DE2520759B2 - Toner fuer elektrophotographische trockenentwickler - Google Patents

Description

R—N

in der bedeutet:

R einen Alkylrest mit 8 bis 30 C-Atomen,
a und b gleiche oder verschiedene Zahlen von 2 bis 4 und

χ und y gleiche oder verschiedene Zahlen von 1 bis 10.

2. Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Zusatz (c) einen Farbstoff oder ein Pigment enthält.

3. Toner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ein alkoxyliertes Amin der angegebenen Formel enthalten, in der die Summe von χ und y gleich oder weniger als 10 ist.

4. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ein alkoxyliertes Amin der angegebenen Formel enthalten, in der R ein Alkylrest mit 12 bis 22 C-Atomen ist.

5. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ein alkoxyliertes Amin der angegebenen formel enthalten, in der a und b jeweils gleich 2 sind.

6. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen das alkoxylierte Amin in einer Konzentration von weniger als 1,5 Gew.-% enthalten.

7. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen eine Größe von 0,1 bis 100 Mikron aufweisen.

8. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ein Harz mit einem Erweichungspunkt von 40 bis 200⁰C enthalten.

9. Toner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ein Harz auf Styrolbasis mit einem Erweichungspunkt von 40 bis 200⁰C enthalten.

10. Toner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen ein Harz auf Polycarbonatbasis mit einer Glasübergangstemperatur von 40 bis 120° C enthalten.

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)ie Erfindung betrifft Toner für elektrophotographie Trockenentwickler, bestehend aus in feinverteilter m vorliegenden Teilchen aus (a) mindestens einem rz, (b) weniger als 2 Gew.-% eines Steuerstoffs und ;ebenenfalls (c) weiteren Zusätzen.
:s sind viele Verfahren bekanntgeworden, um die triboelektrischen Eigenserhaften von Tonerteilchen zu modifizieren. Aus der US PS 36 47 696 beispielsweise ist ein elektrostatischer Toner aus Harzteilchen gleichförmiger Polarität bekannl, die ein Nigrosinsalz einer mono- oder difunktionellien organischen Säure enthalten. Das Nigrosinsalz, das bei dem aus der US-PS 36 47 696 bekannten Verfahren verwendet wird, unterstützt die Ausbildung einer vergleichsweise hohen gleichförmigen elektrischen Ladung der Tonerteilcheii. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Verwendung derartiger Nigrosinsalze deshalb in gewisser Weise nachteilig ist, weil die Nigrosinsalze zu einer Verminderung der Adhäsion der Tonerteilchen auf Bild-Empfangsmaterialien aus Papier führen. So hat sich beispielsweise gezeigt, daß, wird ein Tonerbild von einem elektrophotograpliischen, ein Ladungsbild aufweisendes Material auf ein Bildempfangsmaterial aus Papier übertragen, und das Tonerbild auf dem Bildempfangsmaterial fixiert, die übertragenen Tonerteilchen dazu neigen, sich vom Papierblatt zu lösen, wenn dieses gebogen oder gefaltet wird.

Die Verwendung von Nigrosinfarbstoffe!! und ähnlichen Farbstoffen, z. B. von Azinen, Oxazinen und Thiazinen als Steuerstoffe für Toner ist des weiteren beispielsweise aus der US-PS 3(i 69 922 bekannt.

Es ist des weiteren bekannt, z. B. aus der GB-PS 11 74 537, Seite 2, Spalte 2 bis Seite 3, langkettige anionische und kationische Verbindungen, z. B. oberflächenaktive Verbindungen, als Steuerstoffe in elektrophotographischen Entwicklern zu verwenden. Beispiele für derartige Steuerstoffe sind aus langkettigen quaternären Ammoniumverbindungen bestehende oberflächenaktive Stoffe. Aus der US-PS 35 77 345 ist es des weiteren bekannt, ein festes Metallsalz einer Fettsäure gemeinsam mit anderen festen Additiven als Steuerstoffe zu verwenden.

Aus der Literaturstelle »Research Disclosure«, Band 102, 1972, Nr. 10 244 ist es schließlich bekannt, zur Herstellung von Tonern für elektrophotographische Trockenentwickler als Steuerstoff kurzkettige quaternäre Ammoniumsalze zu verwenden. Diese keine oberflächenaktiven Verbindungen darstellenden, kurzkettigen, quaiernären Ammoniumsalze haben keinen nachteiligen Einfluß auf die Adhäsionseigenschaften der Toner. Obgleich sich mit derartigen kurzkettigen quaternären Ammoniumsalzen vorteilhafte Steuereffekte erzielen lassen, hat sich doch gezeigt, daß ein weiteres Bedürfnis nach einem Steuerstoff für Toner besteht, das dem Trockenentwickler eine noch größere Feuchtigkeitsstabilität verleiht.

Abgesehen von Verbindungen, die zur Modifizierung der triboelektrischen Eigenschaften von Tonern verwendet werden, ist es des weiteren bekannt, Druckfarben und flüssigen elektrophotographischen Entwicklern wie auch trockenen elektrophotographischen Entwicklern als allgemeine Klasse von Stoffen Amine zuzusetzen. So ist es beispielsweise aus der US-PS 35 65 805 bekannt, trockenen elektrophotographischen Entwicklern chemisch inerte organische Flüssigkeiten, z. B. Alkylamine mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen als sogenannte »klebrig machende Verbindungen« zuzusetzen. Aus der GB-PS 11 17 224 ist es des weiteren bekannt, zur Herstellung von Harzen für die Herstellung elektrophotographischer Trockeneniwickler durch Emulsionspolymerisation aliphatische Amine, Polypropanol und oberflächenaktive Verbindungen vom PoIyäthanolamintyp zu verwenden. Aus den DT-OS 22 41515 und 2128 499 sind des weiteren poröse

magnetische Tonerteilchen bekannt, die auf ihrer Oberfläche mehr als etwa 4,7 Gew.-% eines nichtflüchtigen Amins adsorbiert enthalten. Derartige Toner werden zur Entwicklung latenter elektrostatischer Bilder unter Ausbildung von Tonerbildern verwendet, welche mit einer lichtempfindlichen Schicht eines Zwei-Komponenten-Diazotypiematerials in Kontakt gebracht werden. Das adsorbierte Armn macht die lichtempfindliche Schicht des Diazotypiematerials an den Kontaktpunkten alkalisch, so daß eine Entwicklung ι ο des Diazotypiematerials erfolgen kann.

Es ist des weiteren bekannt, z.B. aus der US-PS 34 27 258 und der GB-PS 11 69 703 auf der Oberfläche der Teilchen leitfähiger Druckfarben zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Druckfarben auf im allgemeinen weniger als etwa 10¹⁰ Ohm/cm verschiedene Amine, einschließlich von Alkylend-aminen und oberflächenaktiven Verbindungen auf Aminbasis in Mengen von mehr als etwa 2 Gew.-% niederzuschlagen. Aus der US-PS 34 17 019 sind schließlich elektrophotographische Suspensionsentwickler bekannt, deren Tonerteilchen mindestens 3, bis zu etwa 50 Gew.-% einer Vielzahl von Verbindungen, beispielsweise Schwermetallseifen und nichtionische, anionische und kationische oberflächenaktive Verbindungen als Steuerstoff enthalten können. Zu den vielen Steuerstoffen, die in der US-PS 34 17 019 für die Herstellung von Suspensionsentwickler empfohlen werden, gehören beispielsweise auch Polyäthylenglykole mit Aminogruppen. Auf Grund der zahlreichen physikalischen und 3c elektrischen Unterschiede, die zwischen flüssigen und trockenen elektrophotographischen Entwicklern bestehen, haben sich viele, ja die meisten, der in der US-PS 3417019 beschriebenen Steuerstoffe im Falle von Trockenentwicklern als nicht geeignet erwiesen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Toner für elektrophotographische Trockenentwickler mit einem Steuersoff anzugeben, der den bisher bekannten Steuerstoffen überlegen ist und sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß er den Tonern und Trockenentwicklern eine verbesserte Feuchtigkeitsstabilität verleiht.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich als Steuerstoff für Toner für elektrophotographische Trockenentwickler in hervorragender Weise bestimmte alkoxylierte Amine eignen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Toner für elektrophotographische Trockenentwickler, bestehend aus in feinverteilter Form vorliegenden Teilchen aus (a) mindestens einem Harz, (b) weniger als 2 Gew.-% eines Steuerstoffs und gegebenenfalls (c) weiteren Zusätzen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Teilchen als Steuerstoff ein alkoxyliertes Amin der folgenden Formel enthalten:

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R-N

in der bedeutet:

R einen Alkylrest mit 8 bis 30 C-Atomen;
a und b gleiche oder verschiedene Zahlen von 2 bis 4

und
χ und y gleiche oder verschiedene Zahlen von 1 bis 10.

Ein erfindungsgemäßer Toner eignet sich insbesondere für die Herstellung eines elektrophotographischen

60 Trockenentwicklers für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder mit Trägerteilchen einer Größe von 30 bis 1200 Mikron.

Die Zeichnungen dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.

Aus dem in F i g. 1 dargestellten Diagramm ergibt sich der Einfluß steigender relativer Feuchtigkeit (bei 28° C) auf die Tonerladung von 2 einander ähnlichen Tonern A und B, die sich dadurch voneinander unterscheiden, daß der Toner A einen Steuerstoff nach dem Stande der Technik, nämlich Tetrapentylammoaiumchlorid enthielt und der Toner B einen Steuerstoff gemäß der Erfindung.

Aus dem Diagramm der F i g. 2 ergibt sich der Einfluß von verschiedenen alkoxylierten Steuerstoffen auf die Toneriadung von vier verschiedenen Tonern (Kurven 1 bis 4), die einem simulierten Test unterworfen wurden, bei dem die Herstellung von 30 000 Kopien in einem elektrophotographischen Dokumentenkopiergerät simuliert wurde.

Aus dem in F i g. 3 dargestellten Diagramm ergibt sich der Einfluß der Tonerladung von fünf verschiedenen Tonern (Kurven 1 bis 5), die einem Test unterworfen wurden, bei dem die Herstellung von 30 000 Kopien in einem elektrophotographischen Dokunientenkopiergerät simuliert wurde. Die verschiedenen getesteten Toner unterscheiden sich dabei durch ihren Steuerstoffgehalt.

Durch die Erfindung werden verschiedene Vorteile erreicht.

Zunächst führt die Zugabe von alkoxylierten Aminen zu Tonern mit einer relativ hohen, gleichförmigen und stabilen Tonerladung, wenn der Toner mit geeigneten Trägerpartikeln in Kontakt gebracht wird. Des weiteren ist der Grad des nachteiligen Toner-Abstoßens ganz allgemein sehr gering. Des weiteren haben die erfindungsgemäß verwendeten alkoxylierten Amine keine nachteiligen Effekte auf die Adhäsionseigenschaften der Toner, wenn die Tonerteilchen auf Bildempfangsmaterialien aus üblichem Papier fixiert werden. Schließlich hat sich gezeigt, daß sich ausgehend von den beschriebenen alkoxylierten Aminen Toner herstellen lassen, die durch eine vergleichsweise hohe, stabile Ladung gekennzeichnet sind, wenn sie mit Trägerteilchen unter den verschiedensten Feuchtigkeitsbedingungen vermischt werden. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft, weil sie es ermöglicht, eine effektive elektrographische Entwicklung und geringe Toner-Abstoßung sogar bei relativ geringen und hohen Feuchtigkeitsbedingungen zu erreichen, beispielsweise bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 5% bei 28⁰C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% bis 28°C.

Überdies hat sich die besondere Molekularstruktui der erfindungsgemäß verwendeten Ladungssteuerungs· mittel als besonders vorteilhaft erwiesen, d. h. di£ Kombination eines vergleichsweise langkettigen Alkyl restes mit 2 Alkoxyreste aufweisenden Resten, die eir zentrales Stickstoffatom umgeben. Aufgrund ihre: Struktur sind die erfindungsgemäß verwendeten La dungssteuerungsmittel vom biologischen Standpunk aus gesehen Verbindungen, deren Verwendung Vorteil« gegenüber beispielsweise solchen Aminen wie Alkylen aminen bietet, die bekanntlich durch eine hohe Toxizitä gekennzeichnet sind.

Es hat sich des weiteren gezeigt, daß sich mi Tonerteilchen mit den beschriebenen alkoxyliertei Aminen latente elektrostatische Bilder ausgezeichne gleichförmiger Dichte ohne Verschmieren des Unter grundes herstellen lassen.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßtn Toner lassei

sich die üblichen bekannten Harze oder Polymeren verwenden, die üblicherweise zur Herstellung elektrostatischer Toner verwendet werden. Als besonders vorteilhaft haben sich Harze mit Glasübergangstemperaturen von 40 bis 120⁰C erwiesen. Toner, die ausgehend von derartigen Harzen hergestellt werden, zeichnen sich durch relativ hohe Zusammenbacktemperaturen von beispielsweise über 55° C aus, so daß derartige Tonerpulver vergleichsweise lange Zeitspannen bei vergleichsweise hohen Temperaturen aufbewahrt werden können, ohne daß eine Agglomerierung oder ein Zusammenklumpen der Tonerteilchen zu beobachten ist Die Erweichungstemperatur geeigneter Harze liegt vorzugsweise bei 40 bis 200⁰C, so daß die Tonerteilchen leicht unter Verwendung üblicher Bildempfangsmaterialien aus Papier auf diesen unter Ausbildung permanenter Bilder fixiert werden können.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Harzen erwiesen, die eine Erweichungstemperatur in einem Bereich von 40⁰C bis 65° C aufweisen, da Toner mit diesen Harzen oder Bindemitteln in elektrographischen Kopiervorrichtungen mit hohen Durchlaufgeschwindigkeiten, die einfaches Papier als Bildempfangsmaterialien verwenden, verwendet werden können. Im Falle de«· Verwendung anderer Bildempfangsmaterialien, beispielsweise der Verwendung von Metallplatten, z. B. bestimmten Druckplatten, können selbstverständlich auch Harze mit beträchtlich höheren Erweichungstemperaturen und Glasübergangstemperaturen als den angegebenen Temperaturen verwendet werden.

Unter der »Erweichungstemperatur« ist dabei die Erweichungstemperatur zu verstehen, die mittels eines üblichen Analysengerätes ermittelt werden kann.

Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist die Temperatur, bei der ein Polymer vom Zustand des glasigen Polymeren in den Zustand des gummiförmigen Polymeren übergeht. Die Glasübergangstemperatur (Tg) läßt sich durch thermische Differenzialanalyse ermitteln, wie sie beispielsweise beschrieben wird in dem Standardwerk »Techniques and Methods of Polymer Evaluation«, Band I, Marcel Dekker, Inc., N.Y. 1966.

Zur Herstellung der Tonerteilchen können die verschiedensten üblichen bekannten Harze verwendet werden, insbesondere Harze auf Polystyrolbasis, Polycarbonate, mit Kolophonium modifizierte Maleinsäurealkydharze, Polyamide, Phenol-Formaldehydharze und verschiedene Derivate hiervon, ferner Polyester, modifizierte Alkydharze und dergleichen, schließlich aromatische Harze mit alternierenden Methylen- und aromatischen Einheiten, wie sie beispielsweise beschrieben werden in der Literaturstelle »Product Licensing Index«, Band 94, Februar 1972, Nr. 9425 und zusammenschmelzbare, quervernetzbare Polymere des Typs, der beispielsweise in der Literaturstelle »Research Disclosure«, Band 118, Februar 1974, Nr. 11 824 näher beschrieben wird.

Besonders vorteilhafte Harze zur Herstellung der Toner bestehen aus Polyamiden des aus der US-PS 36 94 359 bekannten Typs, beispielsweise Polycarbonaten mit Alkylidendiaryleneinheiten und 1 bis 10 Kohlenstoffatomen im Alkylrest Andere besonders vorteilhafte Harze mit den beschriebenen physikalischen Eigenschaften sind polymere Ester der Acryl- und Methacrylsäure, z. B. Poly(alkylacrylate) und Poly(alkyltnethacrylate) mit Alkylrcsten mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen. Des weiteren haben sich andere Polyester mit den angegebenen physikalischen Eigenschaften als besonders vorteilhaft erwiesen.

Besonders vorteilhafte Harze zur Herstellung der Toner sind des weiteren Harze vom Styroltyp. Derartige Harze oder Polymere bestehen zu etwa 40 bis 100 Gew.-% aus Styroleinheiten und/oder Einheiten von Styrolhomologen, zu etwa 0 bis etwa 45 Gew.-°/o aus Einheiten von einem oder mehreren kurzkettigen Alkylacrylaten und/oder Alkylmethacrylaten mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, z. B. Methyl-, Äthyl-, Isopropyl- oder Butylresten und zu etwa 0 bis etwa 50 ίο Gew.-% aus Einheiten von einem oder mehreren von Styrol verschiedenen Vinylmonomeren beispielsweise Einheiten eines höheren Alkylacrylates oder höheren Alkylmethacrylates einschließlich verzweigtkettiger Alkyl- und Cycloalkylacrylate und Alkyl- und Cycloalkylmethacrylaten mit 6 bis 20 oder mehr Kohlenstoffatomen im Alkylrest.

Ein typisches Harz auf Styrolbasis besteht aus einem Copolymer, hergestellt aus einer monomeren Mischung aus 40 bis 60 Gew.-% Styrol oder einem Styrolhomologen, etwa 20 bis etwa 50 Gew.-% eines kurzkettigen Alkylacrylates oder Alkylmethacrylates und etwa 5 bis 30 Gew.-°/o eines höheren Alkylacrylates oder höheren Alkylmethacrylates, z. B. Äthylhexylacrylat.

Als besonders vorteilhafte Harze auf Styrolbasis haben sich quervernetzte Harze auf Styrolbasis des Typs erwiesen, der beispielsweise näher beschrieben wird in der Literaturstelle »Research Disclosure«, Band 118, Februar 1974, Nr. 11824.

Weitere andere Harze auf Styrolbasis, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Toner verwendet werden können, sind beispielsweise aus den US-PS 29 17 460, der Reissue-Patentschrift 25 136 sowie den US-PS 27 88 288, 26 38 416, 26 18 552 und 26 59 650 bekannt.

Die im Einzelfalle günstigste Menge an Harz in den Tonerteilchen kann verschieden sein, und kann von der Menge anderer Zusätze, die zur Herstellung der Tonerteilchen verwendet werden, abhängen. So können die Tonerteilchen beispielsweise unter Verwendung der verschiedensten färbenden und/oder magnetischen Komponenten hergestellt werden. In typischer Weise liegt das Harz in einer Menge von etwa 50 Gew.-% oder mehr vor. In den Fällen in denen die Toner beispielsweise in einer elektrographischen Bürokopiervorrichtung mit hoher Arbeitsleistung verwendet werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Toner mit einem Harzgehalt von 75 bis 98 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners zu verwenden.

Der Toner der Erfindung läßt sich nach verschiedenen Verfahren herstellen. Ein vorteilhaftes Verfahren besteht in dem sog. Sprüh-Trocknungsverfahren. Bei; diesem Verfahren werden das Polymer■ · und''dsf?: Steuerstoff sowie gegebenenfalls eine färbende Kompj£ nente und andere Zusätze in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel, beispielsweise Dichlorme- ■ than gelöst Die Lösung wird dann durch eine atomisierende Düse unter Verwendung eines nicht reaktiven Gases, beispielsweise Stickstoff als atomisierendes Mittel gesprüht Während der Atomisierung verdampft das flüchtige Lösungsmittsl aus den erzeugten Tröpfchen, wobei Tonerteilchen aus gleichförmig gefärbtem oder pigmentiertem Harz erhalten werden. Die Größe der Tonerteilchen wird dabei durch die Größe der Düse bestimmt sowie dem Druck des f>5 verwendeten Gases.

Die Teilchen eines erfindungsgemäßen Toners können in vorteilhafter Weise einen Durchmesser von etwa 0,1 bis etwa 100 Mikron aufweisen. Vorzugsweise

jedoch werden, beispielsweise im Falle von Bürokopiervorrichtungen Teilchen einer Teilchengröße von etwa 1,0 bis 30 Mikron verwendet. Jedoch können auch Teilchen über 100 Mikron und unter 0,1 Mikron verwendet werden, wenn spezielle Entwicklungsverfah- s ren angewandt werden. So werden beispielsweise bei der sog. Pulverstaubentwicklung des aus der US-PS 26 91 345 bekannten Typs extrem kleine Tonerteilchen einer Größenordnung vor etwa J)₁Ol Mikron angewandt.

Ein weiteres geeignetes Verfahren zur Herstellung der Toner ist das sog. Schmelz-Mischverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein in Pulverform vorliegendes Polymer oder Harz aufgeschmolzen und mit geeigneten färbenden Komponenten, z. B. einem Farbstoff oder Pigment und dem Steuerstoff vermischt. Das Harz läßt sich dabei !eicht mittels aufgeheizter Mischwalzen aufschmelzen, welche gleichzeitig dazu dienen, das Harz mit den anderen Zusätzen zu vermischen. Nach dem Vermischen der einzelnen Komponenten wird die erhaltene Mischung abgekühlt und verfestigt. Die erhaltene feste Masse wird dann zu kleinen Teilchen zerkleinert und zu einem frei fließenden Pulver von Tonerteilchen vermählen. Dabei lassen sich in vorteilhafter Weise Toner mit Teilchen einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 bis etwa 100 Mikron herstellen.

Durch die Verwendung eines alkoxylierten Amins der angegebenen Struktur als Steuerstoff wird die Ladungsgleichförmigkeit des Toners verbessert, d h., die alkoxylierten Amine ermöglichen die Herstellung eines Toners, dessen einzelne Teilchen eine triboeleki.rischs Ladung von gleichem Vorzeichen aufweisen, d. h. von negativen oder positiven Vorzeichen, bezüglich eines gegebenen Trägers. Des weiteren führt die Verwendung eines alkoxylierten Amins zur Erhöhung der elektrischen Ladung bezüglich eines gegebenen Trägers und des weiteren reduziert ein alkoxyliertes Amin den Grad der Tonerabstoßung.

Die hier gebrauchten Ausdrücke »elektrische Ladung eines Tonerpulvers« oder »Tonerladung« sind äquivalent und sind definiert als die gesamte elektrische Ladung einer bestimmten Menge eines Toners, wenn dieser mit einer bestimmten Menge eines bestimmten Trägers vermischt wird. Obgleich das Phänomen, durch welches eine solche elektrische Ladung hervorgerufen wird, noch nicht voll gekiärt ist, wird doch angenommen, daß sie zum großen Teil auf dem triboelektrischen Effekt beruht, der durch physikalische Vermischung von Tonerteilchen und Trägerteilchen hervorgerufen wird. so

Unter »Tonerabstoßung« ist die Menge Tonerpulver zu verstehen, die aus der Entwicklermischang abgestoßen wird, wenn sie mechanisch bewegt wird, beispielsweise in einer Entwicklungsvorrichtung. Abgesehen von unerwünschten Verschmutzungsproblemen, die durch Tonerstaub in einer Entwicklungsvorrichtung hervorgerufen werden, führt eine Tonerabstoßung zu weiteren Problemen, beispielsweise zu einer unerwünschten Verschmutzung des Bildhintergrundes und zu einem »Tonen« des das elektrographische Bild aufweisenden Materials.

Die Menge des alkoxylierten Amins ist von Bedeutung. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, das alkoxylierte Amin in einer Konzentration von 0,1 bis maximal 2 Gew.-%, vorzugsweise in einer Konzentra- ^ft5 tion von 03 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Toners zu verwenden. Werden Konzentrationen von unter 0,1 Gew.-% verwendet, so werden die Eigenschaften des Toners kaum oder nicht verbessert. Werden Konzentrationen von über 2,0 Gew.-% verwendet, so kann die Ladung der Tonerteilchen instabil und vermindert werden. Die im Einzelfalle optimale Menge an Steuerstoff hängt dabei von dem im Einzelfalle verwendeten alkoxylierten Amin ab, sowie der im Einzelfalle angewandten Tonerzusammensetzung. Die hier angegebenen Konzentrationen sind typisch für in üblicher Weise angewandte trockene Toner. In vorteilhafter Weise werden die Steuerstoffe dabei in dem Harz der Tonerteilchen möglichst gleichförmig verteilt.

In der für die alkoxylierten Amine angegebenen Formel kann R für einen geradkettigen oder verzweigtkettigen Alkylrest oder einen Cycloalkylrest stehen.

Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden im allgemeinen mit äthoxylierten Aminen der angegebenen Formel erhalten, in welchem Falle a und b jeweils gleich 2 sind, χ und y Zahlen von 1 bis 10 darstellen und die Summe von χ und y gleich 10 oder darunter ist. R besteht vorzugsweise aus einem geradkettigen Alkylrest mit 12 bis 22 Kohlenstoffatomen.

Die besonders vorteilhaften alkoxylierten Amine sind bei Normaldruck, d. h. bei einem Druck von einer Atmosphäre und einer Temperatur von 28° C wachsartige feste Stoffe. Es hat sich gezeigt, daß flüssige alkoxylierte Amine geringeren sich im allgemeinen nicht so gut als Steuerstoffe eignen, wie die wachsartigen festen erfindungsgemäß verwendeten alkoxylierten Amine, da die flüssigen Amine die Lagerungseigenschaften der Toner nachteilig beeinflussen.

Zur Herstellung der Toner können die verschiedensten üblichen Farbstoffe und Pigmente verwendet werden. Durch Zusatz von Farbstoffen und/oder Pigmenten lassen sich die Toner färben und/oder stärker sichtbar machen. Es können jedoch auch Toner der erwünschten Ladungscharakteristika ohne Verwendung färbender Bestandteile hergestellt werden. Derartige Toner lassen sich in vorteilhafter Weise zur Entwicklung von Bildern geringer optischer Dichte oder Opazität herstellen. In den Fällen, in denen Pigmente und Farbstoffe zur Herstellung der Toner verwendet werden, können diese beispielsweise ausgewählt werden aus dem »Color Index«, Band I und II, 2. Ausgabe, Unter der Vielzahl geeigneter färbender Komponenten finden sich beispielsweise

Hansagelb G (Color Index Nr. 11680),

in Alkohol lösliches Nigrosin

(Color Index Nr.50415),

Chromogenschwarz ETOO

(Color Index Nr. 45170),

Solvent Black 3 (Color Index Nr. 26150),

Fuchsin N (Color Index Nr. 42510) und

C. I. Basic Blue 9 (Color Index Nr. 52015).
Auch Ruß ist ein geeignetes Färbungsmittel. Die Menge an Färbungsmittel kann sehr verschieden sein. In vorteilhafter Weise läßt sich die färbernde Komponente beispielsweise in Mengen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Harzes verwenden. Besonders gute Ergebnisse werden dann erhalten, wenn die färbende Komponente in Mengen von 2 bis 10 Gew.-% verwendet wird. Wie bereits gesagt, kann die färbende Komponente jedoch auch weggelassen werden.

Die erfindungsgemäßen Toner können mit den üblichen bekannten Trägern unter Bildung von Entwicklern vermischt werden. Die Träger können aus nichtmagnetischen wie auch magnetischen Trägerteilchen bestehen.

709 526/42;

Ein typischer Entwickler weist 1 bis 10 Gew.-% Tonerteilchen auf. In typischer Weise sind die Trägerteilchen größer als die Tonerteilchen. In üblicher Weise liegt die Größe der Trägerteilchen bei etwa 30 bis etwa 1200 Mikron, vorzugsweise 60 bis 300 Mikron.

Die Toner der Erfindung können in verschiedener Weise zur Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder verwendet werden. Ein vorteilhaftes Entwicklungsverfahren ist das Kaskaden-Entwicklungsverfahren. Ein anderes vorteilhaftes Verfahren die Tonerteilchen auf das elektrostatische Ladungsbild aufzubringen, besteht in dem bekannten Magnetbürstenverfahren. Bei dem letzteren Verfahren werden magnetisch anziehbare Trägerteilchen zur Herstellung des Entwicklers benötigt. Nach der bildweisen Abscheidung der Tonerteilchen kann das entwickelte Bild durch Erhitzen der Tonerteilchen fixiert werden, wobei die Tonerteilchen auf das Aufzeichnungsmaterial aufgeschmolzen werden. Gegebenenfalls kann das nicht fixierte Tonerbild auf Bildempfangsmaterial übertragen werden, beispielsweise ein Blatt Kopierpapier, worauf das übertragene Bild auf das Papierblatt aufgeschmolzen werden kann.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher veranschaulichen.

Beispiel 1
(Vergleichsbeispiel)

Dies Beispiel vergleicht die Wirkung eines erfindungsgemäß zur Herstellung von Tonern verwendeten Steuerstoffs mit der Wirkung von Tetrapentylammoniumchlorid, einem bekannten Steuerstoff.

Zunächst wurden zwei Toner der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Toner A

100 Gew.-Teile eines Mischpolymerisates aus Styrol, Methylmethacrylat, Äthylhexylmethacrylat und Divinylbenzol,
1 Gew.-Teil Tetrapentylammoniumchlorid,
4 Gew.-Teile leitfähige Rußleilchen.

Toner B

100 Gew.-Teile des auch zur Herstellung des Toners

A verwendeten Mischpolymerisates,
0,5 Gew.-Teile eines technischen alkoxylierten

Amins der Formel:

C,_RH

18 "37

(CH₂CH₂O)₁H

(CH₂CH₂ O)_yH

in der χ und y = 2 waren,
5 Gew.-Teile leitfähige Rußteilchen.

Die Toner A und B wurden nunmehr mit magnetischen Trägerteilchen einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 125 Mikron vermischt Die magnetischen Trägerteilchen bestanden aus Eisenteilchen, die mit einem Fluorkohlenwasserstoffharz beschichtet waren. Auf diese Weise wurden die beiden Entwickler A und B erhalten. Jeder Entwickler bestand aus 3 Gew.-% Tonerteilchen und 97 Gew.-% Trägerteilchen. Die effektiven Tonerladungen ^Coul/g) die die Tonerteil-

chen der beiden Entwickler erreichten, wurden bei verschiedenen Feuchtigkeitsgraden gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen ergeben sich aus F i g. 1 Nach dem gründlichen Vermischen von Tonerteilchen und Trägerteilchen eines jeden Entwicklers wurden die Tonerladungen unter Verwendung einer eisernen Faraday-Röhre und eines Elektrometers nach Keithley in folgender Weise ermittelt: Eine abgewogene Menge eines jeden Entwicklers wurde in die eiserne Röhre gebracht, die dann an einem Ende mit einem 200-Maschensieb abgedeckt wurde, welches sämtliche Trägerteilchen im Rohr zurückhielt. Das Eisenrohr wurde dann mit einem Kondensator in Reihe geschaltet und über diesen geerdet.

Dann wurde ein Luftstrom durch das Rohr geführt, der Tonerteilchen von den Trägerteilchen durch das 200-Maschensieb am Ausgangsende fortblies. Das Potential des Kondensators wurde mit Hilfe des Elektrometers gemessen. Das erhaltene Potential wurde dann in elektrische Ladungen in Mikrocoulomb umgerechnet, worauf die erhaltenen Werte durch das Gewicht der Toner in Gramm, die aus dem Röhrchen entfernt wurden, dividiert wurden. Auf diese Weise wurde die Tonerladung in Mikrocoulomb pro Gramm erhalten. Es zeigte sich, daß in einem triboelektrischen Ladungsbereich von 8 bis 35 μΟ^Ι^ Toner B bei einem viel größeren Bereich relativer Feuchtigkeiten als Toner A verwendbar war. Der triboelektrische Ladungsbereich von 8 bis 35 μΟ^Ι^ hat sich als geeigneter Ladungsbereich für viele Magnetbürsten-Entwicklungssysteme erwiesen.

Beispiel 2 Teill

Ein Vergleichstoner (Toner C) wurde hergestellt durch Schmelzvermischen der im folgenden angegebenen Komponenten einer 2-Walzenmühle, Abkühlen der erhaltenen Mischung und Vermählen der Mischung in einer mit Flüssigkeit angetriebenen Mühle zu einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3 bis 15 Mikron:

100 Gew.-Teile eines Mischpolymerisates aus Styrol, Methylmethacrylat, Äthylhexylmetha-

crylat und Divinylbenzol, 5 Gew.-Teile feinteiliger leitfähiger Rußteilchen.

Der Toner wurde 15 Minuten lang in einer Konzentration von 3,5 Gew.-% mit Trägerteilchen des

in Beispiel 1 beschriebenen Typs unter Herstellung eines Entwicklers vermischt Der Entwickler wurde dann in einem Test verwendet, bei dem die Herstellung von 30 000 Kopien in einem elektrophotographischen Dokument-Kopiergerät unter Verwendung einer Ma-

gnetbürstenentwicklung simuliert wurde. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Tonerladung, gemessen wie in Beispiel 1 beschrieben unter Verwendung eines eisernen Faraday-Rohres und eines Elektrometers nach K £ 11 h 1 e y anfangs einen niedrigen positiven Wert

hatte und im Verlaufe des Gebrauchs des Toners abnahm (vergleiche Kurve 4 der Fig.2 und Tabelle A). Ein Entwickler mit diesen Ladungseigenschaften erfüllt nicht die Erfordernisse einer Magnetbürstenentwicklung.

Teil 2

Es wurde ein weiterer Toner wie unter Teil 1 beschrieben hergestellt mit der Ausnahme jedoch, daß

0,5 Gew.-Teile eines äthoxylierten Amins der folgenden Formel:

C₁₁₁Hv₇N

(CiI₂CH₂O)_xH

(CH₂CH₂O)₁H

in der χ + y = 2 waren, während des Schmelzmisch- ι ο Prozesses zugesetzt wurden.

Ausgehend von dem hergestellten Toner wurde ein Entwickler wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt und dem in Teil 1 beschriebenen Test unterworfen. Die dabei erhaltenen Daten zeigten, daß der Toner eine hohe positive Ladung aufwies und eine ausgezeichnete Ladungsstabilität während des gesamten Testes zeigte (vgl. Kurve 1 von F i g. 2 und Tabelle A).

In einem tatsächlich durchgeführten Entwicklungstest, bei dem mehr als 100 000 elektrophotographische Kopien in einem elektrophotographischen Dokumentenkopiergerät mit Magnetbürstenentwicklung hergestellt wurden, zeigte sich, daß der Entwickler ausgezeichnete Entwicklercharakteristika und eine ausgezeichnete Ladungsstabilität während der gesamten Testdauer aufwies.

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Teil 3

Nach dem unter Teil 1 beschriebenen Verfahren wurde ein weiterer Toner hergestellt, mit der Ausnahme

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jedoch, daß 0,5 Gew.-Teile eines äthoxyüerten Amins der angegebenen Formel von Teil 2 verwendet wurden, wobei jedoch diesmal χ + y = 10 waren. Ausgehend von dem hergestellten Toner wurde ein Entwickler hergestellt und wie in Beispiel 1 beschrieben getestet. Auch dieser Entwickler zeigte eine vorteilhafte positive Ladung und wies eine ausgezeichnete Ladungsstabilität während der gesamten Testdauer auf. (Siehe Kurve 2 von F i g. 2 und Tabelle A.)

Teil 4

Es wurde ein weiterer Toner wie unter Teil 1 beschrieben hergestellt, mit der Aus. ahme jedoch, daß 0,5 Gew.-Teile eines äthoxyüerten Amins der angegebenen Formel mit χ + y — 50 während des Schmelzmischprozesses zugegeben wurden. Ausgehend von dem hergestellten Toner wurde ein Entwickler wie in Teil 1 beschrieben hergestellt und getestet. Das Ladungsverhalten des Entwicklers (vgl. Kurve 3 von F i g. 2 und Tabelle A) zeigte, daß die vergleichsweise hohe Menge an Äthylenoxideinheiten die Ladungseigenschaften verminderte, so daß das äthoxylierte Amin sich unwirksam als Steuerstoff erwies. Ein durchgeführter Kopiertest mit diesem Entwickler in einer elektrophotographischen Dokumentenkopiervorrichtung mit Magnetbürstenentwicklung zeigte eine geringe Ladung und eine starke Verschmutzung des Inneren dei Kopiervorrichtung durch Entwicklerstaub, d. h. Toner abstoßung.

Tabelle A

Simulierter 30 000 Kopientest von Fig. 2

Beispiel 2	x + y in der Formei	Toner-Ladung (ixCoul/g)	1 1 Stunde2	2 Stunden	5 Stunden4
		15 Min.	29	26	22
Teil 2	2	29	Ί2	10,3	7,7
Teil 3	10	14	4,1	4,2	1,5
Teil 4	50	5,0	4,1	3,1	-3,5
Teil 1	(Vergleichsversuch ohne	5,9

Steuerstoff)

1. 15 Minuten nach Beginn des Testes entsprechend etwa 1500 Kopien.

2. 1 Stunde nach Beginn des Testes entsprechend ungefähr 6000 Kopien.

3. 2 Stunden nach Beginn des Testes entsprechend etwa 12 000 Kopien.

4. 5 Stunden nach Beginn des Testes entsprechend etwa 30 000 Kopien.

Tabelle B Simulierter 30000 Kopientest von Fig. 3

Kurve Nr.	Konzentration in %	Toner-Ladung	^Coul/g)	2 Stunden3	5 Stunden4
		15 Min.'	1 Stunde2	3,1	-3,5
1	0,00	5,9	4,1	26	22
2	0,47	29	29	19	13
3	0,94	21	20	7	4,9
4	2,77	30	14	2,8	<0,0
5	4,50	4,8	3,7

1. 15 Minuten nach Beginn des Testes entsprechend etwa 1500 Kopien.

2. 1 Stunde nach Beginn des Testes entsprechend ungefähr 6000 Kopien.

3. 2 Stunden nach Beginn des Testes entsprechend etwa 12000 Kopien.

4. 5 Stunden nach Beginn des Testes entsprechend ungefähr 30000 Kopien.

13 J

Versuchsergebnisse sind in der F ι g. 3 durch die Kurven

ρ i e 1 3 1 bis 5 dargestellt Die Daten zeigen, daß im Falle eines

- ■ · η c^i ? Testes bei dem die Herstellung von etwa 30 000 Kopien

terer ι oner w.e in Beispiel 2 Tes«£ De- _Konzentrati_one„ von kleiner als 2%.

, den wirksamen Konzentra- ™££J^ _Konzentrationen von 0,3 bis \> >% eine

erten Amme zu _frm,ueln «JJ« _{des igneten Bereiches von etwa 8}

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Toner für elektrophotographische Trockenentwickler, bestehend aus in feinverteilter Form vorliegenden Teilchen aus (a) mindestens einem Harz, (b) weniger als 2 Gew.-% eines Steuerstoffs und gegebenenfalls (c) weiteren Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen als Steuerstoff ein alkoxyliertes Amin der folgenden Formel enthalten:

CH₂)_OOLH