DE60207340T2

DE60207340T2 - Elektrofotografischer toner, der polyalkylenwachs hoher kristallinität enthält

Info

Publication number: DE60207340T2
Application number: DE60207340T
Authority: DE
Inventors: Robert D. Fields; Dinesh Tyagi
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2001-09-05
Filing date: 2002-08-26
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: EP1291727B1; ES2248460T3; US7087355B2; US20050164111A1; JP2003162088A; US20030049552A1; US20060147830A1; EP1291727A2; EP1291727A3; DE60207340D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Toner und Entwicklungssysteme für Toner.
Die zum gegenwärtigen Zeitpunkt mit Druckern und Kopiergeräten erzielbare Bildqualität ist im Allgemeinen gut, da die Drucke eine hohe Reflektionsdichte der festen Bereiche aufweisen, einen geringen Hintergrund in den Nicht-Bildbereichen und eine gleich bleibende Druckqualität von Tonerpartie zu Tonerpartie und vom Beginn eines neuen Entwicklers bis zu dem Zeitpunkt, zu dem dieser ersetzt wird. Die zum gegenwärtigen Zeitpunkt verwendeten Toner sind jedoch nicht so gut bezüglich solcher Eigenschaften, wie dem Tonerabrieb (zum Beispiel bezüglich des Abriebwiderstandes des fusionierten Bildes). Bei Versuchen, den Tonerabrieb zu verbessern, kann dem Toner beispielsweise ein Wachs zugegeben werden. Wachse können jedoch die triboelektrischen Eigenschaften eines Toners beeinflussen. Dieses Problem von erhöhten, triboelektrischen Eigenschaften ist ausgeprägter im Falle von negativ geladenen Tonern. Werden die triboelektrischen Eigenschaften erhöht, so können die anfallenden Drucke grau aussehen, da weniger Toner auf das Papier übertragen wird. Ferner kann der Toner nicht mehr so frei fließend sein, wie dies erwünscht ist. Ferner kann das Vorhandensein von Wachsen die Glasübergangstemperatur der Tonerformulierung beeinflussen und ferner können die Trenneigenschaften eines fusionierten Bildes von einer aufgeheizten Aufschmelzwalze beeinflusst werden.
Die US-A-5 102 755 A beschreibt ein ionografisches Verfahren, zu dem gehören die Erzeugung eines Latentbildes aus Kennzeichen oder Buchstaben; die Entwicklung des Bildes mit einem Toner, der Harzteilchen, Magnetitteilchen und einen kristallinen Wachs von hoher Dichte mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1.000 bis etwa 10.000 enthält; und nachfolgend die Einführung des entwickelten Bildes mit magnetischen Tintencharakteren in ein Lese-/Sortiergerät. Der Toner kann Polywax 2000^® enthalten und kann einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden mit beispielsweise Kieselsäure.
Die EP 0 950 927 A beschreibt einen Toner für die Entwicklung eines elektrostatischen Bildes, der besteht aus Tonerteilchen mit mindestens einem Bindemittelharz, einem Färbemittel und einer Wachs-Zusammensetzung. Das Wachs (Wachs 2) kann ein mittleres Molekulargewicht (Mw) von 600–50.000 aufweisen, eine mittlere Molekulargewichtszahl (Mn) von 400–4.000 und ein Verhältnis von Mw/Mn von 3,5–30.
Der Toner, der ein magnetischer Toner sein kann, kann vermischt werden mit einer Anzahl von externen Additiven, einschließlich Kieselsäure und hat eine mittlere Teilchengröße von 4–8 Mikrometern.
Die US-A-4 810 610 A beschreibt aus einer einzelnen Komponente bestehende, leitfähige, unter kaltem Druck fixierbare Tonerzusammensetzungen mit einem Widerstand von etwa 5 × 104 bis etwa 107 Ohm-cm für ionografische Entwicklungssysteme. Die Tonerzusammensetzungen sind aufgebaut aus einer Mischung von Harzteilchen (wozu Polywax gehören kann) und magnetischen Teilchen; und sie weisen auf ihrer Oberfläche Pigmentteilchen auf, die absorbierte Trennflüssigkeiten aufweisen.
Die US-A-5 106 715 A beschreibt eine Tonerzusammensetzung mit Teilchen aus einem Bindemittelharz, das umfasst ein thermoplastisches Harz, und mit einem Polyolefinpolymer mit einem mittleren Molekulargewicht von 800 oder darüber und mit einem Färbemittel und Teilchen von einem externen Additiv, wie Kieselsäure.
Die EP 0 531 990 A beschreibt einen Toner für die Entwicklung elektrostatischer Bilder, der enthält ein Bindemittelharz und ein Kohlenwasserstoffwachs. Das Kohlenwasserstoffwachs liefert eine DSC-Kurve, gemessen mittels eines Differential-Abtast-Calorimeters, die eine Anfangstemperatur der Wärmeabsorption im Bereich von 50–110°C zeigt. Der Toner kann ein magnetischer Toner sein und kann mit Kieselsäure behandelt sein.
Die EP 0 827 038 A beschreibt einen Toner für die Entwicklung eines elektrostatischen Bildes, der aufgebaut ist aus Tonerteilchen, die jeweils mindestens ein Bindemittelharz, ein Färbemittel und ein Wachs enthalten. Das Wachs kann ein mittleres Molekulargewicht (Mw) von 600–50.000 aufweisen, eine mittlere Molekulargewichtszahl (Mn) von 400–4.000 und ein Verhältnis von Mw/Mn von 3,5–30. Der Toner kann extern mit Kieselsäure behandelt sein.
Die EP 0 875 794 A beschreibt einen Toner mit Tonerteilchen, die mindestens ein Färbemittel, ein Wachs und ein Bindemittelharz enthalten. In einer DSC-Kurve, erhalten mittels eines Differential-Abtast-Calorimeters kann das Wachs eine endotherme Spitze im Bereich von 50°C bis 130°C zeigen, wenn die Temperatur erhöht wird. Das Wachs kann ferner ein mittleres Molekulargewicht (Mw) von 600–50.000, eine mittlere Molekulargewichtszahl von 400–4.000 und einen Wert von Mw/Mn von 3,5–30 aufweisen.
Die US-A-5 384 224 A beschreibt einen Toner, der magnetisch sein kann für die Entwicklung eines elektrostatischen Bildes mit einem Bindemittelharz und einem Kohlenwasserstoffwachs mit einem mittleren Molekulargewicht von 800–3.600. Der Toner liefert eine DSC-Kurve, gemessen mittels eines Differential-Abtast-Calorimeters, die eine Anfangstemperatur der Wärmeabsorption von höchstens 105°C zeigt sowie eine Wärme-Absorptionsspitzen-Temperatur im Bereich von 90–120°C bei Temperaturerhöhung. Das Wachs kann ein mittleres Molekulargewicht von 900–3.000 aufweisen, eine mittlere Molekulargewichtszahl von 550–1.200 und ein Verhältnis von mittlerem Molekulargewicht zu mittlerer Molekulargewichtszahl von höchstens 3. Der Toner kann mit Kieselsäure vermischt sein.
Diese Literaturstellen scheinen jedoch nicht gerichtet zu sein oder die Probleme voll zu lösen, auf die die vorliegende Erfindung gerichtet ist, einschließlich insbesondere dem Widerstand gegenüber Abrieb.
Demzufolge würden neue Tonerformulierungen, die einen verbesserten oder reduzierten Abrieb liefern und die weiter zu anderen Eigenschaften führen, ohne die Ladungs- und/oder Fließeigenschaften zu beeinflussen, für die Industrie vorteilhaft sein.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines elektrofotografischen Toners mit einem verbesserten Tonerbild-Abrieb-Widerstand.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Tonerformulierung, die die Fähigkeit hat, die Staubgrade in einem Entwicklungssystem zu vermindern und infolgedessen den Bildhintergrund vermindert oder eliminiert, wie auch die Vorrichtungsverschmutzung.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer elektrofotografischen Tonerformulierung, die den Abrieb vermindert und dennoch zufrieden stellende Ladungs- und/oder Fließeigenschaften zeigt.
Um diese und anderer Vorteile gemäß den Zwecken der vorliegenden Erfindung, wie ausgeführt und hier ausführlich beschrieben, zu erreichen, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Tonerteilchen oder eine Tonerformulierung mit mindestens einem Tonerharz und mindestens einem Wachs. Das Wachs ist ein Polyalkylenwachs mit einer Polydispersität von 2,0 oder darüber, einer prozentualen Kristallinität von 80% oder darüber, gemessen mittels eines Diffential-Abtast-Calorimeters (DSC) sowie einer mittleren Molekulargewichtszahl von etwa 2.000 oder darüber. Zusätzlich kann das Wachs einen Schmelztemperaturbeginn von etwa 115°C bis etwa 130°C aufweisen. Die Tonerteilchen oder Formulierungen der vorliegenden Erfindung können gegebenenfalls mindestens ein Ladungs-Steuerungsmittel aufweisen, mindestens ein Oberflächenbehandlungsmittel, mindestens ein Färbemittel, andere übliche Komponenten oder Kombinationen hiervon.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf einen Entwickler, der die Tonerteilchen der vorliegenden Erfindung enthält.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Entwicklungssystem unter Verwendung der Tonerteilchen der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Verbesserung des Abriebwiderstandes von Tonerbildern unter Verwendung der oben identifizierten Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung bei der Entwicklung eines elektrostatischen Bildes.
Zusätzlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Verminderung der Tonerstaubgrade in einem Entwicklungssystem unter Verwendung der oben identifizierten Tonerformulierung der vorliegenden Erfindung bei der Entwicklung eines elektrostatischen Bildes.
Es ist festzustellen, dass sowohl die vorstehende, allgemeine Beschreibung wie auch die folgende, detaillierte Beschreibung beispielhaft sind und lediglich erläuternd, und eine weitere Erklärung der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen beansprucht, darstellen sollen.
Die vorliegende Erfindung betrifft Tonerteilchen und Tonerformulierungen, die mindestens ein Tonerharz enthalten und mindestens ein Wachs. Detaillierter ausgedrückt, ist das Wachs ein Polyalkylenwachs, das in den Tonerformulierungen oder Tonerteilchen der vorliegenden Erfindung vorliegt und eine Wachs-Molekulargewicht-Polydispersität von 2,0 oder darüber aufweist, eine prozentuale Kristallinität von 80% oder darüber, gemessen mittels DSC und eine mittlere Molekulargewichtszahl von etwa 2.000 oder darüber. Zusätzlich kann das Wachs einen Schmelztemperaturbeginn von etwa 115°C bis etwa 130°C aufweisen. Vorzugsweise sind die Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung frei fließend und haben akzeptable Tonerabrieb-Eigenschaften.
Die Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung können verwendet werden in Ein-Komponenten-Tonern oder Zwei-Komponenten-Tonersystemen. Vorzugsweise werden die Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung in Zwei-Komponenten-Toner-/Entwicklersystemen verwendet.
Im Falle der vorliegenden Erfindung liegen ein oder mehrere Tonerharze in den Tonerteilchen oder Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung vor. Die Tonerteilchen können jede beliebige, geeignete Größe aufweisen und sie haben vorzugsweise einen mittleren Volumendurchmesser von etwa 6 Mikron oder weniger als etwa 12 Mikron. Das Tonerharz kann aus beliebigen, üblichen Polymerharzen oder Kombinationen von Harzen bestehen, die typischerweise in Tonerformulierungen verwendet werden unter Anwendung üblicher Mengen.
Die Tonerteilchen können ein oder mehrere Tonerharze enthalten, die gegebenenfalls gefärbt sein können durch ein oder mehrere Färbemittel durch Vermischen des oder der Harze mit mindestens einem Färbemittel und beliebigen anderen Bestandteilen. Obgleich die Färbung wahlfrei ist, wird normalerweise ein Färbemittel zugefügt, wobei dieses aus beliebigen der Materialien bestehen kann, die beschrieben werden in dem Colour Index, Band I und II, 2. Ausgabe. Das Tonerharz kann ausgewählt werden aus einer großen Vielzahl von Materialien, wozu sowohl natürlich vorkommende als auch synthetische Harze gehören und modifizierte, natürliche Harze, wie sie beispielsweise beschrieben werden in der US-A-4 076 857: der US-A-3 938 992; der US-A-3 941 898; der US-A-5 057 392; der US-A-5 089 547; der US-A-5 102 765; der US-A-5 112 715; der US-A-5 147 747 und der US-A-5 780 195 und dergleichen. Zu bevorzugten Harz- oder Bindemittelmaterialien gehören Polyester und Styrol-Acryl copolymere. Die Form der Tonerteilchen kann beliebig sein, regulär oder irregulär, wie im Falle von sphärischen Teilchen, die erhalten werden können durch Sprühtrocknung einer Lösung des Tonerharzes in einem Lösungsmittel. Alternativ können sphärische Teilchen hergestellt werden unter Anwendung von Polymerkügelchen-Quell-Techniken, wie jenen, die beschrieben werden in den europäischen Patentschrift EP 0 003 905 A1 .
In typischer Weise liegt die Menge des Tonerharzes, das in der Tonerformulierung vorliegt bei etwa 85 bis etwa 95%.
In einem typischen Herstellungsprozess wird das erwünschte, polymere Bindemittel für die Toneranwendung erzeugt. Polymere Bindemittel für elektrostatografische Toner werden üblicherweise erzeugt durch Polymerisation von ausgewählten Monomeren mit anschließender Vermischung mit verschiedenen Additiven, worauf sie zu einem erwünschten Größenbereich vermahlen werden. Während der Tonerherstellung wird das polymere Bindemittel einem Schmelzprozess unterworfen, bei dem das Polymer moderaten bis hohen Scherkräften ausgesetzt wird sowie Temperaturen über der Glasübergangstemperatur des Polymeren. Die Temperatur der Polymerschmelze ergibt sich teilweise aus den Reibungskräften der Schmelzen-Verarbeitung. Die Schmelzen-Verarbeitung umfasst das Einmischen von Tonerzusätzen in die Masse des Polymeren in der Schmelze.
Das Polymer kann hergestellt werden unter Anwendung einer beschränkten Koaleszenz-Reaktion, wie einem Suspensions-Polymerisationsverfahren, das in der US-A-4 912 009 beschrieben wird.
Zu geeigneten Bindemittel-Polymeren gehören Vinylpolymere, wie Homopolymere und Copolymere von Styrol. Zu Styrolpolymeren gehören jene mit 40 bis 100 Gew.-% Styrol oder Styrolhomologen und mit 0 bis 40 Gew.-% von einem oder mehreren Alkylacrylaten oder -methyacrylaten mit kurzer Alkylkette. Zu anderen Beispielen gehören schmelzbare Styrol-Acrylcopolymere, die schwach kovalent quervernetzt sind mit einer Divinylverbindung, wie Divinylbenzol. Bindemittel dieses Typs werden beispielsweise beschrieben in der US-Reissue-Patenschrift Nr. 31 072. Bevorzugte Bindemittel enthalten Styrol und ein Alkylacrylat und -methacrylat und der Styrolgehalt des Bindemittels liegt vorzugsweise bei mindestens etwa 60 Gew.-%.
Copolymere, die reich an Styrol sind, wie Styrolbutylacrylat und Styrolbutadien, sind ebenfalls als Bindemittel geeignet, wie auch Mischungen von Polymeren. In derartigen Mischungen kann das Verhältnis von Styrolbutylacrylat zu Styrolbutadien bei 10:1 bis 1:10 liegen. Verhältnisse von 5:1 bis 1:5 und 7:3 sind besonders geeignet. Polymere von Styrolbutylacrylat und/oder Butylmethacrylat (30 bis 80% Styrol) und Styrolbutadien (30 bis 90% Styrol) sind ebenfalls geeignete Bindemittel.
Styrolpolymere enthalten Styrol, alpha-Methylstyrol, para-Chlorostyrol und Vinyltoluol; und Alkylacrylate oder -methacrylate oder Monocarboxylsäuren mit einer Doppelbindung, ausgewählt aus Acrylsäure, Methylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Dodecylacrylat, Octylacrylat, Phenylacrylat, Methacrylsäure, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat und Octylmethacrylat sind ebenfalls geeignete Bindemittel. Ebenfalls geeignet sind Kondensationspolymere, wie Polyester und Copolyester von aromatischen Dicarboxylsäuren mit einem oder mehreren aliphatischen Diolen, wie Polyester von Isophthal- oder Terephthalsäure mit Diolen, wie Ethylenglykol, Cyclohexandimethanol und Bisphenolen.
Ein geeignetes Bindemittel kann ferner hergestellt werden aus einem Copolymer eines Vinyl-aromatischen Monomeren; einem zweiten Monomeren, ausgewählt aus konjugierten Dienmonomeren oder Acrylatmonomeren, wie Alkylacrylat und Alkylmethacrylat. Vorzugsweise ist der Toner ein quervernetztes Styrol-Acrylharz.
Bezüglich des Polyalkylenwachses gilt, dass das Polyalkylenwachs ebenfalls den Zweck eines geeigneten Trennmittels erfüllen kann. Das Polyalkylenwachs, wie oben angegeben, hat eine Polydispersität von 2,0 oder darüber. Ferner hat das Polyalkylenwachs eine mittlere Molekulargewichtszahl von etwa 2.000 oder höher. Weiter bevorzugt hat das vorhandene Polyalkylenwachs eine Polydispersität von 2,0 bis etwa 10,0 und weiter bevorzugt eine Polydispersität von 3,0 bis etwa 5,0. Die Polydispersität ist eine Zahl, die darstellt das mittlere Molekulargewicht des Polyalkylenwachses, dividiert durch die mittlere Molekulargewichtszahl des Polyalkylenwachses.
Das Wachs, das verwendet wird, ist ein Polyalkylenwachs, das eine prozentuale Kristallinität von 80% oder darüber aufweist, gemessen durch DSC. Vorzugsweise liegt die prozentuale Kristallinität bei 90% bis 99%.
Ferner hat das Wachs eine mittlere Molekulargewichtszahl von etwa 2.000 oder höher und weiter bevorzugt eine mittlere Molekulargewichtszahl von etwa 2.000 bis etwa 7.000 und weiter bevorzugt eine mittlere Molekulargewichtszahl von etwa 2.000 bis etwa 5.000.
Zusätzlich hat das Wachs, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorliegt, vorzugsweise einen Schmelztemperaturbeginn von etwa 115°C bis etwa 130°C. Der Schmelztemperaturbeginn wird errechnet durch Identifizierung der Temperatur, bei der ein Schmelzübergang zuerst bei einem Abtasten mit einem Differential-Abtast-Calorimeter (DSC) auftritt durch Abweichen von der Basislinie. DSC-Abtastungen werden erhalten unter Verwendung eines Gerätes vom Typ Perkin Elmer DSC 7. Ein Tonergewicht von 10 bis 20 mg wurde verwendet bei einer Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit von 10°C pro Minute.
Zu Beispielen von geeigneten Polyalkylenwachsen gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, Polyethylen oder Polypropylen, wie Clariant Licowax PE130, Licowax PE190, Viscol 550 oder 660 von der Firma Sanyo und dergleichen.
Die Menge an Wachs, das in den Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung vorliegt, kann jede beliebige, geeignete Menge sein, um die Vorteile, die hier erwähnt werden, zu erreichen. Zu Beispielen von geeigneten Mengen gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-% und weiter bevorzugt etwa 1 bis etwa 6 Gew.-%, bezogen auf das Tonergewicht. Andere geeignete Mengen liegen bei etwa 1 Teil bis 5 Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des vorhandenen Tonerharzes. Obgleich nicht erforderlich, können andere übliche Wachse zusätzlich vorliegen, wie andere Polyolefinwachse und dergleichen.
Die vorliegende Diskussion bezieht sich auf gegebenenfalls vorliegende Komponenten, die ebenfalls in den Tonerteilchen oder Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung vorliegen können.
Wie im Vorstehenden angegeben, kann mindestens ein Ladungssteuermittel in den Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung vorliegen. Das Merkmal "Ladungs-Steuerung" bezieht sich auf eine Eigenschaft eines Tonerzusatzes zur Modifizierung der triboelektrischen Ladungseigenschaften des erhaltenen Toners. Eine große Anzahl von verschiedenen Ladungs steuermitteln für eine positive wie auch negative Aufladung von Tonern steht zur Verfügung. Geeignete Ladungssteuermittel werden beispielsweise beschrieben in der US-A-3 893 935; der US-A-4 079 014; der US-A-4 323 634; der US-A-4 394 430 und der GB 1 501 065 und der GB 1 420 839. Zusätzliche Ladungs-Steuermittel, die geeignet sind, werden beschrieben in der US-A-4 624 907; der US-A-4 814 250; der US-A-4 840 864; der US-A-4 834 920; der US-A-4 683 188 und der US-A-4 780 553. Auch können Mischungen von Ladungssteuermitteln verwendet werden. Zu besonderen Beispielen von Ladungs-Steuermitteln gehören Organo-Chromsalicylat-Komplexsalze und Azoeisenkomplexsalze, ein Azoeisenkomplexsalz, insbesondere Ferrat-(1-),bis[4[(5-chloro-2-hydroxyphenyl)azo]-3-hydroxy-N-phenyl-2-naphthalincarboxamindato(2-)], Ammonium, Natrium und Wasserstoff (Organoeisen, erhältlich von der Firma Hodogaya Chemical Company Ltd.).
Zu zusätzlichen Beispielen von geeigneten Ladungs-Steuermitteln gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, saure, organische Ladungs-Steuermittel. Zu besonderen Beispielen gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, 2,4-Dihydro-5-methyl-2-phenyl-3H-pyrazol-3-on (MPP) und Derivate von MPP, wie 2,4-Dihydro-5-methyl-2-(2,4,6-trichlorophenyl)-3H-pyrazol-3-on, 2,4-Dihydro-5-methyl-2-(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl)-3H-pyrazol-3-on, 2,4-Dihydro-5-methyl-2-(2-trifluoromethylphenyl)-3H-pyrazol-3-on und die entsprechenden Zinksalze, die sich hiervon ableiten. Zu anderen Beispielen gehören Ladungssteuermittel mit einer oder mehreren funktionellen, sauren Gruppen, wie Fumarsäure, Malonsäure, Adipinsäure, Terephthalsäure, Salicylsäure, Fumarsäuremonomethylester, Copolymere von Styrol/Methacrylsäure, Copolymere von Styrol und dem Lithiumsalz der Methacrylsäure, 5,5'-Methylendisalicylsäure, 3,5-Di-t-butylbenzoesäure, 3,5-Di-t-butyl-4-hydroxy-benzoesäure, 5-t-Octylsalicylsäure, 7-t-Butyl-3-hydroxy-2-naphthoesäure und Kombinationen hiervon. Zu noch anderen sauren Ladungs-Steuermitteln, die als solche betrachtet werden, die in den Schutzbereich der Erfindung fallen, gehören N-Acylsulfonamide, wie N-(3,5-Di-t-butyl-4-hydroxybenzoyl)-4-chlorobenzolsulfonamid und 1,2-Benzisothiazol-3-(2H)-on-1,1-dioxid.
Zu anderen Klassen von Ladungs-Steuermitteln gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, Organo-Eisenmetallkomplexe, wie Organo-Eisenkomplexe. Ein besonderes Beispiel ist T77 der Firma Hodogaya.
Vorzugsweise ist das Ladungssteuermittel dazu in der Lage, einen gleich bleibenden Grad der Aufladung zu erzeugen. Im Falle der vorliegenden Erfindung liegt ein bevorzugter, gleich bleibender Ladungsgrad bei etwa –10 bis etwa –30 Mikro C/g. Das Toner Q/m Verhältnis kann gemessen werden in einer MECCA-Vorrichtung mit zwei im Abstand voneinander angeordneten, parallelen Elektrodenplatten, die Entwicklerproben einem elektrischen wie auch magnetischen Feld aussetzen, wodurch eine Trennung der zwei Komponenten der Mischung erfolgt, das heißt der Träger- und Tonerteilchen, unter dem vereinigten Einfluss von magnetischem wie auch elektrischem Feld. Eine 0,100 g Probe der Entwicklermischung wird auf die untere Metallplatte aufgebracht. Die Probe wird dann dreißig (30) Sekunden einem magnetischen Feld von 60 Hz und einer Spannung von 2.000 V über den Platten ausgesetzt, was zu einer Entwicklerbewegung führt. Die Tonerteilchen werden von den Trägerteilchen freigesetzt unter dem vereinigten Einfluss aus magnetischem wie auch elektrischem Feld und sie werden angezogen und dadurch abgeschieden auf der oberen Elektrodenplatte, während die magnetischen Trägerteilchen auf der unteren Platte zurückgehalten werden. Ein Elektrometer misst die akkumulierte Ladung des Toners auf der oberen Platte. Das Toner Q/m Verhältnis, ausgedrückt in Mikrocoulomb/g (μC/g), wird errechnet durch Dividieren der akkumulierten Ladung durch die Masse des abgeschiedenen Toners von der oberen Platte. Um die Wirkung einer Tonerformulierung auf die Ladung mit der Entwicklerlebensdauer korrekt vorauszusagen, wird zunächst ein Entwickler mit einer 20% Toner-Konzentration hergestellt. Der Entwickler wird dann in Gegenwart einer Entwicklungswalze beobachtet, in der der Kern mit 2.000 Umdrehungen pro Minute rotiert. Nach 1 Stunde der Behandlung wird der Entwickler entfernt und der Toner wird von dem Träger abgetrennt dadurch, dass der Entwickler einer hohen Spannung von entgegengesetzter Polarität zum Toner ausgesetzt wird. Der abgestreifte Träger wird dann mit frischem Toner in einer 10%-igen Toner-Konzentration versetzt. Der Entwickler wird zunächst 2 Minuten lang aus dem Handgelenk geschüttelt und "frische" Ladung wird gemessen unter Verwendung des MECCA-Gerätes. Dieser Entwickler wird dann auf eine Magnetwalze gebracht, auf der er 10 Minuten lang behandelt wird, wobei der Magnetkern mit 200 Umdrehungen pro Minute rotiert. Die "gealterte" Ladung wird wiederum unter Verwendung des MECCA-Gerätes gemessen.
Das oder die Ladungs-Steuermittel liegen im Allgemeinen in der Tonerformulierung in einer Menge vor, um einen gleich bleibenden Ladungsgrad zu erzielen und um vorzugsweise einen gleich bleibenden Ladungsgrad von etwa –10 bis etwa –30 Mikro C/g in der Tonerformulie rung zu erzielen, nachdem sie aufgeladen ist. Zu Beispielen von geeigneten Mengen gehören etwa ½ bis etwa 6 Teile pro 100 Teile des in der Tonerformulierung vorhandenen Harzes.
Bezüglich des Oberflächen-Behandlungsmittels, auch bekannt als Sperrmittel (spacing agent) gilt, dass die Menge des Mittels auf den Tonerteilchen eine Menge ist, die ausreicht, dass die Tonerteilchen von den Trägerteilchen abgestreift werden können in einem Zwei-Komponentensystem durch die elektrostatischen Kräfte, die mit dem geladenen Bild oder durch mechanische Kräfte hervorgerufen werden. Bevorzugte Mengen an dem Sperrmittel liegen bei etwa 0,05 bis etwa 1,5 Gew.-% und weiter bevorzugt bei etwa 0,1 bis etwa 1,0 Gew.-% und in am meisten bevorzugter Weise bei etwa 0,2 bis 0,6 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Toners.
Das Sperrmittel kann auf die Oberflächen der Tonerteilchen nach üblichen Oberflächen-Behandlungsverfahren aufgebracht werden, wozu gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, übliche Pulver-Mischtechniken, wie ein Umwälzen der Tonerteilchen in Gegenwart des Sperrmittels. Vorzugsweise wird das Sperrmittel auf der Oberfläche der Tonerteilchen verteilt. Das Sperrmittel wird an die Oberfläche der Tonerteilchen gebunden und kann gebunden werden durch elektrostatische Kräfte oder physikalische Mittel oder nach beiden Methoden. Was das Vermischen anbelangt, so wird ein gleichförmiges Vermischen bevorzugt und erzielt durch solche Mischgeräte, wie Hochenergie-Mischgeräte vom Henschel-Typ, die ausreichend sind, um das Sperrmittel vor einer Agglomerierung zu bewahren oder mindestens um eine Agglomerierung auf ein Minimum zu reduzieren. Ferner kann, wenn das Trennmittel mit den Tonerteilchen vermischt worden ist, um eine Verteilung auf der Oberfläche der Tonerteilchen zu erreichen, die Mischung gesiebt werden, um jegliches agglomeriertes Trennmittel oder agglomerierte Tonerteilchen zu entfernen. Auch können andere Mittel zur Abtrennung von agglomerierten Teilchen zum Zwecke der vorliegenden Erfindung angewandt werden.
Das bevorzugte Trennmittel ist Kieselsäure, wie jene, die im Handel erhältlich ist von der Firma Degussa, wie R-972, oder von der Firma Wacker, wie H2000. Zu anderen geeigneten Sperrmitteln gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, andere anorganische Oxidteilchen und dergleichen. Zu speziellen Beispielen gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, Titandioxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid und andere Metalloxide, wie auch Polymerkügelchen, vorzugsweise mit einem Durchmesser von weniger als 1 μm (weiter bevorzugt etwa 0,1 μm), wie Acrylpolymere, Polymere auf Siliconbasis, Styrolpoly mere, Fluoropolymere, Copolymere hiervon sowie Mischungen hiervon. Diese Metalloxidteilchen können gegebenenfalls behandelt sein mit einem Silan oder sie können mit einer Siliconbeschichtung versehen sein, um ihren hydrophoben Charakter zu verändern.
Wird die Tonerformulierung der vorliegenden Erfindung in einem Zwei-Komponenten-Toner verwendet, so können die Trägerteilchen, die in Verbindung mit der Tonerformulierung verwendet werden, übliche Trägerteilchen sein. Dies bedeutet, dass die Trägerteilchen harte oder weiche magnetische Trägerteilchen sein können.
Im größeren Detail ist der Aufbau des Entwicklungssystems vorzugsweise ein Digitaldrucker, wie ein Drucker vom Typ Heidelberg Digimaster 9110 unter Verwendung einer Entwicklungsstation mit einer nicht-magnetischen, zylindrischen Hülle für den Transport von Entwickler von einer Zuführung von trockener Entwicklungsmischung zu einer Entwicklungszone, einem magnetischen Kern von ausgewählter, magnetischer Feldstärke und Mitteln für die Rotation des Kernes und gegebenenfalls der Hülle, um den Toner von der Hülle zu einem elektrostatischen Bild zu transportieren, wobei das Entwicklungssystem ferner eine Aufschmelzwalze aufweist, wie sie beispielsweise im Detail beschrieben wird in der US-A-4 473 029 und in der US-A-4 546 060. Das Entwicklungssystem, das in diesen Patentschriften beschrieben wird, kann für die Anwendung der vorliegenden Erfindung angepasst werden. In größerem Detail verwenden die Entwicklungssysteme, die in diesen Patentschriften beschrieben werden, vorzugsweise harte, magnetische Trägerteilchen. Beispielsweise können die harten, magnetischen Trägerteilchen eine Koerzivität von mindestens etwa 300 Gauss liefern, wenn sie magnetisch gesättigt sind und ferner ein induziertes, magnetisches Moment von mindestens etwa 20 EMU/g, wenn sie in einem extern angelegten Feld von 1.000 Gauss vorliegen. Die magnetischen Trägerteilchen können bindemittelfreie Träger sein oder zusammengesetzte Träger. Zu geeigneten harten, magnetischen Materialien gehören Ferrite und Gamma-Ferrioxid. Vorzugsweise sind die Trägerteilchen aufgebaut aus Ferriten, die Verbindungen von magnetischen Oxiden sind, die Eisen als hauptsächliche metallische Komponente enthalten. Vorzugsweise sind es Verbindungen von Ferrioxid, Fe₂O₃, erzeugt mit basischen Metalloxiden, wie jenen, die der allgemeinen Formel MFeO₂ oder MFe₂O₄ entsprechen, worin M steht für ein mono- oder divalentes Metall und worin das Eisen im Oxidationszustand von +3 vorliegt. Bevorzugte Ferrite sind jene, die Barium und/oder Strontium enthalten, wie jene der Formeln BaFe₁₂O₁₉, SrFe₁₂O₁₉ und magnetische Ferrite mit der Formel MO·6Fe₂O₃, worin M für Barium oder Strontium oder Blei steht, wie sie beschrieben werden in der US-A-3 716 630. Die Größe der magnetischen Trägerteilchen, die für die vorliegende Erfindung geeignet sind, kann weitestgehend variieren und sie haben vorzugsweise eine mittlere Teilchengröße von weniger als 100 Mikron und weiter bevorzugt eine mittlere Teilchengröße von etwa 5 bis etwa 45 Mikron.
Ein wahlweises Additiv für den Toner ist ein Färbemittel. In manchen Fällen wirkt die magnetische Komponente, sofern vorhanden, als Färbemittel, wodurch die Notwendigkeit für ein separates Färbemittel nicht mehr vorliegt. Geeignete Farbstoffe und Pigmente werden beispielsweise beschrieben in der US-A-Reissue-Patentschrift Nr. 31 072 und in der US-A-4 160 644; der US-A-4 416 965; der US-A-4 414 152 und der US-A-2 229 513. Ein besonders geeignetes Färbemittel für Toner, das in schwarz-weiß-elektrostatografischen Kopiervorrichtungen sowie Druckern verwendet wird, ist Russ. Färbemittel werden im Allgemeinen im Bereich von etwa 1 bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Tonerpulvers, verwendet und vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis etwa 15 Gew.-%. Die Tonerformulierungen können ferner andere Additive des Typs enthalten, der in üblichen Tonern vorliegt, wozu gehören magnetische Pigmente, Färbemittel, Ausgleichsmittel, oberflächenaktive Mittel, Stabilisatoren und dergleichen.
Die verbleibenden Komponenten der Tonerteilchen, wie auch die harten, magnetischen Trägerteilchen können übliche Bestandteile enthalten. Beispielsweise können verschiedene Harzmaterialien wahlweise als eine Beschichtung auf den harten, magnetischen Trägerteilchen verwendet werden, wie Fluorokohlenstoff-Polymere, wie Poly(tetrafluoroethylen), Poly(vinylidenfluorid) und Poly(vinylidenfluorid-co-tetrafluoroethylen). Zu Beispielen von geeigneten Harzmaterialien für die Trägerteilchen gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, Siliconharz, Fluoropolymere, Polyacrylverbindungen, Polymethacrylverbindungen, Copolymere hiervon sowie Mischungen hiervon, andere im Handel erhältliche, beschichtete Träger und dergleichen.
Wird die Tonerformulierung der vorliegenden Erfindung in einem Ein-Komponenten-Tonersystem verwendet, so liegen in der Tonerformulierung auch Ladungsteilchen vor, wie negativ aufladende Teilchen. Die Menge an Ladungsteilchen für das wahlweise Ein-Komponentensystem entspricht üblichen Mengen. Wird ein Einzel-Komponentensystem verwendet, so sind die Ladungsteilchen vorzugsweise von mindestens einem Typ eines magnetischen Additivs oder Materials, wie weiches Eisenoxid, das in dem Toner dispergiert ist. Zu Beispielen von geeigneten Ladungsteilchen gehören gemischte Oxide von Eisen, Eisensiliconlegierungen, Eisenaluminium, Eisenaluminiumsilizium, Nickeleisenmolybdän, Chromeisen, Eisennickelkupfer, Eisenkobalt, Oxide des Eisens und Magnetit. Zu anderen geeigneten, magnetischen Materialien, die in dem Toner vorliegen können, gehören, ohne dass eine Beschränkung hierauf erfolgt, magnetische Materialien, die aciculare Magnetite enthalten, kubische Magnetite und polyhedrale Magnetite. Ein geeignetes, weiches Eisenoxid ist TMB1120 von der Firma Magnox Inc.
Die Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung können ferner verwendet werden, im Rahmen der magnetischen Bildcharakter-Erkennung (MICR). In einem solchen Anwendungsfalle kann die Menge des magnetischen Materials in den Tonerteilchen der vorliegenden Erfindung jeder beliebigen Menge entsprechen, die ausreicht, um bevorzugten, kommerziellen Bedürfnissen zu entsprechen, wie der Bereitstellung einer ausreichenden Signalstärke für die Toner, die als Bild entwickelt wurden. Vorzugsweise liegt die Menge an magnetischer Beladung in den Tonerzusammensetzungen bei etwa 40% bis etwa 50% auf Gewichtsbasis der Tonerteilchen und weiter bevorzugt bei etwa 42% bis etwa 45% bezogen auf das Gewicht der Tonerteilchen. Der Toner umfasst vorzugsweise, bezogen auf das Gewicht des Toners, etwa 40 bis etwa 60 Gew.-% Polymer; etwa 30 bis etwa 55 Gew.-% magnetisches Additiv oder Material; gegebenenfalls 1 bis etwa 5 Gew.-% Trennmittel und die bevorzugten Konzentrationen an Siliziumdioxid, wie oben beschrieben, sämtlich bezogen auf das Gewicht des Toners.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf Verfahren zur Herstellung von Bildern unter Verwendung der Toner und Entwickler der vorliegenden Erfindung. Ganz allgemein umfasst die Methode die Herstellung eines elektrostatischen, latenten Bildes auf einer Oberfläche eines elektrofotografischen Elementes und die Entwicklung des Bildes durch in Kontaktbringen des latenten Bildes mit dem Toner/Entwickler der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf die Verwendung des oben beschriebenen Entwicklungssystems für die Entwicklung von elektrostatischen Bildern mit dem Toner der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren umfasst das Kontaktieren eines elektrostatischen Bil des mit dem Toner der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise umfasst das Verfahren die Entwicklung eines elektrostatischen Bildelementes, das ein elektrostatisches Bildmuster aufweist durch Hindurchführen des Bildelementes durch eine Entwicklungszone und Transport von Entwickler durch die Entwicklungszone in Entwicklungsbeziehung mit dem Ladungsmuster des sich bewegenden Bildelementes durch Rotieren eines alternierende Pole aufweisenden Magnetkernes von vorgewählter, magnetischer Feldstärke innerhalb einer äußeren nicht-magnetischen Hülle, die rotieren kann oder stationär vorliegt und Steuerung der Richtungen und Geschwindigkeiten des Kernes und gegebenenfalls der Hüllenrotationen, sodass Entwickler durch die Entwicklungszone in einer Richtung strömt in Übereinstimmung mit der Bewegung des Bildelementes unter Übertragung des elektrostatischen Bildmusters auf ein Substrat und unter Zusammenschmelzen des elektrostatischen Bildes auf das Substrat durch Passieren des Substrates durch eine Anschmelzwalze mit einer Elastomer- oder Harzbeschichtung auf dem Kern der Anschmelzwalze, wobei vorzugsweise eine elektrografische Zwei-Komponenten-Trockenentwickler-Zusammensetzung verwendet wird. Die trockene Entwicklerzusammensetzung enthält geladene Tonerteilchen, die negativ geladene Tonerteilchen sein können und entgegengesetzt aufgeladene Trägerteilchen. Die Trägerteilchen bestehen vorzugsweise aus einem harten, magnetischen Material mit einer Koerzivität von mindestens etwa 300 Gauss bei magnetischer Sättigung und sie zeigen ferner ein induziertes, magnetisches Moment von mindestens etwa 20 EMU/g, wenn sie sich in einem von außen angelegten Feld von 1.000 Gauss befinden. Die Trägerteilchen haben ein ausreichendes, magnetisches Moment, um die Trägerteilchen daran zu hindern, dass sie auf das elektrostatische Bild übertragen werden. Die verschiedenen Verfahren, die in der US-A-4 473 029 und in der US-A-4 456 060 beschrieben werden, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewandt werden unter Verwendung des Toners der vorliegenden Erfindung in den hier beschriebenen Verfahrensweisen.
Das auf diese Weise entwickelte, elektrostatische Bild kann erzeugt werden nach einer Anzahl von Methoden, wie durch bildweisen Fotoabfall eines Fotorezeptors oder durch bildweise Anwendung eines Ladungsmusters auf der Oberfläche eines dielektrischen Aufzeichnungselementes. Werden Fotorezeptoren verwendet, wie im Falle von mit hohen Geschwindigkeiten arbeitenden, elektrofotografischen Kopiergeräten, ist die Anwendung einer Halbton-Abschirmung zur Modifizierung eines elektrostatischen Bildes besonders geeignet; die Kombination einer Abschirmung mit der Entwicklung in Übereinstimmung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erzeugt Bilder von hoher Qualität mit hohem D_max und einem ausgezeichneten Tonbereich. Zu repräsentativen Abschirmmethoden gehören jene, die Fotorezeptoren mit einem integrierten Halbtonschirm verwenden, wie jene, die beschrieben werden in der US-A-4 385 823.
Entwickler in dem Entwicklungssystem der vorliegenden Erfindung sind vorzugsweise dazu befähigt, Toner mit hoher Geschwindigkeit einem aufgeladenen Bild zuzuführen und sie eignen sich infolgedessen für elektrofotografische Druckanwendungen und Kopieranwendungen mit hohem Volumen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Verbesserung des Abriebwiderstandes eines Tonerbildes. Bei diesem Verfahren wird eine ausreichende Menge des oben beschriebenen Wachses (zum Beispiel eines Polyalkylens und/oder eines Wachses von hoher Kristallinität) eingeführt oder den Tonerteilchen oder Tonerformulierungen zugegeben. Jede beliebige Menge, die dazu in der Lage ist, den Abriebwiderstand des Tonerbildes zu verbessern im Vergleich zu dem Falle, bei dem kein Wachs vorliegt, kann verwendet werden, die Mengen, die reichen von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Tonergewicht oder Mengen von 1 Teil bis etwa 5 Teilen, bezogen auf 100 Teile, bezogen auf das Gewicht des vorhandenen Tonerharzes. Der Abriebwiderstand des Tonerbildes kann verbessert werden um mindestens 10% im Vergleich zu einem Vergleichselement ohne Wachs und weiter bevorzugt um mindestens 50% und weiter bevorzugt um mindestens 100%.
Eine zusätzliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung oder Reduzierung von Toner-"Staub-"Graden in einem Entwicklungssystem. Eine Fraktion des Toners, die keinen ausreichenden Grad an Triboaufladung erreicht, wird oftmals von einer Entwicklungswalze mit einem rotierenden Kern und Hülle ausgestoßen, wenn die elektrostatische Kraft geringer ist als die entgegengesetzt wirkende, zentrifugale Kraft. Dies wird bezeichnet als "Staub" und kann gemessen werden durch Verwendung durch 2 g Entwickler mit einer 10%-igen Tonerkonzentration, wozu 0,12 g zusätzlichem Toner zugegeben wurden, worauf die Mischung vorsichtig aus dem Handgelenk 15 Sekunden lang geschüttelt wird. Diese Entwicklung wird dann auf eine Walze aufgebracht, wo der Kern von alternierenden 12 Magneten mit einer Geschwindigkeit von 2.000 Umdrehungen pro Minute unter einer stationären Hülle rotiert wird. Der Kern wird 2 Minuten lang bewegt und die Menge an Toner, in Milligramm, die abseits von der Walze aufgefangen wird, wird gemessen und als Staub bezeichnet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Staubgrade gesteuert oder reduziert werden durch Einführung oder Zusatz eines Wachses, wie oben beschrieben, in die Tonerteilchen oder in die Formulierungen. Im Allgemeinen liegen die Mengen an verwendetem Wachs in Größenordnungen, die ausreichen, um die Staubgrade in einem Entwicklungssystem ausreichend zu vermindern. Typische Mengen liegen bei 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Tonergewicht oder bei Mengen von etwa 1 Teil bis etwa 5 Teilen auf Gewichtsbasis oder bezogen auf 100 Gewichtsteile Tonerharz. Die Staubgrade können vermindert werden, im Vergleich zu einem Vergleichsmaterial ohne Wachs in einer Größenordung von mindestens 50%, weiter bevorzugt werden sie um mindestens 80% in einem Entwicklungssystem vermindert.
Die vorliegende Erfindung kann weiterhin durch die folgenden Beispiele veranschaulicht werden, die rein beispielhaft für die vorliegende Erfindung sein sollen.
BEISPIELE
Beispiel 1
Eine Tonerformulierung wurde aus den folgenden Komponenten hergestellt:
Tabelle 1
Die Komponenten wurden in Form eines trockenen Pulvers in einem 40 Liter fassenden Henschel-Mischer 60 Sekunden lang bei 1.000 Umdrehungen pro Minute vermischt unter Erzeugung einer homogenen Mischung. Die Pulvermischung wurde dann in der Schmelze vermischt unter Verwendung eines Zwillingsschrauben-Rotationsextruders unter Aufschmelzen des Polymer-Bindemittels und unter Dispergieren der Pigmente, der Ladungsmittel und des Wachses. Das Vermischen in der Schmelze erfolgte bei einer Temperatur von 110°C (230°F) am Extrudereinlass, einer Erhöhung von 110°C (230°F) auf 196,1°C (385°F) in den Extruder-Mischzonen und bei 196,1°C (385°F) am Extruderauslass. Die Verarbeitungsbedingungen bestanden aus einer Einführgeschwindigkeit der Pulvermischung von 10 kg/h und einer Extruderschrauben-Geschwindigkeit von 490 RPM. Das abgekühlte Extrudat wurde dann zu einem Granulat zerkleinert mit einer Granulatgröße von 317,5 Mikro (1/8 inch).
Nach der Vermischung in der Schmelze wurde das Granulat in einer Luftdüsenmühle fein vermahlen bis zu einer Teilchengröße von im Mittel eines Durchmessers von 11 Mikron, Volumen-gewichtet. Die Größenverteilung der Tonerteilchen wurde mittels eines Gerätes vom Typ Coulter Counter Multisizer gemessen. Der fein vermahlene Toner wurde dann in einem Zentrifugal-Luft-Klassifiziergerät klassifiziert, um sehr kleine Tonerteilchen zu entfernen sowie Tonerabrieb, die in dem fertigen Toner nicht erwünscht sind. Nach Klassifizierung zur Entfernung der Abriebteilchen hatte der Toner eine Teilchengrößenverteilung mit einer Weite, ausgedrückt als Durchmesser bei dem 50%-Anteil/Durchmesser bei dem 16%-Anteil der kumulativen Teilchenzahl versus Teilchendurchmesser von 1,30 bis 1,35.
Der klassifizierte Toner wurde dann mit abgerauchter Kieselsäure einer Oberflächenbehandlung unterworfen. Verwendet wurde eine hydrophobe Kieselsäure, bezeichnet als R972 und hergestellt von der Firma Nippon Aerosil. 2.000 g Toner wurden vermischt mit 10 g Kieselsäure unter Erzeugung eines Produktes, das 0,5 Gew.-% Kieselsäure enthielt. Der Toner und die Kieselsäure wurden in einem 10 Liter fassenden Henschel-Mischer mit einem 4-Elementenlaufrad 2 Minuten lang bei 2.000 Umdrehungen pro Minute vermischt. Der an der Oberfläche mit Kieselsäure behandelte Toner wurde durch ein 230 Maschen aufweisendes Vibrationssieb gesiebt, um undispergierte Kieselsäure-Agglomerate und jegliche Tonerflöckchen zu entfernen, die sich während des Oberflächen-Behandlungsprozesses gebildet hatten.
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5
In den oben beschriebenen Beispielen, wie durch die Tabellen dargestellt, wurden verschiedene Tonerformulierungen mit unterschiedlichen Wachsen hergestellt sowie ferner ein Vergleichsmaterial, das kein Wachs enthielt. Die Toner, hergestellt, wie durch die Formulierungen in Tabelle 1 und Tabelle 2 dargestellt, wurden dann in einem Drucker vom Typ Heidelberg Digimaster oder in einem Prototyp LTD Gerät verwendet. Die bei diesem Drucktest anfallenden Bilder wurden dann einem Tonerbild-Abrieb-Widerstandstest unterworfen. Die Menge an Abrieb oder Abriebmaterial wurde dann gemessen dadurch, dass zunächst ein Bild auf einem unbeschichteten Papier eines Gewichtes von 60 g/m² von gleichförmiger Dichte erzeugt wurde. Die Tonerabscheidung auf dem Papier wurde bei 1 mg/cm² gehalten. Das Bild wurde in einem Aufschmelzgerät aufgeschmolzen, ähnlich demjenigen Gerät, das in einem Heidelberg Digimaster Printer verwendet wurde. Das Bild wurde mit einem frischen Papierblatt 24 Stunden lang in Kontakt gehalten. Das Bild wurde dann entfernt und ein anderes frisches Papierblatt wurde dann oben auf das Blatt gebracht. Eine Belastung von 30 kPa wurde dann auf die zwei Papierblätter aufgebracht. Mit der Belastung an Ort und Stelle wurde das frische Blatt mit einer Geschwindigkeit von 0,2 m/S abgezogen. Die Markierung auf dem frischen Papier, die durch das Blatt mit der Bildaufzeichnung erzeugt worden war, wurde gemessen durch Messung der Übertragungsdichte auf dem Bild unter Verwendung eines fotografischen Densitometers vom Typ X-Rite. Die Status A Dichte wurde an fünf unterschiedlichen Stellen gemessen und das Verfahren wurde mittels eines anderen Bildsatzes wiederholt. Sämtliche der Dichten wurden dann addiert und die erhaltene Zahl wurde dann mit 10 multipliziert unter Gewinnung des metrischen, "kumulativen" Abriebwertes, der in Tabelle 2 angegeben ist.
Eine geringere Zahl für den Abriebwiderstand bedeutet, dass das Tonerbild einen besseren Abriebwiderstand hat. Mit anderen Worten, eine höhere Zahl steht für einen starken Abrieb des Tonerbildes, der nicht erwünscht ist. Wie sich aus Tabelle 2 ergibt, hat ein Bild von einem Toner ohne Wachs einen sehr schlechten Tonerbild-Abriebwiderstand, wie sich aus der hohen Zahl für den Abriebwiderstand ergibt. Weiterhin haben Toner mit Polyethylenwachsen mit einer niedrigen Molekulargewichtszahl ebenfalls einen schlechten Abriebwiderstand. Überraschenderweise haben Bilder, hergestellt durch Verwendung von Toner mit Polyethylenwachsen mit einer mittleren Molekulargewichtszahl von 2.000 oder darüber einen beträchtlich besseren Abriebwiderstand.
Werden ferner, wie in Tabelle 3 dargestellt, Toner hergestellt aus Polyethylenwachsen mit einer hohen, mittleren Molekulargewichtszahl wie auch einer hohen Polydispersität, so wurde die Ladungsstabilität für die Tonerladung mit der Zeit stark verbessert, wenn die Polydispersitätszahl größer als 2 war.
Zusätzlich ergibt sich, wie in Tabelle 4 dargestellt ist, dass Toner mit Polyethylenwachsen mit einer hohen, mittleren Molekulargewichtszahl und ferner mit einem Beginn der Wachs-Schmelztemperatur von größer als 115°C ganz allgemein niedrigere Staubgrade in einem Entwicklungssystem liefern, was erzeugt oder minimiert einen Bildhintergrund im Falle eines Tonerbildes und ferner die Vorrichtungsverunreinigung reduziert.
Tabelle 5 ist ein Beispiel von Formulierungen, die verwendet werden können, zum Zwecke der vorliegenden Erfindung. Andere Harze und gegebenenfalls Zusätze können verwendet werden, wie auch unterschiedliche Mengen, wie oben angegeben.
Die Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung führen zu einem gleich bleibenden Aufladungsgrad mit ausgezeichneten Abriebeigenschaften und einer ausgezeichneten Fließfähigkeit. Demzufolge wurde ein Gleichgewicht von Eigenschaften im Falle von Tonerformulierungen der vorliegenden Erfindung erreicht.

Claims

Tonerteilchen mit mindestens einem Harz und einem Polyalkylenwachs, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachs eine Polydispersität von 2,0 oder höher hat; eine prozentuale Kristallinität von 80% oder mehr, gemessen durch DSC und eine mittlere Molekulargewichtszahl von 2.000 oder darüber.
Tonerteilchen nach Anspruch 1, in denen das Wachs eine Schmelztemperatur beginnend bei 115°C bis 130°C hat.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 und 2, die negativ aufgeladene Tonerteilchen sind.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in denen das Tonerharz ein quervernetztes Styrolacrylharz enthält.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 und 2, in denen die Polydispersität bei 2,0 bis 10 liegt.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 und 2, in denen die Polydispersität bei 2,0 bis 5,0 liegt.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 und 2, in denen die mittlere Molekulargewichtszahl bei 2.000 bis 7.000 liegt.
Tonerteilchen nach Ansprüchen 1 und 2, in denen die mittlere Molekulargewichtszahl bei 2.000 bis 5.000 liegt.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter enthaltend mindestens ein Oberflächen-Behandlungsmittel, ein Ladungssteuermittel und ein Färbemittel.
Tonerteilchen nach Anspruch 9, in denen das Oberflächen-Behandlungsmittel Kieselsäure enthält.
Tonerteilchen nach Anspruch 9, in denen das Oberflächenbehandlungsmittel mindestens ein Metalloxid enthält.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter enthaltend mindestens ein negatives Ladungssteuermittel.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, in denen diese einen mittleren Volumendurchmesser von 6 bis 12 Mikron aufweisen.
Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in denen das Polyalkylenwachs Polyethylen ist.
Entwicklungssystem für Toner mit: einer Zufuhreinrichtung für eine trockene Entwicklermischung und harte, magnetische Trägerteilchen; einem nicht-magnetischen, zylindrischen Gehäuse für den Transport des Entwicklers von der Zufuhreinrichtung in eine Entwicklungszone, in der das Gehäuse rotierbar oder stationär angeordnet ist; einem rotierenden Magnetkern von einer vorausgewählten, magnetischen Feldstärke; Mitteln, die mindestens den Magnetkern rotieren, um den Transport der Tonerteilchen in dem Gehäuse auf ein elektrostatisches Bild zu bewirken; sowie mit einer Aufschmelzwalze, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung für die trockene Entwicklermischung Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 enthält.
Verfahren zur Entwicklung eines elektrostatischen Bildes, bei dem man ein elektrostatisches Bildelement, das ein elektrostatisches Bildmuster aufweist, entwickelt durch Hindurchführen des Bildelementes durch eine Entwicklungszone, und bei dem man Entwickler durch die Entwicklungszone in Entwicklungsbeziehung zu dem Ladungsmuster des sich bewegenden Bildaufzeichnungselementes führt, durch Rotation eines Magnet kernes mit alternierendem Pol von vorgewählter Feldstärke innerhalb eines äußeren, nicht-magnetischen Gehäuses, das rotiert oder stationär ist, und durch Steuerung der Richtungen und Geschwindigkeiten der Kern- und gegebenenfalls der Gehäuserotationen derart, dass Entwickler durch die Entwicklungszone in einer Richtung im Gleichstrom mit der Bildelementbewegung fließt, durch Übertragung des elektrostatischen Bildmusters auf ein Substrat und durch Aufschmelzen des elektrostatischen Bildes auf das Substrat durch Hindurchführen des Substrates durch eine Aufschmelzwalze mit einer Elastomer- oder Harzbeschichtung auf den Kern der Aufschmelzwalze, dadurch gekennzeichnet, dass der Entwickler aufgeladene Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 enthält sowie entgegengesetzt aufgeladene, harte Magnetträgerteilchen.
Verfahren zur Verbesserung des Tonerbild-Abrieb-Widerstandes, bei dem man ein elektrostatisches Bild entwickelt unter Verwendung einer Tonerformulierung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zur Verminderung der Tonerstaubgrade in einem Entwicklungssystem mit den Stufen der Entwicklung eines elektrostatischen Bildes unter Verwendung einer Tonerformulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Entwickler mit Tonerteilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 sowie Trägerteilchen.
Entwickler nach Anspruch 19, in dem die Trägerteilchen harte magnetische Trägerteilchen sind.
Entwickler nach Anspruch 19, in dem die Tonerteilchen magnetische Tonerteilchen aufweisen.