JPH0432381B2 - - Google Patents
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Description
ロキサンにより変性された表面を有する高分散性
金属酸化物の製造方法に関する。 従来の技術 正の静帯電能を有する高分散性金属酸化物は、
特に負の静電荷像の可視化のための現像剤(通常
トナーと云われる)の成分として、正電荷を調節
ないしは調整する方法、たとえば電子写真および
静電印刷において使用される。 西ドイツ国特許出願公開第3330380号明細書
(出願人:キヤノンK.K.、東京在、出願日:1983
年8月23日)から、末端位にビニル基を有するア
ンモニウム官能性シランで変性された、熱分解で
生じる二酸化ケイ素は正電荷調整剤(Positiv
Steuerndes Ladungsmiltel)として公知である。
さらに十分な疎水性表面を得るために、酸化物は
同時にまたは次に適当な疎水性化剤で処理しなけ
ればならない。 発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、技術的に費用のかかる工程を
避けて、トナー用正帯電調整剤として、安定で均
一な、高い正の摩擦帯電能を有する高分散性金属
酸化物の製造方法を提供することである。 発明を達成するための手段 本発明の対象は、高分散性金属酸化物を、末端
位にケイ素に結合したヒドロキシル基および/ま
たはアルコキシ基のほかに双方の有機基が1価の
炭化水素であるジオルガノシロキサン単位および
正電荷を持つ窒素を有する、炭素を介してケイ素
と結合した有機基を有するシロキサン単位を含有
するオルガノポリシロキサンと反応させることを
特徴とする、正調整のトナー用電荷調整剤とし
て、アンモニウム官能性オルガノポリシロキサン
により変性された表面を有する高分散性金属酸化
物の製造方法である。 この種の今まで公知の方法とは異なり、本発明
による方法は、トナーに使用する際に本方法によ
り処理された高分散性金属酸化物に、安定で高い
正の摩擦帯電能を与えるだけでなく、同じ工程に
おいて変性されたそれぞれの高分散性金属酸化物
の表面の高い疎水性状態が達成される。 本発明による方法によつて、今まで前記の使用
範囲に対して使用することができた全ての高分散
性金属酸化物を表面変性することができる。高分
散性金属酸化物とは、熱分解法で製造されるかま
たは湿式化学的方法で得られるタイプのものを表
わす。有利には熱分解法で製造された高分散性金
属酸化物が使用される。本発明により使用される
高分散性金属酸化物は、有利には二酸化ケイ素、
酸化アルミニウム、酸化チタン、およびケイ素、
アルミニウムおよびチタンの群からの少なくとも
2つの金属の混合酸化物であつて、その表面が未
処理であるかまたは自体公知の方法で工業上公知
の疎水性化剤で処理されているものである。特
に、熱分解法で製造された高分散性酸化ケイ素が
使用される。熱分解法で製造された二酸化ケイ素
は公知の製品である(西ドイツ国特許第974793
号、同第974974号、西ドイツ国特許出願公開第
2620737号明細書参照)。これは特に四塩化ケイ素
の炎内加水分解によつて製造される。 高分散性金属酸化物を疎水性化剤で処理する方
法は、たとえば西ドイツ国特許出願公告第
1163784号、同第2000396号、同第2344388号また
は西ドイツ国特許出願公開第2754484号明細書に
記載されており、この場合には金属酸化物の表面
のヒドロキシル基を有機ケイ素化合物の加水分解
性基と反応させる。 本発明により使用される金属酸化物は、有利に
は炎内加水分解で製造された金属酸化物、特に次
の物理・化学的特性を有する酸化ケイ素である。
BET表面積少なくとも50m2/g、特に120〜150
m2/g、見掛け密度有利には20〜450g/、特
に40〜350g/、一次粒子の大きさ有利には5
〜80nm、特に5〜30nm。 本発明により使用されるオルガノポリシロキサ
ン中のアルコキシ基は、有利にはメトキシ基また
はエトキシ基である。 オルガノポリシロキサン中のジオルガノシロキ
サン単位は一般式: R2SiO によつて表わすことができ、式中Rは同じかまた
は異なる1価の炭化水素基を表わす。有利には、
この炭化水素基は基1個につき1個〜20個の炭素
原子を含有する。その例は、アルキル基、たとえ
ばメチル基、エチル基、n−プロピル基およびイ
ソプロピル基ならびにブチル基、オクチル基、テ
トラデジル基およびオクタデシル基;アルケニル
基、たとえばビニル基およびアリル基ならびにヘ
キセニル基;環式脂肪族炭化水素基、たとえばシ
クロペンチル基およびシクロヘキシル基;芳香族
炭化水素基、たとえばフエニル基ならびにナフチ
ル基;アルカリル基、たとえばトリル基;アラル
キル基、たとえばベンジル基およびフルオロアル
キル基、たとえばトリフルオロプロピル基および
ペルフルオロヘキシルエチル基である。特に容易
に入手可能なため、ジオルガノシロキサン単位中
の炭化水素基は有利にはメチル基からなる。 正電荷を持つ窒素を有する、炭素を介してケイ
素と結合した有機基を有するシロキサン単位は有
利には、一般式: X [(R5R2N R1)c(R4)a(R3O)bSiO4-a-b-c/2] 〔式中R1は2価の炭化水素を表わし、R2は水素
または同じかまたは異なるアルキル基、アリール
基、アリールアルキル基を表わし、R3は基1個
につき1〜4個の炭素原子を有する同じかまたは
異なるアルキル基を表わし、R4は1価の炭化水
素基を表わし、R5は水素、1〜30個の炭素原子
を有するアルキル基またはベンジル基を表わし、
X は酸アニオンを表わし、aは1、2または3
であり、bは1、2または3であり、Cは1、2
または3であることができる〕によつて表わすこ
とができるようなものである。 本発明による方法の有利な実施態様の場合、本
発明により使用されるオルガノポリシロキサン
は、上記の正電荷を持つ窒素を有する、炭素を介
してケイ素に結合したシロキサン単位のほかに、
有利には一般式: (R6 2NR1)c(R4)a(R3O)b SiO4-a-b-c/2 〔式中R1、R3、R4、a、b、およびcは上記の
ものを表わし、R6は水素または同じかまたは異
なるアルキル基、アリール基、アリールアルキル
基、アルキルアリール基、アミノアルキル基また
はアミノアリール基であつてもよい〕に一致す
る、塩基性窒素を有する、炭素を介してケイ素に
結合した有機基を有するシロキサン単位をも含有
する。 2価の炭化水素基R1の例は、アルキレン基、
たとえばメチレン基およびエチレン基ならびにプ
ロピレン基、ブチレン基、シクロヘキシレン基、
オクタデシレン基、フエニレン基、およびブチレ
ン基である。特に容易に入手可能なため、n−プ
ロピレン基が有利である。R1の他の例は式: −(CH2)nCONH−(CH2)o−および −(CH2)3OCH2CH(OH)CH2− 〔式中mは有利には2〜10の範囲内にあり、nは
有利には2〜4の範囲内にある〕で示される基で
ある。 アルキル基Rの例は、完全にアルキル基R6お
よびR4についてもあてはまる。 基(R5R2 2N R1)X に一致するアンモニウ
ムアルキル基の例は式: Cl (C2H5)3N −(CH2)3− Cl (n−C4H9)3N −(CH2)3− Cl (CH3)3N −(CH2)3− Cl (C12H25)(CH3)2N −(CH2)3− J (CH3)3 −(CH2)3− Cl (C17H35)(CH3)2N −(CH2)3− J (C2H5)3N −(CH2)3− Cl (C18H37)(CH3)2N −(CH2)3− Cl (CH3)2(CH2C6H5)N −(CH2)3− Cl H3N (CH2)2 H2(CH2)3−Cl Cl C4H9 H2CH2CH2 H2CH2CH2−Cl で示されるようなものである。 基(R6 2N−R1)に一致するアミノアルキル基
の例は式: H2N(CH2)3− H2N(CH2)2NH(CH2)3− H2N(CH2)2− (H3C)2N(CH2)2− H2N(CH2)5− C4H9NH2CH2CH2NHCH2CH2CH2−
リシロキサンは、25℃で5〜5000mm2/s、特に25
℃で10〜1000mm2/sの動粘度を有する。上記の式
を有するシロキサン単位と一般式:R2SiOのジオ
ルガノシロキサン単位との比は、有利には1:
100〜1:1、特に1:30〜1:2である。 本発明により使用されるオルガノポリシロキサ
ンの製造は、自体公知の方法〔ノル(W.Noll);
〓ケミストリー・アンド・テクノロジー・オブ・
シリコーンズ(Chemistry and Technology of
Silicones)”、アカデミツクプレス社、オーラン
ド在、1968年〕で、たとえば一般式:HO−
〔SiR2O〕oHおよび/または〔SiR2O〕oの化合物を
[(R3O)3Si−R1N R2 2R5]X および場合によ
つて(R3O)3SiR1NR6 2と反応させることによつて
行なわれ、上記式中R、R1、R2、R3、R4、R5、
R6およびX-は上記のものを表わし、nは有利に
は1〜1000、特に1〜300の範囲内にある。 オルガノシリルアンモニウム化合物の製造は、
自体公知の方法(西ドイツ国特許出願公告第
2229580号明細書参照)で、特にアルコキシシリ
ルアルキルハロゲニドをアミン、特に第3級アミ
ンと反応させることによつて行なわれる。 オルガノポリシロキサン中にアンモニウム官能
基を製造する他の方法は、酸を用いたアミノアル
キル基のプロトン化である。酸の例は、ハロゲン
化水素酸および他の無機または有機酸である。 本発明による方法の場合、使用される高分散性
金属酸化物に対して、有利には1〜50重量%、特
に5〜30重量%のオルガノポリシロキサンが使用
される。 オルガノポリシロキサンは有利にはアルコール
溶液で使用され、その際有利には1〜5個の炭素
原子を有するアルコール、特にメタノール、エタ
ノール、イソプロパノールまたはそれらの混合物
が使用される。溶液のオルガノポリシロキサン含
量は、生じる反応生成物の溶解度および特性に依
存して、有利には1〜90重量%、特に10〜50重量
%である。 本発明により使用される高分散性金属酸化物
は、有利には固相で、つまり溶剤の存在なしで使
用される。しかし、該酸化物は有機溶剤に分散さ
せることができる。 本発明による方法の有利な実施態様により、塩
基性化合物は本発明により使用される高分散性金
属酸化物特に高分散性二酸化ケイ素の活性化のた
めに使用することもできる。特にアンモニアが使
用され、有利には高分散性金属酸化物に対して1
〜10重量%の量で使用される。 適当な方法で高分散性金属酸化物に対して適用
されるオルガノポリシロキサンの架橋は、有利に
は20〜250℃、特に80〜220℃の範囲内の温度で行
なわれる。 反応のためには、それぞれ適当な混合容器、た
とえば空気圧ミキサー、回転する羽根、刃または
ピンによつて激しい物質運動を配慮する回転混合
工具を有するミキサーが使用される。特にすき刃
ミキサー、ヘンシエルミキサー、パツグミルおよ
びボールミルが適している。前記の装置に装入さ
れた金属酸化物に対するオルガノポリシロキサン
のアルコール溶液の添加は、それぞれの適当な方
法で、有利には噴霧器によつて行うかまたは簡単
な場合には滴下により行なうことができる。 均質化の後、得られた流動性粉末は、温度に依
存して数分から数時間、有利には80〜250℃の温
度で、有利には0.5〜6時間保持される。これに
はそれぞれの適当な装置、たとえば循環空気乾燥
室、加熱ミキサーまたは特に円盤乾燥機を使用す
ることもできる。 本発明により使用される高分散性金属酸化物お
よびオルガノポリシロキサンを適当に選択するこ
とによつて、本発明による方法によつて得られる
高分散性金属酸化物の摩擦帯電能、疎水性ひいて
は流動特性および滴下特性を所望の値に調節ない
しは調整することができる。 本発明による方法によつて得られる、オルガノ
ポリシロキサンで変性された表面を有する金属酸
化物はトナー中で正電荷調整剤として作用する。
正の摩擦帯電能は吹飛ばし法
(Ausblasmethode)〔色材協会誌(Japan Soc.of
Color Materials)、第630頁、1982年記載〕によ
つて測定された。 摩擦電荷量の測定、つまり電荷/質量比(Q/
m)の測定のための〓モデル・トナー”は、わか
りやすい理由から通例キヤリヤー粒子/高分散性
金属酸化物の系のみからなつていた。キヤリヤー
粒子〔通例球長状の被覆されていない酸化鉄粉末
(粒度50〜85μm)〕に対して、高分散性金属酸化
物の秤量は1%であつた。 Q/m測定の前に、キヤリヤー/ケイ酸の系
は、PEフラスコに入れてローラテーブルで活性
化された。電荷値は、所定のキヤリヤー粒子の場
合、高分散性金属酸化物の表面変性のために使用
されるオルガノポリシロキサンに依存して、+
10μc/g〜+300μc/gの間で変化した。 高分散性金属酸化物に対する摩擦帯電作用がキ
ヤリヤー粒子によつて惹起される2成分系現像系
と同様に、アンモニア官能性オルガノポリシロキ
サン変性された表面を有する上記の高分散性金属
酸化物は、1成分系現像法においても正帯電正ト
ナーに対して極めて適当な荷電調整剤である。 電荷調整・流動化剤として使用される、上記の
ようにして変性された高分散性金属酸化物は、正
の静電荷を印加するための電荷調整剤として有効
であるようにするために十分に疎水性特性を有し
なければならない。疎水性の評価のためには、メ
タノールに対するぬれ特性が用いられ、それはメ
タノール数で表わされる。メタノール滴定は次の
方法で行なわれる: 内容250mlのビーカー中に装入した蒸留水50ml
に、試験すべき生成物0.2gを秤取する。先端を
液体中へ浸漬しているビユレツトからメタノール
を、表面変性された高分散性金属酸化物の総量が
ぬれるまで滴加する。その際、不断に電磁撹拌機
でゆつくりと撹拌する。完全にぬらすために必要
なメタノール量(amlで表わされる)から、次式
により疎水性度(メタノール数)が算出される: メタノール数=a/50+a×100 実施例 次に、本発明を実施例につき詳説する。 例 1 熱分散法で製造された、BETによる比表面積
170m2/g、見掛け密度90g/を有し、その表
面が化学的に結合されたジメチルシロキシ基を有
する高分散性ケイ酸80重量部を、パツグミル中で
25%のアンモニア水5重量部を用い25℃で活性化
する。粉砕下に、末端単位にそれぞれ1個のケイ
素と結合したヒドロキシル基を有する、25℃で
100mPa.sの粘度を有するジメチルポリシロキサ
ンと、メタノール40%/i−プロパノール混合物
中の、式: H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3 のシランとからの反応生成物20重量部を、37%の
HCl0.3重量部と35℃で反応させ、その際反応生
成物は2.9のアミン数(=物質1gを中和するの
に必要な1n−HClのml数)および25℃で51mPa.s
の粘度を有する。6時間の均質化後、反応生成物
を円盤乾燥機への供給することによつて不活性条
件下で130℃で溶剤を除去する。試験で、完全に
疎水性で自由流動性の粉末であることが判明し
た。 BETによる比表面積:108m2/g メタノール数での疎水性度:64 炭素含量:6.4% DIN53194による見掛け密度:167g/ 摩擦帯電*:+188μC/g (*測定条件:酸化鉄キヤリヤー粒子100g、タイ
プX−28、同和鉱業;1g生成物;活性化時間30
分;篩50μm;窒素量1/分。 測定装置:TB−200、東芝化学製、東京在) 例 2 例1を繰り返したが、表面に化学的に結合した
ジメチルシロキシ単位を有する。BET比表面積
200m2/gおよび見掛け密度90g/を有する高
分散性ケイ酸を使用した。その際、ポリシロキサ
ンはアミン数3.3を有していた。試験で、完全に
疎水性で自由流動性の粉末であることが判明し
た。 BETによる比表面積:118m2/g メタノール数での疎水性:65 炭素含量:6.6% DIN53194による見掛け密度:186g/ 摩擦帯電*:+239μC/g (*測定条件および測定装置は例1参照) 例 3 例1を繰り返したが、表面に化学的に結合した
ジメチルシロキシ単位を有する、BET比表面積
120m2/gおよび見掛け密度90g/を有する高
分散性ケイ酸を使用した。 試験で、完全に疎水性で自由流動性の粉末であ
ることが判明した。 BETによる比表面積:95m2/g メタノール数での疎水性度:64 炭素含量:4.3重量% DIN53194による見掛け密度:230g/ 摩擦帯電:+180μC/g (測定条件は例1参照) 例 4 強力粉末ミキサー中で、BET比表面積200m2/
gを有し、DIN53194による見掛け密度40g/
を有しかつその表面が化学的に結合したジメチル
シロキシ基を有する、熱分解法によつて製造され
た高分散性ケイ酸80部を、25%アンモニア水5部
を用いて25℃で活性化し、それをメタノール40
%/iプロパノール混合物中の、末端単位にそれ
ぞれSi結合したヒドロキシル基を有する、25℃で
100mPa.sの粘度を有するジメチルポリシロキサ
ンと式: (CH3O)3Si(CH2)3NH(CH2)2NH2 のシランとからの反応生成物20部および37%の水
性HCl0.3部で35℃で反応させ、その際反応生成
物はアミン数値2および25℃で60mPa.sの粘度を
有していた。その際、上記反応生成物のアルコー
ル溶液をケイ酸上へ噴霧する。20分の均質化の後
に、反応生成物を送気乾燥器へ供給することで不
活性条件下で130℃で溶剤から除去する。 試験で、完全に疎水性で自由流動性の粉末であ
ることが判明した。 BETによる比表面積:115m2/g メタノール数での疎水性度:63 炭素含量:4.4重量% DIN53194による見掛け密度:64g/ 摩擦帯電*:+140μC/g (*測定条件:酸化鉄キヤリヤー粒子タイプA50
g、巴川製紙所;生成物0.5g;篩50μm;空気量
1/min測定装置:Q/m−メータータイプ
04、ドクトル・エピング(Dr.R.H.Epping)、ミ
ユンヘン在、西独国) 例 5 例4を繰り返したが、アミン数3.3および粘度
37mPa.sを有する、上記成分からの反応生成物を
使用した。 試験で、完全に疎水性で自由流動性の粉末であ
ることが判明した。 BETによる比表面積:110m2/g メタノール数での疎水性度:68 炭素含量:5.9重量% DIN53194による見掛け密度:68g/ 摩擦帯電:+270μC/g (測定条件および測定装置は例4参照) 例 6 例4により、高分散性二酸化ケイ素80部を、メ
タノール40%/i−プロパノール混合物中の、ジ
メチルポリシロキサンと、式: (CH3O)3Si(CH2)3N (CH2)2(CH18H37)Cl のシランとからの反応生成物20部と反応させ、そ
の際ジオルガノシロキサン単位と正荷電窒素を有
する、炭素を介してケイ素と結合した有機基を有
するシロキサン単位との割合は8:1である。 試験で、完全に疎水性で自由流動性の粉末であ
ることが判明した。 BETによる比表面積:117m2/g メタノール数での疎水性度:61 炭素含量:7.2重量% DIN53194による見掛け密度:59g/ 摩擦帯電:+76μC/g (測定条件および測定装置は例4参照) 例 7 例4を繰り返したが、メタノール40%/i−プ
ロパノール混合物中の、25℃で1000mPa.sの粘度
を有するメチルフエニルポリシロキサンと、式: (CH3O)3Si(CH2)3NH(CH2)3NH2 のシランとからの反応生成物20部を、30%の
HCl0.3重量%と35℃で反応させ、その際この反
応生成物はアミン数3.1および25℃で400mPa.sの
粘度を有する。 試験で、完全に疎水性で自由流動性の粉末であ
ることが判明した。 BETによる比表面積:134m2/g メタノール数での疎水性度:57 炭素含量:8.5重量% DIN53194による見掛け密度:54g/ 摩擦帯電:+10μC/g (測定条件および測定装置は例4参照) 例 8 例4と同じ方法を大体において繰り返したが、
その際高分散性ケイ酸の代りに高分散性酸化アル
ミニウム〔タイプアロツクス(Alox)C、西独
国デグツサ社(Degussa)、ラインフエルデン在〕
を使用した。 BETによる比表面積:91m2/g メタノール数での疎水性度:66 炭素含量:4.4% DIN53194による見掛け密度:128g/ 摩擦帯電:+93μC/g (測定条件および測定装置は例4参照)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 トナー用正電荷調整剤としての、アンモニウ
ム官能性オルガノポリシロキサンによつて変性さ
れた表面を有する高分散性金属酸化物の製造方法
において、高分散性金属酸化物を、末端位にケイ
素結合したヒドロキシ基および/またはアルコキ
シ基のほかに、一般式: R2SiO [式中、Rは同じかまたは異なる1価の炭化水素
基を表わす]で示されるジオルガノシロキサン単
位と、一般式: X [(R5R2N R1)c(R4)a(R3O)bSiO4-a-b-c/2] [式中R1は2価の炭化水素を表わし、R2は水素
または同じかまたは異なるアルキル基、アリール
基、アリールアルキル基を表わし、R3は基1個
につき1〜4個の炭素原子を有する同じかまたは
異なるアルキル基を表わし、R4は1価の炭化水
素基を表わし、R5は水素、1〜30個の炭素原子
を有するアルキル基またはベンジル基を表わし、
X は酸アニオンを表わし、aは1、2または3
でありbは1、2または3であり、Cは1、2ま
たは3であることができる]で示される正電荷を
持つ窒素を有する、炭素を介してケイ素と結合し
た基機を有するシロキサン単位を含有するオルガ
ノポリシロキサンと反応させることを特徴とする
アンモニウム官能性オルガノポリシロキサンによ
り変性された表面を有する高分散性金属酸化物の
製造方法。 2 正電荷を持つ窒素および塩基性窒素を有す
る、炭素を介してケイ素と結合した有機基を含有
するソロキサン単位を有するオルガノポリシロキ
サンを使用する特許請求の範囲第1項記載の方
法。 3 熱分解法で製造した高分散性金属酸化物を使
用する特許請求の範囲第1項または第2項記載の
方法。 4 高分散性二酸化ケイ素、高分散性酸化アルミ
ニウム、高分散性酸化チタン、またはケイ素、ア
ルミニウムおよびチタンの群からの少なくとも2
つの金属からの高分散性混合酸化物を使用する特
許請求の範囲第1項から第3項までのいずれか1
項記載の方法。 5 疎水性化剤で処理された二酸化ケイ素を使用
する特許請求の範囲第1項から第3項までのいず
れか1項記載の方法。 6 熱分解法で製造した高分散性二酸化ケイ素を
使用する特許請求の範囲第1項から第3項までの
いずれか1項記載の方法。 7 使用される高分散性金属酸化物に対して、オ
ルガノポリシロキサン1〜50重量%を使用する特
許請求の範囲第1項から第6項までのいずれか1
項記載の方法。
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