Способ определения электрофоретических параметров жидкого электрографического проявителя

 

<, ц868526

Союз Советскик

Социапмстическик

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 04.01.80 (2! ) 2868002/18-25 с присоединением заявки М— (2З) Приоритет

Опубликовано 30.09.81. Бктллетець Q 36

Дата опубликования описания 30.09. 81 (5 ) М. Кл .

G 01 К 27/26 еееудерстееикый комитет

СССР ао делом изобретений и открытий (5Ç) УЛК 543.545 (088. 8) 1

Г. Н. Ганчо, П, А, Морозов и Э. Б. Моцкус:

1 -""

Научно-исследовательский институт электрогтмфин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО ЭЛЕКТРОГРАФИЧЕСКОГО

ПРОЯВИТЕЛЯ

Изобретение относится к электрографии и может быть использовано для определения электрофоретических параметров жидких электрографических проявителей (ЭЖП), подвижности частиц тонера, их удельного заряда, злектрокинетического потенциала, среднего радиуса, а также ионной проводимости проявителя. Совокупность этих параметров определяет кинетику процесса проявления и качество проявляемого изоте бражения.

Особенностью практического применения ЭЖП является то, что проявле-. ление реальных изображений происходит т5 под действием сильных электрическитс полей электростатического изображения, достигающих 5-10 В/мкм. С целью оптимизации рецептуры измарение параметров ЭЖП следует производить также в сильных полях, так как эти параметры зависяз от поля.

Известен способ определения полной проводимости проявителя, включаю1 щий подачу импульсов напряжения на электроды ячейки и измерение величины перенесенного в цепи ячейки заряда от времени. Дополнительно определяют оптическую плотность слоя осажденных частиц тонера в зависимости от времени проявления, при этом осаждение проводят на предварительно заряженнув прозрачную диэлектрическую пленку 1.

Однако этих данных недостаточно для определения параметров частиц тонера и нонной проводимости проявителя.

Известен также способ определения параметров жидкого электрографического проявителя, включающий подачу напряжения на электроды ячейки и измерение временной зависимости тока, проходящего через ячейку, поочередно заполненную исследуемьм проявитее лем и центрифусатом проявителя с последущим определением параметров расчетным путем. Расчет ведут по

868526 начапьным значениям токов в ячейке, для чего производят экстраполяцию начальных кривых к начальной точке.

При расчете используют допущения о постоянстве концентрации частиц тонера во всем объеме ячейки и линейном ее уменьшении во времени. Также допускается, что токи на начальном участке линейно уменьшаются во времени (2).

Недостадками данного способа являются отсутствие прямых измере1 ний удельного заряда и подвижности и связанная с этим необходимость ис пользования экстраполированных значений тока и принятия указанных теоретических допущений, что приводит к снижению точности и достоверности определения параметров. Определение параметров ЭИП возможно только в малых полях, так как уже при полях

0,5-1 В/мкм ток ячейки за 0,0 1-0,1 с уменьшается в несколько раз и экстраполяция в начальную точку практически становится невозможной. Недостатком qàêæå является необходимость приготовления полностью очищенного от частиц тонера центрифугата.

Время проведения измерений этим способом .в основном определяется временем приготовления центрифугата, которое составляет несколько часов и требует привлечения уникальных сверхвысокооборотных центрифуг.

Экспериментальные исследования временной зависимости тока через электрофоретическую ячейку показывают, что при полях 0,05-1 В/мкм в начальный момент времени в течение

0,01-0,1 с ток через ячейку остается практически постоянным, Если поле в ячейке велико, т.е. составляет

5-10 В/мкм, то режим существования постоянного тока сокращается до

-2

5 10 -10 с. В течение этого промежутка времени масса осажденных частиц тонера линейно зависит от времени. Это означает, что за такое короткое время в ячейке еще не образуюся неравномерности поля или концентрации, объемные заряды также не успевают возникнуть.

Обнаруженный режим постояииык значений тока и скорости осаждения в совокупности с дополнительным независимым измерением подвижности позволяет обосновать предлагаемый импульсный способ измерения параметров ЭЖП, в котором теоретические рас10 номерности концентрации, поля и т.п. что позволяет не вводить существенных допущений в теорию и таким образом повысить точность определения параметров ЭЖП и обеспечить проведение измерений в сильных полях.

Кроме этого, применение импульсного метода дает возможность получить слой осажденных частиц с легко измеряемой оптической плотностью — 0,1-2, 55 Измерение плотности слоя осажденных частиц тонера по существу есть независимое измерение подвижности, что также повышает точность и досточеты просты и не требуют серьезных физических допущений. Кроме этого, возникает возможность проводить измерения в сильных полях, т.е. до

10 В/мкм, так как при импульсном способе измерений быстрый спад тока при больших временах осаждения уже не играет роли.

Цель изобретения — повышение точности измерений и определение параметров при большой напряженности поля (более 0,5 В/мкм).

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения параметров жидкого электрографического проявителя, включающем подачу напряжения на электроды ячейки и измерение временной зависимости тока, проходящего через ячейку, поочередно заполненную исследуемым проявителем и центрифугатором проявителя, напряжение на электроды подают импульсом длительностью в пределах (0,001-0,1) /ф (, ф12 где h — расстояние между электродами ячейки; д — средняя подвижность частиц тонера; V — напряжение импульса.

С целью уменьшения времени измерений используется частично центрифугированный проявитель, при этом центрифугирование производят до осаждения не менее 20Х массы частиц тонера °

Дополнительно производят измерение оптической плотности слоя осаж35 денных частиц тонера на прозрачный электрод, например, из стекла с прозрачным токопроводящим покрытием двуокиси олова.

Сущность предлагаемого способа

40 заключается в том, что все измерения производятся в пределах существования режима постоянного тока чеоез ячейку, когда в ней еще не возникли сложные кинематические эффекты нерав868526 верность результатов теоретического расчета параметров ЭЖП. Действительно, по закону Бугера-Бэра, справедливость которого в данном случае экспериментально подтверждена, оптическая плотность пропорциональна удельной массовой плотности слоя осажденных частиц тонера, которая в свою очередь пропорциональна их подвижности, 10

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Пасту тонера отвешивают на весах и диспергируют в жидкости-носителе, например, энергичным перемешиванием.

В результате получают проявитель известной весовой концентрации частиц тонера И . Для изготовления центрифугата ЭЖП производят центрифугирование проявителя до полного удаления частиц тонера, что контролируется полным просветлением проявителя. Проявитель заливают в ячейку, которая состоит из плоскопараллельных электродов, один из которых выполнен съемным и диэлектрических стенок. Расстояние между электродами -h а площадь осаждения частиц тонера на съемный электрод — S. Съемный электрод изготовлен из стекла с прозрачным токопроводящим слоем двуокиси олова. После установки сменного электрода ячейка готова к измерениям.

Электроды подсоединяют к источнику импульсного напряжения через из35 мерительное сопротивление величиной

К, К сопротивлению подключают осциллограф для измерения напряжения на сопротивлении, пропорционального току через ячейку. Затем включают ис40 точники импульсного напряжения и подают на ячейку прямоугольный импульс напряжения величиной V и длительностью Ф . Измерительное сопротивление выбирают гораздо меньшим, чем сопро45 тивление ячейки К >, так что практически все напряжение импульса приложено к ячейке. При этом условии по закону Ома определяют ток через ячейку т,=v„j, к I о. б =1, Е6. (4) . (g VI - ) 2Е Бй э где ф — динамическая вязкость жидкос. ти-носителя: д - удельный вес частиц тонера.

Эти две величины являются справочными параметрами либо их мокко измерить известными методами.

Знак заряда частиц определяется знаком электрода. е=v)% где V — напряжение импульса на из. R мерительном сопротивлении.

Электрическое поле в ячейке или спектрографе определяют оптическую плотность "на просвет" слоя. осажденных частиц тонера Dо. Затем центрифугат заливают в ячейку и производят описанные выше действия, за исключением измерения оптической плотности. В.результате . получают значение тока через ячейку с центрифугатом Т

Для теоретического расчета параметров ЭЖП необходимо знать кроющую способность частиц тонера (., т.е. оптическую плотнос"гь слоя частиц тонера с единичной массой на единице поверхности.

Если кроющая способность неизвестна, ее можно определить следующим образом.

В ячейку заливают проявитель, устанавливают электрод и подают на ячейку напряжение в,течение 1 мин до полного просветления проявителя в ячейке. Затем электрод снимают и определяют оптическую плотность Ък полученного слоя частиц тонера. Кроющую способность находят по формуле, В результате проведенных операций экспериментально измерены величины I I ) о и известны . значения Ио, ф у ь 7 у Г» Ф- Совокупности этих величин достаточно для расчета параметров ЭЖП.

Анализ физических явлений в ячейке приводит к следующим формулам расчета параметров ЭЖП. Ионную проводимость проявителя находят по формуле

Определяют средний удельный поверхностный заряд Q частиц тонера

Затем определяют среднкво подвижность частиц тонера в проявителе (6) После этого снимают сменный прозрачный электрод и на денситометре о I E "о

При использовании частично центрифугированного проявителя предлагаемый способ дополняется операцией определения концентрации частиц тонера в центрифугате. Для определения весовой концентрации 1»4 частиц тонера в центрифугате его заливают в ячейку и производят осаждение до:полного просветления центрифугата в ней.

Затем производят измерение оптической плотности Р.1 полученного слоя частиц тонера и унаходят весовую концентрацию по формуле

> Ðî — »

И1 14о = Фк. формулы расчета параметров ЭЖП в этом случае видоизменяются, Ионную проводимость проявителя находят по формуле а средний эффективный электрокинети- 15 ческий потенциал частиц тонера (=»»)" J fE.о (8) где Qg - диэлектрическая проницае- . мость жидкости-носителя „являющая- 2о ся справочной величиной.

При реализации предлагаемого способа важным является выбор длительности импульса. Слишком малая его дли" тельность приводит к малой оптической плотности слоя осевших частиц тонера, и тогда погрешность измерений оптической плотности возрастает, а слишком большая — к тому, что ток в конце импульса уменьшается и измерения про- 30 водятся не в .режиме постоянного тока через ячейку. Эти требования приводят к тому, что за время имйульса на электрод осаждается не менее О,10,57 и не более 5-103 имеющихся в объеме ячейки частиц тонера. Время, в течение которого происходит осаждение указанного количества частиц тонера, зависит от средней их подвижности, расстояния между электро- 4О дами ячейки и приложенного напряжеФг ния (т.е. электрического поля в ячейке). Анализ показывает, что для выполнения указанных условий длительность импульса должна быть в

45 пределах значений (0,001-0,1) h fpV „ о 1» а для повышения надежности — в пределах (0,005-0,05) h /0 V. Обычно заранее известно ориентировочное значение подвижности частиц тонера, исходя из которого и оценивается по приведенной формуле необходимая длительность импульса. По результатам эксперимента определяется точное значение подвижности, с помощью ко55 торого целесообразно опять проверить правильность установленной длительности импульса и в случае необходимости повторить измерения„

Средний удельный поверхностный заряд частиц тонера определяют по формуле

Остальные расчетные зависимости не меняются, В выражении (11)в знаменатель входит разность концентраций. Чтобы погрешность определения среднего удельного поверхностного заряда не возрастала, требуется, чтобы эта разность была достаточно велика, Практически необходимо уменьшить концентрацию частиц тонера в центрифугате не менее чем на

207 в сравнении с их концентрацией в исследуемом ЭЖП.

Экспериментальная проверка предлагаемого способа проводится на практически используемых ЭЖП.

Пример. Проводятся измерения электрофоретических параметров по предлагаемому способу проявителя зеленого цвета, диспергированного во фреоне-113 концентрацией

1,5 кг/м . Центрифугированием со скоростью 4000 об/мин в течение

4-х ч изготавливают центрифугат проявителя с полностью удаленными частицами тонера, Ориентировочное значение подвижности частиц тонера

1 10 м /В с, поэтому дня ячейки

-э с h = 3 10 м и S = 7 ° 10 м и ампли— туды импульса Ч = 3 10 В длитесь".

-3 ность импульса выбрвда равной 0,01 с

7 868526

В этой формуле есть оптическая плотность слоя частиц тонера Do а ток через ячейку не входит. Это означает, что введенное в предлагаемый способ измерение оптической 5 плотности является независимым экспериментом по определению подвижности и повышает точность определения параметров ЭИП и упрощает их расчет.

Средний радиус частиц тонера в 1О проявителе находят по формуле

8685

1О

При подаче импульса напряжения длительностью 0,01 и амплитудой 3110 В ток через ячейку остается постоянным и равным 7 10 А. Величина оптической плотности "на просвет" слоя осажденных частиц тонера составляет на длине волны 3 =680 нм Э =0,4, При подаче импульса напряжения с теми же параметрами на электроды ячей° о ки с центрифугатом величина тока

-б составляет l ° 10 А . Для определевия кроющей способности используют ячейку с h 5i10 м. Оптическая плотность после полного осаждения частиц в течение 5 мин составляет 1,5. Из расчета по формуле (3) oL=2 10 и, кг.

Результаты расчета по зависимостям (4)- (8) приведены в таблице.

1 (0, r м/Всм

Î (Ом м) 1

Я, Кл/м

l,4 l0

5,8 ° 10

1;3110

0,27;10 0,8

При центрифугировании в течение шения точности измерений и определе0,5 ч получают центрифугат ЭЖП, оп- ния параметров при большой напряжентическая плотность слоя осажденных

20 ности поля более 0 5 В/мкм напряжеЭ У У частиц тонера которого при полном ние иа электроды подают импульсом осаждении их в ячейке с h = 5 ° 10 м длительностью в пределах {0,001-0,1)» составляет Р = 0,9. Согласно форму- h J+ Ч, где в - расстояние мЮкду лы (9) весовая концентрация частиц

9 электродами ячейки Q- средняя под) ю О тонера в центрифугате о 0 9 кг /м-. вижность частиц тонера V- напряже25 1

При подаче импульса напряжения дли- ние импульса. тельностью 1 10 с амплитудай 3 10 В

-2. 3 2. Способ по п. l о т л и ч а юна электроды ячейки с центрифугатом шийся тем, что с целью уменьше-, из которого частично удалены часФицй ния времени измерений, используют частонера, величина тока составляет тично центрифугированный проявитель, I = 4,6 10 А. Расчет по зависимостям

6 30 при этом центрифугирование произво(10) и (11) даат совпадающие с резуль- дят до осаждения не менее 203 массы татами таблицы значения величин(3 и частиц тонера.

Я 3. Способ по п.l, о т л и ч а юПредлагаемый способ позволяет по- шийся тем, что дополнительно высить точность определения парамет- З производят измерение оптической плотров ЭЖП и тем самым достигнуть луч- ности слоя осажденных частиц тонера шей оптимизации рецептуры самих ЭЖП. на прозрачный электрод, например, из стекла с прозрачным токопроводяФормула изобретения .щим покрытием двуокиси олова.

l. Способ определения электрофоретинеских параметров жидкого электро- Источники информации, графического проявителя, включающий принятые во внимание при экспертизе. подачу напряжения на электроды ячей- 1. Stark Н;М. Henchek R.S. Е!ее . ки и измерение временной зависимости rophoresis of. Toners.-J.A ppi.Phys, тока, проходящего через ячейку, по- 4 1970 V 40, ре2905 очередно заполненную исследуемым про- ° 2. Kohler R. Giglberger О., Besявителем и центрифугатом,проявителя, tenreiner F. Stuedies on Electroc последующим определением парамет- phoretie Developers fpr Pictorial ров расчетным путем, о т л и ч а ю- Electrophotography.= Photogr.Scil шийся тем, что, с целью ловы- M and Eng *. 1978, U 22, 11 4 р.218.

Составитель И. Клешиина

Редактор Т. Иермелштайн Тежред. Т.Иаточка Корректор Н. Стец \ . ° ю у °

Заказ 8311/60 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII Патент r. Ужгород, ул. Проектная, 4