(57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer sphärischen Kornform bei
feinkörnigen Tonern, wie sie in der Elektrophotographie zur Entwicklung latenter Ladungsbilder
verwendet werden. Die Behandlung der Tonerteilchen erfolgt dabei in einem durch gegeneinander
gerichtete Gasstrahlen fluidisierten Gutbett dadurch, daß sie einer gegenseitigen
Prall- und Reibbeanspruchung unterzogen werden, deren Intensität durch Wahl von Betriebsdruck,
Geschwindigkeit, Richtung und Temperatur der Gasstrahlen so eingestellt wird, daß
die Oberfläche jedes Tonerteilchens bleibend verformt wird, und anschließend einer
Fliehkraftsichtung ausgesetzt werden, durch die der durch Abrieb entstandene Feinstanteil
von den verformten Tonerteilchen abgetrennt wird.
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer sphärischen Kornform
bei Tonern.
[0002] Als Toner bezeichnet man feinkörnige, elektrisch aufladbare Pulver, die in der Elektrophotographie
zur Entwicklung latenter Ladungsbilder verwendet werden. Sie bestehen im wesentlichen
aus einer Mischung von Natur- und/oder Kunstharzen mit niedrigem Schmelzpunkt und
in den Harzen löslichen oder dispergierbaren Farbstoffen, sowie Zusätzen zur Beeinflussung
ihrer physikalischen Eigenschaften, z. B. ihres Ladungssinnes, ihrer Haftfähigkeit
auf dem Aufzeichnungsmaterial, ihrer Agglomerationsneigung usw. Angestrebt wird ein
leichtfließendes Pulver, das nur eine geringe mechanische Abnutzung der elektrophotographischen
Aufzeichnungselemente verursacht, das widerstandsfähig gegen eine Verschlechterung
seiner physikalischen Eigenschaften ist und das schnell und vollständig vom Aufzeichnungsmaterial
auf ein Bildempfangsmaterial übertragen werden kann. Es hat sich gezeigt, daß diese
Forderungen am besten erfüllt werden können, wenn die Toner eine sphärische Kornform
besitzen.
[0003] Die bekannten, zur Herstellung von Tonern angewandten Verfahren, über die beispielsweise
die DE-OS 28 15 093 und die DE-OS 30 22 333 einen guten Oberblick geben, sehen daher
auch Verfahrensschritte vor, in denen die bereits auf die gewünschte Korngröße gebrachten
Tonerteilchen eine sphärische Gestalt erhalten. Im einfachsten Fall wird das geschmolzene
und mit den übrigen Bestandteilen vermischte Harz unmittelbar aus der Schmelze versprüht,
was jedoch nur bei dünnflüssig aufschmelzenden Stoffen möglich ist. Auch ist es bekannt,
die Tonermasse in einem (meist organischen) Lösungsmittel mit niedrigem Siedepunkt
zu lösen und die Lösung bei einem Druck von 10 bis 50 bar zu versprühen und anschließend
das Lösungsmittel durch Wärmeeinwirkung abzutrennen. Wie im ersten Fall erhält man
unmittelbar Tonerteilchen in gewünschter Größe mit fast idealer Kugelform, jedoch
ist dieses Verfahren sehr energieaufwendig und wegen der notwendigen Rückgewinnung
des Lösungsmittels schwierig zu handhaben.
[0004] In den meisten Fällen wird die nach dem Mischen abgekühlte und vorgebrochene Tonermasse
in einer Feinmühle, z. B. einer Kugelmühle, auf die gewünschte Korngröße zerkleinert,
und die Tonerteilchen werden anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei
das als Bindemittel dienende Harz zum Schmelzen gebracht wird, so daß die Tonerteilchen
durch die dabei wirksam werdende Oberflächenspannung eine sphärische Gestalt annehmen
können. Dies erfolgt entweder dadurch, daß aus den Tonerteilchen und Luft ein Aerosol
gebildet wird, welches im Quer- oder Gegenstrom durch einen Heißluftstrom geführt
wird (DE-AS 19 37 651), oder dadurch, daß die Tonerteilchen ein mit Heißluft fluidisiertes
Gutbett bilden (DE-OS 27 29 070). Besonders nachteilig ist dabei, daß die verwendete
Heißluft eine Temperatur von etwa 500°C haben muß, was dazu führt, daß sich die Tonerteilchen
leicht zu untrennbaren Agglomeraten zusammenkleben, daß sich Schmelzansätze an den
Wänden von Apparaten und Leitungen bilden und daß unerwünschte chemische Umformungen
bei den Tonerbestandteilen auftreten.
[0005] Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Erzeugen einer sphärischen
Kornform bei feinkörnigen Tonern anzugeben, bei dem die Tonerteilchen in fester Form,
d. h. unterhalb ihrer Schmelztemperatur bzw. ohne Anwendung von Lösungsmitteln, und
mit gegenüber den bekannten Verfahren erheblich geringerem Energieaufwand in einem
fluidisierten Gutbett behandelt werden können, und das gleichzeitig das Korngrößenband
der Tonerteilchen zu feinsten Korngrößen scharf abgrenzt.
[0006] Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß sich Tonerteilchen auch bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur
ihrer Bestandteile bleibend plastisch verformen, wenn man sie mit einer bestimmten
kinetischen Energie aufeinanderprallen läßt. Durch die beim Zusammenprall freiwerdende
Energie werden die Tonerteilchen an ihrer Auftreffstelle kurzzeitig plastifiziert,
wodurch eine Verformung, aber kein Zusammenkleben, aber auch keine Zerkleinerung erfolgt.
Es handelt sich hierbei gewissermaßen um einen Schmiedevorgang, wobei das eine zweier
aufeinanderprallender Tonerteilchen jeweils als Hammer für das andere anzusehen ist.
Da in einem durch gegeneinander gerichtete Gasstrahlen fluidisierten Gutbett dieser
Vorgang an einem Tonerteilchen sehr häufig und dabei über seine Oberfläche statistisch
verteilt stattfindet, erhält man eine sphärische Kornform, d. h. jedes Tonerteilchen
hat schließlich die Form eines der Kugel stark angenäherten Polyeders.
[0007] Der sich dabei eventuell bildende Abrieb sowie die beim voraufgegangenen Zerkleinerungsprozeß
erzeugten Feinstanteile unter beispielsweise 5 um, die das Fließverhalten des fertigen
Toners ungünstig beeinflussen würden, werden durch eine anschließende Fliehkraftsichtung
von den verformten Tonerteilchen abgetrennt.
[0008] Obwohl das beschriebene Verfahren bereits bei gewöhnlicher Raumtemperatur durchführbar
ist, kann es von Vorteil sein, wenn die Tonerteilchen auf eine Temperatur erwärmt
werden, die etwas unterhalb der Schmelztemperatur ihrer Bestandteile liegt.
[0009] Optimale Ergebnisse werden erreicht, wenn die effektive Temperatur der Tonerteilchen
mindestens fünf Kelvin unter der Schmelztemperatur bleibt. Diese Maßnahme macht es
möglich, die von den Gasstrahlen eingebrachte Energie erheblich zu reduzieren, so
daß eine besonders schonende Behandlung der Tonerteilchen erfolgen kann.
[0010] Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich ergeben, daß gleichzeitig
mit der Verformung durch die gegenseitige Prall- und Reibbeanspruchung auf die Tonerteilchen
oberflächenaktive Substanzen aufgebracht werden können,die dabei in die plastisch
gewordene Masse der Tonerteilchen eingedruckt werden und nach deren Verfestigung mit
ihr verhaftet bleiben. Bei den bekannten Verfahren werden die oberflächenaktiven Substanzen
entweder nach einem thermischen Anschmelzen der bereits eine sphärischen Form besitzenden
Tonerteilchen in die Tonermasse eingebettet, was aber nur mit thermisch unempfindlichen
Substanzen möglich ist, oder sie werden in einem Mischvorgang auf die Oberfläche der
Tonerteilchen gebracht und dort allein durch Adhäsionskräfte gehalten, so daß sie
durch mechanische Einwirkungen beim späteren bestimmungsgemäßen Gebrauch des Toners
leicht wieder abgerieben werden können und so die Tonerqualität verschlechtern.
[0011] Als Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine an sich
bekannte Fließbett-Gegenstrahlmühle vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in der Zeitschrift
"Aufbereitungs-Technik", 1982, Nr. 5, S. 236 - 242 beschrieben worden ist. Eine solche
Mühle besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Mahlkammer mit lotrechter Achse,
in deren unterem Bereich am Umfang gleichmäßig verteilte Düsen zur Einleitung der
gegeneinander gerichteten Gasstrahlen einmünden, und in deren oberem Bereich ein Fliehkraft
sichter in Form eines entgegen seiner Schleuderrichtung von der Sichtluft von außen
nach innen durchströmten, rotierenden Korbsichters angeordnet ist. Einziges Betriebsmittel
ist hierbei das durch die Düsen eingeleitete Gas, das nicht nur zur Erzeugung der
Prall- und Reibbeanspruchung, sondern auch zum Transport des Gutes zum Sichter, und
dort als Sichtluft dient. Durch Anzahl und Größe der Düsen, durch die Richtung der
Düsenachsen sowie durch Betriebsdruck und Temperatur des den Düsen zugeführten Gases
läßt sich die Intensität der gegeneinander gerichteten Gasstrahlen einfach undin weiten
Grenzen variieren, so daß eine optimale Einstellung auf das jeweils zu behandelnde
Produkt leicht möglich ist. Die Korngröße, bis zu der aller Feinstanteil abgetrennt
werden soll, wird durch Wahl der Drehzahl des Korbsichters bestimmt. Dabei gilt, daß
diese Korngröße umso kleiner wird, je höher die Drehzahl gewählt wird, und umgekehrt.
[0012] Die Verfahrensschritte Erzeugen der sphärischen Kornform, Aufbringen oberflächenaktiver
Substanzen und Abtrennen des Feinstanteils lassen sich mit einer solchen Fließbett-Gegenstrahlmühle
in einem Arbeitsgang durchführen, so daß sich eine sehr einfache Verfahrensführung
ergibt.
1. Verfahren zum Erzeugen einer sphärischen Kornform bei feinkörnigen Tonern durch
Behandeln der Tonerteilchen in einem fluidisierten Gutbett, dadurch gekennzeichnet
, daß die Fluidisierung des Gutbettes durch gegeneinander gerichtete Gasstrahlen erfolgt
und dabei die einzelnen Tonerteilchen einer gegenseitigen Prall- und Reibbeanspruchung
unterzogen werden, deren Intensität durch Wahl von Betriebsdruck, Geschwindigkeit,
Richtung und Temperatur der Gasstrahlen so eingestellt wird, daß die Oberfläche jedes
Tonerteilchens bleibend verformt wird, und daß im Anschluß daran die Tonerteilchen
einer Fliehkraftsichtung ausgesetzt werden, durch die der bei der Prall- und Reibbeanspruchung
durch Abrieb entstandene Feinstanteil von den verformten Tonerteilchen abgetrennt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net , daß die Tonerteilchen durch
das eingeleitete Gas auf eine Temperatur erwärmt werden, die unterhalb ihrer Schmelztemperatur
liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- net , daß die Differenz zwischen
Schmelztemperatur und effektiver Temperatur der Tonerteilchen mindestens fünf Kelvin
beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e - kennzeichnet, daß durch
die gegenseitige Prall-und Reibbeanspruchung gleichzeitig oberflächenaktive Substanzen
auf die Tonerteilchen aufgebracht werden.
5. Verwendung einer Fließbett-Gegenstrahlmühle in Kombination mit einem oberhalb des
Fließbettes angeordneten Fliehkraftwindsichter zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 4.