsten—Entwicklungsverfahrens auf einem organischen und lichtempfindlichen Papier ein negativ aufgeladenes elektrostatisches Ladungsbild entwickelt. Sodann wurden mehrere positive und saubere Kopien gezogen. Bei Verwendung des Entwicklers

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_Λ- 23.1.1978 j

^A* - XC - \

verschlechterten sich die zuerst beobachteten Ent- \

Wicklungseigenschaften nicht, auch nicht nach wiederholter Verwendung des Toners bis zur fünftausend- ;

sten (5000.) Kopie.

Der derart hergestellte Toner wurde weiterhin bei j

einer Temperatur von 50 G auf Zusammenbacken und Zu- \

sammenballen geprüft, wobei sich auch nach einer Woche kein Zusammenbacken und keine Zusammenballung
zeigten. Das ist ein Anzeichen dafür, daß der Toner
eine gute Stabilität besitzt. j

Weiterhin wurden an Stelle des Molybdänsulfidpulvers
andere Übergangsmetallpulver, die in der gleichen
Weise behandelt wurden, zur Oberflächenbehandlung
des Tonerkörpers herangezogen. Auch in diesen Fällen
zeigte der Toner ein gutes Lagerungsverhalten. Ebenfalls wurde die gleiche Wirkung erzielt.

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Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÖLLER · D. GROSSE ■ F. POLLMEIER 72

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   Toyko Shibaura Electric Company Limited,
   72, Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi,
   Kanagawa-ken (Japan)

   Patentansprüche

   ^ Toner zum Entwickeln latenter elektrostatischer Ladungsbilder zu einem sichtbaren Bild mit einem Tonerkörper, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Tonerkörper oberflächenbehandelte Partikel enthält, die hergestellt werden aus einem Monomer der Radikalpolynierisation und/oder aus einem seiner Polymere, wobei das Monomer einen "e"-Wert von (-)0.8 bis (+)0.8 hat und an die Oberfläche des pulverförmigen töfoergangsmetalles oder an die Oberfläche der Übergangsmetallverbindung gebunden ist.

   2. Toner nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die behandelten Partikel in den Tonerkörper dispergiert werden.

   3. Toner nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß sich die behandelten Partikel auf die Oberfläche des Tonerkörpers legen.

   h. Toner nach Anspruch 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den behandelten Partikel um
   Molybdänsulfid handelt.

   5. Toner nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den behandelten Partikeln um Magnetit handelt.

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   6. Toner nach Anspruch 1,

   dadurch. gekennzeichnet, daß der· "e"-Fert des Monomers oder Polymers aus der Radikalpolymerisation (/-)0.4 bis (+)0.6 beträgt.

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