DE3225836A1

DE3225836A1 - Mittels einer heizwalze durchgefuehrtes fixierverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3225836A1
Application number: DE19823225836
Authority: DE
Inventors: Takahira Hachioji Tokyo Kasuya; Michio Mogi
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1981-07-10
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3225836C2; GB2104841B; GB2104841A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig _ζ Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt

Or phil. G. Henkel. München Dipl.-Ing. J. Pfenning, Berlin Dr. rer. nat. L. Feiler. München Dipl -Ing. W. Hänzel. München Dipl.-Phys. K. H. Meinig. Berlin Dr. Ing. A. Butenschon. Berlin

Möhlstraße 37
D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme ellipsoid

103,285/81 Dr. P/ab
9. Juli 1982

KONISHIROKU PHOTO INDUSTRY CO., LTD. Tokio, Japan

Mittels einer Heizwalze durchgeführtes Fixierverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

5 Mittels einer Heizwalze durchgeführtes Fixlerverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fixieren eines Tonerbildes, insbesondere ein Fixierverfahren für Tonerbilder besserer Haltbarkeit und Wiedergabetreue, sowie eine mit einer Reinigungswalze ausgestattete Fixiervorrichtung, der nicht kontinuierlich von außen her ein Formtrennmittel zugeführt werden muß.

Bei elektrostatographischen Kopiervorrichtungen, z.B. elektrophotographischen Kopiervorrichtungen, gibt es die verschiedensten Fixiereinrichtungen für das auf dem Aufzeichnungsmaterial befindliche Tonerbild. So enthalten beispielsweise bekannte Kopiergeräte Kontaktheizfixiereinrichtungen, beispielsweise in Form einer drehbaren Heizwalze mit eingebauter Heizquelle und einer sich in dieselbe Richtung wie die Heizwalze drehenden und mit der Heizwalze in Druckkontakt befindlichen Druckwalze. Solche Einrichtungen zeichnen sich durch einen hohen Heizgrad und ihre fehlende Feuergefährlichkeit aus.

Trotz seiner unbestrittenen Vorteile ist das Kontaktheizfixiersystem mit folgenden Nachteilen behaftet: Da das Tonerbild und die zum Fixieren benötigte Heizwalze miteinander in Berührung gelangen, lagert sich bei längerer Betriebsdauer auf der Heizwalze Toner ab

l und gelangt von dort unter Fleckenbildung auf das

nächste Aufzeichnungsmaterial mit darauf befindlichem Tonerbild. Darüber hinaus kann sich das Aufzeichnungsmaterial um die Heizwalze herumwickeln und daran festkleben, da die Harzkomponente des Toners auf der Oberfläche der Heizwalze aufgeschmolzen wird. Folglich muß der auf der Heizwalze abgelagerte Toner entfernt werden. Zu diesem Zweck benutzt man Säuberungsmittel, wie Reinigungsbänder, Reinigungsklingen, Reinigungswalzen u.dgl. Da aber der von dem Reinigungsmittel aufgenommene Toner auch von diesem wieder entfernt werden muß, benötigt man entweder zusätzliche Reinigungsmittel oder man muß die Reinigungswalze häufig ersetzen.

Es gibt auch bereits Fixiersysteme, bei denen die Ablagerung von Toner auf der zum Fixieren verwendeten Heizwalze verhindert wird. So ist beispielsweise ein derartiges System bekannt, bei welchem der Heizwalze zur Verhinderung einer Tonerablagerung laufend ein Formtrennmittel in Form eines niedrigviskosen Silikonöls einer Viskosität von etwa 30 - 1000 mm /s zugeführt wird. Vorteilhaft an diesem System ist, daß die Tonerablagerung auf der Heizwalze reduziert wird und sich Kopien ohne Verwendung einer Reinigungswalze herstellen lassen. Nachteilig ist, daß man zusätzlich eine Zufuhreinrichtung für das Silikonöl benötigt, daß verspritztes öl die Vorrichtung verschmutzt, daß eine gleichmäßige ölzufuhr Schwierigkeiten bereitet und daß unter Verschmutzung des zu fixierenden Bildes eine Tonerablagerung an Stellen erfolgt, an denen das öl ungleichmäßig vorhanden ist.

Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Fixierverfahren zum gleichmäßigen und dauerhaften Fixieren von Tonerbildern zu schaffen, bei dem nicht dauernd von außen

her ein Formtrennmittel zugeführt werden muß, das sich durch einen hohen Wärmeübertragungsgrad auszeichnet, das mit hoher Geschwindigkeit durchführbar ist und das schließlich qualitativ hochwertige, fleckenfreie fixierte Bilder liefert. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung eines solchen Fixierverfahrens geeignete Fixiervorrichtung zu entwickeln.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Wärmefixieren eines auf einem Aufzeichnungsmaterial befindlichen Tonerbildes mit Hilfe einer Heizwalze, die mit einem ein hochviskoses Formtrennmittel aufweisenden Reinigungsmittel in Druckkontakt steht. Als hochviskoses Formtrennmittel wird hierbei ein solches einer Viskosität, bestimmt bei einer Temperatur von 25⁰C,

von 1500 - 300 000, vorzugsweise von 2000 - 60 000 mm /s verwendet. Das Tonerbild wird mit Hilfe eines Toners erzeugt, der als Harzbindemittel ein Homo- oder Mischpolymerisat eines Styrole (im folgenden als "Styrolharz" bezeichnet) mit mindestens 10 Gew.-% einer hochmolekularen Komponente eines Molekulargewichts von 100 000 und/oder ein Polyesterharz mit mindestens 5 Gew.-% einer in Chloroform unlöslichen Komponente

25 enthält.

Bei dem erfindungsgemäßen Fixierverfahren handelt es sich um ein mittels einer Heizwalze durchgeführtes Kontaktwärmefixierverfahren, das sich durch einen hohen Wärmeübertragungsgrad auszeichnet und zum Hochge-· schwindigkeitskopieren eignet. Das Fixieren des Tonerbildes erfolgt in qualitativ hochwertiger Weise und läßt sich über längere Zeit hinweg ohne Störungen gewährleisten. Dies ist auf das Zusammenwirken zwischen Reinigungsmittel mit hochviskosem Formtrennmittel und

dem zur Herstellung des Tonerbildes verwendeten Toner, der ebenfalls ein Formtrennmittel enthält, zurückzuführen.

In der erfindungsgemäßen Fixlervorrichtung sind eine Heizwalze und eine damit zusammenarbeitende Druckwalze zum Fortbewegen des ein Tonerbild tragenden Aufzeichnungsmaterials und Wärmefixieren des Tonerbildes vorgesehen, wobei mit der Heizwalze ein Reinigungsmittel mit (auf seiner Reinigungsfläche) einem Fasermaterial mit hochviskosem Formtrennmittel einer Viskosität j bestimmt bei einer Temperatur von 25⁰C, von 15 000 300 000, vorzugsweise von 2 000 - 60 000 mm /s in Druckkontakt gebracht wird.

Die Heizwalze enthält eine hitzebeständige Formtrennschicht aus beispielsweise Polytetrafluorethylen auf der Oberfläche eines Metallkerns mit eingebauter Widerstands- oder Strahlungsheizeinrichtung. Die in Zusammenarbeit mit der Heizwalze zum Anpressen, Fortbewegen und Festhalten des das Tonerbild tragenden Aufzeichnungsmaterials vorgesehene Druckwalze enthält ebenfalls eine Formtrennschicht aus beispielsweise einem Silikonkautschuk auf der Oberfläche eines Metallkerns. Das Säuberungsmittel enthält auf seiner Reinigungsfläche ein Fasermaterial, das mit einem Silikonöl, flüssigem Paraffin u.dgl. einer Viskosität, gemessen bei einer Temperatur von 25 °C, von 1 500 - 300 000, vorzugsweise von 2 000 -

60 000 mm /s imprägniert ist. 30

Erfindungsgemäß eingesetzte Formtrennmittel sind im Handel erhältlich.

Beispiele für Säuberungsmittel sind durch Ankleben von Fasermaterialien an Papier, Gewebe, vorzugsweise wärme-

8 ^1O

beständige Gewebe oder Kunststoffilme hergestellte Reinigungsbänder oder durch Beschichten von Metallkernen mit hitzebeständigen Fasern oder porösen flexiblen Kunststoffen hergestellte Reinigungsmittel. Letztere erhält man beispielsweise durch Ausbilden einer porösen und vorzugsweise hitzebeständigen flexiblen Schicht, z.B. aus einem Silikonschaumstoff, und Anordnen eines hitzebeständigen Fasermaterials, z.B. eines filzförmig ausgebildeten Polyester- oder Polyamidmaterials oder eines aus einer hitzebeständiggemachten üblichen Kunstoder Naturfaser bestehenden Fasermaterials auf dem Silikonschaumstoff.

Die flexible Schicht und/oder die Fasermaterialschicht ist (sind) vorher mit dem hochviskosen Formtrennmittel imprägniert. Der Bereich, der mit der Heizwalze in Berührung gelangt, wird beim Erwärmen weich, so daß auf die Heizwalze eine extrem dünne Formtrennmittelschicht appliziert wird. Somit wird lediglich die erforderliche Menge an Formtrennmittel gleichmäßig auf die Heizwalze als Ganzes appliziert. Auf diese Weise läßt sich die Ablagerung von Toner vom Tonerbild auf der Heizwalze beträchtlich vermindern. Selbst wenn Toner an der Heizwalze haften bleibt, läßt er sich mit Hilfe des Säuberungsmittels, das mit dem hochviskosen Formtrennmittel benetzt ist, ohne Schwierigkeiten abstreifen. Auf diese Weise wird die Reinigungs- oder Säuberungswirkung verbessert und die mögliche Betriebsdauer bzw. Haltbarkeit des Säuberungsmittels verlängert. Darüber hinaus ist

³^ der Kontakt des einfach aufgebauten Säuberungsmittels mit der Heizwalze verbessert, so daß eine wirksame und gleichmäßige Reinigung der letzteren möglich wird.

Pro Einheitsvolumen des mit dem Formtrennmittel imprägnierten Säuberungsmittels, z.B. des Fasermaterials und/

oder einer biegsamen Schwammschicht, sollten der Reinigungswalze vorher bis zu 0,5 g» vorzugsweise mindestens 0,02 g zugeführt werden. In der Regel werden in einer 30 cm langen Reinigungswalze 5-5Og Formtrennmittel

5 untergebracht.

Die Menge des von der Reinigungswalze übertragenen und auf die Heizwalze applizierten Formtrennmittels hängt von der Temperatur der Heizwalze, der Lineargeschwindigkeit, der Heiz- und Säuberungswalzen, ihrer Drehrichtung und der Art und Viskosität des Formtrennmittels ab. Vorzugsweise sollte Jedoch diese Menge von 1 χ 10"^ t-s 1 χ 10 g/cm² reichen.

Wenn einmal genügend Formtrennmittel an Ort und Stelle untergebracht ist, kann man viele hunderttausend Kopien herstellen, ohne die Reinigungswalze ersetzen zu müssen. Ein Ersatz bzw. Austausch der Reinigungswalze ist erst nach vollständigem Verbrauch des Formtrennmittels notwendig. Die Reinigungswalze kann nach ihrer Säuberung und erneutem Füllen mit Formtrennmittel wieder verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Säuberungsmittel ist die Oberflächenschicht mit Fasermaterial beaufschlagt. Durch das Fasermaterial hindurch wird das Formtrennmittel (der Heizwalze) zugeführt. Die einzelnen Fasern -bilden hierbei über die Kapillarwirkung den Zufuhrweg für das Formtrennmittel, so daß das Formtrennmittel extrem glatt und gleichmäßig (an der Heizwalze) abgeliefert wird. Da das Fasermaterial darüber hinaus mit der Heizwalze nur in schwache Berührung gelangt, wird die Heizwalzenoberfläche nicht beschädigt.

Die Erfindung wird später anhand der Zeichnungen noch

näher erläutert. Im einzelnen zeigen die Figuren 1 und 2 Querschnitte der erfindungsgemäß bereitgestellten Fixiervorrichtung.

Wenn das erfindungsgemäß eingesetzte Säuberungsmittel mit dem darin enthaltenen hochviskosen Formtrennmittel mit der Heizwalze in Druckkontakt gelangt, wird das Formtrennmittel durch die Wärme weich und gleichmäßig in dünner Schicht auf die sich drehende Oberfläche der Heizwalze appliziert, wobei eine Oberfläche entsteht, an der der Toner kaum haften kann. Das verwendete Formtrennmittel besitzt eine hohe Viskosität, nämlich eine solche von 15 000 - 300 000 mm /s, vorzugsweise von 2 000 - 60 000 mm /s. Wegen seiner hohen Viskosität wird das Formtrennmittel dauerhaft in dem Säuberungsmittel festgehalten, d.h. es kommt zu keiner Verschmutzung oder Verunreinigung der Vorrichtung und der damit verbundenen Instrumente infolge Leckage bzw. Austreten des Formtrennmittels (aus dem Säuberungsmittel). Da das Formtrennmittel hochviskos ist, ist die auf die Heizwalze applizierte Menge (desselben) gering, d.h. das Formtrennmittel läßt sich in extrem dünner Schicht applizieren. Dies hat zur Folge, daß eine sehr begrenzte Menge an in dem Säuberungsmittel enthaltenem Formtrennmittel wirksam über lange Zeit hinweg eingesetzt werden kann.

Wenn die Viskosität des Formtrennmittels 15 00 mm /s unterschreitet, kommt es zu einem Austreten desselben aus dem Säuberungsmittel, wobei die Reinigungswirkung frühzeitig verloren geht. Wenn andererseits die Viskosität 300 000 mm /s übersteigt, bereitet das Einbringen des Formtrennmittels in das Säuberungsmittel Schwierigkeiten. Andererseits läßt sich in letzterem Falle auf die Heizwalze nur eine so geringe Menge Form-

trennmittel applizieren, daß es zu einer erhöhten Verunreinigung der Heizwalze durch Toner kommt und die Betriebsdauer bzw. Haltbarkeit des Säuberungsmittels schlechter wird.
5

Da das Formtrennmittel hochviskos ist, wird der auf der Heizwalze "eingefangene" Toner ohne Schwierigkeiten durch die hochviskose Formtrennmittelschicht des Reinigungsmittels gesammelt, wodurch eine verbesserte Reinigungswirkung erzielt wird. Da andererseits die auf die Heizwalze zu applizierende Formtrennmittelschicht extrem dünn ist, kommt es im Prinzip (immer noch) zu einer Tonerablagerung aus der Heizwalze. Diese Schwierigkeiten lassen sich jedoch lösen, wenn man den Toner als solchen (ebenfalls) mit Formtrenneigenschaften ausstattet.

Erfindungsgemäß wird das hochviskose Formtrennmittel in dem Säuberungsmittel, z.B. einer Reinigungsklinge, einem Reinigungsband, einer Reinigungswalze u.dgl. untergebracht. Bevorzugt werden Reinigungswalzen, da sie eine hohe Starrheit und Stabilität besitzen und einfach einsetzbar sind. Reinigungsklingen bestehen aus dünnen Metallblechen bzw. dünnen Kunststoff-, Kautschuk- oder Gewebelagen, die mit dem hochviskosen Formtrennmittel, z.B. einem SilikonÖl, einem flüssigen Paraffin oder einem flüssigen Wachs, insbesondere einem Silikonöl imprägniert oder beschichtet sind. Säuberungsbänder bestehen aus Papier, Gewebe u.dgl., vorzugsweise aus einer hitzebeständigen Faserlage, die mit dem Formtrennmittel imprägniert ist.

Im Falle von Reinigungswalzen wird das mit dem hochviskosen Formtrennmittel zu imprägnierende Säuberungsmi.ttel, z.B. ein flexibles SiIikonschaumstoffstück, um die Man-

telfläche eines Metallkerns herumgelegt und dann mit einer hitzebeständigen Fasermaterialschicht, z.B. einer Polyamid- oder Polytetrafluorethylenfaserschicht versehen. Diese flexible Säuberungsmittelschicht und die Fasermaterialschicht werden dann mit dem hochviskosen Formtrennmittel imprägniert. Die Imprägnierung mit dem Formtrennmittel erfolgt in einer Menge von bis zu 0»5 g» vorzugsweise von mindestens 0,02 g pro cm Trägerfläche. Das Formtrennmittel wird letztlich entsprechend möglichen Temperaturänderungen der Heizwalze, den Lineargeschwindigkeiten der Heiz- und Reinigungswalzen, den Drehrichtungen der beiden Walzen und der Art und Viskosität des Formtrennmittels auf die Heizwalze appliziert. Im Falle eines üblichen Kopiergeräts kann der Kopiervorgang hunderttausende Male ohne Schwierigkeiten wiederholt werden, ohne daß die Reinigungswalze ersetzt werden muß, solange lediglich die maximal mögliche Menge an hochviskosem Silikonöl in das Säuberungsmittel eingebracht ist.

20

Wenn das Formtrennmittel vollständig verbraucht ist, kann die Walze ersetzt werden. Wie bereits ausgeführt, kann die Reinigungswalze nach ihrer Säuberung und erneuten Füllung mit Formtrennmittel wieder verwendet

25 werden.

Ein erfindungsgemäß zu fixierendes Tonerbild wird wie folgt hergestellt: Zunächst wird auf einer elektrostatischen Aufzeichnungsschicht in Form einer dielektrisehen und photoleitfähigen lichtempfindlichen Schicht, z.B. einer lichtempfindlichen Schicht mit einem anorganischen Halbleiter, wie Zink- oder Bleioxid, Quecksilbersulfid, Kadmiumsulfid u.dgl., in einem Harzbindemittel , einer lichtempfindlichen Selenschicht, oder einer organischen lichtempfindlichen Schicht aus einer

Ladungen erzeugenden Schicht mit Perylen, Chlor Diane Blue u.dgl. und einer Ladungen übertragenden Schicht mit einem Oxazol, Diarylalkan u.dgl., durch Aufladen und bildgerechte Belichtung oder durch signalgerechte Aufladung ein elektrostatisches Ladungsbild erzeugt» Dieses wird dann mit Hilfe eines Entwicklers aus Träger und Toner oder eines Entwicklers, der im wesentlichen aus einem magnetischen Toner besteht, in üblicher bekannter Weise, z.B. durch Magnetbürstenentwick- IQ lung, zu einem Tonerbild entwickelt. Erfindungsgemäß zu fixierende Tonerbilder zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß zu ihrer Herstellung ein Toner mit Formtrenneigenschaften verwendet wird.

Erfindungsgemäß zur Ausbildung der Tonerbilder verwendbare Toner enthalten Styrolharze mit einer hochmolekularen Komponente und/oder Polyesterharze mit einer in Chloroform unlöslichen Komponente als Bindemittel sowie ein Pigment und erforderlichenfalls einen Ladungssteuerstoff sowie die Eigenschaften verbessernde Hilfsmittel.

Die hochmolekularen Anteile und in Chloroform unlöslichen Anteile der genannten Harzbindemittel bestehen aus hochmolekularen Polymerisaten und/oder vernetzten Polymerisaten. Sie sind mit den restlichen Komponenten extrem gleichmäßig gemischt. Vorzugsweise sind die einzelnen Komponenten miteinander in Form feinteiliger Latexteilchen oder in molekularer Form gemischt. Vorzugsweise werden synthetisch hergestellte Harze mit sowohl hoch- als auch niedrigmolekularen Komponenten eingesetzt.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Styrolharze mit der hochmolekularen Komponente enthalten mindestens 10 Gew.-96,

vorzugsweise bis zu 60 Gew.-% an hochmolekularer Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000. Wenn der Gehalt an der hochmolekularen Komponente unter 10 Gew.-96 liegt, kommt es beim Aufschmelzen des Toners nur zu einem unzureichenden Verbacken, so daß der Toner während des Fixiervorgangs an der Heizwalze haften bleiben kann. Wenn andererseits der Anteil an der hochmolekularen Komponente 60 Gew.-% übersteigt, werden die Mahleigenschaften sowie die Fixierbarkeit während der Tonerherstellung schlechter.

Die angegebenen Molekulargewichte werden unter folgenden Bedingungen durch Geldurchdringungschromatographie ermittelt: 4 mg einer Probenlösung (mit Tetrahydrofuran als Lösungsmittel) einer Konzentration von 0,2 g/dl werden in eine Säule gefüllt, worin das Lösungsmittel Tetrahydrofuran bei einer Temperatur von 25 ⁰C mit einer Geschwindigkeit von 1 ml/min nach unten strömen gelassen wird. Als zu verwendende Säulen werden Kombinationen von 10 , -10 , 10-⁵ und -10 verwendet. Die Messung erfolgt mit Hilfe eines handelsüblichen Geldurchdringungschromatographiemeßgeräts.

Die monodispersen Polystyrolstandardproben zur Erstellung der Arbeitskurve bestehen aus handelsüblichen Polystyrolen mit Molekulargewichten von 1 800 000, 860 000, 411 000, 160 000, 98 200, 51 000, 19 800, 10 000 und 4 000. Die in Tetrahydrofuran zum MeßZeitpunkt unlösliche Komponente besitzt ein Molekulargewicht von mindestens 500 000, d.h. es handelt sich hierbei um die erfindungsgemäß benötigte hochmolekulare Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000.

Erfindungsgemäß verwendbare Styrolharze sind beispielsweise Homopolymerisate von Styrolen, Styrol/Butadien-

Mischpolymerisate und Mischpolymerisate aus Styrolen und aliphatischen Monocarbonsäureestern mit a-Methylengruppe.

Die erfindungsgemäß einsetzbaren Styrolharze erhält man durch Homopolymerisation von Styrolen unter Einhaltung geeigneter Polymerisationsbedingungen oder Mitverwendung von Vernetzungsmitteln oder durch Mischpolymerisation von Styrolen mit Butadien oder aliphatischen Monocarbonsäurederivaten mit oc-Methylengruppe, z.B. Acryl- oder MethacrylSäurederivaten.

Polymerisierbare Styrole sind beispielsweise Styrol selbst, o-Methylstyrol) m-Methylstyrol, ρ-Methylstyrol, α-Methylstyrol, ρ-Ethylstyrol, 2,4-Dimethylstyrol, ρ-η-Butylstyrol, p-Dodecylstyrol, p-Methoxystyrol, p-Phenylstyrol, p-Chlorstyrol u.dgl., vorzugsweise Styrol selbst.

Die erfindungsgemäß einsetzbaren Styrol/Butadien-Mischpolymerisate enthalten 70 - 98, vorzugsweise 85 98 Gew.-% Styroleinheiten, Bevorzugt werden Mischpolymerisate aus Styrol selbst und Butadien. Wenn ein Styrol/Butadien-Mischpolymerisat mit weniger als 70 Gew.-% Styroleinheiten verwendet wird, sinkt die Einfriertemperatur des Bindemittels, was zur Folge hat, daß der ein solches Mischpolymerisat enthaltende Toner bei seiner Lagerung oder in der Entwicklungsvorrichtung zu einer kompakten Masse "zusammensintert".

Wenn andererseits ein Styrol/Butadien-Mischpolymerisat mit über 98 Gew.-% Styroleinheiten zum Einsatz gelangt, steigt der Erweichungspunkt des Bindemittels, so daß der Spielraum für die Fixiertemperatur enger wird.

Beispiele für mit den Styrolen mischpolymerisierbare

Acryl- oder Methacrylsäuremonomere sind aliphatische Monocarbonsäureester mit α-Methylengruppe, z.B. Acrylate wie Methyl-, Ethyl-, η-Butyl-, Isobutyl-, Propyl-, n-Octyl-, Dodecyl-, Lauryl-, 2-Ethylhexyl-, Stearyl-, 2-Chlorethyl-, Phenyl- oder Methyl-a-chloracrylat, und Methacrylate, wie Methyl-, Ethyl-, Propyl-, η-Butyl-, Isobutyl-, n-Octyl-, Dodecyl-, Lauryl-, 2-Ethylhexyl-, Stearyl-, Phenyl-, Dimethylaminoethyl- und Diethylaminoethylmethacrylat, Acryl- und Methacrylsäurederivate, z.B. Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid und dergleichen.

Die folgenden Herstellungsbeispiele sollen die Herstellung erfindungsgemäß als Tonerbindemittel verwendbarer Styrolharze näher erläutern.

Herstellungsbeispiel 1 20 ·

Dispersionsmedium

Wasser 180 Gew.-Teile

Monomere

25 ' ■—

Butadien 10 " "

Styrole 90 " "

Divinylbenzol 0,16 " "

30 Emulgator Kaliumsalz einer aliphatischen

Säure 2,2 " ⁿ

Kaliumsalz einer disproportionierten Kolophoniumsäure 2,2 " "

Kaliumphosphat 0,4

l Polymerisationsanspringsystem

Eisen(II)sulfat	,005	Gew.	-Teil
p-Methanhydroperoxid	,02	η	Il
tert.-Dodecylmercaptan	,5	Il	π

Ein mit gasförmigem Stickstoff gespülter, 20 1 fassender Autoklav wird mit einer Masse der angegebenen Zusammensetzung beschickt, worauf bei 5⁰C polymerisiert wird. Nachdem ein Umwandlungsgrad von 70 % erreicht ist, wird zur Beendigung der Polymerisation 0,2 Gew.-Teil N,N^f-Diethylhydroxylamin als Stopper zugesetzt. Dem erhaltenen Latex werden dann 1 Gew.-Teil Stabilisator und Calciumchlorid als Koagulationsmittel für das Polymerisat zugesetzt. Das koagulierte Polymerisat wird entwässert und getrocknet, wobei ein Styrol/Butadien-Harz erhalten wird. Dieses enthält 41 Gew.-% an hochmolekularer Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und besitzt einen nach der Kugel- und

Ringmethode ermittelten Erweichungspunkt von 141⁰C. 20

Herstellungsbeispiel 2

In entsprechender Weise wie im Herstellungsbeispiel 1, jedoch unter Verwendung von 0,16 Gew.-Teil Divinylbenzol und 1,3 Gewo-Teil tert.-Dodecylmercaptan wird ein Latex A eines niedrigmolekularen Harzes hergestellt.

Entsprechend Herstellungsbeispiel 1, jedoch unter Verwendung von 0,16 Gew.-Teil Divinylbenzol und 0,4 Gew.-Teil tert.-Dodecylmercaptan wird andererseits ein Latex B eines hochmolekularen Harzes hergestellt.

Die Latices A und B werden derart gemischt, daß das Feststoffverhältnis 2:1 beträgt. Danach wird die Latex-

mischung entsprechend Herstellungsbeispiel 1 weiterverarbeitet, wobei letztlich ein Styrol/Butadien-Harz erhalten wird. Dieses enthält 28 Gew.-% an hochmolekularer Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und besitzt einen Erweichungspunkt, ermittelt nach der Kugel- und Ringmethode, von 132⁰C.

Vergleichsherstellungsbeispiel 1

Entsprechend Herstellungsbeispiel 1, jedoch unter Verwendung von 0,08 Gew.-Teil Divinylbenzol und 1,3 Gew,-Teil tert.-Dodecylmereaptan wird ein Styrol/Butadien-Harz hergestellt. Dieses enthält 8 Gew.-% an hochmolekularer Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und besitzt einen nach der Kugel- und Ringmethode bestimmten Erweichungspunkt von 125⁰C.

Im folgenden wird die Herstellung eines Styrol/Acryl-

Mischpolymerisats näher erläutert.
20

Herstellungsbeispiel 3

0,1 g eines handelsüblichen, teilweise verseiften PoIyvinylalkohols wird in einem 1 1 fassenden Trennkolben in 100 ml destilliertem Wasser gelöst, worauf in der erhaltenen Lösung ein Monomerengemisch der folgenden Zusammensetzung:

Styrol 70 g

30 " Butylmethacrylat 30 g

Benzoylperoxld 0,4 g

dispergiert und suspendiert wird. Nach dem Spülen der Gasphase mit Stickstoff wird die Temperatur des Reaktionssystems auf 80⁰C erhöht. Danach wird 15 h lang bei der angegebenen Temperatur polymerisiert, wobei ein

Styrol/Acryl-Harz mit 30 Gew.-% an hochmolekularer Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und eines nach der Kugel- und Ringmethode bestimmten Erweichungspunkts von 139⁰C erhalten wird.

Herstellungsbeispiel 4

0,1 g eines handelsüblichen, teilweise verseiften PoIyvinylalkohols werden in einen 1 1 fassenden Trennkolben in 100 ml destilliertem Wasser gelöst, worauf in der erhaltenen Lösung ein Monomerengemisch der folgenden Zusammensetzung (a)

Bestandteile Monomerengemisch

(a) (b) -

Styrole 20 g 50 g

Methylmethacrylat 8 g 20 g

Butylmethacrylat ·- 12 g 30 g

2Q Benzoylperoxid 0,08g 2g

a-Methylstyrol (Dimeres) - 3g

dispergiert und suspendiert wird. Nachdem die Gasphase mit Stickstoff gespült worden war, wird die Temperatur des Reaktionssystems auf 80⁰C erhöht. Danach wird 15 h lang bei der angegebenen Temperatur polymerisiert.

Nach dem Abkühlen auf 4O⁰C wird ein Monomerengemisch (b) der angegebenen Zusammensetzung zugegeben. Danach wird das Gemisch 2 h lang bei 40⁰C gerührt, worauf eine getrennt zubereitete Lösung mit 0,4 g des teilweise verseiften Polyvinylalkohols in 100 ml destilliertem Wasser zugesetzt wird. Nun wird die Temperatur erneut auf 80⁰C erhöht und 8 h lang auf diesem Wert be-

Zl

lassen, wobei ein Styrol/Acryl-Polymerisat mit 33 Gew.-56 an hochmolekularer Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und eines nach der Kugel- und Ringmethode bestimmten Erweichungspunkts von

5 14O°C erhalten wird.

Das im Monomerengemisch (b) verwendete Dimere α-Methyl styrol besteht aus einem Gemisch aus 2,4-Diphenyl-4-methyl-1-penten und 2,4-Diphenyl-4-methyl-2-penten (vgl. US-PS 2 429 719). Verwendet wird davon eine Fraktion eines Brechungsindex von 1,569.

Vergleichsherstellungsbeispiel 2

!5 0,1 g des handelsüblichen, teilweise verseiften PoIyvinylalkohols wird in einem 1 1 fassenden Trennkolben in 100 ml destilliertem Wasser gelöst, worauf in der erhaltenen Lösung ein Monomerengemisch der folgenden Zusammensetzung:

Styrol 50 g

Methylmethacrylat 20 g

Butylmethacrylat 30 g

Benzylperoxid 2 g

²⁵ Dimeres α-Methylstyrol 3 g

dispergiert und suspendiert wird. Nachdem die Gasphase mit Stickstoff gespült worden war, wird die Temperatur des Reaktionssystems auf 80⁰C erhöht. Danach wird 15h lang-bei der angegebenen Temperatur polymerisiert, wobei ein Styrol/Acryl-Harz mit 3 Gew.-% einer hochmolekularen Komponente' eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und eines nach der Kugel- und Ringmethode bestimmten Erweichungspunkts von 120⁰C erhal-

³^ ten wird.

Zl

Erfindungsgemäß kann als Bindemittel in Kombination mit einem Styrolharz der angegebenen Art oder allein auch ein Polyesterharz mit mindestens 5 Gew.-% an in Chloroform unlöslicher Komponente verwendet werden. 5

Als Bindemittel verwendbare Polyesterharze erhält man durch Polykondensation von Polyolen mit.Polycarbonsäuren. Beispiele für verwendbare Polyole sind Diole, wie.Ethylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol, 1,4-Butendiol u.dgl., verätherte Bisphenole, wie Bisphenol A, hydriertes Bisphenol A, polyoxyethyleniertes Bisphenol A, polyoxypropyleniertes Bisphenol A u.dgl., sowie sonstige zweiwertige

15 monomere Alkohole.

Beispiele für Polycarbonsäuren sind Malein-, Mesacon-, Citracon-, Itacon-, Glutaeon -, Phthal-, Isophthal-, Terephthal-, Cyclohexandicarbon-, Bernstein-, Adipin-, Sebacin- und Malonsäure, deren Anhydride, Dimere aus kurzkettigen Alkylestern und Linolensäure sowie Monomere sonstiger organischer Dicarbonsäuren,

Bei der Herstellung der erfindungsgemäß verwendbaren Polyesterharze können neben den genannten difunktionellen Monomeren auch noch tri- oder polyfunktionelle Monomere verwendet werden. Beispiele für als polyfunktionelle Monomere verwendbare mehrwertige Alkohole

³⁰ sind Sorbit, 1,2,3,6-Hexantetrol, 1,4-Sorbitan,

Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Tripentaerythrit, Rohrzucker, 1,2,4-Butantriol, 1,2,5-Pentantriol, Glycerin, 2-Methylpropantriol, 2-Methyl-1,2,4-butantriol, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, 1,3,5-

³⁵ Trihydroxyinethylbenzol und dergleichen.

Beispiele für Tri- oder Polycarbonsäuremonomere sind 1 ,2,4-Benzoltricarbonsäure, 1,2,5-Benzoltricarbonsäure, 1 ,2 ^-Cyclohexantricarbonsäure, 2,5,7-Naphthalintricarbonsaure , 1,2,4-Naphthalintricarbonsäure, 1,2,4-Butantricarbonsäure, 1,2,5-Hexantricarbonsäure, 1,3-Dicarboxyl-2-methyl-2-methylencarboxypropan, Tetra-(methylencarboxyl)-methan, 1,2,7,8-Octantetracarbonsäure, trimere Empolsäure, deren Säureanhydride und dergleichen.

Die genannten tri- oder polyfunktionellen Monomeren können jeweils 30 bis 80 Mol-% der Alkohol- oder Säureeinheiten der Polyester ausmachen.

Die erfindungsgemäß verwendbaren Polyesterharze müssen, wie bereits erwähnt, mindestens 5 Gew.-% an in Chloroform unlöslicher Komponente enthalten. Unter den Ausdruck "in Chloroform unlösliche Komponente" fällt eine Komponente, die nach dem Auflösen einer Probe in Chloroform und Filtrieren der Probe durch das Filterpapier zurückgehalten wird. Die diesbezügliche Bestimmung wird wie folgt durchgeführt:

Zunächst wird die Probe fein vermählen. 5,00 g der pulverförmigen Probe einer Teilchengröße von unter 0,417 mm (40 mesh-Sieb) werden zusammen mit 5,00 g eines handelsüblichen Filterhilfsmittels in einen 150 ml fassenden Behälter gefüllt. Nach Zugabe von 100 g Chloroform wird das Gemisch 5 h lang mittels einer Kugelmühle vermählen, wobei 'die löslichen Anteile der Probe in Lösung gehen.

wird ein Filterpapier Nr.2 eines Durchmessers von 7 cm in ein Druckfiltrationsgefäß eingelegt, worauf auf das Filterpapier gleichmäßig 5,00 g des handelsüblichen Filterhilfsmittels geschichtet werden. Da-

ZS

nach wird das Filterpapier mit einer geringen Menge . Chloroform beträufelt, um es dicht an die eigentliche Filtrationsvorrichtung anzulegen. Schließlich wird die Probe auf das Filterpapier geschüttet. Der ursprüngliehe Behälter wird mit 100 ml Chloroform gewaschen, um an den Behälterwänden haftende Bestandteile abzulösen. Das Waschchloroform mit den darin enthaltenen Bestandteilen wird ebenfalls auf das Filterpapier gegossen. Schließlich wird die obere Klappe der Filtrationsvorrichtung geschlossen und die Filtration durchgeführt. Die Filtration erfolgt unter einem Druck von bis zu 392 kPa. Nach beendetem Chloroformablauf werden weitere 100 ml Chloroform in die Filtrationsvorrichtung gefüllt. Nach dem Waschen des auf dem Filterpapier befindlichen

15 Filterkuchens wird erneut druckfiltriert.

Nach beendeter Filtration werden das Filterpapier und der auf dem Filterpapier befindliche Filterkuchen auf eine Aluminiumfolie gelegt. Diese wird in einen Vakuumtrockner eingebracht, worauf das Ganze 10 h lang bei einem Druck von 13 300 Pa und bei einer Temperatur von 80° bis 100⁰C getrocknet wird. Danach wird das Gesamtgewicht (a) (in g) der trockenen Feststoffe ermittelt. Die in Chloroform unlösliche Komponente χ (in Gew.-%)

25 ergibt sich aus folgender Gleichung:

χ (Gew.-%) = [a (in g) - Gewicht des Filterpapiers (in g)

- Gewicht des Filterhilfsmittels 30 (10,00 g)]

χ 100/Probengewicht (5,00 g).

Die in der geschilderten Weise bestimmte chloroformunlösliche Komponente des Polyesterharzes besteht entweder aus einem hochmolekularen Polymerisat oder einem vernetzten Polymerisat.

Die chloroformunlösliche Komponente bildet sich in bestimmtem gesteuerten Ausmaß durch Wahl geeigneter Bedingungen bei der Polymerisationsreaktion von Alkohol und Carbonsäure oder durch Zusatz eines geeigneten Ver-

5 netzungsmittels zu dem Reaktionssystem.

Erfindungsgemäß kann - wie erwähnt - als Bindemittel ein Polyesterharz verwendet werden, dessen in Chloroform unlöslicher Anteil mindestens 5, vorzugsweise 5 bis 25 Gew.-96 beträgt. Wenn ein Polyesterharz mit weniger als 5 Gew.-9<> an Chloroformunlöslichem verwendet wird, verschlechtert sich das Aggregationsverhalten, d.h. die Viskoelastizität, des fertigen Toners beim Aufschmelzen, so daß der Toner an der Heizwalze haften bleiben kann. Wenn andererseits der Anteil an Chloroformunlöslichem in dem Polyesterharz 25 Gew.-% übersteigt, steigt der Erweichungspunkt des Polyesterharzes so stark an, daß die Mahleigenschaften und Fixierbarkeit während der Tonerherstellung schlechter werden.

Im folgenden wird die Herstellung erfindungsgemäß verwendbarer Polyesterharze näher erläutert.

25 Herstellungsbeispiel 5

299 g Terephthalsäure, 211 g Polyoxypropylen(2.2)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)-propan und 82 g Pentaerythrit werden*in einen mit einem Thermometer, einem Rührer aus rostfreiem Stahl, einem Glasrohr zum Einleiten von gas-

förmigem Stickstoff und einem Ablaufkühler ausgestatteten Rundkolben gefüllt, worauf der Kolben in einen Heizmantel eingesetzt wird. Unter Einleiten von gasförmigem Stickstoff in den Kolben durch das Einlaßrohr zur Aufrechterhaltung einer Inertgasatmosphäre im Kolbeninneren

wird der Kolben erwärmt. Nach Zugabe von 0,05 g Dibutyl-

zinnoxid wird bei 200⁰C polykondensiert. Die Polykondensation wird über die Ermittlung des Erweichungspunkts des gebildeten Polyesters überwacht. Letztlich wird ein Polyesterharz A mit 17 Gew.-# an in Chloroform unlöslicher Komponente und eines nach der Kugel- und Ringmethode (Japanische Industrie-Standardvorschrift JIS KI351-196O) ermittelten Erweichungspunkts von 131⁰C erhalten.

Herstellungsbeispiel 6 ·

Die Umsetzung erfolgt entsprechend Beispiel 5 bei 20O⁰C unter Verwendung von 828 g Polyoxypropylen(3.3)-2,2-bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 166 g Terephthalsäure und 127 g Benzol-1,2,4-tricarbonsäureanhydrid. Es wird ein Polyesterharz mit 12 Gew.-% an in Chloroform unlöslicher Komponente eines nach der Kugel- und Ringmethode ermittelten Erweichungspunkts von 125⁰C erhalten.

Vergleichsherstellungsbeispiel 3

180 g 1,4-Butandiol, 307 g Terephthalsäure und 38 g Benzol-1,2,4-tricarbonsäure werden entsprechend Her-Stellungsbeispiel 5 reagieren gelassen, wobei ein Polyesterharz mit 2 Gew.-% an in Chloroform unlöslicher Komponente eines nach der Kugel- und Ringmethode ermittelten Erweichungspunkts von 124⁰C erhalten wird.

Wie bereits mehrmals ausgeführt, kann erfindungsgemäß als Bindemittel (für den Toner) allein oder als Mischung ein Styrolharz mit mindestens 10 Gew.-% an hochmolekularer Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und ein Polyesterharz mit mindestens 5 Gew.-# an in Chloroform unlöslicher Komponente verwendet wer-

den. Bei gemeinsamer Verwendung beider Bindemittel kann ein beliebiges Mischungsverhältnis gewählt werden. Da das Polyesterharz stärker negative Ladungseigenschaften aufweist als das Styrolharz, braucht man bei seiner Mitverwendung in einem Bindemittelgemisch keinen Ladungssteuerstoff zuzusetzen.

Zusammen mit den genannten Bindemitteln können erfindungsgemäß die verschiedensten weiteren Zusätze zum Einsatz gelangen. Zur Verbesserung der Formtrenneigenschaften kann man beispielsweise folgende Hilfsmittel mi tve rwenden:

(a) Polyolefine niedrigen Erweichungspunkts.

Unter Polyolefinen sind Olefinhomo- oder -mischpolymerisate mit lediglich Olefinmonomereneinheiten oder Olefin- und sonstigen Monomereneinheiten zu verstehen. Der nach der Kugel- und Ringmethode (JIS K 2531-1960) ermittelte (niedrige) Erwei-

chungspunkt dieser Polyolefine beträgt 80 - 180⁰C, vorzugsweise 100 - 16O⁰C. Polyolefine höheren Erweichungspunkts eignen sich erfindungsgemäß nicht, da sie mit den Harzbindemitteln nur schlecht verträglich und dispergierbar sind. 25

(b) Einen hohen Fließpunkt aufweisende Paraffinwachse.

Vorzugsweise sollte das Paraffinwachs mit dem Bindemittel möglichst gut verträglich sein. Diesen Bedingungen genügen Paraffinwachse relativ hohen Fließpunkts, d.h. eines Fließpunkts von etwa 70 16O°C.

(c) Fließfähige Paraffine.

Hierunter fallen gesättigte oder ungesättigte Paraf-

1 fine, die bei Normaltemperatur flüssig sind.

(d) Silikonlacke.

Beispiele hierfür sind Methylsilikon- und Phenylsilikonlacke.

(e) Aliphatische Fluorkohlenstoffverbindung.

Beispiele hierfür sind Polymere niedrigen Molekulargewichts, z.B. Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen u.dgl.

(f) Fettsäureester.

Beispiele hierfür sind Fettsäureester eines Fp von etwa 30 - 130°C und deren teilweise verseifte Derivate.

(g) Alkylenbis(fettsäureamide).

Geeignet sind Alkylenbis(fettsäureamide) eines Fp von etwa 100° bis etwa 180⁰C.

(h) Höhere Fettsäuren.

Beispiele hierfür sind Laurin-, Myristin-, Palmitin-, Stearin-, öl-, Linol- Ricinol-, Arachidin-, Behen-,

Lignocerin- und/oder Selächoleinsäure.

(i) Metallsalze von Fettsäuren.

(<i) Höhere Alkohole, und zwar ein- oder mehrwertige Alkohole und

(k) fluorhaltige oberflächenaktive Mittel (z.B. solche gemäß der JP-OS 124428/1980).

Diese Hilfsmittel zur Verbesserung der Formtrenneigenschaften können allein oder in Kombination zum Einsatz gelangen. Die Menge an Formtrennmittel im Toner beträgt 1' - 25, vorzugsweise 2-10 Gew.-%. 5

Erfindungsgemäß verwendbare Toner enthalten neben dem Bindemittel ein Pigment und die genannten Hilfsmittel zur Verbesserung der Formtrenneigenschaften und erforderlichenfalls weitere Hilfsmittel zur Verbesserung weiterer Eigenschaften. Soll der Toner magnetisch sein, kann zusammen mit dem oder anstelle des Pigment(s) eine magnetische Substanz zugegeben werden.

Beispiele für verwendbare Pigmente sind Ruß (CI.

15 Nr. 77266), Nigrosinfarbstoffe (CI. Nr. 50415B),

Anilinblau (C.I. Nr. 50405), Chalcoylblau (CI. Nr. Azoblau 3), Chromgelb (CI. Nr. 14090), Ultramarinblau (CI. Nr. 77103), Du Pont ölrot (CI. Nr. 26105), Chinolingelb (CI. Nr. 47005), Methylenblauchlorid (CI. Nr. 52015), Phthalocyaninblau (CI. Nr. 74160), Malachitgrünoxalat (CI. Nr. 42000), Lampenruß (CI. Nr. 77266), Rose Bengal (CI. Nr. 45435) und Mischungen hiervon. Die Pigmente müssen in so großer Menge vorhanden sein, daß letztlich ein sichtbares Bild ausreichender Dichte entsteht. In der Regel wird (werden) pro 100 Gew.-Teile Bindemittel 1-20 Gew.-Teil(e) Pigment verwendet.

Beispiele für verwendbare magnetische Substanzen sind ferromagnetische Metalle, wie Nickel, Kobalt und Elsen, wie Ferrit und Magnetit, sowie diese Metalle enthaltende Legierungen oder Verbindungen. Weiterhin können Legierungen ohne ferromagnetische Elemente, die jedoch bei der Wärmebehandlung stark magnetisch werden, Verwendung finden. Beispiele für solche Legierungen sind die sogen.

Whistler-Leglerung mit Mangan und Kupfer, z.B. Mg-Cu-Al- und Ma-Cu-Sn-Legierungen und Chromdioxid. Die magnetischen Substanzen werden in dem Bindemittel gleichmäßig in Form eines feinen Pulvers eines durchschnittlichen Teilchendurchmessers von 0,3-1 μπι dispergiert. Pro 100 Gew.-Teile Toner gelangen 20 - 70, vorzugsweise 40 - 70 Gew.-Teile magnetischer Substanz zum Einsatz.

Bei der Herstellung erfindungsgemäß verwendbarer Toner werden das Harzbindemittel und das Pigment sowie gegebenenfalls der Ladungssteuerstoff und das Hilfsmittel zur Verbesserung sonstiger Eigenschaften miteinander gemischt, dann aufgeschmolzen und in geschmolzener Form verknetet, abgekühlt, gemahlen und zu Tonerteilchen einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5 - 30 μΐη klassifiziert. Andererseits erhält man die Tonerteilchen auch durch Zusatz des Pigments und eines Polymerisationsanspringmittels zu dem (den) Monomeren für das Harzbindemittel, Dispergieren des Ganzen in Form eines feinteiligen Pulvers in einem Dispersionsmedium in Gegenwart eines Dispergiermittels und Polymerisieren des Gemischs zu Tonerteilchen.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Fixiervorrichtung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Die in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Fixiervorrichtung enthält eine erfindungsgemäß ausgebildete Reinigungswalze. In der Fixiervorrichtung dreht sich eine Heizwalze 1 in Pfeilrichtung. Die Heizwalze 1 besteht aus einem hohlen Eisenkern 2 und einer 60 μΐη dicken Polytetrafluorethylenschicht 3 auf der Mantelfläche des hohlen Eisenkerns 2. Im Eisenkern 2 befindet sich eine Heizeinrichtung 4, z.B. in Form einer eingebauten 800 Watt Halogenlampe. Eine Druckwalze 5 dreht sich in

Pfeilrichtung. Die Druckwalze 5 besteht aus einem hohlen Eisenkern 6 und einer auf der Mantelfläche des hohlen Eisenkerns 6 aufliegenden 4 mm dicken Silikonkautschukschicht 7. Der Außendurchmesser der Druckwalze 5 entspricht dem Außendurchmesser der Heizwalze 1 und beträgt 40 mm. Mit der Heizwalze 1 gelangt eine Reinigungswalze 8 in Druckkontakt. Die dur:h die Pfeilrichtung angegebene Drehrichtung der Reinigungswalze 8 ist umgekehrt zur Drehrichtung der Heizwalze 1. Die Reinigungswalze 8 enthält einen Aluminiumkern 10 und eine 4,5 mm dicke elastische Silikonschaumstoffschicht 11 auf der Mantelfläche des Aluminiumkerns 10. Die elastische Silikonkautschukschicht 11 ist mit einer 0,5 mm dicken hitzebeständigen Polyamidfilzschicht 12 bedeckt. Die Reinigungswalze 8 besitzt einen Außendurchmesser von 26 mm. Die elastische Silikonkautschukschicht 11 und die Polyamidfilzschicht 12 sind mit 0,3 g/cnr Trägerfläche eines handelsüblichen SiIikonöls einer Viskosität von 100 000 mm /s imprägniert.

In der in Fig. 1 dargestellten Fixiervorrichtung drehen sich die Heizwalze 1 und die Druckwalze 5 in derselben Richtung mit einer hohen Lineargeschwindigkeit von 220 mm/s. Beide Walzen stehen miteinander in Druckkontakt und bewegen ein ein Tonerbild 13 tragendes Aufzeichnungsmaterial 14 vorwärts. Die Heizwalze 1 weist eine Oberflächentemperatur von 180 - 200⁰C auf und ermöglicht eine Hitzefixierung des Tonerbildes 13. Die Reinigungswalze 8 läuft mit einer Lineargeschwindigkeit von 300 mm/s in die entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung der Heizwalze 1. Ihre Kontaktfläche wird durch die Heizwalze 1 erwärmt, wobei das der Reinigungswalze einverleibte hochviskose Formtrennmittel erweicht wird. Beim Inberührunggelangen mit der Heizwalze trägt die Reinigungswalze eine dünne Schicht des Formtrennmittels

Sl

auf die Oberfläche der Heizwalze auf und säubert dadurch die Heizwalzenoberfläche von darauf befindlichem Toner.

Bei der in Fig. 2 im Querschnitt dargestellten Fixiervorrichtung wird anstelle der Heizwalze 8 in der in Fig. 1 dargestellten Fixiervorrichtung ein Reinigungsband 21 verwendet. Das Reinigungsband 21 wird hierbei mit Hilfe einer Andrückwalze 15 in Druckkontakt mit der Heizwalze 1 gebracht. Die Andrückwalze 15 besteht aus einem Aluminiumkern 16 eines Durchmessers von 12 mm, einer 3»5 mm dicken Silikonschaumstoffschicht.17 und einer 0,5 nun dicken hitzebeständigen Polyamidfilzschicht 18. Die Schichten 17 und 18 sind mit 0,3 g/cm³ Trägerfläche eines handelsüblichen Silikonöls einer Viskosität von 2 000 mm /s imprägniert.

Das etwa 10 m lange Reinigungsband 21 ist bei Kopierbeginn auf eine Vorratsrolle oder -walze 19 eines Durchmessers von 12 mm aufgewickelt. Das Reinigungsband 21 besteht vorzugsweise aus Kunstpapier oder einem hitzebeständigen Fasergewebe aus einer hitzebeständigen Faser, z.B. Nylon·, Tetron, Polyimid, Polyamid und dergleichen. Das auf die Vorratswalze oder -rolle 19 aufgewickelte Reinigungsband 21 erstreckt sich über die Andrückwalze 15 zu einer Aufwickelwalze oder -rolle 20.

Die geschilderten Maßnahmen zum Imprägnieren der Andrückwalze -18 mit dem Formtrennmittel stellen lediglich ein Beispiel dar. Es kann auch auf der Vorratswalze oder -rolle 19 ein mit dem Formtrennmittel imprägniertes Imprägniermittel vorgesehen sein. Ferner kann auch ein mit dem Formtrennmittel imprägniertes Reinigungsband Verwendung finden. Schließlich kann bei dem Reinigungs-

band-Übertragungsverfahren auch eine Zufuhrwalze zur Zufuhr des Formtrennmittels vorgesehen sein.

In einer Fixiervorrichtung der geschilderten Bauweise wird das Reinigungsband 21 mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/s in eine Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung der Heizwalze 1 bewegt, wobei ihre Kontaktfläche durch die Heizwalze 1 derart erwärmt wird, daß das in dem Band enthaltene hochviskose Formtrennmittel weich wird, in das Reinigungsband 21 eindringt und in Form einer dünnen Schicht auf die Heizwalze 1 appliziert wird. Gleichzeitig werden hierbei auf der Heizwalze 1 evtl. vorhandene Tonerflecken (unter Säuberung der Heizwalzenoberfläche) gesammelt.

15

Mit in der im folgenden geschilderten Weise hergestellten neun verschiedenen Entwicklern 1 bis 9 werden bei einer Temperatur von 20⁰C und einer relativen Feuchtigkeit von 60 % Dauerkopiertests durchgeführt. Als Kopiergerät dient ein handelsübliches Kopiergerät. Ferner werden vier verschiedene Fixiervorrichtungen, nämlich die in Fig. 1 und 2 dargestellten Fixiervorrichtungen, eine Fixiervorrichtung gemäß Fig. 1, bei der jedoch die Reinigungswalze nicht mit dem hochviskosen Formtrennmittel imprägniert ist, und eine Fixiervorrichtung gemäß Fig. 2, bei der das Reinigungsband ebenfalls nicht mit dem Formtrennmittel imprägniert ist, verwendet.

Die später folgende Tabelle enthält Angaben über die Anzahl der Kopiervorgänge, bei denen qualitativ hochwertige und fleckenfrei fixierte Bildkopien erhalten werden.

35

1 Herstellung der Entwickler.

Als Bindemittel werden die in den Herstellungsbeispielen 1 bis 6 und Vergleichsherstellungsbeispielen 1 bis erhaltenen neun verschiedenen Harze verwendet. Die Tonerproben Nr. 1, 3 und 4 werden nach folgender Rezeptur (a)

Rezeptur (a)

Harzbindemittel 100 Teile

Ruß 8 Teile

negativer Ladungssteuerstoff 3 Teile,

die Tonerproben Nr. 2, 5 und 6 nach der folgenden Rezeptur (b)

Rezeptur (b)

Harzbindemittel 100 Teile

Ruß . ·. 8 Teile

negativer Ladungssteuerstoff 3 Teile

Polypropylen niedrigen Erweichungspunkts 5 Teile,

die Tonerprobe Nr. 7 nach folgender Rezeptur (c) Rezeptur (c)

25 ———————

Harzbindemittel 100 Teile

Ruß 8 Teile,

und die Tonerproben Nr. 8 und 9 nach folgender Rezep-

30 ^tur

Rezeptur (d)

Harzbindemittel 100 Teile

Ruß 8 Teile

Polypropylen niedrigen Erweichungspunkts 5 Teile

1 hergestellt.

Jeweils 5 Teilen der neun verschiedenen Tonerproben werden 100 Teile pulverförmiger Eisenträger zugesetzt, wobei neun verschiedene Entwickler erhalten werden.

10 15 20 25 30 35

TABELLE

Tonerprobe

Art des Bindemittels
(hergestellt nach ...) Reinigungsmethode

erfindungsgemäß 1 Herstellungsbeispiel 1

erfindungsgemäß 2
Vergleichsprobe 3

erfindungsgemäß 4
Vergleichsprobe 5

Herstellungsbeispiel 2

Vergleichsherstellungsbeispiel 1

Herstellungsbeispiel 3 Herstellungsbeispiel 4

Vergleichsprobe 6 Vergleichsherstellungsbeispiel 2

erfindungsgemäß 7 Herstellungsbeispiel 5 Vergleichsprobe 8 Herstellungsbeispiel 6

Vergleichsprobe 9 Vergleichsherstellungsbeispiel 3 Reinigungswalze mit Formtrennmittel

Reinigungswalze ohne Formtrennmittel

Reinigungswalze mit Formtrennmittel

Reinigungsband mit Formtrennmittel

Reinigungsband ohne Formtrennmittel

Reinigungsband mit Formtrennmittel

Anzahl der erhaltenen Bildkopien	000
85	000
100	000
20	000
80	000
12	000
35	000
50	000
10	OQO
30

J*

Bei den Kopiertests endet die Tonerprobe 7 (Säuberung der Fixiervorrichtung mittels eines Säuberungsbandes) bei 50 000 Kopien. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die verwendete Menge an Formtrennmittel geringer ist als in einer Reinigungswalze (kleine Andrückwalze; Viskosität des Formtrennmittels ist gering). Die Anzahl von Bildkopien kann man in diesem Falle durch Erhöhung des Fassungsvermögens der Andrückwalze steigern.

Aus der Tabelle geht hervor, daß man bei Durchführung des erfindungsgemäßen Fixierverfahrens mehr Bildkopien erhält als bei Durchführung eines Vergleichsfixierverfahrens .

Die Fixiervorrichtung der angegebenen Bauweise ist in ein handelsübliches Kopiergerät eingebaut. Hierbei drehen sich die Heizwalze 1 und die Druckwalze 5 in dieselbe Richtung mit einer Lineargeschwindigkeit von 220 mm/s. Dabei stehen sie in Druckkontakt miteinander.

Bei der Drehbewegung fördern sie das das Tonerbild 13 tragende Aufzeichnungsmaterial 14 vorwärts, wobei das Tonerbild bei 180 - 200⁰C hitzefixiert wird. Die Reinigungswalze 8 dreht sich mit einer Lineargeschwindigkeit von 300 mm/s in Gegenrichtung und steht dabei mit der Mantelfläche der Heizwalze 1 in Kontakt. Auf diese Weise wird die Mantelfläche der Heizwalze 1 gesäubert. Bei Einsatz einer solchen Fixiervorrichtung lassen sich kontinuierlich 100 000 qualitativ hochwertige und fleckenfreie Bildkopien mit einwandfrei fixiertem Toner-

³⁰ bild herstellen.

Wird mit derselben Fixiervorrichtung ohne Formtrennmittel gearbeitet, treten bereits bei 10 000 Bildkopien auf diesen Flecken auf. Nach Herstellung von etwa 20 000 Bildkopien muß mit dem Kopieren aufgehört werden.

Die vorherigen Ausführungen haben gezeigt, daß man mit Hilfe einer erfindungsgemäß ausgebildeten Fixiervorrichtung mit extrem einfach gestalteter Reinigungswalze ohne eigene Zufuhrvorrichtung für das Formtrennmittel beim Kopieren über lange Zeit hinweg gleichbleibende Ergebnisse erzielt.

20 25 30 35

to

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Mittels einer Heizwalze durchgeführtes Fixierverfahren, bei welchem ein ein Tonerbild tragendes Aufzeichnungsmaterial zum Wärmefixieren des Tonerbildes zwischen einer Heizwalze und einer damit in Druckkontakt befindlichen Druckwalze fortbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Heizwalze ein Säuberungsmittel mit einem Fasermaterial, das auf seiner Oberfläche ein hochviskoses Formtrennmittel enthält, in Druckkontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formtrennmittel eine Viskosität, bestimmt

²⁰ bei einer Temperatur von 25°C„ von 1500 bis

ρ '

300 000 mm /s besitzt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formtrennmittel eine Viskosität, bestimmt

²⁵ bei einer Temperatur von 25⁰C, von 2000 bis

60 000 mm /s aufweist.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formtrennmittel aus einem Silikon-

³⁰ öl besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Säuberungsmittel aus einer Reinigungswalze

besteht.
35

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Reinigungswalze um eine drehbare Reinigungswalze handelt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung der Reinigungswalze der Drehrichtung der Heizwalze entgegengesetzt ist.

8. Verfahren nach Ansprüchen 5, 6 oder 7 > dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungswalze aus einem Kernmaterial, einer das Formtrennmittel enthaltenden und die Mantelfläche des Kernmaterials bedeckenden biegsamen Materialschicht und einem die biegsame Materialschicht bedeckenden Fasermaterial besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das biegsame Material mit dem Formtrennmittel imprägniert ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tonerbild aus einem Toner mit einem Styrolhomopolymerisat mit mindestens 10 Gew.-% einer hochmolekularen Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000, einem Styrolmischpolymerisat mit mindestens 10 Gew.-96 einer hochmolekularen Komponente eines Molekulargewichts von mindestens 100 000 und/oder einem Polyesterharz mit mindestens 5 Gew.-% an in Chloroform unlöslicher Komponente

3° gebildet ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Styrolhomopolymerisat aus Polystyrol besteht.

35 · '

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Styrolmischpolymerisat aus einem Mischpolymerisat eines Styrole mit Butadien besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpolymerisat aus einem Styrol und Butadien aus einem Styrol/Butadien-Mischpolymerisat besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Styrolharz aus einem Mischpolymerisat aus Styrol und einem aliphatischen Monocarbonsäureester mit α-Methylengruppe besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der aliphatische Monocarbonsäureester mit α-Methylengruppe aus einem Acrylat oder Methacrylat besteht.

16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Polyesterharz 5 bis 25 Gew.-96 an in Chloroform unlöslicher Komponente enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Toner zusätzlich ein Polyolefin eines Erweichungspunkts von 80° bis 180⁰C enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial aus einem Reinigungsband be-

30 steht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Formtrennmittel in einer Vorratswalze des Reinigungsbandes enthalten ist und daß das Formtrennmittel dem Reinigungsband zugeführt wird, wenn

das auf eine Vorratswalze aufgewickelte Reinigungsband von der Vorratswalze abgewickelt wird.

20. Fixiervorrichtung mit einer Heizwalze, die in Zusammenarbeit mit einer Druckwalze ein ein Tonerbild tragendes Aufzeichnungsmaterial in Druckkontakt fortbewegt und das Tonerbild wärmefixiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit der Heizwalze in Druckkontakt gelangendes Säuberungsmittel mit einem Fasermaterial, das auf der Reinigungsfläche ein hochviskoses Formtrennmittel enthält, vorgesehen ist.

21. Fixiervorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Formtrennmittel eine Viskosität, bestimmt bei einer Temperatur von 25⁰C, von 1500 bis 300 000 mm /s besitzt.

22. Fixiervorrichtung nach Ansprüchen 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial aus

einem Reinigungsband besteht, das sich zwischen einer Vorratswalze und einer Aufnahmewalze erstreckt und mit der Heizwalze durch eine Andrückwalze in Druckkontakt gebracht wird. 25

30 35