Электрофотографический элемент Советский патент 1974 года по МПК G03G5/06 

(54) ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЧЕСКИЙ .ЭЛЕМЕНТ

1

Изобретение относится к области ксерографии. В известных сложных фотопроводящих слоях при экспонировании светом фотопроводимость в слоистой структуре осуществляется транспортировкой заряаов по объему g фотопровод я щего слоя, как это наблюдается в случае стекловидного селена и других гомогенных слоистых модификащ1й. В материалах на основе связующего (неактивные электроизоляционные смолы/ п. оводимос и или ilO транспортировки заряДов Достигают за счет высокого содержания фотопроводящего пиг- j мента, обеспечивающего контакт фотопрово- дящих частиц, В случае фотопроводящих частиц, диспергированных в фотопроводящей |5 матрице, фотопроводимость возникает за i i i счет выработки носителей заряда как в фо- тонроводящей матрице так и в фотопроводя- щем пигменте.

В известных материалах фотопроводящая 20 поверхность во время работы подвергается воздействию окружающей среды и условий окружающего пространства; в случае же повторной ксерографии воспринимает истирание, химическое и тепловое воздействие, 25

а также воздействие повторных экспозиций светом. Эти воздействия постепенно ухудшают электрические характеристики фотопроводящего слоя, что приводит к появлег. нию дефектов поверхности и царапин на ней, локализованных участков устойчивой проводимости, которые не в состоянии удерживать электростатический заряд, и к высокому разряду.

Кроме того, такие фотопроводящие слои требуют, чтобы фотопроводннк составлял около 10О% от всего слоя (стекловидный селен) или же больщую часть фотопроводящего материала в слое на основе связующего. Требования, чтобы фотопроводящи и слой состоял полностью или главным образом из фотопроводника, ограничивает физические характеристики элемента, барабана или ленты: гибкость или адгезия фотопроводника к подложке, так как свойства определяются главным образом физическимт свойствами фотопроводника, а не смолы или материала матрицы, которые должны присутствовать в меньщих количествах. Целью изобретения является изготовление стойкого ксерографического элемента, пригодного для циклической ксерографии и способного обеспечить повышенную стойкость на истирание, химическую Ътойкость и светостойкость. Поставленная цель достигается изготоа лением ксерографического элемента, име,юшего слой фотопроводящего связующего, состоящий из фотопроводящих частиц, диспергированных в электроноактивном матричном материале. Причем фотопроводяшие частицы присутствуют в количестве О,li-5,0 по отношению к объему матричного связую : щего и способны к фотогенерированию элект ронов; электроноактивный матричный мате)риал способен поддержиБаТ1ь-инжекцию фотогенерированных электронов от фоточувст вительных частиц и транспортировать элекр роны через электроноактивный материал. Электроноактивный матричный материал должен быть прозрачен и не поглощать лучи с длинами поля, используемыми в ксерографии. Как фотопроводник применяют материал, - который электрически фоточурст- вителен к используемому свету и электропроводимость которого значительно возрастает в ответ на поглощение электромагнитного излучения определе1шого интервала длин волн.. Ксерографический чувствительный материал может быть изготовлен с применением активного электростатически - матричного материала, обладающего электроноакцепторными свойствами, способного облег чить транспортировку фотогенерированных электронов из фоточувствительного материала под действием электрического поля. Активные матричные материалы должны поглощать по крайней мере свет с длинами волн ксерографического использования, соот : ветствующими фоточувствительности фотопр водника, и способны поддерживать инжекцию и транспортировку электронов, фотогенериро ванных частицами фотопроводника. Пары дыр ка-электрон фотогенерируют .в фотопроводящем слое, электроны затем инжектируют через промодулированный полем барьер в активный матричный материал и происходит транспортировка электронов через активный материал. На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый ксерографический элемент; на фиг. 2 - механизм разрядки для слоя на основе связующего; на фиг. 3 - механизм разрядки известной системы на основе связующ } над фиг. 4 - то же,-/другой вариант. На фиг. 1 показана подложка 1 или носитель, которая может быть из металла (латунь, алюминий, золото, платина, сталь) любой удобной толщины, жесткой или гибкой, в виде листа, ленты или цилиндра и может быть покрыта тонким слоем пластика. Она может состоять также и из других материалов: металлизированной бумаги, пластиков, листа, покрытого тонким слоем хрома или | окиси олова. Предпочтительно, чтобы подлож )Ка была в некоторой степени электрически проводящей или имела проводящую поверхность, достаточную для необходимых манипулядий. в векр- орьсс случаях, однако, подл ложка 1 не должна быть проводящей или может вообще отсутствовать. Фотойроводящий слой на основе связующего (слой О) содержит частицы 2, заключенные в элект роноактивную матрицу или связующий материал 3. Фотопроводяище частицы могут быть из любого подходящего неорганического или органического фотопроводника, который генерирует пары электрон-дырка. Как типичные неорганические материалы, применяют jнеорганические кристаллические соединения ; (например, сульфид кадмия, сульфоселенид ; кадмия, селенид кадмия, сульфит цинка, окись гдинка или их смеси) или неорганические фотопроводящие стекла (аморфный селен, сплавы селена с теллуром или мьщьяком). Селен может быть использован также в его гексагональной кристаллической форме, известной в продаже под названием тритональнвЛ селен. В качестве типичных органических фото я проводников применяют фталоциани новые пигменты, например, свободные от металла фталоцианиновые пигменты формы X и металлофталоцианиновые пигменты, например, медьг-фталоцианнн, бис-бензимидазольные, периленовые, хинакридоновые, индигоидные и многоядерные хиноновые пигменты. Для достижения наилучшепо сочетания 4шзических и электрических свойств верхний предел концентрации фотопроводящего пигмента должен быть не более 5,О% по отйбшению к слоя на основе связующего. Нижний предел содержания фотопроводящих частиц должен быть 0,1% по отношению объему слоя на основе связующего, чтобу коэффициент поглощения света был доста-лрчен для достижения заметной генерации 90сителей. Удовлетворительные результаты получают при толщине слоя 2-1ОО мк, а при толщине слоя 5-5О мк особенно хорошие результаты. Удовлетворительных резул татов достигают при размере фоточувствительных частиц в структуре на основе связующего О, О 1-1, О мк. Активный матричный материал 3 функционирует в качестве связующего для фото- проводящих частиц 2 и содержит транспортирующий электроны материал. Этот слой включает ароматический или гетероциклический электроноакцепторный материал, способный поддерживать инжекдию элект ронов из фотопроводящего слоя и транспортировку фотогенерироваеных электродов под действием приложенного поля. Для этого активный матричный материал должен быть прозрачен к излучениям с длиной волны в интервале 42ООSOOO A, так как пригодные ля использования фотопроводники фоточувствительны к таким излучениям. Как тжпичные электроноакцепторные материалы применяют фталевый ангидрид, тетрахлорфталевый ангидрид, бензил, меллитовый ангидрид, симм-трицианобензол, пикрилхлорид, 2,4- -динитрохлорбензол, 2,4-динитробромбензол 4-нитробифенил, 4,4-динитробифенил, 2,4,6 -тринитроанизол, трихлортринитробензол, тринитро-о-толуол, 4,6-дихлоро-:1,3-динит робензол, 4,6-дибромо-1,3-динитробензол, п-динитробензол, хлоранил, броманил и и смеси. Особе нно хорошими свойствами обладарг ароматические или гетероцикличе ские соединения, имеющие более одното, такого заместителя, как 1штросуль- фанат, карбокси-или цианогруппа. Предпочтительны 2, 4,7-тринитро-8-флуоренон (ТНФ) 2,4,5,7-тетранитрофлуоренон, трити роантрацен, динитроакриден, татрацианопирен и динитроантахинон. В качестве активного транспортирующе го материала могут быть использованы такие полимеры, как полиэфиры, полинилоксаны, полиамиды, полиуретаны и эпоксиды, а также блок-, графит- и неупорядоченные сополимеры, содержащие ароматические фрагменты. Существенная или значительная прозрачность транспортного слоя 3 необходима для того, чтобы фотопроводящий слой 2 мог функционировать со всей емкостью в качестве фотогенератора и инжектора электронов. Свойство существенной проарач кости обеспечивает то, что достаточное количество активирующего излучения проникает в фотопроводящий слой, вызьшая разрядку заряженного активного транспортного фоторецептора. Удельное сопротивление активного матричного материала должно быть равно юЮом.см, предпочтительно ;на несколько порядков выше. Для по;1учения ; оптимальных результатов удельное сопротив- ление активного матричного материала долж- 1но быть таким, при которюм полное сопро- тивление фотореиёптора или в отсутствии |активирующего освещения или инжекции за,р$щов из фотопроводящих пигментов было 1Г.З-2 .около 1ООМСМ. J, Другие варианты структуры (фиг. 1) предусматривают применедае блокирующего слоя на гравдце раздела подложка-фоторецептор. Типичны блокирующими материал лами $шляется найлон, эпоксидные смолы, окись алюми я или изоляционные смолы, включая полистирол, бутедиеновые полимеры и сополимеры, акриловые и метакриловые полимеры, виниловые смолы, алкидные смолы на основе целлюлозы. На фиг. 2 показан ксерографический материал, заряженный отрицательно коронным разрядом. Свет 4 (показан стрелками) : проходит через прозрачный активный матричный материал 3 и создает в фотопроводнике пары электрон-дырка. Электроны и дырки разделяют под действием сил приложенного поля, причем дырки проникают к поверхности и рассеивают отрицательный заряд, а электроны инжектируются в активный матричный материал 3, в котором они транспортируются к положительно заряженной подложке. Большие изменения в поверхностном потенциале возникают только тогда, когда I электрическое поле в слое способно обеспе- |чить перемещение фотогенерированных элект.i ронов из фотопроводниковых частиц через I активный матричный слой и затем противоположно заряженной поверхности. Для симальной полезности устройства активный I матричный слой заряжают отрицательно. Отрицательную зарядку структуры на основе связующего предпочитают потому, что близость фотопроводниковых частиц к поверхности ксерографической структуры . обеспечивает )более легкое рассеяние носиi телями положительных зарядов отрицательных зарящов поверхности, в то время как носители отрицательных зарядов транспортируются через транспортный матер11ал к положительно заряженной подложке. На фиг. 3 изображена электрографическая пластина известного типа, в которой сенсибилизированный пигмент 2 дисперги.рован в фотопроводниковом связующем материале 3 с целью увеличения чувствительгности фотопроводника. Свет 4 проникает в электрофотографический спой и образует фотогенерированные дырки и электроны или в фотопроводшковом связующем или в пигментном материале (в зависимости от па дающего излучения). Так как большинство носителей создается на поверхности фото изоляционного элемента или вблизи нее, то транспор-гарование зарядов не создает серьезных проблем. Поэтому в точке А свет вызывает фотогенерирование электрона и дырки в фотопроводнике, а в точке В фотогенерирование наблюдедтся в пигменте, -. Из чертежа видно, что пйгме - ; должен присутствовать в относительно высокой кон центрагши и находиться вблизи поверхности фоторецептора. На фиг. 1 фотогенерирование осуществляется исключительно в слое фотопроводниковых частиц. Ак-гавный транспортный материал является существенно прозрачным для падающего излучения, а фотопроводниковый материал хорошо защищен активным слоем. На фиг. 3 видно, что для функционирования пигмента в материале, он должен присутствовать в значительном количестве вблизи поверхности, где он подвергается неизбежному истиранию и воздействию окружающей среды. На фиг, 4 показан пример фоторецептора в котором фоточувствительный пигмент 2 диспергирован в инертном полимерном материале 3 в двух различных концентрациях {А и в). Из-за того, что в полимерном связующем не происходит фотогенерирова кия, необходимо, чтобы фотопроводящий пигЦ мент или краситель присутствовал в достаточном количестве для поддержания ишкекции зарядов по всей системе на основе связующего, В части А, где наблюдается большая концентрация пигмента, свет 4 создает пару дырка-электрон, которая зате транспортируется к положительно г аряженной поверхности, в то время, как в части В, где концентрация пигмента недостаточна для обеспечения близости, падаюишй свет создает пару дырка-электрон, которая остается захваченной нз-за неспособности системы на основе связующего транспортировать фотогенерированные заряды к другим частицам пигмента или к заряженной поверхности (на фиг. 2 контакт не является необходимым в активной матричной структуре). Кроме того, из-за необходимости контакта частиц в структуре на основе инертного связующего {фиг, 4 ) возникают проблемы, поскольку геометрия частиц может не соответствовать направлению света и тем самым проводить к нерегуляр- . ому рассеянию заряда.I Когда двухслойная конфнгураиия слоя ; на основе свазн фотопроводника и активного ; ;T{Maacegi|)THbrd материала активной ,матри- цы является достаточно прочной для образо- i вания самоиесущего элемента {именуемого i пленкой), оказывается возможным искяю- . чить 4язическую основу или несущий элемент i в заменить поэтому любым из различных ycTpol TB, хорошо известных в этой области: техни1Ь1, вместо заземленной плоскости, нее создававшейся слоем основы. Зазем- I ленная плоскость П|Ш работе создает источн ник зарядов изображения с обеими полярно- { стями. Отложение изолирующей двухслойной | структуры на основе связки, сенсибилизирующей заряды требуемой полярности, застав ляет те же заряды в заземленной плоскости} противоположной полярности мигрировать к границе раздела у фотопроводящего изолирующего слоя. Без этого емкосгрь тахэдлнрую- i шего элемента самого по себе была бы такой, что он не мог воспринять достаточный - - заряд | для сенсибилизации слоя до ксерографически полезного потенциала, Возщгкает электростатическое поле между отложенцы- ми зарядами на одной стороне ксерографн, ческого двухслойного элемента и индуцированными зарядами {из заземленной Ш1оско и сти) на другой стороне, что создает такое напряжение в усероррафическом элементе, ; что когдй (в фотрпроводяшем слое) электрон возбуждается с помощью фотона в зону проводимости, в результате чего создается дырочно-электронная пара, заряды мигрируют под действием этого поля, создавая скрытое электростатическое изображение. Поэтому очевидно, что если физическая заземленная плоскость является исключенной, то может быть предусмотрена ее замена с помощью отложения на противоположных сторонах двухслойной ксерографической изолирующей пленки, одновременно электростатических зарядов противоположной полярности. Таким образом, если положительные электростатические заряды помещаются на одну сторону, пленки с помощью коронного заряжения, одновременное отложение отрицательных заря-i дов на другой сторюне пленки также с помощью коронного заряжения будет создавать индуцированную, т, е, эквивалентную заземленную плоскость внутри тела пленки, как если бы заряды противоположной полярности подавались к границе раздела, наводясь от действительной заземленной плоскости. Такая искусственная заземленная плоскость дает возможность восприятия пригодного для использования сенсибилизирующего заряда и в то же время обеспечивает миграцию зарядов под действием приложенного поля при экспонировании активирующим изпучением. Ксерографический элемент на основе св зующего может быть выполнен в виде плоскости, сферы, или цилиндра. Пластина, по желанию, может быть гибкой или жесткой. Пример 1. Фоточувствительную пла стину на основе связующего {см, фиг. 1). содержащую частицы фталоцианина меди в ТНФ (2,4,7-тринитрофлуоренон) в отноше НИИ 50:11 об. ч. Для ее изготовления приготавливают 5О г 2О вес. % раствора ТНФ в смеси ISO г толуола и ЗО г циклогекса нона, прибавлением р.дствора к раствору 0,5.г фталоцианина меди и 2О г толуола, измельчением смеси в течение 1 час до по лучения хорошей дисперсии и поливом дисперсией алюминиевой подложки с использованием для насоса покрытия прибора типа Bird Appticafar . После сушки воздухом при 11О°С в течение 12 час получают слой толщиной 12 мк. Фоточувствительную пластину помещают в ксерографическую мащину типа ХегОХ Mode I D и применяют для получения копии, для чег-о материал заряжают с помощью отрицательного коренного разряда (до 300 в), заряженную пластину затем экспопируют с использованием вольфрамовой лампы с длинами волн в интервале 42 ОО- 8000- А и проявляют каскадным методом с применением тонора, Получают копии превосходного качества подобные копиям, изготовляемым на обычной электрофотографической пластине с аморфным селерном. П р и м е р 2. Пластину изготавливают по примеру 1 с примене гаем в качестве фотопроводника тригонального селена с отношением ТНФ к тригональному селену 20:1 вес. ч. или 78:1 об. ч. Получают слой со связующим толщиной около 12 мк. Кроме того, образуют блокирующий слой на поверхности подложки толщиной 0,2мк нанесением раствора найлона в метиловом спирте. Копию получают так же, как в примере 1, по качеству они сравнимы с копиями, изго- товленнЫми с применением обычных электрофотографических пластин из аморфного селена. П р и м е р 3. Пластину на основе связуюшего изготовляют по примерам 1 и 2 путем образования активной матричной структуры с использованием динитрЬакридена и -формы свободного от металла фталоцианина в соотношении 20:1 вес.ч, или 6О:1 об. ч. Кошта изготовляют, как в примерах 1 и 2. Получают репродукции хорошего качества. Предмет изобретения 1.Электрофотографический элемент, имеющий фотопроводящий слой со связую- шим, отличающийся тем, что, для повышения износоустойчивости, химической стойкости и стойкости к действию света элемента применен фотопроводящий слой, содержащий фоточувствительные способные генерировать электроны частиц, диспергированные в электрически активном связующем, взятом в количестве 0,1-5,О% по отношению к объему связующего, обладающего способностью поддерживать инжекцию и транспортировку фотогенерированных электронов. 2.Элемент по п. 1, отличающий с я . тем, что в качестве фоточувствительных (фотопроводящих) частиц применен неорганический кристаллический материал или неорганическое фотопроводя щее стекло. 3.Элемент по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в качестве фоточув- ствительных частиц применен фталоцианиновый пигмент Х-и;ш -формы. 4.Элемент по п. 3, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в нем применен фталоцианиновый пигмент Х-или J3 -фомы, содержащий металл. 5.Элемент по пп. 1-4,- о т л и ч а ю щ и и с я тем, что в нем в качестве акгтивного органического связующего приме нен по крайней мере один материал, отобранный из группы, в которую входят 2,4,7-тринитро-9-флуоренон, 2,4,5,7-тетранитрофлуоренон, тринитроантрацен, ди Цтроакридин, тетрацианопирен, динитроантрахинон, прлимерщ й материал на их основе, фталевый ангидрид, тетрафторфталевый ангидрид, бензил, метиЛитовый ангидрид, симм-траци- анобензол, хлористый никрил, 2,4-диннтрохлорбензол, id,4-;4Инитробромбензол, 4-нит- родифинил 4,4-динитродифинил, 2,4,6-тринитроанизол, трихлортринитробензол, три... нитротолуол, 4,6-дихлор-1,3-динитробензол, 4,6-дибром-1,3-динитробензол, п-динитробензол, хлоранил, броманил. 6.Элемент по пп. 1-5, отличаюilщ и и с я тем, что в нем применено активное связующее, в прозрачное к излуче- ниям с интервалом длин волн 420080ОО°А. 4443SO 12 7, Элемент по пп. 1-6, о т л и ч а к щ и и с я тем, что фотопроводящий (фо- точувствительный) слой связующего поддер и электропроводящей подложкой.

Cf€f сЮ О .

оОо о §0

+-f + +-f + +-f +-f +-Ц--И-4 ч-4--I Риг.1

fiPt/i.2