Электрофотографические тонеры нового поколения с улучшенными характеристиками

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Страниц:
137


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Актуальность темы диссертационного исследования.

В последние годы цифровая печать переживает период бурного развития. Ежегодно на рынке появляются десятки новых принтеров и печатных машин. Современное состояние мировой экономики заставляет производителей цифрового оборудования заниматься вопросами снижения энергопотребления, при этом качество печати должно оставаться на высоком уровне, чтобы была возможность конкурировать с традиционными способами печати.

Одним из основных способов цифровой печати является электрофотография. Эта технология возникла в начале XX в. благодаря американскому изобретателю Ч. Карлсону, создавшему то, что сейчас называется классической электрофотографией — метод получения изображения, основанный на физических явлениях взаимодействия электростатических зарядов в полупроводниковых и диэлектрических материалах и средах [1,2,3]. Процесс электрофотографической печати многостадийный. Стадия проявления очень важна, так как именно после неё скрытое электростатическое изображение становится видимым. Возможно применение различных технологий для проявления, однако, интерес представляет однокомпонентное немагнитное проявление с зазором.

В настоящее время в принтерах реализуется этот способ, но дополнительно применяется высокочастотное переменное электрическое поле для отрыва частиц тонера от проявляющего валика, что значительно усложняет систему вцелом. Например, в системе Xerox iGen3, iGen4 на поверхности проявляющего валика находится тонкая проволока, на которую подается переменное электрическое напряжение для преодоления адгезии тонера.

Причина отсутствия принтеров, использующих для переноса только постоянное электрическое поле, хорошо известна: кулоновские силы постоянного электрического поля между скрытым электростатическим изображением и заряженными частицами тонера значительно меньше адгезии тонера к проявляющему валику, их недостаточно, чтобы оторвать тонер от поверхности проявляющего валика и перенести его на поверхность фоторецептора [4]. Попытки создать такое оборудование существовали -Panasonic и система Moore, но они не были коммерчески успешными [5,6].

Основным препятствием, которое необходимо преодолеть, чтобы сделать жизнеспособной такую систему проявления, является снижение адгезии тонера к проявляющему валику. Эксперименты показали, что фактическая адгезия в 10 раз выше теоретически рассчитанной с использованием простой теории, когда заряд помещают в центр тонерной частицы [7,8,9]. В последнее время были сделаны большие успехи в области уменьшения адгезии тонера, как экспериментально, так и теоретически [10,11].

Возможность исключить узлы, облегчающие отрыв тонера, позволит резко упростить строение электрофотографических (ЭФГ) устройств. Это является актуальной задачей для создания компактных и дешевых цветных электрофотграфических принтеров.

Поэтому целью настоящей работы является установление возможности уменьшения адгезии тонера к проявляющему валику в однокмопонентной немагнитной проявляющей системе с зазором для последующего упрощения строения электрофотографического устройства и снижения его энергопотребления.

Решаемая научная задача заключается в создании на поверхности тонера монослоя наночастиц оксида кремния для уменьшения адгезии частиц тонера на поверхности проявляющего валика, что значительно упрощает конструкцию электрофотографического устройства и снижает его энергопотребление.

Для этого были решены следующие задачи: в анализ опубликованных научных и патентных материалов в этой области-

• исследование адгезии тонера и возможности её снижения-

• анализ и выбор наноматериалов, пригодных для решения поставленной задачи-

• исследование свойств тонера и изучение его размерных характеристик-

• формирование тонерных смесей, пригодных для проведения экспериментов-

• изучение влияния времени введения нанодобавки в состав тонера-

• определение изменения адгезии при ипользовании тонера с разной концентрацией нанодобавки-

• изучение параметров отпечатков, полученных при использовании тонера с различными концентрациями добавки.

Научная новизна работы настоящей работы состоит в следующем:

• дано теоретическое объяснение снижения адгезии тонера на основании экспериментальных данных за счет уменьшения точек контакта тонера пр путем создания монослоя наночастиц оксида кремния на поверхности тонера-

• экспериментально установлена зависимость адгезионных свойств тонера на границе тонер-проявляющий валик от концентрации оксида кремния и условий его введения в состав тонера.

Практическая значимость заключается в том, что:

• определена необходимая концентрация наночастиц оксида кремния для снижения адгезии-

• установлены режимы введения добавки в тонер-

• доказана возможность использования разработанного тонера в системе проявления с зазором без дополнительного узла, генерирующего высокочастотное переменное электрическое поле.

Апробация работы проходила в виде докладов и обсуждений на зеседаниях кафедры ТиТЦП МГУП имени Ивана Федорова- научно-технических конференциях молодых ученых МГУП имени Ивана Федорова (2010 г., 2011 г.) — на международной учебно-практической конференции в г. Каунас (Литва, 2010 г.). По теме диссертационной работы опубликовано 4 научные статьи. В том числе две из них в изданиях, рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся следующие положения:

• Определение режимных и рецептурных параметров ввода наночастиц оксида кремния в состав тонера как способа сокращения числа контактов тонера с проявляющим валиком и уменьшения адгезии тонера.

• Определение величины адгезии тонера к проявляющему валику для осуществления процесса проявления под действием кулоновких сил.

• Практическая реализация процесса печати в электрофотографическом оборудовании с отключенным узлом создания высокочастотного напряжения с использованием разработанного тонера и определение качества отпечатков.

Выводы

В ходе выполнения диссертационной работы были решены задачи анализа и выбора наиболее востребованных способов проявления электрофотографического процесса- сформулированы условия эффективной работы системы проявления с зазором- исследованы свойства тонера и изучены его размерные характеристики- проведено сравнение адгезии для коммерчески доступных тонеров и выполнен расчет интервала напряжения- сформирован состав тонерных смесей, пригодных для проведения экспериментов- изучено влияние режимных параметров введения добавки на значение заряд/масса- в соответсвии со стандартом 180/1ЕС 13 660: 2001 были изучены параметры отпечатков, полученных при использовании различных тонерных смесей- дано теоретическое обоснование снижения адгезии- получено подтверждение возможности использования разработанного тонера в промышленном оборудовании.

На основании полученных результатов были сделаны следующие выводы:

1. Для печатных машин с однокомпонентным немагнитным проявлением с зазором сформулировано условие эффективной работы, заключающееся в том, что кулоновкие силы скрытого электростатического изображения О^Е должны быть больше адгезии тонера Га

2. Проведение сравнения адгезии современных тонеров и расчета интервала напряжения для них выявило, что измеряемая адгезия современных тонеров значительно больше теоретически рассчитываемой.

3. Установлен необходимый для проявления интервал напряжения, равный 0400 В с учетом возможности современных фоторецепторов.

4. Экспериментально подтверждена гипотеза, что уменьшение точек контакта тонера с проявляющим валиком путем нанесения монослоя наночастиц оксида кремния приводит к снижению адгезии.

5. Даны рекомендации по режимным параметрам введения добавки (времени перемешивания — 35 с) для получения стабильного значения заряд/масса.

6. Установлена зависимость необходимой силы отрыва тонера от введенной в рецептуру тонера поверхностной нанодобавки оксида кремния (в интервале от 0 до 4,3 весовых %). Значительное уменьшение адгезии достигается при введение в рецептуру тонера до 2,2% наночастиц оксида кремния, дальнейшее увеличение концентрации не приводит к заметному увеличению эффекта уменьшения адгезии.

7. Установлено, что разработанный тонер позволяет эффективно функционировать системе проявления с зазором без дополнительного узла генерации высокочастотного напряжения.

8. В соответсвии со стандартом ISO/IEC 13 660: 2001 было определено, что высокое качество печати дает тонер с концентрацией нанодобавки 2,2%.

9. Установлено, что при увеличении концентрации добавки наночастиц оксида кремния в составе тонера происходит увеличение оптической плотности отпечатков.

10. Выявлена зависимость количества осажденного тонера на фоторецептор (М/А) от значения заряд/масса (Q/M). Чем больше значение заряд/масса, тем больше тонера переносится на фоторецептор.

11. Установлена рекомендованная концентрация наночастиц оксида кремния в тонерной смеси, равная 2,2%, которая позволяет получить высокую оптическую плотность отпечатков (2,0), достаточное снижение адгезии для эффективного функционирования однокомпонентной системы проявления с зазором без узла высокочастотного переменного напряжения и минимальные искажения по параметрам, влияющим на качество отпечатков.

ПоказатьСвернуть

Содержание

Глава 1.

1.1 Стадии электрофотографического процесса и их влияние на процесс печати.

1.1.1 Принципы зарядки фоторецептора и способы реализации в оборудовании.

1.1.2 Формирование скрытого электростатического изображения на поверхности фоторецептора.

1.1.3 Современные способы проявления скрытого электростатического изображения и их анализ.

1.1.3.1 Проявление однокомпонентным тонером и его особенности.

1.1.3.2 Проявление магнитной кистью из двухкомпонентного проявителя и его особенности.

1.1.4 Принципы переноса изображения с фоторецептора на печатный материал.

1.1.5 Анализ способов закрепления изображения и очистка фоторецептора.

1.2 Анализ состава тонера и влияние компонентов на рабочие характеристики тонера.

1.2.1 Характеристики двухкомпонентного проявителя. Система тонерноситель.

1.3 Анализ способов изготовления тонеров.

1.3.1 Традиционный способ изготовления тонера.

1.3.2 Полимеризационный способ изготовления тонера.

1.3.2.1 Получение тонера с использованием эмульсионной полимеризации.

1.3.2.2 Изготовление тонера с использованием суспензионной полимеризации.

1.3.3 Физико-механический способ пульверизация).

1.4 Нанотехнологии.

1.4.1 Определение термина наночастица.

1.4.2 Становление нанотехнологии.

1.4.3 Особые свойства как результат наноразмерности.

1.4.4 Технологии производства наночастиц.

1.4.4.1 Синтез неметаллических неорганических наночастиц.

1.4.4.2 Методы выращивания кристаллов из расплава.

1.4.4.3 Выращивание кристаллов из растворов.

1.4.5 Структура наноматериалов.

1.4.5.1 Полиморфизм диоксида кремния.

1.4.6 Применение наночастиц.

1.4.7 Методы определения показателей частиц.

1.4.7.1. Кристаллография.

1.4.7.2 Определение размеров частиц.

1.4.7.3. Структура поверхности.

1.4.7.4. Просвечивающая электронная микроскопия.

1.4.7.5. Ионно-полевая микроскопия.

1.4.7.6. Сканирующая микроскопия.

1.4.7.7 Атомная-силовая микроскопия.

1.4.7.8 Инфракрасная и рамановская спектроскопия.

1.4.7.9 Магнитный резонанс.

Список литературы

1. Carlson Ch. F. Пат. США. 2 221 776. 1940

2. Carlson Ch. F. Пат. США. 2 297 691. 1942

3. Carlson Ch. F. Symposium III on Unconventional Photographic System. Waschington. DC. USA., 1971. P. 212

4. L. B. Schein Electrophotography and Development Physics. Laplacian Press. Morgan Hill. CA. USA., 1996. 386 P.

5. O. D. Christy High speed development method for resistive monocomponent toning using Pauthenier charging. Proc. IS& T’s NIP 10. IS&T. Springfield. VA. USA., 1994. P. 79

6. O. D. Christy Toner current discharge on conductive surfaces and its use in charge level control. Proc. IS& T’s NIP12. IS&T. Springfield. VA. USA., 1996. P. 292.

7. D. A. Hays Toner adhesion. J. Adhes. USA., 1995. № 51. P. 41

8. B. Gady, D. J. Quesnal, D. S. Rimai, S. Leone, and P. Alexandrovich Effects of silica additive concentration on toner adhesion cohesion, transfer, and image quality. J. Imaging Sci. Technol. 1999. № 43. PP. 288−294

9. D. S. Rimai, P. Alexandrovich, D. J. Quesnel. Effects of silica on the adhesion of toner to a composite photoconductor. ibid. 2003. № 47. P. 12

10. L. B. Schein, W. S. Czarnecki. Proximity theory of toner adhesion. J. Imaging Sci. Technol. 2004. № 48. PP. 412−416

11. L. B. Schein, W. S. Czarnecki, B. Christensen, T. Mu, and G. Galliford. Experimental verification of the proximity theory of toner adhesion. J. Imaging Sci. Technol. 2004. № 48. P. 417

12. Ванников A.B., Уарова P.M. Процессы и технологии цифровой печати. Основы цифровой печати. Ч. II: учеб. пособие / Ванников А. В., Уарова P.M. Моск. гос. ун-т печати. — М.: Изд-во МГУП, 2009. 262 С.

13. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография. М.: МГУП, 2006.- 446 С.

14. Shaffert R.M. Electrophotography. London: Focal Press, 1975. 428 P.

15. Харин О., Сувейздис Э. Цветная электрофотография. М.: Воен. изд., 1996. 227 С.

16. Харин О., Сувейздис Э. Электрофотография для цифровой печати. М.: Изд-во МГУП, 1999. 438 С.

17. Р. М. Уарова, А. В. Ванников, А. В. Чуркин. Основы цифровой печати: Учеб. Пособие М.: МГУП, 2005. 448 С.

18. Киппхан Г. Энциклопедия по печатным средствам информации М.: МГУП, 2003

19. Соловьева М. А., Ванников А. В. & laquo-Использование наночастиц оксида кремния в новых электрографических тонерных системах& raquo-. Scientific-practical conference «Innovations of publishing, printing and multimedia technologies 2010». Kaunas kolegija, 2010. C. 86−93

20. Van Stiphout J. e.a. Осе Nederland B.V. Method of and apparatus for forming a multi-color image. EP 373 704, NL 15. 12. 1988,№ 8 803 064, опубликован 01, 20. 06. 90

21. Соловьёва M.A., Уарова P.M., Меньшикова E.A., Ванников А. В. Сравнительные характеристики электрофотографических тонеров. Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2012. — № 2, март-апрель. — С. 61−71

22. Google patents: Электронный ресурс. Сайт компании «Google». URL: http: //www. google. com/patents (дата обращения: 20. 05. 2011).

23. Tosniki Nanya, Fumihiro Sasaki, Shinichiro Yagi et al, Development of a new polyester-based polymerization toner, IS& T': 2004 International Conference on Digital Printing Technologies, PP. 143−147.

24. Yoshihiro Norikane, Shinji Aoki, Tetsuya Sonoda et al, Method of manufacturing a toner, device of manufacturing a toner, and toner, US Patent 2010/55 600 Al, priority: Japan 2008−224 063, pub. date: Mar. 4, 2010.

25. Пул Ч. мл., Оуэне Ф. Нанотехнологии. Издание 5-е, исправленное и дополненное. -М.: Техносфера, 2010. 366 С.

26. Р. Ханнинк, А. Хилл Наноструктурные материалы. М.: Техносфера, 2009. 488 С. 27. 0yewumi М. О., Mumper R. J. Gadolinium-loaded nanoparticles engineered from microemulsion templates. Drug Dev Ind Pharm. 2002. PP. 317- 328

27. Gerbericha W. Superhard silicon nanospheres. et al. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2003. № 51. PP. 979−992

28. Ung Т., Liz-Marza L. and Mulvaney P. Gold nanoparticle thinfilms Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2002. № 202. PP. 119−126.

29. Aiyer H.N., Vijayakrishnan Y., Subanna, G.N. and Rao C.N.R. Surf. Sci. 1994. № 313. P. 392.

30. Rao C.N.R., Kulkarni G.U., Thomas P.I. and Edwards P. P. Size-Dependent Chemistry: Properties of Nanocrystals. Chem. Eur. J. 2002. № 1. PP. 28−35.

31. Х. С. Багдасаров Высокотемпературная кристализация из расплава. М.: Физматлит, 2004. С. 29−31

32. Т. Г. Петров Выращивание кристаллов из растворов. Л.: Недра, 1983. С. 74−121

33. В. С. Урусов Теоретическая кристаллохимия. М.: Изд-во МГУ, 1987. С. 87

34. Plastics News. Source: Business communication Co. Inc. Norwalk Com.: Электронный ресурс. Сайт компании «Plastics News». URL: http: //www. plasticsnews. com (дата обращения: 13. 03. 2012)

35. Williams, D.B., Goldstein, J.I. and Newbury, D.E. X-Ray spectrometry in electron beam instruments (Plenum press). New York. USA. 1995. 203 P.

36. Cowley, J.M. Applications of electron nanodiffraction. Micron. 2004. № 35. PP. 345−360

37. Mani R.C. Synthesis and electrochemical characteristics of a nanocomposite diamond electrode. Electrochemical and Solid State Letters. 2002. № 5. PP. 3235

38. Jones, I.P. in Advances in Imaging and Electron physics. 2002. vol. 125, 2002 PP. 63−117

39. H. Iimura, H. Kurosu, and T. Yamaguchi, J. Imaging Sci. Technol. 2000. № 44. P. 457

40. J. Hirayama, T. Nagao, O. Ebisu, H. Fugkuda, and I. Chen, ibid. 2003. № 47. P. 9

41. D. A. Hays Toner adhesion, J. Adhes. 1995. № 51. P. 41

42. B. Gady, D. J. Quesnal, D. S. Rimai, S. Leone, and P. Alexandrovich, «Effects of silica additive concentration on toner adhesion cohesion, transfer, and image quality», J. Imaging Sci. Technol. 1999. № 43. PP. 288−294

43. Спецификация анализатора Multisizer™ 4 COULTER COUNTER: Электронный ресурс. Сайт компании ПРОМИКС. URL: http: //www. promix. ru/catalog. htm? catalogID=12 (дата обращения: 10. 03. 2012)

44. Stober W., Fink A., Bohn E., Controlled Growth of Monodisperse Silica Spheres in the Micron Size Range, J. Colloid Interface Sci. 1968. № 26. P. 62

45. Brako R., Newns D. M., Rep. Prog. Phys. 1989. № 52. P. 655

46. Обзор МФУ Xerox WorkCentre M15i: Электронный ресурс. Сайт компании «Ферра. Ру». URL: http: //www. ferra. ru/ru/periphery/s25594 (дата обращения: 02. 05. 2012)48. ISO/IEC 19 752: 2004 (Е)49. ISO / IEC 13 660: 2001 (Е)

47. Epson: Электронный ресурс. Сайт компании «Epson». URL: http: //www. epson. ru/catalog/detail/52 760/ (дата обращения: 16. 11. 2011).

48. X-Rite: Электронный ресурс. Сайт компании & laquo-Х-Rite»-. URL: http: //www. x-rite. m/catalog/offsetdensitometersreflection/ (дата обращения: 16. 11. 2011).

49. Naoki Iwata et al. Electrophotography. 1955. № 4 PP. 328−336

Заполнить форму текущей работой