トナーと顔料の粒子分析ソリューション

過去30年間で、商業印刷や工業印刷の使用状況は大幅に変化しました。特に、インクジェット技術の成熟が、オフィスプリンタから産業用のコーディングやマーキングシステムまで、印刷業界に革命をもたらし、現在ではセラミック、段ボール、積層造形などの用途にもその影響が広がっています。同様に、トナーの使用に対する需要も増加し続けています。これは、コピー機やレーザプリンタのコストが低下し、オフィスや家庭でこれら機器の普及が進んできたからです。

高品質のインク、コーティング、及びトナーに対する需要の高まりに応えるために、メーカーはその特性を慎重に最適化する必要があります。この状況をサポートするために、Malvern Panalyticalでは、いくつかの分析ツールを用意しています。

なぜ特性評価は重要なのですか?

最終製品で最高の性能を達成するために、インクとコーティング剤のメーカーは原材料の特性を最適化する必要があります。たとえば、インクは、連続相内に懸濁している染料、顔料、その他の成分で構成される複雑な分散液またはエマルションです。これらの成分の特性は、インク性能のさまざまな側面に影響します。たとえば、顔料の粒子径によって、最終的なコーティング剤の色相、光沢、耐候性が決まります。同様に、ポリマー連続相は、製剤のレオロジー特性やフィルム形成特性に影響を与え、これは、噴射、拡散、及びフィルムの堅牢性の鍵となります。

インクとは対照的に、トナーは粉末製剤であり、帯電して、反対荷電しているドラム、プレート、または用紙に密着し、レーザにさらされたときに高温で溶着します。トナー粒子には、顔料、ポリマー、及び電荷制御剤(CCA)が混合されています。磁気トナーの場合は、フェライト(FexOy)も含まれている場合があります。これらの粒子の最適なサイズは3～10 μmで、球体または準球体の形状をとることにより、色の品質と効率が向上します。

このため、インクとコーティング剤の特性評価は、インクとコーティング剤のサプライチェーン全体で、重要です。製剤で使用する原料の開発、製造、限定や、最適な性能特性と品質特性を備えた堅牢な製品を製造するためにこれらの部品が必要です。

Malvern Panalyticalには、どのような特性評価ソリューションがありますか?

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How to characterize and optimize inkjet inks - Part 1

粒子径

分散液、懸濁液、粉末、噴霧のいずれの形態でも、粒子物質を含む製品の性能にとって粒子径分析は重要です。

レーザ回折はこの用途で最も一般的なツールであり、当社の Mastersizer はさまざまな用途における業界標準と考えられており、乾式と湿式の分散機能と広いダイナミックレンジを備えています。これは、粉末フライス加工や沈殿の監視、最終製品での粒度分布のチェック、新製品の開発や研究に使用できます。

また当社では、噴霧分析用に特別に設計されたレーザ回折製品Spraytecと、リアルタイムの粒子径測定と自動制御のためにプロセスに統合できるオンラインInsitec分析装置も提供しています。ナノ粒子の分散(< 1 µm)を正確に分析するには、Zetasizer Advanceシリーズがより適しています。このシリーズでは動的光散乱を使用して、直径1 nm未満まで分散粒子を測定します。

分散の安定性

Zetasizer Advanceシリーズでは、粒子径分布を測定するだけでなく、分散液のゼータ電位も測定できます。ゼータ電位はインクの安定性に影響を与えるだけでなく、製剤内の相互作用を評価したり、表面上で測定して基板の相互作用を評価したりするためにも使用できます。

粒子形状

また、粒子形状の解析もサポートします。具体的には、当社のMorphologi 4自動画像処理システムを使用すると、サンプル中の数万個の粒子を分析し、各粒子を分類することで、球体や不規則な粒子のサイズと形状を判別できます。さらに、当社のMorphologi 4-IDは、自動画像処理とラマン分光法を組み合わせて、粒子固有の化学情報を提供します。

元素分析

当社の元素分析用主要ツールは蛍光X線(XRF)です。このツールは、顔料とトナーの分析と製造に使用されます。また、XRFを使用して、特定の元素または化合物(酸化チタンなど)の濃度を測定したり、食品包装などの微量の有害元素を検出したりすることもできます。当社では、Zetiumのような床置き型XRF分析装置と、Epsilon 4のような卓上型XRFシステムの両方を提供しています。

ポリマー分析

一般的に、インクとトナーにはフィルム形成剤または結合剤として機能するポリマー成分が含まれています。そのポリマーの高分子構造は、インクやトナーのフィルム形成特性、溶融特性、レオロジー的挙動に直接影響します。ポリマー分析は、インクやトナーのメーカーがこれらの特性を最適化するのに役立ちます。

高分子の分子量を測定するには、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)が一般的なツールです。様々な検出機能と組み合わせることで、分岐などの分子サイズや構造に関する追加情報を提供することもできます。 GPCと高度な検出を組み合わせた当社のOMNISEC GPCシステムを使用すると、オリゴマー、光硬化性樹脂、エポキシ樹脂などの低分子量材料や、トナーで使用される高分子量ポリマーを分析できます。

バルクと表面のミクロ構造

コーティング剤に使用される多くの顔料は、多相結晶性または半結晶性材料です。これらの材料を製造する際には、粉末が正しい構造と相を持っていることが重要です。たとえば酸化チタン(TiO₂)の特性は、ルチルとアナターゼの相対量と、それらの結晶子径によって異なります。

一般的に塗料に使用されている金属や無機材料の主要なミクロ構造特性を測定するには、当社のAerisやEmpyreanなどのX線回折(XRD)システムが最適です。さらに、当社の多目的回折装置Empyreanを使用すれば、薄膜の構造と残留応力の両方を調べることもできます。このため、コーティング自体の特性を調べるのに理想的な装置となっています。