Электрофотографический элемент Советский патент 1974 года по МПК G03G5/06 

(54) ЭЛЕКТРОФОТОГРАФИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

1

Изобретение относится к ксерографии, П в частности к электрофотографическому элементу.

Известен электрофотографический элеме с фоторецепторным компонентом, содержащим совместимые фоточувствительный и активный транспортирующий материалы.

К недостаткам известного электрофото- графического элемента относятся значительный износ, низкое сопротивление к действию химических реагентов и тепла и световая усталость, приводящая к ухудшению электрических характеристик фотопроводящего слоя и появлению дефектов поверхности.

Цель изобретения - повышение сопротивления к износу, химическому воздействию и световой усталости и увеличение эффективной инжекции фотогенерированных зарядов из фоточувствительного материала - достигается тем, что в качестве фоточувствительного материала используют бисбензимидазольный пигмент, а в качеств активного транспортирующего материала - транспортирующий заряд материал, который

не поглощает излучение с длиной волны 400О-6500 Я .

Желательно, чтобы фоторецепторный компонент содержал бисбензимидазольный пигмент, диспергированной в активном связующем транспортирующем материале, и имел слоистую структуру, содержащую слой бисбензимидазольного пигмента и расположенный над ним слой из активного транспортирующего материала.

Толщина простого слоя бисбензимида- зольного пигмента обычно составляет 0,05 - 20 мк, а толщина активного ; транспортирующего слоя 5 - 1ОО мк.

Отношение толщины слоя активного транспортирующего материала к толщине слоя фотопроводника чаще всего находится в интервале 2:1- 2ОО : 1.

Бисбензимидазольный пигмент можно получить при взаимодействии 1,4,5,8- нафталинтетракарбоновой кислоты с арилеили гетероциклическим диамином.

В качестве бисбензимидазольного пш- мента могут быть использованы цис - и транс-изомеры продукта реакции 1,4,5,8 нафталинтетракарбоновой кислоты с офенилендиамином. Примером активного транспортирующего материала могут служить транспортирующие дьфки материалы, например карбазол, N - апкилкарбазол, такой, как 1 - этил- или N1 .1зопропилкарбазол, N - фенилкарбазол, тетрафенилпирен, 1- алкилпирен, такой, как 1-метил- или 1- этилпирен, перилен, хризен, антрацен,тетрацен, тетрафен, флуорен, «imyopeHOH, фенилиндол, поливинилкарбазол, поливинилпирен, 2-фенилнафталин, азапирен. ацетилпирен, -v ч-о и / л 2,3-бензохризен, 3,4-бензопирен, 1,4-.бром пирен, поливинилтетрален, поливинилперилен и поливинилтетрафен, а также транспортиру щие электроны матеррдпы, например 2,4,7- тринитро-9-флуоренон, 2,4,5-7-тетранитро флуоренон, динитроантрацен, динитроакридин тетрацианпирен,1динитроантрахинон и поли-мерные материалы на их основе, например гполиэфиры, полисилоксаны, полиамиды, полиуретаны, эпоксиды, блок-, графт- или неупорядоченные сополимеры. Предлагаемый электрофотографический элемент, содержащий пигмент и активный . транспортирующий материал, способный поддерживать инжекцию и транспортировку фотогенерированных зарядов, обладает высокой эффективностью фотогенерирования носителей заряда и способностью к инжекц зарядов в транспортирующий материал. Используемые пигменты обладают ма,кс малыюй чувствительностью к излучениям с такой длиной волны, для которой активный транспортирующий материал является существенно прозрачным. Активный траиопортирующий материал должен поддерживать инжекцию дырок или электронов и не должен поглощать излучение с такой длиной волны, к которой чувствителен фотопроводник. Пары электрон-дьфка генерируются фоточувствительным пигментом, затем электроны вводятся в активный транспортирующий материал и транспортируются через него. Для изготовления чувствительных ксеро граф и ческих или электрофотографических элементов применяют бисбензимидазольные пигменты в сочетании с активными электро статическими материалами, способными транспортировать дырки или электроны. Бисбензимидазольные пигменты эффективны при сочетании с транспортирующими элекГ)оны материалами. Наиболее пригодыми являются получаемые известным пособом бисбеязимидазолы общей формулы .X N P-/VC-:K,V ,. / У транс - tCs-ouep ци с-изомер пп где К и К, „ - одинаковые или 2 ные, алкил, замещенный алкил, арил, замещенный арил, галоид, нитро- и/или аминоа. и а. группа; fl 1-4, образуют конденсированный аромати например бензольное, нафт линовое или хинолиновое кольцо, . Оттенок или тон композиции и спектраль ная чувствительность зависят от строения используемых пигментов, причем незамешенные цис- и трано- изомеры бисбензими- дазольных пигментов дают оптимальные результаты. Помимо бисбензимидазольных пигмен1Х)в в композицию можно вводить сенсибилизаторы, усилители, синергнсты или другие модификаторьт. Предлагаемые бисбензимидазольные пигменты хорощо совмещаются с больщинством активных транспортирующих материалов и обладают оптимальной чувствительностью к излучениям с длиной волны 4000 - 6500 А, для которых активный транспортирующий материал должен быть достаточно прозрачен. В отличие от них многие известные фотопроводники плохо совмещаются с используемыми активными транспортирующими материаггами и недостаточно эффективно инже стируют фотогенерированные заряды в окружающий или приле.гающий активный транспортирующий мат&риал. В этом спучае требуется использование поля порядка 5 . Ю в/см, что практически неприемлемо. Предлагаемые пигменты применяться с транспортирующими материалами в относительно небольщих количествах в ксерографическом фоторецепторе либо слоистой структуры, либо структу1 ы иг основе связующего. Предлагаемый электрофотографическнй элемент представляет собой злектропроводяшую подложку и слой фотопроводника, покрытый сверху активным транспортирующим материалом. Слой фотопроводника (транс-изомер незамещенного бисбензими дазольного пигмента) может быть покрыт . относительно толстым слоем электроноакцепторного материала, такого, как 2,J4,7-тpинитpo- 9-флуоренон, который способен поддерживать инжекцию и транопортирование электронов. Свойства пигмен тов и совместимость их с активным трано портирующим материалом позволяют испол зовать относительно тонкие слои из них без потери их эффективности. На -фиг. 1 изображен электрофотографический элемент, включающий жесткую или гибкую подложку 1 из металла (латунь, алюминий, золото, платина, сталь) любор толщины в виде листа, ленты или цилиндр фотопроводящий одинарный слой 2, содержащий бисбенаимидазольный пигмент, и достаточно прозрачный активный транспор тирующий слой 3. j Подложка может быть также вьшолнена I из бумаги, металлизированной бумаги, лис пластика, покрытых тонким слоем окиси j меди или алюмидия, -или стекла, покрытого ТОНКИМ слоем хрома или окиси олова. |В некоторых ёдучаях она может быть i непроводящей или совсем отсутствовать. Толщина фотопроводящего слоя О,О5 :2Q,O мк. При толщине слоя больще 20мк I увеличивается содержание пигмента в слоеч При толщине меньще О,ОБ мк слои станрвя1с& неэффективными в отйощении поглощения излучения. Обычно пигмент диспергируют в мат€ риале матрицы. Материалом матрицы может быть любое подходящее органическое вещество, используемое для таких целей, включая инертные матричные или связующие материалы. Концентрация фотопроводника зависит от типа используемого связующего и обычно составляет 5 - 99.% от объема фотопроводящего слоя. При использовании электроноинерТного связующего материала в сочетании с пиг ментами для Обеспечени контакта между частотами йеобходимо, чтоб ы объемное соотнощение между фотопроводником и электроноинертным связук щим материалом составляло по меньщей мере 25%. Наиболее пригодны слои толщиной 0,2-0,5 мк. Поскольку используемые пигменты обладают оптимальной чувствительностью к излучениям с длиной волны 4ООО65OQ А, то экспонирование источником света с таким интервалом длин волн эмиссии вынуждает пигмент функционировать с максимальной эффективностью в отнощении поглощения падающего излу-. чения и выработки носителей зарядов. Толщина активного транспортирующего слоя не является критической, но она определяется количеством электростатических зарядов, необходимых для индуцирования поля, достаточного; для достижения требуемой степени инжектирования и транспортирования электронов. Обычно она составляет 5-1ОО мк. При использовании слоистой структуры (см.фиг.1) с прозрачной подложкой экспонирование можно ос уществлять через подложку .без пропускания света через слой-активного транспортирующего мате- ; риала. В этом случае не требуется, чтобы ; активный материал был непоглощающим в используемой области длин волн. В тех случаях, когда не требуется полной прозрачности от активного материала, можно использовать предлагаемый элемент для селективной записи узкополосного излучения, излучаемого, например, лазерами, распознавания спектральных картин, цветового кодового дублирования и цветной ксерографии.. Транспортирующий слой 3 может содержать также транспортирующий заряд материал, диспергированный в подходящем инертном связующем, таком, как полистирол, силиконовые смолы, поликарбонаты, полиакрилаты и поли- ОК - акрилаты, поли- бутилметакрилаты, полиэфиракрилаты и полиэфир-метакрилаты, хлоркаучук, виниловые полимеры и сополимеры (ноливинилхлорид или поливинилацетат), эфиры целлюлозы, например этилцеллюлоза или нитроцеллюлоза, и алкидные смолы. Кроме того, могут использоваться смеси таких смол, содержащие или не содержащие пластификаторы для улучще- ния адгезиц и гибкости покр)ытий. На фиг. 2 изображен фоторецеито1)11ый слой, состоящий из частиц пигмента 4, содержащихся в активной транспорти 1ук - щей матрице на основе связующего 5. Оптимальные результаты получают при содержании фотопроводящего пигмента от 0,1 до 5% по отнощеиию к объему активного транспортирующего слоя па основе связующего. Оптимальные результаты получают при толщине слоев 2-10О мк, предпочтительно 5-50 мк, и размерах фоточувствительных частиц О,О1-1,0 мк. Несмотря на то, что слоистая струк тура (фиг.1) отличается от фоторецептора на основе связующего (фиг,2), функциональная .свяд.ь между фото чувствительным и активным транспортирующим материалам является той же самой. Пластину на основе связующего заряжают зарядами того же знака, что и у генерируемых зарядов, которые могут транспортировать активным транспортирующим материалом. При использовании в качестве связующего материала, транспортирующего электроны, пластину заряжают отрицательно, при использовании материала, транспортирук I щего дырки, - положительно. На границе раздела подложка-фоторе- I цептор может быть помещен блокирующий слой, который служит прежде всего для уменьшения утечки потенциала в отсутствие активирующего излучения. Кроме того блокирующий слой помогает установлению электрического поля поперек фоторецептора после зарядки. Может быть исполь зован любой подходящий блокирующий сло толщиной 0,1-1 мк, например слой из найлона, эпоксидной смолы, окиси алюмиI НИН и изолирующих смол различных типов (включая полистиролы, бутадиеновые полимеры и сополимеры, полиакрилаты и полиметакрилаты, виниловые и алкидные смолы и смолы на основе целлюлозы). Удельное сопротивление,активного транспортирующего материала должно быть по меньшей мере равдо Ю- - ом-см Для получения оптимальяьЬс результатов полное удельное сопротивление фоторе- пептора в отсутствие активирующего излучения или инжекции зарядов из фотопроводящих пигментов должно составлять Ю ом-см. На фиг. 3 изображена заряженная положительно транспортирующая электроны слоистая структура. Активирующее излучение (стрелки 6) проникает через прозI рачиый транспортирующий слой в пигмент ный слой, генерируя пару электрон-дырка Электрон и дырка затем разделяются в электрическом поле и электрон через границу раздела переходит в активный транспортирующий слой, в котором под действием электростатического притяжения продвигается к поверхности и нейтрализует там положительный заряд. Так как только фотогенерированные электроны могут перемещаться в электро ноакцепторном транспортирующем слое, то большие изменения величины поверхностного потенциала могут иметь место только тогда, когда электрическое поле в слоистой структуре может вызвать Перемещение генерированных электронов из фотопроводникового слоя к заряжённой поверхности. Поэтому в слоистой структуре (фиг.1) фоторецептор из транспортирующего электроны материал должен бцть заряжен положительно, а: фоторецептор из транспортирующего материала - 9трицательно. Противоположная картина имеет место, кэгда используют слой на основе связующего (фиг .2).{ Пример 1. Алюминиевую подложку покрывают при комнатной; температуре слоем найлона толщиной О,2 мк, напыляют в вакууме слой трано-изомера бисбензимидазола (Endofast Orange Toner ) толщиной о,8 мк, наносят 17%-ный раствор поли- f4 - винилкарбазола в 18О г толуола и 2О г циклогексанона до образования слоя толщиной 7 мк и сущат фоторецептор воздухом при 110°С в течение 2-24 час. П р и м е р 2. Аналогично примеру 1 изготовляют пластину, используя цис-изомер незамещенного бисбензимидазола ( Bot deux RRN) в качестве пигмента. Полученные пластины заряжают отрицательным коронным разрядом (до потенциала 500 в), экспонируют монохроматическим светом, соответствующим чувствительности каждого пигмента, используя вольфрамовую лампу с интерференционным фильтром р шириной полосы 10О А и максимальным пропусканием А. Начальное напряжение и результирующую разрядку, измеренные в виде / V Q , регистрируют зондом постоянного тока, соединенным с электрометром для измерения напряжений в виде функции времени. Из экспериментов получают ксерографический максимум ijили коэффициент усиления ( G ), и пороговое поле Е (поле, которое дает наименьшую регистрируемую разрядку). Из величины начальной скорости разрядки можно вычислить коэффициент усиления G , вычерчивая криву1б зависимости начального ксерографического коэффициента усиления G от величины приложенного поля и используя формулу:

9

р (dV/dT)T-0

Ce3d/6)

- толщина слоя; - диэлектрическая проницаемость е - заряд электрона.

Ксерографическое усиление, равное единице наблюдается при возбуждении одного носителя заряда на падающий фотон. Результаты испытаний, приведенные в таблице, показывают, что обе пластины проявляют хорощий ксерографический максимум усиления (свыще 35%); используемые пигменты требуют применения относи- тельно низкого порогового поля (менее 2,5 в/мк), что позволяет эксплуатировать их в известных ксерографических машинах; высокие скорости разрядки подтверждают увеличение эффективной инжекции генерированных зарядов из слоя, содержащего бисбензимидазольные пигменты. Рассеивание заряда на заряженных поверхностях графически иллюстрирует эффективность инжекции носителей заряда в активные транспортирующие слои каждой пластины.

При проведении аналогичных экспериментов с транспортирующим электроны фоторецептором, содержащим предложенные пигменты, поверхность заряжают полощ - тельным зарядом и обнаруживают, чтд их ксерографические свойства подобны ксеро- графическим свойствам материалов, транспортирующих дьфки (см.таблицу), т.е. они обладают приемлемыми ксерогра- фическими коэффициентами усиления и относительно низкими пороговыми полями.

Предмет изобретения

1О

с целью повышения сопротивления к износу, химическому воздействию, световой усталости и увеличения эффективной инжекции 1фотогенерированных зарядов из фоточувсгвительного материала, в качестве последнего применен бисбензимидазольный пигмент, а :в качестве активного транспортирующего материала - транспортирующий заряд ; материал, который не поглощает излучение |с длиной волны 4000 - 6500 .

;

,: пигмент, диспергированный в активном

связующем транспортирующем материале.

t

слой - толщину 5-10О мк.

6, Элемент по пп.1-5, о т л и ч а lo. щ и и с я тем, что бисбензимидазольный пигмент может быть получен при взаимодействии 1,4,5,8-нафтал и нтетракарбоновой кислоты с арилен- или гетероцикли |1еским диамином.

i 7. Элемент, по П.6, о т л и ч а ю i

45 щ и и с я тем, что в качестве бисбеизимидазольно.го пигмента приме}1ен трансизомер продукта взаимодействия 1,4,5,8-

;нафталинтетракарбоновой кислоты с о-фенилендиамином.

50

I 8. Элемент по п.6, о т л и ч а ющ и и с я тем, что в качестве бисбензими дазольного пигмента применен цио-изомер I продукта взаимодействия 1,4,5,8-нафталинтетракарбоновой кислоты с о-фенилендиа- мином.

И

12

ацетилпирен, 2,-бензохризен, Зг4 бензо- пирен, 1,4-бромпирен, поливинилтетрален, поливинилперилен и поливинилтетрафен.

1О. Элемент по пп.1-8, о т л и ч а юш и и с я тем, что в качестве активного транспортирующего материала применен транспортирующий электроны материал, например 2,4,7 -тринитро-9-флуоренон,. 2,4,5,7-тетранитрофлуоренон, динитроантрацен, дикитроакридин, тетрацианпирен, динитроантрахинон и полимерные материалы на их основе.

Фиг.1

Фиг. 2

fpuz.3