Elektrostatische Entwicklersubstanz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine freifliessende teilchenförmige Entwicklersubstanz zur Verwendung bei der xerographischen Kaskadenentwicklung.
Die Bildung und Entwicklung von Bildern auf der Oberfläche eines photoleitenden Materials durch elektrostatische Mittel ist bekannt. Der xerographische Grundprozess, wie er aus dem USA-Patent Nr.
2 297 691 hervorgeht, besteht im Anbringen einer gleichmässigen elektrostatischen Ladung auf einer photoleitenden Isolierschicht, der Belichtung der Schicht mit einem Licht- und Schattenbild, um die Ladung auf den dem Licht ausgesetzten Flächen der Schicht abzuleiten, und im Ablagern eines feinteiligen elektroskopischen, als Toner bezeichneten Materials auf dem Bild. Der Toner wird normalerweise zu denjenigen Stellen der Schicht hin angezogen, welche eine Ladung beibehalten, so dass ein Toner-Bild entsteht, welches dem latenten elektrostatischen Bild entspricht. Dieses Pulverbild kann hierauf auf eine Trägeroberfläche wie Papier übertragen werden. Das übertragene Bild kann anschliessend auf der Trägeroberfläche beispielsweise durch Wärmeeinwirkung permanent fixiert werden.
Anstelle der Bildung des latenten Bildes durch gleichmässiges Aufladen der photoleitenden Schicht und anschliessende Belichtung der Schicht mit einem Lichtund Schattenbild, kann das latente Bild auch dadurch gebildet werden, dass die Schicht direkt in Bildform geladen wird. Das Pulverbild kann auf der photoleitenden Schicht fixiert werden, falls es unerwünscht ist, das Pulverbild zu übertragen. Andere geeignete Fixiermittel, wie Behandlung mit einem Lösungsmittel oder einem Überzug, können die angeführte Wärmebehandlung zum Fixieren ersetzen.
Es sind verschiedene Verfahren zum Aufbringen der elektroskopischen Teilchen auf das latente elektrostatische, zu entwickelnde Bild bekannt. Ein Entwicklungsverfahren, das durch E.N. Wise im USA-Patent 2 618 552 beschrieben ist, ist als Kaskadenentwicklung bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Entwicklersubstanz, die verhältnismässig grosse Trägerteilchen mit elektrostatisch aufgebrachten feinen Tonerteilchen enthält, zur elektrostatischen Trägeroberfläche für das Bild geführt und über diese Fläche geschüttet, geflutet oder wellig herabfallen gelassen. Die Zusammensetzung der Trägerteilchen ist so gewählt, dass die Tonerteilchen durch Reibungselektrizität mit der gewünschten Polarität geladen werden.
Wenn die Mischung sich wellig über die Bildträgeroberfläche ausbreitet oder über sie flutet, werden die Tonerteilchen elektrostatisch abgelagert und an den geladenen Stellen des latenten Bildes festgehalten, während sie an den ungeladenen oder Untergrundstellen des Bildes nicht abgelagert werden. Die meisten Tonerteilchen, welche zufällig auf dem Untergrund abgelagert worden sind, werden durch den flutenden Träger entfernt, da offensichtlich die elektrostatische Anziehung zwischen dem Toner und dem Träger grösser als zwischen dem Toner und dem entladenen Untergrund ist. Der Träger und der überschüssige Toner werden hierauf wieder in Umlauf gebracht. Diese Technik ist ausserordentlich geeignet für die Entwicklung von Strichkopierbildern.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer Bilder ist das Verfahren der magnetischen Bürsten , wie es beispielsweise im USA-Patent 2 874 063 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird eine Entwicklersubstanz, die Tonerteilchen und magnetische Trägerteilchen enthält, von einem Magneten mitgetragen. Das magnetische Feld des Magneten bewirkt eine Ausrichtung der magnetischen Träger zu einer bürstenähnlichen Form. Diese magnetische Bürste wird mit der elektrostatischen Bildträgeroberfläche in Kontakt gebracht, wodurch die Tonerteilchen durch elektrostatische Anziehung von der Bürste auf das latente Bild gezogen werden.
Ein weiteres geläufiges Verfahren zur Entwicklung elektrostatischer latenter Bilder ist das Verfahren der Pulverwolke , wie es von C.F. Carlson im USA-Patent 2 221 776 beschrieben wird. Bei diesem Verfahren wird eine Entwicklersubstanz, die elektrisch geladene Tonerteilchen in einer Gasatmosphäre enthält, nahe der Oberfläche, welche das latente elektrostatische Bild trägt, vorbeigeführt. Die Tonerteilchen werden hierbei durch elektrostatische Anziehung vom Gas auf das latente Bild gezogen. Dieses Verfahren ist für die kontinuierliche Toner-Entwicklung besonders nützlich.
Weitere Entwicklungsverfahren, wie beispielsweise die im USA-Patent 2 895 847 von C.R. Mayer beschriebene < rAufsetz -Entwicklung, können angewendet werden.
Während übliche Entwicklersubstanzen gewöhnlich Bilder guter Qualität hervorbringen, weisen sie doch auf gewissen Gebieten ernste Mängel auf. Die Entwicklersubstanzen müssen insbesondere frei fliessen können, um ein genaues Abmessen und eine gleichmässige Verteilung während der Entwicklungs- und Umlaufphasen des xerographischen Verfahrens zu erleichtern. Einige Entwicklersubstanzen sind trotz wünschenswerter Eigenschaften, wie passenden reibungselektrischen Eigenschaften, ungeeignet, weil sie bei ihrer Handhabung und bei Lagerung dazu neigen, zusammenzubacken, Brücken zu bilden und sich zusammenzuballen. Die reibungs-elektrischen und Strömungseigenschaften mancher Toner und Träger werden in nachteiliger Weise beeinflusst, wenn die relative Feuchtigkeit gross ist.
Wegen des Einflusses verschiedener Kräfte, wie elektrostatischer oder Van der Waals-Kräfte, neigen viele Toner-Pulver dazu, anhaftende, unerwünschte Ablagerungen zu bilden, welche die richtige Reinigung erneut brauchbarer xerographischer Platten oder Trommeln beeinträchtigen. Zahlreiche bekannte Träger und Toner sind von schmirgelartiger Beschaffenheit. Schmirgelnde Berührung zwischen Tonerteilchen, Träger und elektrophotographischen Oberflächen beschleunigt im allgemeinen aber die Abnützung dieser Teile. Der Ersatz von Trägern und elektrostatischen Bildträgerflächen ist teuer und zeitraubend. Der durch den Zerfall des Toners gebildete Abrieb neigt zu Ab drift und zur Bildung unerwünschter Ablagerungen auf empfindlichen Maschinenteilen. Xerographische Kopien sollen sowohl einen guten Strichkontrast als auch eine annehmbare Bedekkung der Volltonflächen aufweisen.
Wird jedoch ein Verfahren besonders im Hinblick auf die Verbesserung des Strichkontrastes oder der Bedeckung der Volltonfläche ausgelegt, so ist eine verminderte Qualität der jeweils anderen Eigenschaft zu erwarten. Versuche zur Erhöhung der Bilddichte durch Ablagern grösserer Mengen von Tonerteilchen haben meist eine unerwünschte Erhöhung der Ablagerungen auf dem Untergrund zur Folge. Es besteht also eine fortdauernde Notwendigkeit, die bekannten Verfahren und Hilfsstoffe zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder zu verbessern.
Zweck der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu vermeiden und eine Entwicklersubstanz zu schaffen, welche die geforderten Eigenschaften aufweist.
Erfindungsgemäss ist die Entwicklersubstanz dadurch gekennzeichnet, dass der Entwickler aus etwa 1 Gew.-Teil eines feinteiligen Tonermaterials, 10 bis 200 Gew.-Teilen nichtmagnetischer Trägerteilchen, die grösser als die Teilchen des Tonermaterials sind, sowie 0,02 bis 20 Gew.-O/o, bezogen auf das Tonermaterial, mindestens eines festen hydrophoben fettsauren Metall salzes besteht, das an Teilchenoberflächen der Entwicklersubstanz verfügbar ist.
Das Metallsalz der Fettsäure kann in irgendeiner geeigneten Weise mit dem Entwicklermaterial kombiniert sein, um eine physikalische Mischung von Salzteilchen mit Entwicklermaterialteilchen, mit Metallsalz bedeckte Träger oder Toner, Träger und/oder Toner, welche das Salz als eine Gesamtkomponente enthalten oder Kombinationen von allen diesen zu bilden. Wo das feste, hydrophobe Metallsalz einer höheren Fettsäure physikalisch mit Toner- oder Trägerteilchen gemischt oder auf diesen als Überzug angebracht werden soll, liegt das Metallsalz vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,02 bis 10 O/o, bezogen auf das Gewicht des Toners, in der endgültigen Entwicklermischung, vor.
Die erfindungsgemässe freifliessende, teilchenförmige Entwicklersubstanz kann zur Herstellung xerographischer Abbildungen verwendet werden. Diese Verwendung ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein Tonerbild erzeugt, indem man ein latentes elektrostatisches Bild auf einer bilderzeugenden Fläche mit der Entwicklersubstanz in Berührung bringt, wobei mindestens ein Teil des feinteiligen Tonermaterials von der bilderzeu- genden Fläche angezogen und als Tonerbild festgehalten wird.
Optimale Resultate werden mit ungefähr 0,05 bis etwa 4Gew.-O/o des Metallsalzes erzielt. Obwohl das anfängliche Potential der elektrostatischen Bildfläche reduziert und der Abriebwiderstand verbessert werden können, wenn der Anteil des vorliegenden Metallsalzes über den Wert von ungefähr 10 O/o vergrössert wird, treten in diesem Falle vor allem merklich vermehrte, unerwünschte Hintergrund-Ablagernngen auf. Wenn die Ladungsspannung verkleinert wird, um ein 10 /o übersteigendes Vorliegen von Metallsalz zu kompensieren, beginnen die Bilder in der Regel ein verwaschenes Aussehen zu zeigen.
Es ist gewöhnlich nicht wesentlich, dass die gesamte Oberfläche jedes Tonerteilchens mit dem Metallsalz bedeckt wird. Beispielsweise ist genügend Metallsalz vorhanden, wenn 10 bis 16 0/o der Tonerteilchen Oberflächen mit einem Metallsalz bedeckt sind. Wenn das Metallsalz in einem Toner- oder Trägerteilchen verteilt wird, statt es als Überzug auf das Teilchen zu bringen, ist allgemein proportional mehr Metallsalz nötig, um eine genügende Quantität aufgedecktes Salz auf der Oberfläche des Toner- oder Trägerteilchens aufrechtzuerhalten. Die zusätzlich benötigte Menge Metallsalz hängt in grossem Ausmass von der Oberfläche der Teilchen ab und daher vom gewählten Durchmesser der Teilchen.
Die Verwendung kleiner Mengen von Calciumstearat als Pigmentbenetzungsmittel in einem Entwicklerpulver aus Zinkoxyd ist aus dem USA-Patent 3 053 688 und dem kanadischen Patent 633 458 bekannt. Die in bekannter Weise zur Erleichterung der Benetzung von in Zinkoxyd-Entwicklerpulver verteilten Pigmenten verwendete Menge von Calciumstearat ist im allgemeinen ungenügend, um für den Zweck der vorliegenden Erfindung die Oberfläche des Tonerteilchens mit einer wirksamen Menge Calciumstearat zu versehen.
Wenn weniger als 0,02ovo Metallsalz, bezogen auf das Gewicht des Toners, tatsächliche an der Oberfläche des Tonerteilchens vorliegt, sind gewöhnlich seine reibungselektrischen Eigenschaften, die Strömungs- und Abriebeigenschaften, die tJbertragungs- und Bildformungseigenschaften ungefähr dieselben wie bei einem Toner oder Träger, der kein Metallsalz einer Fettsäure enthält. Es liegt auf der Hand, dass mit einer bezüglich des Gewichtes des Toners gegebenen Menge Metallsalz insbesondere ein grösseres Salzvolumen an der Oberfläche des Toners oder Trägers vorhanden ist, wenn das Metallsalz zu einer Mischung von vorgeformten gefärbten Tonerteilchen oder Trägern hinzugefügt wird, als wenn es innerhalb jedes Tonerteilchens oder Trägers verteilt wird.
Wenn z. B. die Konzentration des Metallsalzes bis zuin Punkte erhöht wird, bei welchem der Toner im wesentlichen aus 100 0/o Metallsalz besteht, wird das Metallsalz auf der elektrostatischen Bildträgerfläche und auf Trägerteilchen schlüpfrige Filme bilden, die in nachteiliger Weise auf die Übertragung des Pulverbildes, die Entfernung des Untergrundes und das Reinigen einwirken. Das USA-Patent 3 083 117 beschreibt ein Verfahren zum Anbringen gegenwirkender Toner, welche 100 O/o Eisenstearat enthalten, an ein elektrostatisches Bild und zum anschliessenden Übertragen des entwickelten Bildes auf ein mit einer alkoholischen Lösung von Gallussäure benetztes Abdruckblatt. Das Eisenstearat reagiert gewöhnlich mit der Gallussäure und bildet ein schwarzes Reaktionsprodukt.
Zusätzlich zu den bei der Verwendung eines Toners mit 100 O/o Metallsalz auftretenden Schwierigkeiten benötigen elektrostatische Entwicklungsverfahren der vorgenannten Art vor allem eine Vorbehandlung des Abdruckblattes mit Flüssigkeiten, was wachsende Kosten und Unbequemlichkeiten verursacht. Zudem treten häufig Kräuseln, Abfärben und Abbiegen auf, wenn befeuchtete Abdruc'.iblatter verwendet werden. Zusätzliche Ausrüstungen zur Entfernung giftiger und entzündbarer Dämpfe können darüber hinaus nötig sein.
Ausgezeichnete Resultate sind mit Zinkstearat erzielt worden. Es kann jedoch jedes entsprechende stabile, feste, hydrophobe Fettsäure-Metallsalz, bevorzugt mit einem Schmelzpunkt von höher als 57 OC, anstelle des Zinkstearats verwendet werden. Das Metallsalz sollte im wesentlichen unlöslich in Wasser sein.
Wasserlöslichen Metallsalzen fehlen die geeigneten elektrischen Eigenschaften; sie werden zudem in nachteiliger Weise durch normalerweise in der Umgebungsatmosphäre auftretende Feuchtigkeitsänderungen beeinflusst.
Ein grosser Teil von Salzen, die üblicherweise als unlöslich angesehen werden, lösen sich jedoch in gerigem Ausmass. Um die volle fortschrittliche Wirkung der vorliegenden Erfindung erzielen zu können, soll die Löslichkeit des Salzes insbesondere vernachlässigbar klein sein. Die Salze mit den gewünschten spezifischen Eigenschaften schliessen vor allem viele Salze gesättigter Fettsäuren, ungesättigter Fettsäuren, teilweise hydrierter Fettsäuren und substituierter Fettsäuren sowie Mischungen der angeführten Säuren ein.
Fettsäuren, von welchen stabile, feste, hydrophobische Metallsalze abgeleitet werden können, sind beispielsweise die folgenden: Capronsäure, Oenanthsäure, Caprylsäure, Pelargonsäure, Caprinsäure, Undecylsäure, Laurinsäure, Tridecansäure, Myristinsäure, Pentadecansäure, Palmitinsäure, Margarinsäure, Stearinsäure, Nonadecansäure, Arachinsäure, Behensäure, Tiglinsäure, Palmitooleinsäure, Ölsäure, Rizinolsäure, Petroselinsäure, Vaccensäure, Linolsäure, Linolensäure, Elaeostearinsäure, Licansäure, Parinarsäure, Gadoleinsäure, Arachidonsäure, Keto-ölsäure und Mischungen von diesen. Stabile Metallsalze von Fettsäuren sind z. B.
Cadmiumstearat, Bariumstearat, Bleistearat, Eisenstearat, Nickelstearat, Kobaltstearat, Kupferstearat, Strontiumstearat, Calciumstearat, Magnesiumstearat, Zinkoleat, Manganoleat, Eisenoleat, Kobaltoleat, Kupferoleat, Bleioleat, Magnesiumoleat, Zinkpalmitat, Kobaltpalmitat, Kupferpalmitat, Magnesiumpalmitat, Aluminiumpalmitat, Calciumpalmitat, Bleicarpylat, Bleicaproat, Zinklinoleat, Kobaltlinoleat, Calciumlinoleat, Zinkricinoleat, Kadmiumricinoleat und Mischungen von diesen.
Jedes geeignete pigmentierte oder gefärbte, elektroskopische Tonermaterial kann mit einem beschriebenen Metallsalz behandelt werden. Typische Tonermaterialien sind insbesondere Kopalharz, Sandarakharz, Kolophonium, Cumaron-Indol-Harz, Asphalt, Gilsonit, Phenolformaldehyd, Harze, mit Kolophonium modifizierte Phenolformaldehydharze, Methacrylharze, Polystyrolharze, Polypropylenharze, Epoxyharze, Polyäthylenharze und Mischungen von diesen.
Jedes geeignete Verfahren zum Überziehen kann angewendet werden, um das Metallsalz dem Entwicklermaterial zuzufügen. Wenn das Metallsalz als loses Pulver angewendet wird, ist es vor allem in Form fein zerteiLer Teilchen am wirksamsten. Beispielsweise werden bei einer Korngrössenverteilung von 0,5 Mikron bis etwa 50 Mikron ausgezeichnete Resultate erzielt. Obwohl verbesserte Resultate mit Tonermischungen erzielt werden können, die durch Mahlen des Metallsalzpulvers gegen die Oberfläche eines Tonerteilchens oder durch Verteilen des Metal'salzes im Tonerteilchen hergestellt e den ist gefunden worden, dass vor allem unerwartet bessere Resultate erzielt werden, wenn das Metallsalzpulver mit den vorgeformten gefärbten Tonerteilchen sorgfältig umgewälzt wird.
Obwohl es nicht vollständig klar ist, scheint in gemahlenen Mischungen eine unbewegliche Haftung zwischen einem Teil des Metallsalzes und des Toners aufzutreten, und zwar als Resultat der Reibung und möglicherweise Verschmelzung zwischen dem Metallsalz und dem Tonerteilchen. In umgewälzten Mischungen liegt jedoch eine losere und bewegliche Beziehung zwischen Toner- und Metallsalzteilchen vor.
Mit dem Gemisch entwickelte xerographische Kopien enthalten vorzugsweise beträchtlich weniger Tonerteilchen in den Untergrundflächen als Kopien, die mit gemahlenen Gemischen hergestellt worden sind. Die umgewälzten Gemische erlauben in der Regel die Anwendung niedrigerer anfänglicher elektrophotographischer Oberflächenpotentiale. Das umgewälzte Gemisch kann auch zu einer verbesserten Reinigungswirkung der elektrophotographischen Trommel beitragen, insbesondere. wenn die Reinigung mit einem Gewebereiniger, wie beispielsweise mit dem im USA-Patent 3 186 838 beschriebenen Gewebe, vorgenommen wird. Zudem kann bei der Anwendung eines Gewebereinigers ein geringerer Gewebedruck ausgeübt werden, so dass die Lebensdauer der Trommel verlängert wird.
Die unerwartet besseren Resultate, die beim Gebrauch von Tonermischungen erzielt werden, welche lose Metallsalzteilchen enthalten, können von verschiedenen Faktoren herrühren. Beispielsweise wird angenommen, dass die bei losem Metallsalzpulver vorliegende vergrösserte hydrophobe Oberfläche für die Tonerteilchen eine Atmosphäre mit niedriger Feuchtigkeit schafft. Die schlüpfrigen Metallsalzteilchen scheinen die Reibung während der Entwicklungs-und Reinigungsvorgänge zu reduzieren. Das besondere Metallsalz reduziert möglicherweise van der Waals'sche-Kräfte zwischen den Tonerteilchen und den Trägeroberflächen.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Tonermischung aus gefärbten, vorgeformten Harzteil ehen, welche 60 bis 95 O/o Styrol oder Styrol-Homologe (vergleiche USA-Reissue-Patent 25 136 und USA-Patent 3 079 342) enthalten, die mit 0,01 bis etwa 4 O/o fein zerteiltem Zinkstearatpulver, wie beispielsweise Aero 4F der American Cyanamid, lose gemischt sind.
Diese stabilen, frei strömenden Entwicklergemische bringen bei niedrigen anfänglichen Ladespannungen Strich- und Volltonbilder von besonders hoher Schwärzungsdichte hervor. Trommelabnützung und Untergrundablagerungen werden merklich reduziert.
Zusätzlich zu umgewälzten und gemahlenen Gemischen und Kombinationen von diesen kann das Metallsalz in jedem Tonerteilchen verteilt werden. Diese Ausführungsform ist jedoch weniger wünschenswert als die umgewälzten oder gemahlenen Gemische, weil eine grössere Menge Metallsalz benötigt wird, damit das Metallsalz in ausreichender Menge an der Oberfläche der Tonerteilchen vorliegt. Wenn die Tonergemische für den Gebrauch in Kaskaden -Entwicklungsverfahren oder Verfahren mit magnetischen Bürsten bestimmt sind, soll der Toner vor allem einen mittleren Teilchendurchmesser von weniger als etwa 30 Mikron, vorzugsweise zwischen 2 und etwa 10 Mikron, für beste Resultate haben. Für den Gebrauch in Entwicklungsverfahren mit Pulverwolken sind Teilchen von etwas weniger als 1 Mikron vorzuziehen.
Geeignete überzogene und unüberzogene Trägermaterialien sind bekannt. Geeignete Träger sind z. B.
Natriumnitrat, Ammoniumchlorid, Kalium-Aluminiumchlorid, Rochelle-Salz, Natriumnitrat, Aluminiumnitrat, Kaliumchlorat, körniges Zirkon, körniges Silizium, Methylmethacrylat, Glas und Siliziumdioxyd. Die Träger können mit oder ohne Überzug verwendet werden. Viele der genannten und andere Träger sind in den USA Patenten 2 618 551, 2 638 416 und 2 618 552 beschrieben. Die stabilen, festen, hydrophoben Metallsalze die in der erfindungsgemässen Entwicklersubstanz enthalten sind, können in jedem Trägerteilchen verteilt werden oder auf vorgeformte Trägerteilchen als Überzug aufgebracht werden. Das Metallsalz kann in jeder geeigneten Form an die vorgeformten Träger angebracht werden, z. B. als loses Pulver, als Schmelze, als Lösung, als Emulsion oder als Komponente in einer filmbildenden Binderzusammensetzung.
Das lose Pulver kann auf die Oberfläche der Trägerteilchen gestreut werden oder gegen ihre Oberfläche angerieben werden. Flüssigkeiten, welche das Metallsalz enthalten, können auf die Träger nach üblichen Methoden aufgebracht werden, z. B.
Sprühen oder Tränken. Jeder geeignete filmbildende Binder, der gute reibungselektrische Eigenschaften hat, kann mit den erwähnten Metallsalzen angewendet werden. Wenn ein filmbildendes Material entsprechender Dichte und Oberflächenspannung ausgewählt wird, steigen vor allem die Metallsalzteilchen an die äussere Oberfläche des Überzuges und bilden eine Schicht konzentrierten Metallsalzes, welche gewöhnlich die Anwendung niedrigerer anfänglicher Ladespannungen erlaubt und die Trommelabnützung sowie den Abbau der Träger merklich verringert. Typische filmbildende Zusammensetzungen sind z. B. Vinylchlorid-Vinylacetat Copolymere, Phenolformaldehydharze, Vinylidenchloridharze, Butadien-Polymere, Melaminharze, Nitrozellulose, Aethylzellulose, para-Sulfonamidharze, Alkydharze, Silikonharze, Akrylatharze und Mischungen von diesen.
Eine bevorzugte filmbildende Zusammensetzung mit geeigneter Dichte und Viskosität ist Aethylzellulose.
Die zur Erzielung verbesserter Resultate notwendige Menge Metallsalz ist durch die Art und Weise bestimmt, in welcher das Metallsalz in das Trägermaterial eingebracht wird, sowie durch die Menge des im endgültigen Entwicklergemisch verwendeten Tonermaterials. Befriedigende Resultate werden dann erzielt, erfindungsgemäss wenn ungefähr ein Gew.-Teil Toner mit 10 bis 200 Gew.-Teilen Träger verwendet wird. Da 0,02 bis 20 Gew.-0/o des Metallsalzes, auf das Gewicht des Toners bezogen, wirksam sind, wenn das Salz an der Oberfläche des Entwicklermaterials vorliegt, sind insbesondere 0,0001 bis 2 0/o Metallsalz, bezogen auf das Gewicht des Trägers, an der Oberfläche der Trägerteilchen erwünscht, wenn anstelle der Tonerteilchen die Trägerteilchen mit dem Salz behandelt werden.
Die anschliessenden Beispiele beschreiben und vergleichen beispielsweise Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Entwicklersubstanz und Verfahren zu ihrer Anwendung beim Entwickeln elektrostatischer, latenter Bilder. Die angegebenen Teile und Prozentualanteile versehen sich ohne gegenteilige Angabe gewichtsmässig.
Die nachstehenden Besipiele I bis IX sind mit einem Toner durchgeführt, welcher ein Styrol-n-Butylmethacrylat-Copolymer, Polyvinylbutyrol und Russ, gemäss dem in dem USA-Patent 3 079 342 beschriebenen Verfahren zubereitet, enthält. Die Trägerkörner sind nach dem im USA-Patent 2 618 551 beschriebenen Verfahren zubereitet.
Beispiel I (Vergleich)
Eine Kontrollprobe, welche einen Teil gefärbte, vorgeformte Styrol-Copolymer-Tonerteilchen mit einer mittleren Korngrösse von etwa 10 bis 12 Mikron und 99 Teile Träger mit einer mittleren Korngrösse von etwa 250 Mikron enthält, wird über eine elektrostatische Bildträgerfläche geschüttet. Das entwickelte Bild wird hierauf durch elektrostatische Mittel auf ein Papierblatt übertragen, auf welchem es durch Wärme eingeschmolzen wird. Das restliche Pulver wird von der elektrostatischen Bildfläche durch ein Reinigungsgewebe, wie es im USA-Patent 3 186 838 beschrieben ist, entfernt. Nachdem dieser Kopiervorgang 5000 mal wiederholt worden ist, werden die Kopien und die elektrostatische Bildträgerfläche auf Qualität und Abnützung geprüft. Die Kopien weisen scharfe Linienkontraste und minimale Untergrundablagerungen auf.
Grosse Volltonflächen zeigen jedoch ein ausgewaschenes Aussehen. Mikrophotographische Untersuchungen der elektrostatischen Bildträgerfläche lassen eine grosse Zahl tiefer Kratzer erscheinen.
Beispiel II
Ungefähr 0,02 Teile Zinkstearat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,7 Mikron bis etwa 40 Mikron werden in einen Teil des in Beispiel I beschriebenen gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf gründlich in einer Szegvari -Reibvorrichtung während etwa 10 Minuten gemahlen. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des erwähnteii gemahle nen Gemisches wiederholt. Auf diese Weise hergestellte Kopien besitzen eine grössere Schwärzungsdichte der Volltonflächen und einen sauberen Untergrund als Kopien, welche mit der Kontrollprobe von Beispiel I hergestellt wurden.
Zudem zeigen mikrophotographische Untersuchungen der elektrostatischen Bildträgerfläche flachere und um einen Faktor grösser als 2 weniger zahlreiche Kratzer im Vergleich zur verkratzten Bildträgerfläche des Beispiels I.
Beispiel III
Ungefähr 0,02 Teile Zinkstearat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,75 Mikron bis etwa 40 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf in einem verschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten umgewälzten Gemisches wiederholt. Der Kopiervorgang wird jedoch 8500mal statt bloss 5000mal wiederholt. Mit der umgewälzten Probe hergestellte Kopien besitzen eine höhere Schwärzungsdichte der Volltonflächen und einen saubereren Untergrund als die im Beispiel I hergestellten Kopien.
Zudem zeigen mikrophotographische Untersuchungen der elektrostatischen Bildträgerfläche flachere und um einen Faktor grösser als 4 weniger zahlreiche Kratzer im Vergleich zur stark zerkratzten Bildträgerfläche des Beispiels I. Die Lebensdauer der Träger ist mehr als doppelt so lang.
Beispiel IV
Ungefähr 0,02 Teile Manganoleat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,5 Mikron bis etwa 40 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen gefärbten vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Gemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten gerollten Gemisches wiederholt. Mit der umgewälzten Probe hergestellte Kopien weisen eine bessere Bedeckung der Volltonflächen und einen saubereren Untergrund als die im Beispiel I hergestellten Kopien auf. Auch hat die elektrostatische Bildfläche weniger Kratzer als diejenige des Beispiels I.
Beispiel V
Ungefähr 0,02 Teile Bleicaprylat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,1 Mikron bis etwa 35 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen, gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten umgewälzten Gemisches wiederholt. Mit dieser Probe hergestellte Kopien besitzen eine dunklere Bedeckung der Volltonflächen und einen sauberen Untergrund als die im Beispiel I hergestellten Kopien. Zudem besitzt die elektrostatische Bildträgerfläche weniger Kratzer als die zerkratzte Bildträgerfläche von Beispiel 1.
Beispiel Vi
Ungefähr 0,03 Teile Kobaltpalmitat mit einer Korngiössenverteilung von etwa 0,7 Mikron bis etwa 50 Mikron werden sorgfältig in einen Teil des im Beispiel I beschriebenen, gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Entwicklergemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während
15 Minuten umgewälzt. Der Entwicklungsvorgang von Beispiel I wird unter Verwendung des genannten umgewälzten Gemisches wiederholt. Mit der umgewälzten Probe hergestellte Kopien besitzen eine gute Strich- als auch Volltonflächenschwärzungsdichte und saubere Untergrundflächen.
Beispiel VII
Eine Tonerzusammensetzung wird gemäss Beispiel I hergestellt und bei etwa 27 "C und etwa 80 o/o relativer Feuchtigkeit während ungefähr 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zusammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Obwohl die Kopien einen guten Strichkontrast und minimale Untergrundablagerungen aufweisen, ist die Volltonflächenbedeckung schlecht.
Beispiel Vlll
Eine Tonerzusammensetzung wird gemäss Beispiel III hergestellt und bei etwa 27 OC und etwa 80 O/o relativer Feuchtigkeit während ungefähr 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zusammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Die Kopien besitzen eine grössere Schwärzungsdichte in den Volltonflächen und weniger Untergrundablagerungen als die Kopien des Beispiels VII.
Beispiel IX
Ungefähr 0,01 Teile Kobaltlinoleat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,6 Mikron bis etwa 35
Mikron werden mit einem Teil gefärbter, vorgeformter Tonerteilchen aus Styrol-Copolymer in einer Reibmühle mit Mahlkugeln während etwa 10 Minuten gemahlen.
Das resultierende Entwicklergemisch wird bei etwa 27 0C und 80 /o relativer Feuchtigkeit während 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zu sammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Die Kopien besitzen eine gute Schwärzungsdichte in den Volltonflä chen und sehr wenig Untergrundablagerungen.
Beispiel X
Ungefähr 0,03 Teile Bleistearat mit einer Korngrös senverteilung von etwa 0,8 Mikron bis etwa 30 Mikron werden mit einem Teil gefärbter, vorgeformter Tonerteil chen aus Styrol-Butadien-Copolymer in einer Reibmühle mit Mahlkugeln während etwa 10 Minuten gemahlen.
Das resultierende Entwicklergemisch wird bei etwa 27 OC und 80 /o relativer Feuchtigkeit während 20 Stunden in eine Feuchtigkeitskammer gestellt. Die Zusammensetzung wird hierauf in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Die Kopien besitzen eine bessere Volltonflächenbedeckung und weniger Untergrundablagerungen als die Kopien des Beispiels VII.
Beispiel XI
Ungefähr ein Teil Zinkstearat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,75 Mikron bis etwa 40 Mikron wird sorgfältig in einen Teil des in Beispiel I beschriebenen gefärbten, vorgeformten Styrol-Copolymers gebracht. Das resultierende Gemisch wird hierauf in einem geschlossenen Behälter während 15 Minuten umgewälzt.
Ungefähr ein Teil des umgewälzten Gemisches wird mit 99 Teilen eines Trägers gemischt, der eine mittlere Korngrösse von etwa 250 Mikron aufweist. Das resultierende Entwicklergemisch wird in einem Schüttentwicklungsverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Ein Film von Zinkstearat bildet sich auf der Oberfläche der elektrostatischen Bildträgerfläche aus und macht den Gewebereiniger praktisch unwirksam. Mit dieser Entwicklerzusammensetzung hergestellte Kopien enthalten eine übermässige Menge an Untergrund ablagerungen.
Beispiel Xll
Ungefähr 2 Teile Zinkstearat werden mit Tonerteilchen gemischt, welche aus 98 Teilen Phenolformaldehydharz und 5 Teilen Russ bestehen. Das Gemisch wird in einer Reibmühle mit Mahlkugeln während etwa 15 Minuten gemahlen und dann zu einer mittleren Korngrösse von etwa einem Mikron pulverisiert. Das resultierende Entwicklergemisch wird mit einer rotierenden Bürste in einem geschlossenen Behälter gerührt, um eine Pulverwolke zu erzeugen, welche anschliessend abwechslungsweise von jedem der beiden gegenüberliegenden Enden der das elektrostatische Bild tragenden Oberfläche vorbeigeführt wird (vgl. USA-Patent 2 877 132). Das entwickelte Bild wird mit elektrostatischen Mitteln auf ein Papierblatt übertragen und fixiert.
Restliche Tonerteilchen werden leicht von der elektrostatischen Bildträgerfläche entfernt. Die Kopien besitzen einen scharfen Strichkontrast und minimale Untergrundablagerungen.
Beispiel Xlll
Ein Teil Zinkricinoleat wird mit Tonerteilchen gemischt, die aus einer Mischung von 65 Teilen Polystyrol, 10 Teilen Russ und 25 Teilen Acryloid B-72 , einem Acrylharz der Firma Rohm und Haas Company in Philadelphia, USA, bestehen. Nach vorläufigem Mischen wird die Zusammensetzung zu einer mittleren Korngrösse von etwa einem Mikron pulverisiert. Das Gemisch wird hierauf in einem Entwicklungsverfahren mit einer Pulverwolke gemäss Beispiel XII verwendet.
Restliche Tonerteilchen werden leicht von der elektrostatischen Bildträgerfläche entfernt. Mit diesem Entwickler gemisch hergestellte Kopien enthalten sehr wenig Unter grundablagerungen.
Beispiel XIV Überzogene Trägerkugeln werden dadurch hergestellt, dass eine Überzugszusammensetzung aus 100 Teilen Aethylzellulose, 8 Teilen Hansageib und 2,55 Teilen Zinkstearat auf Glaskugeln mit einem Durchmesser von etwa 250 Mikron angewendet wird. Das Gemisch wird mittels eines Heissluftstromes und anschliessenden Einbringens in eine Vakuumkammer getrocknet.
Ungefähr 200 g Überzugsmaterial wird jeweils auf 4 kg Glaskugeln angewendet. Der Überzug ist 13 bis 25 Mikron dick. Die überzogenen Träger werden hierauf mit einem Toner gemischt, welcher ein mit Kolophonium modifiziertes Phenolformaldehydharz und Polyvinylbutyrat enthält und gemäss dem USA-Patent 2 753 308 hergestellt ist. Das resultierende Entwicklergemisch wird in einem Schüttverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Zur Reinigung der elektrostatischen Bildträgerfläche wird ein geringerer Gewebedruck benötigt, und es werden Bilder guter Qualität mit sehr geringen Untergrundablagerungen erzielt. Die Lebensdauer der Träger ist wesentlich verbessert.
Beispiel XV Überzogene Trägerteilchen werden dadurch hergestellt, dass eine Überzugszusammensetzung aus 20 Teilen Silicon-Terpolymer (Reaktionsprodukt von 35 Teilen n-Butylmethacrylat, 55 Teilen Styrol und 5 Teilen Vinyl-triaethoxysilan), 180 Teilen Toluol, 0,24 Teilen Zinkstearat und 1,6 Teilen Du Pont Oil Red auf Standteilchen angewendet wird. Das Gemisch wird mittels eines Heissluftstromes und anschliessenden Einbringens in eine Vakuumkammer getrocknet. Ungefähr 202 g Überzugsmaterial wird jeweils auf 4 kg Sand angewendet. Die Träger werden hierauf mit einem Toner gemischt, welcher ein Styrol-Copolymer enthält.
Das resultierende Entwicklergemisch wird in einem Schüttverfahren gemäss Beispiel I verwendet. Der Träger ist ausserordentlich resistent gegenüber Abtragungen beim Schüttprozess.
Beispiel XVI Überzogene Trägerkugeln werden dadurch hergestellt, dass eine Überzugszusammensetzung aus 100 Teilen Aethylzellulose, 8 Teilen Hansagelb und 1,5 Teilen Kupferpalmitat auf Glaskugeln mit einem Durchmesser von etwa 200 Mikron angewendet wird. Das Gemisch wird mittels eines Heissluftstromes und anschliessenden Einbringens in eine Vakuumkammer getrocknet. Ungefähr 225 g Überzugsmaterial wird jeweils auf 4 kg Glaskugeln angewendet. Der Überzug ist etwa 25 Mikron dick. Die überzogenen Träger werden hierauf mit einem Styrol-Copolymer-Toner gemischt und auf ein latentes elektrostatisches Bild gemäss Beispiel I angewendet. Die Bildträgerfläche benötigt zur Reinigung nur geringen Gewebedruck. Weniger Kratzer erscheinen auf der Bildträgerfläche, wenn diese in hohem Masse beständigen Träger verwendet werden.
Beispiel XVII
Ungefähr 0,3 Teile Eisenoleat mit einer Korngrössenverteilung von etwa 0,7 Mikron bis etwa 35 Mikron werden sorgfältig in 10000 Teile Glaskugeln mit einem Grundpolymer aus Methacrylester gemäss USA Patent 2 618 551 überzogen sind. Das resultierende Gemisch wird dann in einem geschlossenen Behälter während 10 Minuten umgewälzt. Hierauf werden die behandelten Trägerteilchen mit 10 Teilen Toner gemischt, der aus 25 O/o Polyvinylbutyrat, 5 O/o Russ und 70 O/o mit Kolophonium modifiziertem Phenolformaldehydharz besteht. Das Gemisch wird über eine elektrostatische Bildträgerfläche geschüttet. Das entwickelte Bild wird dann mit elektrostatischen Mitteln auf ein Papierblatt übertragen und fixiert.
Die Träger sind sehr resistent gegenüber physikalischer Abnützung und erlauben die Verwendung niedrigerer anfänglicher Ladepotentiale im Schüttprozess.
Beispiel XVIII
Ungefähr 1,5 Teile Kupferoleat werden zusammen mit etwa 200 Teilen mit einem Aethylzelluloselack überzogenen Glaskugeln in einem verschlossenen Behälter sorgfältig während 8 Minuten umgewälzt. Die behandelten Glaskugeln werden nach dem Rollen entfernt und dazu gebraucht, einen Styrol-Copolymer-Toner auf latente Bilder auf einer rotierenden Selentrommel anzuwenden. Eine Prüfung der Trägerteilchen nach längerem Gebrauch offenbart nur geringe Abnützung der Träger.
Die Selentrommel weist nur einzelne Kratzer auf und kann leicht gereinigt werden.
Electrostatic developer substance
The present invention relates to a free flowing particulate developing agent for use in xerographic cascade development.
The formation and development of images on the surface of a photoconductive material by electrostatic means is known. The basic xerographic process as described in U.S. Patent No.
2 297 691 shows, consists of applying a uniform electrostatic charge to a photoconductive insulating layer, exposing the layer to an image of light and shadow to dissipate the charge on the exposed surfaces of the layer, and depositing a finely divided electroscopic, as toner designated material in the picture. The toner is normally attracted to those parts of the layer which retain a charge, so that a toner image is formed which corresponds to the latent electrostatic image. This powder image can then be transferred to a carrier surface such as paper. The transferred image can then be permanently fixed on the carrier surface, for example by the action of heat.
Instead of forming the latent image by uniformly charging the photoconductive layer and then exposing the layer to a light and shadow image, the latent image can also be formed by charging the layer directly in image form. The powder image can be fixed on the photoconductive layer if it is undesirable to transfer the powder image. Other suitable fixing agents, such as treatment with a solvent or a coating, can replace the stated heat treatment for fixing.
Various methods are known for applying the electroscopic particles to the electrostatic latent image to be developed. A development process developed by E.N. Wise in U.S. Patent 2,618,552 is known as cascade development. In this process, a developer substance, which contains relatively large carrier particles with electrostatically applied fine toner particles, is guided to the electrostatic carrier surface for the image and poured, flooded or allowed to fall over this surface in a wavy manner. The composition of the carrier particles is selected so that the toner particles are charged with the desired polarity by static electricity.
When the mixture spreads or floods over the image carrier surface in a wavy manner, the toner particles are electrostatically deposited and held in the charged areas of the latent image, while they are not deposited in the uncharged or background areas of the image. Most of the toner particles which are accidentally deposited on the substrate are removed by the flooding carrier, since the electrostatic attraction between the toner and the carrier is obviously greater than that between the toner and the discharged substrate. The carrier and excess toner are then recirculated. This technique is extremely useful for developing line copy images.
Another known method of developing electrostatic images is the magnetic brushing method, such as that described in U.S. Patent 2,874,063. In this process, a developer containing toner particles and magnetic carrier particles is carried by a magnet. The magnetic field of the magnet causes the magnetic carriers to be aligned in a brush-like shape. This magnetic brush is brought into contact with the electrostatic image carrier surface, whereby the toner particles are drawn from the brush onto the latent image by electrostatic attraction.
Another common method of developing electrostatic latent images is the powder cloud method as taught by C.F. Carlson in U.S. Patent 2,221,776. In this method, a developing substance containing electrically charged toner particles in a gaseous atmosphere is passed near the surface bearing the electrostatic latent image. The toner particles are drawn onto the latent image by the gas by electrostatic attraction. This method is particularly useful for continuous toner development.
Other development techniques, such as that disclosed in U.S. Patent 2,895,847 to C.R. Mayer described <r Aufsetz development can be used.
While common developing agents tend to produce good quality images, they have serious defects in certain areas. In particular, the developer substances must be able to flow freely in order to facilitate precise measurement and uniform distribution during the development and circulation phases of the xerographic process. Some developing agents, despite having desirable properties, such as matching triboelectric properties, are unsuitable because they tend to cake, bridge, and agglomerate upon handling and storage. The frictional electrical and flow properties of some toners and carriers are adversely affected when the relative humidity is high.
Because of the influence of various forces, such as electrostatic or Van der Waals forces, many toner powders tend to form adherent, undesirable deposits which interfere with the proper cleaning of reusable xerographic plates or drums. Many known carriers and toners are abrasive in nature. However, abrasive contact between toner particles, carrier and electrophotographic surfaces generally accelerates the wear and tear of these parts. The replacement of supports and electrostatic image bearing surfaces is expensive and time consuming. The abrasion formed by the disintegration of the toner tends to drift from and to form unwanted deposits on sensitive machine parts. Xerographic copies should have both good line contrast and acceptable coverage of the solid areas.
However, if a process is designed with a particular focus on improving the line contrast or the coverage of the full-tone area, then a reduced quality of the other property is to be expected. Attempts to increase the image density by depositing larger amounts of toner particles usually result in an undesirable increase in the deposits on the substrate. There is therefore a continuing need to improve the known methods and auxiliaries for developing latent electrostatic images.
The purpose of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to create a developer substance which has the required properties.
According to the invention, the developer substance is characterized in that the developer consists of about 1 part by weight of a finely divided toner material, 10 to 200 parts by weight of non-magnetic carrier particles that are larger than the particles of the toner material, and 0.02 to 20% by weight / o, based on the toner material, consists of at least one solid hydrophobic fatty acid metal salt, which is available on particle surfaces of the developer substance.
The metal salt of the fatty acid can be combined in any suitable manner with the developer material to form a physical mixture of salt particles with developer material particles, carriers covered with metal salt or toners, carriers and / or toners containing the salt as a total component, or combinations of all of these form. Where the solid, hydrophobic metal salt of a higher fatty acid is to be physically mixed with, or coated on, toner or carrier particles, the metal salt is preferably in an amount of about 0.02 to 10% based on the weight of the toner, in the final developer mix.
The free-flowing, particulate developer substance according to the invention can be used for producing xerographic images. This use is characterized in that a toner image is generated by bringing a latent electrostatic image on an image-forming surface into contact with the developer substance, at least part of the finely divided toner material being attracted to the image-forming surface and retained as a toner image.
Optimal results are obtained with from about 0.05 to about 4% by weight of the metal salt. Although the initial potential of the electrostatic image area can be reduced and the abrasion resistance improved if the proportion of the metal salt present is increased above about 10%, in this case, above all, markedly increased, undesirable background deposits occur. When the charge voltage is decreased to compensate for the presence of metal salt in excess of 10%, the images typically begin to appear faded.
It is usually not essential that the entire surface of each toner particle be covered with the metal salt. For example, sufficient metal salt is present when 10 to 16% of the toner particle surfaces are covered with a metal salt. When the metal salt is dispersed in a toner or carrier particle rather than being coated on the particle, proportionally more metal salt will generally be required to maintain a sufficient quantity of exposed salt on the surface of the toner or carrier particle. The additionally required amount of metal salt depends to a large extent on the surface of the particles and therefore on the selected diameter of the particles.
The use of small amounts of calcium stearate as a pigment wetting agent in a zinc oxide developer powder is known from U.S. Patent 3,053,688 and Canadian Patent 633,458. The amount of calcium stearate used in a known manner to facilitate the wetting of pigments dispersed in zinc oxide developer powder is generally insufficient to provide the surface of the toner particle with an effective amount of calcium stearate for the purpose of the present invention.
If less than 0.02ovo metal salt based on the weight of the toner is actually present on the surface of the toner particle, its triboelectric properties, flow and abrasion properties, transfer and image forming properties are usually about the same as a toner or carrier that contains does not contain a metal salt of a fatty acid. It is obvious that with a given amount of metal salt in relation to the weight of the toner, in particular a greater volume of salt is present on the surface of the toner or carrier when the metal salt is added to a mixture of preformed colored toner particles or carriers than when it is inside each toner particle or carrier is distributed.
If z. B. the concentration of the metal salt is increased to the point at which the toner consists essentially of 100% metal salt, the metal salt will form slippery films on the electrostatic image carrier surface and on carrier particles which adversely affect the transfer of the powder image, the removal of the substrate and the cleaning act. U.S. Patent 3,083,117 describes a method for applying counteracting toners containing 100% iron stearate to an electrostatic image and then transferring the developed image to an impression sheet wetted with an alcoholic solution of gallic acid. The iron stearate usually reacts with the gallic acid and forms a black reaction product.
In addition to the difficulties encountered with the use of a 100% metal salt toner, electrostatic development processes of the aforementioned type primarily require pretreatment of the impression sheet with liquids, which causes increasing costs and inconvenience. In addition, puckering, staining and bending often occur when moistened printing sheets are used. Additional equipment to remove toxic and flammable vapors may also be required.
Excellent results have been achieved with zinc stearate. However, any corresponding stable, solid, hydrophobic fatty acid metal salt, preferably with a melting point of greater than 57 ° C., can be used in place of the zinc stearate. The metal salt should be essentially insoluble in water.
Water-soluble metal salts lack the appropriate electrical properties; they are also adversely affected by changes in humidity that normally occur in the ambient atmosphere.
A large part of salts, which are usually regarded as insoluble, however, dissolve to a small extent. In order to achieve the full advanced effect of the present invention, the solubility of the salt should in particular be negligibly small. The salts with the desired specific properties include, above all, many salts of saturated fatty acids, unsaturated fatty acids, partially hydrogenated fatty acids and substituted fatty acids, as well as mixtures of the acids mentioned.
Fatty acids from which stable, solid, hydrophobic metal salts can be derived are, for example, the following: caproic acid, oenanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, undecylic acid, lauric acid, tridecanoic acid, myristic acid, pentadecanoic acid, palmitic acid, margaric acid, stearic acid, nonadecanoic acid , Tiglic acid, palmitooleic acid, oleic acid, ricinoleic acid, petroselinic acid, vaccenic acid, linoleic acid, linolenic acid, eleostearic acid, licanic acid, parinaric acid, gadoleic acid, arachidonic acid, keto-oleic acid, and mixtures of these. Stable metal salts of fatty acids are e.g. B.
Cadmium stearate, barium stearate, lead stearate, iron stearate, nickel stearate, cobalt stearate, copper stearate, strontium stearate, calcium stearate, magnesium stearate, zinc oleate, manganoleate, iron oleate, cobalt oleate, copper oleate, lead oleate, magnesium oleate, zinc appalmitate, calcium palmitate, magnesium palmitate, magnesium palmitate, magnesium palmitate, magnesium palmitate, magnesium palmitate, copper palmitate Zinc linoleate, cobalt linoleate, calcium linoleate, zinc ricinoleate, cadmium ricinoleate and mixtures of these.
Any suitable pigmented or colored electroscopic toner material can be treated with a described metal salt. Typical toner materials are, in particular, copal resin, sandarak resin, rosin, coumarone-indole resin, asphalt, gilsonite, phenolformaldehyde, resins, phenolformaldehyde resins modified with rosin, methacrylic resins, polystyrene resins, polypropylene resins, epoxy resins, polyethylene resins and mixtures of these.
Any suitable coating method can be used to add the metal salt to the developer material. When the metal salt is used as a loose powder, it is most effective in the form of finely divided particles. For example, with a particle size distribution from 0.5 microns to about 50 microns, excellent results are obtained. Although improved results can be achieved with toner mixtures, which are produced by grinding the metal salt powder against the surface of a toner particle or by distributing the metal salt in the toner particle, it has been found that, above all, unexpectedly better results are achieved when the metal salt powder is preformed with the colored toner particles is carefully circulated.
Although not completely clear, in milled mixtures there appears to be immobile adhesion between some of the metal salt and the toner, as a result of friction and possibly fusion between the metal salt and the toner particle. However, in agitated mixtures, there is a looser and more agile relationship between toner and metal salt particles.
Xerographic copies developed with the mixture preferably contain considerably fewer toner particles in the background surfaces than copies made with ground mixtures. The agitated mixtures typically allow lower initial electrophotographic surface potentials to be used. The agitated mixture can also contribute to an improved cleaning effect of the electrophotographic drum, in particular. when cleaning is done with a tissue cleaner such as the tissue described in U.S. Patent 3,186,838. In addition, when using a fabric cleaner, less fabric pressure can be exerted, so that the life of the drum is extended.
The unexpectedly better results obtained using toner blends containing loose metal salt particles can result from various factors. For example, it is believed that the increased hydrophobic surface area present with loose metal salt powder creates a low humidity atmosphere for the toner particles. The slippery metal salt particles appear to reduce friction during the development and cleaning processes. The special metal salt possibly reduces van der Waals' forces between the toner particles and the carrier surfaces.
In a preferred embodiment, the toner mixture consists of colored, preformed resin parts which contain 60 to 95% styrene or styrene homologues (cf. USA Reissue Patent 25,136 and USA Patent 3,079,342) with 0.01 up to about 4 o / o finely divided zinc stearate powder, such as Aero 4F from American Cyanamid, are loosely mixed.
These stable, free-flowing developer mixtures produce line and full-tone images with a particularly high density of blackness at low initial charging voltages. Drum wear and subsurface deposits are noticeably reduced.
In addition to agitated and ground mixtures and combinations of these, the metal salt can be dispersed in each toner particle. However, this embodiment is less desirable than the agitated or milled mixtures because a greater amount of metal salt is required in order for the metal salt to be present in sufficient quantity on the surface of the toner particles. Most importantly, when the toner blends are intended for use in cascade development or magnetic brush processes, the toner should have an average particle diameter of less than about 30 microns, preferably between 2 and about 10 microns, for best results. For use in powder cloud development processes, particles slightly less than 1 micron are preferred.
Suitable coated and uncoated carrier materials are known. Suitable carriers are e.g. B.
Sodium Nitrate, Ammonium Chloride, Potassium Aluminum Chloride, Rochelle Salt, Sodium Nitrate, Aluminum Nitrate, Potassium Chlorate, Granular Zirconia, Granular Silicon, Methyl Methacrylate, Glass, and Silicon Dioxide. The carriers can be used with or without a coating. Many of these and other carriers are described in U.S. Patents 2,618,551, 2,638,416, and 2,618,552. The stable, solid, hydrophobic metal salts contained in the developer substance according to the invention can be distributed in each carrier particle or applied as a coating to preformed carrier particles. The metal salt can be attached to the preformed supports in any suitable form, e.g. B. as a loose powder, as a melt, as a solution, as an emulsion or as a component in a film-forming binder composition.
The loose powder can be sprinkled on the surface of the carrier particles or rubbed against their surface. Liquids containing the metal salt can be applied to the carrier by conventional methods, e.g. B.
Spraying or soaking. Any suitable film-forming binder which has good triboelectric properties can be used with the metal salts mentioned. If a film-forming material of appropriate density and surface tension is selected, the metal salt particles in particular rise to the outer surface of the coating and form a layer of concentrated metal salt which usually allows lower initial charging voltages to be used and significantly reduces drum wear and support degradation. Typical film-forming compositions are e.g. B. vinyl chloride-vinyl acetate copolymers, phenol-formaldehyde resins, vinylidene chloride resins, butadiene polymers, melamine resins, nitrocellulose, ethyl cellulose, para-sulfonamide resins, alkyd resins, silicone resins, acrylic resins and mixtures of these.
A preferred film-forming composition with a suitable density and viscosity is ethyl cellulose.
The amount of metal salt necessary to achieve improved results is determined by the manner in which the metal salt is incorporated into the carrier material and by the amount of toner material used in the final developer mixture. Satisfactory results are achieved according to the invention when approximately one part by weight of toner is used with 10 to 200 parts by weight of carrier. Since 0.02 to 20% by weight of the metal salt, based on the weight of the toner, are effective when the salt is present on the surface of the developer material, in particular 0.0001 to 20% of the metal salt, based on the Weight of the carrier, desirable on the surface of the carrier particles if the carrier particles are treated with the salt instead of the toner particles.
The following examples describe and compare, for example, processes for the production of the developer substance according to the invention and processes for their use in the development of electrostatic, latent images. The specified parts and percentages are given by weight unless otherwise stated.
The following Examples I to IX are carried out with a toner containing a styrene-n-butyl methacrylate copolymer, polyvinyl butyrene and carbon black, prepared according to the process described in U.S. Patent 3,079,342. The carrier granules are prepared according to the process described in U.S. Patent 2,618,551.
Example I (comparison)
A control sample containing a portion of colored, preformed styrene copolymer toner particles having an average grain size of about 10 to 12 microns and 99 parts of carrier having an average grain size of about 250 microns is poured over an electrostatic image bearing surface. The developed image is then transferred by electrostatic means to a sheet of paper on which it is fused by heat. The remaining powder is removed from the electrostatic image area by a cleaning cloth as described in U.S. Patent 3,186,838. After this copying process has been repeated 5000 times, the copies and the electrostatic image carrier surface are checked for quality and wear. The copies have sharp line contrasts and minimal background deposits.
However, large full-tone areas show a washed-out appearance. Microphotographic examinations of the electrostatic image carrier surface reveal a large number of deep scratches.
Example II
About 0.02 part of zinc stearate, having a particle size distribution of from about 0.7 microns to about 40 microns, is incorporated into one part of the colored, preformed styrene copolymer described in Example I. The resulting developer mix is then thoroughly ground in a Szegvari® grinder for about 10 minutes. The development process of Example I is repeated using the aforementioned ground mixture. Copies produced in this way have a greater density of blackness in the full tone areas and a clean background than copies produced with the control sample from Example I.
In addition, photomicrographic examinations of the electrostatic image carrier surface show that the scratches are flatter and by a factor greater than 2 fewer scratches than the scratched image carrier surface of Example I.
Example III
About 0.02 part of zinc stearate, having a particle size distribution of from about 0.75 microns to about 40 microns, is carefully incorporated into a portion of the colored, preformed styrene copolymer described in Example I. The resulting developer mixture is then circulated in a sealed container for 15 minutes. The development process of Example I is repeated using the recirculating mixture noted. However, the copying process is repeated 8500 times instead of just 5000 times. Copies made with the circulated sample have a higher density of blackening of the full-tone areas and a cleaner background than the copies made in Example I.
In addition, photomicrographic examinations of the electrostatic image carrier surface show shallower scratches and a factor greater than 4 fewer scratches than the severely scratched image carrier surface of Example I. The service life of the carrier is more than twice as long.
Example IV
About 0.02 part of manganoleate, having a particle size distribution of about 0.5 microns to about 40 microns, is carefully incorporated into one portion of the colored preformed styrene copolymer described in Example I. The resulting mixture is then circulated in a closed container for 15 minutes. The development process of Example I is repeated using the aforesaid rolled mixture. Copies made with the circulated sample have better coverage of the full tone areas and a cleaner background than the copies made in Example I. The electrostatic image area also has fewer scratches than that of Example I.
Example V
About 0.02 part of lead caprylate, having a particle size distribution of about 0.1 microns to about 35 microns, is carefully incorporated into one portion of the colored, preformed styrene copolymer described in Example I. The resulting developer mixture is then circulated in a closed container for 15 minutes. The development process of Example I is repeated using the recirculating mixture noted. Copies produced with this sample have a darker coverage of the full tone areas and a clean background than the copies produced in Example I. In addition, the electrostatic image bearing surface has fewer scratches than the scratched image bearing surface of Example 1.
Example Vi
About 0.03 part of cobalt palmitate, having a particle size distribution of from about 0.7 microns to about 50 microns, is carefully incorporated into one portion of the colored, preformed styrene copolymer described in Example I. The resulting developer mixture is then kept in a closed container during
Circulated for 15 minutes. The development process of Example I is repeated using the recirculating mixture noted. Copies made with the circulated sample have a good line density as well as full-tone surface blackening density and clean surfaces.
Example VII
A toner composition is prepared according to Example I and placed in a humidity chamber at about 27 "C and about 80 o / o relative humidity for about 20 hours. The composition is then used in a bulk development process according to Example I. Although the copies have good line contrast and minimal If there are underground deposits, the solid surface coverage is poor.
Example Vlll
A toner composition is prepared according to Example III and placed in a humidity cabinet at about 27 ° C. and about 80% relative humidity for about 20 hours. The composition is then used in a bulk development process according to Example I. The copies have a greater density in the full tone areas and fewer background deposits than the copies of Example VII.
Example IX
About 0.01 part cobalt linoleate with a grain size distribution from about 0.6 microns to about 35
Microns are ground with a portion of colored, preformed styrene copolymer toner particles in an attritor with grinding balls for about 10 minutes.
The resulting developer mixture is placed in a humidity chamber at about 27 ° C. and 80 / o relative humidity for 20 hours. The composition is then used in a bulk development process according to Example I. The copies have a good density in the full tone surfaces and very little background deposits.
Example X
About 0.03 parts of lead stearate with a grain size distribution of about 0.8 microns to about 30 microns are ground with one part of colored, preformed toner particles made of styrene-butadiene copolymer in an attritor with grinding balls for about 10 minutes.
The resulting developer mix is placed in a humidity cabinet at about 27 ° C. and 80% relative humidity for 20 hours. The composition is then used in a bulk development process according to Example I. The copies have better full-tone area coverage and fewer background deposits than the copies of Example VII.
Example XI
Approximately one part of zinc stearate, having a particle size distribution of from about 0.75 microns to about 40 microns, is carefully incorporated into a portion of the colored, preformed styrene copolymer described in Example I. The resulting mixture is then circulated in a closed container for 15 minutes.
About one part of the agitated mixture is mixed with 99 parts of a carrier having an average grain size of about 250 microns. The resulting developer mixture is used in a bulk development process according to Example I. A film of zinc stearate forms on the surface of the electrostatic image carrier surface, rendering the fabric cleaner practically ineffective. Copies made with this developer composition contain an excessive amount of background deposits.
Example Xll
Approximately 2 parts of zinc stearate are mixed with toner particles consisting of 98 parts of phenol-formaldehyde resin and 5 parts of carbon black. The mixture is ground in an attritor with grinding balls for about 15 minutes and then pulverized to an average particle size of about one micron. The resulting developer mixture is stirred with a rotating brush in a closed container to generate a powder cloud, which is then alternately moved past each of the two opposite ends of the surface carrying the electrostatic image (see US Pat. No. 2,877,132). The developed image is transferred to a sheet of paper by electrostatic means and fixed.
Residual toner particles are easily removed from the electrostatic image bearing surface. The copies have a sharp line contrast and minimal background deposits.
Example Xlll
One part of zinc ricinoleate is mixed with toner particles consisting of a mixture of 65 parts of polystyrene, 10 parts of carbon black and 25 parts of Acryloid B-72, an acrylic resin from Rohm and Haas Company in Philadelphia, USA. After preliminary mixing, the composition is pulverized to an average grain size of about one micron. The mixture is then used in a development process with a powder cloud according to Example XII.
Residual toner particles are easily removed from the electrostatic image bearing surface. Copies made with this developer mixture contain very little background deposits.
Example XIV Coated carrier spheres are prepared by applying a coating composition of 100 parts ethyl cellulose, 8 parts Hansageib and 2.55 parts zinc stearate to glass spheres approximately 250 microns in diameter. The mixture is dried by means of a stream of hot air and then introduced into a vacuum chamber.
About 200 g of coating material is applied to each 4 kg of glass spheres. The coating is 13 to 25 microns thick. The coated carriers are then mixed with a toner which contains a rosin-modified phenol-formaldehyde resin and polyvinyl butyrate and is manufactured according to US Pat. No. 2,753,308. The resulting developer mixture is used in a pouring method according to Example I. Less fabric pressure is required to clean the electrostatic image carrier surface, and good quality images with very little background build-up are achieved. The service life of the carriers is significantly improved.
Example XV Coated carrier particles are prepared by a coating composition of 20 parts of silicone terpolymer (reaction product of 35 parts of n-butyl methacrylate, 55 parts of styrene and 5 parts of vinyl triaethoxysilane), 180 parts of toluene, 0.24 parts of zinc stearate and 1.6 parts Divide Du Pont Oil Red being applied to particulate matter. The mixture is dried by means of a stream of hot air and then introduced into a vacuum chamber. Approximately 202 grams of coating material is applied to every 4 kg of sand. The carriers are then mixed with a toner which contains a styrene copolymer.
The resulting developer mixture is used in a pouring method according to Example I. The carrier is extremely resistant to erosion during the pouring process.
Example XVI Coated carrier spheres are prepared by applying a coating composition of 100 parts of ethyl cellulose, 8 parts of Hansa yellow and 1.5 parts of copper palmitate to glass spheres approximately 200 microns in diameter. The mixture is dried by means of a stream of hot air and then introduced into a vacuum chamber. Approximately 225 grams of coating material is applied to each 4 kg of glass spheres. The coating is approximately 25 microns thick. The coated carriers are then mixed with a styrene copolymer toner and applied to a latent electrostatic image according to Example I. The image carrier surface requires only low tissue pressure for cleaning. Fewer scratches appear on the image support surface when these highly durable supports are used.
Example XVII
Approximately 0.3 parts of iron oleate with a particle size distribution of about 0.7 microns to about 35 microns are carefully coated in 10,000 parts of glass spheres with a base polymer of methacrylic ester according to U.S. Patent 2,618,551. The resulting mixture is then circulated in a closed container for 10 minutes. The treated carrier particles are then mixed with 10 parts of toner which consists of 25% polyvinyl butyrate, 5% carbon black and 70% phenol-formaldehyde resin modified with colophony. The mixture is poured over an electrostatic image carrier surface. The developed image is then electrostatically transferred to a sheet of paper and fixed.
The carriers are very resistant to physical wear and tear and allow the use of lower initial charging potentials in the pouring process.
Example XVIII
About 1.5 parts of copper oleate together with about 200 parts of glass spheres coated with an ethyl cellulose lacquer are carefully circulated in a sealed container for 8 minutes. The treated glass spheres are removed after rolling and used to apply a styrene copolymer toner to latent images on a rotating selenium drum. Examination of the carrier particles after prolonged use reveals only slight wear on the carrier.
The selenium drum has only a few scratches and can be cleaned easily.