TWI574127B - Electronic photographic toner - Google Patents
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Description
本發明係關於一種電子照相用碳粉。進一步詳細而言,係關於一種包含特定之乙烯系聚合體之電子照相用碳粉。
電子照相用碳粉,所謂靜電碳粉(以下亦有簡稱為「碳粉」之情況),係於靜電性電子照相中,用以顯影藉由帶電曝光形成之潛像並形成可視影像。碳粉為使碳黑、顏料等著色劑分散於樹脂中而成之帶電微粉末。碳粉大致分為與鐵粉、玻璃粒子等載體一併使用之乾式二成分系碳粉;使用異烷烴等有機溶劑而設為分散系之濕式碳粉;進而分散有磁性微粉末之乾式一成分系碳粉等。
而,藉由碳粉顯影於感光體上而獲得之影像係轉印於紙上,又,直接顯影於形成有感光層之紙上之影像係直接藉由熱或溶劑蒸汽固定。其中,由於利用加熱輥之固定為接觸型固定法,故而熱效率較高,亦可藉由相對低溫之熱源而確實地固定影像,進而具有適合高速影印等長處。
伴隨近年中之影印機或印表機等之普及,除要求進一步之影像品質提高以外,變得期望高速印刷及低能量固定性尤其優異之碳粉,嘗試改善碳粉之低溫固定性,並以碳粉之低溫固定為目的,使用低熔點之蠟(專利文獻1、2)。
專利文獻1:日本專利特開平08-114942號公報
專利文獻2:日本專利特開2010-014949號公報
然而,於碳粉製造時或者印刷時之加熱環境下,含有低熔點蠟之碳粉黏合劑樹脂有部分亦藉由昇華擴散之可能性,又,有進行熱分解,而發生進一步之低分子量化之可能性。
因此,含有低熔點蠟之碳粉於碳粉製造後之保存期間碳粉粒子之黏性、黏連等保存性之降低令人擔憂,又,有於印刷時成為影印機或印表機內之污染、灰塵(污染物質)之成因,並藉由擴散至裝置外而使作業場所之環境變差之擔憂。
另一方面,藉由使用熔點較高之蠟代替低熔點蠟,可減少揮發性物質,但就碳粉性能而言變得有低溫固定性降低之傾向。即,明顯地損害高速印刷適性或低能量固定性,結果,難以滿足碳粉性能與降低污染性兩者之要求。
本發明之課題為提供一種電子照相用碳粉,其保存性優異,又,印刷時之耐偏移性或低溫固定性優異,且影印機或印表機內之經時污染或灰塵之成因物質較少。
本發明者等人為解決上述問題而進行努力研究。其結果,發現藉由於電子照相用碳粉中含有包含特定之構造且滿足特定之要件之乙烯系聚合體,可解決上述問題,從而完成本發明。
即,本發明係關於以下之[1]~[6]。
[1]一種電子照相用碳粉,其特徵在於包含乙烯共聚合體,該乙烯共聚合體包含由乙烯所衍生之構成單位(a)80~99.5莫耳%、及由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)0.5~20莫耳%〔設為(a)+(b)=100莫耳%〕,並滿足下述要件(i)及(ii):(i)極限黏度〔η〕在0.01~0.50 dl/g之範圍;(ii)結晶度在50~90%之範圍。
[2]如[1]之電子照相用碳粉,其中,上述乙烯共聚合體進而滿足下述要件(iii)及(iv):(iii)利用示差掃描熱量計(DSC,Differential Scanning Calorimeter)測定之熔點(Tm)在50~100℃之範圍;(iv)利用凝膠滲透層析法(GPC,Gel Permeation Chromatography)測定之分子量分佈(Mw/Mn)在1~3之範圍。
[3]如[1]或[2]之電子照相用碳粉,其中,上述由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)包含2個以上之雙鍵。
[4]如[1]至[3]中任一項之電子照相用碳粉,其中,上述由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)包含下述通式(V)所表示之重複單位,[化1]
〔通式(V)中,u為0或1;v為0或正整數;w為0或1;R61~R78以及Ra1及Rb1相互可相同亦可不同,為氫原子、鹵素原子、碳原子數1~20之烷基、碳原子數1~20之烯基、碳原子數1~20之鹵化烷基、碳原子數3~15之環烷基或碳原子數6~20之芳香族烴基,R75~R78亦可相互鍵結而形成單環、多環或多重鍵;其中,u及v均為0時,R67~R70、R75~R78中之至少一者為氫原子以外之烯基或者多重鍵〕。
[5]如[1]至[4]中任一項之電子照相用碳粉,其中,上述由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)為亞乙基降烯(ENB,Ethylidene Norbornene)、或乙烯基降烯(VNB,Vinyl Norbornene)。
[6]一種電子照相用碳粉,其特徵在於,其係[1]至[5]中任一項之電子照相用碳粉包含聚酯樹脂、或苯乙烯系聚合體作為黏合劑樹脂而成。
根據本發明,可提供一種電子照相用碳粉,其保存性優異,又,印刷時之耐偏移性或低溫固定性優異,且影印機或印表機內之經時污染或灰塵之成因物質較少。
構成本發明之電子照相用碳粉(以下亦有簡稱為「碳粉」之情況)之乙烯共聚合體係包含由乙烯所衍生之構成單位(a)80~99.5莫耳%、及由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)0.5~20莫耳%〔設為(a)+(b)=100莫耳%〕,且(i)極限黏度〔η〕在0.01~0.50 dl/g之範圍,及(ii)結晶度在50~90%之範圍之共聚合體。
本發明之乙烯共聚合體較佳為包含由乙烯所衍生之構成單位(a)85莫耳%以上,進而較佳為90莫耳%以上,特佳為95莫耳%,且,較佳為99莫耳%以下,進而較佳為98.5莫耳%以下,特佳為98莫耳%以下;較佳為包含由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)1莫耳%以上,進而較佳為1.5莫耳%以上,特佳為2莫耳%以上,且,較佳為15莫耳%以下,進而較佳為10莫耳%以下,特佳為5莫耳%以下〔設為(a)+(b)=100莫耳%〕。
再者,於本說明書中,構成單位之量可藉由下述之實施例中記載之方法求出。
以上述範圍之比例含有由乙烯所衍生之構成單位(a)及由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)之乙烯共聚合體可提高碳粉之保存性、印刷時之耐偏移性、低溫固定性,並且減少自碳粉產生之臭氣、或經時污染。
一般而言,認為乙烯聚合體因熱等,通常成為鏈構造之乙烯構造單位、或視需要使用之α-烯烴構造單位部分斷裂而引起分子
量之降低。又,認為α-烯烴構造單位之部位相對容易斷裂。又,推定若導入α-烯烴構造單位,則作為高分子鏈之移動性亦提高,因此就該方面而言受到斷裂之可能性亦提高。
相對於此,推測由於本發明之乙烯共聚合體如上所述以上述範圍之比例含有包含由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)之環狀構造,故而作為聚合體之剛直性增加,移動性降低,其結果,變得不易受到由熱所引起之分解。進而,於使用於分子中具有2個以上之雙鍵之環狀烯烴之情形時,於加熱下有一部分進行交聯之可能性,期待作為聚合體之剛直性進一步增加。又,認為尤其是若使用具有如通式(V)般之構造之環狀烯烴,則即便構成主鏈之C-C鍵斷裂,由於其他環狀構造部分,高分子鏈亦不至於斷裂,可抑制分子量降低。
根據該等情況,認為雖然下述之本發明之碳粉包含低熔點之乙烯聚合體,但由於在碳粉製造時或印刷時之加熱環境下,分子量降低變少,可成為黏連或臭氣等之成因之低分子量之生成變少,故而可獲得上述之優異效果,即,可提高碳粉之保存性、印刷時之耐偏移性、低溫固定性,並且減少自碳粉產生之臭氣或經時污染。
本發明之乙烯共聚合體的(i)極限黏度〔η〕在0.01~0.50 dl/g之範圍。本發明之乙烯共聚合體較佳為極限黏度〔η〕為0.02 dl/g以上,更佳為0.03 dl/g以上,特佳為0.04 dl/g以上,且,較佳為0.20 dl/g以下,更佳為0.15 dl/g以下,特佳為0.10 dl/g以下。
由極限黏度[η]為上述下限值以上之乙烯共聚合體所獲得之碳粉之耐偏移性優異,由上述上限值以下之乙烯共聚合體所獲得之碳粉之固定性優異。
本發明之乙烯共聚合體的(ii)結晶度在50~90%之範
圍。本發明之乙烯共聚合體較佳為結晶度為60%以上,更佳為70%以上,特佳為75%以上,且,為90%以下,較佳為88%以下,更佳為87%以下,特佳為86%以下。
由結晶度為上述下限值以上之乙烯共聚合體所獲得之碳粉之耐偏移性優異。
本發明之乙烯共聚合體較佳為除上述要件(i)、(ii)以外,進而滿足下述要件(iii)及(iv)之共聚合體。
(iii)利用示差掃描熱量計(DSC)測定之熔點(Tm)在50~100℃之範圍。
較理想為本發明之乙烯共聚合體更佳為熔點(Tm)為60℃以上,進而較佳為65℃以上,特佳為70℃以上,且,更佳為90℃以下,進而較佳為88℃,特佳為86℃以下。
於使用熔點在上述範圍內之乙烯共聚合體之情形時,更可獲得耐熱性與脫模性優異之碳粉。
(iv)利用凝膠滲透層析法(GPC)測定之分子量分佈(Mw/Mn)在1~3之範圍。
較理想為本發明之乙烯共聚合體更佳為Mw/Mn為3.0以下,進而較佳為2.0以下。
分子量分佈在上述範圍之乙烯共聚合體有於期待更降低乙烯共聚合體自身之黏性,提高所獲得之碳粉之保存性、顯影耐久性方面更佳之情況。
再者,重量平均分子量(Mw)、數量平均分子量(Mn)為藉由GPC測定之聚乙烯換算值。此處,利用GPC之測定係於溫度:140℃、溶劑:鄰二氯苯之條件下進行。
本發明之乙烯共聚合體除由乙烯所衍生之構成單位(a)及由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)以外,進而亦可包含由選自碳數8以上之環狀烯烴除外之碳原子數3~20之α-烯烴中之至少1種烯烴所衍生之構成單位(c)。
於本發明之乙烯共聚合體包含上述構成單位(c)之情形時,係包含0.01~15莫耳%。下限進而較佳為0.05莫耳%,特佳為0.1莫耳%,上限進而較佳為8莫耳%,特佳為5莫耳%〔設為(a)+(b)+(c)=100莫耳%〕。
以上述範圍之比例含有構成單位(c)之乙烯共聚合體可獲得耐熱性與脫模性之平衡優異之碳粉。
再者,本發明之乙烯共聚合體之上述構成單位(a)、上述構成單位(b)及上述構成單位(c)等可藉由實施例中記載之方法而求出。
構成本發明之乙烯共聚合體的由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)係藉由共聚合碳數8以上之環狀烯烴而衍生。
作為本發明之碳數8以上之環狀烯烴,可較佳地使用於分子中至少具有1個雙鍵之環狀烯烴。
作為於分子中具有1個雙鍵之環狀烯烴,具體而言,可列舉:5-甲基-2-降烯、四環十二烯、乙烯環己烷等碳原子數較佳為8~20、更佳為8~15者。
作為碳數8以上之環狀烯烴,更佳為於分子中具有2個以上之雙鍵。
作為於分子中至少具有2個雙鍵之碳數8以上之環狀烯烴(環狀多烯),較佳為衍生下述通式(V)所表示之重複單位之環狀烯烴。具體而言,可列舉:下述化學式所表示之環狀非共軛二烯、或二環戊二烯、二環辛二烯、亞甲基降烯、5-乙烯基降烯、5-亞乙基-2-降烯、5-亞甲基-2-降烯、5-亞異丙基-2-降烯、6-氯甲基-5-異丙烯基-2-降烯、2,3-二亞異丙基-5-降烯、2-亞乙基-3-亞異丙基-5-降烯、2-丙烯基-2,2-降二烯等碳原子數較佳為8~20、更佳為8~10者。
以上之中,就作為環狀烯烴之耐熱性或碳粉之保存性優異之方面而言,特佳為亞乙基降烯(ENB)、或乙烯基降烯(VNB)。其中,較佳為亞甲基降烯、5-乙烯基降烯、5-亞乙基-2-降烯、5-亞甲基-2-降烯、5-亞異丙基-2-降烯、6-氯甲基-5-異丙烯基-2-降烯、2,3-二亞異丙基-5-降烯、2-亞乙基-3-亞異丙基-5-降烯、2-丙烯基-2,2-降二烯等非共軛多烯,特佳為5-乙烯基降烯、5-亞乙基-2-降烯。
又,於本發明中,環狀烯烴中亦包含芳香族乙烯化合物。作為芳香族乙烯化合物,例如可列舉:苯乙烯、及α-甲基苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、間甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、鄰,對二甲基苯乙烯、鄰乙基苯乙烯、間乙基苯乙烯、對乙基苯乙烯等單或多烷基苯乙烯等。
上述環狀烯烴可為1種,亦可組合2種以上而使用。
由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)可包含下述通式(V)所表示之重複單位。
[化2]
〔通式(V)中,u為0或1;v為0或正整數;w為0或1;R61~R78以及Ra1及Rb1相互可相同亦可不同,為氫原子、鹵素原子、碳原子數1~20之烷基、碳原子數1~20之烯基、碳原子數1~20之鹵化烷基、碳原子數3~15之環烷基或碳原子數6~20之芳香族烴基,R75~R78亦可相互鍵結而形成單環、多環或多重鍵。其中,u及v均為0時,R67~R70、R75~R78中之至少一者為氫原子以外之烯基或者多重鍵〕。
作為上述通式(V)所表示之重複單位之原料,並無特別限定,例如可列舉下述化學式所表示之環狀非共軛二烯。
本發明之由選自碳數8以上之環狀烯烴除外之碳原子數3~20之α-烯烴中之至少1種烯烴所衍生之構成單位(c)係藉由共聚合選自碳原子數3~20之α-烯烴中之至少1種烯烴而衍生。
作為本發明之碳原子數3~20之α-烯烴,例如可列舉直鏈狀或分支狀之α-烯烴等。
具體而言,可列舉:例如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯、1-十八烯、1-二十烯等碳原子數3~20、較佳為碳原子數3~10之直鏈狀之α-烯烴;例如3-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-戊烯、3-乙基-1-戊烯、4,4-二甲基-1-戊烯、4-甲基-1-己烯、4,4-二甲基-1-己烯、4-乙基-1-己烯、3-乙基-1-己烯;較佳為碳原子數3~10之α-烯烴,更佳為碳原子數3~6之α-烯烴,特佳為丙烯。
上述直鏈或分支之碳原子數3~20之α-烯烴可為1種,亦可組合2種以上而使用。
本發明之乙烯共聚合體可藉由各種公知之製造方法製造,例如可藉由齊格勒/納塔觸媒、二茂金屬系觸媒來聚合乙烯與碳數8以上之環狀烯烴、視需要碳數8以上之環狀烯烴除外之碳原子數3~20之α-烯烴而製造。
本發明之乙烯共聚合體可為直接聚合乙烯等而獲得者,又,亦可為對高分子量之乙烯共聚合體進行熱分解而獲得者。
該等觸媒之中,較佳為二茂金屬系觸媒。作為二茂金屬系觸媒,例如可較佳地使用包含選自元素週期表第4族之過渡金屬之二茂金屬化合物及有機鋁氧基化合物及/或離子化離子性化合物之觸媒(日本專利特開2005-171146號公報)。
若提高聚合時之聚合溫度、或提高氫濃度,則乙烯共聚合體之極限黏度[η]有變小之傾向,可控制於上述範圍內。
由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之單位之含量除於聚合時調整碳數8以上之環狀烯烴之調配量以外,亦可根據觸媒種類或聚合溫度等而控制。
例如,於下述聚合例中記載之藉由二茂金屬觸媒來製造乙烯共聚合體之情形時,藉由增加構成單位(b)之導入量,可增加每1000碳之環狀構造數。又,聚合溫度通常為10~200℃之範圍,但就製造具有上述之較佳範圍的由環狀烯烴所衍生之單位之含量的乙烯系聚合體之觀點而言,聚合溫度較佳為60~180℃之範圍,更佳為75~170℃之範圍。
乙烯共聚合體之結晶度可藉由控制乙烯共聚合體之由乙烯所衍生之構成單位(a)之含量,而控制於上述範圍內。
乙烯共聚合體之熔點只要藉由以下之方式則可控制於上述範圍內。即,可藉由增多構成單位(b)之含量,而降低熔點,又,亦可根據觸媒種類或聚合溫度等而控制。
乙烯共聚合體之分子量分佈(Mw/Mn)可根據觸媒種類或聚合溫度等控制於上述範圍內。一般而言,於聚合乙烯共聚合體時可使用齊格勒-納塔觸媒或二茂金屬觸媒,但為成為較佳範圍之Mw/Mn,較佳為使用二茂金屬觸媒。
於本發明之乙烯共聚合體中,亦可於無損本發明之目的之範圍內,視需要調配耐候性安定劑、耐熱安定劑、抗靜電劑、防滑劑、抗黏連劑、防霧劑、成核劑、滑劑、顏料、染料、可塑劑、抗老化劑、鹽酸吸收劑、抗氧化劑、銅毒抑制劑、填充劑等添加劑。
又,本發明之乙烯共聚合體除用作碳粉用添加劑以外,亦可用於塗料用添加劑、或拋光劑、聚烯烴或工程塑膠所代表之各種熱可塑性樹脂或者熱硬化性樹脂用之流動性改善劑、樹脂強度改良劑、樹脂增容劑、樹脂潤滑劑、樹脂硬度/熔點調整劑、樹脂成形用脫模劑、橡膠用加工助劑、橡膠用抗氧化劑、紙質改善劑、印刷油墨用之耐磨耗劑或調平劑所代表之各種添加劑、熱轉印油墨用添加劑、纖維加工助劑、熱熔接著劑用添加劑、電氣絕緣劑、天然蠟之複合劑、聚烯烴膜之防霧劑、顏料分散劑、顏料母料用之分散劑、成形加工助劑、紙塗料、乳液成分、地板光亮劑用添加劑、纖維整理劑、氯乙烯用滑劑、瀝青用添加劑、發泡聚苯乙烯用成核劑、脫蠟用添加劑、蠟燭之一成分、電纜化合物用添加劑、空氣氧化、酸變性、聚矽氧改質、胺基化、酯化所代表之各種反應之中間原料等各種用途。
本發明之碳粉係包含上述乙烯共聚合體而成。
本發明之碳粉除上述乙烯共聚合體以外,尚包含碳粉用黏合劑樹脂、及公知之著色劑,進而視需要包含帶電控制劑、脫模劑、顏料分散劑等。
作為本發明之碳粉用黏合劑樹脂,可使用各種公知之黏合劑樹脂。具體而言,例如可列舉:苯乙烯系聚合體、酮樹脂、馬來酸樹脂、脂肪族聚酯樹脂、芳香族聚酯樹脂、及脂肪族/芳香族聚酯樹脂等聚酯樹脂、薰草咔樹脂、酚樹脂、環氧樹脂、萜烯樹脂、聚乙烯丁醛、聚甲基丙烯酸丁酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚合體等樹脂。
該等碳粉用黏合劑樹脂可單獨使用1種,亦可組合2種以上而使用。上述碳粉用黏合劑樹脂之中,就具有100℃左右之適度之軟化點,並顯示出良好之固定性方面而言,較佳為聚酯樹脂、或苯乙烯系聚合體,尤佳為苯乙烯系聚合體。
作為上述苯乙烯系聚合體,例如可列舉:僅包含苯乙烯系單體之均聚物或共聚合體、或者苯乙烯系單體與其他乙烯系單體之共聚合體等。作為苯乙烯系單體,可列舉:苯乙烯、對氯苯乙烯、乙烯基萘等。
作為上述其他乙烯系單體,例如亦可使用:乙烯、丙烯、1-丁烯、異丁烯等乙烯性不飽和單烯烴類;氯乙烯、溴乙烯、氟乙烯等鹵化乙烯類;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、丁酸乙烯酯等乙烯酯類;丙烯酸或甲基丙烯酸等α-亞甲基脂肪族單羧酸類;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二烷基酯、丙烯酸2-氯乙酯、丙烯酸苯酯、α-氯丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等α-亞甲基脂肪族單羧酸之酯類;丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯醯胺等腈類或醯胺類;乙烯基甲基醚、乙烯基乙基醚、乙烯基丙基醚、乙烯基異丁基醚等乙烯醚類;乙烯基甲基酮、乙烯基己基酮、甲基異丙烯基酮等乙
烯基酮類;N-乙烯基吡咯、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、N-乙烯基吡咯啶酮等N-乙烯基化合物;衣康酸二甲酯、衣康酸二丙酯、衣康酸二丁酯、衣康酸二辛酯、衣康酸二戊酯等衣康酸酯類;其他,馬來酸酯類及富馬酸酯類等,但並不限定於此。
再者,於該等乙烯單體之中,較佳為α-亞甲基脂肪族單羧酸之酯類。
作為苯乙烯系聚合體之合成方法,可藉由塊狀聚合法、溶液聚合法、懸濁聚合法以及乳化聚合法等公知之聚合方法來製造。
於本發明之碳粉中,相對於碳粉用黏合劑樹脂100質量份,通常於0.1~40質量份之範圍內包含上述乙烯共聚合體。較佳之乙烯共聚合體之下限值為0.5質量份,更佳為1.0質量份,進而較佳為1.5質量份,特佳為2.0質量份。較佳之上限值為35質量份,更佳為20質量份,進而較佳為10質量份,特佳為6質量份。
若乙烯共聚合體低於上述之下限值,則有碳粉之耐偏移性或保存安定性變得不充分之情況。另一方面,若超過其上限值,則有固定性或尤其是印字後之經時之固定安定性變得不充分,即變得容易自紙面剝落文字部,變得無法做資訊保存用之情況。
作為本發明之碳粉中所包含之著色劑,例如可列舉:碳黑、乙炔黑、燈黑、磁鐵礦等黑色顏料;鉻黃、黃氧化鐵、漢薩黃G、喹啉黃色澱、永固黃NCG、鉬橙、耐硫化橙、陰丹士林、亮橙GK、鐵丹、
亮胭脂紅6B、茜素色澱、甲基紫色澱、永固紫B、鈷藍、鹼性藍色澱、酞菁藍、永固天藍、顏料綠B、孔雀綠色澱、氧化鈦、鋅白等公知之有機顏料。著色劑之含量通常相對於碳粉用黏合劑樹脂100質量份為5~250質量份。
於本發明之碳粉中,亦可視需要,於不阻礙本發明之效果之範圍內,例如添加使用一部分聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚烯烴、聚酯、聚乙烯丁醛、聚胺基甲酸酯、聚醯胺、松香、改質松香、萜烯樹脂、酚樹脂、脂肪族烴樹脂、芳香族石油樹脂、石蠟、聚烯烴蠟〔本發明之乙烯系聚合體除外〕、陶瓷蠟、米糠蠟、糖蠟、漆蠟、密蠟、巴西棕櫚蠟、堪地里拉蠟、褐煤蠟等天然蠟類、脂肪醯胺蠟、氯乙烯樹脂、苯乙烯-丁二烯樹脂、苯并二氫吡喃-茚樹脂、三聚氰胺樹脂等先前公知之脫模劑。其量通常相對於碳粉用黏合劑樹脂100質量份為0.1~40質量份。
再者,作為構成上述聚烯烴蠟〔本發明之乙烯系聚合體除外〕之單體,例如可列舉:乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、其他所有烯烴單體。作為由該等單體所獲得之聚烯烴蠟,可為由單一之單體所獲得之均聚物型者,亦可為由2種以上之單體所獲得之共聚物型者。又,上述聚烯烴蠟亦可相對於未改質聚烯烴蠟或烯烴成分為改質成分經封端化或接枝化之改質聚烯烴蠟中之任一者。作為改質聚烯烴蠟中之改質成分,可列舉:苯乙烯、甲基苯乙烯、對乙基苯乙烯、對-正丁基苯乙烯等芳香族單體、或(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯等單羧酸酯單體、馬來酸、富馬酸、衣康酸、丁烯酸、耐地酸、甲基六氫
鄰苯二甲酸等二羧酸類、馬來酸酐、衣康酸酐、檸康酸酐、烯丙基琥珀酸酐、戊烯二酸酐、耐地酸酐等酸酐等。
又,作為帶電控制劑,可適當地選擇以苯胺黑、四級銨鹽或含金屬偶氮染料為首之公知之帶電調整劑而使用,使用量相對於碳粉用黏合劑樹脂100質量份,通常為使用之0.1~10質量份。
本發明之碳粉可藉由採用先前公知之所有方法,例如對上述各成分進行接觸分散、熔融分散、溶液分散等而製造。
例如,藉由球磨機、亨舍爾混合機等混合機對碳粉用黏合劑樹脂、上述乙烯共聚合體、著色劑、帶電調整劑及脫模劑等進行預混合之後,使用熱輥捏合機、單軸或者雙軸混練機等熱混練機於加熱熔融狀態下進行混練,冷卻後使用錘磨機等微粉碎機進行微粉碎,進而藉由空氣分級器進行分級,通常收集直徑為8~20μm之範圍之粒子而製成碳粉。
亦可藉由包括如下步驟之方法而製造:混合步驟,其混合使樹脂粒子分散於分散劑中而成之樹脂粒子分散液、使著色劑粒子分散於分散劑中之著色劑分散液、及使乙烯共聚合體粒子分散於分散劑中而成之脫模劑粒子分散液等;凝集步驟,其形成與碳粉粒徑相當之凝集粒子;及融合步驟,其藉由對該凝集粒子進行加熱而進行融合。
亦可藉由包括如下步驟之方法來製造:使包含聚合性單體、著色劑、乙烯共聚合體、帶電控制劑等之組成物聚合。
利用上述熱混練機進行混練之情形之加熱熔融條件係根據碳粉用黏合劑樹脂之熔點等物性而有所不同。例如於苯乙烯丙烯
酸系樹脂等含極性基之乙烯系聚合體之情形時,較佳為雙軸混練機吐出部之樹脂溫度未滿190℃,滯留時間未滿180秒。又,冷卻方法較佳為使用鋼帶式冷卻機等進行急冷。
作為進行上述混練之方法,亦有如下方法:於上述乙烯共聚合體之含有率較高之條件下,預先製作將上述乙烯共聚合體與碳粉用黏合劑樹脂進行混練而成之母料,進而將其與碳粉用黏合劑樹脂或著色劑等其他成分進行混練。於碳粉用黏合劑樹脂與上述乙烯共聚合體兩成分為相對不易攙雜之組合之情形時,該方法較為有效。
於製作上述母料時,相對於碳粉用黏合劑樹脂100質量份,含有上述乙烯系聚合體5~900質量份,較佳為5~300質量份,更佳為5~100質量份,特佳為5~50質量份。
關於本發明之碳粉藉由含有上述乙烯系聚合體,從而保存性、耐偏移性與印刷之固定性、耐黏連性、顯影耐久性及低溫印刷性優異之原因,並不明確,但本發明者等人如以下般進行推定。
認為由於本發明之上述乙烯共聚合體不具有極性基,故而不易吸濕,表面張力較低而且適度地分散於黏合劑樹脂中,因此賦予優異之耐黏連性、顯影耐久性、耐偏移性之效果。
又,於使用分子量分佈狹小之上述乙烯共聚合體之情形時,如上所述,有就期待更降低上述乙烯共聚合體自身之黏性,提高碳粉之耐黏連性、顯影耐久性、耐偏移性方面而言更佳之情形。
又,由於本發明之乙烯共聚合體係如上所述熱安定性優異,故而於碳粉製造時或印刷時之加熱環境下亦不易熱分解。因此,可期待所
獲得之碳粉的保存安定性優異,且,可高水平地防止印表機內之污染或灰塵。
進而,推測由於本發明之乙烯共聚合體所包含之環狀烯烴處於特定之構造,故而可期待環狀烯烴之含量相對至少較高之熱安定性,因此兼具較高之結晶性與較高之熱安定性,於所獲得之碳粉中,各種特性之平衡高度地優異。
本發明之碳粉之用途並無特別限定,可與載體混合用作二成分或一.五成分顯影劑,亦可用作於碳粉中含有磁性粉的不使用載體之磁性一成分顯影劑,或者不使用載體及磁性粉之一成分顯影劑,或者微粒碳粉顯影劑。於本發明之碳粉用作二成分或一.五成分顯影劑之情形時,作為載體,先前公知之載體均可使用。
作為可使用之載體,例如可列舉鐵粉、肥粒鐵粉、鎳粉之類之磁性粉體或玻璃珠等,或者利用樹脂等對該等之表面進行處理者。
作為被覆載體表面之樹脂,可列舉:苯乙烯-丙烯酸酯共聚合體、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚合體、丙烯酸酯共聚合體、甲基丙烯酸酯共聚合體、含氟之樹脂、含矽之樹脂、聚醯胺樹脂、離子聚合物樹脂、聚苯硫醚樹脂等,或者該等之混合物。
其次,列舉實施例,進而具體地說明本發明,但只要本發明不超越其主旨則並不限制於該等實施例。
實施例及比較例中之物性值等藉由以下之測定方法而
求出。
乙烯共聚合體之來自環狀烯烴之構成單位之含量係藉由對13C-NMR之不飽和部分之碳之峰面積與總碳之峰面積進行比較而獲得。
使用日本電子股份有限公司製造之ECP500型核磁共振裝置,作為溶劑係鄰二氯苯/氘苯(80/20容量%)混合溶劑,試樣濃度為55mg/0.6mL,測定溫度為120℃,觀測核為13C(125MHz),序列為單脈衝質子解耦,脈寬為4.7μ秒(45°脈衝),重複時間為5.5秒,累積次數為1萬次以上,將27.50ppm設為化學位移之基準值進行測定。波峰之指定與定量藉由常法來決定。
將乙烯共聚合體約20mg溶解於十氫萘15ml中,於135℃之油浴中測定比黏度ηsp。於該十氫萘溶液中追加十氫萘溶劑5ml而稀釋後,以相同之方式測定比黏度ηsp。進而重複2次追加十氫萘溶劑5ml之稀釋操作,如下述式(Eq-6)所示,將濃度(C)外插於0時之ηsp/C之值設為極限黏度[η](單位;dl/g)而求出。
[η]=lim(ηsp/C)(C→0)--------(Eq-6)
對測定樣品進行180℃×5min之熱壓之後,進行水冷×5min之冷壓,藉此製作1mm厚之衝壓薄片。對所獲得之衝壓薄片,使用具有旋
轉試樣台之X射線繞射裝置(Rigaku製造之RINT2500),於50 kV-300 mA之條件下,利用透過法測定X射線分佈。根據所獲得之X射線分佈,分離結晶部分與非結晶部分,求出結晶度。
乙烯共聚合體之熔點係依據示差掃描型熱量測定法(DSC),藉由DSC-20(精工電子工業公司製造)而測定。將試樣約10mg封閉於鋁鍋中,以10℃/分鐘自-20℃升溫至200℃,將所獲得之曲線之吸熱波峰設為熔點而求出。於該升溫測定之前,暫時將試樣(共聚合體)升溫至200℃左右,並保持5分鐘,之後進行以20℃/分鐘降溫至-20℃之操作,統一試樣(共聚合體)之熱歷程。
乙烯共聚合體之數量平均分子量Mn、及重量平均分子量Mw係藉由GPC測定而求出。測定於以下條件下進行。又,數量平均分子量Mn、及重量平均分子量Mw係使用市售之單分散標準聚苯乙烯製作校準曲線,基於下述換算法而求出。
裝置:凝膠滲透層析儀Alliance GPC2000型(Waters公司製造)
溶劑:鄰二氯苯
管柱:TSK凝膠管柱(東梭公司製造)×4
流速:1.0ml/分鐘
試樣:0.15mg/mL,鄰二氯苯溶液
溫度:140℃
分子量換算:PE換算/通用校準法
再者,於計算通用校準時使用以下所示之Mark-Houwink黏度式之係數。
聚苯乙烯(PS,Polystyrene)之係數:KPS=1.38×10-4,aPS=0.70
聚乙烯(PE,Polyethylene)之係數:KPE=5.06×10-4,aPE=0.70。
為了掌握碳粉黏合劑中之乙烯共聚合體之耐熱性,測定5%減量溫度。量取乙烯共聚合體10mg,藉由熱重量測定裝置(TG-DTA320,SII公司製造)測定的重量減少5%時之溫度。此處,利用TGA之測定於空氣氛圍下:200mL/分鐘、升溫速度:20℃/分鐘、溫度範圍:30℃~700℃之條件下進行。
本實施例中之酸值係藉由以下之方式而算出。將準確稱量之試樣溶解於二甲苯:正丁醇=1:1質量比之混合溶劑中。製成預先經標定之N/10氫氧化鉀之醇(於特級氫氧化鉀7g中添加離子交換水5g,以1級乙醇1 L(升)),藉由利用N/10鹽酸與1%酚酞溶液標定力價=F者進行滴定,根據其中和量,依據下述式算出。
酸值(mgKOH/g)=(N/10 KOH滴定量(ml)×F×5.61)/(試樣(g)×0.01)
本實施例中之波峰分子量為藉由GPC(凝膠滲透層析)法而求出
者,且為利用單分散標準聚苯乙烯製作校準曲線之換算分子量。又,所謂本實施例中之波峰,亦包含肩峰。測定條件如下所述。樣品溶液於將要測定之前藉由過濾器除去不溶於四氫呋喃(THF,Tetrahydrofuran)之成分。
GPC裝置;SHODEX GPC SYSTEM-21(Showa Denko K.K.)
檢測器(DETECTOR);SHODEX RI SE-31(Showa Denko K.K.)
管柱(COLUMN);3根SHODEX GPC KF-807L與1根GPC KF-800D(Showa Denko K.K.)
溶劑;THF
流速;1.2ml/min.
樣品濃度;0.002g-樹脂/ml-THF
注入量;100μL
於測定碳粉之分子量時,使碳粉10質量%充分地溶解於THF90質量%中之後,添加Simgon Talc50質量份、鈦(CR-95)50質量份,進行離心分離,並將所獲得之上清液調整為既定之濃度進行測定。
利用對市售之電子照相影印機進行改造之影印機製作未固定影像。其後,使用對市售之影印機之固定部進行改造之熱輥固定裝置,將熱輥之固定速度設為190mm/秒,於130℃之溫度下使該未固定影像固定。對所獲得之固定影像,藉由砂橡皮(Tombow鉛筆股份有限公司製造)施加1.0 kgf之荷重,使其摩擦6次,藉由麥克貝斯式反射濃度計
測定該摩擦試驗前後之影像濃度。將摩擦後之影像濃度÷摩擦前之影像濃度×100設為於該溫度下之變化率。算出於130℃下之變化率之平均值作為固定率。再者,於此處使用之熱輥固定裝置為不具有供給矽油之機構者。又,將環境條件設為常溫常壓(溫度22℃,相對濕度55%)。
◎;42%≦固定率
○;39%≦固定率<42%
△;35%≦固定率<39%
×;固定率<35%
依照上述最低固定溫度之測定進行。即,利用上述影印機製作未固定影像之後,轉印碳粉像並藉由上述熱輥固定裝置進行固定處理。其後,觀察於非影像部分是否產生碳粉污漬。於使上述熱輥固定裝置之熱輥之設定溫度自150℃依序降低之狀態下重複,進而選取產生碳粉之污漬之設定溫度設為偏移產生溫度,將低溫側之偏移產生溫度設為低溫偏移性。又,將上述影印機之環境設為溫度22℃、相對濕度55%。
◎;偏移產生溫度<130℃
○;130℃≦偏移產生溫度<135℃
△;135℃≦偏移產生溫度<140℃
×;140℃≦偏移產生溫度
依照上述最低固定溫度之測定進行。即,利用上述影印機製作未固定影像之後,轉印碳粉像並藉由上述熱輥固定裝置進行固定處理。
其後,觀察於非影像部分是否產生碳粉污漬。於使上述熱輥固定裝置之熱輥之設定溫度自190℃依序上升之狀態下重複,進而選取產生碳粉之污漬之設定溫度設為偏移產生溫度。又,將上述影印機之環境設為溫度22℃、相對濕度55%。
◎;220℃≦偏移產生溫度
○;210℃≦偏移產生溫度<220℃
△;200℃≦偏移產生溫度<210℃
×;偏移產生溫度<200℃
將於溫度50℃、相對濕度60%之環境條件下放置24小時之碳粉5g放置於150目之篩上,將粉末測試機(細川粉體工學研究所)之變阻器之刻度設為3,施加振動1分鐘。測定振動後之殘留於150目之篩上之質量,求出殘留質量比。
◎;殘留質量比<45%
○;45%≦殘留質量比<65%
△;65%≦殘留質量比<75%
×;75%≦殘留質量比
依據以下基準對自碳粉產生之臭氣進行評估。
將碳粉1g收取於18ml之試管內,於升溫至150℃之鋁塊加熱器DRY THRMOUNIT T-543(大洋科學工業)內靜置30分鐘。使氣味感測器XP-329(New Cosmos Electric)之感測器部接近於試管口,將1分鐘後
之穩定之數值設為測定值。再者,臭氣感測器指示值為利用氣味感測器所得之大氣中之值(基準值)與上述測定值之差(增加部分)。
◎:臭氣感測器指示值<145
○:145≦臭氣感測器指示值<155
△:155≦臭氣感測器指示值<170
×:170≦臭氣感測器指示值
將混合二甲苯100質量份裝入進行氮氣置換之燒瓶內並進行升溫,於二甲苯回流下,花費5小時連續地添加將第三丁基過氧化-2-己酸乙酯10質量份混合溶解於苯乙烯93質量份、丙烯酸正丁酯6質量份、甲基丙烯酸1質量份中之混合液,進而繼續回流1小時。其後,保持為內溫98℃,進而加入第三丁基過氧化-2-己酸乙酯0.5質量份繼續反應1小時,進而加入第三丁基過氧化-2-己酸乙酯0.5質量份繼續反應2小時,獲得具有波峰分子量4600、酸值6.5mgKOH/g之低分子量乙烯系樹脂L-1之聚合液。
將苯乙烯74質量份、丙烯酸正丁酯23.5質量份、甲基丙烯酸2.5質量份裝入進行氮氣置換之燒瓶內,升溫至內溫120℃後保持為同溫度,進行塊體聚合8小時。其次,加入混合二甲苯50質量份,並加入
四乙二醇二丙烯酸酯0.2質量份之後,升溫至110℃。一面將預先進行混合溶解之1,1-雙(第三丁基過氧化)環己烷0.35質量份、混合二甲苯60質量份保持為110℃一面花費9小時連續地添加之後,繼續反應1小時,加入1,1-雙(第三丁基過氧化)環己烷0.21質量份繼續反應2小時,進而加入1,1-雙(第三丁基過氧化)環己烷0.52質量份繼續反應2小時,而結束聚合,獲得具有波峰分子量300000、酸值16.3mgKOH/g之高分子量乙烯系樹脂H-1之聚合液。
以成為高分子量乙烯系樹脂(H-1)50質量份與低分子量乙烯系樹脂(L-1)50質量份之方式混合各聚合液之後,將其刷於190℃、1.33 kPa之容器(vessel)中而蒸餾去除溶劑等,獲得具有第一波峰之分子量4600、第二波峰之分子量300000、酸值11.4mgKOH/g之黏合劑樹脂C-1。
使用0.95 L之附攪拌機之連續式聚合器進行聚合。再者,該高壓釜為滿液式。連續地以每單位時間供給己烷:1060g、氫:8 NL、乙烯:100 NL、5-亞乙基-2-降烯:15.4g、雙(正丁基環戊二烯基)二甲基鋯:0.0004g、N,N-二甲基苯胺四(五氟二苯基)硼酸鹽:0.0026g、三異丁基鋁:0.0185g,溫度保持為150℃,壓力保持為3.6MPa,攪拌旋轉數保持為800rpm。連續地排出聚合溶液1小時。藉由於所獲得之
聚合溶液中加入甲醇而停止聚合。取出聚合物溶液,於氮氣流通下使聚合物溶液乾燥,獲得聚合體70g。
其次,使用薄膜蒸餾裝置(KOBELCO ECO-SOLUTIONS公司製造,2-03型,傳熱面積0.03m2),於溫度190℃、壓力0.08 Torr、上述聚合體之供給速度2.9g/min之條件下,獲得除去低分子量成分之56g餾份〔乙烯共聚合體(E-1)〕。將物性測定結果示於表1。
於合成例1中,將薄膜蒸餾之溫度設為240℃,將聚合體之供給速度設為2.7g/min,除此以外,利用與合成例1相同之方法,獲得除去低分子量成分之48g餾份〔乙烯共聚合體(E-2)〕。將物性測定結果示於表1。
利用與合成例1相同之方法進行聚合,不進行於氮氣流通下之乾燥與薄膜蒸餾,將所獲得之聚合物溶液放入丙酮中並進行攪拌,使對混合溶液進行真空過濾而獲得之固體部(聚合體)乾燥,獲得乙烯共聚合體(E-3)65g。將物性測定結果示於表1。
於合成例1之聚合中,將每單位時間之己烷變更為1010g,將氫變更為6 NL,將5-亞乙基-2-降烯變更為81.4g,除此以外,利用與合成例1相同之方式進行聚合、並停止反應。獲得聚合體115g。
其次,使用薄膜蒸餾裝置(KOBELCO ECO-SOLUTIONS
公司製造,2-03型,傳熱面積0.03m2),於溫度:300℃、壓力:0.10 Torr、上述聚合體之供給速度:2.8g/min之條件下,獲得除去低分子量成分之83g餾份〔乙烯共聚合體(E-4)〕。將物性測定結果示於表1。
於充分地進行氮氣置換之內容積1.0 L之玻璃製燒瓶中,裝入甲苯:0.6 L與2-降烯:10.0g,一面於攪拌速度800rpm下進行攪拌,一面將系統內升溫至85℃。其後,以120 L/h使乙烯流通,以24 L/h使氫流通。繼而,添加三異丁基鋁0.6毫莫耳,進而添加雙(正丁基環戊二烯基)二甲基鋯0.025毫莫耳、N,N-二甲基苯胺四(五氟二苯基)硼酸鹽0.05毫莫耳,開始聚合。一面連續地供給乙烯,一面於常壓下85℃、攪拌速度800rpm下進行攪拌,一面進行聚合30分鐘。將少量之異丁醇添加至系統內並使聚合停止之後,將所獲得之聚合溶液注入至大量丙酮中,藉此使聚合物析出。藉由過濾而回收所獲得之聚合物,於80℃減壓下使其乾燥一晚。其結果,獲得6.0g乙烯共聚合體(E-5)。將物性測定結果示於表1。
相對於100質量份之黏合劑樹脂C-1,添加碳黑(MA100;三菱化成製造)6質量份、於合成例1獲得之乙烯共聚合體2.5質量份、帶電調整劑(T-77;保土谷化學工業公司製造)0.5質量份,並利用亨舍爾混合機進行混合後,利用雙軸混練機(PCM-30型,池貝機械製造),於雙軸混練機吐出部樹脂溫度120℃、滯留時間30秒下進行混練。其次,
進行冷卻、粉碎、分級而獲得碳粉。將所獲得之碳粉之評估結果示於表1。
使用於合成例2~4獲得之乙烯共聚合體,代替於實施例1使用之乙烯共聚合體,除此以外,利用與實施例1相同之方式進行並獲得碳粉。將所獲得之碳粉之評估結果示於表1。
使用不具有由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位的商品名:Hi-Wax 110P(三井化學公司製造,乙烯:93.6莫耳%,丙烯:6.4莫耳%),代替於實施例1使用之乙烯共聚合體,除此以外,利用與實施例1相同之方式進行並獲得碳粉。將所獲得之碳粉之評估結果示於表1。
使用不具有由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位的商品名:Hi-Wax NP105(三井化學公司製造,丙烯:97.3莫耳%,乙烯:2.7莫耳%),代替於實施例1使用之乙烯共聚合體,除此以外,利用與實施例1相同之方式進行並獲得碳粉。將所獲得之碳粉之評估結果示於表1。
使用於合成例5獲得之乙烯共聚合體,代替於實施例1使用之乙
烯共聚合體,除此以外,利用與實施例1相同之方式進行並獲得碳粉。將所獲得之碳粉之評估結果示於表1。
Claims (6)
- 一種電子照相用碳粉,其包含乙烯共聚合體,該乙烯共聚合體包含由乙烯所衍生之構成單位(a)80~99.5莫耳%、及由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)0.5~20莫耳%〔設為(a)+(b)=100莫耳%〕,並滿足下述要件(i)及(ii):(i)極限黏度〔η〕在0.01~0.50dl/g之範圍;(ii)結晶度在50~90%之範圍。
- 如申請專利範圍第1項之電子照相用碳粉,其中,上述乙烯共聚合體進而滿足下述要件(iii)及(iv):(iii)利用示差掃描熱量計(DSC)測定之熔點(Tm)在50~100℃之範圍;(iv)利用GPC測定之分子量分佈(Mw/Mn)在1~3之範圍。
- 如申請專利範圍第1或2項之電子照相用碳粉,其中,上述碳數8以上之環狀烯烴包含2個以上之雙鍵。
- 如申請專利範圍第1或2項之電子照相用碳粉,其中,上述由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)包含下述通式(V)所表示之重複單位,
- 如申請專利範圍第1或2項之電子照相用碳粉,其中,上述由碳數8以上之環狀烯烴所衍生之構成單位(b)為亞乙基降烯(ENB)、或乙烯基降烯(VNB)。
- 一種電子照相用碳粉,其係申請專利範圍第1或2項之電子照相用碳粉包含聚酯樹脂、或苯乙烯系聚合體作為黏合劑樹脂所成。
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