PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69319957T2 14.01.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0568369
Titel Elektrophotographischer Flüssigentwickler mit Ladungssteuerungsmittel
Anmelder Lexmark International Inc., Greenwich, Conn., US
Erfinder Beach, Bradley L., Lexington, Kentucky 40505, US;
Murthy, Ashok, Lexington, Kentucky 40515, US;
Butler, Carla M., Lexington, Kentucky 40523, US;
Pramod, Sharma K., Lexington, Kentucky 40514, US;
Franey, Terence E., Lexington, Kentucky 40515, US;
Suthar, Ajay K., Lexington, Kentucky 40514, US
Vertreter Abitz & Partner, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69319957
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 29.04.1993
EP-Aktenzeichen 933033615
EP-Offenlegungsdatum 03.11.1993
EP date of grant 29.07.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.01.1999
IPC-Hauptklasse G03G 9/13

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft die elektrophotographische Abbildung mit Flüssigentwicklern und insbesondere die Zusammensetzung eines Flüssigentwicklers mit einer Ladungssteuermittelmischung.

Hintergrund der Erfindung

Flüssigentwickler mit einem pigmenthaltigen Harz oder einer pigmenthaltigen Harzmischung, einem inerten organischen flüssigen Vehikel und einem Ladungssteuermittel sind bekannt. Diese Erfindung umfaßt eine Auswahl von Materialien zur Erzielung optimaler Ergebnisse, und es wird angenommen, daß sie mit jedem beliebigen inerten Pigment- oder Farbstoffmaterial verwendet werden kann. Das Vehikel dieser Erfindung ist Mineralöl, dessen Verwendung als Vehikel bekannt ist. Das Harz ist eine Mischung aus zwei Harzen, die im Stand der Technik als Harze für einen solchen Flüssigtoner eingesetzt oder erwähnt wurden, nicht jedoch in Kombination. Das Tonerladungssteuermittel ist eine Kombination u. a. aus Materialien, die im Stand der Technik als Ladungssteuermittel eingesetzt oder erwähnt wurden, nicht jedoch in der Kombination dieser Erfindung.

Das US-Patent Nr. 5 047 307 von Landa et al. offenbart in Spalte 7 Mineralöl als ein Vehikel für solche Flüssigtoner. Ähnlich ist das US-Patent Nr. 4 886 729 von Grushkin et al. in Spalte 4 beispielhaft für andere Lehren einer solchen Verwendung von Mineralöl.

Das US-Patent Nr. 4 925 763 von Tsubuko et al. lehrt ionomere Harze zum Tonen mit einigen Mischungen und mit einem getrennt zugegebenen Laurylacrylat-Acrylsäure-Harz in Flüssigtonern. Das US- Patent Nr. 5 034 299 von Houle et al. erwähnt in Spalte 3 SurlynTM- Ionomerharz und dieses Harz enthaltende Mischungen als das Harz in einem solchen Flüssigtoner. Das US-Patent Nr. 4 772 528 von Larson lehrt Harzmischungen und erwähnt Surlyn in einer Liste geeigneter Harze. Ähnlich sind das US-Patent Nr. 4 923 778 von Blair et al. in Spalte 4 und das US-Patent Nr. 4 707 429 von Trout in Spalte 4 beispielhaft für andere Lehren der Verwendung von Surlyn-Harz. Diese Erfindung verwendet ein Surlyn-Harz, das mit einem NucrelTM- Harz, welches ein ähnliches, jedoch nichtionisches Harz ist, vermischt ist. Nicht mit Surlyn-Harz kombiniertes Nucrel-Harz taucht vorwiegend in den Flüssigtonerzusammensetzungen auf, die in der US 5 019 477 von Felder offenbart sind. Ähnlich ist Nucrel-Harz alleine im Beispiel des US-Patents Nr. 4 891 286 von Gibson offenbart. Das zugegebene Acrylat-Acrylsäure-Harz des obigen Patents 4 925 763 hat eine Säurekomponente, in diesem Patent wird jedoch die ionomere Komponente fit dem Pigment vermischt und fein verteilt, bevor es mit dem Acrylat-Acrylsäure-Harz verknetet wird.

Das obige US-Patent Nr. 4 707 429 von Trout lehrt das Surlynharz, Lecithin als ein Ladungssteuermittel, Calcium-Petronate TM als ein Ladungssteuermittel und Aluminiumtristearat als ein Additiv für derartige Flüssigtonerzusammensetzungen. Das obige Patent 4 772 528 offenbart Lecithin und Calcium-Patronate und Barium-Petronate als Ladungssteuermittel. Lecithin wird weit verbreitet als Ladungssteuermittel gelehrt. Das US-Patent Nr. 4 897 332 von Gibson lehrt die Kombination von Lecithin und alkyliertem N-Vinylpyrrolidon in Kombination als ein Ladungssteuermittel. Weitere beispielhafte Lehren von Lecithin, Calcium-Petronate und Aluminiumtristearat tauchen in dem US-Patent Nr. 5 066 821 von Houle et al. in Spalte 6 auf. Das obige US-Patent Nr. 5 047 307 von Landa et al., Spalte 19, ist ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Calcium-Petronate. Die vorliegende Erfindung verwendet Lecithin, Aluminiumtristearat (fakultativ) und Calcium-Petronate in Kombination mit anderen Materialien, die in den obigen Patenten nicht enthalten sind.

Offenbarung der Erfindung

Der Flüssigtoner der vorliegenden Erfindung umfaßt Mineralöl als ein Vehikel, feine Teilchen einer gründlichen Mischung aus ionomerem Harz und einem Harz, das eine Säureform eines ionomeren Harzes ist, Pigment, Aluminiumtristearat (fakultativ) und eine getrennte Ladungssteuermittelmischung, die zu der Endmischung aus den Endmaterialien zugegeben wird. Die Ladungssteuermittelmischung besteht aus Lecithin, N-Methyl-2-pyrrolidon und Calcium-Petronate als eine 10-30%ige Lösung in Mineralöl. Diese Ladungssteuermittelmischung wird gewählt, um die Geschwindigkeit der Regenerierung von Ladungseigenschaften während des Dauergebrauchs zu optimieren.

Beste Ausführungsform der Erfindung

64,8 Gewichtsteile Surlyn 9020, das ein ionomeres Harz und Markenprodukt von Du Pont Co. ist, werden mit 41,1 Gewichtsteilen Nucrel-599-Harz, das ein Markenprodukt von Du Pont Co. und eine Säureform des Harzes mit ansonsten der gleichen Struktur wie die Surlyn-Harze ist, vermischt. Surlyn 9020 ist ein Natriumionomer mit einem Schmelzflußindex von 1,0 und einer nominalen Dichte von 0,95. 35 Gewichtsteile dieser Mischung von miteinander kombinierten Feststoffen werden mit 65 Gewichtsteilen PeneteckTM-Mineralöl vermischt. Alternativ wird Surlyn 7940, das sehr ähnlich wie Surlyn 9020 ist, wie oben beschrieben mit Nucrel 699 verwendet. Surlyn 7940 ist ein Lithiumionomer mit einem Schmelzflußindex von 2,6 und einer nominalen Dichte von 0,94. Dies erzeugt einen etwas härteren Toner.

Peneteck-Mineralöl wird vom Hersteller als nahrungsmittelgeeignetes Mineralweißöl beschrieben. Es wird gründlichst gereinigt, um alle aromatischen und geruchserzeugenden Verunreinigungen zu entfernen. Die Analyse zeigt, daß es aus einer Mischung aus geradkettigen und verzweigten Alkanen besteht. Der geradkettige Teil macht etwa 25% der Gesamtmenge aus und ist überwiegend eine Mischung aus C-14- bis C-18-Alkanen. Die restlichen 75% sind eine Mischung aus niedrigflüchtigen verzweigten Alkanen mit überwiegend 16 bis 19 Kohlenstoffatomen.

Diese Mischung wird durch Mischen im Doppelplanetenmischer oder Schneckenextruder bei erhöhten Temperaturen (140-160ºC) gründlich vermischt, um eine Mischung zu ergeben, in der die Harze gründlich vermischt und mit Mineralöl plastifiziert sind und alles Mineralöl vollständig in dem resultierenden Feststoff aufgenommen ist. Wenn die Extrusion verwendet wird, kann der resultierende Feststoff in kaltes Wasser extrudiert werden, wobei er an den Extruderdüsen zerhackt wird. Dieses Produkt aus dem Extruder sind Pellets, die im allgemeinen wie Reiskörner aussehen. Der Feststoff besteht aus 21,6% Surlyn-Harz, 14,4% Nucrel-Harz und 64% Mineralöl. Dieser kann als "plastifiziertes Produkt" bezeichnet werden.

Dieses Produkt wird, falls notwendig, in einem weiteren Schritt in einem Hochgeschwindigkeitsmischer gemahlen. Dieser weitere Schritt ist im Falle des Doppelplanetenmischers notwendig. Im Falle des Extruders liegt das resultierende Produkt als Pellets vor, die direkt in eine Reibungsmühle gegeben werden können.

Zu diesem Produkt werden Pigmente, Aluminiumtristearat und zusätzliches Mineralöl in einer derartigen Menge zugegeben, um den Mineralöl-Gesamtgehalt auf 80 bis 90 Gew.-% zu bringen. Dieses Produkt wird in einer Reibungsmühle 6 bis 14 Stunden lang zerkleinert, bis die Endmischung einen volumengemittelten Teilchendurchmesser von etwa 1 bis 3 um (Mikron) hat, gemessen mit einem Shimadzu-Zentrifugalteilchengrößenanalysator. Vorzugsweise wird die Zerreibung mit der Union-Process-Modell-1S-Reibungsmühle durchgeführt. (Die Reibungsmühle hat eine Flüssigkeitskapazität von einer Gallone (3,78 l).) Bei dieser Reibungsmühle kann die Reibungsmühlengeschwindigkeit 200 bis 400 U/min betragen. Die Reibungsmühlentemperatur beträgt 20 bis 70ºC. Die Reibungsmühlentemperatur wirkt sich auf die Morphologie und die Zeit aus, die benötigt wird, um die erwünschte Teilchengröße zu erzeugen. Die bevorzugte Temperatur ist 50ºC. Der verbleibende Feststoffgehalt des resultierenden Produkts beträgt zehn bis zwanzig Prozent.

Der Gesamttrockenmassengehalt an den obigen Feststoffen in der Substanz aus schwarzer oder den drei Subtraktionsfarben zur farbigen Abbildung ist wie folgt:

Schwarz Gew.-% Feststoffe

Plastifiziertes Produkt 74,2

Mogul-LTM-Ruß 22,3

NBS6157-Violettfarbstoff 2,3

Aluminiumtristearat 1,2

Cyan

Plastifiziertes Produkt 81,7

Toyo-FG7341-Cyanpigment 16,8

Aluminiumtristearat 1,5

Magenta

Plastifiziertes Produkt 78,0

Mobay-ER8616-Magentafarbstoff 20,0

Aluminiumtristearat 2,0

Gelb

Plastifiziertes Produkt 84,6

Toyo-FG1310-Gelbfarbstoff 15,7

Nach Beendigung der Zerreibung wird die Mischung mit dem Mineralöl unter Rühren auf einen Feststoffgehalt von zwei Prozent verdünnt. Zu jeder der obigen Farbformeln wird eine Mischung aus Lecithin, 2-Methyl-N-pyrrolidon und Calcium-Petronate in einer 10- 30%igen Lösung mit Mineralöl zugegeben, bis eine Leitfähigkeit von etwa 50 picomhos/cm erreicht ist.

Diese Mischung dient zur Ladungssteuerung. Sie wird folgendermaßen formuliert: 20 Gramm Lecithin werden durch Rühren bei Raumtemperatur in 500 ml des Mineralöls gelöst; nachdem das Lecithin aufgelöst ist, werden unter fortgesetztem Rühren 15 ml N- Methyl-2-pyrrolidon zugegeben. Dies verursacht eine deutliche Trübung in der Lösung. Dann werden 20 Gramm Calcium-Petronate zugegeben und unter Rühren aufgelöst. Schließlich wird die Mischung ausreichend zentrifugiert, um eine klare, stabile Lösung zu ergeben, die von einem etwaigen Rückstand abdekantiert werden kann.

Etwa 2 ml dieses Ladungssteuermittels werden benötigt, um 100 ml der obigen Harzmischung auf die 50 picomhos/cm aufzuladen.

Der resultierende Toner ist ein negativer Flüssigtoner, der eine gute Druckauflösung und Fixierung bei relativ mäßigem Temperaturen ergibt. Das Mineralölvehikel verdampft nicht gut und kann leicht kondensiert werden, wodurch die Verwendung als Toner ohne wesentliche Störung der Umwelt möglich ist.

Wichtige auszuwählende Parameter sind die Übertragungseffizienz, der Verschmelzungsgrad und die optische Dichte. Die Übertragungseffizienz ist die Bewegung von Bildern von Oberfläche zu Oberfläche, da dies geschieht, um ein Bild von einer Photoleiteroberfläche an eine intermediäre Walze, wo drei Farben und Schwarz farbdeckend aufgetragen werden, und dann auf eine Druckwalze zu übertragen. Die Übertragungseffizienz wird gemessen, indem der Übertragungsgrad im typischen Betrieb direkt beobachtet wird.

Der Verschmelzungsgrad ist ein Maß für die Beständigkeit des Enddrucks. Er wird durch Messung der Widerstandsfähigkeit des Drucks gegen einen typischen Reib- und Kratzvorgang ermittelt.

Die optische Dichte wird auf einem farbigen Block unter Verwendung einer Standard-OD-Messapparatur mit verschiedenen Filtern für verschiedene Farben gemessen.

Die obengenannten Formeln resultieren aus einer Auswahl, bei der die guten Ergebnisse für die obengenannten Eigenschaften sowie die für die Flüssigtonung notwendigen Eigenschaften gegeneinander abgewogen werden.

Das Ladungssteuermittel wird ausgewählt, um die Regeneriergeschwindigkeit elektrischer Eigenschaften zu maximieren, wenn Toner kontinuierlich im aktiven Abbildungssytem zirkuliert wird. Da Mineralöl ein schweres Vehikel ist, könnte die Randdefinition ein dominierenderes Ziel der Konstruktion sein, und das Ladungssteuermittel wäre dann anders.

Eine wichtige Eigenschaft des Ladungssteuermittels wird als "Prozent-Regeneration" bezeichnet. Es ist der Prozentsatz der ursprünglichen Stromstärke, nachdem eine Hochspannungsspitze in 90- Sekunden-Intervallen angelegt wird. Die Prozent-Regeneration wird durch Anwendung des folgenden Verfahrens erhalten:

Die Probe wird in eine Zelle mit Elektrodendurchmessern von 25 mm und einem Abstand von 1 mm gegeben. Die angelegte Spannung beträgt 7 Sekunden lang 2000 Volt. Die Spannungs-Zeit-Kurve wird auf einem Oszilloskop angezeigt und das Stromstärkenmaximum aufgezeichnet. Man läßt die Probe 1,5 Minuten lang "Spannung abbauen", wonach eine zweite 2000-Volt-Spannung angelegt wird. Wiederum wird das Stromstärkenmaximum aufgezeichnet. Das Verhältnis der zweiten Stromstärke zur ersten ist das Maß für die "%-Regeneration".

Zwischen den Proben müssen die Elektroden mit Isopropylalkohol gereinigt werden und vollständig trocknen.

Die folgende Tabelle veranschaulicht, wie wichtig die Anwesenheit von N-Methyl-2-pyrrolidon (NM2P) für die %-Regeneration ist. Zu einer Stammlösung aus 4% Lecithin und 4% Calcium-Petronate wurde NM2P zugegeben. Das resultierende Ladungssteuermittel wird verwendet, um den Toner auf 50 pmhos/cm aufzuladen, und die Prozent-Regeneration wurde gemessen.

% zuaeaebenes NM2P %-Regeneration

0 52

0,8 68

1,5 75

3 90

Einige der Daten könnten zu der Vermutung verleiten, daß die Rolle des NM2P lediglich darin besteht, den richtigen Löslichkeitsanteil von Lecithin auszuwählen, da die Zugabe von NM2P dazu führt, daß die Lösung trüb wird und etwas Lecithin abzentrifugiert wird. Um diese Hypothese zu prüfen, wurde ein Ladungssteuermittel mit Isopar-H (Isoparaffinmarke) anstelle von Mineralöl hergestellt, so daß nach dem Zentrifugierschritt das Isopar-Paraffin und das NM2P durch Eindampfen entfernt werden konnten. Anschließend kann das Mineralöl wieder zugegeben werden, was zu einem Ladungssteuermittel führt, das den richten Anteil an Lecithin enthält, jedoch ohne die Anwesenheit von NM2P.

Man ging nach dem folgenden Verfahren vor: 2 Gramm Lecithin wurden unter Erwärmen in Isopar-H-Paraffin gelöst. 2 Gramm Calcium- Petronate und 1,5 ml 'NM2P wurden zugegeben. Das Rühren wurde in einem Eisbad fortgesetzt, um die Ausfällung des Lecithins zu vervollständigen. Die Probe wurde zentrifugiert und getestet, um die ursprüngliche Prozent-Regeneration zu zeigen. Dann wurden das Isopar und das NM2P verdampft und gegen 50 ml Mineralöl ersetzt. Diese Probe wurde getestet.

Auch wurden zu 25 ml der Mineralölprobe wieder 0,75 ml NM2P zugegeben, wodurch der richtige Löslichkeitsanteil an Lecithin bestätigt wurde.

Das überraschende Ergebnis war, daß die Probe, bei der das NM2P durch Eindampfen entfernt worden war, keine stabile Leitfähigkeit hatte. Das heißt, es wurde ein bedeutender Abfall innerhalb der ersten Stunden der Verdünnung beobachtet. Die folgende Tabelle veranschaulicht diese Eigenschaft. 2 ml eines jeden Ladungssteuermittels wurden zu 100 ml des Mineralöls zugegeben und die Leitfähigkeit als Funktion der Zeit beobachtet.

LEITFÄHIGKEIT (PMHOS/CM)

Diese Daten weisen darauf hin, daß das NM2P eine Rolle bei der Mizellenstabilisierung spielen kann.

Die folgende Tabelle enthält die Ergebnisse aus den %- Regenerations-Tests für diese Proben.

Die Löslichkeit von Lecithin kann zur beobachteten Variation zwischen 80 und 90%iger Regeneration beitragen, aber die Anwesenheit von NM2P bewirkt mehr als nur diesen Löslichkeitsanteil auszuwählen. Zusätzlich dazu, daß die %-Regeneration bei der Probe ohne das NM2P niedrig ist, wurde ein überraschendes Leitfähigkeitsinstabilitätsergebnis beobachtet. Dies weist darauf hin, daß das NM2P eine Rolle bei der Stabilisierung der Mizellen spielt, und das ist der Grund, weshalb die Leitfähigkeit ohne NM2P so stark abfällt.

Variationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche dieser Erfindung werden ersichtlich sein.


Anspruch[de]

1. Flüssigtoner, umfassend Mineralöl, das eine Mischung aus geradkettigen und verzweigten Alkanen ist, als Vehikel, Harzteilchen, die eine innige Mischung aus einem ionomeren Harz und der Säureform eines Harzes, das ansonsten die gleiche Strukturform wie das ionomere Harz hat, umfassen, wenigstens ein Pigment und, als Ladungssteuermaterialien, eine Mischung aus Lecithin, N-Methyl-2- pyrrolidon und Calcium-Petronate.

2. Toner nach Anspruch 1, bei welchem das genannte ionomere Harz Surlyn-7940-Harz ist und das genannte Säureform-Harz Nucrel-699- Harz ist.

3. Toner nach Anspruch 1, bei welchem das genannte ionomere Harz Surlyn-9020-Harz ist und das genannte Säureform-Harz Nucrel-599- Harz ist.

4. Toner nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei welchem die genannten Harze in einem Verhältnis von etwa 6 Gewichtsteilen Surlyn-Harz zu 4 Gewichtsteilen Nucrel-Harz vorliegen.

5. Toner nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, der auch Aluminiumtristearat umfaßt.

6. Toner nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, bei welchem das genannte Lecithin, das genannte Pyrrolidon und das genannte Petronate in einer Menge von 20 Gramm Lecithin, 15 ml Pyrrolidon und 20 Gramm Petronate vorliegen.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com