DE60306060T2

DE60306060T2 - Toner und Entwickler

Info

Publication number: DE60306060T2
Application number: DE60306060T
Authority: DE
Inventors: Scott M. Silence; William H. Hollenbaugh Jr.; Thomas R. Pickering; Amy L. Stamp; Roger N. Ciccarelli; Denise R. Bayley; Samuel Kaplan; Alexander N. Klymachyov; John S. Walters; Padam K. Angra
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2023-09-30
Also published as: MXPA03008720A; US20040063018A1; US20040229144A1; DE60306060D1; EP1403727B1; BR0304237A; EP1403727A3; US6850725B2; CA2441914A1; EP1403727A2; CA2441914C; US6824942B2

Description

HINTERGRUND
Diese Erfindung bezieht sich auf Toner, tonerhaltige Entwickler und Verfahren zum Erzeugen entwickelter Bilder mit zum Beispiel offsetähnlicher Druckqualität. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung in Ausführungsformen davon auf Toner und Entwickler mit zum Beispiel kontrollierten Eigenschaften, die eine offsetähnliche Druckqualität liefern, wenn sie beim Entwickeln elektrostatischer Bilder mit zum Beispiel einer Vorrichtung verwendet werden, die ein berührungsloses Hybridentwicklungssystem enthält und wobei Calciumstearat als Toneradditiv verwendet wird.
Die Toner und Entwickler der vorliegenden Erfindung können aus einer Anzahl elektrophotographischer Markierungsverfahren einschließlich Farbverfahren ausgewählt werden. Ein Typ als Bild-auf-Bild-Verarbeitung (IOI) bezeichneter farbelektrophotographischer Markierungsverfahren überlagert Tonerpulverbilder unterschiedlicher Farbtoner auf dem Photorezeptor vor der Übertragung des zusammengesetzten Tonerpulverbildes auf das Substrat. Obschon das IOI-Verfahren eine Anzahl Vorteile wie etwa eine kompakte Architektur liefert, können zu seiner erfolgreichen Verwirklichung mehrere Probleme bestehen. Zum Beispiel kann die Realisierbarkeit von Drucksystemkonzepten wie etwa das IOI-Verfahren Entwicklungssysteme erfordern, die mit einem früher getonerten Bild nicht wesentlich in Wechselwirkung treten. Da mehrere bekannte Entwicklungssysteme wie etwa die herkömmliche Magnetbürstenentwicklung und die Einkomponentensprungentwicklung mit dem Bild auf dem Empfänger in Wechselwirkung treten, wird ein früher getonertes Bild durch die nachfolgende Entwicklung abgefangen, falls wechselwirkende Entwicklungssysteme verwendet werden. So besteht bei dem IOI-Verfahren ein Bedarf nach berührungslosen oder nicht wechselwirkenden Entwicklungssystemen, wobei der Bedarf durch die Toner und Entwickler der vorliegenden Erfindung gestillt werden kann.
Die berührungslose Hydridentwicklungstechnologie (HSD) entwickelt Toner durch eine herkömmliche Magnetbürste auf die Oberfläche einer Antragswalze. Eine Mehrzahl Elektrodendrähte befindet sich von der getonerten Antragswalze in der Entwicklungszone in engem Abstand. Eine Wechselspannung wird an die Drähte angelegt, um eine Tonerwolke in der Entwicklungszone zu erzeugen. Diese Antragswalze umfaßt im allgemeinen einen leitenden Kern, der mit einer dünnen, zum Beispiel 50 bis 200 μm dicken, teilweise leitenden Schicht bedeckt ist. Die Magnetbürstenwalze wird bei einer elektrischen Potentialdifferenz bezüglich des Antragswalzenkerns unter Erzeugen des für eine Tonerent wicklung notwendigen Felds gehalten. Die Tonerschicht auf der Antragswalze wird anschließend durch elektrische Felder aus einem Draht oder Satz von Drähten unter Erzeugen und Erhalten einer bewegten Wolke aus Tonerteilchen gestört. Typische Wechselspannungen der Drähte bezüglich des Donors sind 700 bis 900 V_pp bei Frequenzen von 5 bis 15 kHz. Diese Wechselspannungssignale sind oft Rechteckwellen, statt sinusförmige Wellen. Toner aus der Wolke wird anschließend durch Felder, die durch ein Latentbild erzeugt wurden, auf den nahegelegenen Photorezeptor entwickelt. Obschon jede geeignete elektrostatische Bildentwicklungsvorrichtung verwendet werden kann, ist es bei der vorliegenden Erfindung in Ausführungsformen bevorzugt, eine Vorrichtung zu verwenden, die das berührungslose Hybridentwicklungssystem wie etwa das hierin und zum Beispiel im US-Patent 5 978 633 veranschaulichte einsetzt.
Das Erfüllen strenger offsetähnlicher Druckqualitätsanforderungen bei einem xerographischen Gerät ist bei der vorliegenden Erfindung durch IOI-Xerographie ermöglicht worden, wovon die berührungslose Hybridentwicklung eine ausgezeichnete Subsystemkomponente ist. Sowohl die Bildqualität als auch die einzigartigen Subsystemanforderungen führen zu hochverdichteten Tonerausführungen, wovon die Toner der vorliegenden Erfindung brauchbar sind. Außer dem Erzielen einer offsetähnlichen Druckqualität ermöglicht ein digitales Bilderzeugungsverfahren die Anpassung jedes Drucks (wie etwa eine Adresse oder eine spezielle Information für die regionale Verteilung), was bei der Offsetlithographie nicht so durchführbar ist.
Im US-Patent 6 365 316 (EP-A-1 132 782) wird ein Toner veranschaulicht, der wenigstens ein Bindemittel, wenigstens ein Farbmittel und gegebenenfalls ein oder mehr Additive umfaßt und wobei der Toner auf den triboelektrischen Kontakt mit Trägerteilchen folgend eine Ladung je Teilchendurchmesser (Q/D) von –0,1 bis –1,0 fC/μm bei einer Abweichung von 0 bis 0,25 fC/μm aufweist und die Verteilung im wesentlichen unimodal ist und eine Peakbreite von weniger als 0,5 fC/μm besitzt und der Toner ein Verhältnis von Ladung zu Masse (Q/M) von –25 bis –70 μC/g bei einer Abweichung von 0 bis 15 μC/g besitzt. Weiter wird in der vorstehend angeführten, mitanhängigen Anmeldung ein Toner veranschaulicht, der Zinkstearat als Gleitmittel enthält. Mit der Verwendung von Zinkstearat verbundene Nachteile beziehen sich auf seine unerwünschten Reaktionen mit Schmelzfixierwalzen, Antragswalzen, Drähten und dergleichen, insbesondere bei xerographischen Vorrichtungen, wobei die Nachteile gemäß der vorliegenden Erfindung durch Auswählen eines geeigneteren Stearats, d. h. Calciumstearat, vermieden oder auf ein Mindestmaß zurückgeführt werden.
Das US-Patent 5 545 501 beschreibt eine elektrostatographische Entwicklerzusammensetzung, die Trägerteilchen und Tonerteilchen mit einer solchen Tonerteilchengrößenverteilung mit einem Volumenmittel der Teilchengröße (T), daß 4 μm ≤ T ≤ 12 μm, und einer solchen Durchschnittsladung (Absolutwert) je Durchmesser in Femtocoulomb/10 μm (C_T) nach dem triboelektrischen Kontakt mit den Trägerteilchen umfaßt, daß 1 fC/10 μm ≤ C_T ≤ 10 fC/10 μm, und wobei (i) die Trägerteilchen einen solchen in Tesla (T) ausgedrückten Sättigungsmagnetisierungswert, M_sat, aufweisen, daß M_sat ≥ 0,30 T; (ii) die Trägerteilchen ein solches Volumenmittel der Teilchengröße (C_avg) aufweisen, daß 30 μm ≤ C_avg ≤ 60 μm; (iii) die Teilchengrößenverteilung der Trägerteilchen bezogen auf das Volumen wenigstens 90% der Teilchen mit einem solchen Teilchendurchmesser C aufweist, daß 0,5 C_avg ≤ C ≤ 2 C_avg; (iv) die Teilchengrößenverteilung auf Volumengrundlage der Trägerteilchen weniger als b Prozent kleinere Teilchen als 25 μm umfaßt, wobei b = 0,35 × (M_sat)² × P und M_sat: in T ausgedrückter Sättigungsmagnetisierungswert, M_sat, und P die in kA/m ausgedrückte maximale Feldstärke des Magnetentwicklungspols und (v) die Trägerteilchen ein Kernteilchen umfassen, das mit einer Harzbeschichtung in einer solchen Menge (RC) beschichtet ist, daß 0,2 Gew.-% ≤ RC ≤ 2 Gew.-%; siehe die Zusammenfassung. Dieses Patent gibt an, daß seine Entwickler Bilder erzielen können, wenn ein Latentbild mit einer Magnetbürste mit feinen Haaren entwickelt wird; siehe zum Beispiel Spalte 4, Zeilen 7 bis 17.
Nichtsdestotrotz besteht weiterhin ein Bedürfnis nach einem Satz Entwickler, die Toner und Träger umfassen, die eine Kombination aus solchen Eigenschaften aufweisen, daß wenn sie zum Entwickeln eines Latentbildes auf der Oberfläche eines Photorezeptors, vorzugsweise bei einer Bild-auf-Bild-Vorrichtung und genauer bei einer solchen Vorrichtung verwendet werden, die auch ein berührungsloses Hybridentwicklungssystem verwendet, das erzeugte Farbbild eine zu der bei der Offsetlithographie erreichte ähnliche Qualität zeigt. Weiter besteht ein Bedarf nach Tonern und Entwicklern, bei denen ein Toneradditiv mit Schmelzfixierölen, Schmelzfixierwalzen und dergleichen nicht wesentlich in Wechselwirkung tritt und dadurch zum Beispiel die Gebrauchsdauer von Schmelzfixiervorrichtungen wie etwa Schmelzfixierwalzen von zum Beispiel von 200 000 Drucken auf 1000000 Drucke erhöht und Entwickler davon ausgezeichnete triboelektrische, die Leitfähigkeit und das Entwicklungsvermögen betreffende Eigenschaften besitzen.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Satzes von Farbtonern und Entwicklern, die jeweils eine Reihe von Eigenschaften besitzen, so daß die derartige Toner enthaltenden Entwickler xerographisch erzeugte Bilder mit einer offsetähnlichen Druckqualität erreichen können.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist das Bereitstellen eines Satzes von Farbtonern und Entwicklern, die ausgezeichnete Bilder erzeugen können, wenn sie in einem Entwicklungsgerät verwendet werden, das ein berührungsloses Hybridentwicklungssystem benützt.
Außerdem ist noch ein weiteres Merkmal der Erfindung das Bereitstellen geeigneter Träger zur Verwendung in Kombination mit Tonern zum Erhalten von Zweikomponentenentwicklern, die ausgezeichnete Eigenschaften besitzen.
Weiterhin werden bei einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung Toner und Entwickler bereitgestellt, bei denen die Lebensdauer gewisser Komponenten wie etwa Schmelzfixierwalzen, Schmelzfixieröle und dergleichen verlängert sind; zum Beispiel kann die Lebensdauer einer Schmelzfixierwalze mit den Tonern der vorliegenden Erfindung bei Ausführungsformen davon von weniger als 350000 Drucken auf 1 Million oder mehr Drucke verlängert werden, wobei entwickelte Bilder mit lithographischer Bildqualität erhalten werden können.
Weiterhin bezieht sich ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung auf die Wahl von Calciumstearat als Schmierkomponente für Toner und Entwickler, um dadurch den Toner angemessen auf der Oberfläche des Trägers zu bewegen und eine höhere Entwicklerleitfähigkeit, verringerte Empfindlichkeit der Entwicklerleitfähigkeit gegenüber der Tonerkonzentration und eine verminderte Tonereinwirkung auf die Trägerteilchen zu liefern.
Die vorliegende Erfindung stellt Folgendes bereit:
Ein Toner umfassend ein polymeres Bindemittel in einer Menge von 85 bis 99 Gewichtsprozent, ein Farbmittel oder ein Gemisch von Farbmitteln in einer Menge von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent und Calciumstearat in einer Menge von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent, wobei der Toner, nach dem triboelektrischen Kontakt mit Trägerteilchen, eine Ladung Q, gemessen in Femtocoulomb je Teilchendurchmesser D, gemessen in Mikron, (Q/D) im Bereich von –0,1 bis –1 fC/μm aufweist, wobei die Abweichung während der Entwicklung von 0 bis 0,25 fC/μm ist und wobei die Tonerverteilung im wesentlichen unimodal ist und eine Peakbreite von 0,1 fC/μm bis 0,5 fC/μm aufweist und wobei der Toner ein Verhältnis von Ladung zu Masse M, gemessen in Gramm, (Q/M) von –25 bis –70 μC/Gramm aufweist, wobei die Abweichung von Q/M während der Entwicklung im Bereich von 0 bis 15 μC/Gramm liegt.
Die vorliegende Erfindung stellt weiter einen Entwickler bereit, der den vorstehenden Toner und einen Träger umfaßt.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Bilderzeugungsverfahren bereit, bei dem ein Bild mit dem vorstehenden Toner entwickelt wird und wobei das Calciumstearat als Gleitmittel für eine Vorrichtung in einer Maschine, die das Bild enthält, dient.
Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren bereit, umfassend
das Herstellen verschiedener Farbentwickler durch Mischen eines Trägers mit dem vorstehenden Toner;
das Erzeugen eines Latentbildes auf der Oberfläche eines Fotorezeptors, das Entwickeln der Bereiche des Latentbilds, die die Farbe Magenta bilden, mit einem Entwickler, der einen Magentafarbtoner enthält;
das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Gelb bilden, mit einem Entwickler, der einen Gelbfarbtoner enthält;
das Entwickeln der Bereiche des Latentbildes, die die Farbe Cyan bilden, mit einem Entwickler, der einen Cyanfarbtoner enthält;
das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Schwarz bilden, mit einem Entwickler, der einen Schwarzfarbtoner enthält; und
das Übertragen des entwickelten Latentbildes von der Oberfläche des Fotorezeptors auf ein Bildempfangssubstrat.
Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer eines Bestandteils einer Kopier- und Druckmaschine gerichtet, bei dem der vorstehende Toner zur Entwicklung gewählt wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Aspekte der vorliegenden Erfindung schließen einen Toner, umfassend wenigstens ein Bindemittel in einer Menge von 85 bis 99 Gewichtsprozent, wenigstens ein Farbmittel in einer Menge von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent und Calciumstearat in einer Menge von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent, wobei der Toner, nach dem triboelektrischen Kontakt mit Trägerteilchen, eine Ladung Q, gemessen in Femtocoulomb je Teilchendurchmesser D, gemessen in Mikron, (Q/D) von –0,1 bis –1,0 fC/μm aufweist, wobei die Abweichung von (Q/D) während der Entwicklung von 0 bis 0,25 fC/μm ist und wobei die Tonerverteilung im wesentlichen unimodal ist und eine Peakbreite von 0,1 fC/μm bis 0,5 fC/μm besitzt und wobei der Toner ein Verhältnis von Ladung zu Masse M, gemessen in Gramm, (Q/M) von –25 bis –70 μC/Gramm aufweist, wobei die Abweichung von Q/M während der Entwicklung von 0 bis 15 μC/Gramm ist; einen Toner, bei dem das Massenverhältnis des Toners von –30 bis –60 μC/Gramm ist; einen Toner, bei dem der Toner mit einer niedrigen Ladung von zum Beispiel kleiner als 10 μC/Gramm Tonerteilchen zu gleich oder kleiner als 15% der Gesamtzahl Tonerteilchen und Tonerteilchen mit dem falschen Vorzeichen wie etwa positiv geladene zu gleich oder kleiner als 5% der Gesamtzahl Tonerteilchen enthält; einen Toner, bei dem der Toner mit einer niedrigen Ladung Tonerteilchen zu gleich oder kleiner als 6% der Gesamtzahl Tonerteilchen und Tonerteilchen mit dem falschen Vorzeichen zu gleich oder kleiner als 3% der Gesamtzahl Tonerteilchen enthält; einen Toner, bei dem der Toner einen mittleren Wert des Volumendurchmessers von 6,9 bis 7,9 Mikron besitzt; einen Toner, wobei der Toner eine solche Größenverteilung besitzt, daß 30 Prozent oder weniger der Gesamtzahl Tonerteilchen eine Größe von weniger als 5 Mikron und 0,7 Prozent oder weniger eines Gesamtvolumens Tonerteilchen mit einer Größe von mehr als 12,7 Mikron aufweisen; einen Toner, wobei der Toner einen mittleren Wert des Volumendurchmessers von 5 bis 25 und genauer von 7,1 bis 7,7 Mikron besitzt; einen Toner, wobei der Toner ein niedriges Volumenverhältnis der GSD (geometrische Größenverteilung) von ungefähr 1,23 und eine Volumen-GSD von etwa 1,21 aufweist; einen Toner mit einer Schmelzviskosität von 3 × 10⁴ bis 6,7 × 10⁴ Poise bei einer Temperatur von etwa 97°C, von 4 × 10³ bis 1,6 × 10⁴ Poise bei einer Temperatur von etwa 116°C oder von 6,1 × 10² bis 5,9 × 10³ Poise bei einer Temperatur von etwa 136°C; einen Toner, bei dem der elastische Modul des Toners von 6,6 × 10⁵ bis 2,4 × 10⁶ Dyn je Quadratzentimeter bei einer Temperatur von etwa 97°C ist, von 2,6 × 10⁴ bis 5,9 × 10⁵ Dyn je Quadratzentimeter bei einer Temperatur von etwa 116°C und von 2,7 × 10³ bis 3 × 10⁵ Dyn je Quadratzentimeter bei einer Temperatur von etwa 136°C; einen Toner, wobei der Tonerschmelzflußindex (MFI) von 1 bis 25 Gramm je 10 Minuten bei einer Temperatur von etwa 117°C ist; einen Toner, wobei das Bindemittel eine Glasübergangstemperatur von 52°C bis 64°C aufweist; einen Toner, wobei das Bindemittel ein propoxyliertes Bisphenol-A-fumaratharz umfaßt und das Harz einen Gesamtgelgehalt von 2 bis 9 Gewichtsprozent des Bindemittels besitzt; einen Toner, wobei das Farbmittel Ruß, Magnetit oder Gemische davon, Cyan, Magenta, Gelb, Blau, Grün, Rot, Orange, Violett, Braun oder Gemische davon ist; einen Toner, der weiter externe Additive aus einem Siliziumdioxidpulver, einem Metalloxidpulver oder Gemischen daraus einschließt; einen Toner, wobei das Metalloxidpulver Titandioxid oder Aluminiumoxid ist; einen Toner, wobei die externen Additive eine SAC × Größe (theoretische Oberflächenbedeckung × primäre Teilchengröße des externen Additivs in Nanometer) von 4000 bis 8000 und genauer von 4500 bis 7200 aufweisen; einen Toner, wobei verschiedene Farben des Toners ein Latentbild auf eine Photorezeptoroberfläche durch Bild-auf-Bild-Verarbeitung unter berührungsloser Hybridentwicklung entwickeln und das entwickelte Bild anschließend auf ein Bildempfangssubstrat übertragen wird; ein Verfahren, umfassend das Bilden verschiedener Farbentwickler durch Mischen eines Trägers mit dem vorstehenden Toner, Bilden eines Latentbildes auf einer Photorezeptoroberfläche, Entwickeln der Bereiche des Latentbildes, die die Farbe Magenta bilden, mit einem Entwickler, der einen Magentafarbtoner enthält, das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Gelb bilden, mit einem Entwickler, der einen Gelbfarbtoner enthält, das Entwickeln der Bereiche des Latentbildes, die die Farbe Cyan bilden, mit einem Entwickler, der einen Cyanfarbtoner enthält, das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Schwarz bilden, mit einem Entwickler, der einen Schwarzfarbtoner enthält und das Übertragen der entwickelten Latentbilder von der Oberfläche des Fotorezeptors auf ein Bildempfangssubstrat; das Verfahren, wobei jede Entwicklung jeweils mit einem berührungslosen Hybridentwicklungsverfahren ausgeführt wird; ein Bilderzeugungsverfahren, bei dem ein Bild mit dem vorstehenden Toner entwickelt wird und wobei das Calciumstearat als Gleitmittel für eine Vorrichtung in einer Maschine dient, die das Bild enthält; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Schmelzfixierwalze ist; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Antragswalze ist; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung ein Photorezeptor ist; ein Verfahren, wobei das Bilderzeugungsverfahren ein xerographisches Verfahren ist; ein Verfahren, wobei das Calcium die Lebensdauer der Vorrichtung verlängert; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Schmelzfixierwalze ist und die Lebensdauer von 800000 bis 2000000 entwickelten Drucken ist; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Schmelzfixierwalze ist und die Lebensdauer von 500000 bis 1000000 entwickelte Drucke ist; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Antragswalze ist und die Lebensdauer von 800000 bis 2000000 Drucke ist; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Antragswalze ist und die Lebensdauer von 500000 bis 1000000 entwickelte Drucke ist; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung ein Photorezeptor ist und die Lebensdauer von 800000 bis 2000000 Drucke ist; ein Verfahren, wobei die Vorrichtung eine Schmelzfixierwalze ist und die Lebensdauer etwa 1000000 entwickelte Drucke ist; ein Verfahren, wobei das Calciumstearat in einer Menge von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent vorliegt; ein Verfahren, wobei das Calciumstearat in einer Menge von 0,5 bis 1 Gewichtsprozent vorliegt; einen Toner, wobei das Calciumstearat in einer Menge von 0,5 bis 3 Gewichtsprozent vorliegt; einen Toner, wobei das Calciumstearat in einer Menge von etwa 1 Gewichtsprozent vorliegt; einen Toner, wobei das Calciumstearat in einer Menge von 1 bis 5 Gewichtsprozent vorliegt; einen Toner, wobei das Calciumstearat ultrafeine Teilchen mit einem Größendurchmesser von 0,2 Mikron bis 5 Mikron umfaßt und das Stearat eine Reinheit von 98 bis 100 Prozent aufweist; einen Toner, wobei das Calciumstearat ultrafeine Teilchen mit einem Größendurchmesser von 0,2 Mikron bis 5 Mikron umfaßt; einen Toner, wobei das Calciumstearat eine Reinheit von 95 bis 100 Prozent aufweist; einen Toner, wobei das Calciumstearat eine Reinheit von etwa 100 Prozent aufweist; einen Toner, wobei das Farbmittel Ruß ist; einen Toner, wobei das Farbmittel ein Cyan ist; einen Toner, wobei das Farbmittel ein Magenta ist; einen Toner, wobei das Farbmittel ein Gelb ist; einen Toner, wobei das Farbmittel Ruß, Cyan, Magenta, Gelb oder Gemische davon ist; einen Toner, wobei das Farbmittel Ruß, Cyan, Gelb, Rot, Blau, Violett, Grün, Orange oder Gemische daraus ist; einen Toner, wobei das Bindemittelharz in einer Menge von 88 bis 93 Gewichtsprozent vorliegt, das Farbmittel in einer Menge von 3 bis 8 Gewichtsprozent vorliegt und das Calciumstearat in einer Menge von 0,25 bis 0,75 Gewichtsprozent vorliegt; einen Toner, wobei das Harz ein Styrolacrylat, ein Styrolmethacrylat oder ein Polyester ist; einen Toner, wobei der Polyester ein Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat) ist; einen Entwickler, der den hierin veranschaulichten Toner und einen Träger umfaßt; einen Entwickler, wobei der Träger ein Ferrit ist; einen Entwickler, wobei der Träger Stahl ist; einen Entwickler, wobei der Träger wenigstens eine Beschichtung enthält; Zweikomponentenentwickler, die ein Magnetträgergranulat mit triboelektrisch daran anhaftenden Tonerteilchen umfassen, wobei die Tonerteilchen zu einem Latentbild angezogen werden und dadurch einer Tonerpulverbild auf der photoleitfähigen Oberfläche bilden, das Tonerpulverbild nachfolgend auf ein Substrat wie Papier übertragen wird und das Tonerpulverbild zu seinem permanenten Schmelzfixieren auf das Substrat in bildweiser Anordnung erhitzt wird; Toner und Entwickler, die Harze, Farbmittel, interne Additive, externe Additive und Calciumstearat als Gleitmittel umfassen und Toner und Entwickler ein, die entwickelte Drucke mit lebhafter, zum Beispiel hoher Chrominanz, verläßlicher Farbwiedergabe und ausgezeichnetem Farbumfang ermöglichen, das heißt, daß zum Beispiel der maximale Farbsatz, der gedruckt werden kann, ein Maßstab für ein xerographisches Vierfarbsystem ist, wobei Voll- und Halbtonflächen gleichförmig und stabil in der Dichte und gleichförmigem Glanz der Farbe sind, die eine genaue, realistische Wiedergabe enthalten, wobei der Text ungeachtet der Fontgröße oder des Fonttyps scharf mit wohldefinierten Kanten ist, im wesentlichen ohne Hintergrundablagerungen und wobei Vollfarben, Halbtöne, Glanz, Illustrationen, Text und Hintergrund über ausgedehnte Zeiträume stabil sind, das heißt keine oder nur minimal wahrnehmbare Veränderung der Bilddichte, Vollfarben- oder Halbtonbildqualitätsmeßwerte wie etwa Marmorierung oder Körnigkeit, Textmeßwerte wie etwa Linienstärke oder Gesamtfarbqualität über längere Zeiträume als typische Produktionsläufe, zum Beispiel 10000 zeigen und wobei die sich daraus ergebenden Drucke im wesentlichen keine Paperwellung zeigen, die Bilder durch Handhabung oder Lagerung, wenn sie zum Beispiel im Kontakt mit Vinyl- oder anderen Dokumentoberflächen aufbewahrt werden, nicht wesentlich beeinträchtigt werden und dergleichen.
Anschauungsbeispiele für Toner- und Entwicklereigenschaften bezüglich einer Anzahl Ausführungsformen der vorliegenden, hierin veranschaulichten Erfindung schließen zum Beispiel Folgendes ein:
A. Tonerteilchengrößenverteilung
Eine kleine Tonergröße, zum Beispiel von 1 bis 25 und genauer von 4 bis 9 Mikron mittlerem Wert des Volumendurchmessers, eine Verringerung der TMA (übertragene Masse je Flächeneinheit), was besonders bei Bild-auf-Bild-Prozeßfarbsystemen wertvoll ist, wodurch Farbtoner geschichtet werden, das heißt, als getrennte Schichten im Kontakt miteinander vorliegen. Eine hohe Tonermasse auf dem Papier gestattet ein Dokumenten-„Gefühl" (anders als die Lithographie), beansprucht den Schmelzfixierbereich und kann die Papierwellung erhöhen. Außerdem kann aufgrund einer Ungleichmäßigkeit der Entwicklungsspannung eine Verschlechterung des Entwicklungsvermögens auftreten, wenn eine zweite oder dritte Tonerschicht auf der ersten Tonerschicht entwickelt wird. Obschon eine kleine durchschnittliche Tonerteilchengröße brauchbar sein kann, sind Ausfallsweisen ermittelt worden, bei denen äußerst kleine Teilchen wie etwa Tonerfeinteilchen eine Belastung sein können, das heißt, sie beeinträchtigen den xerographischen Bereich nachteilig, da sie eine erhöhte Tonerhaftung an Trägerkugeln, Antragswalzen und Photorezeptoren zeigen. Tonerfeinanteile sind auch mit der Entwicklungsinstabilität aufgrund des niedrigeren Wirkungsgrads einer Antragswalzenentwicklung sehr kleiner Teilchen verwandt. Tonerfeinteilchen zeigen eine erhöhte Haftung an dem Photorezeptor, verschlechtern den Übertragungswirkungsgrad und die Gleichförmigkeit. Die Anwesenheit grober Tonerteilchen hängt mit der HSD-Drahtabtastung und Interaktivität zusammen und verschlechtert die Wiedergabe sehr dünner Linien und strukturierter Bilder.
Es ist daher erwünscht, die Tonerteilchengröße zu steuern und die Menge sowohl feiner als auch grober Tonerteilchen zu begrenzen. Eine kleine Tonergröße wird bei der vorliegenden Erfindung gewählt und ist erreichbar, um eine hohe Bildqualität und niedrige Papierwellung zu ermöglichen. Engere Tonergrößenverteilungen mit verhältnismäßig wenig feinen und groben Tonerteilchen sind ebenfalls erwünscht. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzen die fertigen Tonerteilchen zum Beispiel eine durch die wohlbekannte Coulter-Counter-Technik gemessene durchschnittliche Teilchengröße (mittlerer Wert des Volumendurchmessers) von 6,9 bis 7,9 Mikron und genauer von 7,1 bis 7,7 Mikron. Der feine Rand der Tonerverteilung kann auf zum Beispiel nur etwa 30 Prozent (überall Gewichtsprozent) der Zahlenverteilung der Tonerteilchen (der Gesamtzahl Tonerteilchen) mit einer kleineren Größe als 5 Mikron und genauer nur etwa 15 Gewichtsprozent der Zahlenverteilung von Tonerteilchen mit einer kleineren Größe als 5 Mikron gesteuert werden. Der grobe Rand der Verteilung kann auch auf nur etwa 0,7 Prozent der Volumenverteilung von Tonerteilchen mit einer größeren Größe als 12,7 Mikron gesteuert werden. Dies überträgt sich zu einer engen Teilchengrößenverteilung mit einer niedrigeren geometrischen Standardverteilung des Volumenverhältnisses (GSD) von ungefähr 1,23 und einer oberen GSD von ungefähr 1,21. Daher besitzen die Toner der vorliegenden Erfindung in Ausführungsformen eine kleine durchschnittliche Teilchengröße und eine enge Teilchengrößenverteilung.
B. Tonerschmelzrheologie
Wenn sich die Bilderzeugungs- und Druckverarbeitungszeit erhöht, erniedrig sich die Verweilzeit durch den Schmelzfixierer, was zu niedrigeren Temperaturen der Toner-Papier-Grenzfläche führt. Während des Schmelzfixierens können sich die Tonerteilchen bei Temperaturen, die sich mit den Verarbeitungsgeschwindigkeiten der Vorrichtung in Übereinstimmung befinden, vereinigen, fließen und am Substrat (zum Beispiel Papier, Klarsichtfolien) haften. Die Tonerschmelzviskosität bei den Schmelzfixierbedingungen der Vorrichtung kann zum Liefern eines Glanzwerts verwendet werden, während eine zum Verhindern eines Heißabschmierens (Übertragung von Toner auf die Schmelzfixierwalze) der Schmelzfixierwalze genügend hohe Elastizität aufrechterhalten wird. Das Auftreten eines Abschmierens führt zu Druckfehlern und einer Lebensdauerverringerung bei der Schmelzfixierwalze.
Es ist daher erwünscht, ein geeignetes Tonerbindemittelharz zu wählen und seine Schmelzrheologie zu steuern, um eine niedrige Mindestschmelzfixiertemperatur, einen breiten Schmelzfixierbereich und den gewünschten Glanz bei den Betriebsbedingungen des Geräts zu liefern. Es ist weiter erwünscht, ein geeignetes Bindemittelharz zu verwenden, so daß der Toner eine längere Lebensdauer der Schmelzfixierwalze ermöglicht.
Die Funktionalität wird bei den Tonern der vorliegenden Erfindung in Ausführungsformen davon durch die Schmelzrheologie gesteuert, die eine niedrige Mindestschmelzfixiertemperatur, breiten Schmelzfixierbereich und gewünschten Glanz bei den Betriebsbedingungen des Geräts liefert. Die Mindestschmelzfixiertemperatur ist im allgemeinen durch die Mindestfixiertemperatur (MFT) des Schmelzfixiersubsystems (die niedrigste Temperatur des Schmelzfixierens, bei der der Toner auf ein Substrat wie Papier fixiert wird, die durch Falten eines Abschnitts des Papiers mit einem Tonerbild und mengenmäßiges Bestimmen des Ausmaßes bestimmt wird, in dem sich der Toner in der Falte vom Papier trennt) gekennzeichnet. Der Schmelzfixierbereich wird im allgemeinen als Unterschied zwischen der Heißabschmiertemperatur (HOT) (d. h. der höchsten Schmelzfixiertemperatur, die angewendet kann, ohne den Toner auf die Schmelzfixierwalze abschmieren zu lassen, die durch die Anwesenheit auf aktuelle Bilder gedruckter früherer Bilder oder das Versagen des Papiers beim Trennen von der Schmelzfixierwalze bestimmt wird) und der MFT bestimmt. Der Glanzwert der schmelzfixierten Tonerschicht (d. h. der durch Lichtreflexionsmessung des Industriestandards bestimmte Glanz der schmelzfixierten Tonerschicht bei einer vorgegebenen Schmelzfixiertemperatur) hängt auch von der Temperatur ab, bei der der Toner schmelzfixiert wird und kann weiter den Schmelzfixierbereich einschränken, das heißt, falls der Glanzwert des Toners bei einer Temperatur unter der HOT zu hoch wird oder bei einer Temperatur über der MFT zu niedrig wird, dient dieser eingeschränkte Temperaturbereich zum Definieren des Schmelzfixierbereichs.
Das Schmelzrheologieprofil des Toners kann zum Liefern einer niedrigen Mindestschmelzfixiertemperatur und eines breiten Schmelzfixierbereichs optimiert werden. Das Schmelzrheologieprofil des Toners der vorliegenden Erfindung kann in Ausführungsformen davon zum Beispiel eine Viskosität von 3,9 × 10⁴ bis 6,7 × 10⁴ Poise bei einer Temperatur von etwa 97°C, eine Viskosität von 4 × 10³ bis 1,6 × 10⁴ Poise bei einer Temperatur von etwa 116°C und eine Viskosität von 6,1 × 10² bis 5,9 × 10³ Poise bei einer Temperatur von etwa 136°C besitzen. Das Schmelzrheologieprofil des Toners besitzt in Ausführungsformen einen elastischen Modul von 6,6 × 10⁵ bis 2,4 × 10⁶ Dyn je Quadratzentimeter bei einer Temperatur von etwa 97°C ist, einen elastischen Modul von 2,6 × 10⁴ bis 5,9 × 10⁵ Dyn je Quadratzentimeter bei einer Temperatur von etwa 116°C und einen elastischen Modul von 2,7 × 10³ und 3 × 10⁵ Dyn je Quadratzentimeter bei einer Temperatur von etwa 136°C. Sowohl der Viskositäts- als auch elastische Modul werden durch Messungen mittels eines mechanischen Standardspektrometers mit 40 rad je Sekunde bestimmt. Ein Alternativverfahren des Charakterisierens der Tonerrheologie ist durch Messung des Schmelzflußindexes (MFI), der zum Beispiel das Gewicht eines Toners (in Gramm) ist, der durch eine Öffnung der Länge L und des Durchmessers D in einem Zeitraum von 10 Minuten bei einer festgelegten ausgeübten Belastung hindurchtritt. Das Schmelzrheologieprofil des Toners der vorliegenden Erfindung ist zum Beispiel 1 bis 25 Gramm je 10 Minuten und vorzugsweise 6 bis 14 Gramm je 10 Minuten bei einer Temperatur von etwa 117°C unter einer ausgeübten Belastung von etwa 2,16 Kilogramm bei einem L/D-Verhältnis der Düse von 3,8. Dieser Bereich des Schmelzrheologieprofils kann in Ausführungsformen eine Mindestfixierung, geeigneten Glanz und das gewünschte Heißabschmierverhalten liefern und dadurch zum Beispiel eine lange Lebensdauer der Schmelzfixierwalze ermöglichen.
C. Tonerlagerung/Vinyl- und Dokumentenabschmieren
Es ist bekannt, daß das Tonerblockieren durch die Glasübergangstemperatur (Tg) des Tonerbindemittelharzes beeinflußt werden kann. Die Harz-Tg steht zum Beispiel direkt mit seiner chemischen Zusammensetzung und Molekulargewichtsverteilung im Zusammenhang. Ein Tonerharz sollte so gewählt werden, daß bei typischen Lagertemperaturen oder einem niedrigeren Tg-Wert kein Blockieren wahrgenommen wird. Die Mindestschmelzfixiertemperatur und der Glanz sollten ebenfalls erfüllt sein, was in dem Ausmaß, in dem sie die Schmelzrheologie beeinflussen, die Obergrenze der Tg veranschaulichen kann. Die Anwendung von Oberflächenadditiven erhöht weiter die Tonerblockiertemperatur über die hinaus, die durch den Glasübergang des Tonerbindemittelharzes veranschaulicht wird.
Nachdem Dokumente erzeugt worden sind, können sie im Kontakt mit Vinyloberflächen wie sie etwa bei Ordnern und Dreiringmappen verwendet werden, oder im Kontakt mit der Oberfläche anderer Dokumente verwendet werden. Gelegentlich haften fertige Dokumente an und schmieren auf diese Oberflächen ab, was zu einer Bildverschlechterung führt. Dies ist im Fall eines Abschmierens auf Vinyloberflächen als Vinylabschmieren oder im Fall eines Abschmierens auf andere Dokumente als Dokumentenabschmieren bekannt. Einige Tonerbindemittelharze sind für dieses Phänomen anfälliger als andere. Die chemische Zusammensetzung des Tonerbindemittelharzes und der Zusatz gewisser Bestandteile kann das Vinyl- und Dokumentenabschmieren auf ein Mindestmaß zurückführen oder verhindern.
Es ist daher erwünscht, ein Tonerbindemittelharz mit einer chemischen Zusammensetzung zu wählen, die das Vinyl- und Dokumentenabschmieren verhindert oder auf ein Mindestmaß zurückführt und einen geeigneten Bereich der Glasübergangstemperatur besitzt, um das Tonerblockieren während der Lagerung zu verhindern, ohne die Schmelzfixiereigenschaften negativ zu beeinflussen.
Zum Verhindern des Blockierens bei typischen Lagertemperaturen, aber noch immer die Mindestschmelzfixiertemperatur einzuhalten, sollte ein Harz mit einer Tg (Glasübergangstemperatur) im Bereich von zum Beispiel 52°C bis 64°C gewählt werden.
D. Tonerfarbe
Die Wahl von Farbmitteln sollte die Wiedergabe eines höheren Prozentsatzes von PANTONE^®-Standardfarben ermöglichen, als er typischerweise bei der Vierfarbenxerographie verfügbar ist. Die Messung der Farbskala kann zum Beispiel durch die CIE-Spezifikationen (Commission International de I'Éclairage) beschrieben werden, die gemeinhin als CIELab bezeichnet werden, wobei L*, a* und b* die modifizierten, entgegengesetzten Farbkoordinaten sind, die einen dreidimensionalen Raum bilden, wobei L* die Helligkeit einer Farbe beschreibt, a* näherungsweise die Rotheit beschreibt und b* näherungsweise die Gelbheit einer Farbe beschreibt. Die Chrominanz C* ist weiter als die Farbsättigung definiert und ist die Quadratwurzel der Summe der Quadrate von a* und b*. Bei jedem Toner sollte die Chrominanz (C*) über den gesamten Bereich der Tonermasse auf dem Papier maximiert sein. Die Pigmentkonzentration sollte so gewählt werden, daß die höchste Helligkeit (L*) der gewünschten Tonermasse auf dem Substrat entspricht. Alle diese Parameter werden mit einem zum Beispiel von der X-Rite Corporation erhaltenen Standardindustriespektrometer gemessen.
Es ist deshalb erwünscht, Tonerfarbmittel zu wählen, die beim Kombinieren auf dem sich daraus ergebenden Druck einen breiten Satz Farben, das heißt, den breitesten möglichen, im CIELAB-Koordinatensystem beschriebenen Farbraum abdecken, mit der Fähigkeit liefern, gewünschte Abbildungen, Vollfarben, Halbtöne und Text genau wieder zugeben.
E. Tonerfluß
Es ist bekannt, daß die Tonerkohäsion nachteilige Wirkungen auf die Tonerhandhabung und -verteilung besitzen kann. Toner mit einer mit zum Beispiel dem hierin veranschaulichten Verfahren gemessenen, übermäßig hohen Kohäsion von zum Beispiel 70% bis 100% kann eine „Brückenbildung" zeigen, die frischen Toner daran hindert, dem Entwicklermischsystem wirkungsvoll zugesetzt zu werden. Umgekehrt können Toner mit einer sehr niedrigen Kohäsion von zum Beispiel 0 bis 10% zu Schwierigkeiten beim Steuern der Tonerverteilungsraten und Tonerkonzentration führen und können zu übermäßigem Schmutz im Gerät führen. Außerdem werden bei dem HSD-System Tonerteilchen erst von einer Magnetbürste auf zwei Antragswalzen entwickelt. Der Tonerfluß sollte so sein, daß die HSD-Drähte und elektrischen Entwicklungsfelder zum Bewältigen der Tonerhaftung an der Antragswalze ausreichend sind und eine angemessene Bildentwicklung auf den Photorezeptor ermöglichen. Nach der Entwicklung auf den Photorezeptor sollten die Tonerteilchen in der Lage sein, leicht und vollständig vom Photorezeptor zum Substrat übertragen zu werden.
Es ist daher erwünscht, die Tonerfließeigenschaften maßzuschneidern, um sowohl die Kohäsion von Teilchen zueinander als auch die Haftung von Teilchen an Oberflächen wie etwa den Antragswalzen und dem Photorezeptor auf ein Mindestmaß zurückzuführen. Dies liefert aufgrund der hohen und stabilen Entwicklung und hohen und gleichförmigen Übertragung zuverlässige Bilder.
Die Tonerfließeigenschaften sollten somit sowohl die Kohäsion von Teilen zueinander als auch das Haften von Teilchen an Oberflächen wie etwa den Antragswalzen und dem Photorezeptor auf ein Mindestmaß zurückführen. Die Tonerfließeigenschaften können bequem durch Messen der Tonerkohäsion durch zum Beispiel Aufbringen einer bekannten Tonermasse, zum Beispiel zwei Gramm, oben auf einen Satz aus drei Sieben mit Maschenweiten von zum Beispiel etwa 53 Mikron, etwa 45 Mikron und etwa 38 Mikron in der Reihenfolge von oben nach unten und Rütteln der Siebe und des Toners über einen festgelegten Zeitraum mit einer festgelegten Rüttelamplitude von zum Beispiel etwa 90 Sekunden mit einer Rüttelamplitude von 1 mm größenmäßig bestimmt werden. Eine Vorrichtung zum Ausführen dieser Messung ist ein von Micron Powders Systems erhältlicher Hosokawa Powders Tester. Der Tonerkohäsionswert steht mit der auf jedem Sieb nach dem Ende des Zeitraums verbleibenden Tonermenge in Beziehung. Einem Kohäsions wert von 100% entspricht, daß aller Toner auf dem obersten Sieb nach dem Ende des Rüttelns zurückbleibt und einem Kohäsionswert von null entspricht, daß aller Toner durch alle drei Siebe hindurchgeht, das heißt, kein Toner am Ende des Rüttelschritts auf einem der drei Siebe zurückbleibt. Je höher der Kohäsionswert ist, desto geringer ist das Fließvermögen des Toners. Das Zurückführen der Tonerkohäsion und -haftung auf ein Mindestmaß liefert eine hohe und stabile Entwicklung und eine hohe und gleichförmige Übertragung. Viele Additivkombinationen können ein angemessenes anfängliches Fließen liefern, das die Entwicklung und Übertragung in HSD-Systemen erlaubt. Ferner ermöglichen hohe Konzentrationen verhältnismäßig großer, externer Oberflächenadditive eine stabile Entwicklung und Übertragung über einen Bereich der Oberflächenbedekkung und Länge des Auftragablaufs.
F. Tonerladung
Tonerladungsverteilungen korrelieren mit dem Leistungsverhalten der Entwicklung und Übertragung (einschließlich des Übertragungswirkungsgrads und -gleichmäßigkeit). Druckqualitätsmerkmale, die durch die Tonerladungshöhe beeinflußt werden, schließen die Gesamttextqualität (insbesondere die Fähigkeit zur Widergabe feiner Serifen), Linienzuwachs/-schrumpfung, Halo (ein weißer Bereich an der Grenzfläche zweier Farben, der auch sichtbar ist, wenn Text in einen gefüllten Hintergrund eingebettet ist), Interaktivität (Toner einer Farbe, der am Entwicklungsvorgang einer anderen Farbe beteiligt ist, zum Beispiel dadurch, daß er von der bedruckten Fläche einer ersten Farbe abgefangen wird und in der bedruckten Fläche einer zweiten Farbe erneut entwickelt wird), Hintergrund und Lichter/Schatten-Kontrast (TRC) ein. Bei niedriger Tonerladung festgestellte Ausfallsarten schließen eine positive Linienschrumpfung, negativen Linienzuwachs, Halo, Interaktivität, Hintergrund, schlechte Text-/Serifenqualität, schlechten Lichterkontrast und Geräteschmutz ein. Mit hoher Tonerladung verbundene Probleme schließen niedrige Entwicklung, niedrigen Übertragungswirkungsgrad (hohe Restmasse je Flächeneinheit), schlechten Schattenkontrast und Interaktivität ein.
Außer dem Maßschneidern der durchschnittlichen Tonerladungshöhe sollte die Ladungsverteilung keine übermäßigen Mengen hoher oder niedriger (insbesondere entgegengesetzter Polarität) Tonerladung enthalten. HSD kann gegenüber Toner mit niedriger Ladung empfindlich sein, da aller Toner, der den Photorezeptor erreicht (sowohl Bild als auch Hintergrund), während des Verfahrens wieder aufgeladen wird. Toner mit niedriger Ladung (und Toner der entgegengesetzten Polarität) wird eher im Bereich des Hintergrunds entwickelt und kann nach dem erneuten Aufladen auf den Druck übertragen wer den. Toner mit niedriger Ladung trägt auch zur Ablagerung von Toner auf der Oberfläche der Drähte bei, die sich bei einem HSD-Entwicklungssystem zwischen der Antragswalze und dem Photorezeptor befinden, was eine (räumlich und zeitlich) unterschiedliche Entwicklung verursachen kann, die zu merklichen Fehlern bei der Bildqualität, einem Drahtentwicklung genannten Zustand führen. Die Verteilung sollte auch keine übermäßigen Mengen Toner mit hoher Ladung enthalten, da dies das Entwicklungsvermögen und Übertragung verringert.
Außerdem sollten die Tonerladungshöhe und Tonerladungsverteilung über einen breiten Bereich der Oberflächenbedeckung (AC) und Länge des Auftragsablaufs aufrechterhalten werden. Da eine für die vorliegende Erfindung ausgewählte Vorrichtung in Ausführungsformen eine Vollfarbenmaschine oder ein Offsetgerät sein kann, können die AC und Länge des Auftragsablaufs über einen breiten Bereich schwanken. Druckaufträge wie etwa Jahresberichte enthalten vorwiegend schwarzen Text, wobei Cyan, Magenta und Gelb überwiegend nur für „Sonderfarben"-anwendungen wie etwa Logos, Diagramme und Graphiken verwendet werden. Bei Vollfarbillustrationen kann der Auftrag von sehr hellen Pastelltönen mit hauptsächlich Cyan, Magenta und Gelb und sehr wenig Schwarz bis zu dunklen, reichhaltigen Farben mit starker Verwendung von Cyan, Magenta und Gelb reichen. Unter einigen Umständen wird Schwarz als Ersatz für gleichwertige Mengen Cyan, Magenta und Gelb verwendet, um die Gesamttonerschichtdicke zu verringern. Jede der Farben Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz weist eine einzigartige Kombination der AC auf. Die Tonerladungshöhe und -verteilung können auf der Grundlage der entsprechenden durchschnittlichen Verweilzeit eines Toners in dem Gehäuse nicht schwanken (d. h. hohe AC = niedrige Verweilzeit mit einer Menge Tonerumsatz in dem Gehäuse; umgekehrt niedrige AC = hohe Verweilzeit).
Es ist erwünscht, daß frisch zugesetzter Toner rasch Ladung auf denselben Wert wie der bereits in dem Entwickler vorliegende Toner gewinnt oder es können zwei verschiedene Situationen auftreten. Wenn frisch zugesetzter Toner nicht rasch auf die Höhe des Toners aufgeladen wird, der sich bereits in dem Entwickler befindet, tritt eine als „langsames Zumischen" bekannte Situation auf. Die Verteilungen können bimodaler Natur sein, was bedeutet, daß zwei verschiedener Ladungshöhen nebeneinander in dem Entwicklungssystem vorliegen. In extremen Fällen kann frisch zugefügter Toner, der noch keine Ladung aufweist, für die Entwicklung auf den Photorezeptor zur Verfügung stehen. Wenn umgekehrt frisch zugesetzter Toner auf einen höheren Wert, als der des Toners, der sich bereits in dem Entwickler befindet, aufgeladen wird, tritt ein als „Durchladen" bekanntes Phänomen auf, das ebenfalls durch eine bimodale Verteilung gekennzeichnet ist, das heißt, der bereits vorhandene Toner ist der Toner mit der niedrigeren Ladung oder entgegengesetzten Polarität (oder Toner der vor der Zugabe frischen Toners in dem Entwickler vorhanden ist). Die Ausfallweisen sowohl beim langsamen Zumischen als auch Durchladen sind dieselben wie die bei dem vorstehenden niedrig geladenen Tonerzustand, vor allem Hintergrund und Schmutz im Gerät, Drahtverlauf, Interaktivität und schlechte Textqualität.
Es ist daher erwünscht Toner- und Entwicklermaterialien mit einer durchschnittlichen Tonerladungshöhe zu entwickeln, der die Ausfallsweisen sowohl einer zu hohen als auch zu niedrigen Tonerladung vermeidet. Dies wahrt sowohl die Entwicklung von Vollfarben, Halbtönen, feinen Linien und Text als auch die Verhinderung eines Hintergrunds und Bildverunreinigung. Die Verteilung der Tonerladungshöhe sollte ausreichend eng sein, so daß die Ausläufer der Verteilung die Bildqualität nicht nachteilig beeinflussen (d. h. die niedrige Ladungspopulation ist nicht von einer ausreichenden Größenordnung, um die Bildqualitätseigenschaften, von den bekannt ist, daß sie mit einer niedrigen Tonerladungshöhe in Beziehung stehen, zu verschlechtern). Die Tonerladungshöhe und -verteilung sollte über den gesamten Bereich der Betriebsarten des Kunden (Länge des Auftragsablaufs und AC) aufrechterhalten werden.
Eine hohe durchschnittliche Tonerladung und enge Ladungsverteilungen sind bei der vorliegenden Erfindung unter allen Betriebsbedingungen (Flächendeckung und Länge des Auftragsablaufs) wertvoll. Bei der Erfindung werden die nachstehend erörterten, geeigneten Additive zum Ermöglichen einer hohen Tonerladung und Ladungsstabilität gewählt.
Die Ladung eines Toners kann zum Beispiel entweder als Ladung zu Teilchenmasse, Q/M, in μC/g oder Ladung/Teilchendurchmesser, Q/D, in fC/μm nach dem triboelektrischen Kontakt des Toners mit Trägerteilchen veranschaulicht werden. Die Messung von Q/M wird durch die wohlbekannte Faradaykäfigtechnik bewerkstelligt. Die Messung des Mittels von Q/D der Tonerteilchen kann mittels einer in der Technik wohlbekannten Ladungsspektrographenapparatur abgeschlossen werden. Der Spektrograph wird zum Messen der Verteilung der Tonerteilchenladung (Q in fC) bezüglich des gemessenen Tonerdurchmessers (D in μm) verwendet. Das Meßergebnis wird als prozentuale Teilchenfrequenz (auf der Ordinate) des Q/D-Verhältnisses zu dem als fC/10 μm ausgedrückten Q/D-Verhältnis (auf der Abszisse) ausgedrückt. Die Frequenzverteilung über den Q/D-Wert nimmt oft die Form einer Gauss- oder Lorentz-Verteilung mit einer Peakposition (am wahrscheinlichsten Q/D-Wert) und Peakbreite (gekennzeichnet zum Beispiel durch die Peakbreite in fC/μm bei einem Frequenzwert von der Hälfte des Peakwerts) an. Aus dieser vollständigen Verteilung kann ein durchschnittlicher Q/D-Wert berechnet werden. Unter gewissen Umständen umfaßt die Frequenzverteilung zwei oder mehr getrennte Peaks wie bei dem hierin veranschaulichten Verhalten des langsamen Durchmischens und der Durchladung.
Zum Erreichen der Druckqualität zur Verwendung in einer HSD-Entwicklerapparatur sollte Q/D der Tonerteilchen in Ausführungsformen einen Mittelwert von zum Beispiel –0,1 bis –1 fC/μm und vorzugsweise von –0,5 bis –1 fC/μm besitzen. Diese Ladung sollte über den Entwicklungsvorgang stabil bleiben, um die Stetigkeit bei der Reichhaltigkeit der unter Verwenden des Toners erhaltenen Bilder sicherzustellen. So sollte die Tonerladung eine Änderung des durchschnittlichen Q/D-Werts von zum Beispiel 0 bis 0,25 fC/μm zeigen. Die durch einen Ladungsspektrographen des Toners gemessene Ladungsverteilung des Toners sollte eng sein, das heißt eine Peakbreite von weniger als 0,5 fC/μm und vorzugsweise weniger als 0,3 fC/μm wie etwa 0,05 bis 2 besitzen und unimodal sein, das heißt zum Beispiel nur einen einzelnen Peak in der Frequenzverteilung besitzen, was die Anwesenheit keines oder sehr wenigen niedrig geladenen Toners (zu wenig Ladung für eine ausreichend starke Coulomb-Anziehung) und Toner falschen Vorzeichens anzeigt. Der niedrig geladene Toner sollte nicht mehr als zum Beispiel 6% des gesamten Toners, genauer nicht mehr als 2% umfassen, während der Toner falschen Vorzeichens nicht mehr als zum Beispiel 3% des gesamten Toners, genauer nicht mehr als 1 % umfassen sollte.
Beim Anwenden der wohlbekannten, komplementären Faradaykäfigmessung zum Erreichen der hierin veranschaulichten Druckqualität beim Verwenden einer HSD-Entwicklerapparatur in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollte der Toner ferner zum Beispiel einen triboelektrischen Wert von zum Beispiel –25 bis –70 μC/Gramm, genauer –30 bis –60 μC/Gramm zeigen. Die Tribo sollte stabil sein und höchstens zum Beispiel 0 bis 15 μC/Gramm und genauer nicht mehr als 0 bis 8 μC/Gramm schwanken.
Die Druckqualitätseigenschaften bei einem HSD-Produkt übertragen sich zu den hierin veranschaulichten funktionellen Tonereigenschaften. In Ausführungsformen sind die funktionellen Eigenschaften oder die Funktionalität in den Tonern mit dem Ziel des Erreichens der vielen Druckqualitätsanforderungen ausgelegt. Vier verschiedene Farbtoner, Cyan (C), Magenta (M), Gelb (Y) und Schwarz (K) werden typischerweise beim Entwickeln von Vollfarbbildern verwendet (obschon andere Farbtoner ebenfalls verwendet werden können). Jeder dieser Farbtoner in der vorliegenden Erfindung umfaßt vorzugsweise ein Harzbindemittel, geeignete Farbmittel und eine Additivpackung, die ein oder mehr Additive umfaßt. Zur Verwendung zum Herstellen von Tonern der Erfindung geeignete und bevorzugte Materialien, die die hierin veranschaulichten Eigenschaften besitzen, werden nun erörtert. Die zum Erreichen der hierin veranschaulichten funktionellen Eigenschaften verwendeten speziellen Formulierungen sollten jedoch nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend angesehen werden.
G. Entwicklerladung
Die Entwicklerladung korreliert mit dem Leistungsverhalten der Entwicklung und Übertragung (einschließlich des Übertragungswirkungsgrads und der Gleichförmigkeit) ähnlich wie die Tonerladung des Toners (Eigenschaft F) hierin veranschaulicht ist.
Es ist daher erwünscht, Toner- und Entwicklermaterialien zu entwickeln, die eine durchschnittliche Tonerladungshöhe besitzen, die Ausfallsweisen sowohl einer zu hohen als auch zu niedrigen Tonerladung, zum Beispiel von 55 bis 75 μg/Gramm bei hoch und von 10 bis 25 μC/Gramm bei niedrig vermeiden. Dies bewahrt die Entwicklung sowohl von Vollfarben, Halbtönen, feinen Linien und Text als auch die Verhinderung eines Hintergrunds und einer Bildverunreinigung. Die Verteilung von Entwickler- und Tonerladungshöhe sollte ausreichend niedrig sein, so daß die Ausläufer der Verteilung die Bildqualität nicht nachteilig beeinflussen (d. h. die niedrige Ladungspopulation ist nicht von einer ausreichenden Größenordnung, um die Bildqualitätseigenschaften, von den bekannt ist, daß sie mit einer niedrigen Tonerladungshöhe in Beziehung stehen, zu verschlechtern). Entwickler- und Tonerladungshöhe und -verteilung sollten über den gesamten Bereich der Betriebsarten des Kunden (Länge des Auftragsablaufs und AC) aufrechterhalten werden.
Wie bei der Situation der Tonerladung (Abschnitt F) kann die Ladung eines Toners in dem Entwickler entweder durch die Ladung zur Teilchenmasse, Q/M, in μC/Gramm, oder Ladung/Teilchendurchmesser, Q/D, in fC/μm, nach dem triboelektrischen Kontakt des Toners mit Trägerteilchen veranschaulicht werden. Die Messung von Q/M wird durch das bekannte Faradaykäfigverfahren bewerkstelligt. Die Messung des durchschnittlichen Q/D der Tonerteilchen und die vollständige Verteilung der Q/D-Werte kann mittels der bekannten Ladungsspektrographenapparatur bewerkstelligt werden. Zum Erreichen der hierin veranschaulichten Druckqualität beim Verwenden in einer HSD-Entwicklerapparatur in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollte Q/D der Tonerteilchen in dem Entwickler einen Durchschnittswert von zum Beispiel –0,1 bis –1 fC/μm und genauer von –0,5 bis –1 fC/μm besitzen. Diese Ladung sollte während des Entwicklungsvorgangs stabil bleiben, um eine Stetigkeit bei der Reichhaltigkeit der unter Verwenden des Toners erhaltenen Bilder sicherzustellen. So sollte die Tonerladung eine Änderung des Q/D-Mittelwerts von zum Beispiel 0 bis 0,25 fC/μm zeigen. Die durch einen Ladungsspektrographen gemessene Ladungsverteilung des Toners im Entwickler sollte eng sein, das heißt eine Peakbreite von weniger als zum Beispiel 0,5 fC/μm und genauer weniger als 0,3 fC/μm, wie etwa von 0,05 bis 0,25 besitzen und unimodal sein, das heißt nur einen einzigen Peak in der Frequenzverteilung besitzen, was die Anwesenheit keines oder sehr wenig niedrig geladenen Toners (zu wenig Ladung für eine ausreichend starke Coulomb-Anziehung) und Toner falschen Vorzeichens anzeigt. Der niedrig geladene Toner sollte zum Beispiel etwa 15% der Gesamtzahl der Tonerteilchen und genauer etwa 6% des gesamten Toners und noch genauer nicht mehr als 2% umfassen, während der Toner falschen Vorzeichens nicht mehr als zum Beispiel 5% der Gesamtzahl der Tonerteilchen, genauer nicht mehr als 3% des gesamten Toners und noch genauer nicht mehr als 1 % umfassen sollte. Beim Anwenden der bekannten Faradaykäfigmessung sollte der Toner in dem Entwickler in Ausführungsformen einen triboelektrischen Wert von zum Beispiel –25 bis –70 μC/Gramm und genauer –35 bis –60 μC/Gramm besitzen. Die Tribo sollte in Ausführungsformen stabil sein, wobei sie zum Beispiel 0 bis 15 μC/Gramm, genauer nicht mehr als 0 bis 8 μC/Gramm während der Entwicklung mit dem Toner, zum Beispiel während der Entwicklung in einem HSD-System schwankt.
Der Trägerkern und Überzug und die Toneradditive werden ausgewählt, um zum Beispiel eine hohe Entwicklerladung, das heißt von 30 bis 50 μC/Gramm, und Ladungsstabilität, das heißt eine Abweichung von 0 bis 15 μC/Gramm von der Durchschnittsladungshöhe zu ermöglichen, wenn die Druckzahl, Tonerkonzentration oder anderes Systemrauschen verändert werden. Die Verarbeitungsbedingungen des Trägers und die Gehalte der ausgewählten Toneradditive können zum Beeinflussen der Entwickleraufladungshöhe kontrolliert werden.
H. Entwicklerleitfähigkeit
Ein berührungsloses Hybridentwicklungssystem umfaßt zum Beispiel eine Magnetbürste eines herkömmlichen Zweikomponentensystems in Verbindung mit einer bei typischen Einkomponentensystemen verwendeten Antragswalze zum Übertragen von Toner von der Magnetbürste zur Photorezeptoroberfläche. Als Ergebnis sollte die Antragswalze bei gerade einer Umdrehung vollständig neu beladen sein. Das Unvermögen, die Antragswalze bei einer Umdrehung vollständig neu zu beladen, kann zu einem Neuladung genannten Druckqualitätsfehler führen. Dieser Fehler ist bei Drucken als gefüllte Flächen zu erkennen, die bei nachfolgenden Umdrehungen der Antragswalze heller werden oder wahlweise falls die Struktur eines Bilds bei einer Umdrehung der Antragswalze auf dem Bild sichtbar ist, das durch die Antragswalze bei ihrer nächsten Umdrehung gedruckt wird, ein als Geisterbild bekanntes Phänomen. Hochleitfähige Entwickler helfen bei der Verringerung dieses Effekts. Die leitfähigeren Entwickler erlauben ein Höchstmaß an Tonerübertragung von der Magnetbürste auf die Antragswalze. Es ist daher erwünscht, Entwicklermaterialien auszuwählen, die, wenn sie kombiniert werden, zum Neubeladen der Antragswalze bei einer einzigen Umdrehung leitfähig genug sind.
Die Leitfähigkeit des Entwicklers wird hauptsächlich durch die Trägerleitfähigkeit gesteuert. Zum Erzielen eines geeigneten, leitfähigen Trägers können elektrisch leitfähige Trägerkerne, zum Beispiel atomisierte Stahlkerne mit Teilbeschichtungen aus elektrisch isolierenden Polymeren ausgewählt werden, um ein Ausmaß an freiliegenden Trägerkernen zu erlauben; leitfähige Polymerbeschichtungen sind ebenfalls möglich. Außerdem stellen unregelmäßig geformte Trägerteilchen Täler bereit, in die die Polymerbeschichtung unter Hinterlassen freiliegender rauher Stellen für leitfähigere Entwickler fließen kann. Unregelmäßig geformte Trägerkerne dienen auch dazu, Tonerteilchen zu erlauben, mit der Oberfläche des Trägerkerns in den Tälern in Kontakt zu treten, um den Toner mit Ladung zu versehen, während der Kontakt zwischen den unbeschichteten rauhen Stellen des Trägers, der die Gesamtentwicklerleitfähigkeit liefert, nicht gestört wird. Der Zusatz von Zinkstearat zu der Toneradditivpackung ist ferner bei der Schmierung des Trägers und Toners behilflich, wodurch die Zahl der Kontakte zwischen dem Träger und den Tonerteilchen erhöht wird.
Genauer ist die Leitfähigkeit des Entwicklers zum Beispiel 10^–11 bis 10^–15 (Ohm-cm)^–1 bei einer Tonerkonzentration von 3,5 bis 5,5 Gewichtsprozent, gemessen zum Beispiel entlang einer Magnetbürste von 0,1 Zoll bei einem angelegten Potential von 30 Volt. Bei einer Tonerkonzentration von 0 bis 0,5%, das heißt einem nackten Träger oder Träger, der nur eine geringe Menge Resttoner auf der Oberfläche aufweist, weist der Träger eine unter denselben Bedingungen gemessene Leitfähigkeit von 10^–8 bis 10^–12 (Ohm-cm)^–1 auf.
I. Entwickler-Toner-Konzentration
Der Tonerkonzentrationswert steht mit dem ausgewählten Gerät in Beziehung. Es ist daher von Bedeutung, einen Entwickler zu mischen, der die gewünschte Tonerkonzentration erreicht und die Tonerkonzentration auf den gewünschten Wert zu steuern.
Genauer ist die Tonerkonzentration zum Beispiel 1 bis 6% und genauer 3,5 bis 5,5 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts des Entwicklers.
J. Chrominanzverschiebung
Die Toner sollten die zum Ermöglichen einer breiten Farbskala geeigneten Farbeigenschaften besitzen. Die Wahl von Farbmitteln kann die Wiedergabe eines höheren Prozentsatzes von PANTONE^®-Standardfarben ermöglichen, als sie typischerweise bei der Vierfarbxerographie zur Verfügung stehen. Bei jedem Toner sollte die Chrominanz (C*) maximiert werden und die Farbe sollte bezüglich der geforderten Farbe genau bleiben. Materialien in dem Entwicklergehäuse können bewirken, daß sich die Farbe des Toners als Funktion des Entwickleralters, Druckflächenabdeckung oder anderer Gerätebetriebsbedingungen verschiebt, was als Unterschied zwischen der Zielfarbe und der tatsächlichen Farbe, genauer als ΔE_CMC (wobei CMC für Color Measurement Committee of the Society of Dyers and Colorists steht) gemessen wird, was die Farbänderung in dem dreidimensionalen, in Abschnitt D definierten L*a*b*-CIELAB-Raum berechnet. Der Träger kann zur Farbabweichung oder Chrominanzverschiebung beitragen, kann aber nur eine Verschiebung von etwa ± 1/3 ΔE_CMS-Einheiten bewirken. Es ist daher bei Ausführungsformen von Bedeutung, Trägerkerne und Trägerkernbeschichtungen zu wählen, die nicht wesentlich zur Chrominanzverschiebung des Toners als Funktion des Entwicklerzustands beitragen.
Trägerkern und Beschichtungspolymere sollten so gewählt werden, daß sie leicht gefärbt oder farblos sind und gegenüber dem in dem Entwicklergehäuse erfahrenen Abrieb mechanisch beständig sind. Dies führt die Änderung des Leistungsverhaltens bei ΔE_CMC auf ein Mindestmaß zurück, falls die Trägerbeschichtung abgerieben wird. Das Beschichtungspolymer und der Kern sollten auch gegenüber mechanischer Abnutzung, die in dem Entwicklergehäuse erfahren wird, widerstandsfähig sein. Die Beständigkeit des Beschichtungspolymers erlaubt die Verwendung dunkler gefärbter Additive, die in der Trägerschicht ohne das Risiko einer Chrominanzverschiebung benützt werden können.
Genauer ist ΔE_CMC zum Beispiel von höchstens zum Beispiel 0 bis 0,60 und genauer von höchstens zum Beispiel 0 bis 0,30.
K. Trägergrößenverteilung
Bei Ausführungsformen ist es erwünscht, eine kleinere Trägergröße auszuwählen, um ein Volumenmittel des Trägerdurchmessers zum Volumenmittel des Tonerdurchmessers von etwa 10:1 aufrecht zu erhalten, wobei das Volumenmittel des Toners durch die bekannte Coulter-Counter-Technik bestimmt wird und das Volumenmittel des Trägerdurchmessers durch bekannte Laserbeugungstechniken bestimmt wird. Dieses Verhältnis ermöglicht eine TC₀ (Tonerkonzentration) von etwa 1, überträgt sich auf eine größere Triboempfindlichkeit gegenüber der Tonerkonzentration und erlaubt einem Gerätekontrollsystem das Verwenden der Tonerkonzentration als Mittel zur Abstimmung der Tribo in dem Gehäuse. Ferner ist das Aufrechterhalten eines niedrigen Wertes Tonerfeinteile in dem Träger zum Verhindern eines Kugelübertrags auf die entwickelten Drucke von Bedeutung, was im allgemeinen zu einem als trümmerzentrierten (DCD) bekannten Druckqualitätsfehler führt.
Bei Ausführungsformen und hauptsächlich im Hinblick auf die kleine Tonergröße, zum Beispiel von 4 bis 9 Mikron (Volumenmittels des Durchmessers), ist es erwünscht, auch eine kleinere Größe der Trägergröße zu wählen, um zum Beispiel ein Verhältnis des Volumenmittels des Trägerdurchmessers zum Volumenmittel des Tonerdurchmessers von ungefähr 10:1 aufrecht zu erhalten. Die Trägerteilchen sollten somit eine durchschnittliche Teilchengröße (Durchmesser) von zum Beispiel 65 bis 90 Mikron und vorzugsweise von 70 bis 84 Mikron aufweisen. Der feine Rand der Trägerverteilung, das heißt der Gewichtsprozentsatz der Träger, die einen Durchmesser von weniger als etwa der Hälfte der durchschnittlichen Teilchengröße aufweisen, kann so gesteuert werden, daß nur etwa 2% der Gewichtsverteilung eine Größe von 100 Nanometer bis 38 Mikron aufweisen.
Außerdem sollte der Entwickler ein gleichbleibendes und stabiles Entwicklungsvermögen, zum Beispiel eine stabile entwickelte Tonermasse je Flächeneinheit (DMA) auf dem Photorezeptor mit einem Ziel im Bereich von 0,4 bis 1 mg/cm² zeigen, direkt durch Entfernen des Toners in einem vorgegebenen Bereich von dem Photorezeptor und nachfolgendes Wiegen gemessen oder indirekt durch eine kalibrierte Refexionsmessung von dem Photorezeptor bei den Betriebsspannungen des Entwicklungsgeräts (zum Beispiel bei einer Drahtspannung von 200 V in einem HSD-Entwicklungsgerät) und einer Abweichung der DMA vom Zielwert von höchstens 0,4 mg/cm², genauer höchstens 0,2 mg/cm² bestimmt. Der Entwickler muß auch bei sehr wenig Resttoner auf der Photorezeptorober fläche nach der Übertragung einen hohen Wirkungsgrad der Übertragung auf das Bildempfangssubstrat zeigen.
Veranschaulichende Beispiele von Trägerteilchen, die zum Mischen mit dem Toner ausgewählt werden können, schließen die Teilchen ein, die triboelektrisch eine Ladung der der Tonerteilchen entgegengesetzten Polarität erhalten können. Veranschaulichende Beispiele geeigneter Trägerteilchen schließen granulatförmiges Zirkonium, granulatförmiges Silizium, Glas, Stahl, Nickel, Ferrite, Eisenferrite, Siliziumdioxid und dergleichen ein. Außerdem können als Trägerteilchen im US-Patent 3 847 604 offenbarte Nickelbeerenträger ausgewählt werden, die kugelförmige Trägerperlen aus Nickel umfassen, gekennzeichnet durch Oberflächen aus wiederkehrenden Rücksprüngen und Vorwölbungen, wodurch Teilchen mit einer verhältnismäßig großen äußeren Oberfläche bereitgestellt werden. Andere Träger werden in den US-Patenten 4 937 166 und 4 935 326 offenbart. In Ausführungsformen umfaßt der Trägerkern atomisierten Stahl, der zum Beispiel von Hoeganaes Corporation im Handel erhältlich ist.
Die ausgewählten Trägerteilchen können mit oder ohne eine Beschichtung verwendet werden, wobei die Beschichtung im allgemeinen Fluorpolymere wie etwa Polyvinylidenfluoridharze, Terpolymere von Styrol, Methylmethacrylat, ein Silan wie etwa Triethoxysilan, Tetrafluorethylene, andere bekannte Beschichtungen und dergleichen umfaßt. Die Beschichtung kann in einer Menge von zum Beispiel 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Polymer bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers und Kerns vorliegen. In Ausführungsformen ist der Trägerkern teilweise mit einem Polymethylmethacrylatpolymer (PMMA) mit einem Gewichtsmittel des Molekulargewichts von zum Beispiel von 300000 bis 350000 überzogen, wobei das Polymer von Soken Chemicals im Handel erhältlich ist. Das PMMA wird üblicherweise darin als elektropositives Polymer angesehen, daß das Polymer im allgemeinen dem Toner, mit dem es in Kontakt gebracht wird, eine negative Ladung verleiht. Außerdem kann die Polymerbeschichtung darin leitfähige Komponenten wie etwa Ruß, Zinnoxid, Antimonzinnoxid oder Kupferiodid in einer Menge zum Beispiel von 10 bis 70 Gewichtsprozent und genauer von 20 bis 50 Gewichtsprozent enthalten. Das PMMA kann gegebenenfalls mit irgendeinem Comonomer copolymerisiert werden, vorausgesetzt, daß das sich daraus ergebende Copolymer eine geeignete Teilchengröße behält. Geeignete Comonomeren können Monoalkyl- oder Dialkylamine wie etwa Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diisopropylaminoethylmethacrylat oder t-Butylaminoethylmethacrylat und dergleichen einschließen.
Die Trägerteilchen können durch Mischen des Trägerkerns mit zum Beispiel zwischen 0,05 bis 10 Gewichtsprozent, genauer zwischen 0,05% und 3 Gewichtsprozent Polymer bezogen auf das Gewicht der beschichteten Trägerteilchen bis zu dessen Haften an dem Trägerkern durch mechanischen Aufprall und/oder elektrostatische Anziehung hergestellt werden.
Das Polymer wird genauer in trockener Pulverform aufgebracht, wobei das Polymer eine durchschnittliche Teilchengröße von weniger als 1 Mikrometer und genauer weniger als 0,5, zum Beispiel von 0,1 bis 0,4 Mikrometer besitzt. Verschiedene wirkungsvolle geeignete Mittel können zum Aufbringen des Polymers auf die Oberfläche der Trägerkernteilchen verwendet werden. Beispiele typischer Mittel für diesen Zweck schließen das Kombinieren des Trägerkernmaterials und des Polymers durch Kaskadenwalzenmischen oder Taumeln, Mahlen, Schütteln, elektrostatisches Pulverwolkensprühen, Wirbelschicht, elektrostatische Scheibenverarbeitung und mit einer elektrostatischen Wand ein.
Das Gemisch der Trägerkernteilchen und des Polymers wird anschließend auf eine Temperatur unter der Zersetzungstemperatur der Polymerbeschichtung erhitzt. Das Gemisch wird zum Beispiel auf eine Temperatur von 90°C bis 350°C über einen Zeitraum von zum Beispiel 10 Minuten bis 60 Minuten erhitzt, was dem Polymer das Schmelzen und Aufschmelzen auf die Trägerkernteilchen ermöglicht. Die beschichteten Trägerteilchen werden anschließend abgekühlt und danach auf die gewünschte Teilchengröße klassiert. Die Beschichtung weist vorzugsweise ein Beschichtungsgewicht von zum Beispiel 0,1 bis 3 Gewichtsprozent des Trägers, vorzugsweise von 0,5 bis 1,3 Gewichtsprozent auf.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung umfaßt die Polymerbeschichtung des Trägerkerns PMMA, genauer in Trockenpulverform aufgebrachtes PMMA mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 1 Mikrometer und genauer etwa 0,5 Mikrometer, die bei höheren Temperaturen von 220°C auf den Trägerkern aufgebracht (geschmolzen und darauf aufgeschmolzen) wird. Temperaturen über 260°C können das PMMA nachteilig abbauen. Die triboelektrische Abstimmbarkeit des Trägers und der Entwickler der Erfindung wird durch die Temperatur geliefert, bei der die Beschichtung aufgebracht wird, wobei höhere Temperaturen zu höherer Tribo führen bis zu einem Punkt, über den hinaus das Erhöhen der Temperatur sich im Abbauen der Polymerbeschichtung und damit niedrigerer Tribo auswirkt.
Anschauungsbeispiele für die Toner- und Entwicklerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung geeigneter Tonerharze schließen Vinylpolymere wie etwa Styrolpolymere, Acrylnitrilpolymere, Vinyletherpolymere, Acrylat- und Methacrylatpolymere, Epoxypolymere, Diolefine, Polyurethane, Polyamide und Polyimide, Polyester wie etwa die polymeren Veresterungsprodukte einer Dicarbonsäure und eines ein Diphenol umfassenden Diols, vernetzte Polyester und dergleichen ein. Die zu den Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ausgewählten Polymerharze schließen Homopolymere oder Copolymere aus zwei oder mehr Monomeren ein. Weiterhin können die vorstehend angeführten Polymerharze auch vernetzt sein. Polyesterharze sind unter den bevorzugten Bindemitteln, die durch Vinyl- oder Dokumentenabschmieren (Eigenschaft C vorstehend) am wenigsten beeinflußt werden.
Veranschaulichende Vinylmonomereinheiten bei den Vinylpolymeren schließen Styrol, substituierte Styrole wie etwa Methylstyrol, Chlorstyrol, Styrolacrylate und Styrolmethacrylate, Vinylester wie etwa Ester von Monocarbonsäuren einschließlich Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, Propylacrylat, Pentylacrylat, Dodecylacrylat, n-Octylacrylat, 2-Chlorethylacrylat, Phenylacrylat, Methyl-alpha-chloracrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Butylmethacrylat, Propylmethacrylat und Pentylmethacrylat, Styrolbutadiene, Vinylchlorid, Acrylnitril, Acrylamid, Alkylvinylether und dergleichen ein. Weitere Beispiele schließen p-Chlorstyrol-Vinylnaphthalin, ungesättigte Monoolefine wie etwa Ethylen, Propylen, Butylen und Isobutylen, Vinylhalogenide wie etwa Vinylchlorid, Vinylbromid, Vinylfluorid, Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbenzoat und Vinylbutyrat, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Vinylether einschließlich Vinylmethylether, Vinylisobutylether und Vinylethylether, Vinylketone einschließlich Vinylmethylketon, Vinylhexylketon und Methylisopropenylketon, Vinylidenhalogenide wie etwa Vinylidenchlorid und Vinylidenchlorfluorid, N-Vinylindol, N-Vinylpyrrolidon und dergleichen ein.
Anschauungsbeispiele der Dicarbonsäureeinheiten in den zur Verwendung in den Tonerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeigneten Polyesterharzen schließen Phthalsäure, Terephthalsäure, Isophthalsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Dimethylglutarsäure, Bromadipinsäuren, Dichlorglutarsäuren und dergleichen ein, während Anschauungsbeispiele der Dioleinheiten in den Polyesterharzen Ethandiole, Propandiole, Butandiole, Pentandiole, Pinakol, Cyclopentandiole, Hydroxybenzoin, Bis(hydroxyphenyl)alkane, Dihydroxybiphenyl, substituierte Dihydroxybiphenyle und dergleichen einschließen.
Als Tonerharz werden von einer Dicarbonsäure und einem Diphenol abgeleitete Polyesterharze ausgewählt. Diese Harze werden im US-Patent 3 590 000 veranschaulicht. Ferner können auch aus der Reaktion von Bisphenol A und Propylenoxid erhaltene Polyesterharze und insbesondere solche Polyester, die von der Reaktion des sich daraus ergebenden Produkts mit Fumarsäure gefolgt werden und verzweigte Polyester, die sich aus der Reaktion von Dimethylterephthalat mit 1,3-Butandiol, 1,2-Propandiol und Pentaerythrit ergeben, verwendet werden. Weiter können niedrigschmelzende Polyester, insbesondere die, die durch reaktive Extrudierung, Zitat US-Patent 5 227 460, hergestellt wurden, als Tonerharze ausgewählt werden. Andere spezielle Tonerharze können Styrol-Methacrylat-Copolymere, Styrol-Butadien-Copolymere, PLIOLITES^TM und suspensionspolymerisierte Styrol-Butadiene, Zitat US-Patent 4 558 108, einschließen. Ein spezielles, ausgezeichnetes Harzbindemittel umfaßt Polyesterharze, die sowohl lineare Anteile als auch vernetzte Anteile des im US-Patent 5 227 460 beschriebenen Typs enthalten.
Der vernetzte Teil des Bindemittels besteht im wesentlichen aus Mikrogelteilchen mit einem Volumenmittel des Teilchendurchmessers bis zu 0,1 Mikron, genauer 0,005 bis 0,1 Mikron, bestimmt durch Scanningelektronenmikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie, wobei die Mikrogelteilchen im wesentlichen gleichförmig über die linearen Anteile verteilt sind. Dieses Harz kann durch ein in der Technik bekanntes, reaktives Schmelzmischverfahren hergestellt werden. Die über den linearen Anteil verteilten, hochvernetzten, dichten Mikrogelteilchen verleihen dem Harz Elastizität, was die Harzabschmiereigenschaften verbessert, während die Harzmindestfixiertemperatur nicht wesentlich beeinflußt wird.
In Ausführungsformen umfaßt der vernetzte Anteil im wesentlichen Mikrogelteilchen sehr hohen Molekulargewichts mit hoher Vernetzungsdichte (durch den Gelgehalt gemessen), die in im wesentlichen allen Lösungsmitteln wie etwa zum Beispiel Tetrahydrofuran, Toluol und dergleichen nicht löslich sind. Die Mikrogelteilchen sind hochvernetzte Polymere mit, wenn überhaupt, einem sehr kleinen Vernetzungsabstand. Dieser Typ vernetztes Polymer kann durch Umsetzen eines chemischen Initiators mit einem linearen, ungesättigten Polymer und genauer linearen, ungesättigten Polyester bei hoher Temperatur und unter hoher Scherkraft gebildet werden. Das Initiatormolekül zerfällt in Radikale und reagiert mit einer oder mehr Doppelbindungen oder einer anderen reaktionsfähigen Stelle innerhalb der Polymerkette unter Bilden eines Polymerradikals. Dieses Polymerradikal reagiert vielmals mit anderen Polymerketten oder Polymerradikalen unter Bilden eines stark und direkt vernetzten Mikrogels. Dies macht das Mikrogel sehr dicht und führt dazu, daß das Mikrogel in einem Lösungsmittel nicht sehr gut quillt. Das dichte Mikrogel verleiht dem Harz auch Elastizität und erhöht seine Heißabschmiertemperatur, während seine Mindestfixiertemperatur nicht beeinflußt wird.
Das Tonerharz ist so genauer ein teilweise vernetztes, ungesättigtes Harz wie etwa ein durch Vernetzen eines linearen, ungesättigten Harzes (hierin nachstehend Grundharz genannt) wie etwa eines linearen, ungesättigten Polyesterharzes, vorzugsweise mit einem chemischen Initiator in einer Schmelzmischvorrichtung wie etwa zum Beispiel einem Extruder bei hoher Temperatur (z. B. über der Schmelztemperatur des Harzes und genauer bis zu 150°C über der Schmelztemperatur) und unter hoher Scherkraft hergestellter, ungesättigter Polyester.
Ferner besitzt das Tonerharz zum Beispiel einen Gewichtsanteil des Mikrogels (Gelgehalt) in dem Harzgemisch von 0,001 bis 50 Gewichtsprozent, von 1 bis 20 Gewichtsprozent und 1 bis 10 Gewichtsprozent und noch genauer 2 bis 9 Gewichtsprozent. Der lineare Anteil umfaßt Grundharz, genauer ungesättigten Polyester im Bereich von 50 bis 99,999 Gewichtsprozent des Tonerharzes und genauer in dem Bereich von 80 bis 98 Gewichtsprozent des Tonerharzes. Der lineare Anteil des Harzes umfaßt vorzugsweise reaktionsfähiges Grundharz niedrigen Molekulargewichts, das während der Vernetzungsreaktion nicht vernetzte, genauer ungesättigtes Polyesterharz.
Die Molekulargewichtsverteilung des Harzes ist somit bimodal mit unterschiedlichen Bereichen für die linearen und die vernetzten Teile des Bindemittels. Das Zahlenmittel des Molekulargewichts (M_n) des linearen Teils, gemessen durch Gelpermeationschromatographie (GPC), ist zum Beispiel von 1000 bis 20000 und genauer von 3000 bis 8000. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts (M_w) des linearen Teils ist zum Beispiel von 2000 bis 40000 und genauer von 5000 bis 20000. Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts der Gelanteile ist zum anderen im allgemeinen größer als 1000000. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n) des linearen Anteils ist zum Beispiel 1,5 bis 6 und genauer von 1,8 bis 4. Der Beginn der Glasübergangstemperatur (Tg) des linearen Anteils, gemessen durch Differentialscanningkalorimetrie (DSC), ist zum Beispiel von 50°C bis 70°C.
Weiterhin kann das Bindemittelharz, insbesondere die vernetzten Polyester, einen nied rigschmelzenden Toner mit einer Mindestfixiertemperatur von 100°C bis 200°C, genauer 100°C bis 160°C, genauer 110°C bis 140°C liefern, den niedrigschmelzenden Toner mit einem breiten Schmelzfixierbereich versehen, um ein Abschmieren des Toners auf die Schmelzfixierwalze auf ein Minimum zurückzuführen oder zu verhindern und einen hohen Tonerpulverisierungswirkungsgrad zu erhalten. Die Tonerharze und damit Toner zeigen ein auf ein Mindestmaß zurückgeführtes oder im wesentlichen kein Vinyl- oder Dokumentenabschmieren.
Als Grundharz gewählte gerade, ungesättigte Polyester schließen zum Beispiel Kondensationspolymere niedrigen Molekulargewichts, die durch stufenweise Reaktionen zwischen sowohl gesättigten als auch ungesättigten Disäuren (oder Anhydriden) und zweiwertigen Alkoholen (Glykole oder Diole) gebildet werden können. Die sich daraus ergebenden ungesättigten Polyester sind an zwei Stellen reaktionsfähig (z. B. vernetzbar): (i) Stellen einer Ungesättigtheit (Doppelbindungen) entlang der Polyesterkette und (ii) funktionelle Gruppen wie etwa Carboxy, Hydroxy usw., Säure-Base-Reaktionen zugängliche Gruppen. Typische zu dieser Erfindung brauchbare, ungesättigte Polyestergrundharze werden durch Schmelzpolykondensation oder andere Polymerisationsverfahren unter Verwenden von Disäuren und/oder Anhydriden und Diolen hergestellt. Geeignete Disäuren und Dianhydride schließen gesättigte Disäuren und/oder Anhydride wie etwa zum Beispiel Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure, Hexachlor-endo-methylentetrahydrophthalsäure, Phthalsäureanhydrid, Chlorendicanhydrid, Tetrahydrophthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, endo-Methylentetrahydrophthalsäureanhydrid, Tetrachlorphthalsäureanhydrid, Tetrabromphthalsäureanhydrid und dergleichen und Gemische davon und ungesättigte Disäuren und/oder Anhydride wie etwa zum Beispiel Maleinsäure, Fumarsäure, Chlormaleinsäure, Methacrylsäure, Acrylsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Maleinanhydrid und dergleichen und Gemische davon ein, sind aber nicht darauf beschränkt. Geeignete Diole schließen zum Beispiel Propylenglykol, Ethylenglykol, Diethylenglykol, Neopentylglykol, Dipropylenglykol, Dibromneopentylglykol, propoxyliertes Bisphenol A, 2,2,4-Trimethylpentan-1,3-diol, Tetrabrombisphenoldipropoxyether, 1,4-Butandiol und dergleichen und Gemische davon ein, die in guten Lösungsmitteln wie etwa zum Beispiel Tetrahydrofuran, Toluol und dergleichen löslich sind, ohne darauf beschränkt zu sein.
Bevorzugte ungesättigte Polyestergrundharze werden aus Disäuren und/oder Anhydriden wie etwa zum Beispiel Maleinanhydrid, Fumarsäure und dergleichen und Gemi schen daraus und Diolen wie etwa zum Beispiel propoxyliertes Bisphenol A, Propylenglykol und dergleichen und Gemischen daraus hergestellt. Ein besonders bevorzugter Polyester ist Poly(propoxyliertes Bisphenol-A-fumarat).
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Tonerbindemittelharz durch Schmelzextrusion (a) eines geraden propoxylierten Bisphenol-A-fumaratharzes erzeugt und (b) durch reaktive Extrusion des linearen Harzes mit dem sich daraus ergebenden Extrudat, das ein Harz mit einem Gesamtgelgehalt von 2 bis 9 Gewichtsprozent umfaßt, vernetzt. Lineares, propoxyliertes Bisphenol-A-fumaratharz ist zum Beispiel unter dem Handelsnamen SPAR II^TM von Resana S/A Industrias Quimicas, Sao Paulo, Brasilien, oder als NEOXYL P2294^TM oder P2297^TM von DSM Polymer, Geleen, Niederlande, erhältlich. Zu einer geeigneten Tonerlagerung und Verhinderung eines Vinyl- und Dokumentenabschmierens weist die Polyesterharzmischung genauer einen Tg-Bereich von zum Beispiel 52°C bis 64°C auf.
Chemische Initiatoren wie etwa zum Beispiel organische Peroxide oder Azoverbindungen sind zur Herstellung der vernetzten Tonerharze der Erfindung bevorzugt. Geeignete organische Peroxide schließen Diacylperoxide wie etwa zum Beispiel Decanoylperoxid, Lauroylperoxid und Benzoylperoxid, Ketonperoxide wie etwa zum Beispiel Cyclohexanonperoxid und Methylethylketon, Alkylperoxyester wie etwa zum Beispiel t-Butylperoxyneodecanoat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(2-ethylhexancylperoxy)hexan, t-Amylperoxy-2-ethylhexanoat, t-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, t-Butylperoxyacetat, t-Amylperoxyacetat, t-Butylperoxybenzoat, t-Amylperoxybenzoat, oo-t-Butyl-o-isopropylmonoperoxycarbonat, 2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan, oo-t-Butyl-o-(2-ethylhexyl)monoperoxycarbonat und oo-t-Amyl-o-(2-ethylhexyl)monoperoxycarbonat, Alkylperoxide wie etwa zum Beispiel Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, t-Butylcumylperoxid, Bis(t-butylperoxy)diisopropylbenzol, Di-t-butylperoxid und 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexin-3, Alkylhydroperoxide wie etwa zum Beispiel 2,5-Dihydroperoxy-2,5-dimethylhexan, Cumolhydroperoxid, t-Butylhydroperoxid und t-Amylhydroperoxid und Alkylperoxyketale wie zum Beispiel n-Butyl-4,4-di(t-butylperoxy)valerat, 1,1-Di(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan, 1,1-Di(t-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Di-(t-amylperoxy)cyclohexan, 2,2-Di(t-butylperoxy)butan, Ethyl-3,3-di(t-butylperoxy)butyrat, Ethyl-3,3-di(t-amylperoxy)butyrat und 1,1-Bis(t-butyl(peroxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan ein. Geeignete Azoverbindungen schließen Azobisisobutyronitril, 2,2'-Azobis(isobutyronitril), 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), 2,2'-Azobis(methylbutyronitril), 1,1'-Azobis(cyanocyclohexan) und andere, ähnliche Verbindungen ein.
Indem man die Anwendung niedriger Konzentrationen des chemischen Initiators gestattet und im wesentlichen allen davon, üblicherweise von 0,01 bis 10 Gewichtsprozent und genauer von 0,1 bis 4 Gewichtsprozent, bei der Vernetzungsreaktion benützt, können die bei der Vernetzungsreaktion in bevorzugten Ausführungsformen erzeugten Restverunreinigungen minimal sein. Da das Vernetzen bei hoher Temperatur bewerkstelligt werden kann, ist die Reaktion sehr schnell (z. B. weniger als 10 Minuten, vorzugsweise 2 Sekunden bis 5 Minuten) und auf diese Weise verbleibt wenig oder kein unumgesetzter Initiator in dem Produkt.
Die niedrigschmelzenden Toner und Tonerharze können durch ein reaktives Schmelzmischverfahren hergestellt werden, bei dem reaktionsfähige Harze teilvernetzt werden. Zum Beispiel können niedrigschmelzende Tonerharze durch ein reaktives Schmelzmischverfahren hergestellt werden, das (1) das Schmelzen eines reaktiven Grundharzes und dadurch Bilden einer Polymerschmelze in einer Schmelzmischvorrichtung, (2) Starten des Vernetzens der Polymerschmelze, genauer mit einem chemischen Vernetzungsinitiator und erhöhter Reaktionstemperatur, (3) Halten der Polymerschmelze in der Schmelzmischvorrichtung über eine ausreichende Verweilzeit, so daß ein Teilvernetzen des Grundharzes erreicht werden kann, (4) Bereitstellen ausreichend hoher Scherkraft während der Vernetzungsreaktion, um die Gelteilchen während des Scherens und Mischens gebildet und zerteilt und in der Polymerschmelze gut verteilt zu halten, (5) gegebenenfalls Entlüften der Polymerschmelze zum Entfernen etwaiger flüchtiger Ausdünstungen und (6) gegebenenfalls Zusetzen weiteren linearen Grundharzes nach dem Vernetzen umfaßt, um den gewünschten Wert des Gelgehalts in dem Endharz zu erzielen. Das reaktive Hochtemperatur-Schmelzmischverfahren erlaubt ein sehr schnelles Vernetzen, das die Herstellung von im wesentlichen nur Mikrogelteilchen ermöglicht und die hohe Scherkraft des Verfahrens verhindert ein übermäßiges Wachstum des Mikrogels und ermöglicht, daß die Mikrogelteilchen in dem Harz gleichmäßig verteilt sind.
Ein reaktives Schmelzmischverfahren ist zum Beispiel ein Verfahren, bei dem chemische Reaktionen auf dem Polymer in der Schmelzphase in einer Schmelzmischvorrichtung wie etwa einem Extruder bewirkt werden können. Beim Herstellen der Tonerharze werden diese Reaktionen zum Modifizieren der chemischen Struktur und des Molekulargewichts und auf diese Weise der Schmelzrheologie und Schmelzfixiereigenschaften des Polymers verwendet. Das reaktive Schmelzmischen ist bei hochviskosen Materialien besonders wirkungsvoll und vorteilhaft, da es keine Lösungsmittel erfordert und auf diese Weise leicht umweltgerecht gesteuert werden kann. Wenn das gewünschte Maß an Vernetzung erreicht ist, können die Reaktionsprodukte rasch aus der Reaktionskammer entfernt werden.
Das Harz, das im allgemeinen in dem Toner der vorliegenden Erfindung in zum Beispiel einer Menge von 40 bis 98 Gewichtsprozent und bevorzugter von 70 bis 98 Gewichtsprozent vorhanden ist, obschon es in größeren oder kleineren Mengen vorhanden sein kann, kann mit einem Farbmittel, Ladungsträgeradditiven, Tensiden, Emulgatoren, Pigmentdispergiermitteln, Fließadditiven, Versprödungsmitteln und dergleichen vermischt oder gemischt werden. Das sich daraus ergebende Produkt kann anschließend durch bekannte Verfahren wie etwa Mahlen unter Bilden der gewünschten Tonerteilchen pulverisiert werden. Wachse mit zum Beispiel einem niedrigen Molekulargewicht M_w von 1000 bis 10000 wie etwa Polyethylen-, Polypropylen- und Paraffinwachse können in oder auf den Tonerzusammensetzungen als zum Beispiel Schmelzfixiertrennmittel enthalten sein.
Verschiedene geeignete Farbmittel jeder Farbe können in den Tonern vorliegen, wobei geeignete farbige Pigmente, Farbstoffe und Gemische davon einschließlich REGAL 330^®, (Cabot), Acetylenruß, Lampenruß, Anilinschwarz, Magnetite wie etwa Mobay-Magnetite MO8029^TM, MO8060^TM, Columbian-Magnetite, MAPICO BLACKS^TM und oberflächenbehandelte Magnetite, Pfizer-Magnetite CB4799^TM, CB5300^TM, CB5600^TM, MCX6369^TM, Bayer-Magnetite, BAYFERROX 8600^TM, 8610^TM, Northern Pigments-Magnetite, NP-604^TM, NP-608^TM, Magnox-Magnetite TMB-100^TM oder TMB-104^TM und dergleichen, Cyan, Magenta, Gelb, Rot, Grün, Braun, Blau oder Gemische davon wie etwa das spezielle Phthalocyanin HELIOGEN BLUE L6900^TM, D6840^TM, D7080^TM, D7020^TM, PYLAM OIL BLUE^TM, PYLAM OIL YELLOW^TM, von Paul Uhlich & Company, Inc., erhältliches PIGMENT BLUE 1^TM, PIGMENT VIOLET^TM, PIGMENT RED 48^TM, LEMON CHROME YELLOW DCC 1026^TM, von Dominion Color Corporation, Ltd., Toronto, Ontario erhältliches E.D. TOLUIDINE RED^TM und BON RED C^TM, NOVAPERM YELLOW FGL^TM, HOSTAPERM PINK E^TM von Hoechst und von E.I. DuPont de Nemours & Company erhältliches CINQUISA MAGENTA^TM und dergleichen ein. Im allgemeinen sind farbige Pigmente und Farbstoffe, die ausgewählt werden können, Cyan-, Magenta- oder Gelbpigmente oder -farbstoffe und Gemische davon. Beispiele von Magentas, die ausgewählt werden können, schließen zum Beispiel einen im Color Index als CI 60710 bezeichneten, 2,9-dimethylsubstituierten Chinacridon- und Anthrachinonfarbstoff, CI Dispersed Red 15, im Color Index als CI 26050 bezeichneten Diazofarbstoff, CI Solvent Red 19 und dergleichen ein. Andere Farbmittel sind Magentafarbmittel aus (Pigment Red) PR81:2, CI 45160:3. Anschauungsbeispiele von Cyan, das ausgewählt werden kann, schließen Kupfertetra(octadecylsulfonamido)phthalocyanin, im Color Index als CI 74160 aufgeführtes x-Kupferphthalocyaninpigment, CI Pigment Blue und im Color Index als CI 69810 aufgeführtes Anthrathrene Blue, Special Blue X-2137 und dergleichen ein, während Anschauungsbeispiele von Gelb, die ausgewählt werden können, gelbe Diarylid-3,3-dichlorbenzidenacetoacetanilide, ein im Color Index als CI 12700 bezeichnetes Monoazopigment, CI Solvent Yellow 16, ein im Color Index als Foron Yellow SE/GLN bezeichnetes Nitrophenylaminsulfonamid, CI Dispersed Yellow 33 2,5-Dimethoxy-4-sulfoanilid-phenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxyacetoacetanilid und Permanent Yellow FGL, PY17, CI 21105 und bekannte, geeignete Farbstoffe wie etwa Rot, Blau, Grün, Pigment Blue 15:3 C.I. 74160, Pigment Red 81:3 C.I. 45160:3 und Pigment Yellow 17 C.I. 21105 und dergleichen ein; Literaturstelle zum Beispiel US-Patent 5 556 727.
Das Farbmittel, genauer schwarze, cyanfarbene, magentafarbene und/oder gelbe Farbmittel wird in einer Menge eingearbeitet, die zum Verleihen der gewünschten Farbe an den Toner ausreichend ist. Im allgemeinen wird das Pigment oder der Farbstoff zum Beispiel in einer Menge von 2 bis 60 Gewichtsprozent und genauer von 2 bis 9 Gewichtsprozent für einen Farbtoner und 3 bis 60 Gewichtsprozent für einen Schwarztoner gewählt.
Bei Schwarz sollte der Toner in Ausführungsformen ein geeignetes Schwarzpigment enthalten, um eine größere Helligkeit oder Lno als 17, zum Beispiel von 0 bis 17 bei der in Gebrauch befindlichen Tonermasse je Flächeneinheit auf dem Druck (TMA) zu liefern, was für 0,45 bis 0,55 Milligramm je Quadratzentimeter typisch ist. In Ausführungsformen liegt der Ruß in einem Gehalt von etwa 5 Gewichtsprozent vor.
Bei dem Cyantoner sollte der Toner einen geeigneten Cyanpigmenttyp und Gehalt enthalten, so daß eine so breite Farbskala wie bei lithographischen Vierfarbdruckmaschinen als Richtwert ermöglicht wird. In Ausführungsformen umfaßt das Pigment von 20% bis 40% in 80% bis 60% linearem propoxyliertem Bisphenol-A-fumarat dispergiertes PV FAST BLUE (Pigment Blue 15:3^TM) von Sun Chemical und ist in dem Toner in einer Menge von (ist zum Beispiel für alle Mengen bestimmt) 8% bis 15 Gewichtsprozent (entsprechend von 2,4% bis 4,5 Gewichtsprozent Pigmentgehalt) enthalten. Bei dem Gelbtoner sollte der Toner einen geeigneten gelben Pigmenttyp und Gehalt enthalten, so daß eine so breite Farbskala wie bei lithographischen Vierfarbdruckmaschinen als Richtwert ermöglicht wird. In Ausführungsformen umfaßt das Pigment von 20% bis 40% in 80% bis 60% linearem propoxyliertem Bisphenol-A-fumarat dispergiertes Sunbrite Yellow (Pigment Yellow 17^TM) von Sun Chemical und ist in dem Toner in einer Menge von 20% bis 30 Gewichtsprozent (entsprechend von 6% bis 9 Gewichtsprozent Pigmentgehalt) enthalten.
Bei dem Magentatoner sollte der Toner einen geeigneten Magentapigmenttyp und Gehalt enthalten, so daß eine so breite Farbskala wie bei lithographischen Vierfarbdruckmaschinen als Richtwert ermöglicht wird. In Ausführungsformen umfaßt das Pigment von 20% bis 40% in 80% bis 60% linearem propoxyliertem Bisphenol-A-fumarat dispergiertes FANAL PINK (Pigment Red 81:2^TM) von BASF und ist in dem Toner in einer Menge von 12% bis 18 Gewichtsprozent (entsprechend von 3,6% bis 5,4 Gewichtsprozent Pigmentgehalt) enthalten.
Jedes geeignete Oberflächenadditiv kann ausgewählt werden. Beispiele von Additiven sind oberflächenbehandelte, pyrogene Siliziumoxide, zum Beispiel TS-530 von Cabosil Corporation, mit 8 Nanometer Teilchengröße und einer Oberflächenbehandlung mit Hexamethyldisilazan, von Degussa/Nippon Aerosil Corporation erhaltenes Siliziumoxid NA50HS, das mit einem Gemisch aus HMDS und Aminopropyltriethoxysilan beschichtet ist, von Cabot Corporation erhaltenes DTMS-Siliziumoxid, das einen mit DTMS beschichteten Siliziumdioxidkern L90 aus pyrogenem Siliziumoxid umfaßt, von Wacker Chemie erhaltenes H2050EP, das mit einem aminofunktionalisierten Organopolysiloxan beschichtet ist, Metalloxide wie etwa TiO₂, zum Beispiel MT-3103 von Tayca Corp. mit 16 Nanometer Teilchengröße und einer Oberflächenbehandlung mit Decylsilan; von Tayca Corporation erhaltenes SMT5103, das einen mit DTMS beschichteten kristallinen Titandioxidkern MT500B umfaßt, P-25 von Degussa Chemicals ohne Oberflächenbehandlung, alternative Metalloxide wie etwa Aluminiumoxid und als Gleitmittel zum Beispiel Stearate oder langkettige Alkohole wie etwa UNILIN 700^TM als externe Oberflächenadditive. Im allgemeinen wird das Siliziumoxid auf die Toneroberfläche zur Tonerströmung, Triboverstärkung, Mischungskontrolle, verbesserten Entwicklung und Übertragungsstabilität und höheren Tonerblockiertemperatur aufgebracht. TiO₂ wird zu einer verbesserten Stabilität der relativen Feuchtigkeit (RH), Tribokontrolle und verbesserten Entwicklung und Übertragungsstabilität angewendet.
Das SiO₂ und TiO₂ sollten genauer eine größere primäre Teilchengröße als 30 Nanometer, vorzugsweise mindestens 40 Nanometer besitzen, wobei die primäre Teilchengröße durch zum Beispiel Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) gemessen oder aus ei ner Messung der Gasabsorptions- oder BET-Oberfläche (unter der Annahme kugelförmiger Teilchen) berechnet wird. Von TiO₂ wird gefunden, daß es beim Erhalt der Entwicklung und Übertragung über einen breiten Bereich der Flächenbedeckung und Länge des Auftragablaufs besonders hilfreich ist. Das SiO₂ und TiO₂ werden genauer mit einer von zum Beispiel von 140 bis 200% der theoretischen Oberflächenbedeckung (SAC) reichenden Gesamtbedeckung des Toners auf die Toneroberfläche aufgebracht, wobei die theoretische SAC (hierin nachstehend als SAC bezeichnet) unter der Annahme berechnet wird, daß alle Tonerfeilchen kugelförmig sind und einen Durchmesser gleich dem Mittel des Volumendurchmessers des Toners, gemessen bei dem Coulter-Counter-Standardverfahren, aufweisen und daß die Additivteilchen als primäre Teilchen auf der Toneroberfläche in einer hexagonalen, dicht gepackten Struktur verteilt sind. Ein weiterer Zahlenwert, der mit der Menge und Größe der Additive in Beziehung steht, ist die Summe von „SAX × Größe" (Oberflächenbedeckung mal primäre Teilchengröße des Additivs in Nanometer) jeweils für die Siliziumoxid- und Titanoxidteilchen oder dergleichen, wofür alle Additive genauer einen Gesamtbereich SAC × Größe von zum Beispiel 4500 bis 7200 aufweisen sollten. Das Verhältnis der Siliziumoxid- zu Titanoxidteilchen ist im allgemeinen von etwa 50% Siliziumoxid/50% Titanoxid bis etwa 85% Siliziumoxid/15% Titanoxid (auf Gewichtsprozentgrundlage), obschon das Verhältnis größer oder kleiner als diese Werte sein kann, vorausgesetzt das die Erfindungsmerkmale erreicht werden. Toner mit kleinerer SAC × Größe können möglicherweise eine ausreichende Anfangsentwicklung und Übertragung bei HSD-Systemen liefern, könnten aber keine stabile Entwicklung und Übertragung während ausgedehnter Durchläufe mit niedriger Oberflächenbedeckung (niedriger Tonerdurchsatz) zeigen.
Bevorzugtes SiO₂ und TiO₂ sind mit Verbindungen einschließlich DTMS (Decyltrimethoxysilan) oder HMDS (Hexamethyldisilazan) oberflächenbehandelt. Beispiele dieser Additive sind von Degussa/Nippon Aerosil Corporation erhaltenes, mit einem Gemisch aus HMDS und Aminopropyltriethoxysilan beschichtetes Siliziumoxid NA50HS, von Cabot Corporation erhaltenes DTMS-Siliziumoxid, das ein pyrogenes Siliziumoxid, zum Beispiel mit DTMS beschichteten Siliziumoxidkern L90 umfaßt, von Wacker Chemie erhaltenes H2050EP, das mit einem aminofunktionalisierten Organopolysiloxan beschichtet ist und von Tayca Corporation erhaltenes SMT5103, das einen mit DTMS beschichteten kristallinen Titandioxidkern MT500B umfaßt.
Calciumstearat wird als Additiv für die Toner der vorliegenden Erfindung gewählt, wobei das Calciumstearat hauptsächlich Schmiereigenschaften liefert. Ferner kann das Calci umstearat auch eine Entwicklerleitfähigkeit und Triboverstärkung liefern, was beides auf seine Schmiereigenschaft zurückzuführen ist. Außerdem ermöglicht das Calciumstearat eine höhere Tonerladung und Ladungsstabilität durch Erhöhen der Anzahl der Kontakte zwischen Toner- und Trägerteilchen. Bevorzugt ist zum Beispiel ein im Handel erhältliches Calciumstearat mit mehr als 85% Reinheit, zum Beispiel von 85 bis 100% rein und weist bei 85% (weniger als 12 Gewichtsprozent Calciumoxid und freie Fettsäure und weniger als 3 Gewichtsprozent Feuchtigkeitsgehalt) einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 7 Mikron auf und ist von Ferro Corporation (Cleveland, Ohio) erhältlich. Beispiele sind SYNPRO^® Calcium Stearate 392A und SYNPRO^® Calcium Stearate NF Vegetable. Am bevorzugtesten ist ein im Handel erhältliches Calciumstearat mit mehr als 95% Reinheit (weniger als 0,5 Gewichtsprozent Calciumoxid und freie Fettsäure und weniger als 4,5 Gewichtsprozent Feuchtigkeitsgehalt), wobei das Stearat einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 2 Mikron aufweist und von der NOF Corporation (Tokio, Japan) erhältlich ist. In Ausführungsformen enthält der Toner zum Beispiel 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Titanoxid, 0,1 bis 8 Gewichtsprozent Siliziumoxid und 0,1 bis 4 Gewichtsprozent Calciumstearat.
Additive werden ausgewählt, um überlegene Tonerfließeigenschaften, hohe Tonerladung und Ladungsstabilität zu ermöglichen. Die Oberflächenbehandlungen auf dem SiO₂ und TiO₂, die relativen Mengen der beiden Additive, zum Beispiel 90% Siliziumoxid:10% Titanoxid (alle Prozentwerte sind in Gewicht) bis 10% Siliziumoxid:90% Titanoxid, können zum Liefern eines Bereichs Tonerladungswerte, zum Beispiel von 10 Mikrocoulomb je Gramm bis 60 Mikrocoulomb je Gramm, gemessen durch das Faradaykäfig-Standardverfahren, geändert werden. Zum weiteren Verstärken der positiven Ladungseigenschaften der Tonerentwicklerzusammensetzungen und als wahlfreie Komponenten können ladungsverstärkende Additive einschließlich Alkylpyridiniumhalogeniden, Zitat US-Patent 4 298 672, organische Sulfat- oder Sulfonatzusammensetzungen, Zitat US-Patent 4 338 390, Distearyldimethylammoniumsulfat, Bisulfate und dergleichen und andere ähnliche bekannte ladungsverstärkende Additive in den Toner oder auf seine Oberfläche eingearbeitet werden. Ferner können auch eine negative Ladung verstärkende Additive wie etwa Aluminiumkomplexe wie BONTRON E-88^® und dergleichen ausgewählt werden. Diese Additive können in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent und genauer von 1 bis 3 Gewichtsprozent in den Toner eingearbeitet werden.
Die Tonerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann durch eine Anzahl bekannter Verfahren einschließlich Schmelzmischen der Tonerharzteilchen und Pigment teilchen oder Farbmittel, gefolgt von mechanischem Verreiben hergestellt werden. Andere Verfahren schließen die in der Technik wohlbekannten wie etwa Sprühtrocknungs-, Schmelzdispersions-, Dispersionspolymerisations-, Suspensionspolymerisations-, Extrusions- und Emulsions-/Aggregationsverfahren ein.
Der Toner kann in Ausführungsformen durch zuerst Mischen des Bindemittels, das genauer sowohl das lineare Harz als auch das hierin veranschaulichte Harz umfaßt und des Farbmittels zusammen in einer Mischvorrichtung, genauer einem Extruder und anschließend Extrudieren des Gemischs erzeugt werden. Das extrudierte Gemisch wird anschließend genauer in einer Mühle zusammen mit 0,3 bis 0,5 Gewichtsprozent der Gesamtmenge an als externes Additiv zu verwendendem Siliziumoxid mikronisiert. Der Toner wird anschließend unter Bilden eines Toners mit dem gewünschten Volumenmittel der Teilchengröße und hierin veranschaulichtem Prozentsatz Feinanteil klassiert. Das nachfolgende Mischen der restlichen externen Additive mit dem Toner wird mittels eines Rührgeräts oder Mischers, zum Beispiel einem Henschel-Mischer, gefolgt vom Sieben unter Erhalten des fertigen Tonerprodukts bewerkstelligt.
In Ausführungsformen wird das Tonerverfahren gesteuert und überwacht, um beständig Toner mit einer Anzahl der hierin veranschaulichten, wünschenswerten Eigenschaften zu erreichen. Zuerst werden die Bestandteile dem Extruder in einem geschlossenen Kreislaufsystem aus Schüttgutbehältern zugeführt, die jeweils das lineare Harz, das vernetzte Harz, das vordispergierte Pigment (d. h. das Pigment, das in einem Teil eines Bindemittels wie etwa linearem propoxyliertem Bisphenol-A-fumarat dispergiert ist und wie hierin veranschaulicht ist) und wiedergewonnene Tonerfeinteile enthalten. Wiedergewonnene Tonerfeinteile sind die Tonerteilchen, die aus zuvor hergestelltem Toner während der Klassierung als zu klein entfernt wurden. Da dies ein großer Prozentsatz des Materials sein kann, ist es am bevorzugtesten, dieses Material als wiedergewonnene Tonerfeinteilchen in das Verfahren zurück zu recyclieren. Dieses Material enthält somit bereits sowohl die Harze und das Farbmittel als auch irgendwelche Additive, die bei dem Extrusions-, Mahl- oder Klassierungsverfahren in den Toner eingeführt wurden. Es kann von 5 bis 50 Gewichtsprozent des gesamten, dem Extruder zugesetzten Materials umfassen.
Wenn das Extrudat durch die Düse hindurchgeht, wird es mit einer oder mehr Überwachungsvorrichtungen überwacht, die Rückkopplungssignale zum Steuern der Mengen der einzelnen, dem Extruder zugefügten Materialien liefern können, um so die Zusammensetzung und Eigenschaften des Toners sorgfältig zu steuern und auf diese Weise sicherzustellen, daß ein gleichbleibendes Produkt erhalten wird. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind enge und gleichbleibende funktionelle Tonereigenschaft erwünscht. In Ausführungsformen wird das Extrudat sowohl mit einem Online-Rheometer und einem Nah-IR-Spektrophotometer als Überwachungsvorrichtungen überwacht. Das Online-Rheometer ermittelt die Schmelzrheologie des Produktextrudats und liefert ein Rückkopplungssignal zum Steuern der Menge des dispergierten linearen und vernetzten Harzes. Falls zum Beispiel die Schmelzrheologie zu hoch ist, zeigt das Signal an, daß die Menge des zugesetzten linearen Harzes bezogen auf das vernetzte Harz erhöht werden sollte. Dieses Überwachen liefert eine Kontrolle der Tonerschmelzrheologie, eine der Eigenschaften, die erfüllt sein müssen, damit das Leistungsverhalten in einer HSD-Vorrichtung wie hierin verschaulicht maximiert wird.
Das im Transmissionsmodus verwendete Nah-IR-Spektrophotometer kann zwischen den Farben unterscheiden und die Farbmittelkonzentration überwachen. Das Spektrometer kann zum Erzeugen eines Signals verwendet werden, um die dem Extruder zugefügte Farbmittelmenge geeignet einzustellen. Dieses Überwachen liefert eine Kontrolle über das Maß der Pigmentierung und ermöglicht dadurch die Funktionalität der Tonerchrominanz und kann auch eine Fremdfarbverunreinigung erkennen. Durch dieses Überwachen kann jedes außerhalb der Spezifikation befindliche Produkt am Punkt des Überwachens abgefangen und aus der Anlage abgeführt werden, während ein innerhalb der Spezifikation befindliches Produkt stromabwärts zur Mahl- und Klassierungseinrichtung weitergehen kann. Der Zusatz eines Teils der zuzusetzenden Gesamtmenge Siliziumoxid erleichtert die Mahl- und Klassierungsarbeitsgänge. Insbesondere kann das Einspritzen von 0,1 bis 1 % eines Siliziumoxid- oder eines Metalloxid-Fließhilfsmittels die Schwankungsbreite bei dem Ergebnis des Mahlarbeitsgangs verringern und dadurch eine weitere Kontrolle des Mahlvorgangs erlauben und ihn bei einem optimierten Wert ablaufen lassen. Außerdem kann dieses Verfahren die Sprührate des Toners um 10 bis 20% erhöhen. Wenn der Toner, der auf diese Weise gemahlen wird, zum Entfernen des feinen Anteils der Tonerteilchen klassiert wird, werden die Klassierungsausbeute und Durchsatzrate verbessert, was die Kosten während des Klassierungsschritts kontrollieren hilft, bei dem eine sehr enge Kontrolle über die Teilchengröße und -verteilung aufrechterhalten werden muß, damit der Toner die hierin veranschaulichten Eigenschaften erreicht.
Das klassierte Tonerprodukt wird anschließend mit den externen Oberflächenadditiven in einer Weise zum Beispiel mittels eines hochintensiven Mischers gemischt, um eine gleichmäßige Verteilung und feste Haftung der Oberflächenadditive zu ermöglichen. Der erzielte gemischte Toner weist die geeignete Höhe und Stabilität des Tonerflusses und triboelektrischen Eigenschaften auf.
Die sich daraus ergebenden Tonerteilchen können anschließend zu einer Entwicklerzusammensetzung formuliert werden. Vorzugsweise werden die Tonerteilchen mit Trägerteilchen zum Erzielen einer Zweikomponenten-Entwicklerzusammensetzung gemischt.
Ferner sollten zum Erzielen einer Anzahl der hierin veranschaulichten Druckqualitätseigenschaften Entwicklermaterialien in gleichbleibender, vorhersagbarer Weise genauso wie die hierin veranschaulichten Tonermaterialien wirksam sein. Ein Parameter des Entwicklermaterials, der den Tonern das Arbeiten insbesondere in der Atmosphäre eines berührungslosen Hybridentwicklungssystems ermöglicht, ist die Entwicklerladung, Entwicklerleitfähigkeit, Entwicklertonerkonzentration, Massenfluß und Schüttdichte des Entwicklers, Trägergrößenverteilung, magnetische Trägereigenschaften und hierin nachstehend beschriebene Chrominanzverschiebung.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Gelbtoner mit ZnSt:
Ein Gelbtoner wurde durch Schmelzmischen von 26,67 Gewichtsprozent einer ersten Komponente aus einer Dispersion von 30 Gewichtsprozent Sunbrite Yellow (PY17, CI 21105^TM) in einem Polyester SPAR II^TM-Harz und einer zweiten Komponenten von etwa 73,33 Gewichtsprozent eines propoxylierten Bisphenol-A-fumaratharzes mit einem Gelgehalt von etwa 5 Gewichtsprozent hergestellt. Der sich daraus ergebende Toner wies einen Gesamtpigmentgehalt von etwa 8 Gewichtsprozent auf. Der Toner umfaßte auch 4,5 Gewichtsprozent mit Decyltrimethoxysilan (DTMS) behandeltes Siliziumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 Nanometer (von Cabot Corporation erhältlich), 2,7 Gewichtsprozent DTMS-behandeltes Titanoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 Nanometer (SMT-5103, erhältlich von Tayca Corporation), 0,3 Gewichtsprozent mit einer Beschichtung aus Polydimethylsiloxaneinheiten behandeltes Siliziumoxis mit chemisch an die Oberfläche gebundenen Amin-/Ammoniumfunktionen (von Wacker Chemie erhältliches H2050EP) und 0,5% von Ferro Corporation erhältliches ZnSt.
Der Toner wies ein Mittel der Teilchengröße von etwa 7,3 μm mit einem Prozentsatz kleinerer Feinteile als etwa 5 μm von nicht mehr als 15% in Zahlen gemessen durch einen Coulter Counter auf.
Aus diesem Toner wurde durch sein Kombinieren mit einem Träger, der einen bei 200°C mit 1 Gewichtsprozent PMMA (von Soken geliefert) beschichteten Stahlkern mit 77 μm (von der Hoeganaes North America Corporation geliefert) umfaßte, ein Entwickler gebildet.
Danach wurde die triboelektrische Ladung auf den Tonerteilchen durch das bekannte Faraday-Käfigverfahren bestimmt. Der Entwickler wurde in einem Druckmischer (Red Devil 5400, zum Betrieb zwischen 600 und 650 Upm abgeändert) über einen Zeitraum von 90 Minuten aggressiv gemischt. Es wurde angenommen, daß dieses Verfahren eine mechanische Energieeinwirkung auf ein Tonerteilchen simuliert, die der in einer xerographischen Gehäuseumgebung in einem Modus mit niedrigem Tonerdurchsatz, das heißt einem xerographischen Gehäuse gleichwertig ist, bei dem von 0 bis 2% des Drucks durch Toner bedeckt sind, der aus dem Gehäuse über einen Zeitraum von 100 bis 10000 Drucken entwickelt wurde. Nach 90 Minuten war die Tribo etwa –45,1 Mikrocoulomb je Gramm. Ein Spektrum der Ladungsverteilung wurde aus dem Entwickler mittels des bekannten Ladungsspektrographen, Zitat US-Patent 4 375 673, erhalten. Das Ladungsspektrum für den Toner aus diesen Entwicklern bestand beim Ausdrücken als Teilchenzahl (y-Achse) gegen die Tonerladung dividiert durch den Tonerdurchmesser (x-Achse) aus einem oder mehr Peaks und die Tonerladung dividiert durch den Durchmesser (als Toner-Q/D-Wert (Werte) beim Teilchenzahlmaxirnum (Maxima) bezeichnet) diente zum Kennzeichnen der Entwickler. Der Entwickler war bei diesem Beispiel unimodal mit einem Q/D-Wert beim Maximum der Teilchenzahl von etwa –0,81 Femtocoulomb je Mikron. Weiter war die Leitfähigkeit des Entwicklers bestimmt durch Bilden einer 0,1 Zoll langen Magnetbürste aus dem Entwickler und Messen der Leitfähigkeit durch Anlegen eines Potentials von 30 Volt entlang der Bürste 3,9 × 10^–13 (mho-cm)^–1. Daher war dieser Entwickler halbleitend.
Schmelzfixierwalze:
Verfahren: der Entwickler wurde in einem xerographischen Gerät 4890 der Xerox Corporation eingesetzt, durch Entfernen des Schmelzfixiersubsystems abgeändert und die sich daraus ergebenden, nicht schmelzfixierten Drucke wurden auf einem Weichwalzen-Schmelzfixiersubsystem, bei dem ein aminofunktionalisiertes Öl über ein bekanntes Standardtrennmittelmanagementsubsystem (RAM) auf die Schmelzfixierwalze aufgebracht wurde, schmelzfixiert. Die Schmelzfixierwalze wurde durch Erhitzen der Schmelzfixierwalze sowohl intern als auch mit 2 externen Heißwalzen bei einer Temperatur von 360°F gehalten. Papier wurde von der Schmelzfixierwalze getrennt, nachdem das Bild mittels eines Luftstroms oder auf die Papier/Schmelzfixier-Zwischenfläche gerichteten Luftmessers auf das Papier schmelzfixiert worden war. Mit gelbem Toner dieses Beispiels erzeugte Drucke wurden durch das Schmelzfixiersubsystem auf eine Vielfalt Rohpapier einschließlich 90 Gramm je Quadratmeter Color Expressions Papier, 74 je Quadratmeter Satinkote Papier, 67 je Quadratmeter Accent Opaque-Papier und 60 je Quadratmeter Cascade-Hartpostpapier gelenkt.
Das Leistungsverhalten des Schmelzfixiersubsystems wurde mit mehreren unterschiedlichen Antwortfaktoren überwacht. Der erste Antwortfaktor war der zum Trennen des Papiers von der Schmelzfixierwalze erforderlichen Luftmesserdrucks. Annehmbare Drucke waren von 0 bis 20 psi, ein zum Abstreifen des Papiers von der Schmelzfixierwalze erforderlicher Luftmesserdruck von 20 psi bis 30 psi für Papier jeden Grundgewichts wurde als Abstreifversagen angesehen. Bei dem Toner dieses Vergleichsbeispiels erhöhte sich der bei einer Druckzahl von etwa 350 000 Drucken erforderliche Luftmesserdruck zum Abstreifen von 60 je Quadratmeter Cascade-Hartpostpapier von der Schmelzfixierwalze auf 25 psi und von der Schmelzfixierwalze wurde angenommen, daß sie beim Abziehen versagt hatte. Ein zweiter Antwortfaktor war der Unterschied beim Bildglanz zwischen dem ersten Druckdurchlauf im Test und dem Bildglanz an jedem nachfolgenden Punkt in dem Test. Da der Glanz beim Drucken aufgrund des durch eine Zunahme der Oberflächenrauhigkeit verursachten Schmelzfixierwalzenabriebs abnimmt, wurde dies als Glanzverlust bezeichnet. Bei dem Toner des vorliegenden Vergleichsbeispiels nahm der Glanzverlust linear mit der Druckzahl auf einen Wert von 22 Gardner Glanzeinheiten (ggu) bei einer Druckzahl von ungefähr 300 kp zu. Dies ließ den Bildglanz unter die Untergrenze der Spezifizierung von 40 ggu, eine durch visuelle Untersuchung der Drucke durch Endverbraucher definierte Untergrenze, fallen und war ein weiterer Zahlenwert für den Ausfall der Schmelzfixierwalze. Daher war durch diese beiden Zahlenwerte die Schmelzfixierwalzen-Lebensdauer mit dem Toner des vorliegenden Vergleichsbeispiels 300 bis 350 kp.
BEISPIEL I
Gelbtoner mit CaSt von NOF:
Ein Gelbtoner wurde durch Schmelzmischen zusammen mit 26,67 Gewichtsprozent einer ersten Komponente einer Dispersion von 30 Gewichtsprozent Sunbrite Yellow (PY17, CI 21105^TM) in von Hercules Chemical erhaltenem SPAR II^TM-Polyesterharz und einer zweiten Komponente von etwa 73,33 Gewichtsprozent eines propoxylierten Bisphenol-A-fumaratharzes mit einem Gelgehalt von etwa 5 Gewichtsprozent hergestellt. Der sich daraus ergebende Toner wies einen Gesamtpigmentgehalt von etwa 8 Gewichtsprozent auf. Der Toner umfaßte auch vorzugsweise als externe Additive etwa 4,5 Gewichtsprozent mit Decyltrimethoxysilan (DTMS) behandeltes Siliziumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 Nanometer (erhältlich von Cabot Corporation), 2,7 Gewichtsprozent DTMS-behandeltes Titanoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 40 Nanometer (SMT-5103, erhältlich von Tayca Corporation), 0,3 Gewichtsprozent Siliziumoxid, das mit einer Beschichtung von Polydimethylsiloxaneinheiten behandelt worden war, mit chemisch an die Oberfläche gebundenen Amin-/Ammoniumfunktionen (von Wacker Chemie erhaltenes H2050EP) und 0,5% von der NOF Corporation erhältliches Calciumstearat.
Der Toner wies ein Volumenmittel der Teilchengröße von etwa 7,3 μm mit einem Prozentanteil feinen Materials von weniger als 5 μm von höchstens 15% in Zahlen, gemessen durch einen Coulter Counter, auf.
Aus diesem Toner wurde durch sein Vereinigen mit einem Träger, der einen Stahlkern mit 77 μm (geliefert durch Hoeganaes North America Corporation) umfaßt, der bei 200°C mit 1 Gewichtsprozent PMMA (geliefert durch Soken) beschichtet wurde, ein Entwickler gebildet.
Danach wurde die triboelektrische Ladung auf den Tonerteilchen durch das bekannte Faradaykäfigverfahren bestimmt. Der Entwickler wurde in einem Farbenschüttelgerät (Red Devil 5400, modifiziert zum Betrieb bei 600 bis 650 Upm) über einen Zeitraum von 90 Minuten aggressiv gemischt. Es wurde angenommen, daß dieses Verfahren eine mechanische Energiezufuhr zu einem Tonerteilchen simuliert, die der in einem Gehäuse in einer xerographischen Gehäuseumgebung in einem Modus mit niedrigem Tonerdurchsatz angewendeten gleichwertig ist, das heißt ein xerographisches Gehäuse, das Drucke herstellt, bei denen 0 bis 2 Prozent des Drucks durch Toner bedeckt sind, der von diesem Gehäuse über einen Zeitraum von 100 bis 10000 Drucken entwickelt wurde. Nach 90 Minuten war die Tribo etwa –40 Mikrocoulomb je Gramm. Mit dem Ladungsspektrographen wurde ein Spektrum der Ladungsverteilung des Entwicklers erhalten, Zitat US-Patent 4 375 673. Die Ladungsspektren für den Toner aus diesen Entwicklern bestand beim Ausdrücken als gegen die Tonerladung dividiert durch den Tonerdurchmesser (x-Achse) aufgetragene Teilchenzahl (y-Achse) aus einem oder mehr Peaks und der (die) Wert(e) der Tonerladung dividiert durch den Durchmesser (als Toner-Q/D bezeichnet) am Teilchenzahlmaximum dienten zum Kennzeichnen der Entwickler. Der Entwickler in diesem Beispiel war unimodal mit einem Q/D-Wert am Teilchenzahlmaximum (Maxima) von etwa –0,72 Femtocoulomb je Mikron. Weiter war die Leitfähigkeit des Entwicklers, bestimmt durch Bilden einer 0,1 Zoll langen Magnetbürste aus dem Entwickler und Messen der Leitfähigkeit durch Anlegen eines Potentials von 30 Volt entlang der Bürste 4 × 10^–13 (mho-cm)^–1. Daher war dieser Entwickler halbleitend. Diese Eigenschaften sind im wesentlichen denen des Vergleichsbeispiels 1 ähnlich.
Test der Lebensdauer der Schmelzfixierwalzen
Verfahren: der vorstehende Entwickler wurde in einem xerographischen Gerät 4890 der Xerox Corporation betrieben, das durch Entfernen des Schmelzfixiersubsystems abgeändert worden war und die sich daraus ergebenden, nicht schmelzfixierten Bilder wurden in einem Weichwalzen-Schmelzfixiersubsystem, bei dem ein aminofunktionalisiertes Öl über ein Standardsubsystem zum Trennmittelmanagement (RAM) auf die Schmelzfixierwalze aufgebracht wurde, schmelzfixiert. Die Schmelzfixierwalze wurde durch Erhitzen der Schmelzfixierwalze sowohl intern als auch mit 2 externen Heizwalzen bei einer Temperatur von 360°F gehalten. Das Papier wurde von der Schmelzfixierwalze getrennt, nachdem das Bild mittels eines Luftstroms oder eines auf die Papier/Schmelzfixierwalze-Zwischenfläche gerichteten Luftmessers auf das Papier schmelzfixiert wurde. Mit dem Gelbtoner dieses Beispiels erzeugte Drucke wurde über das Schmelzfixier-Subsystem auf eine Vielfalt Rohpapier einschließlich Color Expressions Papier mit 90 Gramm je Quadratmeter, Satinkote-Papier mit 74 Gramm je Quadratmeter, Accent Opaque-Papier mit 67 Gramm je Quadratmeter und Cascade-Hartpostpapier mit 60 Gramm je Quadratmeter gerichtet.
Das Leistungsverhalten des Schmelzfixiersubsystems wurde mit mehreren verschiedenen Antwortfaktoren überwacht. Der erste Antwortfaktor war der zum Trennen des Papiers von der Schmelzfixierwalze erforderliche Luftmesserdruck. Annehmbare Drücke waren von 0 psi bis 20 psi; ein zum Abstreifen des Papiers von der Schmelzfixierwalze erforderlicher Luftmesserdruck von 20 psi bis 30 psi für jedes Grundgewichtpapier wurde als Abstreifversagen angesehen. Bei dem Toner dieses Beispiels blieb der zum Abstreifen aller Papiere im Test erforderliche Luftmesserdruck von 0 bis 20 psi bei 1 Million Drucken, zu welchem Zeitpunkt der Test wegen eines nicht damit zusammenhängenden mechanischen Ausfalls der Schmelzfixierwalze unterbrochen wurde. Daher wurde von der Schmelzfixierwalze bei bis zu 1 Million Drucken angenommen, daß sie zu keinem Zeitpunkt wegen des Abstreifens ausgefallen war und ohne Abschmierausfälle war. Ein zweiter Antwortfaktor war der Unterschied beim Bildglanz zwischen dem ersten Druckdurchlauf im Test und dem Bildglanz zu jedem nachfolgenden Zeitpunkt im Test. Da der Glanz aufgrund des Schmelzfixierwalzenverschleißes, der eine Zunahme der Oberflächenrauhheit verursachte, mit dem Drucken abnahm, wurde dies als Glanzverlust bezeichnet. Bei dem Toner der vorliegenden Erfindung war der Glanzverlust niedrig und gleichbleibend bei etwa 5 ggu während der Standzeit von 1 Million Drucke und der Absolutwert des Glanzes blieb bei 50 ggu während der Standzeit des Tests weit über der unteren Spezifikationsgrenze von 40 ggu. Daher war nach diesen beiden Zahlenwerten die Lebensdauer der Schmelzfixierwalze mit dem Toner der vorliegenden Erfindung etwa 1 Million Drucke, eine Zunahme von ungefähr 700000 Drucken oder ungefähr 117 Stunden Betriebszeit oder ungefähr 200% über der Lebensdauer der Schmelzfixierwalze mit dem Toner des Vergleichsbeispiels 1.
BEISPIEL II
Gelbtoner mit CaSt (Calciumstearat) (Ferro Corporation):
Ein Gelbtoner wurde durch Schmelzmischen von 26,67 Gewichtsprozent einer ersten Komponente einer Dispersion von 30 Gewichtsprozent Sunbrite Yellow (PY17, CI 21105^TM) in SPAR II^TM-Harz zusammen mit einer zweiten Komponente von 73,33 Gewichtsprozent propoxyliertem Bisphenol-A-fumaratharz mit einem Gelgehalt von etwa 5 Gewichtsprozent hergestellt. Der sich daraus ergebende Toner wies einen Gesamtpigmentgehalt von etwa 8 Gewichtsprozent auf. Der Toner umfaßte ferner mit 4,5 Gewichtsprozent Decyltrimethoxysilan (DTMS) behandeltes Siliziumoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 Nanometer (erhältlich von Cabot Corporation), 2,7 Gewichtsprozent DTMS-behandeltes Titanoxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 40 Nanometer (SMT-5103, erhältlich von Tayca Corporation), 0,3 Gewichtsprozent mit einer Beschichtung aus Polydimethylsiloxaneinheiten behandeltes Siliziumoxid mit chemisch an die Oberfläche gebundenen Amino-/Ammoniumfunktionen (von Wacker Chemie erhältliches H2050EP) und 0,5% von Ferro Corporation erhaltenes CaSt.
Der sich daraus ergebende Toner wies ein Volumenmittel der Teilchengröße von etwa 7,3 μm mit einem Prozentsatz an kleineren Feinteilen als etwa 5 μm in einer Zahl von höchstens 15%, gemessen durch einen Coulter Counter auf.
Aus diesem Toner wurde durch Vereinigen mit einem Träger, der einen bei 200°C mit 1 Gewichtsprozent PMMA (geliefert durch Soken) beschichteten Stahlkern von 77 μm (ge liefert durch Hoeganaes North America) umfaßte, gebildet.
Danach wurde die triboelektrische Ladung auf den Tonerteilchen durch das bekannte Faradaykäfigverfahren bestimmt. Der Entwickler wurde in einem Farbenschüttelgerät (Red Devil 5400, modifiziert zum Betrieb bei 600 bis 650 Upm) über einen Zeitraum von 90 Minuten aggressiv gemischt. Es wurde angenommen, daß dieses Verfahren eine mechanische Energiezufuhr zu einem Tonerteilchen simuliert, die der in einem Gehäuse in einer xerographischen Umgebung in einem Modus mit niedrigem Tonerdurchsatz angewendeten gleichwertig ist, das heißt ein xerographisches Gehäuse, das Drucke herstellt, bei denen 0 bis 2 Prozent des Drucks durch Toner bedeckt sind, der von diesem Gehäuse über einen Zeitraum von 100 bis 10000 Drucken entwickelt wurde. Nach 90 Minuten war die Tribo etwa –37 Mikrocoulomb je Gramm. Mit dem Ladungsspektrographen wurde ein Spektrum der Ladungsverteilung des Entwicklers erhalten, Zitat US-Patent 4 375 673. Die Ladungsspektren für den Toner aus diesen Entwicklern bestand beim Ausdrücken als gegen die Tonerladung dividiert durch den Tonerdurchmesser (x-Achse) aufgetragene Teilchenzahl (y-Achse) aus einem oder mehr Peaks und der (die) Wert(e) der Tonerladung dividiert durch den Durchmesser (als Toner-Q/D bezeichnet) am Teilchenzahlmaximum (Maxima) dienten zum Kennzeichnen der Entwickler. Der Entwickler in diesem Beispiel war unimodal mit einem Q/D-Wert am Teilchenzahlmaximum von etwa –0,72 Femtocoulomb je Mikron. Weiter war die Leitfähigkeit des Entwicklers, bestimmt durch Bilden einer 0,1 Zoll langen Magnetbürste aus dem Entwickler und Messen der Leitfähigkeit durch Anlegen eines Potentials von 30 Volt entlang der Bürste 3,4 × 10^–13 (mho-cm)^–1. Daher war dieser Entwickler halbleitend. Diese Eigenschaften sind im wesentlichen denen des Vergleichsbeispiels 1 ähnlich.
Test der Lebensdauer der Schmelzfixierwalze:
Verfahren: der vorstehende Entwickler wurde in einem xerographischen Gerät 4890 der Xerox Corporation betrieben, das durch Entfernen des Schmelzfixiersubsystems abgeändert worden war und die sich daraus ergebenden, nicht schmelzfixierten Bilder wurden in einem Weichwalzen-Schmelzfixiersubsystem, bei dem ein aminofunktionalisiertes Öl über ein Standardsubsystem zum Trennmittelmanagement (RAM) auf die Schmelzfixierwalze aufgebracht wurde, schmelzfixiert. Die Schmelzfixierwalze wurde durch Erhitzen der Schmelzfixierwalze sowohl intern als auch mit 2 externen Heizwalzen bei einer Temperatur von 360°F gehalten. Das Papier wurde von der Schmelzfixierwalze getrennt, nachdem das Bild mittels eines Luftstroms oder eines auf die Papier/Schmelzfixierwalze-Zwischenfläche gerichteten Luftmessers auf das Papier schmelzfixiert wurde. Mit dem Gelbtoner dieses Beispiels erzeugte Drucke wurden über das Schmelzfixier-Subsystem auf eine Vielfalt Rohpapier einschließlich Color Expressions Papier mit 90 Gramm je Quadratmeter, Satinkote-Papier mit 74 Gramm je Quadratmeter, Accent Opaque-Papier mit 67 Gramm je Quadratmeter und Cascade-Hartpostpapier mit 60 Gramm je Quadratmeter geleitet.
Das Leistungsverhalten des Schmelzfixiersubsystems wurde mit mehreren verschiedenen Antwortfaktoren überwacht. Der erste Antwortfaktor war der zum Trennen des Papiers von der Schmelzfixierwalze erforderliche Luftmesserdruck. Annehmbare Drücke waren von 0 psi bis 20 psi; ein zum Abstreifen des Papiers von der Schmelzfixierwalze erforderlicher Luftmesserdruck von 20 psi bis 30 psi für jedes Grundgewichtpapier wurde als Abstreifversagen angesehen. Bei dem Toner dieses Beispiels blieb der zum Abstreifen aller Papiere im Test erforderliche Luftmesserdruck von 0 bis 20 psi bei 1 Million Drucken, zu welchem Zeitpunkt der Test wegen eines nicht damit zusammenhängenden mechanischen Ausfalls der Schmelzfixierwalze unterbrochen wurde. Daher wurde von der Schmelzfixierwalze bei bis zu 1 Million Drucken angenommen, daß sie zu keinem Zeitpunkt wegen des Abstreifens ausgefallen war und ohne Abschmierausfälle war. Ein zweiter Antwortfaktor war der Unterschied beim Bildglanz zwischen dem ersten Druckdurchlauf im Test und dem Bildglanz zu jedem nachfolgenden Zeitpunkt im Test. Da der Glanz aufgrund des Schmelzfixierwalzenverschleißes, der eine Zunahme der Oberflächenrauhheit verursachte, mit dem Drucken abnahm, wurde dies als Glanzverlust bezeichnet. Bei dem Toner der vorliegenden Erfindung war der Glanzverlust niedrig und gleichbleibend bei etwa 5 ggu während der Standzeit des Tests von 1 Million Drucke und der Absolutwert des Glanzes blieb bei 50 ggu während der Standzeit des Tests weit über der unteren Spezifikationsgrenze von 40 ggu. Daher war nach diesen beiden Zahlenwerten die Lebensdauer der Schmelzfixierwalze mit dem Toner der vorliegenden Erfindung über 1 Million Drucke, eine Zunahme von ungefähr 700000 Drucken oder ungefähr 117 Stunden Betriebszeit oder ungefähr 200% über der Lebensdauer der Schmelzfixierwalze mit dem Toner des Vergleichsbeispiels 1.

Claims

Toner, umfassend ein polymeres Bindemittel in einer Menge im Bereich von 85 bis 99 Gewichtsprozent, einen färbenden Bestandteil oder ein Gemisch von färbenden Bestandteilen in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent, und Calciumstearat in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 2 Gewichtsprozent, wobei der Toner, nach dem triboelektrischen Kontakt mit Trägerteilchen, eine Ladung Q, gemessen in Femtocoulomb pro Teilchendurchmesser D, gemessen in Mikron, (Q/D) im Bereich von –0,1 bis –1 fC/μm aufweist, wobei die Abweichung von Q/D während der Entwicklung im Bereich von 0 bis 0,25 fC/μm liegt, und wobei die Ladungsverteilung des Toners im wesentlichen unimodal ist und eine Peakbreite im Bereich von 0,1 fC/μm bis 0,5 fC/μm aufweist, und wobei der Toner ein Verhältnis von Ladung zu Masse M, gemessen in Gramm, (Q/M) im Bereich von –25 bis –70 μC/Gramm aufweist, wobei die Abweichung von Q/M während der Entwicklung im Bereich von 0 bis 15 μC/Gramm liegt.
Toner nach Anspruch 1, wobei das Calciumstearat in einer Menge im Bereich von 0,5 bis 1 Gewichtsprozent vorliegt; und wobei die Gesamtmenge an polymerem Bindemittel, färbendem Bestandteil oder Gemisch von färbenden Bestandteilen, und Calciumstearat etwa 100 Prozent beträgt.
Entwickler, umfassend den Toner nach Anspruch 1 oder 2 sowie einen Träger.
Bilderzeugungsprozess, bei dem ein Bild mit dem Toner nach Anspruch 1 oder 2 entwickelt wird, und wobei das Calciumstearat als Gleitmittel für eine Vorrichtung in einer Maschine, die das Bild enthält, dient.
Verfahren, umfassend das Herstellen von verschiedenen Farbentwicklern durch Mischen eines Trägers mit dem Toner nach Anspruch 1 oder 2; das Erzeugen eines latenten Bildes auf der Oberfläche eines Fotorezeptors, das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Magenta bilden, mit einem Entwickler, der einen Magentafarbtoner enthält; das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Gelb bilden, mit einem Entwickler, der einen Gelbfarbtoner enthält; das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Cyan bilden, mit einem Entwickler, der einen Cyanfarbtoner enthält; das Entwickeln der Bereiche des latenten Bildes, die die Farbe Schwarz bilden, mit einem Entwickler, der einen Schwarzfarbtoner enthält; und das Übertragen des entwickelten latenten Bildes von der Oberfläche des Fotorezeptors auf ein Bildempfangssubstrat.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei jeder Entwicklungsschritt unter Anwendung eines HSD-Prozesses durchgeführt wird.
Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer eines Bestandteils einer Kopier- und Druckmaschine, bei dem der Toner nach Anspruch 1 oder 2 für die Entwicklung verwendet wird.