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Dokumentenidentifikation DE60036258T2 03.01.2008
EP-Veröffentlichungsnummer 0001091259
Titel Beschichtungsverfahren für Trägerteilchen
Anmelder Xerox Corp., Rochester, N.Y., US
Erfinder Ahuja, Suresh K., Webster, NY 14580, US;
McGriff, Richard B., Webster, New York 14580, US;
Waldnig, Timothy J., Webster, New York 14580, US;
Maniar, Deepak R., Penfield, New York 14526, US;
Gill, Robert A., Webster, NY 14580, US;
Marcell, Kevin, Rochester, New York 14625-1301, US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 60036258
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 28.09.2000
EP-Aktenzeichen 001211408
EP-Offenlegungsdatum 11.04.2001
EP date of grant 05.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.01.2008
IPC-Hauptklasse G03G 9/113(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trägerpartikeln zur Verwendung in xerographischen Zweikomponenten-Entwicklern. Spezifischer betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte Beschichtungsverfahren zur Herstellung von Polymer-beschichteten Träger-Kernpartikeln.

Die JP-A-04-204753 offenbart einen Entwickler für die Elektrophotographie, wobei dieser Entwickler Harz-beschichtete Trägerpartikel und Tonerpartikel umfasst. Diese Veröffentlichung beschreibt ein Verfahren, bei dem ein kalziniertes Ferrit-Pulver mit einer Beschichtungslösung behandelt wird, die ein Copolymer aus Styrol/MMA/2-Hydroxyethylacrylat/Methacrylsäure (1,5/7/1,0/0,5) enthält. Das behandelte Ferritpulver wird getrocknet und dann bei 140°C für zwei Stunden hitzebehandelt. Diese Prozedur wird dreimal wiederholt, gefolgt von Kalzinieren bei 170°C für drei Stunden.

Die US-A-4297427 offenbart einen elektrostatographischen Entwickler, der Tonerpartikel und Trägerpartikel umfasst. Die Trägerpartikel umfassen einen Kern, auf dem eine Schicht aufgebracht ist, die ein Gemisch eines ersten Polymers und eines zweiten Polymers umfasst. Der Kern kann aus einem ferromagnetischen Material bestehen, wie etwa aus Eisen, Stahl, Ferrit, Nickel oder Gemischen hiervon. Das erste Polymer ist ein Fluorin enthaltendes Polymer, Copolymer oder Terpolymer. Das zweite Polymer kann ein acrylisches Polymer oder Copolymer sein. Diese Veröffentlichung lehrt, dass die Kerne mit einer Beschichtungslösung behandelt werden, die das erste Polymer und das zweite Polymer enthält. Die beschichteten Kerne werden nachbehandelt, indem man sie in einem Vakuumofen bei etwa 80°C für etwa eine Stunde erhitzt.

Die EP-A-0438697 offenbart beschichtete Trägerpartikel für einen elektrographischen Entwickler, wobei die Trägerpartikel einen Trägerkern beinhalten, der darauf aufgebracht eine polymere Beschichtung aufweist. Die Trägerkerne können metallische Materialien, wie etwa Eisen, Stahl, Nickel, Carborundum, Cobalt, oxidiertes Eisen oder Gemische oder Legierungen dieser Materialien sein. In den Beispielen dieser Veröffentlichung werden Strontiumferrit-Trägerpartikel mit einer Beschichtungslösung gemischt, die eine polymere Substanz enthält, und das Gemisch wird geschüttelt, während es für 2 Stunden auf 120°C gehalten wird, um das Lösungsmittel zu entfernen, gefolgt vom Abkühlen auf Raumtemperatur, um die beschichteten Trägerpartikel zu erhalten.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren für die Herstellung von Trägerpartikeln zur Verwendung in einem xerographischen Zweikomponenten-Entwickler bereit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen harzbeschichteter Kernpartikel, wobei das Harz Polymethylmethacrylat ist; und Erhitzen der harzbeschichteten Kernpartikel für eine Zeitspanne, bis das gewichtsmittlere Molekulargewicht der Harzbeschichtung abnimmt, wobei die Erhitzungsdauer von 1 Minute bis 10 Stunden und die Erhitzungstemperatur von 200°C bis 260°C reicht.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Bei einer weiteren Ausführungsform setzt das Erhitzen polare Bestandteile aus der Harzbeschichtung frei.

Bei einer weiteren Ausführungsform verringert das Erhitzen die Volumenpolarität und eine dielektrische Konstante der Harzbeschichtung.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden die harzbeschichteten Kernpartikel vor dem Erhitzen durch Pulverbeschichtung bei 180°C bis 200°C hergestellt.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Erhitzen in einem Drehofen durchgeführt.

Bei einer weiteren Ausführungsform werden die Kernpartikel aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus Eisenpulver, Stahl, Nickel, Eisen, Ferriten, einschließlich Kupfer-Zink-Ferriten, Ferriten, Magnetiten, Legierungskernen, Schwammeisen, und Gemischen davon.

Bei einer weiteren Ausführungsform besitzen die Kernpartikel einen volumenmittleren Durchmesser von 10 bis 150 &mgr;m (Mikrometer).

Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt das Gesamtgewicht der Harzbeschichtung vor dem Erhitzen 1 bis 40 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der beschichteten Träger-Kernpartikel.

Bei einer weiteren Ausführungsform beträgt das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polymethylmethacrylats vor dem Erhitzen 350.000 bis 450.000, und die Molekulargewichtsverteilung reicht von 4 bis 6, und das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polymethylmethacrylats nach dem Erhitzen reicht von 70.000 bis 140.000, und die Molekulargewichtsverteilung reicht von 2 bis 4.

Die Verfahren der Partikelbeschichtung der Erfindung können verwendet werden, um eine Vielzahl von teilchenförmigen Materialien herzustellen und weiterzuverarbeiten, einschließlich Träger-Kernpartikeln zur Verwendung in Anwendungen bei der flüssigen und trocknen Entwicklermarkierung in einer kostengünstigen Weise. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Verfahren Kontrolle über die Beschichtungs- und Oberflächeneigenschaften der resultierenden beschichteten teilchenförmigen Produkte gewähren, ebenso wie Kontrolle über die triboelektrischen Ladungseigenschaften der resultierenden beschichteten Kernpartikel.

Die Verringerung oder Abnahme des gewichtsmittleren Molekulargewichts kann z.B. von 1 bis 90 Prozent reichen, und bevorzugt von 2 bis 50 Prozent. Die Erhitzungszeitspanne oder -Dauer reicht von 1 Minute bis zu 10 Stunden, und bevorzugt von 5 Minuten bis 60 Minuten, und sie kann beispielsweise am entscheidendsten abhängen von den gewünschten Molekulargewichts- und Ladungseigenschaften, die für die resultierenden beschichteten Trägerpartikel gewünscht sind, von der verwendeten Heizvorrichtung, dem Größenmaßstab des Verfahrens und der Heiztemperatur.

Die resultierenden beschichteten Kernpartikel können eine Harzbeschichtung mit einer weitgehend gleichförmigen Dicke und einer exzellenten Anhaftung der Beschichtung am Kern besitzen, und die beschichteten Kernpartikel besitzen verbesserte oder optimierte triboelektrische Ladungseigenschaften.

Bei einem veranschaulichenden Beispiel werden, wenn die Kernpartikel aus Stahl bestehen, mit modifiziertem Harz beschichtete Kernpartikel hergestellt, bei denen die triboelektrische Ladung der resultierenden beschichteten Kernpartikel in einem Bereich von 30 bis 45 Mikrocoulomb pro Gramm liegt, wogegen die triboelektrische Ladung der beschichteten Kernpartikel vor dem Erhitzen in einem Bereich von 10 bis 60 Mikrocoulomb pro Gramm liegt. Die Dicke der Harzbeschichtung der resultierenden, mit Polymethylmethacrylat beschichteten Kernpartikel kann z.B. von 0,01 bis 0,5 &mgr;m (Mikrometer) reichen, und bevorzugt von 0,01 bis 0,1 &mgr;m (Mikrometer). Das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polymethylmethacrylats vor dem Erhitzen kann von 350.000 bis 450.000 reichen, und die Molekulargewichtsverteilung oder Polydispersität kann 4,0 bis 6,0 betragen, wogegen das gewichtsmittlere Molekulargewicht des Polymethylmethacrylats nach dem Erhitzen 70.000 bis 140.000 und die Molekulargewichtsverteilung 2,0 bis 4,0 betragen kann.

Ohne sich hier theoretisch festlegen zu wollen, nimmt man an, dass die Modifikation und Verbesserung der Beschichtungseigenschaften und der resultierenden harzbeschichteten Kernpartikel entweder aus einem oder beiden von einer Änderung im Molekularniveau im Beschichtungsharz, wie etwa dem Molekulargewicht und/oder der Molekulargewichtsverteilung, und abhängigen und unabhängigen Veränderungen der physikalischen Eigenschaften der Harzbeschichtung resultiert. Das Erhitzen wird bei 200°C bis 260°C durchgeführt, bevorzugt bei 210°C bis 250°C. Die bevorzugten Werte ergeben sich aus Versuchsergebnissen, die nahe legen, dass Temperaturen unterhalb der unteren Temperaturgrenzen möglicherweise nicht das erwünschte Ergebnis bewirken oder dies bei einer Geschwindigkeit tun, die industriell ineffizient ist, wogegen Temperaturen oberhalb oder außerhalb der oberen Temperaturgrenzen fehlerhafte oder weniger erstrebenswerte beschichtete Produkte, mit z.B. unbefriedigenden "Tribo"-Eigenschaften, unpassenden Beschichtungsdicken und/oder einer unbefriedigenden Beschichtungsabdeckung der Kernoberfläche zu erzeugen scheinen. Ohne sich theoretisch festlegen zu wollen, nimmt man an, dass die fehlerhaften harzbeschichteten Kernpartikel, die bei Temperaturen oberhalb der Obergrenzen erhalten wurden, beispielsweise resultieren aus unkontrolliertem oder exzessivem Harzabbau und mechanischen und/oder durch Verdampfung bedingten Verlusten von Harzabbauprodukten mit niedrigem Molekulargewicht oder niedriger Viskosität.

Ohne sich hier theoretisch festlegen zu wollen, wird angenommen, dass bei den kontrollierten Erhitzungsschemata der Verfahren der vorliegenden Erfindung die kontrollierte Erhitzung polare Bestandteile aus der Zusammensetzung der Harzbeschichtung freisetzt oder austreibt. Die polaren Bestandteile entstehen z.B. aus kommerziell erhältlichem „Soken"-Polymethylmethacrylat (MWw 400,00), und sind, wie angenommen wird, eine Kombination flüchtiger Polymerabbauprodukte, wie etwa Methylmethacrylat-Monomeren, Oligomeren und anderen polaren Verunreinigungen, die in kommerziell erhältlichem Soken-Harz vorhanden sind, identifiziert und gemessen z.B. mit Verfahren der Kopfraum-Gaschromatographie, als Schwefel-enthaltende Spezies, wie etwa Schwefeldioxid (SO2), Schwefelwasserstoff (H2S) und Kohlenstoffdisulfid (CS2). Man nimmt an, dass die Schwefelenthaltenden Spezies aus Rückständen bei der kommerziellen Polymerisations- und Reinigungsverarbeitung resultieren. Man nimmt an, dass die Rückstände typische Nebenprodukte sind und typischerweise nicht durch konventionelles Waschen oder Sprühtrocknen des Polymerprodukts kommerzieller Qualität entfernt werden. Die Eliminierung oder Verflüchtigung der polaren Verunreinigungen wird anscheinend durch das Erhitzen auf erhöhte Temperaturen in den Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei der ein Zustand geschmolzenen Harzes erreicht wird, stark vereinfacht.

Bei den Ausführungsformen kann das Erhitzen der harzbeschichteten Trägerkerne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Massenpolarität und die dielektrische Konstante der Harzbeschichtung verringern. Beispielsweise ist die dielektrische Konstante von Polymethylmethacrylat vor dem Erhitzen etwa 3,1 und kann als Ergebnis der Weiterverarbeitung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung um mehrere Prozent oder mehr reduziert werden. Die Höhe dieser Verringerung scheint proportional zum Ausmaß des Harzabbaus oder der Reduzierung der Molekulargewichtseigenschaften des Harzes zu sein.

Bei den Ausführungsformen können die harzbeschichteten Kernpartikel vor dem erfindungsgemäßen Heizschema bei erhöhter Temperatur z.B. mittels eines bekannten Chargen-weisen oder kontinuierlichen Verfahrens hergestellt werden. Alternativ können die harzbeschichteten Kernpartikel in situ oder genau rechtzeitig für das erfindungsgemäße Heizschema bei erhöhter Temperatur hergestellt werden. So können die harzbeschichteten Kernpartikel beispielsweise durch konventionelle oder bekannte Pulver- oder Flüssig-Beschichtungsverfahren hergestellt werden, wie etwa durch Pulverbeschichtung bei 180°C bis 200°C, z.B. durch Erhitzen in einem Drehofen, und bald danach kann die Verarbeitungstemperatur in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erhöht werden, um die gewünschte Modifikation der Harzbeschichtung und die verbesserten Eigenschaften der harzbeschichteten Kernpartikel zu erhalten.

Die Kernpartikel können aus jedem geeigneten Kernmaterial bestehen, das den erhöhten Temperaturen der Verfahren der vorliegenden Erfindung standhalten kann. Bevorzugte Klassen von Materialien sind Metalle, Metalllegierungen, Metalloxide und Metall-Metalloxid-Gemische. Beispiele geeigneter Kernmaterialien beinhalten Eisenpulver, Stahl, Nickel, Eisen, Ferrite, einschließlich Kupfer-Zink-Ferrit, Magnetite, Legierungskerne, Schwammeisen und Gemische hiervon.

Die Kernpartikel können einen volumenmittleren Durchmesser von 10 bis 250 &mgr;m (Mikrometer) besitzen, und bevorzugt besitzen sie einen volumenmittleren Durchmesser von 20 bis 150 &mgr;m (Mikrometer).

Die Harzbeschichtung besteht aus Polymethylmethacrylat. Das Gesamtgewicht der Harzbeschichtung vor dem Erhitzen kann 1 bis 40 Gewichtsprozent des Gesamtgewichts der beschichteten Träger-Kernpartikel betragen.

Die Entwicklerzusammensetzungen beinhalten harzbeschichtete Trägerpartikel, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im Gemisch mit Tonerpartikeln hergestellt werden.

Im Hinblick auf die Bilderzeugungsanwendungen können Tonerzusammensetzungen durch eine Anzahl bekannter Verfahren hergestellt werden, wie etwa durch Mischen und Erhitzen von Harzpartikeln, wie etwa Styrol-Butadien-Copolymeren, Pigmentpartikeln, wie etwa Magnetit, Ruß oder Gemischen davon, und Cyan, Gelb, Magenta, Grün, Braun, Rot oder Gemischen davon, und bevorzugt von 0,5 Prozent bis 5 Prozent der Ladungsverstärker-Additive in einer Toner-Extrusionsvorrichtung, wie etwa der ZSK53, die von Werner Pfleiderer erhältlich ist, und das Entnehmen der erzeugten Toner-Zusammensetzung aus der Vorrichtung. Nach dem Abkühlen wird die Toner-Zusammensetzung gemahlen, wobei z.B. ein „Sturtevant Micronizer" verwendet wird, um Tonerpartikel mit einem volumenmittleren Durchmesser von weniger als 25 &mgr;m (Mikrometer) und bevorzugt von 6 bis 12 &mgr;m (Mikrometer) zu erhalten, wobei die Durchmesser über einen Coulter Counter bestimmt werden. Nachfolgend können die Tonerzusammensetzungen beispielsweise unter Verwendung eines Donaldson Modell B-Klassierer klassifiziert werden, um Tonerfeinstaub, d.h. Tonerpartikel mit weniger als 4 &mgr;m (Mikrometer) volumenmittlerem Durchmesser zu entfernen. Alternativ werden die Tonerzusammensetzungen mit einer Flüssigbettmühle gemahlen, die mit einem Klassierrad ausgestattet ist und dann unter Verwendung eines mit einem Klassierrad ausgestatteten Klassierers klassifiziert.

Veranschaulichende Beispiele für Harze, die für Toner- und Entwicklerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, beinhalten verzweigte Styrolacrylate, Styrolmethacrylate, Styrolbutadiene, Vinylharze, einschließlich verzweigter Homopolymere und Copolymere von zwei oder mehr Vinylmonomeren; Vinylmonomere beinhalten Styrol, p-Chlorstyrol, Butadien, Isopren und Myrcen; Vinylester; Acrylnitril, Methacrylnitril und Acrylamid. Bevorzugte Tonerharze beinhalten Styrolbutadien-Copolymere. Andere bevorzugte Tonerharze beinhalten Styrol/n-Butylacrylat-Copolymere, PLIOLITES®; Suspensions-polymerisierte Styrolbutadiene, siehe US-Patent 4,558,108.

In den Toner-Zusammensetzungen sind die Harzpartikel in einer hinreichenden, jedoch wirksamen Menge vorhanden, z.B. von 70 bis 90 Gewichtsprozent. Somit, wenn 1 Gewichtsprozent an ladungsverstärkendem Additiv vorhanden ist, und 10 Gewichtsprozent an Pigment oder Färbemittel, wie etwa Ruß, darin enthalten sind, so werden etwa 89 Gewichtsprozent an Harz ausgewählt. Außerdem kann das ladungsverstärkende Additiv auf die Pigmentpartikel aufgeschichtet werden. Wenn es als Beschichtung verwendet wird, so kann das ladungsverstärkende Additiv in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent und bevorzugt von 0,3 Gewichtsprozent bis 1 Gewichtsprozent vorhanden sein.

Es können zahlreiche wohlbekannte geeignete Pigmente oder Farbstoffe als Färbemittel für die Tonerpartikel ausgewählt werden, einschließlich z.B. Ruß wie REGAL 330®, Nigrosin-Farbstoff, Anilinblau, Magnetit oder Gemische davon. Das Pigment, das bevorzugt Ruß ist, sollte in einer hinreichenden Menge vorhanden sein, um die Tonerzusammensetzung kräftig zu färben. Im allgemeinen sind die Pigmentpartikel in Mengen von 1 Gewichtsprozent bis 20 Gewichtsprozent und bevorzugt von 2 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tonerzusammensetzung, vorhanden, jedoch können auch kleinere oder größere Mengen an Pigmentpartikeln ausgewählt werden.

Wenn die Pigmentpartikel aus Magnetiten zusammengesetzt sind, wodurch unter bestimmten Umständen Einkomponenten-Toner ermöglicht werden, wobei die Magnetite ein Gemisch von Eisenoxiden (FeO·Fe2O3) sind, einschließlich kommerziell erhältlichen, wie etwa MAPICO BLACK®, so sind sie in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 70 Gewichtsprozent, bevorzugt in einer Menge von 10 Gewichtsprozent bis 50 Gewichtsprozent, vorhanden. Es können Gemische aus Ruß und Magnetit mit 1 bis 15 Gewichtsprozent an Ruß und bevorzugt 2 bis 6 Gewichtsprozent an Ruß, und Magnetit, wie etwa MAPICO BLACK® in einer Menge von z.B. 5 bis 60 und bevorzugt von 10 bis 50 Gewichtsprozent ausgewählt werden.

Ebenfalls mit den Tonerzusammensetzungen gemischt werden können äußere Additiv-Partikel, einschließlich Fließhilfe-Additiven, wobei die Additive für gewöhnlich auf der Oberfläche hiervon vorhanden sind. Beispiele dieser Additive beinhalten kolloidale Siliciumoxide, wie etwa AEROSIL®, Metallsalze und Metallsalze von Fettsäuren, einschließlich Zinkstearat, Aluminiumoxiden, Ceroxiden und Gemischen hiervon, wobei die Additive allgemein in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent vorhanden sind, und bevorzugt in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent. Zahlreiche der vorstehend genannten Additive sind in den US-Patenten 3,590,000 und 3,800,588 dargestellt.

Kolloidale Siliciumoxide, wie etwa AEROSIL®, können mit den Ladungs-Additiven in einer Menge von 1 bis 30 Gewichtsprozent und bevorzugt von 10 Gewichtsprozent oberflächenbehandelt werden, gefolgt von deren Zugabe zu dem Toner in einer Menge von 0,1 bis 10 und bevorzugt von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent.

Außerdem können in die Tonerzusammensetzungen Wachse mit niedrigem Molekulargewicht einbezogen werden, wie etwa Polypropylene und Polyethylene, die kommerziell bei der Allied Chemical und Petrolite Corporation erhältlich sind, EPOLENE N-15®, das kommerziell bei Eastman Chemical Products Inc. erhältlich ist, VISCOL 550-P®, ein mit niedrigem gewichtsmittlerem Molekulargewicht ausgestattetes Polypropylen, das bei Sanyo Kasei K.K. erhältlich ist, und ähnliche Materialien. Die kommerziell erhältlichen ausgewählten Polyethylene besitzen ein Molekulargewicht von 1.000 bis 1.500, während man annimmt, dass die kommerziell erhältlichen Polypropylene, die für die Tonerzusammensetzungen verwendet werden, ein Molekulargewicht von 4.000 bis 5.000 besitzen. Viele der für die vorliegende Erfindung nützlichen Polyethylen- und Polypropylenzusammensetzungen sind im britischen Patent Nr. 1,442,835 dargestellt.

Die Wachsmaterialien mit niedrigem Molekulargewicht sind optional in der Tonerzusammensetzung oder den Polymerharz-Kügelchen in verschiedenen Mengen vorhanden, jedoch sind diese Wachse in der Tonerzusammensetzung im allgemeinen in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent und bevorzugt in einer Menge von 2 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent vorhanden, und sie können in Ausführungsformen als Fixierwalzen-Trennmittel fungieren.

Gefärbte Toner- und Entwicklerzusammensetzungen umfassen Tonerharzpartikel, Trägerpartikel, die hier dargestellten ladungsverstärkenden Additive und als Pigmente oder Färbemittel rote, blaue, grüne, braune, magentafarbene, cyanfarbene und/oder gelbe Partikel, ebenso wie Gemische hiervon. Spezifischer ausgedrückt, im Hinblick auf die Erzeugung von Farbbildern unter Verwendung einer Entwicklerzusammensetzung mit ladungsverstärkenden Additiven können veranschaulichende Beispiele für Magenta-Materialien, die als Pigmente ausgewählt werden können, Z.B. 2,9-Dimethylsubstituierte Chinacridon- und Anthrachinon-Farbstoffe, die im Farbindex als CI 60710 identifiziert sind, CI Dispersed Red 15, einen Diazofarbstoff, der im Farbindex als CI 26050 identifiziert ist, und CI Solvent Red 19 beinhalten. Veranschaulichende Beispiele von Cyan-Materialien, die als Pigmente verwendet werden können, beinhalten Kupfertetra-4-(octadecyl-sulfonamido)phthalocyanin, X-Kupfer-Phthalocyanin-Pigment, das im Farbindex als CI 74160 aufgelistet ist, CI Pigmentblau und Anthrathrenblau, identifiziert im Farbindex als CI 69810, und Special Blue X-2137; wogegen veranschaulichende Beispiele gelber Pigmente, die ausgewählt werden können, Diarylid-Gelb 3,3-Dichlorbenziden-Acetoacetanilid, ein Monoazo-Pigment, das im Farbindex als CI 12700 identifiziert ist, CI Solvent Yellow 16, ein Nitrophenylamin-Sulfonamid, das im Farbindex als Foron Yellow SE/GIN identifiziert ist, CI Dispersed Yellow 33, 2,5-Dimethoxy-4-sulfonanilid-phenylazo-4'-chlor-2,5-dimethoxy-acetoacetanilid, sowie Permanent Yellow FGL. Die vorstehend genannten Pigmente werden in die Tonerzusammensetzung in verschiedenen geeigneten wirksamen Mengen eingebaut. Diese gefärbten Pigmentpartikel sind in der Tonerzusammensetzung in einer Menge von 2 Gewichtsprozent bis 15 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Tonerharzpartikel, vorhanden.

Die Herstellung der Tonerzusammensetzung kann durch eine Anzahl bekannter Verfahren, wie hier angezeigt, erfolgen, einschließlich Extrusions-Schmelzmischen der Tonerharzpartikel, der Pigmentpartikel oder der Färbemittel und eines ladungsverstärkenden Additivs, gefolgt von mechanischem Verreiben bzw. Pulverisieren. Andere Verfahren beinhalten in der Technik wohlbekannte, wie etwa Sprühtrocknen, Schmelzdispersion, Emulsionsaggregation und Extrusionsverarbeitung. Ebenso, wie hier angezeigt, kann die Tonerzusammensetzung ohne das ladungsverstärkende Additiv in der Tonermasse hergestellt werden, gefolgt von der Zugabe von mit Ladungs-Additiv oberflächenbehandelten kolloidalen Siliciumoxiden.

Die Tonerzusammensetzungen werden üblicherweise nach der Herstellung ausgestoßen und klassifiziert, um Tonerpartikel mit einem bevorzugten mittleren Durchmesser von 5 bis 25 &mgr;m (Mikrometer), bevorzugter von 8 bis 12 &mgr;m (Mikrometer) und am bevorzugtesten von 5 bis 8 &mgr;m (Mikrometer) zu erhalten. Außerdem besitzen die Tonerzusammensetzungen bevorzugt triboelektrische Ladungsniveaus von 0,1 bis 2 Femtocoulomb pro &mgr;m (Mikrometer), wie bestimmt durch den bekannten Ladungsspektrographen. Die Mischungszeit für Toner beträgt bevorzugt 5 Sekunden bis 1 Minute, spezifischer 5 bis 15 Sekunden, wie bestimmt durch den bekannten Ladungsspektrographen. Diese Tonerzusammensetzungen mit schnellen Mischeigenschaften erlauben beispielsweise die Entwicklung von Bildern in elektrophotographischen Bilderzeugungsapparaten, wobei die Bilder im wesentlichen keine Hintergrundablagerungen darauf haben, selbst bei hohen Abgaberaten an Toner bei bestimmten Umständen, wenn beispielsweise 20 Gramm pro Minute überschritten werden; und weiterhin können solche Tonerzusammensetzungen im Bezug auf Hochgeschwindigkeits-Elektrophotographieapparate, also solche, die 70 Kopien pro Minute überschreiten, ausgewählt werden.

Außerdem besitzen die Tonerzusammensetzungen erstrebenswert enge Ladungsverteilungen, optimale triboelektrische Ladungswerte, bevorzugt von 10 bis 40, und bevorzugter von 10 bis 35 Mikrocoulomb pro Gramm, wie bestimmt durch die bekannten Verfahren des Faraday-Käfigs, mit 0,1 bis 5 Gewichtsprozent bei einer Ausführungsform des ladungsverstärkenden Additivs, sowie schnellen Mischungs-Ladungszeiten von weniger als 15 Sekunden, wie bestimmt im Ladungsspektrographen, und bevorzugter bei einigen Ausführungsformen von 1 bis 14 Sekunden. Andere Tonerzusammensetzungen beinhalten gefärbte Toner, Einkomponenten-Toner, Multikomponenten-Toner, sowie Toner, die spezielle Leistungs-Additive enthalten.

Für die Formulierung von Entwicklerzusammensetzungen werden Trägerkomponenten mit den Tonerpartikeln gemischt, insbesondere solche, die befähigt sind, triboelektrisch eine zur Tonerzusammensetzung entgegengesetzte Polarität anzunehmen. Entsprechend werden die Trägerpartikel so ausgewählt, dass sie von negativer Polarität sind, was es den Tonerpartikeln mit positiver Ladung ermöglicht, sich an die Trägerpartikel anzuheften und diese zu umgeben. Veranschaulichende Beispiele der Trägerpartikel beinhalten Eisenpulver, Stahl, Nickel, Eisen, und Ferrite, einschließlich Kupfer-Zink-Ferriten. Zusätzlich können als Trägerpartikel „Nickel Berry"-Träger, wie im US-Patent 3,847,604 beschrieben, ausgewählt werden. Die ausgewählten Trägerpartikel werden gemäß der vorliegenden Erfindung mit Harz beschichtet. Die Beschichtungsgewichte können variieren, wie hier angezeigt; allgemein jedoch wird ein Beschichtungsgewicht von 0,3 bis 2 und bevorzugt von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent ausgewählt.

Weiterhin beträgt der Durchmesser der Trägerpartikel, die bevorzugt in ihrer Form kugelig sind, allgemein von 50 &mgr;m (Mikrometer) bis 1.000 &mgr;m (Mikrometer), und bei einigen Ausführungsformen etwa 175 &mgr;m (Mikrometer), was es ihnen erlaubt, eine hinreichende Dichte und Inertheit zu besitzen, um während des Entwicklungsprozesses eine Anheftung an die elektrostatischen Bilder zu vermeiden. Die Trägerkomponente kann mit der Tonerzusammensetzung in verschiedenen geeigneten Kombinationen gemischt werden, jedoch werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn 1 bis 5 Gewichtsanteile an Toner auf 10 bis 200 Gewichtsanteile an Träger ausgewählt werden.

Die Toner- und Entwicklerzusammensetzungen können für die Verwendung in elektrostatographischen Bilderzeugungsapparaten, die darin konventionelle Photorezeptoren besitzen, ausgewählt werden, unter der Maßgabe, dass sie in der Lage sind, positiv oder negativ geladen zu werden. Somit können die Toner- und Entwicklerzusammensetzungen mit geschichteten Photorezeptoren verwendet werden, die befähigt sind, negativ geladen zu werden, wie etwa solchen, die im US-Patent 4,265,990 beschrieben sind. Veranschaulichende Beispiele anorganischer Photorezeptoren, die für Bilderzeugungs- und Druckverfahren ausgewählt werden können, beinhalten Selen, sowie Selenlegierungen, wie etwa Selen-Arsen oder Selen-Tellur, mit Halogen dotierte Selensubstanzen und mit Halogen dotierte Selenlegierungen.

Die Erfindung wird weiterhin anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht. Anteile und Prozentwerte sind auf das Gewicht bezogen, solange nicht anders angegeben.

BEISPIEL 1 Harzbeschichtung von Kernpartikeln und vergleichende Bewertung von beschichteten Kernpartikeln

Ein im Durchmesser durchschnittlich 77 &mgr;m (Mikrometer) großer Stahlkern wurde mit Polymethylmethacrylat bei einem Beschichtungsgewicht von etwa 1 Gewichtsprozent des Kerns gemischt, und es wurden dann zwei identische, von einander getrennte Portionen weiterverarbeitet. Die erste Portion (Vergleichsprobe) wurde für 5 bis 60 Minuten, bevorzugt für etwa 30 Minuten, in einem 7-Inch-Ofen bei etwa 390°F (199°C) weiterverarbeitet, und die zweite Portion wurde für 5 bis 60 Minuten, bevorzugt für etwa 30 Minuten, in einem 7-Inch-Ofen bei etwa 460°F (238°C) gemäß der vorliegenden Erfindung weiterverarbeitet. Die resultierenden beschichteten Kernpartikel wurden mit einem cyanfarbenen Farbtoner gemischt, und danach wurden die entsprechenden Werte der Triboelektrifizierung über einen 30-minütigen Walzenmühlenversuch gemessen. Die Alterungseigenschaften des Entwicklers wurden für die Entwickler durch Walzenmahlen für weitere 90 Minuten bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Entwickler, der den beschichteten Kern eingebaut hatte, der durch das Degradationsschema der Harzbeschichtung bei erhöhter Temperatur erhalten wurde, höhere Tribo-Eigenschaften beibehielt, wenn man ihn mit dem Entwickler verglich, der den harzbeschichteten Kern enthielt, der über das niedrigere oder konventionelle Temperaturschema hergestellt worden war. Die elektrische Leitfähigkeit der resultierenden beschichteten Beads betrug etwa 10–14 mho pro Zentimeter im Vergleich zu den beschichteten Beads vor dem Erhitzen, die eine elektrische Leitfähigkeit von 10–11 mho pro Zentimeter besaßen.

BEISPIEL II Herstellung und Bewertung von magnetischem Toner und Entwickler

Ein Polymerharz (74 Gewichtsprozent des Gesamtgemischs), erhalten über freie Radikal-Polymerisation von Gemischen aus Styrol und Butadien, kann mit 10 Gewichtsprozent an REGAL 330® Ruß und 16 Gewichtsprozent an MAPICO BLACK® Magnetit bei 120°C schmelzgesponnen werden, und das Extrudat wird in einem Waring-Mischer pulverisiert, ausgestoßen und durch die Messung mittels eines Coulter Counters mit einem Klassierer, der mit einem Klassierrad ausgestattet ist, mit einer zahlenmittleren Partikelgröße von 8 &mgr;m (Mikrometer) klassifiziert. Ein sich positiv aufladender magnetischer Toner kann durch die Oberflächenbehandlung des ausgestoßenen Toners (2 Gramm) mit 0,12 Gramm eines 1:1-Gewichtsverhältnisses von AEROSIL R972® (Degussa) und TP-302, einem Naphthalen-Sulfonat und einem quaternären Ammoniumsalz-Ladungskontrollmittel (Nachem/Hodogaya SI) hergestellt werden.

Die Entwicklerzusammensetzungen können dann hergestellt werden, indem man 3,34 Gewichtsanteile der vorstehend genannten Tonerzusammensetzung mit 96,66 Gewichtsanteilen der beschichteten Träger von Beispiel I, die in Übereinstimmung mit der Erfindung sind, mischt. Es kann Kaskadenentwicklung verwendet werden, um einen Xerox Modell D-Photorezeptor mit Verwendung eines „negativen Targets" zu entwickeln. Die Lichtexposition kann auf zwischen 5 und 10 Sekunden eingestellt werden und eine negative Vorspannung kann verwendet werden, um eine Dunkelübertragung der positiven getönten Bilder von dem Photorezeptor auf Papier zu erreichen.

Fusionsbewertungen können mit einer Weichsilikon-Fixierwalze des Typs Xerox Corporation 5028® durchgeführt werden, die mit 7,62 cm (3 Inch) pro Sekunde betrieben wird.

Die tatsächlichen Fixierwalzen-Temperaturen können unter Verwendung eines Omega Pyrometers bestimmt werden und wurden mit Wachspapier-Indikatoren getestet. Das Ausmaß, mit dem ein entwickeltes Tonerbild nach dem Fixieren an dem Papier anhaftete, wurde unter Verwendung eines Scotch®-Band-Tests bewertet. Man erwartet ein hervorragendes Fixierungsniveau, das vergleichbar mit der Fixierung ist, die mit Tonerzusammensetzungen erhalten wird, die über andere Verfahren zur Tonerherstellung erzeugt wurden. Typischerweise bleiben mehr als 95% des Tonerbildes an dem Kopieblatt haften, nachdem man den Klebestreifen entfernt hat, wie mittels eines Densitometers bestimmt. Alternativ kann das Ausmaß der Fixierung unter Verwendung des bekannten „Knittertests", siehe US-Patent Nr. 5,312,704, quantifiziert werden.

Die Entwicklung der Bilder kann erfolgen in einer xerographischen Bildverarbeitungstestvorrichtung mit einem negativ geladenen geschichteten Bildverarbeitungselement, umfassend ein Trägersubstrat aus Aluminium, eine photogenerative Schicht aus trigonalem Selen und eine Ladungstransportschicht aus dem Arylamin N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)1,1'-biphenyl-4,4'-diamin, 45 Gewichtsprozent, dispergiert in 55 Gewichtsprozent des Polycarbonats MAKROLON®, siehe US-Patent Nr. 4,265,990. Man erwartet, dass die Bilder für die Tonerzusammensetzungen, hergestellt aus den Copolymeren, die z.B. aus Beispiel XI im Patent '990 stammen, von exzellenter Qualität sind, ohne Hintergrundablagerungen und von hoher Auflösung über eine ausgedehnte Anzahl von Bildverarbeitungszyklen, die, wie angenommen wird, etwa 75.000 Bildverarbeitungszyklen übersteigt.


Anspruch[de]
Verfahren zur Herstellung von Trägerpartikeln zur Verwendung in einem xerographischen Zweikomponenten-Entwickler, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

Bereitstellen harzbeschichteter Kernpartikel, wobei das Harz Polymethylmethacrylat ist; und

Erhitzen der harzbeschichteten Kernpartikel für eine Zeitspanne, bis das gewichtsmittlere Molekulargewicht der Harzbeschichtung abnimmt, wobei die Erhitzungszeit 1 Minute bis 10 Stunden und die Erhitzungstemperatur 200 bis 260°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abnahme des gewichtsmittleren Molekulargewichts 1 bis 90 Prozent beträgt. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die resultierenden beschichteten Kernpartikel eine Harzbeschichtung mit einer im wesentlichen gleichförmigen Dicke und einer exzellenten Anhaftung der Beschichtung an den Kern besitzen, und wobei die beschichteten Kernpartikel verbesserte triboelektrische Ladungseigenschaften besitzen. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhitzen die triboelektrische Ladung der beschichteten Kernpartikel von 10 bis 60 Mikrocoulomb pro Gramm vor dem Erhitzen auf einen Bereich von 30 bis 45 Mikrocoulomb pro Gramm nach dem Erhitzen verändert. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Harzbeschichtung der resultierenden beschichteten Kernpartikel von 0,01 bis 0,1 &mgr;m (Mikrometer) reicht.






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