CN110989303A - 磁性调色剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磁性调色剂。一种磁性调色剂,其包含含有粘结剂树脂、磁性体和结晶性聚酯的磁性调色剂颗粒,其中在100kHz下的介电损耗角正切为1.0×10‑2以上,在使用透射电子显微镜TEM的所述磁性调色剂颗粒的截面观察中,当将所述磁性调色剂颗粒的截面通过边长为0.8μm的正方形栅格来划分时,所述磁性体的占有面积率的变异系数CV3为30.0%至80.0%,并且在将所述磁性调色剂在40℃下的贮存弹性模量取作E'(40)[Pa]并将所述磁性调色剂在85℃下的贮存弹性模量取作E'(85)[Pa]的情况下,满足下式(1)和(2):E'(85)≤5.5×109 (1);[E'(40)‑E'(85)]×100/E'(40)≥30 (2)。

Description

磁性调色剂
技术领域
本发明涉及用于利用电子照相法、静电记录法或调色剂喷射记录法的记录方法的磁性调色剂。
背景技术
近年来,产生了对用于在从办公室到家庭的宽范围的领域和在各种环境中输出图像的装置的需求,并且在所有这些情况下均需要高的图像品质。同时,图像输出设备本身也需要小型化和节能。
为了节能,重要的是使调色剂在低温下充分定影。
作为用于改善定影性的手段,广泛地研究了变得与调色剂的粘结剂树脂迅速地相容并且促进调色剂中的调色剂颗粒的熔融变形的结晶性聚酯的使用以及调色剂的粘弹特性的控制。对低温定影性产生高的效果的结晶性聚酯具有在其熔点的附近容易变得与粘结剂树脂相容的特性,并且含有结晶性聚酯的调色剂在定影时容易迅速地熔融和变形。因此,通过使用结晶性聚酯来改善调色剂的低温定影性。日本专利申请公开No.2013-137420提出了含有结晶性聚酯的调色剂。
同时,使容纳显影剂的盒小型化是用于使图像输出设备在尺寸方面减小的有效的手段。在这一点上,单组分显影系统相对于使用载体的双组分显影系统是优选的,并且为了同时获得高品质图像,接触显影系统是优选的。因此,单组分接触显影系统对于满足小型化和高的图像品质是有效的手段。
在单组分接触显影系统中,使调色剂承载构件与静电潜像承载构件彼此接触地配置(接触配置)。即,这些承载构件通过旋转来输送调色剂,并且在接触部分施加强的剪切力,因此调色剂需要具有高的耐久性从而获得高品质图像。
在具有低的耐久性的调色剂的情况下,发生调色剂颗粒的开裂和碎裂(crackingand chipping)并且调色剂承载构件和静电潜像承载构件被污染,这导致图像品质的劣化。特别地,当碎裂的调色剂颗粒或开裂的调色剂颗粒附着至定影辊时,由于介质卷绕的发生导致发生排纸不良。
含有磁性体的磁性调色剂(下文中,也简称为调色剂)具有大的树脂与磁性体之间的密度差,并且当施加外力时,使所述力集中在树脂上并且移位,由此来切割树脂。结果,特别地,调色剂颗粒的开裂和碎裂很可能发生。
当期望在各种使用环境中进行大量的图像输出时,要求较高的调色剂耐久性,这是因为将额外的负荷施加至调色剂。
日本专利申请公开No.2006-243593提出含有磁性体的调色剂。
日本专利申请公开No.2012-93752提出其中使用聚集法来使磁性体分散的磁性调色剂。其制造方法包括使细颗粒聚集达到调色剂粒径的聚集步骤、和通过使聚集体熔融来使调色剂聚结的聚结步骤。在该方法中,容易使调色剂形状变形并且可以提高流动性。
同时,在单组分接触显影系统中,对调色剂的电荷赋予主要通过利用调色剂与例如显影套筒等摩擦带电赋予构件之间的摩擦的摩擦带电来进行。然而,在其中调色剂很可能带电的低温低湿环境中,担心图像品质会由于其中图像被白化的污损而劣化。这是由于当发生使调色剂的带电量大大增加的过度带电并且未定影图像通过定影装置时,其中调色剂静电地附着至定影装置的静电污损所导致的。静电污损在单组分接触显影系统中特别可能发生。在这样的系统中,容易将剪切力施加至调色剂,并且调色剂颗粒容易开裂。由于开裂的调色剂颗粒不均匀地带电并且容易过度带电,因此调色剂颗粒倾向于强力地附着至定影装置。
提出了大量的方法来调节调色剂的带电性能并且通过将作为外部添加剂的导电性细颗粒添加至调色剂颗粒中或者调节磁性体来抑制过度带电,从而解决该问题。
日本专利申请公开No.2003-195560提出其中通过改变磁性体的表面处理来控制介电损耗角正切的调色剂。
发明内容
在日本专利申请公开No.2013-137420中公开的调色剂中,改善了低温定影性,但是静电污损仍然是一个问题。
与使用日本专利申请公开No.2006-243593中公开的制造方法的调色剂相关的问题为难以提高圆形度,以及在其中施加剪切力的系统如单组分接触显影系统中,调色剂的熔合很可能发生。此外,发现在调色剂颗粒中存在很少的其中粘结剂树脂像域一样不均匀地分布的位置(下文中,也称为粘结剂树脂的域),粘结剂树脂形成微细网状结构,并且粘结剂树脂部分之间的连接变细。结果,使树脂部分之间的粘结强度降低,并且在其中施加剪切力的系统中,存在不能吸收所述力并且调色剂劣化容易发生的问题。
同时,日本专利申请公开No.2012-93752中公开的调色剂,与日本专利申请公开No.2006-243593中公开的调色剂类似,具有其中调色剂颗粒中的粘结剂树脂的域的数量是小的并且树脂部分之间的粘结强度不太可能增加的结构。结果,发现在其中施加剪切力的系统中,不能吸收所述力,并且调色剂劣化很可能发生。所导致的问题为破碎的调色剂碎片污染定影装置,并且使定影分离性降低。
相反,在其中使磁性体聚集的调色剂中,粘结剂树脂的切断难以发生,但是存在由于磁性体的表面积的减小导致使着色力降低并且使输出图像的浓度降低的问题。此外,在其中使磁性体聚集的调色剂中,对于各调色剂颗粒,磁性体的含有率倾向于是不同的,并且特别地,难以将磁性体引入至具有小的直径的调色剂颗粒中。结果,当将大量的图像输出时,存在图像浓度逐渐降低的问题。
此外,虽然日本专利申请公开No.2003-195560中公开的调色剂的静电污损得以改善,但是与该调色剂相关的问题为在更严苛的低温环境中在静电污损方面仍然存在改善的空间,并且在其中施加剪切力的系统中,不能吸收所述力并且调色剂劣化容易发生。
本发明提供了一种磁性调色剂,所述磁性调色剂在其中将强的剪切力施加至调色剂的系统中确保优异的图像品质,并且具有强的对环境变化的耐性、在低温定影性方面优异并且使得即使在严苛的环境下也可以抑制静电污损。
本发明的发明人发现,通过控制磁性体在磁性调色剂中的分散状态以及磁性调色剂的贮存弹性模量和介电损耗角正切,可以解决以上问题,并且基于该发现完成了本发明。
由此,本发明提供
一种磁性调色剂,其包含含有粘结剂树脂、磁性体和结晶性聚酯的磁性调色剂颗粒,其中
所述磁性调色剂在100kHz下的介电损耗角正切为1.0×10-2以上,
在使用透射电子显微镜TEM的所述磁性调色剂颗粒的截面观察中,
当将所述磁性调色剂颗粒的截面通过边长为0.8μm的正方形栅格来划分时,所述磁性体的占有面积率的变异系数CV3为30.0%至80.0%,并且
假设将在40℃下的贮存弹性模量取作E'(40)[Pa]并且将在85℃下的贮存弹性模量取作E'(85)[Pa],所述贮存弹性模量在所述磁性调色剂的粉末动态粘弹性测量中获得,则满足下式(1)和(2):
E'(85)≤5.5×109 (1)
[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)≥30 (2)
根据本发明,可以提供一种磁性调色剂,所述磁性调色剂在其中将强的剪切力施加至调色剂的系统中确保优异的图像品质,并且具有强的对环境变化的耐性、在低温定影性方面优异并且使得即使在严苛的环境下也可以抑制静电污损。
参考附图,本发明的进一步的特征将从以下示例性实施方案的描述变得显而易见。
附图说明
图1为显影装置的示意性截面图;并且
图2为单组分接触显影系统的图像形成设备的示意性截面图。
具体实施方式
在本发明中,除非另有说明,表示数值范围的"XX至YY"或"XX~YY"的记载意指包括作为端点的下限和上限的数值范围。
此外,单体单元意指聚合物中的单体物质的已反应的形式。
下文中,将参考本发明的实施方案来更详细地描述本发明,但是本发明不限于此。
本发明的磁性调色剂(下文中,也简称为调色剂)为
一种磁性调色剂,其包含含有粘结剂树脂、磁性体和结晶性聚酯的磁性调色剂颗粒,其中
磁性调色剂在100kHz下的介电损耗角正切为1.0×10-2以上,
在使用透射电子显微镜TEM的磁性调色剂颗粒的截面观察中,
当将磁性调色剂颗粒的截面通过边长为0.8μm的正方形栅格来划分时,磁性体的占有面积率的变异系数CV3为30.0%至80.0%,并且
假设将在40℃下的贮存弹性模量取作E'(40)[Pa]并且将在85℃下的贮存弹性模量取作E'(85)[Pa],贮存弹性模量在磁性调色剂的粉末动态粘弹性测量中获得,则满足下式(1)和(2):
E'(85)≤5.5×109 (1)
[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)≥30 (2)
在磁性调色剂中,控制磁性体在磁性调色剂颗粒(下文中,也简称为调色剂颗粒)中的分散状态,从而控制磁性调色剂的介电损耗角正切和贮存弹性模量。
本发明的发明人发现了通过将磁性调色剂的介电损耗角正切和贮存弹性模量设定在特定的范围内来改善低温定影性和抑制静电污损的用于解决问题的方法。
然而,关于耐久性,存在与调色剂颗粒的开裂相关的问题。
本发明的发明人认为,在粘结剂树脂具有例如域等不包含其它物质的部位的情况下,在其中施加强的剪切力的系统如单组分接触显影系统中,域将吸收施加至磁性调色剂的力并且将防止开裂。
因此,可以想到的是,其中粘结剂树脂在磁性调色剂颗粒中不均匀地分布的位置,即,在调色剂颗粒中粘结剂树脂的域的存在,对于调色剂颗粒的开裂和碎裂的问题为有效的方案。
本发明的发明人发现能够在各调色剂颗粒中形成其中使磁性体在一定程度上聚集的状态的手段。结果,获得了耐开裂并且在低温定影性和保存稳定性方面优异的调色剂,并且完成了本发明。
在本发明的磁性调色剂中,在使用透射电子显微镜(TEM)的磁性调色剂颗粒的截面观察中,当将磁性调色剂颗粒的截面通过边长为0.8μm的正方形栅格来划分时,磁性体的占有面积率的变异系数CV3为30.0%至80.0%。CV3优选为40.0%至70.0%。
CV3在以上范围内的事实意味着磁性体不均匀地局部存在于磁性调色剂颗粒中。即,通过使磁性体在磁性调色剂颗粒中不均匀地分布,可以适当地提供其中不存在磁性体的部分(即,粘结剂树脂的域部分),并且在该部分吸收从外部施加的剪切力。结果,调色剂颗粒的开裂受到抑制,并且在其中施加强的剪切力的系统如单组分接触显影系统中,可以获得在将大量的图像输出时的定影分离性和没有静电污损的令人满意的图像。此外,通过提高耐开裂性,变得可以改善贮存弹性模量并且增加E'(40)[Pa]的值。
当CV3小于30.0%时,其意味着在划分磁性调色剂颗粒的截面的各栅格之间,磁性体的占有面积率的差是小的,并且粘结剂树脂的域不存在,或者粘结剂树脂的域的存在量是小的。
在该情况下,大多数粘结剂树脂形成微细网状结构,并且粘结剂树脂部分之间的连接变细。结果,在其中施加强的剪切力的系统如单组分接触显影系统中,调色剂颗粒容易开裂并且由于带电不良导致发生静电污损。
同时,当CV3超过80.0%时,磁性体过度地局部存在于调色剂中。在该情况下,磁性体聚集从而引起由于表面积的减小导致的着色力的降低,并且在图像输出初期的图像浓度降低。
作为用于将CV3调节在以上范围内的方法,可以提及控制磁性体的表面的亲水性/疏水性、和在调色剂颗粒的生产时控制磁性体的聚集度等。
例如,在使用乳化聚集法的情况下,可以使用预先使磁性体聚集并且将聚集体导入至调色剂颗粒中的方法、或在聚结步骤中添加螯合剂和/或调节pH从而调节磁性体的聚集度的方法。
此外,在使用透射电子显微镜(TEM)的磁性调色剂颗粒的截面观察中,当将磁性调色剂颗粒的截面通过边长为0.8μm的正方形栅格来划分时,磁性体的占有面积率的平均值为10.0%至40.0%,并且更优选15.0%至30.0%。
当磁性体的占有面积率的平均值在以上范围内时,磁性体在调色剂颗粒中的分散状态变得适当,并且可以抑制由于过度的聚集状态导致的着色力的降低。
此外,粘结剂树脂域的存在量是适当的,并且调色剂颗粒不太可能开裂。结果,几乎不发生静电污损和定影分离性的降低,并且可以获得令人满意的图像。此外,作为用于将磁性体的占有面积率的平均值控制在以上范围内的方法,可以提及控制磁性体的表面的亲水性/疏水性、和在调色剂颗粒的生产时控制磁性体的聚集度等。
磁性调色剂在100kHz下的介电损耗角正切为1.0×10-2以上。介电损耗角正切优选为1.2×10-2至3.0×10-2。介电损耗角正切表示介电常数与介电损耗因子的比率,并且其数值越大,则介电损耗因子的比例越高,表明极化后的带电缓和很可能发生。
当介电损耗角正切在以上范围内时,即使在低温环境中,调色剂的带电状态也是适当的,并且防止导致过度带电(excessive charging)的过度带电(charge-up)的发生,由此抑制静电污损并且使得可以获得令人满意的图像。
当介电损耗角正切小于1.0×10-2时,带电缓和不太可能发生,并且容易保持过剩的电荷。结果,当使调色剂在低温环境中摩擦带电时,发生过度带电,引起静电污损。
介电损耗角正切可以通过磁性体在调色剂颗粒内的分散性(聚集性)来控制。通过使磁性体分散在调色剂颗粒内而不聚集,介电极化很可能发生,并且可以使介电损耗角正切的值减小。相反,可以通过引起聚集并且使得介电极化不太可能发生来使介电损耗角正切的值增大。此外,还可以通过磁性体在调色剂颗粒间的分散状态来进行控制。
这里,设定频率为100kHz作为用于测量介电损耗角正切的基准,这是因为这样的频率适合于验证磁性体的分散状态。在频率低于100kHz的情况下,介电损耗角正切变小,因此难以理解调色剂的介电损耗角正切的变化,并且在频率高于100kHz的情况下,当温度变化时介电损耗角正切的差变得不期望地小。
在将在40℃下的贮存弹性模量取作E'(40)[Pa]并且将在85℃下的贮存弹性模量取作E'(85)[Pa]的情况下,贮存弹性模量在磁性调色剂的粉末动态粘弹性测量中获得时,满足下式(1)和(2):
E'(85)≤5.5×109 (1)
[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)≥30 (2)
当E'(85)满足以上式(1)时,定影时的调色剂的弹性变得适当,并且对纸的密着性变强,从而改善低温定影性,增加图像对摩擦的耐久性,可以抑制在低温环境中的静电污损,并且可以获得令人满意的图像。
当E'(85)超过5.5×109时,弹性是过高的,并且使对纸的密着性降低,从而使低温定影性降低并且倾向于发生静电污损。
可以通过粘结剂树脂的贮能模量和结晶性聚酯的添加量来控制E'(85)。粘结剂树脂的贮存弹性模量可以通过适当地调节构成单体的种类和分子量来控制。
此外,优选E'(85)满足下式(3)。
E'(85)≤5.0×109 (3)
对E'(85)的下限不特别限定,但是优选为5.0×108以上,并且更优选1.0×109以上。
E'(40)和E'(85)满足式(2)的事实表明磁性调色剂在40℃至85℃可以经历快速的弹性变化。结果,在其中施加强的剪切力的系统如单组分接触显影系统中,可以实现由于调色剂颗粒的开裂和碎裂导致的图像品质劣化的抑制以及低温定影性二者。
当[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)小于30时,在40℃至85℃不发生弹性变化,并且在其中施加强的剪切力的系统如单组分接触显影系统中,发生由于调色剂颗粒的开裂和碎裂导致的定影分离性的降低、或低温定影性的降低。
[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)优选为40以上。同时,对上限不特别限定,但是优选为70以下,更优选50以下,并且还更优选45以下。
E'(40)和E'(85)可以通过粘结剂树脂的贮能模量和结晶性聚酯的添加量来控制。粘结剂树脂的贮存弹性模量可以通过适当地调节构成单体的种类和分子量来控制。
优选控制磁性调色剂的亮度和亮度分散值。
通常,在含有磁性体的调色剂中,优选在调色剂颗粒间较均一地含有磁性体。当存在具有不同的磁性体的含有率的调色剂颗粒时,带电性能和磁性能将是不同的。在该情况下,特别是在具有磁输送的系统中或者在其中通过控制调色剂的带电性能和磁性能来进行显影的系统中,各调色剂颗粒在显影时可能表现不同,这可能引起例如浓度的降低等图像不良。
此外,调色剂的亮度为表示调色剂的光散射的程度的指标,并且当调色剂含有着色剂或吸收光的例如磁性体等物质时,调色剂的亮度降低。
同时,调色剂的亮度分散值为表明在亮度的测量中在一个调色剂颗粒中亮度不均匀的程度的指标。因此,亮度分散值的变异系数用作表明亮度在调色剂颗粒间变化程度的指标。
发现通过控制磁性调色剂颗粒间的磁性体的含有率并且将磁性调色剂的亮度和亮度分散值的变异系数设定至适当的值,可以获得没有浓度下降的令人满意的图像。
在将磁性调色剂的数均粒径取作Dn(μm)的情况下,
磁性调色剂在Dn处的平均亮度优选为30.0至60.0,并且更优选35.0至50.0。
当平均亮度在以上范围内时,磁性体的量是适当的,显示令人满意的着色性,容易防止调色剂颗粒的开裂,并且可以改善定影分离性。
通过调节磁性体的量,可以将平均亮度调节至以上范围。
此外,在将磁性调色剂在Dn-0.500至Dn+0.500的范围内的亮度分散值的变异系数取作CV1(%),并且
将磁性调色剂在Dn-1.500至Dn-0.500的范围内的亮度分散值的变异系数取作CV2(%)的情况下,
CV1和CV2满足下式(4):
CV2/CV1≤1.00 (4)
CV2/CV1更优选为0.70至0.95。
当CV2/CV1在以上范围内时,磁性调色剂颗粒中的磁性体的量几乎不取决于调色剂颗粒的直径。结果,容易抑制调色剂颗粒的带电的不均匀和磁特性的不均匀,并且即使在进行大量的图像输出时,显影性能也倾向于令人满意。
作为用于将CV2/CV1控制在以上范围内的手段,可以提及调节磁性体的粒径。此外,优选通过使用其中容易使磁性体吸收至小直径颗粒中的粉碎法或乳化聚集法等来制造调色剂颗粒。
CV1优选为4.00%以下,并且更优选3.50%以下。
当CV1在以上范围内时,在调色剂颗粒间的磁性体的存在状态几乎不存在差异,在连续的图像形成之后的图像浓度不太可能变化,并且可以获得令人满意的图像。
可以通过在制造调色剂颗粒时控制磁性体的分散状态来调节CV1。
对粘结剂树脂不特别限定,并且可以使用用于调色剂的已知的树脂。粘结剂树脂的具体实例包括非结晶性聚酯树脂、聚氨酯树脂和乙烯基树脂。
可以用于乙烯基树脂的生产的单体的实例在下文中列出。
脂肪族乙烯基烃:烯烃类,如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、庚烯、二异丁烯、辛烯、十二碳烯、十八碳烯和其它α-烯烃;以及
二烯烃类,如丁二烯、异戊二烯、1,4-戊二烯、1,6-己二烯和1,7-辛二烯。
脂环族乙烯基烃:单环或二环烯烃和二烯烃类,如环己烯、环戊二烯、乙烯基环己烯、和乙叉基双环庚烯;以及
萜烯类,如蒎烯、柠檬烯和茚。
芳香族乙烯基烃:苯乙烯及其烃基(烷基、环烷基、芳烷基和/或烯基)取代物,如α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、2,4-二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、异丙基苯乙烯、丁基苯乙烯、苯基苯乙烯、环己基苯乙烯、苄基苯乙烯、巴豆基苯、二乙烯基苯、二乙烯基甲苯、二乙烯基二甲苯、三乙烯基苯;以及乙烯基萘。
含有羧基的乙烯基系单体及其金属盐:具有3至30个碳原子的不饱和一元羧酸、不饱和二元羧酸、其酸酐和其单烷基(1至27个碳原子)酯。例如,含有羧基的乙烯基系单体,如丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐、马来酸的单烷基酯、富马酸、富马酸的单烷基酯、巴豆酸、衣康酸、衣康酸的单烷基酯、乙二醇单醚衣康酸酯(glycol monoether itaconate)、柠康酸、柠康酸单烷基酯、和肉桂酸。
乙烯基酯,如乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯(vinyl butyrate)、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯(butyric acid vinyl ester)、邻苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯、乙酸异丙烯酯、甲基丙烯酸乙烯酯、苯甲酸甲基4-乙烯酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苄酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯、甲氧基乙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、α-乙氧基丙烯酸乙酯、具有含有1至22个碳原子的烷基(直链的或支链的)的丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯(丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸肉豆蔻酯、甲基丙烯酸肉豆蔻酯、丙烯酸鲸蜡酯、甲基丙烯酸鲸蜡酯、丙烯酸硬脂酯、甲基丙烯酸硬脂酯、丙烯酸二十烷基酯、甲基丙烯酸二十烷基酯、丙烯酸山嵛酯、和甲基丙烯酸山嵛酯等)、富马酸二烷基酯(dialkyl fumarate)(富马酸二烷基酯(fumaric acid dialkyl ester),两个烷基为具有2至8个碳原子的直链的、支链的或脂环族基团)、马来酸二烷基酯(dialkyl maleate)(马来酸二烷基酯(maleic acid dialkylester),两个烷基为具有2至8个碳原子的直链的、支链的或脂环族基团)、聚芳氧基烷烃类(二芳氧基乙烷、三芳氧基乙烷、四芳氧基乙烷、四芳氧基丙烷、四芳氧基丁烷、和四甲基烯丙氧基乙烷)、具有聚亚烷基二醇链的乙烯基系单体(聚乙二醇(分子量300)单丙烯酸酯、聚乙二醇(分子量300)单甲基丙烯酸酯、聚丙二醇(分子量500)单丙烯酸酯、聚丙二醇(分子量500)单甲基丙烯酸酯、甲醇环氧乙烷(环氧乙烷在下文中缩写为EO)10摩尔加合物丙烯酸酯、甲醇环氧乙烷10摩尔加合物甲基丙烯酸酯、月桂醇EO30摩尔加合物丙烯酸酯、月桂醇EO30摩尔加合物甲基丙烯酸酯)、聚丙烯酸酯类和聚甲基丙烯酸酯类(多元醇类的聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯:乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙二醇二丙烯酸酯、丙二醇二甲基丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯)。
含有羧基的乙烯基酯:例如,具有含有3至20个碳原子的烷基链的丙烯酸羧基烷基酯、和具有含有3至20个碳原子的烷基链的甲基丙烯酸羧基烷基酯。
其中,苯乙烯、丙烯酸丁酯和丙烯酸β-羧基乙酯等是优选的。
可以用于非结晶性聚酯树脂的制造的单体的实例包括常规公知的二元或三元以上的羧酸和二元或三元以上的醇。这些单体的具体实例在下文中列出。
二元羧酸的实例包括:二元酸,如草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1,9-壬二羧酸、1,10-癸二羧酸、1,11-十一烷二羧酸、1,12-十二烷二羧酸、1,13-十三烷二羧酸、1,14-十四烷二羧酸、1,16-十六烷二羧酸、1,18-十八烷二羧酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、和十二碳烯基琥珀酸等;其酸酐或其低级烷基酯;以及脂肪族不饱和二元羧酸,如马来酸、富马酸、衣康酸和柠康酸等。也可以使用这些二羧酸和酸酐的低级烷基酯。
此外,三元以上的羧酸的实例包括1,2,4-苯三羧酸、1,2,5-苯三羧酸、及其酸酐和其低级烷基酯等。
这些可以单独使用,或者其两种以上可以组合使用。
二元醇的实例包括:亚烷基二醇(1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,11-十一烷二醇、1,12-十二烷二醇、1,13-十三烷二醇、1,14-十四烷二醇、1,18-十八烷二醇和1,20-二十烷二醇);亚烷基醚二醇(聚乙二醇和聚丙二醇);脂环族二醇(1,4-环己烷二甲醇);双酚类(双酚A);脂环族二醇的环氧烷(环氧乙烷和环氧丙烷)加合物;以及双酚类(双酚A)的环氧烷(环氧乙烷和环氧丙烷)加合物。
亚烷基二醇和亚烷基醚二醇的烷基部分可以为直链的或支链的。在本发明中,还可以优选使用具有支链结构的亚烷基二醇。
此外,还可以使用具有双键的脂肪族二醇。作为具有双键的脂肪族二醇,可以提及以下化合物。
2-丁烯-1,4-二醇、3-己烯-1,6-二醇和4-辛烯-1,8-二醇。
此外,三元以上的醇的实例包括甘油、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷和季戊四醇。
这些可以单独使用,或者其两种以上可以组合使用。
为了调节酸值和羟基值的目的,如果必要,还可以使用例如乙酸和苯甲酸等一元酸以及例如环己醇和苄醇等一元醇。
粘结剂树脂优选包含非结晶性聚酯。
其中,从纸密着性的观点,非结晶性聚酯的重均分子量优选为90,000以下。
此外,从重复使用前后的图像浓度差的观点,重均分子量优选为1500以上。
对用于合成非结晶性聚酯树脂的方法不特别限定,并且,例如酯交换法或直接缩聚法可以单独地或组合使用。
接下来,描述聚氨酯树脂。
聚氨酯树脂为二醇与含有二异氰酸酯基的化合物的反应产物。通过将各种二醇与含有二异氰酸酯基的化合物组合,可以获得具有各种官能度的聚氨酯树脂。
含有二异氰酸酯基的化合物可以示例为:具有6至20个碳原子(NCO基团中的碳除外,同样适用于下文)的芳香族二异氰酸酯、具有2至18个碳原子的脂肪族二异氰酸酯、具有4至15个碳原子的脂环族二异氰酸酯以及这些二异氰酸酯的改性产物(含有氨基甲酸酯基、碳二亚胺基、脲基甲酸酯基、脲基、缩二脲基、脲二酮基(uretdione group)、脲亚胺基(uretimine group)、异氰脲酸酯基或噁唑烷酮基的改性产物;在下文中也可以称为"改性的二异氰酸酯")、以及其两种以上的混合物。
芳香族二异氰酸酯的实例包括间和/或对苯二甲基二异氰酸酯(XDI)和α,α,α',α'-四甲基苯二甲基二异氰酸酯等。
脂肪族二异氰酸酯的实例包括亚乙基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和十二亚甲基二异氰酸酯等。
此外,脂环族二异氰酸酯的实例包括异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二环己基甲烷-4,4'-二异氰酸酯、亚环己基二异氰酸酯和甲基亚环己基二异氰酸酯等。
其中,具有6至15个碳原子的芳香族二异氰酸酯、具有4至12个碳原子的脂肪族二异氰酸酯和具有4至15个碳原子的脂环族二异氰酸酯是优选的,并且XDI、IPDI和HDI是更优选的。除了以上二异氰酸酯以外,还可以使用三官能以上的异氰酸酯化合物。
可以用于聚氨酯树脂的二醇可以示例为相同的上述可以用于非结晶性聚酯的二元醇。
作为粘结剂树脂,例如非结晶性聚酯树脂、聚氨酯树脂和乙烯基树脂等树脂可以单独地或以其两种以上的组合使用。从使用结晶性聚酯的观点,粘结剂树脂优选包含非结晶性聚酯树脂,并且优选为非结晶性聚酯树脂。当将其两种以上一起使用时,可以以其中使树脂化学地结合在一起的复合树脂的形式使用树脂。
从低温定影性的观点,粘结剂树脂的玻璃化转变温度(Tg)优选为40.0℃至120.0℃。
调色剂颗粒包含结晶性聚酯。结晶性聚酯优选为包含脂肪族二醇和/或脂肪族二羧酸的单体的缩聚产物。如本文中所提及的,结晶性树脂意指通过使用差示扫描量热计(DSC)的测量显示明确的熔点的树脂。
结晶性聚酯树脂优选含有源自具有2至12个碳原子的脂肪族二醇的单体单元、和/或源自具有2至12个碳原子的脂肪族二羧酸的单体单元。
具有2至12个碳原子的脂肪族二醇的实例包括以下化合物。
1,2-乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、1,10-癸二醇、1,11-十一烷二醇和1,12-十二烷二醇。
此外,还可以使用具有双键的脂肪族二醇。具有双键的脂肪族二醇可以示例为以下化合物。
2-丁烯-1,4-二醇、3-己烯-1,6-二醇和4-辛烯-1,8-二醇。
具有2至12个碳原子的脂肪族二羧酸可以示例为以下化合物。
草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、1,9-壬二羧酸、1,10-癸二羧酸、1,11-十一烷二羧酸、1,12-十二烷二羧酸。还可以使用这些脂肪族二羧酸的低级烷基酯和酸酐。
其中,癸二酸、己二酸和1,10-癸二羧酸及其低级烷基酯和酸酐是优选的。这些可以单独地或以其两种以上的组合使用。
此外,还可以使用芳香族羧酸。芳香族二羧酸可以示例为以下化合物:对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二羧酸和4,4'-联苯二羧酸。其中,从易获得性和容易形成具有低的熔点的聚合物的观点,对苯二甲酸是优选的。
另外,可以使用具有双键的二羧酸。可以适当地使用具有双键的二羧酸,从而抑制定影时的热污损,这是因为这样的酸使得可以通过利用双键使整个树脂交联。
这样的二羧酸可以示例为富马酸、马来酸、3-己烯二酸和3-辛烯二酸。还包括其低级烷基酯和酸酐。其中,富马酸和马来酸是更优选的。
对用于制造结晶性聚酯的方法不特别限定,并且可以通过其中使二羧酸组分与二醇组分彼此反应的通常的聚酯的聚合法来实施。例如,根据单体的种类,可以使用直接缩聚或酯交换。
使用差示扫描量热计(DSC)测量的结晶性聚酯的最大吸热峰的峰值温度优选为50.0℃至100.0℃,并且从低温定影性的观点更优选60.0℃至90.0℃。
磁性调色剂中的结晶性聚酯的量优选为15.0质量%以下。更优选地,该量为1.0质量%至10.0质量%。当该量为15.0质量%以下时,可以在不影响调色剂的介电损耗角正切或者调色剂颗粒的开裂或碎裂的情况下改善低温定影性。
此外,由于磁性体的占有面积率不太可能降低,因此可以抑制磁性体的过度聚集,并且可以抑制图像浓度的降低。此外,由于粘结剂树脂的相对量是适当的,因此调色剂中的粘结剂树脂的部分之间的连接变得令人满意。结果,在其中将高的剪切力施加至调色剂的系统如单组分接触显影系统中,调色剂颗粒不太可能开裂,并且可以抑制由于带电不良导致的静电污损和由于定影装置污染导致的定影分离性的劣化。
在用透射电子显微镜观察的磁性调色剂颗粒的截面中,优选结晶性聚酯的域存在于磁性调色剂颗粒的内部。该域的数均直径优选为50nm至500nm,并且更优选100nm至400nm。
可以在使用透射电子显微镜(TEM)的磁性调色剂颗粒的截面观察中测量域的数均直径。随机地选择30个长轴为20nm以上的结晶性聚酯的域,将长轴和短轴的平均值取作域直径,并且将30个域的算术平均值取作域的数均直径。可以不在同一调色剂颗粒中选择域。
当域的数均直径在以上范围内时,磁性体的过度聚集受到抑制,并且使粘结剂树脂有效地增塑,由此改善低温定影性。
域的数均直径可以通过结晶性聚酯的添加量来调节,或者当使用乳化聚集法来生产调色剂时,通过结晶性聚酯分散液中的结晶性聚酯颗粒的直径、聚结步骤中的保持时间和聚结后的冷却速度等来调节。
磁性调色剂颗粒可以含有蜡。
可以使用公知的蜡。蜡的具体实例在下文中给出。
例如石蜡、微晶蜡和石油内酰胺(petrolactam)等石油系蜡及其衍生物;褐煤蜡及其衍生物;通过费-托法获得的烃蜡及其衍生物;由聚乙烯和聚丙烯代表的聚烯烃蜡及其衍生物;例如巴西棕榈蜡、小烛树蜡等天然蜡及其衍生物;和酯蜡等。
这里,衍生物包括氧化物、与乙烯基系单体的嵌段共聚物、和接枝改性产物。
此外,可以使用在一个分子中含有一个酯键的单酯化合物以及例如在一个分子中含有两个酯键的二酯化合物、在一个分子中含有四个酯键的四官能酯化合物和在一个分子中含有六个酯键的六官能酯化合物等多官能酯化合物作为酯蜡。
酯蜡优选含有选自由单酯化合物和二酯化合物组成的组中的至少一种化合物。
单酯化合物的具体实例包括:主要由脂肪酸酯构成的蜡类,如巴西棕榈蜡和褐煤酸酯蜡等;例如脱酸巴西棕榈蜡等通过从脂肪酸酯类中除去一部分或全部酸组分来获得的化合物、通过植物性油脂的氢化获得的化合物、和具有羟基的甲酯化合物;以及饱和脂肪酸单酯类如硬脂酸硬脂酯和山嵛酸山嵛酯。
此外,二酯化合物的具体实例包括癸二酸二山嵛酯、壬二醇二山嵛酸酯、对苯二甲酸二山嵛酯、和对苯二甲酸二硬脂酯等。
此外,蜡可以包括除了上述化合物以外的公知的其它蜡。此外,一种蜡可以单独使用,或者两种以上可以组合使用。
蜡的量相对于100质量份粘结剂树脂优选为1.0质量份至30.0质量份,并且更优选3.0质量份至25.0质量份。
磁性体的实例包括:铁氧化物,如磁铁矿、磁赤铁矿和铁氧体等;金属,如铁、钴和镍等;这些金属与例如铝、铜、镁、锡、锌、铍、钙、锰、硒、钛、钨和钒等金属的合金;及其混合物。
磁性体的一次颗粒的数均粒径优选为0.50μm以下,并且更优选0.05μm至0.30μm。
存在于调色剂颗粒中的磁性体的一次颗粒的数均粒径可以使用透射电子显微镜来测量。
具体地,在将要观察的调色剂颗粒充分地分散在环氧树脂中之后,在温度为40℃的气氛中进行固化2天,从而获得固化产物。通过切片机将所得固化产物切成薄片状的样品,在透射电子显微镜(TEM)中拍摄倍率为10,000至40,000的图像,并且测量图像中的100个磁性体的一次颗粒的投影面积。然后,将等于该投影面积的圆的当量直径取作磁性体的一次颗粒的粒径,并且将该100个粒径的平均值取作磁性体的一次颗粒的数均粒径。
作为在施加795.8kA/m时磁性体的磁特性,矫顽力(Hc)优选为1.6kA/m至12.0kA/m。磁化强度(σs)优选为50Am2/kg至200Am2/kg,并且更优选50Am2/kg至100Am2/kg。同时,残余磁化强度(σr)优选为2Am2/kg至20Am2/kg。磁性调色剂中的磁性体的量优选为35质量%至50质量%,并且更优选40质量%至50质量%。
当磁性体的量在以上范围内时,与显影套筒内的磁辊的磁引力是适当的。
磁性调色剂中的磁性体的量可以使用由Perkin Elmer Co.制造的热分析仪TGAQ5000IR来测量。测量方法如下:在氮气气氛中将磁性调色剂以25℃/min的升温速度从常温加热至900℃,将在100℃至750℃的质量损失取作磁性调色剂中的除了磁性体以外的组分的质量,并且将残余质量取作磁性体的质量。
可以例如通过以下方法来生产磁性体。
将例如氢氧化钠等碱以与铁组分相当的量或更大的量添加至亚铁盐水溶液中,从而制备包含氢氧化亚铁的水溶液。在将所制备的水溶液的pH维持在7以上的同时将空气吹入,在将水溶液加热至70℃以上的同时进行氢氧化亚铁的氧化反应,并且首先生成要成为磁性氧化铁核的晶种。
接下来,将包含基于先前添加的碱的量为约1当量硫酸亚铁的水溶液添加至包含晶种的浆料中。将混合溶液的pH维持在5至10,在将空气吹入的同时进行氢氧化亚铁的反应,并且磁性氧化铁在作为核的晶种上生长。此时,可以通过选择任意pH、反应温度和搅拌条件来控制磁性体的形状和磁特性。随着氧化反应进行,混合物的pH向酸性侧偏移,但是混合物的pH不应当低于5。根据常规的方法,可以通过将由此获得的磁性体过滤、洗涤和干燥来获得磁性体。
此外,根据需要,可以将磁性体进行已知的表面处理。
磁性调色剂颗粒可以含有电荷控制剂。磁性调色剂优选为负带电性调色剂。
作为负带电用电荷控制剂,有机金属配位化合物和螯合化合物是有效的,并且其实例包括单偶氮金属配位化合物、乙酰丙酮金属配位化合物、和芳香族羟基羧酸或芳香族二羧酸的金属配位化合物等。
商购可得的产品的具体实例包括SPILON BLACK TRH、T-77、T-95(HodogayaChemical Industry Co.,Ltd.),以及BONTRON(注册商标)S-34、S-44、S-54、E-84、E-88和E-89(Orient Chemical Industry Co.,Ltd.)。
电荷控制剂可以单独地或以其两种以上的组合使用。
从带电量的观点,电荷控制剂的量相对于100质量份粘结剂树脂优选为0.1质量份至10.0质量份,并且更优选0.1质量份至5.0质量份。
磁性调色剂的玻璃化转变温度(Tg)优选为45.0℃至70.0℃,并且更优选50.0℃至65.0℃。
当玻璃化转变温度在以上范围内时,可以在高的水平上实现保存稳定性和低温定影性二者。可以通过粘结剂树脂的组成、结晶性聚酯的种类和粘结剂树脂的分子量等来控制玻璃化转变温度。
对用于生产磁性调色剂的方法不特别限定,并且可以使用任意干式生产方法(例如,捏合粉碎法等)和湿式生产方法(例如,乳化聚集法、悬浮聚合法和溶解悬浮法等)。
其中,优选使用乳化聚集法。
当使用乳化聚集法时,可以将磁性调色剂的亮度分散值的变异系数、磁性体的占有面积率的变异系数和结晶性聚酯的域的数均直径等容易地调节至上述范围内。
下文中将通过具体实例的方式描述用于通过使用乳化聚集法来生产调色剂颗粒的方法。
乳化聚集法大致分为以下四个步骤:
(a)制备细颗粒分散液的步骤、(b)形成聚集颗粒的聚集步骤、(c)通过熔融和聚结形成调色剂颗粒的聚结步骤、(d)洗涤和干燥步骤。
(a)制备细颗粒分散液的步骤
通过将例如粘结剂树脂、磁性体和结晶性聚酯等各材料的细颗粒分散在水系介质中来获得细颗粒分散液。
水系介质的实例包括例如蒸馏水和离子交换水等水和醇类。这些可以单独地或以其两种以上的组合使用。
可以使用用于将细颗粒分散在水系介质中的助剂,表面活性剂为助剂的实例。
表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂和非离子表面活性剂。
具体实例包括:阴离子表面活性剂,如烷基苯磺酸盐、α-烯烃磺酸盐和磷酸酯;例如烷基胺盐、氨基醇脂肪酸衍生物、多胺脂肪酸衍生物和咪唑啉等胺盐型或者例如烷基三甲基铵盐、二烷基二甲基铵盐、烷基二甲基苄基铵盐、吡啶鎓盐、烷基异喹啉鎓盐和苄索氯铵(benzethonium chloride)等季铵盐型的阳离子表面活性剂;非离子表面活性剂,如脂肪酸酰胺衍生物和多元醇衍生物;和两性表面活性剂,如丙氨酸、十二烷基二(氨基乙基)甘氨酸、二(辛基氨基乙基)甘氨酸和N-烷基-N,N-二甲基铵甜菜碱。
表面活性剂可以单独地或以其两种以上的组合使用。
用于制备细颗粒分散液的方法可以根据分散质的种类来适当地选择。
例如,可以提及用于通过使用例如如下的通常的分散机来将分散质分散的方法:旋转剪切型均化器,具有介质的球磨机、砂磨机或戴诺磨(dyno mill)等。此外,在溶解在有机溶剂中的分散质的情况下,可以通过使用转相乳化法将分散质分散在水系介质中。在转相乳化法中,将要分散的材料溶解在材料可溶于其中的有机溶剂中,将有机连续相(O相)中和,然后将水介质(W相)导入,从而进行树脂从W/O向O/W的转变(所谓的转相),诱导不连续相形成并且以颗粒的形式分散在水系介质中。
对用于转相乳化法的溶剂不特别限定,只要溶剂溶解树脂即可,但是为了形成液滴的目的,优选使用疏水性或两亲性有机溶剂。
与乳液聚合中一样,还可以通过在水系介质中形成液滴之后进行聚合来制备细颗粒分散液。乳液聚合为用于通过首先将要分散的材料的前体、水系介质和聚合引发剂混合、然后搅拌或剪切来获得其中材料分散在水系介质中的细颗粒分散液的方法。此时,可以使用有机溶剂或表面活性剂作为乳化的助剂。此外,常用的设备可以用于搅拌或剪切,并且其实例为常用的分散机如旋转剪切型均化器。
当将磁性体分散时,可以将具有一次颗粒的目标直径的颗粒分散在水系介质中。对于分散,例如,可以使用通常的分散机,如旋转剪切型均化器,具有介质的球磨机、砂磨机或戴诺磨等。由于磁性体具有高于水的比重并且具有高的沉降速度,因此优选在分散后立即进行聚集步骤。
从聚集速度的控制和聚结的简便性的观点,细颗粒分散液的分散质的数均粒径优选为例如0.01μm至1μm,更优选0.08μm至0.8μm,并且甚至更优选0.1μm至0.6μm。
从控制聚集速度的观点,细颗粒分散液中的分散质基于分散液的总量优选为5质量%至50质量%,并且更优选10质量%至40质量%。
(b)聚集步骤
在制备细颗粒分散液之后,将一种细颗粒分散液或两种以上的细颗粒分散液混合,从而制备分散有其中细颗粒聚集的聚集颗粒的聚集颗粒分散液。
对混合方法不特别限定,并且可以使用常用的搅拌机进行混合。
通过聚集颗粒分散液的温度、pH和凝聚剂等来控制聚集,并且可以使用任意方法。
形成聚集颗粒的温度优选为粘结剂树脂的玻璃化转变温度减去30.0℃至粘结剂树脂的玻璃化转变温度。从工业的观点,时间优选为约1min至120min。
凝聚剂可以示例为无机金属盐和二价以上的金属配合物等。当在细颗粒分散液中使用表面活性剂作为助剂时,使用相反极性的表面活性剂也是有效的。特别地,当使用金属配合物作为凝聚剂时,使所使用的表面活性剂的量降低,并且改善带电特性。无机金属盐的实例包括:金属盐,如氯化钠、氯化钙、硝酸钙、氯化钡、氯化镁、硫酸镁、氯化锌、氯化铝和硫酸铝等;和无机金属盐聚合物,如聚氯化铝、聚氢氧化铝和多硫化钙等。
对细颗粒分散液的混合的时机不特别限定,并且在聚集颗粒分散液形成之后或在形成的过程中,可以进一步添加细颗粒分散液用于聚集。
通过控制细颗粒分散液的添加时机,可以控制调色剂颗粒的内部结构。
为了控制上述磁性体的聚集度,例如,将凝聚剂添加至磁性体分散液中并且搅拌的预聚集步骤可以在使各细颗粒分散液聚集之前进行。在预聚集步骤中,例如,优选在约20℃至60℃下添加相对于100质量份磁性体为约0.3至2.0质量份凝聚剂并且搅拌约5sec至5min。
可选地,其中在使除了磁性体分散液以外的各细颗粒分散液聚集之后添加磁性体分散液并且进一步进行聚集的方法也是优选的。
此外,在聚集步骤中,可以使用能够控制搅拌速度的搅拌装置。对搅拌装置不特别限定,并且可以使用任意通用的乳化机和分散机。
例如,可以使用间歇式乳化机如ULTRATURRAX(由IKA Corporation制造)、POLYTRON(由Kinematica Co.制造)、T.K.HOMOMIXER(由Tokushu Kika Kogyo Co.,Ltd.制造)、EBARA MILDER(由Ebara Corp.制造)、T.K.HOMOMIC LINE FLOW(由Tokushu KikaKogyo Co.,Ltd.制造)、CREAMIX(由M Technique Co.,Ltd.制造)、PHILMIX(由TokushuKika Kogyo Co.,Ltd.制造),或者间歇式和连续式两用的乳化机。
可以根据生产规模适当地调节搅拌速度。
特别地,具有重的比重的磁性体容易受到搅拌速度影响。通过调节搅拌速度和搅拌时间,可以控制为期望的粒径。当搅拌速度高时,很可能促进聚集,磁性体的聚集进行,并且最终很可能形成具有低的亮度的调色剂。
此外,当搅拌速度低时,磁性体倾向于沉降,聚集颗粒分散液变得不均一,并且在颗粒间的磁性体的导入量方面容易引起差异。
同时,还可以通过添加表面活性剂来控制聚集状态。
优选在聚集颗粒达到目标粒径时使聚集停止。
聚集的停止可以通过稀释、温度控制、pH控制、螯合剂的添加和表面活性剂的添加等来进行,并且从生产的观点,螯合剂的添加是优选的。此外,通过螯合剂的添加和pH的调节来使聚集停止是更优选的方法。当将螯合剂的添加与pH的调节组合使用时,可以形成其中磁性体在随后的聚结步骤之后轻微地聚集的调色剂颗粒。
可以通过使用氢氧化钠的水溶液等已知的方法来调节pH。优选将pH调节为7.0至11.0,并且更优选调节为7.5至10.0。
作为螯合剂,水溶性的螯合剂是优选的。螯合剂的具体实例包括例如,如酒石酸、柠檬酸和葡萄糖酸等羟基羧酸,亚氨基二乙酸(IDA),次氮基三乙酸(NTA)和乙二胺四乙酸(EDTA)等。
螯合剂的添加量例如相对于100质量份磁性体优选为10.0质量份至100.0质量份,并且更优选20.0质量份至70.0质量份。
(c)聚结步骤
在形成聚集颗粒之后,将颗粒加热,从而通过熔融和聚结来形成调色剂颗粒。加热温度优选等于或高于粘结剂树脂的玻璃化转变温度。例如,45℃至130℃。
工业上,时间优选为1min至900min,并且更优选5min至500min。
此外,具有核/壳结构的调色剂颗粒还可以通过如下来形成:将聚集颗粒加热和聚结,然后将其中分散有例如树脂等颗粒的溶液混合,并且进一步进行形成聚集颗粒的步骤(b)及熔融和聚结的步骤(c)。
在聚结之后,可以将调色剂颗粒通过已知的方法来冷却。冷却速度优选为约0.1℃/min至500℃/min。
(d)洗涤和干燥步骤
可以使用公知的洗涤方法、固液分离方法和干燥方法而没有特别限制。
然而,在洗涤步骤中,从带电性能的观点,优选用离子交换水充分地进行置换洗涤。在固液分离步骤中,从生产性的观点,优选进行吸引过滤和加压过滤等。在干燥步骤中,从生产性的观点,优选进行冷冻干燥、闪蒸喷射干燥(flash jet drying)、流动干燥和振动型流动干燥等。
如果必要,可以将磁性调色剂颗粒与外部添加剂混合来制得磁性调色剂,从而改善调色剂的流动性和/或带电性能。已知的装置,例如,亨舍尔混合机可以用于外部添加剂的混合。
作为外部添加剂,一次颗粒的数均粒径为4nm至80nm的无机细颗粒是优选的,并且一次颗粒的数均粒径为6nm至40nm的无机细颗粒是更优选的。
当将无机细颗粒进行疏水化处理时,可以进一步改善调色剂的带电性能和环境稳定性。要用于疏水化处理的处理剂的实例包括有机硅清漆、各种改性的有机硅清漆、硅油、各种改性的硅油、硅烷化合物、硅烷偶联剂、其它有机硼化合物、和有机钛化合物等。处理剂可以单独地或以其两种以上的组合使用。
无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径可以使用通过扫描电子显微镜(SEM)拍摄的调色剂的图像来计算。
无机细颗粒的实例包括二氧化硅细颗粒、氧化钛细颗粒和氧化铝细颗粒等。作为二氧化硅细颗粒,例如,可以使用通过所谓的干式法生产的和通过卤化硅的气相氧化生成的例如二氧化硅或气相二氧化硅等干式二氧化硅以及从水玻璃等生产的所谓的湿式二氧化硅二者。
然而,在表面和二氧化硅细颗粒的内部具有较少的硅烷醇基并且具有较少的例如Na2O和SO3 2-等生产残渣的干式二氧化硅是优选的。
在干式二氧化硅的生产步骤中,还可以例如通过在生产过程中将例如氯化铝和氯化钛等其它金属卤化物与卤化硅一起使用来获得二氧化硅与其它金属氧化物的复合细颗粒,并且干式二氧化硅的概念包括这样的颗粒。
无机细颗粒的量相对于100质量份调色剂颗粒优选为0.1质量份至3.0质量份。可以由使用荧光X射线分析仪由标准样品制作的校准曲线来定量地确定无机细颗粒的量。
磁性调色剂可以含有其它添加剂,只要本发明的效果不受到不利影响即可。
其它添加剂的实例包括:润滑剂粉末,如氟碳树脂粉末、硬脂酸锌粉末和聚偏二氟乙烯粉末等;研磨剂,如氧化铈粉末、碳化硼粉末和钛酸锶粉末等;和抗结块剂等。其它添加剂可以在其表面疏水化之后使用。
磁性调色剂的体积平均粒径(Dv)优选为3.0μm至8.0μm,并且更优选5.0μm至7.0μm。
通过将调色剂的体积平均粒径(Dv)设定在以上范围内,可以在改善调色剂可操作性的同时充分地满足点再现性。
此外,磁性调色剂的体积平均粒径(Dv)与数均粒径(Dn)的比(Dv/Dn)优选小于1.25。
磁性调色剂的平均圆形度优选为0.960至1.000,并且更优选0.970至0.990。
当平均圆形度在以上范围内时,即使在具有强的剪切力的系统如单组分接触显影系统中,调色剂也不太可能被压实并且容易维持调色剂的流动性。结果,当进行大量的图像输出时,可以进一步抑制定影分离性的降低。
可以通过在调色剂生产时通常使用的方法来控制平均圆形度。例如,在乳化聚集法中,优选控制聚结步骤的时间和添加的表面活性剂的量。
在单组分接触显影系统中,使调色剂承载构件与静电潜像承载构件彼此接触地配置(接触配置),并且这些承载构件通过旋转来输送调色剂。在调色剂承载构件与静电潜像承载构件之间的接触部分产生强的剪切力。因此,为了获得高品质图像,优选调色剂具有高的耐久性和高的流动性。
同时,作为显影系统,与使用载体的双组分显影系统相比,单组分显影系统使得可以使其中储存显影剂的盒小型化。
此外,接触显影系统使得可以在少量调色剂飞散的情况下获得高品质图像。即,组合地显示上述效果的单组分接触显影系统使得可以实现显影装置的小型化和高的图像品质二者。
下文中,将参考附图详细地描述单组分接触显影系统。
图1为示出显影装置的一个实例的示意性截面图。图2为示出单组分接触显影型图像形成设备的一个实例的示意性截面图。
在图1和图2中,静电潜像形成在其上的静电潜像承载构件45沿箭头R1的方向旋转。调色剂承载构件47沿箭头R2的方向旋转,从而将调色剂57输送至其中调色剂承载构件47与静电潜像承载构件45彼此相对的显影区域。此外,调色剂供给构件48与调色剂承载构件47接触,并且通过使调色剂供给构件沿箭头R3的方向旋转来将调色剂57供给至调色剂承载构件47的表面。此外,通过搅拌构件58来搅拌调色剂57。
在静电潜像承载构件45的周围设置充电构件(充电辊)46、转印构件(转印辊)50、清洁器容器43、清洁刮板44、定影装置51和拾取辊52等。通过充电辊46使静电潜像承载构件45带电。然后,通过激光发生器54将静电潜像承载构件45用激光光照射从而进行曝光,由此形成对应于目标图像的静电潜像。
使静电潜像承载构件45上的静电潜像通过显影装置49内的调色剂57来显影,从而获得调色剂图像。将调色剂图像通过与静电潜像承载构件45接触的转印构件(转印辊)50、在使转印材料夹持于其间的情况下转印至转印材料(纸)53上。调色剂图像向转印材料的转印可以经由中间转印构件来进行。将承载调色剂图像的转印材料(纸)53输送至定影装置51并且使调色剂图像在转印材料(纸)53上定影。此外,将部分残留在静电潜像承载构件45上的调色剂57通过清洁刮板44来刮掉并且储存在清洁器容器43中。
此外,优选通过调色剂调节构件(图1中的附图标记55)与调色剂承载构件在调色剂夹持于其间的情况下接触来调节调色剂承载构件上的调色剂层厚度。通过这样做,可以在没有调节不良的情况下获得高的图像品质。调节刮板通常用作与调色剂承载构件接触的调色剂调节构件。
将作为调节刮板的上侧的基部固定地保持在显影装置侧,并且可以使下侧沿调色剂承载构件的抵抗刮板的弹性力的正方向或反方向弯曲,从而在适当的弹性按压力下与调色剂承载构件表面接触。
例如,如图1中所示,通过将调色剂调节构件55的一侧的自由端夹持并且固定在两个固定构件(例如,金属弹性体,图1中的附图标记56)之间,可以将调色剂调节构件55固定地连接至显影装置。
在下文中描述根据本发明的用于测量各种物性值的方法。
用于测量磁性调色剂的体积平均粒径(Dv)和数均粒径(Dn)的方法
磁性调色剂的体积平均粒径(Dv)和数均粒径(Dn)以如下方式来计算。
使用装配有100-μm口管并且基于孔电阻法的精密粒度分布测量设备"CoulterCounter Multisizer 3"(注册商标,由Beckman Coulter,Inc.制造)作为测量装置。装置所附的专用软件"Beckman Coulter Multisizer 3版本3.51"(由Beckman Coulter,Inc.制造)用于设定测量条件和进行测量数据分析。在25,000个有效测量通道的情况下进行测量。
可以使用通过将特级氯化钠溶解在离子交换水中以达到浓度为约1质量%来制备的溶液,例如,"ISOTON II"(由Beckman Coulter,Inc.制造)作为电解质水溶液。
在测量和分析之前,以如下方式来设定专用软件。
在专用软件中的"改变标准测量方法(SOM)"界面上,将控制模式中的总计数设定至50,000个颗粒,将测量次数设定为1,并且将使用"标准颗粒10.0μm"(由BeckmanCoulter,Inc.制造)获得的值设定为Kd值。通过按下"阈值/噪声水平的测量按钮"来自动地设定阈值和噪声水平。此外,将电流设定为1600μA,将增益设定为2,将电解质溶液设定为ISOTON II,并且勾选"测量后的口管的冲洗"。
在专用软件的"脉冲向粒径的转换设定"界面中,将元件间隔设定为对数粒径,将粒径元件设定为256个粒径元件,并且将粒径范围设定为2μm至60μm。
在下文中描述具体的测量方法。
(1)将约200mL电解质水溶液置于Multisizer 3专用的玻璃制250mL圆底烧杯中,将烧杯设置在样品台内,并且以24rev/sec逆时针进行使用搅拌棒的搅拌。通过专用软件的"口管的冲洗"功能来除去口管内的污物和气泡。
(2)将约30mL电解质水溶液置于玻璃制100mL平底烧杯中。然后,添加通过将"CONTAMINON N"(由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和有机助洗剂形成的pH为7的精密测量仪器清洗用中性清洗剂的10质量%的水溶液,由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)用离子交换水进行约3质量倍稀释而获得的约0.3mL的稀释液。
(3)制备其中内置有在相位偏移为180度的情况下振荡频率为50kHz的两个振荡器的电力输出为120W的超声分散机"超声分散系统Tetora 150"(由Nikkaki Bios Co.,Ltd.制造)。将约3.3L离子交换水置于超声分散机的水槽内,并且将约2mL CONTAMINON N添加至水槽中。
(4)将上述(2)中的烧杯设置在超声分散机的烧杯固定孔中,并且启动超声分散机。然后,调节烧杯的高度位置以使烧杯内的电解质水溶液的液面的共振状态最大化。
(5)在其中用超声波来照射上述(4)中的烧杯内的电解质水溶液的状态下,将约10mg磁性调色剂逐渐添加至电解质水溶液中并且分散在其中。然后,使超声分散处理再持续60sec。在超声分散中,将水槽中的水温适当地调节至温度为10℃至40℃。
(6)将其中分散有调色剂的上述(5)中的电解质水溶液通过使用移液管滴加至设置在样品台内的上述(1)中的圆底烧杯中,并且将测量浓度调节至约5%。然后,进行测量直至要测量的颗粒的个数达到50,000个。
(7)将测量数据用装置所附的专用软件来分析,并且计算体积平均粒径(Dv)和数均粒径(Dn)。将在专用软件中设定图/(体积%)时获得的"分析/体积统计值(算术平均)"界面上的"50%D直径"取作体积平均粒径(Dv),并且将在专用软件中设定图/(个数%)时获得的"分析/个数统计值(算术平均)"界面上的"算术直径"取作数均粒径(Dn)。
用于测量磁性调色剂的平均亮度、亮度分散值及其变异系数、和平均圆形度的方法
在校准操作时使用的测量和分析条件下,用流式颗粒图像分析仪"FPIA-3000"(由Sysmex Corp.制造)来测量磁性调色剂的平均亮度、亮度分散值及其变异系数、和平均圆形度。
在下文中描述具体测量方法。
首先,将预先将固体杂质等从其中除去的约20mL离子交换水置于玻璃制容器中。将通过将"CONTAMINON N"(由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和有机助洗剂形成的pH为7的精密测量仪器清洗用中性清洗剂的10质量%的水溶液,由Wako Pure ChemicalIndustries,Ltd.制造)用约3质量倍的离子交换水稀释来制备的约0.2mL的稀释液作为分散剂添加至其中。此外,添加约0.02g测量样品,并且使用超声波分散机进行分散处理2min,从而获得用于测量的分散液。此时,将分散液适当地冷却至温度为10℃至40℃。作为超声波分散机,使用振荡频率为50kHz且电力输出为150W的台式超声清洁分散机("VS-150"(由VELVO-CLEAR Co.制造)),将预定量的离子交换水置于水槽中,并且将约2mL CONTAMINON N添加至水槽中。
对于测量,使用装配有作为物镜的"LUCPLFLN"(倍率20×,开口数0.40)的流式颗粒图像分析仪,并且使用颗粒鞘"PSE-900A"(由Sysmex Corporation制造)作为鞘液。将根据上述过程制备的分散液导入至流式颗粒图像分析仪中,并且在HPF测量模式和总计数模式下测量2,000个磁性调色剂颗粒。由结果来计算磁性调色剂的平均亮度、亮度分散值和平均圆形度。
磁性调色剂在Dn处的平均亮度为通过平均亮度的计算获得的值,其中相对于磁性调色剂的数均粒径(Dn)的结果,将流式颗粒图像分析仪的圆当量直径限定至范围为Dn-0.500(μm)至Dn+0.500(μm)。
CV1为通过亮度分散值的变异系数的计算获得的值,其中相对于亮度分散值的测量结果中的磁性调色剂的数均粒径(Dn)的结果,将流式颗粒图像分析仪的圆当量直径限定至范围为Dn-0.500(μm)至Dn+0.500(μm)。
CV2为通过亮度分散值的变异系数的计算获得的值,其中相对于亮度分散值的测量结果中的磁性调色剂的数均粒径(Dn)的结果,将流式颗粒图像分析仪的圆当量直径限定至范围为Dn-1.500(μm)至Dn-0.500(μm)。
在测量中,在测量开始之前使用标准胶乳颗粒(例如,用离子交换水稀释的由DukeScientific Inc.制造的"研究和供试颗粒胶乳微球悬浮液5100A")进行自动对焦。此后,优选从测量开始起每2h进行对焦。
在该情况下使用的流式颗粒图像分析仪由Sysmex Corporation校准并且具有由Sysmex Corporation颁发的校准证明书。
除了将分析粒径限定至圆当量直径为1.977μm以上且小于39.54μm以外,在接受校准证明时的测量和分析条件下进行测量。
用于测量最大吸热峰的峰值温度(或熔点)的方法
使用差示扫描量热计(DSC)Q2000(由TA Instruments制造)在以下条件下测量例如结晶性聚酯等材料的最大吸热峰的峰值温度。
升温速度:10℃/min
测量开始温度:20℃
测量结束温度:180℃
铟和锌的熔点用于装置检测单元的温度校正,并且铟的熔解热用于热量的校正。
具体地,将约5mg样品精确地称量、置于铝制的盘中并且测量一次。使用铝制的空盘作为参比。将此时的最大吸热峰的峰值温度取作熔点。
用于测量玻璃化转变温度(Tg)的方法
磁性调色剂或树脂的玻璃化转变温度可以从在测量最大吸热峰的峰值温度时通过差示扫描量热法获得的升温时的可逆热流曲线来确定。玻璃化转变温度为在其中沿纵轴方向距离通过在比热变化前后使基线延长获得的直线等距的直线与可逆热流曲线中的玻璃化转变的阶段状变化部分的曲线彼此相交的点处的温度(℃)。
用于测量树脂等的数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和峰分子量(Mp)的方法
使用凝胶渗透色谱法(GPC)以如下方式来测量树脂和其它材料的数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)和峰分子量(Mp)。
(1)测量样品的制备
将样品与四氢呋喃(THF)以5.0mg/mL的浓度混合。使混合物在室温下静置5h至6h,然后充分地振摇,并且使样品与THF充分地混合直至使样品聚集体松散。此后使组分在室温下静置12h以上。此时,将从样品与THF的混合开始至静置结束的时间设定为72h以上,从而获得样品的四氢呋喃(THF)可溶性物质。
随后的通过耐溶剂性膜滤器(孔径:0.45μm至0.50μm,Myshory Disc H-25-2(由Tosoh Corporation制造))的过滤产生样品溶液。
(2)样品的测量
使用获得的样品溶液在以下条件下进行测量。
装置:高速GPC装置LC-GPC 150C(由Waters Co.制造)
柱:Shodex GPC KF-801、802、803、804、805、806、807(由Showa Denko K.K.制造)的7个系列
流动相:THF
流速:1.0mL/min
柱温:40℃
样品注入体积:100μL
检测器:RI(折射率)检测器
当测量样品的分子量时,样品的分子量分布由使用数种单分散聚苯乙烯标准样品制作的校准曲线的对数值与计数之间的关系来计算。
使用由Pressure Chemical Co.或Toyo Soda Industry Co.,Ltd.生产并且分子量为6.0×102、2.1×103、4.0×103、1.75×104、5.1×104、1×105、3.9×105、8.6×105、2.0×106和4.48×106的样品作为用于校准曲线的制作的标准聚苯乙烯样品。
用于测量细颗粒分散液中的分散体的粒径的方法
例如树脂颗粒分散液和磁性体分散液等各细颗粒分散液的分散体的粒径使用激光衍射/散射粒度分布测量设备来测量。具体地,依据JIS Z 8825-1(2001)进行测量。
作为测量设备,使用激光衍射/散射型粒度分布测量设备"LA-920"(由Horiba,Ltd.制造)。
对于测量条件的设定和测量数据的分析,使用LA-920所附的专用软件"HORIBALA-920for Windows(注册商标)WET(LA-920)版本2.02"。此外,使用预先将固体杂质等从其中除去的离子交换水作为测量溶剂。测量过程如下。
(1)将分批式比色皿保持架安装至LA-920。
(2)将预定量的离子交换水倒入至分批式比色皿中,并且将分批式比色皿设置在分批式比色皿保持架中。
(3)使用专用搅拌机前端来搅拌分批式比色皿的内部。
(4)按下"显示条件设定"界面上的"折射率"按钮,并且将相对折射率设定为对应于颗粒的值。
(5)在"显示条件设定"界面上,将粒径基准设定为体积基准。
(6)在进行预热操作1h以上之后,进行光轴的调节、光轴的微调和空白测量。
(7)将总计3mL细颗粒分散液置于玻璃制100mL平底烧杯中。然后,添加57mL离子交换水,从而稀释细颗粒分散液。然后,将通过将"CONTAMINON N"(由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和有机助洗剂形成的pH为7的精密测量仪器清洗用中性清洗剂的10质量%的水溶液,由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)用约3质量倍的离子交换水稀释来制备的约0.3mL的稀释液作为分散剂添加至其中。
(8)制备其中内置有在相位偏移为180度的情况下振荡频率为50kHz的两个振荡器的电力输出为120W的超声分散机"超声分散系统Tetora 150"(由Nikkaki Bios Co.,Ltd.制造)。将约3.3L离子交换水置于超声分散机的水槽内,并且将约2mL CONTAMINON N添加至水槽中。
(9)将上述(7)中的烧杯设置在超声分散机的烧杯固定孔中,并且启动超声分散机。然后,调节烧杯的高度位置以使烧杯内的电解质水溶液的液面的共振状态最大化。
(10)使超声分散处理再持续60sec。在超声分散中,将水槽中的水温适当地调节至温度为10℃至40℃。
(11)在注意不引入气泡的同时将上述(10)中制备的细颗粒分散液逐渐添加至分批式比色皿中,从而将钨灯的透过率调节至90%至95%。然后,测量粒度分布。基于由此获得的基于体积的粒度分布数据,计算细颗粒分散液中的分散体的粒径。
用于计算磁性调色剂颗粒中的磁性体的占有面积率、其平均值及其变异系数(CV3)的方法
磁性调色剂颗粒中的磁性体的占有面积率、其平均值及其变异系数(CV3)如下来计算。
首先,使用透射电子显微镜(TEM)来获取磁性调色剂颗粒的截面的图像。基于分区法,使用获得的截面图像来获得各分区栅格(divided grid)中的磁性体的占有面积率的频率直方图。
然后,确定各个获得的分区栅格(division grid)的占有面积率的变异系数并且将其取作占有面积率的变异系数(CV3)。
具体地,首先,将磁性调色剂压缩成形为片剂。通过用100mg磁性调色剂来填充直径为8mm的片剂形成器、施加35kN的力并且使其静置1min来获得片剂。
将获得的片剂用超声超薄切片机(Leica Co.,Ltd.,UC7)来切割,从而获得厚度为250nm的薄片样品。
使用透射电子显微镜(JEOL Co.,JEM 2800)来拍摄获得的薄片样品的STEM图像。
用于拍摄STEM图像的探针尺寸为1.0nm,并且图像尺寸为1024×1024像素。此时,通过将明视野图像检测器控制面板的对比度调节为1425、亮度调节为3750,将图像控制面板的对比度调节为0.0、亮度调节为0.5,并且将Gammma调节为1.00,可以在仅磁性体部分是暗的情况下拍摄图像。通过该设定,可以获得适合于图像处理的STEM图像。
使用图像处理设备(Nireco,Inc.,LUZEX AP)使获得的STEM图像数字化。
具体地,边长为0.8μm的正方形栅格中的磁性体的占有面积率的频率直方图通过分区法来获得。此时,直方图的等级间隔(grade interval)为5%。
此外,从获得的各分区栅格的占有面积率获得变异系数并且将其取作占有面积率的变异系数CV3。此外,占有面积率的平均值为各分区栅格的占有面积率的平均值。
用于计算结晶性聚酯的域的数均直径的方法
将磁性调色剂包埋在可见光固化性包埋树脂(D-800,由Nisshin EM Co.,Ltd.制造)中,用超声超薄切片机(Leica Co.,Ltd.,UC7)切割成厚度为250nm的薄片并且用真空染色装置(由Filgen,Inc.制造)进行Ru染色。
此后,使用透射电子显微镜(H7500,由Hitachi High-Technologies Corporation制造),获得的磁性调色剂颗粒的截面观察在120kV的加速电压下进行。
关于要观察的磁性调色剂颗粒的截面,选择在磁性调色剂颗粒的数均粒径±2.0μm以内的10个颗粒,并且拍摄其图像,从而获得截面图像。
此外,与非结晶性树脂和磁性体相比,结晶性聚酯用Ru的染色不进行,并且结晶性聚酯在该截面图像中看起来为黑色至灰色。
在截面图像中,随机地选择30个长轴为20nm以上的结晶性聚酯的域,将长轴和短轴的平均值取作域直径,并且将30个域的平均值取作结晶性聚酯域的数均直径。可以不在同一磁性调色剂颗粒中选择域。
磁性调色剂的介电损耗角正切的测量
磁性调色剂的介电特性通过以下方法来测量。
称量总计1g的磁性调色剂,并且施加20kPa的负荷1min,从而形成直径为25mm且厚度为1.5±0.5mm的圆盘状的测量样品。
将测量样品安装在装配有直径为25mm的介电常数测量夹具(电极)的ARES(由TAInstruments制造)上。在其中在30℃的测量温度下施加250g/cm2的负荷的状态下,通过使用4284A精密LCR计(由Hewlett-Packard制造),由在100kHz和30℃的温度下的复数介电常数的测量值来计算介电损耗角正切。
用于测量磁性调色剂的粉末动态粘弹性的方法
使用动态粘弹性测量装置DMA 8000(由Perkin Elmer Inc.制造)进行测量。
测量夹具:材料袋(material pocket)(P/N:N533-0322)
将总计80mg的磁性调色剂保持在材料袋中,并且将材料袋安装至单个悬臂并且通过用扭矩扳手将螺丝拧紧来固定。
使用专用软件"DMA控制软件"(由Perkin Elmer Inc.制造)进行测量。测量条件如下。
烘箱:标准空气烘箱
测量类型:温度扫描
DMA条件:单频率/应变(G)
频率:1Hz
应变:0.05mm
开始温度:25℃
结束温度:180℃
扫描速度:20℃/min
变形模式:单个悬臂(B)
截面:矩形(R)
试验片尺寸(长度):17.5mm
试验片尺寸(宽度):7.5mm
试验片尺寸(厚度):1.5mm
从通过测量获得的贮存弹性模量E'的曲线,读取E'(40)和E'(85),并且计算[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)的值。
实施例
下文中将通过以下实施例和比较例的方式更详细地描述本发明,但是本发明不限于此。在实施例和比较例中,除非另有说明,份数和%均基于质量。
非结晶性聚酯A1的生产例
Figure BDA0002220036110000391
将以上材料置于加热干燥的二颈烧瓶中,将氮气导入至容器内,从而维持非活性气氛,并且在搅拌下使温度升高。此后,在150℃至230℃下使缩聚反应进行约12h,并且在210℃至250℃下使压力逐渐降低,从而获得非结晶性聚酯A1。
非结晶性聚酯A1的数均分子量(Mn)为18,200,重均分子量(Mw)为74,100,并且玻璃化转变温度(Tg)为58.6℃。
非结晶性聚酯A2至A4的生产例
除了如表1中所示改变配方以外,以与非结晶性聚酯A1的生产例中相同的方式获得非结晶性聚酯A2至A4。
[表1]
Figure BDA0002220036110000401
在表中,缩写如下。
BPA-EO:双酚A环氧乙烷(2mol)加合物
BPA-PO:双酚A环氧丙烷(2mol)加合物
结晶性聚酯B1的生产例
-1,10-癸二羧酸 85.0份
-1,9-壬二醇 80.0份
-氧化二丁基锡 0.1份
将以上材料置于加热干燥的二颈烧瓶中,将氮气导入至容器内从而维持非活性气氛,并且在搅拌下使温度升高。然后,在180℃下进行搅拌6h。此后,在继续搅拌的同时在减压下使温度逐渐升高至230℃,并且将温度进一步保持2h。一旦达到粘稠状态,通过用空气冷却并且使反应停止来合成结晶性聚酯B1。结晶性聚酯B1的重均分子量(Mw)为26,700,并且熔点为66.0℃。
结晶性聚酯B2至B5的生产例
除了如表2中所示改变配方以外,以与结晶性聚酯B1的生产例中相同的方式获得结晶性聚酯B2至B5。这些结晶性聚酯中的每一种均具有明确的熔点。
[表2]
Figure BDA0002220036110000411
树脂颗粒分散液D-1的生产例
将总计100.0份的乙酸乙酯、30.0份聚酯A1、0.3份0.1mol/L的氢氧化钠和0.2份阴离子表面活性剂(Neogen RK,由Daiichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.制造)置于装配有搅拌机的烧杯中,进行加热至60.0℃,并且继续搅拌直至完全溶解,从而制备树脂溶液D-1。
在将树脂溶液D-1进一步搅拌的同时,逐渐添加总计90.0份的离子交换水,进行转相乳化,并且进行脱溶剂,从而获得树脂颗粒分散液D-1(固体成分浓度:25.0质量%)。
树脂颗粒分散液D-1中的树脂颗粒的体积平均粒径为0.19μm。
树脂颗粒分散液D-2至D-10的生产例
除了如表3中所示改变配方以外,以与颗粒分散液D-1的生产例中相同的方式获得树脂颗粒分散液D-2至D-10。配方和物性在表3中示出。
[表3]
Figure BDA0002220036110000421
蜡分散液W-1的生产例
-山嵛酸山嵛酯 50.0份
-阴离子表面活性剂 0.3份
(Neogen RK,由Daiichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.制造)
-离子交换水 150.0份
将以上组分混合、加热至95℃并且使用均化器(ULTRA TURRAX T50,由IKACorporation制造)来分散。此后,用Manton-Gaulin高压均化器(由Gaulin Co.,Ltd.制造)进行分散,从而制备其中分散有蜡颗粒的蜡分散液W-1(固体成分浓度:25质量%)。获得的蜡颗粒的体积平均粒径为0.22μm。
磁性体1的生产例
将总计55L的4.0mol/L的氢氧化钠水溶液与50升含有2.0mol/L的Fe2+的硫酸亚铁水溶液混合并且搅拌,从而获得包含氢氧化亚铁胶体的亚铁盐水溶液。将水溶液保持在85℃,并且在以20L/min吹入空气的同时进行氧化反应,从而获得包含核颗粒的浆料。
将获得的浆料用压滤机过滤和洗涤,然后使核颗粒在水中再分散。将相对于100份核颗粒以硅计总计为0.20质量%的硅酸钠添加至获得的再浆化溶液中,将浆料溶液的pH调节至6.0,并且进行搅拌,从而获得具有富含硅的表面的磁性氧化铁颗粒。
将获得的浆料溶液用压滤机过滤、洗涤并且用离子交换水再浆化。向该再浆化溶液(固体成分:50份/L)中,添加500份(相对于磁性氧化铁为10质量%)的离子交换树脂SK110(由Mitsubishi Chemical Co.,Ltd.制造),并且进行搅拌2h用于离子交换。此后,借助筛网,将离子交换树脂通过过滤来除去,接着是用压滤机过滤和洗涤、干燥并且粉碎,从而获得一次颗粒的数均粒径为0.21μm的磁性体1。
磁性体2和3的生产例
除了调节空气的吹入量和氧化反应时间以外,以与磁性体1的生产例中相同的方式获得磁性体2和3。表4示出各磁性体的物性。
[表4]
一次颗粒的数均粒径(μm)
磁性体1 0.21
磁性体2 0.30
磁性体3 0.15
磁性体分散液M-1的生产例
-磁性体1 25.0份
-离子交换水 75.0份
将以上材料混合并且使用均化器(ULTRA TURRAX T50,由IKA Corporation制造)使其以8000rpm分散10min,从而获得磁性体分散液M-1。磁性体分散液M-1中的磁性体的体积平均粒径为0.23μm。
磁性体分散液M-2和M-3的生产例
除了将磁性体1分别改变为磁性体2和3以外,以与磁性体分散液M-1的生产例中相同的方式生产磁性体分散液M-2和M3。获得的磁性体分散液M-2中的磁性体的体积平均粒径为0.18μm,并且磁性体分散液M-3中的磁性体的体积平均粒径为0.35μm。
磁性调色剂颗粒1的生产例
Figure BDA0002220036110000441
将以上材料投入至烧杯中,调节至水的总份数为250份,然后调节至30.0℃。然后,使用均化器(ULTRA TURRAX T50,由IKA Corporation制造),通过以5000rpm搅拌1min来使材料混合。
此外,逐渐添加10.0份的2.0质量%的硫酸镁水溶液作为凝聚剂。
将原料分散液转移至装配有搅拌机和温度计的聚合釜中,并且用夹套式加热器(mantle heater)加热至50.0℃并搅拌,从而促进聚集颗粒的生长。
在经过60min之后,添加200.0份的5.0质量%的乙二胺四乙酸(EDTA)水溶液,从而制备聚集颗粒分散液1。
随后,通过使用0.1mol/L的氢氧化钠水溶液将聚集颗粒分散液1调节至pH 8.0,然后将聚集颗粒分散液1加热至80.0℃并且使其静置180min,从而使聚集颗粒聚结。
在180min之后,获得其中分散有调色剂颗粒的调色剂颗粒分散液1。在以1.0℃/min的降温速度冷却之后,将调色剂颗粒分散液1过滤并且用离子交换水洗涤,并且当滤液的电导率变为50mS以下时,将滤饼状调色剂颗粒取出。接下来,在调色剂颗粒的质量的20倍量的离子交换水中投入滤饼状调色剂颗粒,并且通过三一电机(three-one motor)来搅拌。当使调色剂颗粒充分地松散时,进行再过滤、用流水洗涤和固液分离。使所得滤饼状调色剂颗粒在样品研磨机中粉碎并且在40℃下在烘箱中干燥24h。此外,将获得的粉末用样品研磨机来粉碎,并且在40℃下在烘箱中进行额外的真空干燥5h,从而获得磁性调色剂颗粒1。
磁性调色剂1的生产例
将总计0.3份的一次颗粒的数均粒径为115nm的溶胶-凝胶二氧化硅细颗粒添加至100份磁性调色剂颗粒1中,并且使用FM混合机(由Nippon Coke Kogyo Co.,Ltd.制造)来混合。此后,添加0.9份通过将一次颗粒的数均粒径为12nm的二氧化硅细颗粒用六甲基二硅氮烷处理、然后用硅油处理来获得并且处理后的BET比表面积值为120m2/g的疏水性二氧化硅细颗粒,并且使用FM混合机(由Japan Coke Industry Co.,Ltd.制造)类似地进行混合,从而获得磁性调色剂1。
涉及获得的磁性调色剂1的以下结果在表6中示出。
数均粒径(Dn)、在Dn处的平均亮度[在表中简称为平均亮度]、CV2/CV1、磁性体的占有面积率的平均值[由表中的A来表示]、平均圆形度[在表中称为圆形度]、结晶性聚酯的域的数均直径[由表中的B来表示]、介电损耗角正切、粉末动态粘弹性测量中在85℃下的贮存弹性模量E'(85)[在表中由E'(85)简单地表示]、粉末动态粘弹性测量中在40℃下的贮存弹性模量E'(40)与E'(85)之间的关系[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)[由表中的C来表示]、和结晶性聚酯(CPES)的量(质量%)。
实施例1
图像形成设备
在改造为高于原始处理速度的200mm/sec之后,使用单组分接触显影型LaserJetPro M12(由Hewlett Packard Co.制造)。
此外,评价结果在表7中示出。此外,各评价中的评价方法和评价标准在下文中给出。
在低温低湿环境下的图像浓度的评价
在如上所述改造的设备中填充总计100g的磁性调色剂1,并且在低温低湿环境(15.0℃/10.0%RH)下进行重复使用试验。
作为试验用输出图像,通过间歇通纸来打印4000张打印率为1%的横线图像。
此外,基重为75g/m2的business 4200(由Xerox Co.,Ltd.制造)用于要用于试验的评价纸。
关于图像浓度,形成实黑图像部分,并且实黑图像的浓度用Macbeth反射浓度计(由Macbeth Co.制造)来测量。
用于判断重复使用前的实黑图像的反射浓度的标准如下。
评价标准
A:1.45以上
B:1.40以上且小于1.45
C:1.35以上且小于1.40
D:小于1.35
用于判断在重复使用的后半部分的图像浓度变化的标准如下。
重复使用前的实黑图像的反射浓度与在重复使用试验中打印4000张之后输出的实黑图像的反射浓度之间的差越小越好。
评价标准
A:浓度差小于0.10
B:浓度差为0.10以上且小于0.15
C:浓度差为0.15以上且小于0.20
D:浓度差为0.20以上
在低温低湿环境下的静电污损的评价
在评价中,将图像形成设备的定影单元的温度设定在180℃,将3cm见方的孤立的点图像(设定至图像浓度为0.75至0.80)输出至在低温低湿环境(15.0℃/10.0%RH)下静置24h的Fox RIVER BOND纸(90g/m2),然后目视确定在点图像的实白区域下游产生的静电污损的水平。
评价标准
A:不能目视确认
B:可以确认到非常轻微的水平
C:可以目视确认污损部分,但是也存在未污损的部分
D:可以清楚地确认3cm见方
定影分离性的评价
通过使用上述图像形成设备和作为评价纸的基重为75g/m2的business 4200(由Xerox Co.制造),在常温常湿环境(25.0℃/50%RH)下进行评价。
然后,使用填充的调色剂在记录介质上形成长度为5.0cm且宽度为20.0cm的实黑图像,从而使调色剂承载量为0.90mg/cm2。此时,在改变沿通纸方向的上端部的页边空白部分的范围的同时进行图像形成。
使未定影图像在160℃的设定温度下定影。纸不卷绕定影辊的最小页边空白根据以下标准来评价。
评价标准
A:没有卷绕
B:距离上端部的页边空白为1mm以上且小于4mm
C:距离上端部的页边空白为4mm以上且小于7mm
D:距离上端部的页边空白为7mm以上
低温定影性的评价
通过使用上述图像形成设备和作为评价纸的基重为75g/m2的business 4200(由Xerox Co.制造),在常温常湿环境(25.0℃/50%RH)下进行评价。
斑点(Speckling)
评价图像为实黑图像,并且将图像形成设备的定影单元的设定温度调节至140℃。在评价期间,将定影装置取出,并且用使用风扇等充分地冷却的定影装置来进行以下评价。通过在评价之后将定影装置充分地冷却,使在图像输出之后上升的定影辊隙部的温度降低,从而可以以令人满意的再现性严格地评价调色剂的定影性。
在其中使定影装置充分地冷却的状态下,使用调色剂1在上述纸上输出实黑图像。此时,将纸上的调色剂承载量调节至0.90mg/cm2。在调色剂1的评价结果中,获得没有斑点的令人满意的实黑图像。以下描述了用于斑点的判断标准。
对于根据上述过程输出的实黑图像,目视评价斑点的水平。判断标准如下。
A:完全没有斑点
B:在仔细检查时看到一些斑点
C:斑点可见,但不是显而易见的
D:斑点是显而易见的
纸密着性的评价
在评价中,评价图像为半色调图像,并且通过使图像形成设备的定影单元的设定温度从200℃以5℃的幅度降低来输出图像。然后,在55g/cm2的负荷下将定影图像用silbon纸摩擦10次,并且将摩擦后的定影图像的浓度降低率超过10%的温度取作定影下限温度。
低温定影性根据以下判断标准来评价。定影下限温度越低,低温定影性越好。
评价标准
A:低于150℃
B:150℃以上且低于160℃
C:160℃以上且低于175℃
D:175℃以上
磁性调色剂颗粒2的生产例
预聚集步骤
-磁性体分散液M-1(固体成分25.0质量%) 105.0份
将以上材料投入至烧杯中,调节至30.0℃,然后使用均化器(ULTRATURRAX T50,由IKA Corporation制造)以5000rpm搅拌1min。此外,逐渐添加1.0份2.0质量%的硫酸镁的水溶液作为凝聚剂,接着搅拌1min。
聚集步骤
-树脂颗粒分散液D-1(固体成分25.0质量%) 150.0份
-树脂颗粒分散液D-5(固体成分25.0质量%) 10.0份
-蜡分散液W-1(固体成分25.0质量%) 15.0份
将以上材料投入至以上烧杯中,调节至水的总份数为250份,然后通过以5000rpm搅拌1min来混合。
此外,逐渐添加9.0份2.0质量%的硫酸镁水溶液作为凝聚剂,接着搅拌1min。
将原料分散液转移至装配有搅拌机和温度计的聚合釜中,并且用夹套式加热器加热至50.0℃并搅拌,从而促进聚集颗粒的生长。
在经过59min之后,添加200.0份的5.0质量%的乙二胺四乙酸(EDTA)水溶液,从而制备聚集颗粒分散液2。
随后,通过使用0.1mol/L的氢氧化钠水溶液将聚集颗粒分散液2调节至pH 8.0,然后将聚集颗粒分散液2加热至80.0℃并且使其静置180min,从而使聚集颗粒聚结。
在180min之后,获得其中分散有调色剂颗粒的调色剂颗粒分散液2。在以1.0℃/min的降温速度冷却之后,将调色剂颗粒分散液2过滤并且用离子交换水洗涤,并且当滤液的电导率变为50mS以下时,将滤饼状调色剂颗粒取出。接下来,在调色剂颗粒的质量的20倍量的离子交换水中投入滤饼状调色剂颗粒,并且通过三一电机来搅拌。当使调色剂颗粒充分地松散时,进行再过滤、用流水洗涤和固液分离。使所得滤饼状调色剂颗粒在样品研磨机中粉碎并且在40℃下在烘箱中干燥24h。此外,将获得的粉末用样品研磨机来粉碎,并且在40℃下在烘箱中进行额外的真空干燥5h,从而获得磁性调色剂颗粒2。
磁性调色剂颗粒3至28和30至32的生产例
除了将条件改变为表5-1和5-2中记载的那些以外,以与磁性调色剂颗粒1的生产例中相同的方式获得磁性调色剂颗粒3、5至8、10至24、26、28以及31至32。
同时,除了将条件改变为表5-1和5-2中记载的那些以外,以与磁性调色剂颗粒2的生产例中相同的方式获得磁性调色剂颗粒4、9、25、27和30。
在磁性调色剂颗粒3、5、6、10、23和28的生产例中,在第一聚集步骤中添加0.2份表面活性剂(NOIGEN TDS-200,Daiichi Kogyo Seiyaku Co.,Ltd.),然后添加凝聚剂。
在磁性调色剂颗粒8、16、17、22至24、26、28的生产例中,在其中促进在50.0℃下聚集颗粒的生长的第一聚集步骤之后,进行其中添加表5-1和5-2中记载的颗粒分散液并且在50.0℃下再次促进聚集颗粒的生长的第二聚集步骤。在第二聚集步骤之后进行EDTA的添加和随后的步骤。
[表5-1]
Figure BDA0002220036110000511
在表5-1和5-2中,“AT”表示聚集时间(min),“CA”表示螯合剂的水溶液的份数。
[表5-2]
Figure BDA0002220036110000521
磁性调色剂颗粒29的生产例
Figure BDA0002220036110000522
Figure BDA0002220036110000531
将以上材料投入至烧杯中,调节至水的总份数为250份,然后调节至30.0℃。然后,使用均化器(ULTRA TURRAX T50,由IKA Corporation制造)通过以8000rpm搅拌10min来使材料混合。
此外,逐渐添加10.0份的2.0质量%的氯化铝水溶液作为凝聚剂。
将原料分散液转移至装配有搅拌机和温度计的聚合釜中,并且用夹套式加热器加热至50.0℃并搅拌,从而促进聚集颗粒的生长。
在经过60min之后,通过使用0.1mol/L的氢氧化钠水溶液将pH调节至5.4,然后将聚集颗粒分散液29加热至96.0℃并且使其静置180min,从而使聚集颗粒聚结。
在180min之后,获得其中分散有调色剂颗粒的调色剂颗粒分散液29。在以1.0℃/min的降温速度冷却之后,将调色剂颗粒分散液29过滤并且用离子交换水洗涤,并且当滤液的电导率变为50mS以下时,将滤饼状调色剂颗粒取出。
接下来,在调色剂颗粒的质量的20倍量的离子交换水中投入滤饼状调色剂颗粒,并且通过三一电机来搅拌。当使调色剂颗粒充分地松散时,进行再过滤、用流水洗涤和固液分离。使所得滤饼状调色剂颗粒在样品研磨机中粉碎并且在40℃下在烘箱中干燥24h。此外,将获得的粉末用样品研磨机来粉碎,并且在40℃下在烘箱中进行额外的真空干燥5h,从而获得磁性调色剂颗粒29。
磁性调色剂2至32的生产例
除了将磁性调色剂颗粒1改变为磁性调色剂颗粒2至32以外,以与磁性调色剂1的生产例中相同的方式获得磁性调色剂2至32。
与获得的磁性调色剂2-32相关的以下结果在表6中示出。
数均粒径(Dn)、在Dn处的平均亮度[在表中简称为平均亮度]、CV2/CV1、磁性体的占有面积率的平均值[由表中的A来表示]、平均圆形度[在表中称为圆形度]、结晶性聚酯的域的数均直径[由表中的B来表示]、介电损耗角正切、粉末动态粘弹性测量中在85℃下的贮存弹性模量E'(85)[在表中由E'(85)简单地表示]、粉末动态粘弹性测量中在40℃下的贮存弹性模量E'(40)与E'(85)之间的关系[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)[由表中的C来表示]、和结晶性聚酯(CPES)的量(质量%)。
[表6]
Figure BDA0002220036110000541
C.E.表示比较例。
实施例2至27和比较例1至5
使用磁性调色剂2至32来进行与实施例1中相同的评价。结果在表7中示出。
[表7]
Figure BDA0002220036110000551
C.E.表示比较例。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明,但是应当理解的是,本发明不限于公开的示例性实施方案。所附权利要求的范围要符合最宽泛的解释从而涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种磁性调色剂,其特征在于,其包含含有粘结剂树脂、磁性体和结晶性聚酯的磁性调色剂颗粒,其中
所述磁性调色剂在100kHz下的介电损耗角正切为1.0×10-2以上,
在使用透射电子显微镜TEM的所述磁性调色剂颗粒的截面观察中,
当将所述磁性调色剂颗粒的截面通过边长为0.8μm的正方形栅格来划分时,所述磁性体的占有面积率的变异系数CV3为30.0%至80.0%,并且
假设将在40℃下的贮存弹性模量取作单位为Pa的E'(40)并且将在85℃下的贮存弹性模量取作单位为Pa的E'(85),所述贮存弹性模量在所述磁性调色剂的粉末动态粘弹性测量中获得,则满足下式(1)和(2):
E'(85)≤5.5×109 (1)
[E'(40)-E'(85)]×100/E'(40)≥30 (2)。
2.根据权利要求1所述的磁性调色剂,其中所述磁性调色剂中的所述结晶性聚酯的量为15.0质量%以下。
3.根据权利要求1或2所述的磁性调色剂,其中所述磁性体的所述占有面积率的平均值为10.0%至40.0%。
4.根据权利要求1或2所述的磁性调色剂,其中
在用透射电子显微镜观察的所述磁性调色剂颗粒的截面中,存在所述结晶性聚酯的域,并且
所述域的数均直径为50nm至500nm。
5.根据权利要求1或2所述的磁性调色剂,其中所述磁性调色剂的平均圆形度为0.960以上。
6.根据权利要求1或2所述的磁性调色剂,其中所述结晶性聚酯包含源自碳数为C2至C12的脂肪族二醇的单体单元和/或源自碳数为C2至C12的脂肪族二羧酸的单体单元。
7.根据权利要求1或2所述的磁性调色剂,其中所述E'(85)满足下式(3):
E'(85)≤5.0×109 (3)。
8.根据权利要求1或2所述的磁性调色剂,其中
假设将所述磁性调色剂的数均粒径取作Dn,所述Dn的单位为μm,
将所述磁性调色剂的在Dn-0.500至Dn+0.500的范围内的亮度分散值的变异系数取作CV1,所述CV1以%计,并且
将所述磁性调色剂的在Dn-1.500至Dn-0.500的范围内的亮度分散值的变异系数取作CV2,所述CV2以%计,
则CV1和CV2满足下式(4):
CV2/CV1≤1.00 (4)
并且
所述磁性调色剂在Dn处的平均亮度为30.0至60.0。
9.根据权利要求1或2所述的磁性调色剂,其中所述粘结剂树脂包含非结晶性聚酯。
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