DD287392A7 - Elektrophotographischer entwickler - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen verbesserten elektrophotografischen Entwickler, bestehend aus einem Traegermaterial und einem Toner. Durch Zusatz von a-Aluminiumoxid zum Toner als Schleifmittel und Abstandhalter wird erreicht, dasz der Entwickler eine hoehere Ergiebigkeit bei hoechster Qualitaet der Kopien aufweist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen elektrophotographischen Entwickler, der aus einem Tonermaterial und einer Trägerkomponente besteht und als Trockenentwickler in elektrophotographischen Verfahren eingesetzt werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei den bekannten elektrophotographischen Verfahren wird die Vorlage als latentes elektrostatisches Ladungsmuster auf einem Photoleitor (US 2618551, US 2618552, US 2803542, US 2970906, US 3121006, US 3121007, US 3151092) abgebildet. Dieses

latente Bild wird anschließend entwickelt, indem ein Entwickler eingesetzt wird. Das entwickelte Bild wird anschließend auf den

Bildträger (Papier) übertragen oder im Falle der Identität von Photoleiter und Bildträger fixiert. Je nach Funktionsprinzip werden

unterschiedliche Entwicklerzusammensetzungen benutzt (J. WEIGL, Angew. Chem. 89 [1977] 386).

Im Falle der Kaskadenentwicklung (US 2618552, US 3301126, US 3166432) besteht die Entwicklersubstanz aus dem eigentlich

färbenden Toner und dem Trägermaterial. Als letzteres werden Makroteilchen aus unterschiedlichem Material eingesetzt,

Glasperlen, Salzkörner, plastüberzogene Glas- oder Stahlkugeln. Bei der Entwicklung wird die Meinung über das latente Bild

kaskadiert, wobei insbesondere durch das Trägermaterial ausgeübte tribochemische Kräfte die Ladungsbildung auf den

Tonerteilchen und letztendlich deren elektrostatische Haftung in Form des Tonerbildos bewirken. Ein weiteres Verfahren zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder ist das Mngnetbürsten-Verfahren (US 2874063, US 3003462). Bei diesem Verfahren wirkt die Entwicklersubstanz durch Anheben der effektiven Dielektrizitätskonstante als ihre

eigene Entwicklungselektrode. Realisiert wird das durch einen Permanentmagneten, der eine Mischung von feinen

Tonerteilchen mit groben magnetischen Trägerteilchen, z. B. Eisen, in Form einer weichbürstenartigen Struktur trägt

(Zweikomponenten-Magnetbürsten-Entwicklung). Die Berührung mit dem Eisen und dem Toner bewirkt, daß das Eisen positiv und der Toner negativ aufgeladen werden. Zusätzlich wird dem Toner die gewünschte Reibungsladung gegeben, da die

Trägerperlen im allgemeinen mit einer dünnen Polymerschicht überzogen sind. Bei richtiger Wahl der reibungselektrischen Eigenschaften und ausreichender Bewegung der Mischung ist eine Magnetbürste imstande, durch leichtes Streichen über das

latente Bild des Phctoleiters dort ein Pulverbild zu erzeugen.

Die derzeitig am häufigsten angewandten Verfahren der elektrophotographischen Bilderzeugung und Bildentwicklung sind das Kaskaden- und das Zweikomponenten-Magnetbürsten-Verfahren (R. M. SCHAFFERT, Electrophotography, Focal Press, London

1975). In beiden Fällen wird beim Kopieren nur der Toner verbraucht, während der jeweilige Trägerbestandteil im Gerät verbleibt und erst nach langer Zeit erneuert werden muß. Die Ökonomie des eloktrophotographischen Verfahrens wird deshalb wesentlich durch den Preis des Toners und dessen Verbrauch pro Kopierschritt (Ergiebigkeit) bestimmt.

Von den verschiedenen Verfahren der Bildfixierung ist das derThermofixierung das am häufigsten angewandte. Grundbestandteile jedes Toners sind in bekannter Weise ein niedrigschmelzender Thermoplast (US 2401766, US 2434461, US 2618552, US 2638416, US 265S670, US 2788288, US 2917460, DE 1772669, DE 2401766) und ein Pigment. Alt. Thermoplast werden vorzugsweise Polystyren, Acrylharze, Polyethylene, Polyvinylchloride, Polymethacrylsäurederivate, Epoxidharze, Polyamide, Polyethylenthermoplaste sowie Copolymere der genannten eingesetzt. Als Pigment kommen Farbstoffe sowie Ruß zum Einsatz (US 3577345). Für einen optimalen elektrophotographischen Prozeß sind zu diesen Grundbestandteilen Zusätze zu geben. Dabei handelt es

sich bei Verwendung sehr harter Thermoplaste um Schmiermittel, die zu starke mechanische Beanspruchungen bei der Reibung des Toners insbesondere mit dem Photoleiter abbauen (DE 2450922, DE 2 249385).

Der zweite Typ an Zusatzstoffen sind Siliciumverbindungen, die eine deutlich höhere Härte als der Toner besitzen (US !"986521, DE 1089265, DE 1522708, GB 1172839). Diese Zusätze bewirken als Schleifmittel die kontinuierliche Selbstreinigung des Photoleiters. Dadurch wird verhindert, daß nach dem Kopierschritt noch auf dom Photoleiter vorhandene Tonerreste beim

nächsten Kopierschritt

- Geisterbilder verursachen,

- einen Hintergrundschleier bewirken,

- den Aufladungsprozeß stören,

- den photoinduzierten Entladungsprozeß behindern.

Der dritte Zusatz betrifft Abstandshalter (DE 2 249385), deren Funktion darin besteht, beim Thermofixieren einen zu starken Kontakt zwischen Tonerbild und Fixierwalze zu verhindern und damit die Ausbildung unerwünschter glänzendtir Bilder zu

vermeiden.

Bisher war es üblich, alle Zusatzstoffe einzeln zuzugeben. Ebenfalls waren bisher Stoffe unbekannt, die zwei oder mehrere Funktionen der obengenannten Zusätze ausüben können. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen verbesserten Entwickler fürelektrophotographische Verfahren bereitzustellen, der sich durch eine höhere Ergiebigkeit im Kopierprozeß auszeichnet und Kopien höchster Qualität (nicht glänzend) liefert.

Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten elektrophotographischen Entwickler anzugeben, der neben den

bisherigen Eigenschaften wie Abbildungsgüte und Schwärzungsgrad dadurch gekennzeichnet ist, eine höhere Ergiebigkeit zu besitzen und Kopien höchster Qualität (nicht glänzend) zu liefern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein elektrophotographischer Entwickler auf der Basis eines Trägermaterials und eines Toners mit den Bestandteilen Thermoplast, Pigment und einem Abstandhalter, der zugleich ein Schleifmittel ist, als Zusatz eingesetzt wird. Der Toner enthält neben den üblichen Bestandteilen als Zusatz a-Aluminiumoxid,

vorzugsweise Korund einer Korngröße zwischen 0,1 μνη bis 100pm und wird in Gewichtsteilen von 0,05% bis 2% zugesetzt.

Besonders geeignet sind aus Abriebmaterial von Mahlkugeln aus Kcrund bestehende Zusätze, die vorzugsweise in Korngrößen

von ΙΟμηι bis 63pm in Gewichtsanteilen von 0,05% bis 0,2% in der Thermoplast-Pigment-Mischung enthalten sind.

Als Thermoplast werden die als vorbekannt beschriebenen eingesetzt. Der Anteil des Thermoplaste im Toner beträgt dabei 70%

bis 96%, vorzugsweise 85% bis 90%. Je nach Tonertyp ist es vorteilhaft, Polymere unterschiedlicher Härte einzusetzen. So ist es günstiger, für Zweikomponenten-Magnetbürsten-Toner einen weichen Thermoplast zu benutzen. Insbesondere geeignet sind

Polymere des Styrens und der Methacrylsäure sowie deren Ester, vorzugsweise Styren-Acrylsäureester- und Styren- Möthacrylsäureester-Copolymere mit Erweichungspunkten zwischen 45°C und 8O⁰C. Als Farbpigmente werden die vorbekannten eingesetzt, vorzugsweise Ruß mit entsprechenden elektrostatischen Eigenschaften. Der Pigmentanteil beträgt 4% bis 30%, vorzugsweise 10% bis 15%. Bei der Zugabe des Zusatzes a-Aluminiumoxid ist es wichtig, daß es sich um ein aktives, nicht gealtertes Produkt handelt. Das ist

gewährleistet, wenn der Zusatz vor der Tonerherstellung durch Vermählen bereitgestellt wird. Eine weitere, besonders vorteilhafte Variante besteht darin, daß bei der Vermahlung des Toners Kugeln aus a-Aluminiumoxid, vorzugsweise Korund, benutzt werden. Der dabei gebildete Abrieb des Kugelmaterials ergibt den notwendigen Zusatz an a-Aluminiumoxid. Auf diesem

Wege wird in ökonomisch günstiger Weise in ausreichender Menge aktives a-Aluminiumoxid als Schleifmittel und als Abstandshalter erzeugt und automatisch dem Toner beigefügt. Die aus Thermoplast, Ruß und dem erfindungsgemäßen Zusatz hergestellten Toner besitzen eine Korngröße von 0,1 μπι bis Der Toner wird in vorbekannter Weise mit den verfahrensspezifischen, bekannten Trägermaterialien vermischt. Der erfindungsgemäße Entwickler ist durch eine überraschende, nicht vorhersehbare Ergiebigkeit gekennzeichnet. Im Vergleich

zu kommerziellen, handelsüblichen Tonern wird ein deutlich geringerer Verbrauch registriert (Kopienzahl pro Gewichtseinheit

Toner), der 68 gestattet, etwa 30% mehr Kopien bei gleicher Toner menge anzufertigen (vergleiche Tabelle). Der erfindungsgemäße Zusetz von a-Aluminiumoxid besitzt außer den Eigenschaften eines Schleifmittels (Ergiebigkeit) die

eines Abstandhalten, im Gegensatz zu DE 3444676. In dieser PS wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich weder

Aluminiumoxid, Siliciumoxid und Titanoxid als Abstandhalter eignen. Die verbesserten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Entwicklers sind auf den Zusatz von a-Aluminiumoxid zum Toner

zurückzuführen. Dabei ist von entscheidender Bedeutung, daß es sich bei dem erfindungsgemäßen Zusatz um die α-Modifikation des Aluminiumoxids handelt. Die Verwendung beispielsweise von γ-Aluminiumoxid ergibt Entwickler, die die vorteilhaften

Eigenschaften des erfindungsgemäßen Entwicklers nicht aufweisen und sogar die Schleierbildung begünstigen und glänzende Bilder liefern. Entsprechend werden bei Einsatz von Siliciumdioxid, d 5S als Schleifmittel bekannt ist (DE 1089265, DE 1522708),

je nach Tonertyp 20% bis 30% weniger Kopien erhalten. Dies zeigt, daß die Wirkung des Schleifnmittels im Falle des a-Aluminiumoxids viel intensiver ist. Zusätzlich fungiert a-Aluminiumoxid als Abstandhalter und bewirkt damit eine höhere

Bildqualität. Zusammengefaßt sind folgende vorteilhafte Eigenschaften des erfindungsgemäßen Zusatzes zu nennen:

- deutlich höhere Tonerergiebigkeit,

- Erhalt von nichtglänzenden Kopien,

- ökonomisch vorteilhafte Herstellung des Tonermaterials,

- keine Beeinträchtigung der Bildqualitätsparameter wie Auflösung und Schwärzungsgrad.

Vergleich des Tonerverbrauches anhand der hergestellten Kopien

a) Kaskadenentwicklung

b) Zweikomponenten-Magnetbürsten-Entwicklung

c) Xerox-Corp.

Toner	Menge ing	Gerätetyp	Trägermaterial	Anzahlen Kopten
Beispiel 1 6R90001cl	100g 100 g	RX7000·1 RX7000·1	5 R 90001 5 R 90 001	1430 1250
Beispiel 2 6 R 90 005"	50 g 50 g	RX 7000" · RX 7000"	5 R 90 001 5 R 90 001	780 600
Beispiel 3 6R90Q52c) 6 R 90 053"	100 g 100g 100g	RX3107b) RX3107"1 RX3107"'	5 R 90 055 5 R 90055 5 R 90 055	2800 2200 2200

Ausführungsbelsplela Beispiel 1

4leiner AcryldispersionTyp X171 {Feststoffgehalt 43Gew.-%) des VEB Chemische Werke BUNA-Schkopau, 312g Ruß Typ

Kanalruß RGA E (VEB Gummiwerke Berlin, Betrieb Oranienburg) und 50ml Netzmittel (Otroc, VEB Fettchemie Karl-Marx-Stadt)

wurden in einer verschließbaren Mahltrommel (Hartporzellan KER 110 TGL 7838/02, Nenninhalt 101, Typ Nr. 58.27.10/3,

Hersteller VEB Keramische Werke Hermsdorf, 6530 Hermsdorf/Thüringen) gefüllt. Anschließend werden in das Gefäß

geschliffene Korundkugeln für Mahltrommeln des VEB Porzellanwerk Auma, 6572 Auma (Thüringen), folgender Größe gegeben:

22 Kugeln mit einem Durchmesser von 35mm und einem Gewicht von 91,2g pro Kugel und 22 Kugeln mit einem Durchmesser von 26,5mm und einem Gewicht von 37,5g pro Kugel. Das Gefäß wird verschlossen, auf eine Drehwalze gelegt und mit einer

Geschwindigkeit von 65 Umdrehungen pro Midute45 Stunden rotiert. Die Suspension wird nach dem Knetprozeß in Keramikschalen gefüllt, in einen Wärmeschrank WS 983 gestellt und bei etwa 35 ⁰C

in 120 Stunden entwässert. Der getrocknete Rohtoner wird weitere 25 Stunden in der bereits benutzten Mühle trocken endzerkleinert.

Für die abschließende Siebung wird ein Rüttelsieb Typ ANDF 4/5 mit einem Laborprüfsieb 40μπι (VEB Metallweberei 6710 Neustadt/Orla) benutzt. Auf die Siebfläche wurden 10 Kugeln aus Korund mit einem Durchmesser von 12mm und einem Gewicht von 2g pro Kugel gegeben. Nach 15 Minuten ist der Siebvorgang beendet. Die Ausbeute beträgt 95%. Für die elektrophotographische Anwendung wurde der Toner entsprechend der Gerätevorschrift mit dem Trägermaterial

gemischt und der erhaltene Entwickler in das Gerät eingefüllt. Die erhaltenen Kopien zeigen keinen Schriftglanz, die

Tonerergiebigkeit ist der Tabelle zu entnehmen. Beispiel 2

430ml einer Acrylsuspension Typ 170 'Feststoffgehalt 40Gew.-%), 31,2g Ruß und 5ml Netzmittel, jeweils der in Beispiel 1 genannten Hersteller, wurden in eine 1-l-Flasche aus Glas gefüllt, mit 15 Kugeln von jeweils 16g und 5 Kugeln von jeweils 8g versetzt und auf einem Labormahlwerk 48 Stunden rotiert. Die weitere Aufarbeitung erfolgte entsprechend Beispiel 1. Die

Ausbeute betrug 90%. Für die elektrophotographische Testung wurde der Toner entsprechend der Gerätevorschrift mit dom kommerziellen Trägermaterial vermischt und der erhaltene Entwickler in das Gerät eingefüllt. Die erhaltenen Kopien zeigen keinen Schriftglanz

und die Tonerergiebigkeit ist der Tabelle zu entnehmen.

Beispiel 3

41 einer Acrylsuspension Typ X172 (Feststoffgehalt 40Gew.-%), 360g Ruß und 50ml Netzmittel wurden analog Beispiel 1 gemischt, in die Mühle eingefüllt, mit Korundkugeln versetzt, vermählen, getrocknet, erneut vermählen und ausgesiebt. Das eingesetzte Kugelmaterial wurde produziert von der Firma Schauenburg, Maschinen und Anlagen GmbH, 4330 Mühlheim (Ruhr), BRD. Die Ausbeute betrug 90%.

Die Austestung des Toners in Form des Entwicklers erfolgte analog den Beispielen 1 und 2.

Claims (5)

1. Elektrophotographischer Entwickler auf der Basis eines Trägermaterials und eines Toners mit den Bestandteilen Thermoplast, Pigment und einem Abstandshalter als Zusatz, gekennzeichnet dadurch, daß der Toner neben den üblichen Bestandteilen als Zusatz ci-Aluminiumoxid enthält.

2. Elektrophotographischer Entwickler nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Toner aktives, nicht gealtertes a-Aluminiumoxid enthält.

3. Elektrophotographischer Entwickler nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Toner ein Abriebmaterial von Mahlkugeln aus Korund enthält.

4. Elektrophotographischer Entwickler nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Toner 0,05% bis 2%, vorzugsweise 0,05% bis 0,2% Gewichtsanteile a-Aluminiumoxid enthält.

5. Elektrophotographischer Entwickler nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Toner durch Vermählen von Thermoplast und Pigment in einem Mahlwerk unter Verwendung von Mahlkugeln aus Korund ohne gesonderten Zusatz von a-Aluminiumoxid hergestellt wird.