Способ определения электрофоретических параметров жидкого электрографического проявителя

(1 о 868526 Союз СоветскиеСоциапистическизРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТИЗЬСТВУ(ы)м. кл. 6 01 й 27/26 Ьеуаерстюейй кемитет СССР ао делам изюбретенекй и открытии(71) Заявитель 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФОРЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО ЭЛЕКТРОГРАФИЧЕСКОГО ПРОЯВИТЕЛЯИзобретение 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 изотабражения.Особенностью практического применения ЭЖП является то, что проявле-. ление реальных изображений происходитт 5 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 зависят от поля.Известен способ определения полной проводимости проявителя, включаю 1щий подачу импульсов напряжения наэлектроды ячейки и измерение величины перенесенного в цепи ячейки заряда от времени, Дополнительно определяют оптическую плотность слояосажденных частиц тонера в зависимости от времени проявления, при этомосаждение проводят на предварительнозаряженнув прозрачную диэлектрическуюпленку1.Однако этих данных недостаточнодля определения параметров частицтонера и нонной проводимости проявителя,Известен также способ определенияпараметров жидкого электрографического проявителя, включающий подачунапряжения на электроды ячейки и измерение временной зависимости тока,проходящего через ячейку, поочередно заполненную исследуемьм проявителем и центрифупатом проявителя споследущим определением параметроврасчетным путем, Расчет ведут поначапьным 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 121.Недостадками данного способа являются отсутствие прямых измерений удельного заряда и подвижности и связанная с этим необходимость использования экстраполированных значений тока и принятия указанных теоре.тических допущений, что приводит кснижению точности и достоверностиопределения параметров. Определениепараметров ЭИП возможно только в малых полях, так как уже при полях0,5-1 Вмкм ток ячейки за 0,0 1-0,1 суменьшается в несколько раз и экстраполяция в начальную точку практически становится невозможной. Недостатком также является необходимость приготовления полностью очищенного отчастиц тонера центрифугата,Время проведения измерений этимспособом .в основном определяется временем приготовления центрифугата,которое составляет несколько часови требует привлечения уникальныхсверхвысокооборотных центрифуг,Экспериментальные исследованиявременной зависимости тока черезэлектрофоретическую ячейку показывают, что при полях 0,05-1 В/мкм вначальный момент времени в течение0,01-0,1 с ток через ячейку остаетсяпрактически постоянным., Если поле вячейке велико, т,е, составляет5-10 Вмкм, то режим существованияпостоянного тока сокращается до-Ъ -2530 -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 образуются 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 рас 10 номерности концентрации, поля и т.п,что позволяет не вводить существенных допущений в теорию и таким образом повысить точность определенияпараметров ЭЖП и обеспечить прове 5 О дение 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 осажденныхчастиц тонера по существу есть независимое измерение подвижности, что также повышает точность и досточеты просты и не требуют серьезныхфизических допущений. Кроме этого,возникает возможность проводить измерения в сильных полях, т.е. до10 В/мкм, так как при импульсном способе измерений быстрый спад тока прибольших временах осаждения уже неиграет роли.Цель изобретения - повышение точности измерений и определение параметров при большой напряженности поля(более 0,5 Вмкм).Поставленная цель достигается тем,что в способе определения параметровжидкого электрографического проявителя, включающем подачу напряженияна электроды ячейки и измерение временной зависимости тока, проходящегочерез ячейку, поочередно заполненнуюисследуемым проявителем и центрифугатором проявителя, напряжение наэлектроды подают импульсом длительностью в пределах (0,001-0,1) /,О,1(,1,12где Ь - расстояние между электродами ячейки; р - средняя подвижностьчастиц тонера; Ч - напряжение импульса.С целью уменьшения времени измерений используется частично центрифугированный проявитель, при этомцентрифугирование производят доосаждения не менее 203 массы частицтонераДополнительно производят измерение оптической плотности слоя осаж 35денных частиц тонера на прозрачныйэлектрод, например, из стекла с прозрачным токопроводящим покрытиемдвуокиси олова,Сущность предлагаемого способа40заключается в том, что все измеренияпроизводятся в пределах существования режима постоянного тока черезячейку, когда в ней еще не возниклисложные кинематические эффекты нерав868526 верность результатов теоретическогорасчета параметров ЭЖП. Действительно, по закону Бугера-Бэра, справедливость которого в данном случаеэкспериментально подтверждена, оптическая плотность пропорциональнаудельной массовой плотности слояосажденных частиц тонера, котораяв свою очередь пропорциональна ихподвижности, 1 ОПредлагаемый способ осуществляютследующим образом.Пасту тонера отвешивают на весахи диспергируют в жидкости-носителе,например, энергичным перемешиванием.В результате получают проявитель известной весовой концентрации частицтонера И , Для изготовления цектрифугата ЭЖП производят центрифугированиепроявителя до полного удаления частиц тонера, что контролируется полным просветлением проявителя. Проявитель заливают в ячейку, которая состоит из плоскопараллельных электродов, один из которых выполнен съемными диэлектрических стенок, Расстояниемежду электродами -Ь, а площадь осаждения частиц тонера на съемный электрод - 5. Съемный электрод изготовлениз стекла с прозрачным токопроводящим слоем двуокиси олова, После установки сменного электрода ячейкаготова к измерениям.Электроды подсоединяют к источнику импульсного напряжения через из 35мерительное сопротивление величинойЙ, К сопротивлению подключают осциллограф для измерения напряжения насопротивлении, пропорционального току через ячейку. Затем включают ис 40точники импульсного напряжения и подают на ячейку прямоугольный импульснапряжения величиной Ч и длительностью Ф . Измерительное сопротивлениевыбирают гораздо меньшим, чем сопро 45тивление ячейки К , так что практически все напряжение импульса приложено к ячейке. При этом условии по закону Ома определяют ток через ячейкугде ф - дйнамическая 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 =Ч 1 Ь где М - напряжение импульса на из. Ямерительном сопротивлении,Электрическое поле в ячейке или спектрографе определяю оптическую плотность "на просвет" слоя.осажденных частиц тонера Эо. Затем центрифугат заливают в ячейку и производят описанные выше действия, за исключением измерения оптической плотности. В.результате . получают значение тока через ячейку с центрифугатом 1Для теоретического расчета параметров ЭЖП необходимо знать кроющую способность частиц тонера сС , т,е. оптическую плотнос"гь слоя частиц то" нера 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 1 о, 1,1 Эо и известны. значе- киЯиоь % э 5 ь Ч у Гу 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 фор- муле Определяют средний удельный поверхностный заряд О частиц тонера Затем определяют среднкюо подвижность частиц тонера в проявителе(6) После этого снимают сменный прозрачный электрод и на денситометре 1 -о 1 сЕ "оПри использовании частично центрифугированного проявителя предлагаемый способ дополняется операцией определения концентрации частиц тонера в центрифугате. Для определения весовой концентрации И 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 1 Ро - ф 2 Ф И Ио, Фк.Формулы расчета параметров ЭЖП в этом случае видоизменяются, Ионную проводимость проявителя находят по формуле а средний эффективный электрокинетический потенциалчастиц тонера-ЯР ЕЕо(8)где ЕЯ - диэлектрическая проницае- .мость жидкости-носителя являющаяся справочной величиной,При реализации предлагаемого способа важным является выбор длительности импульса, Слишком малая его дли"тельность приводит к малой оптическойплотности слоя осевших частиц тонера,и тогда погрешность измерений оптической плотности возрастает, а слишком большая - к тому, что ток в концеимпульса уменьшается и измерения проводятся не в .режиме постоянного токачерез ячейку. Эти требования приводятк тому, что за время имйульса наэлектрод осаждается не менее О,10,57 и не более 5-10 имеющихся вобъеме ячейки частиц тонера. Время,в течение которого происходит осаждение указанного количества частицтонера, зависит от средней их подвцжности, расстояния между электродами ячейки и приложенного напряжеФ/ния т.е. электрического поля вячейке). Анализ показывает, что длявыполнения указанных условий длительность импульса должна быть в45пределах значений (0,001-0,1) ЬЧ1а для повышения надежности - в пределах (0,005-0,05) Ь/О Ч. Обычно заранее известно ориентировочное значение подвижности частиц тонера, ис"ходя из которого и оценивается поприведенной формуле необходимая длительность импульса. По результатамэксперимента определяется точноезначение подвижности, с помощью ко 55торого целесообразно опять проверитьправильность установленной длительности импульса и в случае необходимости повторить измерения Средний удельный поверхностныйзаряд частиц тонера определяют поформуле рМ(т-т) 2 б Е( о) Остальные расчетные зависимостине 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.П р и м е р, Проводятся измерения электрофоретических параметров по предлагаемому способу проявителя зеленого цвета, диспергированного во фреонеконцентрацией 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 тонера21 10 м /Вфс, поэтому дня ячейки.Эность импульса выбрвпа равной 0,01 с 7 86852 бВ этой формуле есть оптическая плотность слоя частиц тонера Эо, 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 ЭЖП и упрощает их расчет.Средний радиус частиц тонера в 1 О проявителе находят по формуле26 8685 О 9При подаче импульса напряжения длительностью 0,01 и амплитудой 3110 В ток через ячейку остается постоянным и равным 7 1 О А. Величина оптической плотности "на просвет" слоя осажденных частиц тонера составляет на длине волны=680 нм Э =0,4, При подаче импульса напряжения с теми же параметрами на электроды ячей о ки с центрифугатом величина тока-бсоставляет 1 10 А . Для определевия кроюшей способности используют ячейку с Ь5 О фм. Оптическая плотность после полного осаждения частиц в течение 5 мин составляет 1,5. Из расчета по формуле 3) с=2 1 Ои,кг.Результаты расчета по зависимостям (4)- (8) приведены в таблице. м /В с ОКл/м 1,4 10 5,810 1,3110 8 0,27;10 0,8 При центрифугировании в течение щения точности измерений и определе 0,5 ч получают центрифугат ЭЖП, оп- ния параметров при большой напряжентическая плотность слоя осажденных20ности поля более 0 5 В/мкм напряжеЭ У 1частиц тонера которого при полном ние иа электроды подают импульсомосаждении их в ячейке с Ь = 510 м длительностью в пределах (0,001-0,1)хсоставляет Р= 0,9, Согласно форму- Ь,О Ч, где Ь " расстояние мЮкдулы (9) весовая концентрация частиц9электродами ячейки О- средняя под)Отонера в центрифугате и 0 9 кг /м-. вижность частиц тонера Ч- напряже 23При подаче импульса напряжения дли- ние импульса.тельностью 1 10 с амплитудой 310 В-2. 32. Способ по п.1, о т л и ч а юна электроды ячейки с центрифугатом щ и й с я тем, что с целью уменьше-,из которого частично удалены часФицй ния времени измерений, используют частонера, величина тока составляеттично центрифугированный проявитель,11 = 4,6 10 А. Расчет по зависимостям30при этом центрифугирование произво(10) и (11) дает совпадающие с резуль- дят до осаждения не менее 202 массытатами таблицы значения величин(3 и частиц тонера,Я 3. Способ по и.1, о т л и ч а юПредлагаемый способ позволяет по- щ и й с я тем, что дополнительновысить точность определения парамет- З 5 производят измерение оптической плотров ЭЖП и тем самым достигнуть луч- ности слоя осажденных частиц тонерашей оптимизации рецептуры самих ЭЖП. на прозрачный электрод, например,из стекла с прозрачным токопроводяФормула изобретения,щим покрытием двуокиси олова.1. Способ определения электрофоретивеских параметров жидкого электро- Источники информации,графического проявителя, включающий принятые во внимание при экспертизе,подачу напряжения на электроды ячей. Яраг Н;М, ИепсЬек Й.Б, Еееки и измерение временной зависимости горЬогезз о 6, Топегз.- .А рр 1.Роуз,тока, проходящего через ячейку, по 1970 Ч 40, р,2905.очередно заполненнуюисследуемым про-2. КоЬ 1 ег К, 6 д 1 Ьегдег О., Везявителем и центрифугатом,проявителя, йепгепег Р. Бйцедез оп Еесйгос последующим определением парамет- рЬогейе Оечеорегз Грг Рсапогаров расчетным путем, о т л и ч а ю-Е 1 есйгорЬойодгарбу.= РЬойодг.бсщ и й с я тем, что, с целью ловы апд Епд . 1978, У 22, У 4 р.218.Составитель И. КлешнинаРедактор Т. Иермелштайн Техред. Т.ИаточкаКорректор Н. СтецаюаиееЗаказ 8311/60 Тираж 910 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж,Раушская наб., д. 4/5Филиал ППГ 1 "Патентт, г, Ужгород, ул. Проектная, 4