[0001] Die Erfindung betrifft positiv geladene elektrophotographische Toner, die neben
üblichen Harz- und Pigmentpartikeln ein die kationische Ladung verstärkendes Additiv
der allgemeinen Formel

enthalten, worin
R¹ und R² unabhängig voneinander für H, C₁-C₂₂-Alkyl, Allyl, Cyclohexyl, Phenyl-C₁-C₂-alkyl
oder Phenyl stehen und
An⁻ ein Anion bedeutet,
worin der Ring A und die cyclischen und acyclischen Reste 1-2 nichtionogene Substituenten
tragen können, und worin der an der Klammer stehende Wasserstoff an einem Stickstoffatom
sitzt.
[0002] Von besonderem technischen Wert sind Verbindungen der Formel (I), in denen
R₁ und R₂ unabhängig voneinander für Wasserstoff, unsubstituiertes C₁-C₁₈-Alkyl,
Benzyl oder Cyclohexyl stehen und
die nichtionogenen Substituenten C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Hydroxy, Halogen wie
Chlor und Brom, Cyan, einen Carbamoyl- oder Sulfamoylrest, der durch 1-2 C₁-C₄-Alkylreste
substituiert sein kann, C₁-C₄-Alkoxycarbonyl oder Phenyl bedeuten.
[0003] Bevorzugte Substituenten an Alkylresten sind Hydroxy, C₁-C₄-Alkoxy, Chlor, Cyan,
Carbamoyl oder C₁-C₂-Alkoxycarbonyl.
[0004] Als Anionen sind übliche Anionen wie Halogenide, z.B. Chlorid, Bromid und Jodid,
Tetrafluoroborate und Anionen von Alkyl- und Arylsulfonsäuren, -carbonsäuren, -phosphorsäuren
und -phosphonsäuren geeignet. Besonders geeignet sind solche Anionen, die die Wasserloslichkeit
der Verbindungen (I) erniedrigen. Die Verminderung der Wasserloslichkeit kann aber
auch dadurch erfolgen, daß man den Alkylrest R¹ vergrößert, also etwa im Bereich von
C₈-C₂₂-Alkyl wählt. In diesem Falle sind auch hydrophilere Anionen wie Halogenide
bestens geeignet.
[0005] Die bevorzugte Wasserlöslichkeit der Verbindungen (I) bei 20°C liegt bei unter 3
Gew.%, insbesondere unter 1 Gew.%. Bevorzugte Anionen sind außer Halogeniden und Tetrafluoroboraten,
insbesondere Arylsulfonate, wie ggf. durch C₁-C₁₂-Alkyl oder Chlor substituierte Benzolsulfonate,
C₅-C₁₈-Alkylsulfonate, Salze von C₅-C₁₈-Alkylcarbonsäuren und von Kondensationsprodukten
aus Formaldehyd und Arylsulfonsäuren und/oder ggf. sulfoniertem 4,4′-Dihydroxydiphenylsulfon
sowie Anionen von Heteropolysäuren auf Basis Wolfram und/oder Molybdan mit Phosphor
oder Silicium, insbesondere Phosphorwolframmolybdate.
[0006] Von besonderem technischen Wert sind solche Verbindungen der Formel (I), worin R²
= R¹ ist.
[0007] Die Erfindung betrifft außerdem neue Verbindungen der Formel

worin
An⁻ für ein Anion,
Q¹ und Q² unabhängig voneinander für C₄-C₁₈-Alkyl, Cyclohexyl oder ggf. durch Methyl,
Chlor, Methoxy oder Ethoxy substituiertes Benzyl stehen,
und der Ring B durch Methyl oder Chlor substituiert sein kann.
[0008] Die Verbindungen der Formel (I) können nach an sich bekannten Methoden dadurch hergestellt
werden, daß man Verbindungen der Formel

oder ein Tautomeres von (III), worin
R¹ und R² die oben angegebene Bedeutung besitzen,
mit Verbindungen der Formel HX, worin
X für eine ein Anion bildende Gruppe steht,
umsetzt und anschließend ggf. das Anion austauscht.
[0009] Die Reaktion wird zweckmäßig in einem inerten organischen Lösungsmittel im Temperaturbereich
von 10-200°C, vorzugsweise bei 20-140°C durchgeführt.
Das Reaktionsprodukt (I) kristallisiert in der Regel aus der Reaktionslösung aus und
kann daraus durch Abfiltrieren isoliert werden. Man kann die Lösung aber auch im
Schaufeltrockner eindampfen und (I) auf diese Weise als kristallines Pulver gewinnen.
[0010] Die Ausgangsverbindungen mit R¹ ungleich H können dadurch hergestellt werden, daß
man eine Verbindung der Formel

worin R² die oben angegebene Bedeutung besitzt,
mit einem primären Amin der Formel
R¹-NH₂ (V)
unter Abspaltung von Ammoniak kondensiert.
[0011] Auch diese Reaktion wird zweckmäßig in einem inerten Lösungsmittel im Temperaturbereich
von 50-150°C, vorzugsweise bei 70-130°C durchgeführt.
[0012] Verbindungen der Formel (IV) oder Tautomere von (IV) werden dadurch hergestellt,
daß man eine Verbindung der Formel

mit einem primären Amin der Formel
R²-NH₂ (VII),
worin R² die oben angegebene Bedeutung besitzt,
unter Abspaltung von Ammoniak kondensiert.
[0013] Diese Reaktion wird zweckmäßig unter gleichartigen oder gleichen Bedingungen durchgeführt
wie die Umsetzung von (IV) und (V).
[0014] Liegt der bevorzugte Fall vor, daß R¹ = R² ist, so kondensiert man (VI) zweckmäßig
mit 2 Äquivalenten R¹-NH₂.
[0015] Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des Verfahrens zur Herstellung von (I) mit R² =
R¹ besteht darin, daß man zunachst (VI) mit 2 Äquivalenten R¹-NH₂ kondensiert und
die so erhaltene Verbindung (III) ohne Zwischenisolierung im gleichen Reaktionsmedium
mit HX weiter umsetzt und anschließend gewünschtenfalls das Anion, z.B. analog DE-A
37 38 948, austauscht.
[0016] Geeignete inerte Lösungsmittel sind beispielsweise Sulfolan, Aromaten wie Toluol,
Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, Trichlorbenzole und Xylol, Alkanole wie Ethanol, Propanol,
Isopropanol, n-Butanol, 2-Methoxyethanol, 2-Ethoxyethanol, Alkandiole wie Ethylenglykol,
Dialkoxyalkane wie Ethylenglykoldimethylether, Nitrile wie Acetonitril, chlorierte
Aliphaten wie Methylenchlorid oder Chloroform, und dipolar aprotische Lösungsmittel
wie Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon oder Dimethylsulfoxid.
[0017] Die Verbindungen der Formel (I) sind zumeist farblos oder nur schwach gefärbt. Verbindungen
der Formel (I), in denen R¹ und R² für Phenyl stehen, haben eine gelbliche Eigenfarbe.
[0018] Ladungsverstärkende Additive für elektrophotographische Toner, auch Ladungskontrollsubstanzen
genannt, sind bereits bekannt. Sie werden beispielsweise in der DE-A 36 04 827 und
37 38 948, in der EP-A 2 33 544, in den US-A 3 893 935, 3 944 493, 4 007 293, 4 079
014, 4 265 990, 4 298 672, 4 338 390, 4 394 430, 4 493 883, und in der JA-A 61-156
144 beschrieben.
[0019] Latente elektrostatische Bildaufzeichnungen werden dadurch entwickelt, daß der Toner
auf dem elektrostatischen Bild induktiv abgeschieden wird. Die Ladungskontrollsubstanzen
verstärken die kationische Ladung des Toners. Dadurch wird das Bild kräftiger und
konturenschärfer.
[0020] Die in den Tonern enthaltenen Harze sind bekannt. Sie sind thermoplastisch und haben
einen Erweichungspunkt zwischen 50 und 130°C, vorzugsweise zwischen 65 und 115°C.
Beispiele für derartige Harze umfassen Polystyrol, Copolymere von Styrol mit einem
Acrylat oder Methacrylat, Copolymere von Styrol mit Butadien und/oder Acrylnitril,
Polyacrylate und Polymethacrylate, Copolymere eines Acrylates oder Methacrylates
mit Vinylchlorid oder Vinylacetat, Polyvinylchlorid, Copolymere von Vinylchlorid
mit Vinylidenchlorid, Copolymere von Vinylchlorid mit Vinylacetat, Polyesterharze
(US-PS 3 590 000), Epoxyharze, Polyamide und Polyurethane. Zusätzlich zu den Verbindungen
(I) und den thermoplastischen Harzen enthalten die erfindungsgemäßen Toner in bekannten
Mengen Färbungsmaterialien und ggf. magnetisch anziehbares Material. Das Farbungsmaterial
kann aus einem organischen Farbstoff wie Nigrosin, Anilinblau, 2,9-Dimethylchinacridon,
C.I. Disperse Red 15 (= C.I. 60 10), C.I. Solvent Red 19 (= C.I. 26 050), C.I. Pigment
Blue 15 (= C.I. 74 160), C.I. Pigment Blue 22 (= C.I. 69 810) und C.I. Solvent Yellow
16 ( = C.I. 12 700), oder einem anorganischen Pigment wie Ruß, Rotblei, gelbem Bleidioxid
oder Chromgelb bestehen. Allgemein überschreitet die Menge des in dem Toner vorhandenen
Färbungsmaterials etwa 15 Gew.% nicht.
[0021] Das magnetisch anziehbare Material kann beispielsweise aus Eisen, Nickel, Chromoxid,
Eisenoxid oder einem Ferrit der allgemeinen Formel MFe₂O₄, worin M ein zweiwertiges
Metall wie Eisen, Kobalt, Zink, Nickel oder Mangan darstellt, bestehen.
[0022] Die Herstellung der die Verbindungen (I) enthaltenden Toner erfolgt nach üblichen
Verfahren, z.B. durch Vermischen der Bestandteile in einem Kneter und anschließendes
Pulverisieren oder durch Schmelzen des thermoplastischen Harzes oder eines Gemisches
der thermoplastischen Harze, anschließende feine Zerteilung einer oder mehrerer Ladungskontrollsubstanzen
der Formel (I), sowie der anderen Zusätze, falls verwendet, in dem geschmolzenen Harz
unter Anwendung der für diesen Zweck bekannten Misch- und Knetmaschinen, anschließende
Abkuhlung der Schmelze zu einer festen Masse und schließlich Vermahlen der festen
Masse zu Teilchen der gewünschten Teilchen größe. Es ist auch möglich, das thermoplastische
Harz und die Verbindung (I) in einem gemeinsamen Lösungsmittel zu suspendieren und
die anderen Zusätze in die Suspension einzuverleiben. Die Suspension kann so als
Flüssigtoner verwendet werden.
[0023] Man kann die Flüssigkeit aber auch in an sich bekannter Weise sprühtrocknen oder
die Lösungsmittel abdampfen und den festen Rückstand zu Teilchen der gewünschten Teilchengröße
vermahlen.
[0024] Entsprechend einer Abänderung dieses Herstellungsverfahrens wird die Ladungskontrollsubstanz
der Formel (I) nicht gelöst, sondern fein in der Lösung des thermoplastischen Harzes
dispergiert.
[0025] Die so erhaltene Tonerzübereitung wird dann, beispielsweise analog US-PS 4 265 990,
in einem xerographischen Bildaufzeichnungssystem eingesetzt.
[0026] Die verwendeten Ladungskontrollsubstanzen müssen vielseitige Anforderungen erfüllen.
1. Fähigkeit zur Entwicklung des latenten elektrostatischen Bildes zu einem farbstarken
sichtbaren Bild.
2. Leichte Verteilbarkeit in der Tonerzübereitung und gleichmäige Verteilung auf der
Bildoberfläche, um ein störungsfreies, konturenscharfes, gleichförmiges Bild zu erzeugen.
3. Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit.
4. Hohe Thermostabilität.
5. Beständigkeit gegenüber der heißen Mischung aus Blei dioxid und einem Vinylidenfluorid-Hexafluoropropylen-Copolymerisat-Harz
(z.B. VITONRE430 von Dupont), mit der das Bild mit Hilfe einer heißen Walze fixiert werden kann.
Die Beschichtungsmasse darf sich nicht durch Zersetzungsprodukte schwarz färben.
[0027] Die aus den oben genannten Patent- und Offenlegungsschriften bekannten Ladungskontrollsubstanzen
erfullen nicht alle diese Anforderungen.
[0028] Überraschenderweise zeigte sich nun, daß die Substanzen der Formel (I) gegenüber
den genannten, bisher bekannten kationischen Verbindungen eine weitere Verbesserung
der Bildschärfe, eine noch geringere Empfindlichkeit gegenüber hoher Luftfeuchtigkeit
und eine noch höhere Lebensdauer des Toners (mehr als 70 000 Kopien) aufweisen.
Beispiel 1
[0029] 110 g 3-Amino-1-imino-isoindolenin 92%ig (0,7 mol) werden in 700 ml Isopropanol mit
160 g Cyclohexylamin (ca. 1,6 mol) 16 h unter Rückfluß zum Sieden erhitzt, wobei Ammoniak
entweicht und eine klare, leicht grünliche Lösung entsteht. Ein Dünnschichtchromatogramm
einer 5%igen methanolischen Lösung in einem Laufmittelgemisch von 350 ml Butylacetat,
100 ml Wasser, 250 ml Eisessig und 100 ml Ameisensäure zeigt eine praktisch einheitliche
Umsetzung zu der Verbindung der Formel

C₂₀H₂₅N₃ (307,44) m/e = 307 (M⁺).
Die Lösung wird, bei 40°C beginnend, in kleinen Portionen mit insgesamt 171 g p-Toluolsulfonsäure-monohydrat
(0,9 mol) versetzt, kurz auf 85°C erhitzt, abgekühlt auf Raumtemperatur und 5 h bei
20°C sowie 1 h bei 5°C verrührt. Der farblose kristalline Niederschlag wird abgesaugt,
mit eiskaltem Isopropanol gewaschen und bei 50°C im Vakuum getrocknet. Man erhält
283 g, entspr. 84 % der Theorie Verbindung der Formel

als farbloses Kristallpulver vom Schmelzpunkt 235-237°C (aus Isopropanol).
Beispiel 2
[0030] Man wiederholt Beispiel 1, setzt aber anstelle von Cyclohexylamin 1,6 mol Benzylamin
ein. Man erhält 286 g (82 % der Theorie) Verbindung der Formel

als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 217-218°C.
Beispiel 3
[0031] Man verfährt wie in Beipsiel 1, setzt aber anstelle von Cyclohexylamin 1,6 mol Hexadecylamin
ein. Man erhält 424 g (79 % der Theorie) Verbindung der Formel

als farblose Kristalle vom Schmelzpunkt 81-83°C.
[0032] Analog Beispiel I werden auch folgende Verbindungen der Formel

hergestellt.

Beispiel 16
a) Herstellung einer Phosphorwolframmolybdatlösung:
[0033] 1 290 g Wasser werden vorgelegt und mit 8,5 g Natriumhydroxid (0,2 mol) versetzt.
Die Lösung wird auf 90°C erwärmt. Anschließend trägt man in der angegebenen Reihenfolge
416,4 g Ammoniumwolframatlösung (50 % WO₃, entspr. 230,7 g, 100%ig, entspr. 1 mol),
28,5 g Molybdän-6-oxid (ca. 0,2 mol), 35,7 g Dinatriumhydrogenphosphat-dihydrat,
27,9 g Salzsäure roh (32%ig, entspr. 0,24 mol) und 53,6 g Natriumbisulfitlösung 40%ig
(0,2 mol) ein, erwärmt die Lösung 30 min zum Sieden (ca. 102°C), kühlt sie auf 30°C
ab und stellt den pH-Wert mit ca. 6,2 ml Salzsäure (ca. 32%ig) auf 4.
b) Fällung
[0034] 148 g 3-Amino-1-imino-isoindolenin 98%ig (1 mol) werden in 2 l Wasser bei 60°C gelöst.
In die so hergestellte Lösung läßt man unter Rühren bei 50-55°C innerhalb von 30-60
min 1 600 ml der unter a) hergestellten Lösung einlaufen. Das Umsetzungsprodukt kristallisiert
aus und der pH-Wert steigt auf >4 an. Durch Zutropfen von ca. 5,7 ml Salzsäure stellt
man den pH-Wert auf 3,3 und rührt die Suspension 30 min bei 50-55°C nach. Der kristalline
Niederschlag wird bei 30°C abgesaugt, in 5 Portionen mit insgesamt 1000 ml Wasser
gewaschen und bei 80°C im Vakuum getrocknet.
Ausbeute: 183 g Verbindung der Formel

Beispiel 17
[0035] 165,2 g wasserfreie p-Toluolsulfonsaure werden in 200 ml Dimethylformamid eingetragen
und bei 80°C mit einer bei 70°C hergestellten Lösung von 116,0 g 3-Amino-1-iminoisoindolenin
in 800 ml Dimethylformamid versetzt. Nach Verdünnen mit 400 ml Dimethylformamid wird
nach 1/2 h Rühren bei 80°C auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach weiteren 3,5 h Rühren
wird abgesaugt, mit 200 ml Dimethylformamid und anschließend mit Aceton gewaschen.
Nach Trocknung bei 70°C werden 190,0 g der Verbindung der Formel

erhalten.
Elementaranalyse: |
C |
H |
N |
O |
S |
ber. |
56,8 |
4,7 |
13,3 |
15,1 |
10,1 % |
gef. |
54,3 |
5,0 |
12,4 |
16,4 |
10,9 % |
Beispiel 18
[0036] 23,3 g Amidosulfonsäure werden in 75 ml Dimethylformamid gelöst und anschließend
mit einer bei 80°C bereiteten Lösung von 29,0 g 3-Amino-1-imino-isoindolenin in 200
ml Dimethylformamid versetzt. Nach 3 h Ruhren bei 65°C wird auf Raumtemperatur abgekühlt.
Es wird mit 250 ml Aceton verdunnt und nach 1/4 h Ruhren abgesaugt. Nach dem Waschen
mit 100 ml Aceton und Trocknen bei 60°C werden 32,7 g der Verbindung der Formel

erhalten.
Elementaranalyse: |
C |
H |
N |
O |
S |
ber. |
39,7 |
4,1 |
23,1 |
19,8 |
13,2 % |
gef. |
39,4 |
4,0 |
23,1 |
19,9 |
13,2 % |
Anwendungsbeispiel A
[0037] 100 g Styrol-n-butylmethacrylat-Copolymer (Mol: 50 000) und 5 g des in Beispiel 16
genannten Phosphorwolframmolybdats werden in einem Kneter gleichmäßig vermischt.
Nach dem Abkühlen pulverisiert man das Harz in einer Strahlmühle auf eine mittlere
Kornfeinheit von 12 µ. 5 g dieses Tonerpulvers werden mit 95 g eines Carriermaterials
aus Eisen mit Polymerbeschichtung durch Rotation aufgeladen und die Ladung nach der
Blow-off-Methode bestimmt. Sie beträgt 20,2 µC/g und ist nach 70 000 Kopien noch
unverändert hoch.
[0038] Setzt man anstelle von Verbindung des Beispiels 16 eine in den übrigen Beispielen
beschriebene Verbindung ein, so erhält man ähnlich gute Aufladungseffekte.
Anwendungsbeispiel B
[0039] 2 Gewichtsprozent Verbindung des Beispiels 1, 6 Gewichtsprozent Ruß und 92 Gewichtsprozent
eines Styrol-Butadien-Harzes, welches 89 Gewichtsprozent Styrol und 11 Gewichtsprozent
Butadien enthält, werden im Extruder bei 100 °C verschmolzen und verknetet, dann
zerkleinert und gemahlen, bis der Partikeldurchmesser kleiner als 5 µ ist.
Diese Toner-Zubereitung wird in ein xerographisches Bildaufzeichnungssystem, wie es
in US-A 4 265 990 beschrieben ist, eingearbeitet. Dazu geht man in der Weise vor,
daß man ein MYLAR
Ra-Substrat mit einer bei Belichtung ladungserzeugenden Schicht aus Polyvinylcarbazol
versieht, in das trigonales Selen frei dispergiert ist, darüber eine transparente,
ladungstransportierende Schicht aufbringt, die als ladungstransportierende Moleküle
N,N′-Diphenyl-N,N′-bis(3-methyl-phenyl)-1,1,-bisphenyl-4,4′-diamin, dispergiert in
einer MAKROLON
R-Polycarbonatmasse enthält.
[0040] Man erhält gestochen scharfe Bildaufzeichnungen.
1. Elektrophotographische Toner, die ein die kationische Ladung verstärkendes Additiv
der allgemeinen Formel

enthalten, worin
R₁ und R₂ unabhängig voneinander für H, C₁-C₂₂-Alkyl, Allyl, Cyclohexyl, Phenyl-C₁-C₂-alkyl
oder Phenyl stehen,
An⁻ ein Anion bedeutet,
worin der Ring A und die cyclischen und acyclischen Reste 1-2 nichtionogene Substituenten
tragen können, und worin der an der Klammer stehende Wasserstoff an einem Stickstoffatom
sitzt.
2. Elektrophotographische Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
R¹ und R² unabhängig voneinander für Wasserstoff, unsubstituiertes C₄-C₁₈-Alkyl, Benzyl
oder Cyclohexyl stehen und
die nichtionogenen Substituenten C₁-C₄-Alkyl, C₁-C₄-Alkoxy, Hydroxy, Halogen Wie Chlor
und Brom, Cyan, einen Carbamoyl- oder Sulfamoylrest, der durch 1-2 C₁-C₄-Alkylreste
substituiert sein kann, C₁-C₄-Alkoxycarbonyl oder Phenyl bedeuten.
3. Elektrophotographische Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
R¹ = R² ist.
4. Verbindungen der allgemeinen Formel

worin
An⁻ für ein Anion,
Q¹ und Q² unabhängig voneinander für C₄-C₁₈-Alkyl, Cyclohexyl oder ggf. durch Methyl,
Chlor, Methoxy oder Ethoxy substituiertes Benzyl stehen,
und der Ring B durch Methyl oder Chlor substituiert sein kann.
5. Verfahren zur Herstellung von Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man Verbindungen der Formel

oder ein Tautomeres hiervon, worin
R¹ und R² die in Anspruch 1 angegebene Bedeutung besitzen,
mit Verbindungen der Formel HX, worin
X für eine ein Anion bildende Gruppe steht,
umsetzt und anschließend ggf. das Anion austauscht.
6. Elektrophotographische Toner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer
dem die kationische Ladung verstärkenden Additiv Harz- und Pigmentpartikel enthalten.
7. Verwendung von Verbindungen der Formel des Anspruchs 1 als die positive Ladung
verstärkende Additive in elektrophotographischen Tonern.