[0001] Flüssigentwickler und hierzu geeigneter Ladungssteuerstoff
[0002] Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigentwickler für die Entwicklung elektrostatischer
Ladungsbilder bestehend aus einer elektrisch isolierenden Trägerflüssigkeit hohen
Widerstandes und niedriger Dielektrizitätskonstanten, in welcher Pigment, Farbstoff,
harzförmiges Bindemittel, Ladungssteuerstoff und übliche Zusätze dispergiert oder
gelöst sind und auf einen Ladungssteuerstoff.
[0003] Flüssigentwickler werden bei elektrophotographischen oder elektrographischen Kopierprozessen
eingesetzt zum Sichtbarmachen latenter elektrostatischer Ladungsbilder. Sie bestehen
prinzipiell aus gefärbten Partikeln, die in einer Lösung von harzartigen Bindemitteln
und Ladungssteuerstoff in einer Trägerflüssigkeit dispergiert sind. Im elektrischen
Feld des Ladungsbildes werden die mit Ladungssteuerstoff und Bindemittel behafteten,
gefärbten Partikeln elektrophoretisch abgeschieden.
[0004] Es ist bekannt, die Pigmente vor dem Dispergieren mit einem Harzüberzug zu versehen.
Die Harze, die auch Polymere sein können, werden physikalisch oder auch chemisch,
etwa durch Pfropfpolymerisation, mit den Pigmentpartikeln verbunden (US-Patent 3,968,044,
DE-OS 25 38 581). Hierdurch erhält man besonders stabile Dispersionen.
[0005] Die auf die Pigmentoberfläche aufgebrachten Harze üben eine gewisse Wirkung als Ladungssteuerstoff
aus, die so erheblich sein kann, daß man bei solchen Pigmentdispersionen keinen Zusatz
an Ladungssteuerstoff benötigt.
[0006] Die in der Trägerflüssigkeit löslichen, harzartigen Bindemittel dienen, zusammen
mit den auf die Pigmentoberfläche aufgebrachten Harzen oder Polymerüberzügen, zur
Fixierung der Pigmentpartikeln auf dem Ladungsbild oder, nach Transfer, zur Fixierung
auf einem entsprechenden Kopiermedium, wie zum Beispiel Papier.
[0007] Bei Pigmentpartikeln, welche von der Photoleiterschicht auf blankes Papier übertragen
werden, muß der Anteil an fixierendem Harz besonders hoch liegen. Solche Pigmentpartikeln
lassen sich nicht gut mit in aliphatischen Kohlenwasserstoffen löslichen Harzen herstellen,
da die erforderliche Menge an Harz die Viskosität der Trägerflüssigkeit auf Werte
anhebt, bei denen die elektrophoretische Abscheidung erschwert wird. Die Herstellung
entsprechender Flüssigentwickler gelingt dagegen bei Verwendung von Dispersionen von
Polymeren in aliphatischen Kohlenwasserstoffen, sogenannten Organosolen oder Dispersimeren.
Mit ihnen werden bindemittelreiche, niedrigviskose Flüssigentwickler erhalten, die
sich elektrophoretisch gut abscheiden. Flüssigentwickler dieser Art sind aus DE-OS
25 32 282, DE-OS 26 00 200 und DE-OS 21 14 773 bekannt.
[0008] Der im aliphatischen Lösungsmittel lösliche Ladungssteuerstoff wird in der Regel
aus der Lösung heraus von den Pigmentpartikeln absorbiert und bestimmt Höhe und Vorzeichen
ihrer Aufladung. Vielfach wirkt der Ladungssteuerstoff gleichzeitig als Dispergiermittel.
Falls das nicht der Fall ist, enthält der Flüssigentwickler zusätzlich Dispergiermittel.
Die meisten bekannten Ladungssteuerstoffe vermitteln den Pigmentpartikeln positive
Ladung. Sie sind zur Abscheidung auf negativ geladene elektrostatische Ladungsbilder
brauchbar; hierzu zählen insbesondere Metallseifen. Negative Aufladung der Pigmentpartikeln
wird durch Ladungssteuerstoffe, wie Lecithin, alkylierte Polyvinylpyrrolidone, Metallsalze
langkettiger Alkylbenzolsulfonsäuren oder wie Metallsalze langkettiger Dialkylsulfobernsteinsäure
hervorgerufen (DE-OS 19 30 784, DE-OS 24 02 953).
[0009] Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannten Ladungssteuerstoffe für negative Aufladung
der Pigmentteilchen nicht ganz die gestellten Forderungen erfüllen. Polymerreiche,
von der Photoleiterschicht auf Empfangsblätter transferierbare Pigmentpartikel werden
vielfach zu schwach gesteuert. Oft ist auch die elektrische Leitfähigkeit des Ladungssteuerstoffs
zu. groß. Schwach steuernde Stoffe mit relativ großer Leitfähigkeit machen dann in
der für gute Ladungssteuerung benötigten Menge den Flüssigentwickler zu leitfähig.
Dies wirkt sich besonders störend nach wiederholtem Nachfüllen mit frischem Entwicklerkonzentrat
aus. Gelegentlich besteht sogar der Nachteil, daß durch den Ladungssteuerstoff bei
län-. gerer Einwirkung die Photoleiterschichten in den Kopiergeräten angegriffen werden.
[0010] Manche der bekannten Ladungssteuerstoffe zeigen mehrere der aufgeführten Nachteile
gleichzeitig.
[0011] Es war deshalb die Aufgabe der Erfindung, negativ aufladende Ladungssteuerstoffe
zur Verfügung zu stellen, welche bei starker Steuerwirkung eine geringe elektrische
Leitfähigkeit aufweisen und die Photoleiterschichten nicht angreifen.
[0012] .Die gestellte Aufgabe wurde durch einen Flüssigentwickler der eingangs genannten
Art gelöst, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ladungssteuerstoff ein in
der Trägerflüssigkeit lösliches Copolymerisat ist, welches aus 1 - 50 Gewichtsprozent
N-Vinyl-2-pyrrolidon und 50 - 99 Gewichtsprozent Methacrylsäureester besteht. In einer
bevor-. zugten Ausführungsform enthält das Copolymerisat 15 - 40 Gewichtsprozent N-Vinyl-2-pyrrolidon
und 60 - 85 Gewichtsprozent Methacrylsäureester.
[0013] Hierdurch wird erreicht, daß den in der Trägerflüssigkeit enthaltenen Pigmentpartikeln
eine hohe negative Aufladung verliehen wird. Die mit den erfindungsgemäßen Ladungssteuerstoffen
versetzten Flüssigentwickler entwickeln positiv geladene, latente elektrostatische
Ladungsbilder sauber und schleierfrei.
[0014] Besonders geeignet sind solche Copolymerisate mit Methacryl- säureester mit Alkoholkomponenten,
welche mindestens a Kohlenstoffatome in gerader oder verzweigter Kette tragen. Als
Methacrylsäureester werden insbesondere 2-Äthyl-hexylmetha- acrylat, Dodecylmethacrylat
und Octadecylmethacrylat eingesetzt. Hierdurch wird zusätzlich erreicht, daß der erfindungsgemäße
Steuerstoff in der Trägerflüssigkeit gut löslich ist und gleichzeitig ein ausgezeichnetes
Dispergiermittel darstellt, durch welches dem Flüssigentwickler gute Stabilität verliehen
wird.
[0015] Erfindungsgemäße Steuerstoffe haben eine vorteilhaft niedrige elektrische Leitfähigkeit.
Sie können deshalb dem Flüssigentwickler in hoher Konzentration zugefügt werden, ohne
daß störende Leitfähigkeitswerte erreicht werden. Sie greifen andererseits Photoleiterschichten,
welche aus Selen bestehen oder dieses enthalten, nicht an.
[0016] Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ladungssteuerstoffes können neben den Komponenten
der Methacrylsäureester und des N-Vinyl-2-pyrrolidons auch kleinere Mengen anderer
Monomerer mitverwendet werden. Hier sind Monomere geeignet, die Acrylmonomere mit
polarer Seitengruppe.darstellen, wie Methacrylsäure, Acrylsäureamid oder Hydroxyalkylmethacrylat.
Sie werden in-Mengen bis zu 5 Gewichtsprozent einpolymerisiert.
[0017] Andererseits, so wurde gefunden, sind als weitere Monomerkomponente auch Methacrylsäureester
mit einer Alkoholkomponente mit höchstens 6 Kohlenstoffatomen geeignet, wobei das
Co
poly- mer bis zu 30 Gewichtsprozent des kurzkettigen Methacrylsäureesters enthält.
[0018] Die Copolymerisate lassen sich durch Erwärmen einer Lösung von N-Vinyl-2-pyrrolidon
und der Methacrylsäureesterkomponente in Stickstoffatmosphäre unter Rühren in Gegenwart
eines Polye merisationsstarters herstellen. Als Starter kann z. B. Azoisobuttersäuredinitril
(AIBN) verwendet werden. Die Polymerisationstemperatur richtet sich nach der Art des
Starters. So wird mit AIBN vorzugsweise im Bereich von etwa 70 bis 90°C gearbeitet.
[0019] Die Polymerisation erfolgt in einem Lösungsmittel, das vorzugsrweise der gleiche
aliphatische Kohlenwasserstoff ist, der auch später Hauptbestandteil der Trägerflüssigkeit
ist. Falls sich eine Polymerisationskomponente hierin nicht löst, kann man selbstverständlich
die Polymerisation auch in einem anderen Lösungsmittel, z. B. Toluol, ablaufen lassen.
Anschließend wird dann das verwendete Lösungsmittel abgezogen und das zurückbleibende
Polymerisat in dem aliphatischen Kohlenwasserstoff gelöst.
[0020] Die beste Steuerwirkung zeigen Polymerisate,die nur trüb löslich sind. Die Trübungen
werden vermutlich verursacht durch hohes Molekulargewicht oder auch durch einsetzende
Pfropfpolymerisation von unverbrauchtem N-Vinyl-2-pyrrolidon auf die gebildete Mischpolymer-Kette.
[0021] Der erfindungsgemäße Ladungssteuerstoff eignet sich zur Hezstellung aller Arten von
Flüssigentwicklern. So kann man z. B. in der Polymer-Lösung blanke Ruße dispergieren,
anschließend Fixierstoffe - wie lösliche Harze oder Polymerorganosole - und eventuell
eine weitere Menge an Ladungssteuerstoff zusetzen, Anstelle des Rußes kann man auch
geharzte, geflushte oder mit Polymeren gepfropfte Ruße oder auch andere Pigmente einsetzen.
In jedem Fall bewirken die erfindungsgemäßen Steuermittel klare negative Aufladung
der Pigmentteilchen.
[0022] Als Zusätze können die Flüssigentwickler zum Beispiel Wachse enthalten, die das Sedimentationsverhalten
des Flüssigentwicklers oder die Wischfestigkeit der entwickelten Bilder günstig beeinflussen.
Diese Zusätze werden im allgemeinen in dem Pigmentanteil entsprechenden Mengen eingesetzt.
[0023] Es hat sich gezeigt, daß erfindungsgemäß geringere Mengen eingesetzt werden können
und günstige Wirkungen hervorrufen. So wird die Lebensdauer eines Flüssigentwicklers
im Gebrauch wesentlich verbessert, wenn nur O,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Pigment,
an halogenhaltigen Wachsen anwesend sind.
[0024] Als halogenhaltige Wachse eignen sich besonders hochchlorierte oder fluorierte Paraffine,
wobei die letzteren durch thermischen Abbau von Polytetrafluoräthylen gewonnen werden
und in aliphatischen Kohlenwasserstoffen löslich sind.
Beispiele
[0025] In den Beispielen 1 - 8 wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Ladungssteuerstoffs
beschrieben. Die Beispiele 9 bis 12 betreffen hiermit hergestellte Flüssigentwickler.
Beispiel 1
[0026] In einem mit Rührwerk, Rückflußkühler, Thermometer und Gaseinleitungsrohr versehenen
500 ml 4-Halskolben werden 100 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs, Siedebereich
160 - 180°C, 70 g 2-Äthylhexylmethacrylat, 10 g N-Vinyl-2-pyrrolidon und 0,3- g AIBN
eingefüllt. Die Mischung wird unter Rühren 10 Minuten lang bei Raumtemperatur mit
Stickstoff gespült, dann in Stickstoffatmosphäre in einem Glycerinbad erwärmt. Die
Polymerisationsdauer beträgt 6 Stunden bei einer Badtemperatur von 80°C. Die resultierende
Copolymerisatlösung ist fast klar.
Beispiel 2
[0027] Ein nach Beispiel 1 ausgerüsteter 21 4-Halskolben wird beschickt mit 600 g eines
aliphatischen Kohlenwasserstoffs, Siedebereich etwa 160 - 180°C, 390 g 2-Äthylhexylmethäcrylat,
90 g N-Vinyl-2-pyrrolidon und 1,8 g AIBN. Nach zehnminütigem Spülen mit Stickstoff
wird 5 Stunden lang bei 80°C polymerisiert. Die resultierende viskose Polymerlösung
ist trüb.
Beispiel 3
[0028] Beispiel 1 wird wiederholt mit folgender Mischung: 100 g des aliphatischen Kohlenwasserstoffs,
62,5 g-2-Äthyl- hexylmethacrylat, 17,5 g N-Vinyl-2-pyrrolidon und 0,3 g AIBN. Die
Polymerisationsdauer beträgt 5 Stunden. Es ergibt sich eine trübe Polymerlösung.
Beispiel 4
[0029] In der in Beispiel l beschriebenen Apparatur werden 100 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs,
Siedebereich etwa 160 - 180°C, 65 g 2-Äthylhexylmethacrylat, 15 g N-Vinyl-2-pyrrolidon
und 0,3 g AIBN unter Stickstoffatmosphäre bei ansteigender Temperatur gerührt. Das
Heizbad wird je l Stunde lang auf 65, 70, 75, 80, 85 und 90°C gehalten.
[0030] Die entstehende Polymerlösung hat fast die gleichen Eigenschaften wie die Lösung
nach Beispiel 2.
Beispiel 5
[0031] In der Apparatur nach Beispiel 1 wird folgende Mischung 5 Stunden lang bei 80°C unter
Stickstoff polymerisiert. 100 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs, 65 g Dodecylmethacrylat,
15 g N-Vinyl-2-pyrrolidon und 0,3 g AIBN. Es entsteht eine schwachtrübe Polymerlösung.
Beispiel 6
[0032] 100 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs. Siedebereich 160 - 180°C, 65 g 2-Äthylhexylmethacrylat,
13 g N-Vinyl-2-pyrrolidon, 2 g 2-Hydroxypropylmethacrylat und 0,3 g AIBN werden in
der Apparatur nach Beispiel 1 4 1/2 Stunden lang bei 80°C polymerisiert. Die zur Gelatinierung
neigende Polymerlösung wird noch warm mit dem verwendeten aliphatischen Kohlenwasserstoff
auf ein Gesamtvolumen von 400 ml aufge- füllt. Die Polymerlösung zeigt schwache Trübung.
Beispiel 7
[0033] 100 g eines aliphatischen Kohlenwassetstoffs,.65 g 2-Äthyl- hexylmethacrylat, 14,5
g N-Vinyl-2-pyrrolidon, 0,5 g Methacrylsäure und 0,3 g AIBN werden 4 1/2 Stunden lang
bei 80°C polymerisiert. Es entsteht eine klare Polymerlösung.
Beispiel 8
[0034] 300 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs, 68,2 g Stearylmethacrylat, 40 g N-Vinyl-2-pyrrolidon
und 0,3 g AIBN werden 5 Stunden lang bei 80°C polymerisiert. Man erhält eine milchig-trübe
Polymerlösung.
Beispiel 9
[0035] In einer Rührwerkskugelmühle Molinex PE 5 (Firma Netzsch, Selb) werden 36 g Russ
mit 162 g Polymerlösung nach Beispiel 2 und 300 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs,
Siedebereich 175- 190°C, 3 Stunden lang vermahlen. Gegen Ende des Mahlprozesses werden
noch 450 g des Kohlenwasserstoffs hinzugefügt
[0036] 300 g der so gewonnenen Rußdispersion werden verrührt mit 100 g einer organischen
Polymerdispersion nach DT-AS 21 14 773 Beispiel 2, und mit weiteren 120 g Polymerlösung
nach Beispiel 2 dieser Anmeldung, Durch Verdünnen der Mischung mit ; 13 1 eines aliphatischen
Kohlenwasserstoffs, Siedebereich 160 - 180°C, wird ein Flüssigentwickler gewonnen,
der. positive Ladungsbilder sauber entwickelt.
Beispiel 10
a) Herstellung eines gepfropften Russes
[0037] In einer Rührwerkskugelmühle Molinex PE 5 mit abgedichtetem mit Rückflußkühler, Tropftrichter
und mit Gaseinleitun
gs-rohr versehenem Mahlbehälter werden 36 g Russ in 43,8 g Polymerlösung aus Beispiel
2 und in 300 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs, Siedebereich 175 - 190°C innerhalb
1/2 Stunde dispergiert. Die Suspension wird versetzt mi 109,5 g Dodecylmethacrylat,
9,6 g Vinylacetat, 6,3 g Styrol, 1,2 g Methacrylsäure und 0,23 g AIBN. Nach Verdrängen
der Luft durch Stickstoff wird die Pfropfpolymerisation durch Erwärmen des Mahlbehälters
auf 80°C eingeleitet. Nach 3 1/2 Stunden bei 80°
C wird die Polymerisation durch langsames Abkühlen des Behälters auf ca. 30 C.gestoppt.
Die Suspension des gepfropften Russes wird schließlich
[0038] mit weiteren 450 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs, Siedebereich 175 - 190°C,
verdünnt.
b) Flüssigentwickler
[0039] 60 g der hergestellten Pfropfrußsuspension werden mit 20 g der in Beispiel 1 erwähnten
organischen Polymerdispersion und mit weiteren 10 g Polymerlösung nach Beispiel 2
verrührt. Durch Verdünnen mit 2,5 1 eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs, Siedebereich
160 - 180°C, wird ein guter Negativflüssigentwickler gewonnen.
Beispiel 11
[0040] Man teigt 72 g Ruß an mit 60Q g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs, Siedebereich
175 - 190°C, und 100 g einer käuflichen 40 %igen Lösung eines Terpolymeren aus 76
% Dodecylmethacrylat, 20 % Methylmethacrylat und 4 % N-Vinyl-2-pyrrolidon in Neutralöl.
Nach mehrstündiger Lagerung vermahlt man die Mischung bei 80°C in einer Rührwerkskugelmühle
Molinex PE 5. Gegen Ende des dreistündigen Dispergierprozesses kühlt man auf Zimmertemperatur
ab und fügt noch weitere 900 g des Kohlenwasserstoffes hinzu.
[0041] 1350 g der gewonnenen Ruß-Dispersion werden verrührt mit 60 g der oben genannten
käuflichen Terpolymer-Lösung, 1350 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs mit Siedebereich
160 180°C und 12 g einer gesättigten Lösung eines chlorierten Paraffins mit 70 % Chloranteil
im gleichen Kohlenwasserstoff.
[0042] Beim Verdünnen des so hergestellten konzentrierten Toners mit aliphatischem Kohlenwasserstoff
im Verhältnis 1 ; 12 erhält man einen gut kopierenden Negativ-Entwickler.
Beispiel 12
[0043]

[0044] 3 1/2 Stunden lang in einer Rührwerkskugelmühle Molinex PE 5 vermahlen. Gegen Ende
des Mahlvorganges verdünnt man langsam mit weiteren

[0045] Aus dem so gewonnenen Toner-Konzentrat erhält man durch Verdünnen mit der ca. 12-fachen
Menge des letztgenannten aliphatischen Kohlenwasserstoffes einen Entwickler der mehr
als 10.000 gute Kopien liefert; ohne Polytetrafluoräthylen-Wachs kopiert der Entwickler
nach 1.000 Kopien nicht mehr ganz grundfrei.
1. Flüssigentwickler für die Entwicklung elektrostatischer Ladungsbilder, bestehend
aus einer elektrisch isolierenden Trägerflüssigkeit, in welcher Pigment bzw. Farbstoff,
harzförmiges Bindemittel, Ladungssteuerstoff und übliche Zusätze dispergiert oder
gelöst sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungssteuerstoff ein in der Trägerflüssigkeit
lösliches Copolymerisat ist, welches aus 1 - 50 Gew.-% N-Vinyl-2-pyrrolidon und 50
- 99 Gew.-% Methacrylsäureester besteht.
2. Flüssigentwickler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungssteuerstoff
ein Copolymerisat ist, welches wenigstens aus 15 - 40 Gew.-% N-Vinyl-2-pyrrolidon
und 60 - 85 Gew.-% Methacrylsäureester besteht.
3. Flüssigentwickler nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Methacrylsäureester
eine Alkohol-Komponente besitzt, die aus mindestens 6 Kohlenstoffatomen besteht.
4. Flüssigentwickler nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat
2-Äthyl-hexylmethacrylat enthält.
5. Flüssigentwickler nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat
Dodecylmethacrylat enthält.
6. Flüssigentwickler nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat
Octadecylmethacrylat enthält.
7. Flüssigentwickler nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungssteuerstoff
ein Copolymerisat ist, das zusätzlich ein Acrylmonomeres enthält.
8. Flüssigentwickler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß der Ladungssteuerstoff
ein Copolymerisat ist, das zusätzlich ein Acrylmonomeres mit polarer Seitengruppe
enthält.
9. Flüssigentwickler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß das Copolymerisat
bis zu etwa 5 Gew.-% eines Acrylmonomeren mit polarer Seitengruppe enthält.
10. Flüssigentwickler nach Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Acrylmonomere
mit polarer Seitengruppe aus der Reihe der Methacrylsäure, Acrylsäureamid oder Hydroxyalkylmethacrylat
ausgewählt ist.
11. Flüssigentwickler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichne daß der Ladungssteuerstoff
ein Copolymerisat ist, das zusätzlich einen Methacrylsäureester mit einer Alkoholkomponente
enthält, die höchstens 6 Kohlenstoffatome enthält.
12. Flüssigentwickler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Copolymerisat
bis zu etwa 30 Gew.-% an kurzkettic Methacrylsäureester enthält.
13. Flüssigentwickler nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,1
bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Pigment bzw. Farbstoff, an halogenhaltigem Wachs enthält.
14. Flüssigentwickler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er als halogenhaltiges
Wachs ein hochchloriertes Paraffin enthält.
15. Flüssigentwickler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er als halogenhaltiges
Wachs ein fluoriertes Paraffin enthält.
16. Ladungssteuerstoff aus einem Copolymerisat, welches aus 1 - 50 Gew.-% N-Vinyl-2-pyrrolidon
und 50 - 99 Gew.-% Meth- .acrylsäureester besteht, zur negativen Aufladung von Pigmentteilchen.