DE3237491C2

DE3237491C2 - Trockenentwickler für die Elektrophotographie

Info

Publication number: DE3237491C2
Application number: DE3237491A
Authority: DE
Inventors: Masao Niki; Toshimitsu Hiraizumi; Yuichi Ueda
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1981-10-28
Filing date: 1982-10-09
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2002-10-10
Also published as: JPH0147789B2; DE3237491A1; IT8223940A0; FR2515374A1; FR2515374B1; GB2107893A; IT1153859B; IT8223940A1; JPS5872950A; GB2107893B

Description

Die Erfindung betrifft einen Trockenentwickler für die Elektrophotographie, enthaltend ein Bindemittel und ein Färbemittel.

Bei der Entwicklung in der Elektrophotographie unterscheidet man im allgemeinen zwei Verfahren. Bei der regulären Entwicklung wird ein elektrostatisch latentes Bild sichtbar gemacht durch die elektrostatische Anziehung der entgegengesetzt aufgeladenen Entwicklerteilchen (Toner). Bei der Umentwicklung wird das latente Bild mit einem Toner sichtbar gemacht, der die gleiche Polarität aufweist, und zwar durch ein elektrisches Feld zwischen einer magnetischen Bürste und der Oberfläche des latenten Bildes. Bei beiden Verfahren wird das Tonerbild direkt oder indirekt auf dem das Bild aufweisenden Blatt gebildet. Die Tonerteilchen werden auf dem das Bild aufnehmenden Blatt fixiert durch Erwärmen oder durch Aufpressen der Tonerteilchen oder durch das Zusammenbringen der Tonerteilchen mit einem Lösungsmitteldampf, wobei dann die Entwicklung des Bildes vervollständigt wird.

Das elektrostatisch latente Bild wird durch die Photoleitung gebildet, die stattfindet, wenn ein sensibilisierter Körper gleichmäßig aufgeladen wird und dann eine optische Information auf den sensibilisierten Körper aufgebracht wird. Die Ladungspolarität kann positiv oder negativ sein, und zwar in Abhängigkeit von der Art des sensibilisieren Körpers. Auf diese Weise wird die Polarität der Tonerteilchen bestimmt durch die Kombination des sensibilisierten Körpers und der angewendeten Entwicklungsmethode.

Im allgemeinen besteht der Toner aus einem Bindemittel, einem Färbemittel und anderen üblichen Zusätzen, wobei das Bindemittel bzw. das Bindeharz den Hauptanteil des Toners ausmacht. Übliche Bindemittel sind z. B. Cumaron-Indenharz, Terpenharz, Styrolharz, Styrolcopolymerharz, Polyesterharz und Epoxidharz. Einige von diesen Harzen sind durch Reibung weitgehend positiv aufgeladen. Da der Toner üblicherweise positiv aufgeladen sein soll, enthält der Toner ein Ladungsregulierungsmittel, z. B. einen Nigrosinfarbstoff, oder der Binder ist hergestellt durch die Polymerisation eines Monomers, das eine Aminogruppe enthält.

Das bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß Nigrosin nur schlecht mischbar ist mit dem Bindeharz, das den Hauptbestandteil des Toners ausmacht. Die geringe Mischbarkeit führt dazu, daß sich die Tonerteilchen trennen, wenn der Entwickler für längere Zeit gelagert wird. Wenn Nigrosin lediglich in dem Toner dispergiert wird, führt die Abtrennung der Tonerteilchen dazu, daß entgegengesetzt negativ geladene Teilchen gebildet werden, die kein Nigrosin enthalten. Diese Teilchen haften dann an Flächen, die nicht belichtet worden sind durch die Bildsignale. Dadurch kommt es zur sogenannten Nebelbildung. Außerdem ist der Nigrosinfarbstoff hydrophil und ändert dadurch die Ladungsmenge in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit der Umgebung. Dies führt zu einer Verschlechterung der Bildqualität. Ein weiterer Nachteil des Nigrosinfarbstoffs liegt darin, daß dieser Farbstoff zu einer intensiven Färbung führt. Deshalb ist dieser Farbstoff für Farbtoner nicht geeignet.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, daß das Monomere, enthaltend eine Aminogruppe, hydrophil ist und daher in der wäßrigen Phase gelöst wird, wenn es mit anderen hydrophoben Monomeren über die Suspensionspolymerisation in einem wäßrigen System copolymerisiert wird. Außerdem wird das Aminogruppen enthaltende Monomere an der Zwischenschicht zwischen Wasser und den suspendierten Monomerteilchen gesammelt. Dasso erhaltene Harz läßt sich weniger gut durch Reibung aufladen oder ist nicht gleichmäßig aufgeladen. Dies führt zu instabilen Bildern.

Aus der DE-OS 22 26 404 ist ein Trockentoner für die Elektrophotographie bekannt, bei dem als Harzkomponente ein Homopolymerisat eines Monomeren der allgemeinen Formel

worin X ein divalentes Atom oder eine divalente Gruppe ist, die den Kohlenstoff der Hauptkette mit R₂ verbindet, R₁ für Wasserstoff oder niederes Alkyl steht, R₂ eine niedere Alkylengruppe bedeutet und R₃ und R₄ jeweils für Wasserstoff, niederes Alkyl oder Aryl stehen, oder ein Copolymerisat aus diesen Monomeren mit Vinylmonomeren enthalten ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Trockenentwickler für die Elektrophotographie zu schaffen, wobei der Toner und das Tonerbindemittel, die zum großen Ausmaß positiv aufgeladen sind, unempfindlich gegen die umgebende Luftfeuchtigkeit sein und eine ausgezeichente Beständigkeit und Lagerfähigkeit aufweisen sollen und der Toner die Bildung eines nebelfreien Bildes ermöglichen soll.

Diese Aufgabe wird durch einen in Anspruch 1 näher beschriebenen Trockenentwickler für die Elektrophotographie gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung solch eines Trockenentwicklers ist im Unteranspruch 2 angegeben und Anspruch 3 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung dieses Trockenentwicklers.

Demgemäß schafft die Erfindung einen Trockenentwickler für die Elektrophotographie, enthaltend ein Bindemittel und ein Färbemittel, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bindemittel sich im wesentlichen zusammensetzt aus einem Polymer, das erhältlich ist durch Polymerisation in einem homogenen System, bestehend aus:

(A) 0,01 bis 1,5 Gew.-Teilen eines copolymerisierbaren Monomeren der allgemeinen Formel (I): worin R₁ ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist, R₂ und R₃ Wasserstoffatome oder Alkylgruppen mit 1 bis 4 C- Atomen oder Arylgruppen sind, n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und X für -O- oder steht und
(B) 98,5 bis 99,99 Gew.-Teilen eines hydrophoben, copolymerisierbaren Monomeren, das eine Löslichkeit in Wasser von weniger als 1,0 Gew.-% aufweist, wobei die Löslichkeit von Wasser in diesem Monomeren kleiner als 1,0 Gew.-% ist, in Gegenwart eines
(C) Azonitril-Polymerisationsinitiators in einer Menge von 5(C)0,5-1,5×log (A),in Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des gesamten Monomeren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Azonitril-Polymerisationsinitiator eine Verbindung, in der die Gruppe gemäß der allgemeinen Formel (2)

worin R und R′ Alkylgruppen oder Alkoxyalkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen sind,
mit wenigstens einer der Azogruppen verbunden ist.

Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Trockenentwicklers für die Elektrophotographie auf Basis eines Bindeharzes und eines Färbemittels, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Bindeharz herstellt durch Polymerisation in einem homogenen System, bestehend aus:

(A) 0,01 bis 1,5 Gew.-Teilen eines copolymerisierbaren Monomeren der allgemeinen Formel (1): worin R₁ ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist, R₂ und R₃ Wasserstoffatome oder Alkylgruppen mit 1 bis 4 C- Atomen oder Arylgruppen sind, n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und X für -O- oder steht und
(B) 98,5 bis 99,99 Gew.-Teilen eines hydrophoben, copolymerisierbaren Monomeren, das eine Löslichkeit in Wasser von weniger als 1,0 Gew.-% aufweist, wobei die Löslichkeit von Wasser in diesem Monomeren kleiner als 1,0 Gew.-% ist, in Gegenwart eines
(C) Azonitril-Polymerisationsinitiators in einer Menge von 5(C)0,5-1,5×log (A),in Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile des gesamten Monomeren.

Das erfindungsgemäße Bindeharz ist weitgehend positiv aufgeladen, und zwar selbst dann, wenn das die Aminogruppe enthaltende, copolymerisierbare Monomer, das eine hydrophile Komponente ist, mengenmäßig extrem reduziert wird.

Das Bindeharz ist unempfindlich gegenüber der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit der Umgebung. Der erfindungsgemäße Trockenentwickler für die Elektrophotographie weist daher eine ausgezeichnete Beständigkeit und Lagerstabilität auf und bildet scharfe, nebelfreie Bilder.

Das Aminogruppen enthaltende, copolymerisierbare Monomere, das für die Herstellung des Bindemittels verwendet wird, weist vorzugsweise die folgende Formel auf:

worin R₁ ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe, R₂ und R₃ ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 C-Atomen oder eine Arylgruppe ist, n eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und X für -O- oder

steht.

Solche Monomerverbindungen sind z. B. Dimethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat und Dimethylaminopropylmethacrylamid.

Das hydrophobe, copolymersierbare Monomere, das für die Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels verwendet wird, ist vorzugsweise definiert durch die Löslichkeit von Wasser in diesem Monomer. Diese Löslichkeit ist geringer als 1,0 Gew.-%. Die Löslichkeit des Monomers in Wasser ist geringer als 1,0 Gew.-%. Geeignete Beispiele für solche Monomerverbindungen sind z. B. Styrolmonomere, wie Styrol, Vinyltoluol, α-Methylstyrol und Dimethylstyrol; und Methacrylatestermonomere, z. B. Butylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Ethylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexyl-methacrylat und Laurylmethacrylat.

Die geeigneten Azonitril-Polymerisationsinitiatoren sind solche, eine Gruppe der folgenden allgemeinen Formel in Verbindung mit wenigstens einer der Azogruppen enthalten:

worin R und R′ Alkylgruppen oder alkoxyalkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen sind. Geeignete Beispiele für solche Verbindungen sind Azobisisobutyronitril, Azobisdimethylvaleronitril, Azobis(2,4-dimethyl-4-methoxyvaleronitril) und 2-Phenylazo(2,4-dimethyl-4-methoxyvaleronitril).

Es ist von Vorteil, bei Herabsetzung der Menge des Aminogruppen enthaltenden, copolymerisierbaren Monomeren, die Menge des Azonitril-Polymerisationsinitiators zu erhöhen. Wenn die Menge an Azonitril- Polymerisationsinitiator im Überfluß verwendet wird, dann weist das hergestellte Copolymerisat ein zu geringes Molekulargewicht auf und besitzt daher mangelhafte Eigenschaften. Es ist daher wesentlich, daß die Menge an Azonitril-Polymerisationsinitiator geringer ist als 5 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile des gesamten Monomeren.

Wenn das Verhältnis des Aminogruppen enthaltenden Monomeren im Copolymersat erhöht wird, steigt auch die Ladungsmenge an. Da das copolymerisierbare Monomere jedoch hydrophil ist, hängt die Ladungsmenge des erhaltenen Copolymerisats ganz wesentlich von der Luftfeuchtigkeit der Umgebung ab und wird erheblich bei hoher Luftfeuchtigkeit herabgesetzt. Der Effekt der Luftfeuchtigkeit wird verstärkt, wenn das verhältnis des Monomeren erhöht wird. Um ein Copolymerisat zu erhalten, das unempfindlich gegen die Umwelteinflüsse ist, und sicherzustellen ist, daß die gewünschte Ladungsmenge erhalten wird, ist es notwendig, daß das Monomere in einer Menge von 0,01 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Monomeren, copolymerisiert wird.

Wesentlich für die Erfindung ist weiterhin die Art der Polymerisation. Die Polymerisation ist in einem homogenen System durchzuführen, d. h. über eine Bulk-Polymerisation oder die Lösungspolymerisation. Wenn die wäßrige Suspensionspolymerisation oder die Emulsionspolymerisation angewendet wird, weist das erhaltene Copolymerisat eine geringere Menge an Elektrizität oder Ladung auf.

Für den erfindungsgemäßen Entwickler wird insbesondere die Polymerisation in einem homogenen System, insbesondere Lösungspolymerisation, der Bulk-Polymerisation vorgezogen.

Wenn das positiv aufladbare Harz für die Herstellung des Toners verwendet wird, dann ist dieser stabil und gleichmäßig aufgeladen, ohne daß dafür ein Ladungsregulierungsmittel für die positive Ladung mitverwendet werden muß.

Das erfindungsgemäße Bindeharz kann gemischt werden mit anderen üblichen Tonerbindeharzen in solch einem Ausmaß, daß die Mischbarkeit nicht beeinträchtigt wird.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

In ein Reaktionsgefäß, das ausgerüstet ist mit einem Rührer, einem Tropftrichter und einem Stickstoffeinlaßventil, einem Rückflußkühler und einem Thermometer für die Messung der Temperatur, werden 100 Gew.-Teile Xylol als Polymerisationslösungsmittel gegeben. Das Lösungsmittel wird auf 80°C eingestellt. Dann wird in das auf 80°C aufgewärmte Xylol tropfenweise unter einem Stickstoffstrom eine flüssige Mischung aus 2,5 Teilen Azobisisobutyronitril (Polymerisationsinitiator), 83,7 Teile Styrolcomonomer, 16,2 Teile Butylacrylatester und 0,1 Teile Dimethylaminoethyl-methacrylatester zugegeben. Das Polymerisationslösungsmittel und das nichtumgesetzte Monomere werden im Vakuum abdestilliert unter Erwärmen des Reaktionsgefäßes. Nachdem alle flüchtigen Anteile abgezogen worden sind, wird das Bindeharz erhalten, das eine Glasumwandlungstemperatur (Tg) von 62°C und einen Erweichungspunkt (SP) von 120°C besaß.

94 Gew.-Teile des Bindeharzes werden mit 6 Teilen Kohlenstoff durch Verschmelzen mit einer aufheizbaren Walze gemischt. Nach dem Abkühlen wird die Mischung in einer Hammermühle zermahlen und in einer Jetmühle zu einer Teilchengröße von 5 bis 20 µm pulverisiert. Dieses Pulver wird als Toner verwendet. 3 Teile des Toners werden mit 100 Teilen Eisenpulver vermischt durch ein Sieb einer Maschenweite von 0,104 bis 0,074 mm gegeben. Dann wird die Reibungselektrizität (µ×Culomb/g) nach der Abblasmethode gemessen. Außerdem werden 10 Teile des Toners mit 100 Teilen des Trägereisenpulvers gemischt. Diese Mischung wird dann entwickelt unter Bildung eines Bildes mit einer üblichen Kopiervorrichtung, die ein negativ geladenes, elektrostatisches, latentes Bild bildet und die eine magnetische Bürste als Entwicklungseinheit enthält. Das Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Beispiel 2

Unter Verwendung des gleichen Reaktionsgefäßes und des Verfahrens gemäß Beispiel 1 wird ein Bindeharz hergestellt mit einem Glasumwandlungspunkt von 65°C und einem Erweichungspunkt von 124°C aus 50 Teilen Xylol, 85 Teilen Vinyltoluolcomonomer, 14,5 Teilen Butylacrylatester, 0,5 Teilen Dimethylaminopropylmethacrylamid und 15, Teilen Azobisdimethylvaleronitril. Der so erhaltene Binder wird in einen Toner umgewandelt und in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 angegeben, entwickelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Beispiel 3

Unter Verwendung des gleichen Reaktionsgefäßes und des Verfahrens gemäß Beispiel 1 wird ein Bindeharz hergestellt mit einer Glasumwandlungstemperatur von 84°C und einem Erweichungspunkt von 142°C aus 100 Teilen Xylol, 89,0 Teilen Styrolcomonomer, 10,0 Teilen 2-Ethylhexylmethacrylatester, 1,0 Teilen Dimethylaminoethyl-methacrylatester und 0,5 Teilen Azobisdemethylvaleronitril als Polymerisationsinitiator. Das erhaltene Bindematerial wird in einen Toner umgewandelt und dann in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 angegeben, entwickelt.

Beispiel 4

Unter Verwendung des gleichen Reaktionsgefäßes und des Verfahrens gemäß Beispiel 1 wird ein Bindeharz hergestellt mit einer Glasumwandlungstemperatur von 72°c und einem Erweichungspunkt von 126°C aus 30 Teilen Xylol, 70,3 Teilen Styrolcomonomer, 29,4 Teilen Butylmethacrylatester, 0,3 Teilen Dimethylaminoethyl-methacrylatester und 1,5 Teilen Azobisisobutyronitril. Der erhaltene Binder wird in einen Toner umgewandelt und dann in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 angegeben, entwickelt.

Vergleichsbeispiel 1

Unter Verwendung des Reaktionsgefäßes und des Verfahrens nach Beispiel 1 wird ein Bindeharz hergestellt mit einem Glasumwandlungspunkt von 63°C und einem Erweichungspunkt von 115°C aus 100 Teilen Xylol, 80,0 Teilen Styrolcomonomer, 15,0 Teilen Butylacrylatester, 5,0 Teilen Dimethylaminoethyl- methacrylatester und 1,0 Teilen Azobisisobutyronitril. Das erhaltene Bindeharz wird dann in einen Toner umgewandelt und entwickelt, wie in Beispiel 1 angegeben.

Vergleichsbeispiel 2

Unter Verwendung des Reaktionsgefäßes und des Verfahrens nach Beispiel 1 wird ein Bindeharz mit einer Glasumwandlungstemperatur von 66°C und einem Erweichungspunkt von 118°C hergestellt aus 100,0 Teilen Xylol, 65,0 Teilen Vinyltoluolcomonomer, 30,0 Teilen Butylmethacrylatester, 5,0 Teilen Diethylaminoethyl-methacrylatester und 1,5 Teilen Benzoylperoxid als Polymerisationsinitiator. Das erhaltene Bindeharz wird dann in einen Toner umgewandelt und entwickelt, wie in Beispiel 1 angegeben.

Vergleichsbeispiel 3

Unter Verwendung des Reaktionsgefäßes nach Beispiel 1 wird ein Bindeharz hergestellt mit einer Glasumwandlungstemperatur von 65°C und einem Erweichungspunkt von 121°C aus folgenden Komponenten: In 200 Teile deioniosiertes Wasser, enthaltend 2 Teile Polyvinylalkohol, wird bei 80 bis 90°C tropfenweise über 2 h eine Mischung aus 84 Teilen Styrol, 14 Teilen Butylacrylatester, 2 Teilen Dimethylaminoethyl-methacrylatester und 1 Teil Azobisisobutyronitril als Polymerisationsinitiator gegeben. Nach einer Reaktionszeit von 4 h wird die Reaktionsmischung abgekühlt und das Polymerisat ausfiltriert, gewaschen mit Wasser und getrocknet. Das erhaltene Bindeharz wird in einen Toner umgewandelt und dann entwickelt, wie in Beispiel 1 angegeben.

Bezugsbeispiel 1

Unter Verwednung des Reaktionsgefäßes und des Verfahrens nach Beispiel 1 wird ein Bindeharz hergestellt aus 50 Teilen Xylol, 79,0 Teilen Styrolcomonomer, 20,9 Teilen 2-Ethylhexyl-methacrylatester, 0,1 Teil Dimethylaminopropyl- methacrylamid und 1,5 Teilen Azobisisobutyronitril. Das erhaltene Bindeharz wird dann in einen Toner umgewandelt und entwickelt, wie in Beispiel 1 angegeben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 enthalten.

Bezugsbeispiel 1

Unter Verwendung des Reaktionsgefäßes und des Verfahrens nach Beispiel 1 wird ein Bindeharz hergestellt aus 100 Teilen Xylol, 84,0 Teilen Styrolcomonomer, 15,7 Teilen Butylacrylatester, 0,3 Teilen Dimethylaminoethyl-methacrylatester und 0,8 Teilen Azobisdimethylvaleronitril als Polymerisationsinitiator. Das erhaltene Bindeharz wird in einen Toner umgewandelt und dann entwickelt, wie in Beispiel 1 angegeben.

Tabelle 1

Die Tabelle 1 zeigt, daß der erfindungsgemäße Trockenentwickler dauerhaft und stabil hinsichtlich der Ladungseigenschaften ist und daß er scharfe, gute Bilder bildet. In den Bezugsbeispielen 1 und 2 ist die Zusammensetzung des Toners gemäß der Formel

5(C)0,5-1,5×log (A),

Gew.-Teilen nicht ausreichend. Daher ist die Ladungsmenge zu gering und die Bildqualität zu schlecht. Bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ist zwar die Ladungsmenge ausreichend, aber dafür ist die Retention bzw. Beständigkeit der Ladung zu gering. Beim Vergleichsbeispiel 3 sind Ladungsmenge und Beständigkeit der Ladung zu gering.

Claims

1. Trockenentwickler für die Elektrophotographie, enthaltend ein Bindemittel und ein Färbemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel sich im wesentlichen zusammensetzt aus einem Polymer, das erhältlich ist durch Polymerisation in einem homogenen System, bestehend aus:

2. Trockenentwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Azonitril-Polymerisationsinitiator eine Verbindung ist, in der die Gruppe gemäß der allgemeinen Formel (2) worin R und R′ Alkylgruppen oder Alkoxyalkylgruppen mit 1 bis 4 C-Atomen sind,
mit wenigstens einer der Azogruppen verbunden ist.

3. Verfahren zur Herstellung eines Trockenentwicklers für die Elektrophotographie auf Basis eines Bindeharzes und eines Färbemittels, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Bindeharz herstellt durch Polymerisation in einem homogenen System, bestehend aus: