電荷指示劑組合物的製作方法

2023-05-15 01:06:06

專利名稱：電荷指示劑組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液態的靜電照相複印的顯影劑，更具體地說是涉及一種穩定電荷指示劑溶液的方法和一種新的穩定的電荷指示劑組合物。
形成靜電影像，即形成存在於基底上的靜電荷圖形的方法已廣為人知。在靜電印刷或複印中，首先要提供給光電導的成像表面以統一的靜電荷，具體地說是通過將成像表面通過一個具有均勻電壓的電暈。然後將成像表面對一個欲複製的原件的光學影像曝光。這個光學影像選擇性地將成像表面按一圖形放電，這便形成一個靜電潛像。在這種情況下，原件在光亮的背景上形成一灰暗的影像，這個潛像包含有大量的未放電的相應於原件上的幾何圖形的「影像」部分，同時還存在著已經基本上通過曝光而放電的「背景部分」。該潛相通過曝露於帶相反電荷的，帶有顏料的調色劑顆粒而顯影，這些調色劑顆粒以相應於原件上的圖形而沉積於潛像的影像部份。
在液態的顯影劑照相複製劑中，這些帶電荷的調色劑顆粒是懸浮於液態顯影劑中的，這種顯影劑包括液態載體，調色劑顆粒和電荷指示劑。整個靜電潛影用來源於液態顯影劑貯源的一層液體顯影劑薄膜覆蓋。液態顯影劑中的帶電荷的調色劑顆粒遷移到潛像中的帶相反電荷的「影像」部分，在光導性表面上形成一圖形。這個圖形及相應於調色劑顆粒的部分，然後被轉移到一板上形成一可見影像。在此過程之後，任何保留在光電導表面上的液體顯影劑均被回收到液態顯影劑貯源中。
電荷指示劑在以上所述的顯影過程中起著一個非常重要的作用。電荷指示劑是一種化學微粒，或者是分子的或者是離子的，它的作用是控制調色劑顆粒上的極性和電荷。電荷指示劑產生帶電荷的顆粒，它使成像材料帶電，以保證調色劑顆粒能夠沉積並以這樣一種方式遷移以便在成像表面上形成所希望的影像。同時也可產生帶相反電荷的離子，以保持液體顯影劑在整個過程後基本上是電中性的。本發明可以用任何的電荷指示劑來實施，其中卵磷脂和石油酸鋇作為實施例。
用作電荷指示劑的材料的一個主要問題是帶電顆粒在電泳顯影過程中產生的電場中應用時的降解。帶電顆粒的降解也發生在帶有液體載體的顯影劑補足過程中，這是由於電荷指示劑的稀釋而產生的。帶電顆粒的降解減少了液體顯影劑的電穩定性。由於液體顯影劑的靜電特性對於取得高質量的影像非常重要，尤其是當在不改變液體顯影劑的分散性做大量的印刷時，帶電顆粒的降解會導致很差的複製質量。
人們認為在很多液體顯影劑中，電荷指示劑分子形成反膠束。

圖1表示這種膠束的一個例子。這種膠束是由將電荷指示劑分子的極性部位指向內，非極性部分指向外聚集而形成的。這樣可以減少整個體系的表面能。這種膠束可以增加由電荷指示劑分子離解而產生的離子的溶解性。人們還認為由電荷指示劑膠束產生的離子的增溶作用是由於在膠束周圍或內部形成了一種具有較高的介電常數的微觀環境。由電荷指示劑膠束產生的離子的增溶作用導致膠束在它們的中心部分含有一帶電顆粒。一些膠束帶有正電性的中心顆粒，而另一些在它們的中心帶有負電顆粒。我們認為，在電泳顯影過程中，這些膠束在由帶電的光電導表面產生的電場的影響下將會破裂。確切的破裂機制現在還不得而知。這些膠束的破裂通過釋放出膠束中心的帶電顆粒而改變了液態顯影劑溶液的電學性質，而且由於它們的相對較強的正性或負性電荷以及液體載體的較低的介電常數，它們趨向於彼此重新結合形成電中性的化合物。這些電中性化合物的形成改變了整個液體顯影劑的電學性質。液體顯影劑的電學性質的變化改變了調色劑顆粒在液體顯影劑中的分散以及帶電顆粒數量，這樣就會導致複製質量的下降。
我們還認為，當照相複製劑中的液體顯影劑分散體系通過加入新的液體載體來補足時膠束也會破裂。再一次指出，確切的機理還不得而知。這種破裂的效果被證明能導致體系中帶電顆粒的不穩定性。再一次指出，最終的結果是複製質量的降低。
因此，本發明的一個目的是提供一種電荷指示劑組合物，它將阻止在電場影響下的降解。
本發明的另一個目的是一種電荷指示劑組合物，它將阻止在液體顯影劑分散體系中補加液體載體時發生的降解。
本發明的進一步的目的是一種電荷指示劑溶液，它將能夠阻止穩定性的降低。
圖1是電荷指示劑膠束的一理想化的描繪。
圖2是對於4個連續的電脈衝，在卵磷脂溶液中的電流的幾何表示。
圖3是在卵磷脂和本發明的物質的稀釋下，光電導動力學的幾何表示。
圖4是本發明的各種電荷指示劑組合物的穩定性的幾何表示。
圖5顯示出了對於卵磷脂具有21%的覆蓋目標以及一個本發明的電荷指示劑在長時間顯影過程中光電導的絕對變化值。
本發明的直接的目的是為了獲得一種方穩定電荷指示劑溶液的法。在該溶液中，電荷指示劑，溶劑，和極性單體顆粒被混合，進而單體分子可以被聚合。採用一種引發劑來開始聚合反應，而且使反應進行到基本完成。我們相信，其結果是極性聚合物物種進入電荷指示劑膠束的核中進行化學結合。極性物種穩定了膠束的核，而且減少了膠束破裂的可能性。
與本發明相一致，電荷指示劑膠束與不溶性的聚合物分子相結合，這樣可使帶電的物種更穩定而且更不易於降解。我們將會看到通過減小液體顯影劑組合物的帶電物種的降解，由顯影劑形成的影像在一較長的使用時間內將保持清晰，因為帶電物種的存在對於電泳成像過程來說是必需的。
在我們的發明中，將電荷指示劑，溶劑，和極性單體混合，隨後將單體分子聚合。用一引發劑引發聚合反應，並使反應基本本上進行完全。雖然形成的聚合物物種是不溶性的，但本發明的單體物種在含有電荷指示劑的溶劑中是可溶的。電荷指示劑，它至少部分地以膠束形式存在，對於單體物種的聚合起著表面活性劑的作用。我們可以相信，單體物種粘附於膠束上並在膠束的核中發生聚合。
所選擇的溶劑可以是任何適合於在其中進行必要的聚合反應的溶劑。許多非極性溶劑將在本發明中起到較好的作用，包括Isopar(Exxon公司的一個商品)，異鏈烷烴，己烷，環己烷，叔丁基苯，2，2，4-三甲戍烷，以及普通的鏈烷烴。所選擇的單體物種可以是任何在所選擇的溶劑中可溶並在合適的引發劑存在下在該溶劑中聚合的不飽合單體。我們相信大量的不飽和分子將在本發明中作為單體起到較好的作用，但一些特定的物種起的作用尤其的好，包括1-乙烯基-2-吡咯烷酮，2-乙烯基吡啶，乙烯基呋喃，和甲基丙烯酸甲酯。
我們相信引發劑可以是大量的可以引發聚合反應的物種中的任何一種，包括偶氮雙丁腈，苯甲醯基過氧化物，三苯基偶氮苯，異丙基苯過氧化氫，過乙酸叔丁酯。
在本發明的一個優選的實例中，在一個裝有回流冷凝器的反應器中將Isopar加熱到大約50℃。反應在氮氣保護下進行。將卵磷脂慢慢的混合加入到Isopar中。將該溶液加熱到大約80-90℃，並加入1-乙烯基-2-吡咯烷酮，然後加入聚合引發劑，如偶氮雙丁腈。將反應溫度保持不變，使反應進行大約24小時。由這個過程得到的電荷指示劑組合物將比缺少穩定性聚合物分子的組合物較少受到帶電顆粒的降解。這種優越的抗降解性能將在以下兩方面中顯示出來即當一電流施加到組合物上時，以及當組合物用溶劑(Isopar)衝稀時。
優選採用在其中1-乙烯基-2-吡咯烷酮單體可溶，而聚合物不可溶的非極性溶劑。該溶劑應該在比90℃高很多的溫度下沸騰，這樣便可使其在反應條件下保持液態。我們相信，當聚合反應進行時，聚合物分子將達到一個臨界長度，在此長度之上，它們在溶劑中不溶，結果形成了這些聚合物分子溶劑中的非常精細的分散體，在這些聚合物分子周圍形成了電荷指示劑膠束。這些膠束又反過來被聚合物分子加強並穩定。為了達到好的穩定效果而需要的乙烯基吡咯烷酮聚合物的臨界百分比為相對於電荷指示劑固體為基礎重量的約5-9%。在保持聚合物濃度為9%或更多時，當加入溶劑稀釋或施加一電場時，很少發生帶電顆粒的降解。但聚合物的濃度低於5%時，將會發生大量降解。本發明將用下述的實施例來進一步說明，但並非僅限於此。
實施例Ⅰ在氮氣保護下，在-4口，2升，裝有回流冷凝器和機械攪拌的玻璃反應器中將1400g的Isopar-H加熱到50℃。在攪拌和緩慢注入條件下，向Isopar-H溶入600g卵磷脂。Isopar-H/卵磷脂溶液隨後被加熱到80℃，然後向該溶液中加入102g1-乙烯基-2-吡咯烷酮。然後再加入懸浮於10-20mlIsopar-H中的3g偶氮雙丁腈，然後使反應進行24小時到完成。
實施例Ⅱ在氮氣保護下，在-4口圓底玻璃燒瓶中，在90℃時將500gIsopar-H，10g卵磷脂，和1.7g1-乙烯基-2-吡咯烷酮混合。將0.5g偶氮雙丁腈分散於20gIsopar中，並加入到以上溶液中。使反應進行17.5小時。得到的溶液是清澄的，比卵磷脂在Isopar中形成的溶液的顏色深些。
用以下實驗結果來說明本發明的優點。
表1和圖2顯示出了一電場施加到了一個普通的不穩定的電荷指示劑和卵磷脂的溶液上所帶來的效果的實驗結果。在實驗中，800v的直流脈衝被相繼地施加到一含有卵磷脂溶液的電池上4秒鐘，測定出每次脈衝時通過卵磷脂溶液的電荷。表1表示每次脈衝時溶液中通過的電荷。圖2是在脈衝時間內Lantern溶液中的電流的圖形表示。如表1和圖2顯示的，電脈衝施加到電荷指示劑溶液上改變了溶液的電學性質。實驗中施加的電脈衝相似於複製過程中所產生的電場。因此電脈衝對卵磷脂溶液所產生的效果相似於複製過程中產生的電場對液體顯影劑溶液所產生的效果。
圖3示出了含有17%單體穩定了的物種的組合物的導電率，單體的量是根據電荷指示劑固體的量而定的重量百分比，根據本發明用來與卵磷脂對照溶液之導電率進行比較，在兩種情況下都是加入了液體載體如Isopar-H。如圖3中所顯示的，在Isopar中經過穩定了的組合物的導電率隨時間相對保持不變，而同時卵磷脂對照溶液的導電率隨時間而減小。因此本發明的經過穩定了的組合物在照相複製劑中應用是具有優越性的，因為其導電率將隨時間無明顯的變化。
圖4示出了根據本發明的各種穩定了的電荷指示劑組合物進行的類似的實驗結果。在這個實驗4中，800v的直流脈衝被相繼的施加到一含有電荷指示劑溶液的電池上，對於每次脈衝測出其電池中通過的總的電荷量。對照的電荷指示劑溶液是一種如上述實驗中所採用的不穩定的卵磷脂溶液。同時測定了五種根據本發明製備的穩定了的電荷指示劑溶液。每一種電荷指示劑溶液都配以不同百分比的單體穩定劑物種。如圖4中所示，電荷指示劑應含有根據電荷指示劑固體的重量而確定的在5%到9%之間或者更多的單體穩定劑物種，以便達到高度的電荷轉移不變性。如圖4中示出的，含電荷指示劑固體的重量17%的單體穩定性物種的電荷指示劑組合物保持很小的轉移電荷的降解。
圖5示出了一電荷指示劑溶液在不進紙的連續電照像複製機的工作過程中的電導率的降低的實驗結果。圖中示出的卵磷脂電荷指示劑溶液是一不穩定的原始電荷指示劑溶液。其它的電荷指示劑是按照本發明的實施例Ⅰ製備的，含有電荷指示劑固體的重量17%的單體穩定性物種。如前面部分討論的，我們相信在電照像過程中，未穩定化的電荷指示劑膠束會破裂，造成使帶電物種數量的降低，因此造成了液體顯影劑體積導電率的降低，從而使複製質量降低。如圖5中示出的，未穩定化的卵磷脂溶液在電照相複製過程中其導電率降低18皮可姆歐/釐米。而根據本發明的實施例Ⅰ製備的，含有按照電荷指示劑固體重量而計算的17%的單體穩定性物種的溶液，在連續的電照相複製過程中只顯示出減少了4皮可姆歐/釐米的導電率。
應該認識到上述說明書僅僅是為了達到說明本發明的目的，而本發明則包括屬於以下權利要求範圍內的所有改進。
權利要求
1.一種穩定電荷指示劑溶液的方法，其包括以下步驟將電荷指示劑與一種溶劑和一種極性單體物種相混合；引發聚合反應使其進行完全。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於極性單體物種是1-乙烯基-2-吡咯烷酮。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於電荷指示劑是卵磷脂。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於溶劑是一種含有化合物的混合物的非極性有機化合物。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於所述的非極性有機溶劑是Isopar-H。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於反應是由加入偶氮雙丁腈來引發的。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於反應是在氮氣，氬氣，或其它惰性氣體的保護下進行的。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於按照電荷指示劑固體之重量計至少含有5%的極性單體物種。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於按照電荷指示劑固體之重量計含有5%到9%的極性單體物種。
10.根據權利要求1所述的方法，其特在於按照電荷指示劑固體之重量計含有10%到17%的極性單體物種。
11.一種電荷指示劑組合物，含有溶劑，不溶於所述溶劑的極性聚合物及一種溶於所述溶劑並與所述的聚合物相結合的電荷指示劑。
12.根據權利要求8所述的電荷指示劑組合物，其特徵在於所述的溶劑是一種非極性有機化合物或這種化合物的混和物。
13.根據權利要求9所述的電荷指示劑組合物，其特徵在於非極性有機溶劑是Isopar-H。
14.根據權利要求8所述的電荷指示劑組合物，其特徵在於電荷指示劑是卵磷脂。
15.根據權利要求8所述的電荷指示劑組合物，其特徵在於聚合物是聚乙烯基吡咯烷酮。
16.根據權利要求11所述的電荷指示劑，其特徵在於按照電荷指示劑固體之重量計至少含有5%的極性單體物種。
17.根據權利要求11所述的電荷指示劑，其特徵在於按照電荷指示劑固體之重量計含有5%到9%的極性單體物種。
18.根據權利要求11所述的電荷指示劑，其特徵在於按照電荷指示劑固體之重量計含有10%到17%的極性單體物種。
19.一種由包含以下步驟的方法形成的電荷指示劑組合物將電荷指示劑與一種溶劑和極性單體物種相混;在所述的單體物種分子中引發聚合反應;使所述的聚合反應進行至完全。
全文摘要
一種穩定電荷指示劑溶液的方法，一種由這種方法製備的電荷指示劑組合物(圖1)，其中將電荷指示劑與一種溶劑和一種極性單體物種相混合，引發聚合反應並使其進行完全。
文檔編號G03G9/12GK1045304SQ90101168
公開日1990年9月12日 申請日期1990年2月6日 優先權日1989年2月6日
發明者賓齊安·蘭達, 雅科夫·阿爾莫 申請人:薩文公司