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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Beschichtungen für ionografische
oder elektrofotografische Abbildungs- und Druckgeräte und Maschinen,
einschließlich
digitalen und solchen Bild auf Bild, und ist insbesondere auf Beschichtungen
für Geberelemente
gerichtet. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf
wässrige
Polymerbeschichtungen für
Entwickler oder Geberelemente, die in elektrofotografischen (elektrostatografischen)
Bildentwicklungssystemen, z. B. Einzelkomponenten-Entwicklungssystemen,
verwendet werden.
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In
der Xerografie oder beim elektrofotografischen Drucken wird eine
eine Ladung zurückhaltende Oberfläche, bezeichnet
als ein Fotorezeptor, elektrostatisch aufgeladen, dann einem Lichtmuster
eines Original-Bilds ausgesetzt, um selektiv die Oberfläche entsprechend
zu dem Bild, d. h. bildweise, aufzuladen. Das sich ergebende Muster
aus aufgeladenen und entladenen Bereichen auf dem Fotorezeptor bildet
ein elektrostatisches Ladungsmuster (ein latentes Bild), das mit
dem Original übereinstimmt.
Das latente Bild wird dadurch entwickelt, dass es in Kontakt mit
fein verteilten, elektrostatisch anziehbarem Pulver, bezeichnet
als Toner, gebracht wird. Der Toner wird auf den Bildbereichen durch
die elektrostatische Ladung auf der Fotorezeptoroberfläche gehalten.
Folglich wird ein Tonerbild in Übereinstimmung
mit einem Lichtbild des Originals, das reproduziert werden soll,
erzeugt. Das Tonerbild kann dann auf ein Substrat oder ein Trägerelement
(ein ein Bild aufnehmendes Substrat), wie beispielsweise Papier
oder ein Transparent, übertragen
werden, und das Bild wird an dem Substrat fixiert, um ein gewünschtes,
permanentes Bild auf dem Substrat zu bilden. Nach der Entwicklung
wird überschüssiger Toner,
der auf der die Ladung zurückhaltenden
Oberfläche
verbleibt, von der Oberfläche
gereinigt.
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Der
Schritt, Toner zu dem latenten Bild auf dem Fotorezeptor zu befördern, ist
als Entwicklung bekannt. Die Aufgabe einer effektiven Entwicklung
eines latenten Bilds auf dem Fotorezeptor ist diejenige, Tonerteilchen
auf das latente Bild unter einer kontrollierten Rate so zu befördern, dass
die Tonerteilchen effektiv elektrostatisch an den geeignet aufgeladenen
Bereichen auf dem latenten Bild anhaften.
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Eine üblicherweise
verwendete Entwicklungstechnik setzt ein Einkomponenten-Entwicklermaterial ein.
In einem typischen Einkomponenten-Entwicklungssystem besitzt jedes
Tonerteilchen sowohl eine magnetische Eigenschaft, um den Teilchen
zu ermöglichen,
magnetisch zu dem Fotorezeptor befördert zu werden, als auch eine
elektrostatische Ladung, um den Teilchen zu ermöglichen, an dem Fotorezeptor
anzuhaften. In einem solchen System liegt das Entwickler- oder Geber-(Donor)-Element
typischerweise in der Form einer zylindrischen Hülse vor, die sich um eine stationäre Magnetanordnung
dreht. Die magnetisierten Tonerteilchen kleben an der sich drehenden
Hülse durch
die Kraft der stationären
Magnete innerhalb der Hülse
an. Wenn sich die Hülse
um die Magnete dreht, werden Teilchen, die an der Hülse anhaften,
einer abwechselnden Folge magnetischer Polaritäten ausgesetzt. Die Entwicklerwalze
besitzt eine leitfähige
Beschichtung, die das Anhaften von Toner an deren Oberfläche erleichtert.
Die Beschichtung umfasst typischerweise ein leitendes Pigment und
eine Bindemittelzusammensetzung.
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In
dem Stand der Technik ist die Oberfläche des Geberelements typischerweise
aus auf organischem Lösungsmittel
basierenden Zusammensetzungen gebildet, zum Beispiel mit Ethanol,
Azeton und/oder Methylethylketon. Diese flüchtigen, organischen Lösungsmittel
müssen,
der Aufbringung der Beschichtungszusammensetzung folgend, entfernt
werden, was die Verwendung einer Emissionen-Rückgewinnungs- und Verarbeitungsgerätschaft,
die "explosionsgeschützt" sein muss, erfordert.
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Die
Option, organische Lösungsmittel
von den Vorgängen
einer Beschichtung des Geberelements zu entfernen, hat folglich
viele potenzielle Vorteile. Sie beseitigt das Erfordernis, eine
Beschichtungsanlage nach den strengen und kostspieligen Spezifikationen
Class I Division I oder II (explosionsgeschützt) für die Verwendung von entflammbaren
Flüssigkeiten
aufzubauen. Da ingenieurmäßige Kontrollen,
wie beispielsweise klassifizierte Räume und Abzugshauben, nur das
Risiko verringern können,
ist ein Gesundheits- und
Sicherheitsvorteil für
Bediener der Anlage beim Ersetzen von organischen Lösungsmitteln
gegen Wasser vorhanden. Das Erfordernis, die Emissionen der flüchtigen,
organischen Verbindung (VOC) zu regenerieren, zu zerstören oder diesem
Rechnung zu tragen, wird auch beseitigt, was auch Kosteneinsparungen
mit sich bringt. Auch kann, durch Verringern oder sogar Beseitigen
von VOC-Emissionen, der Aufbau der Anlage an vielen Orten übereinstimmen,
ungeachtet irgendwelcher Variationen der lokalen Regulatorien.
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Probleme
bestehen beim Beseitigen organischer Lösungsmittel von den Beschichtungszusammensetzungen,
zum Beispiel bei dem Versuch, Wasser als das Lösungsmittel der Beschichtungszusammensetzung
zu verwenden. Insbesondere sind die Stabilität der auf Wasser basierenden
Dispersion über
die Zeit, Schäumen
der Dispersion und das Vorhandensein von Stiftlöchern (pinholes) in der Beschichtung,
die von einer auf Wasser basierenden Beschichtung abgeleitet sind,
praktische Probleme, die die praktische Verwendung von auf Wasser
basierenden Beschichtungen auf Geberelementen verhindert haben.
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Es
ist demzufolge eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine auf
Wasser basierende Zusammensetzung zur Beschichtung der Oberfläche eines
Geberelements zu schaffen, die die vorstehend angegebenen Probleme
beseitigt.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Geberelement
zu entwickeln, das mit einer auf Wasser basierenden Beschichtungszusammensetzung
beschichtet ist, die Eigenschaften besitzt, die zulassen, dass das
Geberelement ohne Probleme arbeitet, d. h. ein Geberelement, das
nahezu identisch zu einem Geberelement arbeitet, das mit einer auf
einem organischen Lösungsmittel
basierenden Beschichtung beschichtet ist.
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Diese
und andere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung gelöst.
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Gemäß einem
ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine wässrige Beschichtungszusammensetzung,
die ein Harzbindemittel, ein leitfähiges Teilchenmaterial, ein
zusätzliches
Teilchenmaterial, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (1) Grafitteilchen
mit einem Dispergiermittel aus Polyacrylamid, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol,
oder Mischungen davon, und (2) quer vernetzten Polymerteilchen besteht, und
Wasser aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Geberelement,
beschichtet mit einer wässrigen
Beschichtungszusammensetzung, und auch auf eine Abbildungsvorrichtung,
die ein solches beschichtetes Geberelement umfasst.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren
zum Herstellen einer Beschichtungszusammensetzung für ein Geberelement,
die ein Mischen eines Harzbindemittels, eines leitfähigen Teilchenmaterials,
eines zusätzlichen
Teilchenmaterials, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (1) Grafitteilchen
mit einem Dispergiermittel aus Polyacrylamid, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol,
oder Mischungen davon, und (2) quer vernetzten Polymerteilchen besteht,
und Wasser aufweist, um eine Geberelement-Beschichtungszusammensetzung
zu schaffen.
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Die
wässrige
Beschichtungszusammensetzung zeigt eine ausgezeichnete Stabilität und erreicht
geeignete Eigenschaften, wenn sie auf der Oberfläche eines Geberelements beschichtet
ist, um dadurch ein praktisches Ersetzen von flüchtigen, organischen Komponenten
zu ermöglichen,
die typischerweise in Beschichtungszusammensetzungen für ein Geberelement
verwendet sind.
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Eine
besondere Ausführungsform
und Beispiele entsprechend dieser Erfindung werden nun unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 zeigt
eine Schnittansicht, die die Oberfläche eines Geberelements, das
mit der Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung
beschichtet ist, darstellt.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte Oberflächenbeschichtungen
für ein
Geberelement, die über
ein umweltfreundliches Verfahren und ohne die Nachteile früherer Versuche
einer auf Wasser basierenden Beschichtung für ein Geberelement gebildet
sind. Vor der vorliegenden Erfindung war es sehr wahrscheinlich,
dass ein Mahlen eines Pigments in auf Wasser basierenden Phenolharzen,
im Gegensatz zu organischen Beschichtungen, zu einer Dispersionsverdickung
und einem Schäumen
führte.
In Extremfällen
ist dieser Schaum sehr steif (Schaumgebäck-ähnlich) und nicht für eine Beschichtung
geeignet. Die Verdickung oder das Schäumen ist dahingehend problematisch,
dass auch kleine Mengen an Lufteinschlüssen in der Beschichtung zu
Beschichtungsdefekten führen
können.
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Die
vorliegende Erfindung schafft wässrige
Beschichtungsmaterialien, die ermöglichen, Geberelemente herzustellen,
die in vorteilhafter Weise ein Verdicken und Schäumen, d. h. einen nicht erwünschten
Lufteinschluss, vermeiden. Geberelemente, die mit wässrigen
Beschichtungen der vorliegenden Erfindung beschichtet sind, sind
dazu geeignet, Bilder mit hoher Qualität mit einer Entwicklung eines
durchgehenden Bereichs größer als
1,3 und ohne das Vorhandensein von Schatten bzw. Geisterbildern
zu bilden.
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Mit "wässrig", wie dieser Ausdruck hier verwendet
wird, ist eine Zusammensetzung gemeint, die Wasser als das Lösungsmittel
enthält.
Wässrige
Beschichtungen umfassen Beschichtungen entsprechend der vorliegenden
Erfindung, die Wasser als einen wesentlichen Teil des Trägerbereichs
der Beschichtungszusammensetzung haben, z. B. größer als 50%, 75%, 80%, 85%,
90% oder 95% des Trägers.
Es ist, während
andere Lösungsmittelumfasst
sein können,
bevorzugter, dass die Zusammensetzung hauptsächlich Wasser ist, um die Vorteile
einer geringen oder keiner VOC-Emission beizubehalten. Am bevorzugtesten
schließt
eine wässrige
Beschichtung das Vorhandensein flüchtiger, organischer Lösungsmittel,
einschließlich
Ethanol, Azeton und Methylethylketon, aus.
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"Geberwalze-Beschichtungs-Prekursor-Zusammensetzung" umfasst Zusammensetzungen
der Erfindung, die vor einem Rotor-Stator-Mischen und/oder einer
hohen Druckkommunition präpariert
werden, d. h. Zusammensetzungen, die eine Kombination eines Harzbindemittels,
eines Materials aus leitfähigen
Teilchen, ein zusätzliches
Teilchenmaterial, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus (1)
Grafitteilchen mit einem Dispergiermittel aus Polyacrylamid, Polyethylenoxid,
Polyvinylalkohol, oder Mischungen davon, und aus (2) quer vernetzten
Polymerteilchen, und Wasser, umfassen.
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Die
wässrige
Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist ein
Harzbindemittel, ein leitfähiges
Teilchenmaterial, ein zusätzliches
Teilchenmaterial, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus (1) Grafitteilchen
mit einem Dispergiermittel aus Polyacrylamid, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol,
oder Mischungen davon, und aus (2) quer vernetzten Polymerteilchen
besteht, und Wasser, auf.
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In
einer bevorzugten Ausführungsformen
ist ein Harzbindemittel ein Phenolharz, wie beispielsweise Durez
33304 (Occidental Chemical Corporation) oder BB317 (Neste Resins
Canada). "Phenolharz" umfasst im Stand
der Technik bekannte Zusammensetzungen, die unter diese Klassifikation
fallen, z. B. Phenolformaldehydharze/Resole. Phenolharze, hergestellt
durch Kombinieren eines Überschusses
an Formaldehyd mit Phenolverbindungen, sind typischerweise alkalisch,
was das Potenzial für
solche Harze mit sich bringt, dass sie auf Wasser basieren.
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Das
leitfähige
Teilchenmaterial wird am bevorzugtesten aus Ruß, Magnetit, Nigrosin oder
Kombinationen davon ausgewählt.
Bevorzugt wird Ruß verwendet.
Ein kommerziell erhältlicher
Ruß, der
geeignet verwendet werden kann, ist Conductex 975 von Columbia Chemical
Corp..
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Die
Beschichtungszusammensetzung enthält auch ein zusätzliches
Teilchenmaterial, das der Beschichtung eine Oberflächenrauigkeit
auferlegt. In der vorliegenden Erfindung ist festgestellt worden,
dass irgendeiner von zwei Typen teilchenförmiger Materialien in der auf
Wasser basierenden Beschichtung verwendet werden kann, insbesondere
entweder (1) Grafitteilchen mit einem Dispergiermittel aus Polyacrylamid,
Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, oder Mischungen davon, oder aus
(2) quer vernetzten Polymerteilchen.
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Die
Beschichtungsdispersionen der vorliegenden Erfindung müssen in
der Lage sein, stabil für
Wochen zu verbleiben. Es ist festgestellt worden, dass Grafit alleine
insbesondere anfällig
dafür ist,
die Dispersion abzusetzen. Die Agglomeration von Grafit und die Änderung
der Viskosität
der Dispersion führt
schnell zu einem Beschichtungsfehler, oftmals in weniger als 24
Stunden. Nach einem solchen Ausfall ist eine mechanische Umverteilung
der Dispersion selten erfolgreich.
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Allerdings
erhöht
die Verwendung des Grafits alleine mit einem Einschließen von
polymeren, oberflächenaktiven
Mitteln die Stabilität
der Grafit-Dispersion. Die polymeren Dispergiermittel sind typischerweise wasserlösliche Polymere
aus der Gruppe, die Polyacrylamid, Polyethylenoxid und Polyvinylalkohol
umfasst. Am bevorzugtesten ist das Dispergiermittel Polyvinylalkohol.
Relativ zu dem Grafit ist ungefähr
0,2% bis ungefähr
30%, vorzugsweise ungefähr
1% bis ungefähr
20%, bezogen auf das Gewicht, des Dispergiermittels vorhanden.
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Ein
besonders bevorzugtes, kommerzielles Grafitprodukt, das in dieser
Erfindung verwendet werden kann, ist Timcal 1050 von der Timcal
America Inc.. Dieses ist ein syntheti sches Grafit, das ein Polymer-Dispergiermittel
enthält.
Beschichtungsdispersionen, die mit diesem Grafit gebildet sind,
können
erfolgreich über
einen Zeitraum von Wochen verwendet werden, und irgendeine Abnahme
in der Qualität
der Beschichtung kann leicht mit einem einfachen, erneuten Dispergieren über bekannte
Techniken umgekehrt werden (z. B. Mischen mit einer Rotor-Stator-Mischeinrichtung).
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Alternativ
ist in Bezug auf das teilchenförmige
Material herausgefunden worden, dass quer vernetzte Polymerteilchen
anstelle von Grafit verwendet werden können. Am bevorzugtesten sind
die quer vernetzten Polymerteilchen für eine Dispersion in der auf
Wasser basierenden Beschichtung geeignet, ohne irgendeine wesentliche
Verdickung oder Schaumbildung hervorzurufen. Als eine bevorzugte
Klasse quer vernetzter Teilchen können quer vernetzte, Formaldehyd
enthaltende Polymere, am bevorzugtesten quer vernetzte Benzoguanin-Formaldehydpolymere,
erwähnt
werden. L-15, ein Benzoguanin-Formaldehyd
von Esprit Chemical Co. mit 15,0 Mikron (Mikrometer), kann geeignet
verwendet werden.
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Andere,
quer vernetzte Polymerteilchen können
verwendet werden, sogar Polymere, die eine Schaumbildung und/oder
eine Eindickung hervorrufen können,
so lange wie die quer vernetzten Teilchen zusammen mit antischäumenden
Mitteln, Dispergiermitteln und/oder oberflächenaktiven Mitteln, wie sie
ausreichend im Stand der Technik bekannt sind, in ausreichenden
Mengen hinzugefügt
werden, um im Wesentlichen die Schaumbildung und/oder die Eindickung
zu unterdrücken.
Ein beispielhaftes Teilchen kann ein quer vernetztes Polymethylmethacrylat
sein, das antischäumende
Mittel erfordert, um eine Schaumbildung zu unterdrücken, die
ansonsten unter Hinzufügen
des quer vernetzten PMMA zu der auf Wasser basierenden Zusammensetzung
gezeigt wird.
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Das
Grafit oder die quer vernetzten Polymerteilchen sind am bevorzugtesten
von einer gleichförmigen Größe. Diese
Teilchen besitzen typischerweise eine Größe ähnlich zu derjenigen von Tonerteilchen
oder geringer. Die Größe kann
zum Beispiel ungefähr
30 Mikron (Mikrometer) oder weniger, vorzugsweise ungefähr 15 Mikrometer
bis 25 Mikrometer, in Bezug auf die durchschnittliche Teilchengröße (zum
Beispiel gemessen durch ein Lichtstreu- oder Rasterelektronenmikroskop),
sein.
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1 stellt
eine Schnittansicht der Beschichtung 10, aufgebracht auf
die Oberfläche 15 eines
Geberelements, dar. Die Beschichtung ist so dargestellt, dass sie
ein Harzbindemittel 30, leitende Teilchen 40,
zum Beispiel Ruß,
wie dies vorstehend diskutiert ist, und zusätzliche Teilchen 50,
wie beispielsweise Grafit oder quer vernetzte Polymere, die der
Oberflächenbeschichtung
eine Rauigkeit verleihen, aufweist. Wie gesehen werden kann, haben
die Teilchen, die die Oberflächenrauigkeit
ergeben, eine viel größere Größe als die
leitfähigen
Teilchen in der bevorzugten Ausführungsform,
die dargestellt ist.
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Der
gesamte Anteil der Feststoffe der Beschichtungsdispersion reicht
von, zum Beispiel, ungefähr 25%
bis ungefähr
30% in Wasser.
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Wenn
Grafit mit einem Dispergiermittel als das zusätzliche Teilchenmaterial der
Zusammensetzung verwendet wird, besteht die Feststoffkomponente
aus zum Beispiel ungefähr
50 Gewichts-% bis ungefähr
75 Gewichts-% oder noch bevorzugter ungefähr 55 bis ungefähr 65 Gewichts-%
des auf Wasser basierenden Harzes, ungefähr 5 Gewichts-% bis ungefähr 20 Gewichts-%
und noch bevorzugter ungefähr
9 bis ungefähr 13
Gewichts-% des leitfähigen
Teilchenmaterials (z. B. Ruß),
und ungefähr
20 Gewichts-% bis ungefähr
40 Gewichts-% und noch bevorzugter ungefähr 26 bis ungefähr 30 Gewichts-%
an Grafit.
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Wenn
quer vernetzte Teilchen als das zusätzliche Teilchenmaterial der
Zusammensetzung verwendet werden, besteht die Feststoffkomponente
aus zum Beispiel ungefähr
50 Gewichts-% bis ungefähr
75 Gewichts-% und noch bevorzugter ungefähr 55 bis ungefähr 65 Gewichts-%
des auf Wasser basierenden Harzes, ungefähr 5 Gewichts-% bis ungefähr 25 Gewichts-%
und noch bevorzugter ungefähr
14 bis ungefähr
19 Gewichts-% des leitfähigen
Teilchenmaterials (z. B. Ruß),
und ungefähr
20 Gewichts-% bis ungefähr
40 Gewichts-% und noch bevorzugter ungefähr 26 bis ungefähr 30 Gewichts-%
der quer vernetzten Teilchen. Wie gesehen werden kann, kann es,
wenn quer vernetzte Polymerteilchen als das zusätzliche Teilchenmaterial verwendet
wird, erforderlich sein, dass zusätzlicher Ruß hinzugefügt werden muss, um eine ähnliche
Resistivität in
der Beschichtung wie dann zu erreichen, wenn Grafit (das auch zu
der Leitfähigkeit
beiträgt)
verwendet wird.
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Die
auf Wasser basierende Beschichtungszusammensetzung ist am bevorzugtesten
zunächst
durch Zusammenfügen
des Harzbindemittels, des leitfähigen
Teilchenmaterials, des zusätzlichen
Teilchenmaterials, ausgewählt
aus der Gruppe, die aus (1) Grafitteilchen mit einem Dispergiermittel
aus Polyacrylamid, Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol oder Mischungen
davon, und aus (2) quer vernetzten Polymerteilchen besteht, und von
Wasser, um eine Prekursor-Zusammensetzung für eine Geberelementbeschichtung
bereitzustellen; und dann Mischen der Prekursor-Zusammensetzung
für die
Geberelementbeschichtung, um die Geberelementbeschichtungszusammensetzung
bereitzustellen, hergestellt.
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Dort,
wo quer vernetzte Polymerteilchen verwendet werden, umfasst das
Mischen vorzugsweise nur ein leichtes Mischen, zum Beispiel Mischen
mit einem Rotor-Stator-Mischer bei Drehzahlen, die zum Beispiel bei
15.000 oder geringer liegen. Ein aggressiveres Mischen kann zu einem
Aufbrechen der Mikrosphären
führen.
Das Mischen kann für
eine kurze Zeit, zum Beispiel 30 Sekunden bis 10 Minuten, vorgenommen
werden, obwohl ein stärkeres
oder geringeres Mischen erforderlich sein kann.
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Dort,
wo Grafit und Dispergiermittel als das zusätzliche Teilchenmaterial verwendet
werden, umfasst das Mischen vorzugsweise, zusätzlich zu dem optionalen Mischen
mit einem Rotor-Stator, das Unterwerfen der Prekursor-Zusammensetzung
der Geberelementbeschichtung einer Hochdruck-Kommunition. Die Hochdruck-Kommunition
bzw. -Kommunikation oder eine andere Mischtechnik bringt hohe Kräfte auf,
um die Ingredienzen zu dispergieren.
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Eine
Hochdruck-Kommunition verwendet einen hohen Druck, um die Mischkräfte zu erzielen,
und kann unter Verwendung einer Vorrichtung, wie beispielsweise
eines Kolbenhomogenisierers, z. B. ein Einzelstufen- oder ein Zweistufen-Kolbenhomogenisierer,
ausgeführt
werden. Hochdruck-Kommunitionsvorrichtungen, wie beispielsweise
Kolbenhomogenisierer oder ein Microfluidizer®, haben
einen ähnlichen
Mechanismus eines Teilchen-Aufbrechens.
Beide führen
ein Fluid unter hohem Druck durch eine kleine Öffnung hindurch, das Homogenisiererventil
in dem ersteren und die Wechselwirkungskammer in dem letzteren.
Das sich ergebende Scheren und die Kavitation brechen Agglomerate
auf und dispergieren Teilchen in dem Fluid. Mit einem Kolbenhomogenisierer
kann ein Ventil einer zweiten Stufe auch eingesetzt werden, um die
Fluidviskosität
zu verringern, die sich oftmals erhöht, nachdem die erste Stufe
die kolloidalen Pigmente dispergiert. Während beide Typen der Vorrichtungen
anwendbar sind, ist ein Kolbenhomogenisierer leichter zu betreiben
und zu warten. Diese Vorrichtungen bieten auch einen viel schnelleren
Durchsatz als Materialmühlen.
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Verschiedene
Verfahrensoptionen sind mit einem Kolbenhomogenisierer verfügbar, einschließlich verschiedener
Drücke,
Anzahl der Durchgänge
durch das Homogenisiererventil und des Ventilaufbaus selbst. Gute
Ergebnisse sind mit einem Druck von zum Beispiel ungefähr 1000
bis ungefähr
1500 bar, vorzugsweise von ungefähr
1100 bis ungefähr
1200 bar, erreicht worden. Nahezu äquivalente Ergebnisse können auch
durch zwei Durchgänge
durch den Homogenisierer bei 800 bar erreicht werden.
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Die
vorstehenden Materialien und Verfahren ergeben in vorteilhafter
Weise eine Geberelementbeschichtung, die im Wesentlichen frei von
Lufttaschen oder Defekten ist.
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Die
Beschichtungszusammensetzungen der Erfindung werden am vorteilhaftesten
dazu verwendet, verbesserte Geberelementbeschichtungen ebenso wie Überzüge für elektrofotografische
Entwicklungsuntersystem-Geberelemente zu erzielen, und können auch
dazu verwendet werden, Elektroden auf einem Geberelement gegen eine
Abnutzung zu schützen
und/oder einen elektrischen Kurzschluss mit leitfähigen Trägerkügelchen
eines Entwicklermaterials zu verhindern.
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Die
Geberelemente der vorliegenden Erfindung liegen am bevorzugtesten
in einer Rollenform vor, d. h. das Substrat weist eine zylindrische
Welle auf, obwohl andere Formen, wie beispielsweise Bänder, ebenso verwendet
werden können.
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Die
auf Wasser basierende Beschichtung wird auf das Geberelement-Substrat
durch irgendein geeignetes Verfahren beschichtet, einschließlich zum
Beispiel Tauch- oder Sprühbeschichtung.
Am bevorzugtesten umfasst das Beschichtungsverfahren ein Rezirkulationsreservoir,
wie es zum Beispiel in Minibeschichtungseinrichtungen vorgefunden
wird, über
das die Beschichtungszusammensetzung während des Beschichtungsvorgangs
zyklisch läuft.
Die Geberelementbeschichtung wird dann, der Beschichtung folgend, über irgendeine geeignete
Technik, zum Beispiel durch Aufbringen von Wärme, gehärtet.
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In
einer anderen Ausführungsform
umfasst die Erfindung eine Bilderzeugungsvorrichtung, die eine eine
Ladung zurückhaltende
Oberfläche
zum Aufnehmen eines elektrostatischen, latenten Bilds besitzt; und ein
Geberelement, um ein Entwicklermaterial auf die die La dung zurückhaltende
Oberfläche
aufzubringen/zuzuführen,
um das elektrostatische, latente Bild zu entwickeln und ein entwickeltes
Bild auf der die Ladung zurückhaltenden
Oberfläche
zu bilden. Das Geberelement wird mit einer auf Wasser basierenden
Geberelementbeschichtungszusammensetzung der Erfindung beschichtet.
Die Bilderzeugungsvorrichtung umfasst weiterhin eine Übertragungskomponente,
um das entwickelte Bild von der die Ladung zurückhaltenden Oberfläche auf ein
Bildaufnahmesubstrat zu übertragen;
und eine Fixierkomponente, um das übertragene, entwickelte Bild
auf dem Bildaufnahmesubstrat zu fixieren.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung, um Tonerteilchen
auf einer eine Ladung zurückhaltenden
Oberfläche
aufzubringen, um ein elektrostatisches, latentes Bild auf der die
Ladung zurückhaltenden
Oberfläche
zu entwickeln. Ein Geberelement, wie beispielsweise eine Walze,
die in einer Prozessrichtung drehbar ist, befördert Tonerteilchen auf der
Oberfläche
davon von einem Vorrat bzw. einer Zuführung der Tonerteilchen zu
einer Entwicklungszone, die nahe zu der die Ladung zurückhaltenden
Oberfläche liegt.
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Da
der Stand der Technik eines elektrofotografischen Druckens ausreichend
bekannt ist, müssen
die verschiedenen Verarbeitungsstationen, die in einer Druckmaschine
eingesetzt werden, nur kurz beschrieben werden.
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In
einem Beispiel eines elektrofotografischen Druckers wird ein Dokument,
das reproduziert werden soll, auf eine Auflageplatte aufgelegt,
wo es durch eine Lichtquelle, wie beispielsweise eine Wolframhalogenlampe,
beleuchtet wird. Das beleuchtete Dokument wird auf dem Fotorezeptor
durch ein System aus Spiegeln abgebildet. Die Quelle des originalen
Bilds, das gedruckt werden soll, kann alternativ eine Rasterausgabeabtasteinrichtung
(Raster Output Scanner – ROS)
sein, bei der eine Laserquelle, die sich über dem Fotorezeptor bewegt,
selektiv den Fotorezeptor entsprechend den digitalen Bilddaten entlädt. Der
Fotorezeptor kann in der Form einer sich drehenden Trommel, eines
Bands, usw., vorliegen. Das optische Bild entlädt selektiv die Oberfläche des
Fotorezeptors in einer Bildkonfiguration, was zu einem elektrostatischen,
latenten Bild des originalen Dokuments, das auf der Trommel aufgezeichnet
ist, an der Bilderzeugungsstation führt. Die Fotorezeptortrommel
dreht sich so, dass das latente Bild zu der Entwicklungseinheit
hin bewegt wird, wo das elektrostatische, latente Bild durch die
Aufbringung von Tonerteilchen in eine sichtbare Form entwickelt
wird. In einem Einzel-Komponenten-Entwicklungssystem wird Toner
von einem Zuführtrichter
stufenweise durch eine sich drehende Entwicklerwalze zu einer Entwicklungszone
benachbart zu dem latenten Bild, das auf der Fotorezeptortrommel
aufgezeichnet ist, befördert.
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Die
Entwicklungseinheit kann wie folgt arbeiten. Das entwickelte Bild
wird an der Übertragungsstation von
der Fotorezeptortrommel auf ein Papierblatt übertragen, das von einem Papierzuführsystem
in Kontakt mit der Trommel in einer synchronen Beziehung zu dem
Bild darauf zugeführt
wird. An der Übertragungsstation erzeugt
ein Übertragungs-Korotron
ein elektrisches Feld, um bei der Übertragung der Tonerteilchen
von der Fotorezeptortrommel auf das Kopieblatt zu unterstützen. Einzelne
Blätter
werden in das System von einem Stapel des Papiervorrats durch eine
Reibungszuführeinrichtung
eingeführt.
Das Bild wird darauf folgend auf dem Papier in einer bekannten Art
und Weise an einer Aufschmelzstation aufgeschmolzen und die fertiggestellte
Kopie wird in einen Schacht abgelegt. Nachdem der Toner auf der
Trommel auf das Papier übertragen ist,
wird der restliche Toner von der Oberfläche der Fotorezeptortrommel
zum Beispiel durch eine Reinigungsrakel entfernt, und dann wird
die Oberfläche
erneut, beispielsweise durch ein Auflade-Korotron, für ein bildweises Entladen des
Fotorezeptors in einem darauf folgenden Zyklus aufgeladen.
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Eine
Einzelkomponenten-Entwicklungseinheit, die typischerweise für eine kommerzielle
Anwendung aufgebaut ist, ist in einem Entwicklergehäuse untergebracht.
Der Hauptteil des Entwicklergehäuses
kann ein umschlossener Raum sein, der eine Tonerkartusche aufnimmt.
Eine Tonerkartusche umfasst typischerweise einen drehbaren Agitator,
der in einen sich drehenden Antrieb in der Vorrichtung eingreift.
Der Zweck des Agitators bzw. der Rühreinrichtung ist allgemein
derjenige, den Einkomponenten-Entwickler (Toner) gut gemischt und
aufgelockert zu halten, so dass der Toner leicht fließen wird
und nicht in einem Bereich der Tonerkartusche koagulieren wird.
Ein solcher Agitator kann auch beim Bewegen der Tonerteilchen aus
der Tonerkartusche heraus unter einer gleichbleibenden Rate nützlich sein.
Eine Tonerkartusche umfasst typischerweise mindestens eine Öffnung,
die darin definiert ist, so dass Toner stufenweise aus der Tonerkartusche
herausgenommen werden kann.
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Die
Elemente einer Entwicklerwalze in einem Einkomponenten-Entwicklungssystem
können
eine Anordnung mit einem stationären
Magnet, umschlossen innerhalb einer sich drehenden, zylindrischen
Hülse,
umfassen. Die Anordnung mit stationärem Magnet umfasst eine Vielzahl
Permanentmagnete, wobei sich jeder Magnet im Wesentlichen entlang
der Länge
der Entwicklerwalze erstreckt und so angeordnet ist, dass ein ausgewählter Pol
jedes Magnets nach außen
gerichtet ist. Die sich abwechselnden Polaritäten der Magnete erzeugen magnetische
Flusslinien, die sich nach außen
zu der äußeren Fläche der
Hülse hin
erstrecken. In einem typischen Einzelkomponenten-Entwicklersystem
haben die Tonerteilchen magnetische Eigenschaften, die dazu zugeordnet
sind, zum Beispiel aufgrund eines wesentlichen Eisengehalts, haben
allerdings allgemein keine spezifische, magnetische Polarität. Die Magnete
an der magnetischen Anordnung bewirken allgemein, dass die Tonerteilchen
an der Oberfläche
einer äußeren Hülse anhaften,
und die Drehung der äußeren Hülse bewirkt,
dass sich die Tonerteilchen um die Entwicklerwalze herum von der
Seite der Tonerkartusche der Entwicklerwalze zu einer Entwicklungszone,
die sich benachbart zu der Oberfläche des Fotorezeptors befindet, bewegen.
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Eine
Dosierrakel ist typischerweise eine angewinkelte, etwas elastische
Rakel, die gegen die Oberfläche
der Entwicklerwalze entlang der Längsrichtung davon gedrückt wird.
Der Zweck der Dosierrakel ist derjenige, die Schicht aus Tonerteilchen
auf der Hülse
so zu glätten,
dass die Schicht gleichförmig
sein wird, wenn sie in Kontakt mit dem Fotorezeptor gebracht wird,
und auch um den Toner aufzuladen. An dem freien Ende der Dosierrakel
ist ein zusammendrückbares
Kissen angeordnet, das vorzugsweise aus Polyurethan oder Silikongummi
hergestellt ist. Die Dosierrakel kann in einer Position durch einen
Rakelhalter verankert sein.
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Eine
Lade/Dosier-(„C/M")-Rakel befindet
sich typischerweise in fortlaufendem Kontakt mit den Tonerteilchen
auf der Hülse
entlang der Längsrichtung
der Entwicklerwalze. Die C/M-Rakel
führt zwei
Funktionen aus: sie ermöglicht,
dass eine gleichförmige,
dosierte Schicht aus Toner darunter hindurchführt, und gleichzeitig lädt sie gleichförmig den
mechanisch dosierten Toner auf. Das bedeutet, dass die Wirkung der
Tonerteilchen, die gegen die Rakel und gegeneinander reiben, während sie
durch die Rakel dosiert werden, eine Ladung auf den Tonerteilchen
hervorruft. Die Gleichförmigkeit
des Spalts, der zwischen der Rakel und der Entwicklerwalze gebildet
ist, spielt eine wesentliche Rolle dabei, eine gleichförmige Ladung
aus Toner über
die Entwicklungswalze zu erzeugen. Ein „Ladungsteilen" unter den Teilchen,
eine Ladungspolarität
und ein Ladungsniveau werden auch über die Verwendung von Ladungskontrolladditiven,
die lose an der Oberfläche
der Tonerteilchen anhaften, kontrolliert.
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Wenn
diese dünne
Schicht aus gleichförmig
aufgeladenen Teilchen erhalten ist, schiebt die Entwicklerwalze
die Tonerteilchen zu einer Entwicklungszone, die sich angrenzend
an die Oberfläche
des Fotorezeptors befindet, vor. In der Entwicklungszone werden
die Tonerteilchen, die magnetisch an der Entwicklerwalze anhaften,
elektrostatisch auf das latente Bild, das auf dem Fotorezeptor aufgezeichnet
ist, angezogen. Wechselstrom- und Gleichstromvorspannungen können an
die Geberwalze angelegt werden, um diesen Prozess zu verstärken und
zu kontrollieren.
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Die
Erfindung wird weiter durch die nachfolgenden Beispiele dargestellt,
die nicht dahingehend ausgelegt werden sollten, den Gegenstand der
Erfindung weiter einzuschränken.
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Beispiel 1
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Eine
beispielhafte Beschichtungszusammensetzung besteht aus:
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Diese
Dispersion wird durch zunächst
Mischen der Bestandteile mit einem Rotor-Stator-Mischer für 3 Minuten bei 9.000 bis 10.000
U/min und darauf folgendes Hindurchführen der Mischung fortlaufend
durch eine Dynomill für
5 Minuten gebildet. Die Dispersion wird auf eine Minibeschichtungseinrichtung übertragen
und rezirkuliert, wobei periodische Beschichtungen über eine
Periode von 24 Tagen vorgenommen werden. Wenn eine Abnahme in der
Beschichtungsqualität
wahrgenommen wird, wird die Dispersion regeneriert, indem sie mit
einem kleinen Rotor-Stator-Mischer, der in einer Überlaufkammer
der Minibeschichtungseinrichtung angeordnet ist, für 10 Minuten
behandelt wird.
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Beispiel 2
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Die
Verwendung von Grafit, dispergiert in Polyacrylamid, wird in dem
nachfolgenden Beispiel demonstriert. Zwei Beschichtungsdispersionen
haben die folgenden Zusammensetzungen:
- *Das
Polyacrylamid ist durch Scientific Polymer Products, Inc., Ontario,
New York, hergestellt.
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Im
Gegensatz zu der Dispersion ohne Polyacrylamid zeigt die Dispersion
der Erfindung eine gute Stabilität
der Beschichtungsdispersion, und die Beschichtung ist derart gebildet,
dass sie für
bis zu einer Woche stabil ist.
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Beispiel 3
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In
dieser Zusammensetzung werden 14,0 g an Benzoguanamin-Formaldehyd-Sphären mit
15 Mikrometern (L-15 Mikrosphären,
Esprit Chemical Co.), 7,0 g an Ruß (Columbia, Conductex 975),
59,7 g an BB317 Phenolharz (Neste Resins Corp.) und 100 ml an deionisiertem
Wasser zusammengebracht. Die Mischung wird mit einem Rotor-Stator-Mischer
bei ungefähr
12.000 U/min für
zwei Minuten dispergiert. Die Dispersion wird dann auf Aluminiumwalzen
unter Verwendung einer Kappenbeschichtungstechnik beschichtet. Die
Beschichtungen werden dann bei einer Hülsenabzugsgeschwindigkeit von
400, 600 und 900 mm/min vorgenommen. Die beschichtete Hülse wird
in einem Konvektionsofen mit horizontaler Strömung bei 150°C für 10 Minuten
gehärtet.
Die Beschichtungsüberdec kung
ist gleichförmig,
mit nur gelegentlichen Defekten, die mit einer Versuchskappenbeschichtung übereinstimmend
sind.
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Das
bemerkenswerteste dabei ist dasjenige, dass diese Beschichtung Geberwalzen-Spezifikationen in
Bezug auf sowohl die Oberflächenrauigkeit
(Ra) als auch die Dicke erfüllen. Die
Daten von einer Dreipunktmessung bei 900 mm/min sind in der nachfolgenden
Tabelle angegeben.
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Beispiel 4:
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14,0
g an Polymethylmethacrylat-Sphären
mit 8 Mikron, quer vernetzt mit Ethylenglykoldimethacrylat (Aldrich
Chemical Co.), 7,0 g an Ruß (Columbia,
Conductex 975), 59,7 g an BB317 Phenolharz (Neste Resins Corp.),
0,8 g an Foam Blast 191, erhältlich
von Ross Chemicals, und 100 ml an deionisiertem Wasser werden zusammengebracht.
Die Mischung wird dann mit einem Rotor-Stator-Mischer bei ungefähr 12.000
U/min für zwei
Minuten dispergiert. Das Einschließen eines Antischäumungsmittels
ermöglicht,
dass die Rotor-Stator-Verarbeitung ohne ein übermäßiges Schäumen ausgeführt werden kann.
