JPH07234550A - 液体現像剤組成物 - Google Patents

液体現像剤組成物

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JPH07234550A
JPH07234550A JP7015557A JP1555795A JPH07234550A JP H07234550 A JPH07234550 A JP H07234550A JP 7015557 A JP7015557 A JP 7015557A JP 1555795 A JP1555795 A JP 1555795A JP H07234550 A JPH07234550 A JP H07234550A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定な水性コロイド状分散液中にナノ寸法の
磁性粒子を含む液体現像剤組成物、液体トナー組成物お
よび液体インク組成物を提供することを目的とする。 【構成】 液体ベヒクル、帯電調節添加剤および着色剤
を含み、その着色剤が水性媒体中の磁性粒子の安定な分
散体を含むことを特徴とする液体現像剤組成物;水性媒
体中での安定なコロイド分散体中に磁性粒子を含む液体
トナー組成物;および、安定な水性コロイド分散体中に
磁性粒子を含むインクジェット組成物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業状の利用分野】本発明の1つの局面は、微細粒子
の安定なコロイド状分散液の調製に関する。さらに詳細
には、本発明は、ナノ寸法複合体の調製に関する。本発
明のもう1つの局面は、サブミクロン粒子の連続フィル
ムの形成に関する。本発明のさらなる局面は、低光学濃
度を有するフェロ液体(ferrofluid)に関する。さらに、
本発明は、フェロ液体の調製方法に関する。さらに詳細
には、本発明は、水性フェロ液体の調製方法に関する。
さらに詳細には、本発明は、種々の着色剤、染料または
顔料を用いたカラーフェロ液体の調製方法に関する。本
発明のさらにもう1つの局面は、サブミクロンイオン交
換樹脂からの前以て微細化した低光学濃度磁性材料の直
接調製法に関する。本発明のさらにもう1つの局面は、
同調性の磁気特性を有する磁性材料に関し、さらに詳細
には、本発明は、単ドメイン(single-domain) 粒子およ
び多ドメイン(multidomain) 粒子の両方を含有する磁性
粒子に関する。さらに詳細には、本発明は、顔料中に最
大保磁力(coercivity)と残留磁気を保持させながら高い
初期透過性を有する磁性材料に関する。
【0002】本発明のもう1つの局面は、単ドメインと
多ドメインの両方を含有する低光学濃度の磁性液体の調
製方法に関する。さらに詳細には、本発明は、種々の着
色剤、染料または顔料を用いたカラー磁性粒子およびカ
ラーフェロ液体の調製方法に関する。本発明のさらなる
局面は、ゼログラフ磁性液体トナー、カラーゼログラフ
磁性液体トナーおよび液体インク組成物、並びにこれら
の調製方法に関する。本発明のさらにもう1つの局面
は、インクジェット用途、さらに詳細には、インクジェ
ットインクおよびその調製方法と使用方法に関する。本
発明のさらにもう1つの局面は、ある材料を流動化し微
細化させ、その後乾燥させて乾燥粒子(この乾燥粒子
は、乾燥状態で使用してもあるいは液媒に再分散させて
もよい)を得ることによる乾燥粒子または液体材料の調
製に関する。本発明のさらにもう1つの局面は、複数の
官能基を有する樹脂を用い、結合部位を維持させながら
沈降させることを含む材料の調製に関する。さらに、本
発明の1つの局面は、MICR組成物並びに該組成物の調製
および使用方法に関する。
【0003】
【従来の技術】サブミクロンまたはナノメーター構造体
の従来技術による調製は、主として、大粒子を調製し、
その後、この粒子を所望粒度の粒子が得られるまで粉砕
またはミリングすることを含んでいた。そのような粒子
の調製に伴う粉砕およびミリング時間は、120〜29
00時間の範囲であった。ナノ寸法の材料を調製し維持
するのは、粒子が凝集して高面積対容積比に関連するエ
ネルギーを低下させるが故に、困難である。この凝集
は、均質な分散液の調製およびそれからの連続薄フィル
ムの形成においてさらなる困難をもたらしている。従来
技術のサブミクロン粒子フィルムの形成は、微細粒子の
拡散を必要としており、これが不均一で不連続なフィル
ムを生じていた。さらに、粒子を液媒に分散させた場
合、液媒の蒸発時に、フィルム特性は、不連続でかつ粒
状材料の個々の島状物であった、これに対して、本発明
材料の液体は、水性ベヒクル中の破砕マトリックス材料
とナノメーター材料の複合体である。本発明における水
性ベヒクルの蒸発時には、粒子は、上記の破砕樹脂材料
のネットワークにより結合した連続フィルム中に存在す
る。
【0004】さらに詳細には、従来の磁性液体の調製
は、一般に、マグネタイト、Fe3O4 のような磁性材料を
適当な液体ベヒクル中で分散剤または界面活性剤の存在
下に粉砕して安定なコロイド状磁性液体を得ることによ
る最も単純になされる極めて時間集約的な方法である。
磁性液体を調製するための典型的な粉砕またはミリング
においては、120〜2900時間(5日〜4ヶ月)の
粉砕またはミリング時間を要していた。問題は、安定な
コロイドの調製を可能にするに十分な小磁性粒子の製造
にある。分散剤または界面活性剤の使用も、適切なまた
は可能性のある界面活性剤を経験的に見出さなければな
らない点で問題である。さらにまた、界面活性剤は、そ
の使用中に、磁性液体を劣化させるかあるいは磁性液体
中で有害な化学反応を生じ得る。
【0005】さらに、従来技術の磁性液体は、その性質
上、典型的に黒色または極めて暗褐色であり、従って、
スペクトルの可視領域において高吸収性である。そのよ
うな材料の主要物には、一般に約10〜1000Åの指
定範囲にある鉄、コバルトまたはニッケル粒子、Fe3O4
のような酸化鉄等の磁性粒子がある。これらの従来技術
の磁性液体は、高度に吸収性であるので、低光学濃度を
必要とする用途においては特別有用ではない。そのよう
な用途の例には、磁石−光(magneto-optic) または電気
−光(erectro-optic) 効果のような、特にスペクトルの
可視および近赤外領域において高磁性および低光学濃度
または高光透過性とを必要とする用途がある。さらにま
た、これらの磁気特性を有する液体を種々の着色剤、染
料または顔料と混合することによりカラー化すべき場
合、従来技術の磁性液体の褐色、黒色または泥色外観
は、これもまた褐色、黒色または泥色の外観を有するカ
ラー磁性液体を与えていた。即ち、磁性で明色のカラー
液体を必要とする用途、例えば、インクおよびトナー
は、従来技術の磁性液体を用いては可能ではない。さら
にまた、着色剤を従来技術の磁性液体に加える場合、染
料と磁性粒子の混合物を調製していた。1成分カラー液
体を必要とする場合、その調製は、従来技術の液体を用
いてはできない。
【0006】標準の1成分および2成分のゼログラフお
よび他の磁性像形成システムにおいては、使用する磁性
顔料は、与えられた磁場でその顔料を機能させ得る残留
磁気と最大保磁力の両方を有する。磁性顔料の残留磁気
および最大保磁力のため、従来技術の材料は、その材料
を有用にするのに十分に高い初期透過性を得るために、
高重量または高容量の顔料含有量を必要としていた。高
い初期透過性を有する磁性顔料は、これらの顔料が実質
的な低顔料含有量を与える余地があり、この低含有量が
トナーまたは現像剤の流動特性を改善し、例えば1成分
ハイライトカラーの光学特性を改善し、装置の下位装置
を色的にきれいにするので、望ましいものである。磁性
顔料として使用する従来技術の超常磁性(SPM) 材料は、
所望の高初期透過性を与える。これらの材料は、ある種
の用途、例えば、記憶(メモリー)を必要とする用途に
おいては必要な最大保磁力と残留磁気を有しないので、
完全に満足し得るものではない。そのような超常磁性材
料は、磁場の存在下でのみ磁性であり、磁場以外では正
味磁性(net magnetism) を有しない点で記憶を有しな
い。
【0007】上述のような超常磁性材料を含有するフェ
ロ液体は、従来技術において、コンピューターディスク
ドライブ用の排除シール;ベァリング用、圧力および真
空密封装置用、熱伝導用並びにオーディオスピーカー装
置および慣性制動における流体制動用シールのような多
くの用途において認められる。磁性酸化物をイオン交換
樹脂中で沈降させることによる乾燥磁性粒子の調製方法
は、米国特許第4,474,866号において、Ziolo
によって開示され具体化されている。その方法によれ
ば、イオン交換樹脂を磁性イオンで負荷させる。次い
で、樹脂を回収し乾燥させる。負荷樹脂は、樹脂ビーズ
の内外それぞれにおいて単ドメインおよび多ドメインの
微結晶を含有していない。磁性ポリマー樹脂は、その
後、微細化して微細磁性粉末を得る。Ziolo に従って調
製した乾燥磁性粒子は、他の典型的従来技術の材料と同
様に、水性媒体に直接懸濁させて安定なコロイドを調製
することができない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】公知の従来技術の磁性
材料において、単ドメインおよび多ドメイン微結晶の両
方を含有するものはない。単ドメインおよび多領ドメイ
ン微結晶の両方の存在は、磁気特性を同調させてその材
料の所望の用途に合致する能力を提供する。単ドメイン
および多ドメイン微結晶の量を互いに対して変化させる
ことにより、高初期透過性、残留磁気および最大保磁力
の各性質を互いに変化させ得る材料を提供することが可
能となる。従って、本発明の目的は、従来技術において
存在する上記および他の困難性を克服することである。
【0009】
【課題を解決するめの手段】上記および他の目的は、
(1) イオン交換架橋樹脂マトリックスを調製し;(2)こ
の樹脂マトリックスにイオンを負荷させ;(3) イオン負
荷樹脂マトリックスを処理して微細粒子の現場(in sit
u) 沈降を行い;(4) マトリックスが破壊するまで、イ
オン交換工程を繰り返し;(5) サブミクロン寸法よりも
大きいイオン交換樹脂を用いるかあるいはより細かいサ
ブミクロン粒子が所望されるような場合、必要に応じ
て、樹脂と沈降粒子の混合物を液体中で微細化させてサ
ブミクロン粒子の安定なコロイドを調製することを特徴
とする微細粒子の安定なコロイドの調製方法に関する本
発明によって達成される。本発明の目的においては、コ
ロイドまたはコロイド状材料とは、液媒中での粒子の安
定な均質分散体として定義される。サブミクロン樹脂を
用いる場合、安定なコロイドを調製するのに微細化工程
は必要としない。しかしながら、微細化工程は、より細
かいサブミクロン粒子を望む場合には、サブミクロン樹
脂においても使用し得る。
【0010】微細化工程が必要な場合、本発明は、粉砕
またはミリング時間を約30〜約180分の範囲に激烈
に短縮させる。本発明によれば、サブミクロン粒子は、
大粒子を粉砕して小粒子を調製することよりはむしろ分
子レベルから構築することによって調製し得る。本発明
のもう1つの実施態様は、磁性液体の調製方法およびそ
の方法によって得られた製品にも関する。その調製方法
は、(1) イオン交換樹脂、例えば、合成イオン交換樹脂
を用い;(2) この樹脂に、鉄、ニッケル、コバルトのイ
オン、または磁性相を形成し得るイオンを負荷あるいは
交換させ;(3) 負荷樹脂を処理して磁性粒子の現場生成
を行い;(4) 必要に応じて、イオン交換工程を繰り返し
て粒子の数および/または粒度を増大させ;(5) 樹脂と
ナノ寸法磁性粒子を含有する複合体を微細化により流動
化させて磁性粒子の安定なコロイド分散液を調製するこ
とを含む。
【0011】本発明は、低光学濃度の材料を提供し、か
くして、単一材料において明色と高磁力強度の共存を可
能にする。本発明は、磁性液体の調製時間を、2〜4桁
程度即ち、約30〜180時間までに激烈に短縮する。
さらにまた、本発明は、分散剤または界面活性剤を必要
としない;これらの分散剤または界面活性剤は、従来技
術の磁性液体の調製において、コントロールできない発
泡を生じ、原料損失、不安定性および性能干渉を生じて
いた。即ち、本発明は、上記のようにして調製したイオ
ン交換樹脂と磁性粒子との微細化した複合体を選定した
媒体好ましくは水中で流動化させることによって安定な
コロイドを調製し得る生成物およびその調製方法を提供
する。さらにまた、得られた液体は、低光学濃度を有す
る。さらに、もう1つの実施態様においては、本発明に
よる磁性粒子は、有機分散剤の使用に関連する従来技術
の欠点を克服し、しかも、高い初期透過性を維持しなが
ら最高保磁力と残留磁気を獲得する。
【0012】上記および他の目的は、磁性粒子をサブミ
クロンイオン交換樹脂中で調製することによって達成さ
れる。本発明方法は、再粉砕することなしに粒子の調製
を可能にする。高品質のサブミクロン低光学濃度材料が
限外濾過技術を用いることによってイオン交換樹脂から
直接形成される。得られた材料は、見出された最初の2
成分低光学濃度系であり、樹脂ビーズの内外それぞれに
単ドメインおよび多ドメイン (γ)-Fe2O3 微結晶を含
む。上記および他の目的は、イオン交換樹脂マトリック
スを用い、この樹脂にイオンを負荷させ、樹脂を処理し
てサブミクロン粒子の現場生成を行い、得られた樹脂ビ
ーズ−サブミクロン粒子複合体を乾燥させ、この複合体
を微細化して乾燥粉末を得ることによって達成される。
本発明のさらなる目的および利点は、1部は以後の説明
において述べるし、1部はこれまでの説明から明らかで
あろうし、また、本発明の実施によっても習得し得るで
あろう。本発明の目的および利点は、特許請求の範囲に
おいて特に明示した構成要素および組合せにより理解さ
れ達成され得るであろう。
【0013】本発明の1つの実施態様においては、ナノ
寸法粒子および安定なコロイドは、ポリマーマトリック
スを用いて調製し得る。本発明のもう1つの実施態様に
おいては、イオン交換樹脂と磁性粒子を含む複合材料
を、米国特許第4,474,866号に記載されている
ようにして調製する。イオン交換に対して化学的に適性
な部位を有する架橋ポリマーマトリックスを用い得る。
そのようなマトリックスは、合成イオン交換樹脂であり
得るイオン交換樹脂により調製する。大多数の有機イオ
ン交換樹脂は、架橋ポリスチレンのマトリックスをベー
スとしており、このマトリックスは、微細粒状物を調製
するのに必要なタイプの化学的、物理的に強固なミクロ
構造体を提供する。好ましい樹脂は、ジビニルベンゼン
で約1〜15%架橋させたポリスチレンスルホン酸(PSS
A)イオン交換樹脂である。より好ましくは、4〜8%ジ
ビニルベンゼン架橋スルホン化ポリスチレンである。適
当なイオン交換樹脂の具体的例には、そのマトリックス
全体に亘ってまたは表面上に分散させた複数の化学的に
適性の部位を有するポリマーがあり、それらの部位は、
イオン性例えば磁性成分を現場生成させるのにまたは種
々の発色団の化学結合を起こさせて所望のカラーを得る
のに用い得る。
【0014】1つの実施態様においては、複数の化学的
に適性な部位が存在し、これらの部位が、上述のカラー
であり得る基または他の任意の結合基の結合を許容しな
がら、磁性または非磁性のナノ寸法粒子の沈降を可能に
する。1つの例においては、樹脂は少なくとも2個の官
能基を有し、その1つは粒子を沈降させ得、もう1つの
例えばアミンは蛋白質または抗体の結合を許容する。こ
の例においては、磁性または非磁性液体を特定の医薬用
途に調合し得る。単独または任意の組合せで存在し得る
官能基には、SO3-、COOH- 等がある。任意の組合せで使
用し得る官能基は、当業者にとって自明であろう。カチ
オン樹脂の特定の例には、スルホン化ポリスチレン、R-
CH2SO3-H+ 、強酸性フェノール類、弱酸性アクリル類、
R-COO-Na+ ( 式中、 Rはアルキルである)、弱酸性キレ
ート性ポリスチレン等があり、強酸性スルホン化ポリス
チレンが好ましい。さらに、ベーカー(Baker、登録商
標) IONAC NA-38 、ベーカー IONAC A-554、ドウェック
ス(Dowex、登録商標) SBR 、アンバーライト(Amberlit
e、登録商標) IRA-400 およびドウェックス IX8-100の
ようなアニオン交換樹脂もまた使用し得る。当業者が理
解すべきことは、本発明におけるアニオン樹脂の1つの
用途が可溶性の染料を不溶性の顔料に転化させることに
あるということである。他の適当な樹脂も、これらの樹
脂が無色かほんの僅かな色濃度を有し、非干渉性の色を
有する限り、また本発明の目的を達成する限り、当業者
とって選択し得るものである。
【0015】樹脂マトリックスは、好ましくは、繰り返
しの乾燥、膨潤および脱膨潤のサイクルに耐え得、さら
に、好ましくは、120℃以下の温度で熱分解しないも
のである。樹脂は、好ましくは、強酸、塩基またはレド
ックス溶液への暴露により影響を受けないものである。
樹脂は、試薬級または工業級であり得る。費用と粒度の
差異は別として、工業級は試薬級よりも有色である。工
業級樹脂の色は、一時的なものであり、溶媒洗浄通常は
水洗により容易に除去し得る。洗浄後、工業級樹脂は試
薬級と同様な弱い琥珀色を呈する。樹脂ビーズは、約2
0〜約500メッシュ、好ましくは約20〜400メッ
シュサイズ即ち約850〜約38ミクロンであり得る。
さらに好ましくは、樹脂ビーズは、約200〜約400
メッシュ即ち約75〜38ミクロンである。大粒度のビ
ーズは、小粒度のビーズよりも2つの利点を有する。先
ず、大ビーズを用いた場合、速い沈降速度とデカンテー
ションのし易さ故に、処理時間が短い。次に、大ビーズ
は、その製造中の大きい浸透ショック作用のために、小
ビーズよりも機械的に弱い。即ち、大ビーズから調製し
た低光学濃度の材料は、小ビーズから調製した材料より
も容易に砕けて恐らく微細化する。その弱い機械的強度
にもかかわらず、低コストの大ビーズは、10回の負荷
サイクルにおいてまたはそれを越えてさえもイオン交換
能力を保持している。
【0016】本発明で使用するための市販のイオン交換
樹脂には、ローム アンド ハース社およびダウ ケミ
カル社のような製造業者から入手し得るポリスチレンス
ルホン酸イオン交換樹脂がある。コストと色以外にも、
架橋密度および部位のスルホン化における樹脂の均質性
も適し得る樹脂の選定に当たって考慮すべきである。こ
れらの点は、粒度、粒形および粒度分布の分散特性に影
響を及ぼし、ひいては、複合体の光学特性を変える。ま
た、樹脂は、追加の微細化工程を必要としないように、
サブミクロン粒度で使用し得る。そのようなマトリック
スの例には、本発明の目的においてはSSPRと表示し、ロ
ーム アンド ハース社からエマルジョン形で入手し得
るサブミクロンスルホン化ポリスチレン樹脂がある。本
発明での使用に適するさらなるサブミクロン樹脂には、
本明細書で述べる磁性材料の特性に干渉しない任意のサ
ブミクロン樹脂がある。
【0017】樹脂を選定したのち、樹脂マトリックスを
沈降プレカサーイオンで負荷する。磁性コロイドの場合
には、このイオンは、Ziolo の米国特許第4,474,
886号に記載されている形での第1鉄または第2鉄イ
オンのような数種の異なるイオンであり得る。使用し得
るプレカサーイオンの例には、鉄、コバルト、ニッケ
ル、マンガン、バナジウム、クロム、稀土類金属等の遷
移金属イオンから誘導し得るイオンがある。非磁性コロ
イドの場合には、プレカサーは、例えば、硫黄、セレ
ン、金、バリウム、カドミウム、銅、銀、マンガン、モ
リブデン、ジルコニウム、ガリウム、砒素、インジウ
ム、錫、鉛、ゲルマニウム、ジスプロシウム、ウラニウ
ム、アルミニウム、白金、パラジウム、イリジウム、ロ
ジウム、コバルト、ニッケル、レニウム、タングステ
ン、ランタン等のイオンであり得る。これらのイオン
は、塩化第1鉄、塩化第2鉄、塩化銅、塩化ニッケル等
のような上記金属の塩化物の形で一般に存在する。相応
する沃化物、臭化物およびフッ化物も適している。他の
カチオン源には、例えば、水溶性の酢酸鉄、硝酸鉄、過
塩素酸鉄、硫酸鉄、チオシアン酸鉄、チオ硫酸鉄、酢酸
ニッケル、酢酸コバルト等の可溶性塩がある。
【0018】次に、負荷または交換させた樹脂を、分散
体例えば磁性相において所望される材料の現場沈降また
は形成を生ずるように処理する。例えば、磁性γ-Fe2O3
〔マグヘマイト(maghemite) 〕をこの方法で沈降させ
る。例えば、周知の半導体材料である硫化カドミウムを
この方法で沈降させる。さらなる粒子には、硫酸バリウ
ム、亜硫酸銅、酸化マンガン、塩化銀、元素状金および
元素状セレンがある。ナノメーター粒子は、化合物例え
ば硫化銅としてまたは元素形で沈降させ得る。複合体材
料を調製した後、イオン交換工程およびその後の粒子形
成を数回繰り返して高負荷量の粒子を得ることができ
る。これを、好ましくは複数回、より好ましくは約5〜
約10回またはイオン交換樹脂が破壊するまで繰り返
す。磁性粒子の場合には、磁力強度を増大させるために
行う。粒子数が増大するにつれ、または粒度が増大する
につれ、架橋ポリマーマトリックスは応力を受け実際に
破壊する。典型的なイオン交換樹脂においては、応力は
第1の負荷後に起り得る。形成された粒子は、粒度にお
いてサブミクロンであり、好ましくは約50〜150オ
ングストロームである。
【0019】例えば、上記複合体の安定な媒体またはベ
ヒクル中でのボールミリングによる微細化は、約30〜
約180分間で上記複合体材料の安定な分散液の調製を
可能にするであろう。適し得るベヒクルは、例えば、水
およびメタノール、エタノール、グリコール等の水混和
性物質または水混和性溶媒のような分散を可能にする任
意のベヒクルである。ベヒクルは、さらに、所望の機械
的、電気的または光学上の諸性質に悪影響を及ぼさない
任意の物質、例えば、水溶性ポリマーも含み得る。微細
化とは、当業者により、ある材料の液体中または乾燥状
態でのサブミクロン粒度への微粉砕を意味するものであ
ると当業者により理解されていることである。本明細書
で用いるときの流動化は、粒子を含有する高分子マトリ
ックスの微細化による液体の生成であると定義する。微
細化は、磨砕、エアー磨砕、その後の液体例えば水中へ
の分散、シェーキング、ミリング、ボールミリング、水
中への直接シェーキングまたはボールミリングにより行
い得る。シェーキングまたはボールミリングが好まし
い。粗粒子は、濾過または遠心により除去し得る。平均
微細化時間は約30〜約180分である。
【0020】1つの実施態様においては、このようにし
て調製した磁性液体は、約50〜約150Åのγ-Fe2O3
の安定な水中分散体を含む。小粒子故に、通常高吸収性
のγ-Fe2O3の嵩光定数(bulk optical constant) は、光
学濃度が元の値の約10〜約90%好ましくは約25〜
約75%に低下する点まで減衰する。そのような液体の
光吸収スペクトルは、約570nm〜少なくとも800nm
までの窓において約750nmの吸収端を示す。700nm
でのそのような材料の典型的なln(IO /I)/d 値(cm -1
の) は、約170である。本発明の液体の光透過性は、
現存の市販フェロ液体よりも10〜80%改良されてい
る。本発明の負荷樹脂から調製したフェロ液体の15キ
ロガウスでの磁力飽和モーメントは、磁性粒子の濃度に
もよるが、約1emu/g 以下で始まり、好ましくは約1em
u/g 〜約10emu/g 以下、より好ましくは約1emu/g 〜
約8emu/g 以下である。本発明の液体をセルまたはキャ
スト内でフィルム(自由放置または支持した)中に含有
させて磁場内に置いた場合、ファラデー回転効果が出現
する〔即ち、材料は、平面偏波可視光の平面を、加えた
磁場強度、サンプル厚および光の波長(度合は小さい
が)に依存する度合で回転させる〕。目視試験した時の
本発明の液体自体は、深赤/褐色または濃赤色の色相を
有する無比な透明度を有し、典型的な公知のフェロ液体
の黒色を有しない。
【0021】サブミクロン樹脂の使用により、安定なコ
ロイドが沈降時に生成し、さらなる微細化工程は必要で
ない。追加の微細化工程は、もっと細かい粒度のコロイ
ドが所望される場合には、実施してもよい。前以て微細
化した磁性樹脂を調製するためには、ホストマトリック
スとしてサブミクロンイオン交換樹脂を用いることが必
要である。そのようなマトリックスの例には、本発明の
目的においてはSSPRと表示し、ローム アンド ハース
社からエマルジョン形で入手し得るサブミクロンスルホ
ン化ポリスチレン樹脂がある。本発明での使用に適する
さらなるサブミクロン樹脂には、本明細書で述べる磁性
材料の特性に干渉しない任意のサブミクロン樹脂があ
る。サブミクロン樹脂の場合においては、極めて小粒度
の樹脂ビーズであるがために、通常のイオン交換技術の
代わりに、限外濾過技術を用いて樹脂を処理する。サブ
ミクロン樹脂ビーズは、イオン例えば磁性イオンを含有
させる前に水性コロイド形で懸濁させ、かくして樹脂と
粒子の安定なコロイド状分散液を得る。また、樹脂ビー
ズを取出し乾燥させて乾燥ナノ複合体を得てもよい。
【0022】磁性材料の場合、樹脂ビーズ中に含有させ
て単ドメインおよび多ドメイン磁性粒子の両方を形成さ
せ得るイオンには、鉄、コバルト、ニッケル、マンガ
ン、バナジウム、クロム、稀土類金属等の遷移金属イオ
ンから誘導し得るイオンがある。これらのイオンは、塩
化第1鉄、塩化第2鉄、塩化銅、塩化ニッケル等のよう
な上記の金属の塩化物の形で一般に存在する。相応する
沃化物、臭化物およびフッ化物も適している。他のカチ
オン源には、例えば、水溶性の酢酸鉄、硝酸鉄、過塩素
酸鉄、硫酸鉄、チオシアン酸鉄、チオ硫酸鉄、酢酸ニッ
ケル、酢酸コバルト等の可溶性塩がある。限外濾過は、
種々の選択性の分子分離を行い得る圧力活性型膜濾過方
法である。この方法の詳細については、1982年6月
16〜18日にイリノイ州リンカーンシェアーで開催さ
れた 1982 Corn Refiners Association Scientific Con
ference で提示された Breslau, B.R.の“Ultrafiltrat
ion, Theory and Practice" なる論文を参照されたい。
限外濾過においては、処理液は、図1に示すように、1
0〜200オングストローム範囲の孔径を有する膜を通
って流れる。溶媒および分子サイズと分子量が分子量カ
ットオフ値以下である種は、膜を透過して限外濾過液と
なり、一方、濾過しない種は、処理流中に次第に濃縮さ
れる。限外濾過は、溶媒分子のような低分子量種を保持
しないもっと“多孔質”の膜を用いる点で逆浸透と異な
る。図5は、粒度による膜分離用途を示す。限外濾過
は、10-3〜102 ミクロンの範囲をカバーする。
【0023】ロミコン(ROMICON、登録商標) 限外濾過装
置の中心には、図3の顕微鏡写真で示すホロファイバー
がある。これらのホロファイバーは、非セルロース系の
合成ポリマー上に構築されている。ホロファイバーは、
異方性であり、スポンジ様の外側構造体により支持され
た内表面上に極めて強固な皮膜を有する。ホロファイバ
ーの極めて厚い壁は、ホロファイバーに長期の操作にお
いて必要な強度を与えている。皮膜即ち活性膜は0.1
ミクロン厚であり、皮膜を通る種はすべて外側構造体を
容易に通過する。従って、生ずる外来物質の蓄積はいず
れも皮膜上のみであってスポンジ様外側支持体内ではな
い。自己支持性のホロファイバー構造体は、ホロファイ
バーを通して連続の高平均流出速度を維持する逆流(bac
kflushing)法の使用を可能にする。逆流は、膜表面から
外来物質および流出抑制層を押し戻す。流動はホロファ
イバーの内部でコントロールされた流体管理条件下で起
こるので、高剪断力が膜表面で存在して透過しない溶質
による濃度偏在を最小にする。透過しない溶質は処理の
上流で連続的に濃縮され、一方、低分子量溶質および溶
媒は膜を透過する。
【0024】ロミコンホロファイバーは、カートリッ
ジ、シェルおよびチューブ形状物内にハウジングする。
シェルおよびチューブ形状物とは、後述するように、ホ
ロファイバーを外側カートリッジ内に保持させて、外側
カートリッジ中に液体を供給することによって繊維を通
る流れまたは繊維の周辺の流れを可能にする構築物を称
する。各カートリッジは、2つの処理部分と2つの浸透
部分を含む。処理部分はホロファイバーの内腔に流れを
直接供給し、一方、浸透部分はカートリッジシェルに流
れを直接供給する。これらの部分を通る流れは、完全に
コントロールし得かつ1つのモードの操作から他のモー
ドの操作に切替え得る。カートリッジは、ロミコンホロ
ファイバーの非セルロース質のために高温でかつ本発明
のナノメーター粒子特に低光学濃度材料の調製における
高pH範囲において操作し得る。上述のような複合体樹
脂ビーズは、微細化前に乾燥させ、次いで、微細化して
液体または固体、例えば、ポリマー中での分散のための
乾燥粉末複合体を調製し得る。この粉砕複合体と液体ま
たは固体との分散体は、その後、後述するようなフィル
ム形成において使用し得る。
【0025】1つの実施態様においては、イオン交換樹
脂は、水溶性金属塩、水性ベースおよび穏やかな酸化剤
で処理して磁性形に転換させる。次いで、得られた材料
を濾過により集め、乾燥させ、磁性顔料としての使用に
備える。材料の微細化は、該材料が処理の前後において
サブミクロンであることから不要である。さらに、材料
は、公知の方法により、カラー用途のために、そのイオ
ン交換特性を介して直接染色し得る。図6は、中に単ド
メイン粒子1を有し、その上に多ドメイン粒子2を有す
る樹脂ビーズを含有する磁性材料を示す。多ドメイン粒
子は磁性材料の残留磁気および最大保磁性成分を与え、
単ドメイン粒子は高初期透過性を与える。イオン交換樹
脂中の交換部位の高い表面対体積比は、マトリックス内
で同時に生成する単ドメイン粒子と多ドメイン粒子の分
布を可能にし、可変性の磁気特性を有する磁性顔料を提
供する。その様な分布の範囲は、高い初期透過性、最大
保磁力および残留磁気を有する磁性顔料を与えるような
範囲であり得る。
【0026】本発明のもう1つの実施態様においては、
粒子と樹脂は、流動化させその後乾燥させて微細化して
ない乾燥粒子と異なる性質を有する生成物を得ることが
できる。これらの乾燥粒子は、その後、例えば乾燥また
は液体トナーまたは現像剤中で使用し得、あるいは再分
散させてさらなる安定なコロイドを調製し得る。適切な
乾燥および分散サイクルの選定並びに中間材料の適切な
使用は、当業者にとって容易に理解し得ることである。
本発明の材料、例えば、磁性液体は、混合により、例え
ば、着色剤例えば食品着色剤と混合することによって染
色または着色し得、あるいはカラー顔料であり得る第2
成分のコロイド状懸濁液と共存させ得る。カラー顔料
は、複合体と一緒に混合物に加えて所望のカラーを得る
ことができる。さらに、イオン交換能力を複合体自体内
に維持し得るので、カラーも、染料または他の発色団を
樹脂中にイオン交換させることによってポリマーマトリ
ックス中に直接導入し得る。
【0027】顔料としては、公知のマゼンタ、シアン、
イエローの各顔料、これらの混合物、並びにレッド、グ
リーンまたはブルーの各顔料、これらの混合物等を使用
し得る。カラー顔料は、一般に約1〜20%、好ましく
は約1〜約10%、より好ましくは約2〜約10%の量
で存在する。顔料は、磨砕、エアー磨砕、シェーキン
グ、ミリング、ボールミリング等により導入する。顔料
の粒度は、所望する材料特性になんら干渉しないように
選定する。顔料粒子は、好ましくはサブミクロン粒度で
あるが、意図するカラー用途によってはそれより大きく
てもよい。顔料粒子の粒度を操作して所望のカラー結果
を得ることは、当業者とってなし得ることである。適当
な水溶性染料の例には、ダイレクト ブルー 199、ダイ
レクト ブルー 86 、ダイレクト イエロー 86 、BASF
社から入手し得るバサシッド(Basacid) ブラック X34等
がある。裸眼には見えないが可視波長範囲外の照射線
(紫外線または赤外線)に露光させたときには検知し得
る染料も適している。
【0028】染料は、任意の有効量、典型的には約1〜
約20重量%、好ましくは約2〜約10重量%で存在す
るが、その量は、これらの範囲外であってもよい。当業
者ならば理解し得ることであるが、上記の染料および顔
料は、限定を目的とするものではない。本発明で使用す
るためのさらなる染料および顔料は、当業者ならば容易
に認識し得るものであろう。イオン交換能力が複合体自
体中に維持されているので、カラーも、染料または他の
発色団を樹脂中にイオン交換させることによってポリマ
ー中に直接導入し得る。この試みの2つの例を図2に示
している。図2に示す第1の2つの直接着色例は、それ
ぞれ、レッドおよびブラック樹脂を調製するためのカチ
オン染料のイオン交換を示す。さらに、樹脂のイオン交
換能力を再び用いて、直接着色を、公知のキレート化剤
および他の発色団生成性材料により発色団を形成させ得
る金属の導入によって行い得る。図2の第2の2つの直
接着色例は、鉄(II)ビピリジル(bipy)およびニッケルジ
メチルグリオキシン(dmg) を用いて樹脂中に発色団を直
接沈降させてレッド樹脂を生成させる該方法を例示して
いる。直接着色は、微細化形の複合体を用いると高度に
効果的で迅速であることが判明している。上述のよう
に、樹脂とイオン交換し得る任意の公知の染料を使用し
得る。直接着色方法は、F. Helffe-rich, “Ion Excha-
nge", McGraw-Hill, NY 1962および R. Paterson, “An
in-troduction to IonExchange", Heyden and Son, Lt
d.,London, 1970 に記載されている。
【0029】上述のようにして調製したカラー材料は、
沈降に対して安定であり、ベヒクルからカラーを分離し
ない。さらに詳細には、上述のようにして調製したカラ
ー磁性材料は、沈降に対して安定であり、加えた磁場に
おいて磁性ベヒクルからカラーを分離しない。上述のよ
うな材料は、連続フィルム、表面コーティング、厚フィ
ルムおよび自由放置性フィルムの形成に使用し得る。そ
のようなフィルムは、任意の公知の基体上、例えば、ガ
ラス、金属、セレン、シリコン、石英、織布、繊維、紙
等に形成させ得る。これらのフィルムの形成方法には、
好ましくは、蒸着、スピンコーティング、ディップコー
ティング、押出コーティング、グラビアコーティング、
ロールコーティング、注型コーティング、ブラシコーテ
ィング、カレンダーコーティング、メニスカスコーティ
ング、粉末樹脂コーティング、スプレーコーティング、
静電スプレーコーティング延伸棒コーティングがある。
各種コーティング方法の例は、例えば、G.L. Booth,
“Coating Equipment and Processes", Lcc-kwood Publ
ishing, New York, 1970;the Kirk-Othmer Encycloped
ia of Chemi-cal Technology, 3rd. ed., Wiley-Inters
cience, New York, 1979および“Ull-mann's Encyclope
dia of Industrial Chemistry," VCH Publishers, New
York,1991において見出し得る。さらにまた、本発明の
材料は、ポリマー、プラスチック等の公知のフィルム形
成性材料に混合または添加して本発明の材料を含有する
フィルムを注型または型成形させ得る。本発明の材料か
ら形成させたフィルムは、例えば、機械的、磁性的、光
学的または電子的用途を含む。
【0030】本発明の材料は、液体現像方法においても
使用し得る。分極性液体現像方法においては、米国特許
第3,084,043号に開示されているように、比較
的低粘度と低揮発性および比較的高導電性(比較的低体
積抵抗性)を有する液体現像剤をグラビアロール上に供
給してロール表面の各凹部を満たす。過剰の現像剤を凹
部間の陸部から除去し、像形状に帯電させた受入れ表面
がグラビアロール近くを通るときに、液体現像剤を各凹
部から受入れ表面に像形状で帯電像により引き付させ
る。上記の液体現像剤を分極性液体現像システムにおい
て使用したい場合、液体現像剤を、グラビアロールのよ
うなアプリケーターに供給し静電潜像近くに給送する。
帯電像がアプリケーターの各凹部内の液体現像剤を分極
させ、それによって現像剤を各凹部から引出し現像剤を
像付着用部材上に流動させて像を現像する。この用途に
おいては、液体現像剤の液体ベヒクルは、現像剤内での
移動が一般に必要でなくまた液体現像剤が現像前にアプ
リケーターの凹部内に保持されるように十分に粘稠でな
ければならないので、電気泳動現像の場合よりも幾分粘
稠である。しかしながら、その粘度は、上記液体現像剤
がアプリケーターロールの凹部から静電潜像が奏する力
により引出され得なければならないので、多くのプリン
ティングインクにおいて典型的に観察される粘度よりも
有意に低い。即ち、分極性現像システムでの使用のため
の液体現像剤は、典型的には複写機またはプリンターの
装置操作温度で約25〜約500センチポイズ、好まし
くは装置操作温度で約30〜約300センチポイズの粘
度を有する。さらに、分極性液体現像システムで使用す
る液体現像剤は、静電潜像の近くに入るときに分極化さ
れるように、電気泳動または光電気泳動現像システムで
用いる液体現像剤よりも低い抵抗値を典型的に有する。
しかしながら、本発明の液体現像剤は、典型的なプリン
ティングインクの抵抗値(その抵抗値は、一般的に、約
109 オーム-cm よりも実質的に低い)よりも有意に高
い抵抗値を一般に有する。典型的には、分極性液体現像
システム用の液体現像剤は、約108 〜約1011オーム
-cm 、好ましくは約109 〜1010オーム-cm の抵抗値
を有する。
【0031】液体現像剤は、液体ベヒクル、帯電調節添
加剤および着色剤を一般に含む。液媒は、約6〜約14
個の炭素原子を有する高純度アルカン類およびイソパラ
フィン系炭化水素類のような炭化水素類のような液体現
像法において通常用いる任意の炭化水素液体であり得
る。イソパラフィン系炭化水素類は、無色で環境的に安
全でありかつ十分に高い蒸気圧を有して該液体の薄フィ
ルムが接触表面から周囲温度で数秒以内で蒸発するの
で、好ましい液媒である。一般に、液媒は、現像剤組成
物注に大量に存在し、他の成分によっては表せない現像
剤の重量%を構成する。液媒は、通常約80〜約98重
量%の量で存在するが、その量はこの範囲から変動し得
る。
【0032】本発明の液体現像剤は、帯電調節剤も含有
し得る。液体現像剤用の適当な帯電調節剤の例には、ヘ
プタン酸のリチウム、カドミウム、カルシウム、マンガ
ン、マグネシウムおよび亜鉛塩;2-エチルヘキサン酸の
バリウム、アルミニウム、コバルト、マンガン、亜鉛、
セリウムおよびジルコニウム塩(これらの塩は、メチル
オクタン酸塩としても知られている);ステアリン酸の
バリウム、アルミニウム、亜鉛、銅、鉛および鉄塩;ナ
フテン酸のカルシウム、銅、マンガン、ニッケル、亜鉛
および鉄塩;およびラウリル硫酸アンモニウム、ジヘキ
シルスルホ琥珀酸ナトリウム、ジオクチルスルホ琥珀酸
ナトリウム、ジイソプロピルサリチル酸アルミニウム、
樹脂酸アルミニウム、3,5-ジ-t- ブチル- γ- レゾルシ
ン酸のアルミニウム塩がある。特に好ましい帯電調節剤
には、レシチン OLOA 1200;塩基性ペトロン酸バリウ
ム、オクタン酸ジルコニウム、ステアリン酸アルミニウ
ム;ヘプタン酸のカルシウム、マンガン、マグネシウム
および亜鉛塩;オクタン酸のバリウム、アルミニウム、
コバルト、マンガン、亜鉛、セリウムおよびジルコニウ
ム塩;ステアリン酸のバリウム、アルミニウム、亜鉛、
銅、鉛および鉄塩;ナフテン酸鉄等;およびこれらの混
合物がある。帯電調節添加剤は、任意の有効量、現像剤
組成物の典型的には約0.001〜約3重量%好ましく
は約0.01〜約0.8重量%の量で存在するが、その
量はこの範囲外であってもよい。現像剤の帯電特性を改
善するために加える帯電増強剤のような他の添加剤も、
本発明の目的が達成される限り、本発明の現像剤に添加
し得る。
【0033】本発明の液体現像剤は、上述のような液体
ベヒクル中にトナー粒子またはカラートナー粒子を含有
する。例えば、トナー粒子は、液体ベヒクル中に分散さ
せた顔料粒子単独からなり得る。所望ならば、高分子成
分を現像剤中に存在させ得る。そのポリマーは、液体ベ
ヒクルに可溶性であり得、ポリ(2- エチルヘキシルメタ
クリレート);ニュージャージー州のハードマン社から
入手し得るカレン(Ka-lene) 800 のようなポリ(イソブ
チレン- イソプレン);プリオライト(Plioli-te) OMS
のようなビニルトルエンアクリルコポリマーのようなビ
ニルトルエン系コポリマー;ネオクリル(Neocryl) S-10
02およびEX519 ;パラポール(Parapol)900 、パラポー
ル 1300 、およびパラポール 2200 等;クラトン(Krato
n) G 1701 のようなポリ(スチレン-b- 水素化ブタジエ
ン) のようなブロックコポリマー等;およびこれらの混
合物がある。
【0034】さらに、ポリマーは、液体ベヒクル中に不
溶性であり得、個々の粒子としてまたは顔料粒子の周り
のカプセル化シェルとして存在し得る。この場合の適当
なポリマーの例には、E. I. デュポン社から入手し得る
エルバックス(Elvax、登録商標) I 樹脂のようなエチレ
ン- 酢酸ビニルコポリマー;E.I. デュポン社から入手
し得るニュクレル(Nucrel 、登録商標) IIのようなエチ
レンとアクリル酸またはメタクリル酸から選ばれたエチ
レン系不飽和酸 (酸成分が0.1〜20重量%の量で存
在する) とのコポリマー;ポリブチルテレフタレート;
ベークライト(Bakelite) DPD 6169、DPDA 6182 ナチュ
ラル、および DPDA 9169 ナチュラルとして入手し得る
もののようなエチレン- エチルアクリレートコポリマ
ー;ユニオン カーバイド社から入手し得る DQDA 6479
ナチュラル 7、DQDA 6832 ナチュラル7 のようなエチ
レン酢酸ビニル樹脂;E. I. デュポン社から商品名エル
バサイト(Elvacite)として入手し得るポリブチルメタク
リレート、ポリエチルメタクリレートおよびポリメチル
メタクリレートのようなメタクリレート樹脂等がある。
さらに、ポリマーは、液体ベヒクル中に部分的に可溶性
であるか、あるいは液体ベヒクル中に、例えば75℃以
上の昇温下では可溶性で、例えば約10〜約65℃の周
囲温度では不溶性であり得る。この場合の適当なポリマ
ーの例には、塩素化ポリプロピレンのようなハロゲン化
ポリオレフィン類、およびポリヘキサデセン、ポリオク
タデセン等のポリオレフィン類がある。
【0035】存在するときの現像剤の固形部分の高分子
成分は、本発明の液体現像剤の固形成分の約95重量%
までの任意の量で存在する。
【0036】さらに、本発明の液体現像剤は、導電促進
剤も含有し得る。例えば、本発明の現像剤は、例えば、
米国特許第4,059,444号に開示されているよう
な第4級アンモニウム化合物を含有し得る。本発明の液
体現像剤は、選定したトナー粒子のタイプに適する任意
の方法によって一般に調製し得る。例えば、本発明の現
像剤は、各成分を加熱混合し、次いで、混合物をアトラ
イター中で混合物の均質性が得られるまで磨砕すること
によって調製し得る。一般に、像は、静電潜像を発生さ
せ、この潜像を本発明の液体現像剤と接触させ、それに
よって像を現像せしめることによって本発明の液体現像
剤により現像する。分極性液体現像方法に適する本発明
の液体現像剤を用いる場合、その方法は、静電潜像を像
形成部材上に発生させ、本発明の液体現像剤をアプリケ
ーターに供給し、このアプリケーターを上記潜像に十分
に近づけて上記潜像が現像剤を像形成部材上に引き付け
るようにし、それによって像を現像することを含む。さ
らに、像は、電子写真法またはイオノグラフ法により誘
電性像形成部材上に発生させ、次いで、この像を現像
し、必要に応じて、基体に転写させることもできる。必
要ならば、転写像を、加熱、加圧、溶媒蒸気または紫外
線のような感光性照射線への暴露、またはこれらの組合
せによるような任意の適当な手段により基体に定着し得
る。さらに、本発明の液体現像剤は、静電像を電子写真
法またはイオノグラフ法により基体上に直接発生させ、
次いで、現像した像のその後のさらなる基体への転写な
しに現像するような、電子写真像の現像にも使用し得
る。
【0037】本発明で調製したナノ寸法磁性粒子は、混
合し必要ならば粉砕することによりまたはLarsonの米国
特許第4,760,009号に開示されているような他
の公知の導入方法により、液体現像剤組成物中に含有さ
せ得る。その方法は、ミリング、磨砕等により得る。か
くして、含有させ像形成させた後に得られた像は、低バ
ックグラウンドの高解像力を有し、磁性、カラー化、ま
たは磁性でカラー化されたものであり得る。本発明の材
料は、トナー組成物にも含有させ得、得られたトナー組
成物は、本発明の磁性材料と適性なベヒクルまたはキャ
リヤーを含む。本発明の材料を含有させ得るトナー組成
物は、当業者にとって自明であろう。本発明の材料は、
米国特許第5,047,307号に開示されているよう
な静電潜像を現像するための組成物用のトナーに含有さ
せ得る。即ち、磁性−静電トナー組成物を調製し得る。
【0038】本発明の材料は、インクジェットインクの
ような液体インク組成物中でも使用し得、得られた組成
物は、適性なベヒクルまたはキャリヤー中に本発明の材
料を一般に含む。本発明の材料と一緒に用いるためのイ
ンク組成物、そのようなインク組成物の調製方法および
使用方法は、当業者にとって自明であろう。本発明の材
料は、インクジェット用途におけるような液体インク組
成物、例えば、米国特許第5,114,477号に開示
されたインクにおいても使用し得る。本発明で使用する
インクジェット系は、熱、音響、静電、磁性系を含む。
これらの系は、当業者にとって容易に理解し得るもので
ある。1つの実施態様においては、本発明の材料は、後
述の実施例5および6におけるようにして含有させ得
る。このようにして調製した像は、磁性、カラー化、ま
たは磁性でカラー化したものであり得る。本発明の材料
は、磁性像キャラクター認識[Magnetic Image Characte
r Recog-nition(MICR)] システムにおいても有用であ
る。記録および読取りの両ヘッドを必要とする通常のMI
CRシステムと異なり、本発明の材料を用いる場合、読取
りヘッドのみでよいキャラクターを形成させることが可
能である。本発明の1つの実施態様においては、磁性イ
ンクは、例えば、磁場に供さない限り磁気特性を示さな
い材料である小切手上にプリントし得る。この材料はそ
の後磁場に供した場合、磁性像が表れ電子読取り装置に
より認識されるであろう。
【0039】小粒子増産法の1つの好ましい実施態様に
おいては、イオン交換樹脂をホストマトリックスとして
用いて、酸化鉄を沈降させて磁性複合体を調製する。該
樹脂は、イオン性官能基を有する不溶性の多孔質ネット
ワークからなり、約1〜数百ミクロン範囲の直径を有す
る球状ビーズ形で入手し得る。該樹脂を、水溶性塩化第
1鉄(II)または第2鉄(III) を用いて、水素またはナト
リウムイオン形(交換可能な対イオン)から鉄イオン形
に転化させる。転化させた樹脂を過酸化水素またはヒド
ラジンおよび希塩基で処理して、下記の等式(式中、R
は米国特許第4,474,866号に記載されているよ
うなバルク樹脂を示す)で表せるような所望の生成物を
得る:
【0040】上記の工程において、イオン交換樹脂をナ
トリウムイオン形に再生する。次いで、磁性複合体を上
述の方法で数回循環させて所望レベルの磁性負荷を達成
させる。典型的な実施態様においては、イオン交換樹脂
を、上述の手順により、水溶性鉄塩、希塩基および中庸
な酸化剤で処理してイオン交換樹脂を磁性形に転化させ
る。次いで、樹脂を濾過により集め、乾燥させ、樹脂お
よび酸化鉄を含む複合体としての使用のために備える。
さらに、得られた材料は、前述したようなカラー用途の
ために、そのイオン交換特性を介して直接染色してもよ
い。ボールミリング形の複合体材料も同様に染色し得
る。本発明による磁性液体は、磁性液体トナーおよびカ
ラー磁性液体トナーの調製用の基材を構成し得、さら
に、液体インク組成物用の基材を構成し得る。カラー磁
性液体トナーは、上述の方法で染色させた本発明による
磁性液体を1成分として用いることによって調製し得
る。これらのインクおよびトナーの調製方法は、当業者
にとって自明であろう。
【0041】
【実施例】
【比較例1】乾燥生成物を、適当なガラスカバー〔19
0×100mlパイレックス(Pyrex)再結晶皿〕、3イン
チ(7.62cm)の磁力攪拌棒およびコーニング(Corni
ng)ホットプレート攪拌子を備えた4 リットルガラスビ
ーカー中で適正成分を混合し反応させることによって調
製した。イオン交換樹脂としては、J. T. ベーカー社か
ら CGC-241、200-400 メッシュとして商業的に入手し得
るスルホン化ポリスチレンを選定し、ナトリウム形とし
て用いた。樹脂の洗浄および調製工程の間、ビーカーを
水(脱イオン水)で満たし、内容物を攪拌した。混合物
を静置して粒子を沈降させ、デカンデーションを行っ
た。その後の調製手順は、硫黄対鉄比が3:1である材
料を1バッチ得ることである。4リットルビーカー内
に、1.5ポンド(680g)の CGC-241樹脂を、得ら
れる溶出液が透明で殆ど無色となるまで脱イオン水で洗
浄することによって種々の不純物を除去した後に装入し
た。続いて、樹脂を95%のエタノールを含有する1N
の塩酸で洗浄し、次いで、得られる溶出液が無色で中性
pHを有するまで脱イオン水洗浄を行った。最終の洗浄
は、1Nの希水酸化ナトリウム中で行い、再び、得られ
る混合物が中性pHを有するまで脱イオン水洗浄を行っ
た。
【0042】上記の洗浄後に得られた CGC-241樹脂を、
今度は、2ポンド(902g)のFe3Cl3・6H2Oを1リッ
トルの水に加え32cmのワットマン屈曲紙 No. 2V によ
り濾過することによって調製した塩化第2鉄溶液で処理
した。この鉄溶液は、十分量の水と一緒に精製樹脂に直
接加えてビーカーを実質的に完全に満たした。次いで、
得られた懸濁液を2時間攪拌させ、その後、溶液をデカ
ンテーションし、得られた樹脂を脱イオン水で洗浄し、
この洗浄を、シアン化カリウムの僅かに酸性の水溶液で
処理したときに深赤色がないことよって決まるような流
出液中に第2鉄イオンが無くなる(シアン化カリウムの
僅かに酸性の水溶液で処理したときに深赤色がないこと
よって決まる)まで続行した。深赤色は、3価を有する
鉄の数種のチオシアネート錯体の生成に由来する。その
後、樹脂を全容ビーカー中で3.8リットルの水に懸濁
させ、攪拌し、換気フード内で作動中のホットプレート
上で60℃に加熱した。イーストマン コダック社から
イーストマン(Eastman) 902 として入手し得るヒドラジ
ン(95%純度)100mlを、懸濁液中に、温度を60
℃に保ちながら滴下により1時間に亘って添加した。こ
の時間中に、懸濁液は褐色から黒色に変り、NH3 が発生
した。ヒドラジンの添加を終えたとき、80gの水酸化
ナトリウムを含有する100mlの水を樹脂懸濁液に直接
加え、次いで、約24時間加熱攪拌させた。続いて、溶
液をデカンテーションし、樹脂を中性pHが得られるま
で脱イオン水で洗浄した。
【0043】次に、樹脂を2リットルのガラスフリット
フィルター内で回収し、乾燥炉内に120℃で約16時
間入れた。この時間中に、黒色樹脂は黄赤色に変わり、
得られた今や酸化鉄を含有するビーズは、光学的に透明
であり光沢性の外観を有していた。磁性ポリマー樹脂の
微細粉末を、200〜400メッシュポリマービーズを
ミリングにより微細化することによって得た。乾燥基準
で約5meq/g の総交換容量を有する樹脂においては、酸
化鉄Fe2O3 の重量%負荷量は12であった。室温におい
て、この酸化鉄含有ポリマーは、約9emu/g の磁力強度
を有し、磁力曲線においてなんらのヒステリシスがない
ことにより明白なように、超常磁性であった。
【0044】
【実施例1】比較例1で述べた方法に従って調製した2
ml容量の3回処理鉄(III)(Fe3+ )樹脂を、4オンス(1
13.4g)の琥珀色ガラス瓶内の24mlの脱イオン水
と285gの1/8インチ(3.175mm)スチール球
(316) に加えた。この混合物を、工業用ペイントシェー
カー上で約4時間激しく振盪させた。次いで、得られた
液体を、スチール球からデカンテーションし、集め、約
2時間7500rpm で遠心処理した。得られた透明液体
を、デカンテーションし、総量約5mlに蒸発させて強磁
性で安定な透明赤褐色液体を生成させた。得られたコロ
イドは、約−40ミリボルトのジータ電位を示した。
【0045】
【実施例2】比較例1で述べた方法により調製した約2
5gの10回処理鉄(II)(Fe2+ ) 樹脂を、100mlの水
と500gの1/4インチ(6.35mm)のスチール球
(316)を含有する8オンス(226.8g)のガラスジ
ャー中で約40分間約90ft/分(27.4m/分)で
ボールミリングさせた。得られた液体を、デカンテーシ
ョンし、約3時間7500rpm で遠心処理した。得られ
た透明液体を、デカンテーションし、総量約10〜20
mlに蒸発させて約8emu/g の磁力飽和モーメントを有す
る透明な濃赤色液体を得た。
【0046】
【実施例3】実施例1で述べたようにして調製した鉄(I
II)(Fe3+ )負荷イオン交換樹脂を、0.8モルの塩化ニ
ッケル水溶液で処理して樹脂上のカチオン交換部位にNi
2+を吸着させた。100ml部の脱イオン水で数回洗浄し
て過剰の物理吸着Ni2+を除去した後、樹脂を10%ジメ
チルグリオキシン(DMG) のアルコール系溶液で洗浄した
ところ、樹脂は、明赤色に変わった。次いで、過剰のDM
G を樹脂からエタノールで除去し、エタノール/水で、
DMGが洗浄液中に表れなくなるまで洗浄した。その後、
鮮紅色の磁性樹脂(2ml容量)を実施例2で述べたよう
にして処理して、約8emu/g の磁力飽和モーメントを有
する鮮明な色の赤色磁性液体を得た。
【0047】
【実施例4】比較例1で述べたようにして調製した4ml
容量の3回処理鉄(III)(Fe3+ )樹脂を、8オンス(22
6.8g)の琥珀ガラス瓶内の60mlの脱イオン水と6
00gの1/8インチ(3.175mm)のスチール球
(316)に加えた。混合物を、レッド- デビル(Red-Devi
l) ペイントシェーカー内で5 時間振盪させ、デカンテ
ーションし、7500rpm で2時間遠心処理した。次い
で、液体を総量約6mlにゆっくりと蒸発させて、安定な
磁性液体を得た。その後、この液体を5インチ×5イン
チ(12.7cm×12.7cm)のガラス板上に注ぎ均一
な被覆を行い蒸発乾固させた。得られたフィルムは、磁
性であり、通常の室内光に対して透明であった。このフ
ィルムは、磁場の存在下において(この場合、2000
ガウス)は平面偏波光の平面を回転させる点で、周知の
ファラデー回転効果を示した。
【0048】
【実施例5】2.5重量%の実施例1で調製した磁性材
料、15重量%のシクロヘキシルピロリドン(ニュージ
ャージー州ウェイネの GAF社から入手)、1重量%のラ
ウリル硫酸ナトリウム(ニュージャージー州フェアロー
ンのフィッシャー サイエンティフィック社から入手)
および81.5重量%のトルエンを含むインク組成物
を、室温(25℃)で各成分を一緒に混合し、攪拌して
均質な溶液を得、濾過することによって調製した。この
ようにして調製したインクは、熱インクジェット試験装
置に装填し得る。実質的なバックグラウンドの汚れのな
い優れた解像力を有する像を得ることができた。このよ
うにして形成させた像は、磁性であり、前述の説明およ
び図2において述べたようにして染料または顔料を含有
させることによってカラー化し得る。上記と同じ組成を
有するが、1つのインクは0.1重量%のカルボワック
ス(CARBOWAX) M20(登録商標)〔分子量18,000を
有するポリエチレンオキサイド/ビスフェノール-Aコポ
リマー(コネチカット州ダンバリーのユニオン カーバ
イド社から入手)〕および2.4重量%のフラーレン(f
ullerene) とを含有し、第2のインクは0.3重量%の
カルボワックス M20および2.2重量%のフラーレンと
を含有する2つの追加のインクを調製し得た。カルボワ
ックス M20はインクに室温で加え、得られた混合物を約
5分間攪拌させて均質な溶液を得た。
【0049】
【実施例6】2.5重量%の実施例1の磁性材料15重
量%のエチレングリコール、0.3重量%のカルボワッ
クス M20、および82.2重量%の水とを含むインク組
成物を、室温で各成分を一緒に混合し、約10分間攪拌
して均質な容液を得、濾過することによって調製した。
このようにして調製したインクは、ジェッティング試験
装置に装填した。実質的なバックグラウンドの汚れのな
い優れた解像力を有する像を得ることができた。このよ
うにして形成させた像は、磁性であり、前述の説明およ
び図2において述べたようにして染料または顔料を含有
させることによってカラー化し得る。
【0050】
【実施例7】アルドリッチ ケミカル社(ウィスコンシ
ン州ミルウォーキー)から入手したドウェックス(Dowe
x、登録商標) 50X8-400イオン交換樹脂60gを、バッ
チ方式で、濃HCl 、さらに、0.1NのNaOH、脱イオン
水、メタノールで、最後に脱イオン水で洗浄した。次い
で、350mlのH2O 中38gのBaCl2 を上記の洗浄樹脂
に加え、混合物を2 時間攪拌させた。混合物を濾過し、
上記の手順をもう1つのBaCl2 溶液バッチで繰り返し
た。混合物を濾過し、樹脂を、最初はフィルターを通し
て次はバッチ方式で、濾液がバリウム用の硫酸塩試験を
用いてバリウムイオンについて陰性になるまで脱イオン
水で洗浄した。次いで、樹脂を濾過し、400mlのH2O
中60gのNa2SO4溶液を加えた。混合物を1.5時間攪
拌した。樹脂を濾過し、大量の脱イオン水で洗浄し、1
10℃で一夜乾燥させて上記イオン交換樹脂中のBaSO4
の超微細粒子の複合体を調製した。透過型電子顕微鏡に
より、樹脂中に懸濁した約5〜15nm粒度の硫酸バリウ
ム粒子を観察した。バリウム元素分析は、予想通りの1
/2のバリウム対硫黄(スルホネート)比を示した。
【0051】
【実施例8】ポリマー樹脂マトリックス中硫化銅の超微
細粒子分散体を、ダウ ケミカル社(ミシガン州ミッド
ランド)からのドウェックス(Dowex、登録商標) 50X8-4
00イオン交換樹脂を硝酸銅と可溶性硫化物との溶液で処
理することによって形成させた。60gのドウェックス
50X8-400 を、前記比較例1で述べたようにして洗浄
し、磁力攪拌器および攪拌棒を備えた500mlのビーカ
ーに入れた。次に、90gのCu(NO3)2・6H2Oを含有する
350mlの水をビーカーに加え、内容物を1時間攪拌さ
せた。次いで、樹脂を濾過し、上記手順を再び繰り返し
た。その後、樹脂を、脱イオン水で遊離の銅イオンが溶
液中に見出せなくなるまで洗浄した。樹脂を粗ガラスフ
リット漏斗を用いて濾過し、約400mlの水中85gの
Na2S・9H2Oを含有する溶液中に再懸濁させ、室温で約1
時間攪拌させた。次いで、得られた暗色樹脂を濾過し、
大量の脱イオン水で過剰の可溶性硫化物がなくなるまで
再洗浄した。ミクロトーム化樹脂の顕微鏡写真により、
樹脂全体に亘って分散した20nm以下のCuS 粒子を観察
した。銅元素分析は、予想通りの1/2の硫化銅対スル
ホネート硫黄比を示した。
【0052】
【実施例9】周知の半導体であるCdS のナノ複合体を、
実施例1の手順を追試することによって調製したが、Cd
(NO3)2を硝酸銅の代わりに用いた。次いで、硫化銅をイ
オン交換樹脂中に沈降させ、実施例1で述べたようにし
て処理した。別の実験においては、CdS を、300gの
水中25gの硫化アンモニウム(NH4)2S の溶液を用いて
沈降させた。次いで、得られた黄色/オレンジ色複合体
を濾過し、脱イオン水で十分に洗浄して可溶性硫化物を
除去した。樹脂をその後110℃で一夜乾燥させた。樹
脂中の硫化カドミウム粒子は、処理条件にもよるが、約
0.1〜20nm以上の粒度範囲であった。
【0053】
【実施例10】ローム アンド ハース社(ペンシルベ
ニア州フィラデルフィア)製のアンバーライト(Amberli
te、登録商標) IRP-69イオン交換樹脂を、比較例1で述
べたようにして洗浄し、磁力攪拌器および攪拌棒を備え
た500mlのビーカーに入れた。次に、樹脂を、350
mlの水中に40gの塩化マンガンを含有する溶液で処理
して2時間攪拌させた。次いで、樹脂を濾過し、上記手
順を再び繰り返した。その後、樹脂を、濾過し、大量の
脱イオン水で十分に洗浄した。その後、樹脂を、500
mlのビーカー内の300mlの脱イオン水中に懸濁させ
た。25mlの脱イオン水中6gのNaOHを攪拌しながらビ
ーカーに加えてpHを14近くにした。次いで、懸濁液
を、連続攪拌しながら、10mlの30%H2O2(脱イオン
水で60mlに希釈)を滴下法で加えて30分間処理し
た。その後、樹脂を中性pHまで洗浄し、濾過し、一夜
110℃で乾燥させて、ポリマー中超微細粒子MnO2の複
合体を得た。樹脂中のMnO2の粒度は、複合体のミクロト
ーム化サンプルの透過型電子顕微鏡により測定したと
き、約0.2〜20nmの範囲であった。
【0054】
【実施例11】60gのドウェックス 50X8-400 イオン
交換樹脂を、400 mlの脱イオン水中60gの硝酸銀を含
有する溶液中で1時間攪拌した。次いで、樹脂を濾過
し、再び、上記の硝酸銀溶液で処理した。その後、樹脂
を大量の脱イオン水で洗浄して痕跡量の銀イオンすべて
を除去した。次に、樹脂を、400mlの脱イオン水中5
0gのNaClの塩化ナトリウム溶液中で1 時間攪拌させ
た。次いで、樹脂を濾過し、真空デシケーター中で一夜
乾燥させてポリマー樹脂中塩化銀のナノ複合体を生成さ
せた。透過型電子顕微鏡およびX線回折は、20nm未満
の粒度の塩化銀を示した。
【0055】
【実施例12】鉄(III)-SSPR Fe3+ 375gのFeCl3 ・6H2Oを、1.5リットルの脱イオン
水に溶解させて、1リットルのSSPR樹脂(2.5リット
ルに希釈)に加えた。得られた懸濁液を1時間攪拌し、
5リットルに希釈し、LAB-5 装置の保存用タンクに入れ
た。ロミコンモデル HF-LAB-5 は、実験室用および工業
用の液体流の濃縮または分離用の単一カートリッジホロ
ファイバー限外濾過装置である。ダイア濾過(diafiltra
tion) を開始して過剰の塩化鉄と塩化水素を含まない懸
濁液を洗浄した。約60リットルの水道水を用い、洗浄
に約2時間を要した。洗浄後、懸濁液は、5リットルサ
ンプルとして回収し、交換が起こったことを示す暗黄褐
色を呈した。30mlサンプルでの成功裏の試験後に、5
リットル全サンプルを2つの4リットルビーカーに等分
に分けて80℃に加熱した。120mlの脱イオン水中に
溶解させた25gのNaOHを各ビーカーに2.7mlの95
%N2H4と一緒に加えた。
【0056】攪拌と加熱を続行し、その間に、懸濁液
は、発泡しながら、黄褐色から黒色に変わった。各ビー
カー内容物を水道水で3.5リットルに希釈したとこ
ろ、pHが13から12に変わった。懸濁液を LAB-5装
置内に入れ、50リットルの水道水で中性pHまで1時
間洗浄した。懸濁液を4.5リットルに濃縮し、 LAB-5
装置から排出させた。殆どの樹脂は懸濁液中に残存した
が、幾分かの沈降が見られた。小量の樹脂を、400ml
のサンプルを遠心し次いでデカンデーションすることに
よって取得し、100℃で一夜乾燥させた後試験に使用
した。樹脂の遠心処理は、樹脂の増大した密度のために
最初の負荷後は実施可能であった。ダイア濾過中、 LAB
-5装置は、入口部分では25psi(1.76kg/cm2) で、
出口では5〜7psi(0.35〜0.49kg/cm2) で操作
して約20psi(1.41kg/cm2) の膜間圧力差を維持し
た。入口および出口圧並びに浸透液容量は、膜の流出速
度についての観察としての処理中の時間の関数として測
定しところ、約76ガロン/平方フィート/日(32.
06リットル/m2 /日)であった。使用後、装置を、
“ROMICON TM Model HF-LAB-5 Ultrafiltration System
with Rever-se Flow," Operating Instruction Manua
l, Romicon, Inc., Woburn, MA 01801の11-15 頁に記載
されているような標準の洗浄手順を用いて0.5%NaOH
で洗浄した。
【0057】SSPR Fe3+ (Fe3+ で負荷させた低光学濃度
磁性材料)は、黒色の光沢製の物質に乾燥し、サブミク
ロン樹脂ビーズからなるより細かい凝集物に容易に破砕
される。70倍でのサンプル試験は、良好な光学的性質
の低光学濃度の材料を示し、この材料は、透過光により
赤色であり、大ビーズFe3+材料に似るよりも大ビーズFe
2+材料(Fe2+イオンで負荷させた低光学濃度の磁性材
料) に似ていた。SSPR Fe3+ サンプルは、図5の電子顕
微鏡写真で示すように2成分である。第1成分は、1つ
のサンプルを負荷させる前に SEM分析で測定したときの
特徴と同じ特徴を有する樹脂ビーズの個々のサブミクロ
ン粒子(1) からなる。第2成分は、75〜250オング
ストロームの粒度範囲の個々の微結晶(2) からなる。後
者は、大ビーズFe2+材料に分散させた (γ)-Fe2O3 粒子
と同一のようである。200KXでの樹脂ビーズの TEM分
析は、直径で50Å未満の結晶性粒子の分散体を示し
た。ビーズの内側の粒子の解像は、フィリップス(Phill
ips) EM400T 電子顕微鏡を用いて 660KXで得た。4つの
ビーズの TEM写真を図6に示す。内部微結晶は、直径で
約15Åであり、樹脂全体に亘って比較的均一に分散し
ている。
【0058】サンプルのエネルギー分散性X線分析(EDA
X)は、両成分が鉄を含有していることを示した。サンプ
ルのX線回折図は、 (γ)-Fe2O3 のX線回折図と一致し
ていた。γ形への転化後の樹脂の分析は、8.3%の鉄
を示し、転化中に鉄の損失がなかったことを示した。こ
の数値は、8.7%の鉄が期待される樹脂の公称容量の
5.1meq /日/gに近い。本サンプルにおいては、外
側微結晶は、似ている大ビーズFe2+材料とおよそ同じ粒
度、形状および組成の粒子を含有するSSPR Fe3+ 樹脂の
光学特性を示す。最初の負荷後の本サンプルの磁力飽和
モーメントは、7.2emu/g であった。これらの材料の
磁力飽和モーメントは、小粒子磁性効果故に、γ鉄への
完全転化を想定したときの樹脂に鉄含有量から予想され
る磁力飽和モーメントよりも通常小さい。本ケースにお
いては、極めて小さい内側微結晶が、表面スピンの分布
にもよるが、樹脂のモーメントに加減し得る。本サンプ
ルの磁力ヒステリシス曲線は、250Å範囲の (γ)-Fe
2O3 を含有する大ビーズFe2+材料において得られるそれ
と同じようである。81 Oe のネット保磁力が観察され
外側微結晶の粒度と一致していた。本サンプルの残留磁
気は10マックスウェル(Maxwell) であった。明らか
に、本サンプルにおいては、外側微結晶は、SSPR Fe3+
樹脂の磁力および光学特性を示している。単ドメイン対
多ドメイン粒子の分布をコントロールすることにより、
樹脂の磁力特性の微細な調整を可能にする。即ち、単ド
メイン粒子の超常磁性貢献故のネット保磁力と高初期透
過性を有する材料が可能である。
【0059】
【実施例13】2.5重量%の比較例1で調製した磁性
材料、15重量%のシクロヘキシルピロリドン(ニュー
ジャージー州ウェイネの GAF社から入手) 、1重量%の
ラウリル硫酸ナトリウム(ニュージャージー州フェアロ
ーンのフィッシャー サイエンティフィック社から入
手)および81.5重量%のトルエンを含むインク組成
物を、各成分を室温(25℃)で一緒に混合し、攪拌し
て均質な溶液を得、濾過することによって調製した。こ
のようにして調製したインクは、熱インジェット試験装
置に装填し得る。実質的なバックグラウンドの汚れのな
い優れた解像力を有する像を得ることができた。このよ
うにして形成させた像は、磁性であり、前述の説明およ
び図7において述べたようにして染料または顔料を含有
させることによってカラー化し得る。上記と同じ組成を
有するが、1つのインクは0.1重量%のカルボワック
ス(CARBOWAX) M20(登録商標)〔分子量18,000を
有するポリエチレンオキサイド/ビスフェノール-Aコポ
リマー(コネチカット州ダンバリーのユニオン カーバ
イド社から入手)〕および2.4重量%のフラーレン(f
ullerene) とを含有し、第2のインクは0.3重量%の
カルボワックス M20および2.2重量%のフラーレンと
を含有する2つの追加のインクを調製し得た。カルボワ
ックス M20はインクに室温で加え、得られた混合物を約
5分間攪拌させて均質な溶液を得た。
【0060】
【実施例14】2.5重量%の比較例1の磁性材料15
重量%のエチレングリコール、0.3重量%のカルボワ
ックス M20、および82.2重量%の水とを含むインク
組成物を、室温で各成分を一緒に混合し、約10分間攪
拌して均質な容器を得、濾過することによって調製し
た。このようにして調製したインクは、ジェッティング
試験装置に装填した。実質的なバックグラウンドの汚れ
のない優れた解像力を有する像を得ることができた。こ
のようにして形成させた像は、磁性であり、前述の説明
および図7において述べたようにして染料または顔料を
含有させることによってカラー化し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、低光学濃度フェロ液体の各調製工程の
フローチャート図である。
【図2】図2は、樹脂マトリックスの直接カラー化を示
す。
【図3】図3は、Fe2O3 粒子を含有する磁性低光学濃度
樹脂ビーズの写真図である。
【図4】図4は、ホロファイバー限外濾過の説明であ
る。
【図5】図5は、粒度による膜分離用途を示す。
【図6】図6は、SSPR Fe3+ 樹脂の透過型電子顕微鏡写
真図である(倍率:50KX;1cm=200nm)。
【図7】図7は、SSPR Fe3+ 樹脂の透過型電子顕微鏡写
真図である(倍率:600KX;1cm=150Å)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03G 9/12 311

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体ベヒクル、帯電調節添加剤および着
    色剤を含み、その着色剤が水性媒体中の磁性粒子の安定
    な分散体を含むことを特徴とする液体現像剤組成物。
  2. 【請求項2】 水性媒体中での安定なコロイド分散体中
    に磁性粒子を含む液体トナー組成物。
  3. 【請求項3】 安定な水性コロイド分散体中に磁性粒子
    を含むインクジェット組成物。
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