Способ определения электрофоретических параметров жидкого электрографического проявителя Советский патент 1981 года по МПК G01N27/26 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖВДКОГО ЭЛЕКТРОГРАФИЧЕСКОГО Изобретение относится к электрографии и может быть использовано для определения электрофоретических пара метров жидких электрографических про явителей (ЭЖП), подв гжности частиц тонера, их удельного заряда, электро кинетического потенциала, среднего радиуса, а также ионной проводимости проявителя. Совокупность этих параме ров определяет кинетику процесса проявления и качество проявляемого изображения. Особенностью практического применения ЭЖП является то, что проявлеление реальных изображений происходит под действием сильных электрический 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 зависят от поля. Известен способ определения полной, проводимости проявителя, вкпючаюПРОЯВИТЕЛЯщий 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 заряжеитпо. прозрачную диэлектрическую пленку П . Однако этих данных недостаточно для определения параметров частиц тонера и ионной 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 проявителем и центрифупатом проявителя с последущим определением параметров расчетным путем. Расчет ведут по 3 начальным значениям токов в ячейке, для чего производят экстраполяцию начальных кривых м 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. Н едостадками данного способа являются отсутствие прямых измерений удельного заряда и подвижности и связанная с этим необходимость ис пользования экстраполированных значений тока и принятия указанных тео тических допущений, что приводит к снижению точности и достоверности определения параметров. Определение параметров ЭЖП возможно только в ма лых полях, так как уже при полях 0,5-1 В/мкм ток ячейки за 0,01-0,1 уменьшается в несколько раз и экстр поляция в начальную точку практичес ки становится невозможной, Недостат ком также является необходимость пр готовления полностью очищенного от частиц тонера центрифугата. Время .проведения измерений этим способом .в основном определяется вр менем приготовления центрифугата, которое составляет несколько часов и треЗует привлечения уникальных сверхБысокооборотных центрифуг. Экспериментальные исследования временной зависимости тока через электрофорет ическую ячейку показыва ют, что при поляхО,05-1 В/мкм в начальный момент времени в течение 0,01-0,1 с ток через ячейку остаетс практически постоянным. Если поле в ячейке велико, т.е. составляет 5-10 В/мкм, то режим существования постоянного тока сокращается до 5-JO -10 с. В течение этого промежутка времени масса осажденных частиц тонера линейно зависит от време ни. Это означает, что за такое коро кое время в ячейке еще не образуются неравномерности поля или концент рации, объемные заряды также не успевают возникнуть. Обнаруженный режим постоянных з чений тока и скорости осаждения : в совокупности с дополнительным не зависимым измерением подвижности п воляет обосновать предлагаемый импульсный способ измерения параметров ЭЖП, в котором теоретические р еты просты и не требуют серьезных изических допущений. Кроме этого, озникает возможность проводить изерения в сильных полях, т.е. до 10 В/мкм, так как при. импульсном спообе измерений быстрый спад тока при ольших временах осаждения уже не грает роли. Цель изобретения - повышение точости измерений и определение параетров при большой напряженности поля (более 0,5 В/мкм). Поставленная цель достигается тем, то 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 центрифуга тором проявителя, напряжение на электроды подают импульсом длительностью в пределах (0,001-0, 1 ) где h - расстояние между электродами ячейки) Jo средняя подвижность частиц тонера; V - напряжение импульса. С целью уменьшения времени измерений используется частично центрифугированный проявитель, при этом центрифугирование производят до осаждения не менее 20% массы частиц тонера. Дополнительно производят измерение оптической плотности слоя осажденных частиц тонера на прозрачный электрод, например, из стекла с прозрачньм токопроводящим покрытием двуокиси олова. Сущность предлагаемого способа заключается в том, что все измерения производятся в пределах существования режима постоянного тока чесез ячейку, когда в ней еще не возникли сложные кинематические эффекты неравномерности 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 сршьных полях. Кроме этого, применение импульсного метода дает возможность получить слой осажденных частиц с легко измеряемой оптической плотностью 0, , Измерение плотности слоя осажденных частиц тонера по существу есть независимое измерение подвижности, что также повышает точность и достоверность 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, Предпагаемьй способ осзпцествляют следующим образом. Пасту тонера отвешивают на весах и диспергируют в жидкости-носителе, например, энергичным перемешиванием В результате получают проявитель известной весовой концентрации частиц тонера HQ . Для изготовления центриф гата ЭЖП производят центрифугировани проявителя до полного удаления частиц тонера, что контролируется полным просветлением проявителя. Прояви тель заливают в ячейку, которая состоит из плоскопараллельных электродов, один из которых выполнен съемны и диэлектрических стенок. Расстояние между электродами -h, а площадь осаж дения частиц тонера на съемный элект род - S. Съемньй электрод изготовле из стекла с прозрачным токопроводящим слоем двуокиси олова. После установки сменного электрода ячейка готова к измерениям. Электроды подсоединяют к источнику импульсного напряжения через измерительное сопротивление величиной R, К сопротивлению подюпочают осциллограф для измерения напряжения на сопротивлении, пропорционального току через ячейку. Затем включают источники импульсного напряжения и подают на ячейку прямоугольный импульс напряжения величиной V и длительностью V. Измерительное сопротивление выбирают гораздо меньшим, чем сопротивление ячейки R , так что практически все напряжение импульса прилож но к ячейке. При этом условии по закону Ома определяют ток через ячейку (i) где УН - напряжение импульса на измерительном сопротивлении. Электрическое поле в ячейке E--V|fi.«i) После этого снимают сменный прозрачный электрод и на денситометре ИЛИ спектрографе определяют оптическую плотность на просвет слоя.осажденных частиц тонера D. Затем центрифугат заливают в ячейку и производят описаншле выше действия, за исключением измерения оптической плотности. В результате ; получают значение тока через ячейку с центрифугатом 1.. Для теоретического расчета параметров ЭЖП необходимо знать кроющую способность частиц тонера об т.е. оптическую плотность 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 Dj олученного слоя частиц тонера. Кроюую способность находят по формуле. к ( ИоВ результате проведенных операий экспериментально измерены велиины IQ , 1, DO и известны значеия Ио,-Ь , 9 У,Т,0. Совокупости этих величин достаточно для асчета параметров ЭЖП. Анализ физических явлений в ячейе приводит к следукяцим формулам асчета параметров ЭЖП. Ионнзпо проодимость проявителя находят по форулеG--IJES. Определяют средний удельный поерхностный заряд Q частиц тонера Рл)ио-1ч) 2ЕвПо де - - динамическая вязкость жидкос.ти-носителя: р удельгалй вес частиц тонера. Эти две величишл являются спраочными параметрами либо их можно змерить известными методами. Знак заряда частиц определяется наком электрода. Затем определяют средшою подвижость частиц тонера в проявителе XJ r o/otEhoT В этой формуле есть оптическая плотность слоя настиц тонера Do, а ток через ячейку не входит. Это означает, что введенное в предлагаемый способ измерение оптической плотности является независимым экспериментом по определению подвижности и повьппает точность определения параметров ЭЖП и упрощает их расчет Средний радиус частиц тонера в проявителе находят по формуле а средний эффективный электрокинети ческий потенциал частиц тонера (8) диэлектрическая проницае- . Мость жидкости-носителя, являющаяся справочной величиной. При реализации предлагаемого спо соба важным является выбор длительно ти импульса. Слишком малая его длительность приводит к малой оптическо плотности слоя осевших частиц тонер и тогда погрешность измерений оптической плотности возрастает, а слишком больнгая - к тому, что ток в конц импульса уменьшается и измерения пр водятся не в .режиме постоянного тока через ячейку. Эти требования привод к тому, что за время импульса на электрод осаждается не менее 0,10,5 и не более 5-10% имеющихся в объеме ячейки частиц тонера. Время, в течение которого происходит осаждение указанного количества частиц тонера, зависит от. средней их подвижности, расстояния между электродами ячейки и приложенного напряжения (т.е. электрического поля в ячейке). Анализ показывает,что для выполнения указанных условий длительность импульса должна быть в пределах значений (0,001-0,1) а для повышения надежности - в пределах (0,005-0,05) . Обычно за ранее известно ориентировочное значение подвижности частиц тонера, ис ходя из которого и оценивается по приведенной формуле необходимая дли тельность-импульса. По результатам эксперимента определяется точное значение подвижности, с помощью которого целесообразно опять проверит правильность установленной длительности импульса и в случае необходимости попторить измерения. При использовании частично центриугированного проявителя предлагаемьш способ дополняется операцией опредеения концентрации частиц тонера в ентрифугате. Для определения весовой концентрации h частиц тонера в центрифугате его заливают в ячейку и производят осаждение до :полного просветления центрифугата в ней. Затем производят измерение оптической плотности D полученного слоя частиц тонера и унаходят весовую концентрацию по формуле о--,1о. Формулы расчета параметров ЭЖП в этом случае видоизменяются. Ионную проводимость проявителя находят по формуле -IfO-a), Средний удельный поверхностньш заряд частиц тонера определяют по формуле / р1(1о-1,) 25Е(Ио-и,) 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 зтаеньшить концентрацию частиц тонера в центрифугате не менее чем на 20% в сравнении с их концентрацией в исследуемом ЭЖП. Экспериментальная проверка предлагаемого способа проводится на практически используемых ЭЖП. Пример. Проводятся измерения электрофоретическихпараметров по предлагаемому способу проявителя зеленого цвета, диспергированного во фреоне-ПЗ концентрацией 1,5 кг/м. Центрифугированием со скоростью 4000 об/мин в течегте 4-х ч изготавливают центрифугат проявителя с полностью удаленными частицами тонера. Ориентировочное значение подвижности частиц тонера /В-с, пoэтo fy Д11Я ячейки и S 710 м и амшштуды импульса V 3 МОв длительг ность импульса выбра1 а рявиой 0,0