專利名稱：靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材及其制備方法和載體及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電圖像顯影劑，具體的說是一種靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材及其制備方法和載體及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
靜電圖像顯影技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在該技術(shù)中，圖像通過以下方法獲得 通過充電和曝光過程在感光體上形成靜電潛像，再用含有著色劑的調(diào)色劑將該潛像顯影， 然后轉(zhuǎn)印至轉(zhuǎn)印元件，通過加熱而定影，達(dá)到使圖像信息可視化的目的。靜電圖像顯影劑包括含有調(diào)色劑和載體的雙組份顯影劑和只含有調(diào)色劑的單組份顯影劑。作為雙組份顯影劑的載體，目前廣泛使用的是包含載體芯材和包覆在載體芯材表面的樹脂層的載體。載體具有兩個基本功能，一方面，通過和調(diào)色劑的摩擦，使調(diào)色劑穩(wěn)定帶電到所需帶電量；另一方面，承擔(dān)著將調(diào)色劑傳送到感光體的功能。載體在顯影裝置內(nèi)是被反復(fù)使用的，在持續(xù)使用中，要求具有穩(wěn)定的使用功能并能使調(diào)色劑穩(wěn)定帶電。但一般情況下，由于使用金屬氧化物制備的鐵氧體載體芯材的載體密度較大，從而導(dǎo)致攪拌轉(zhuǎn)矩相應(yīng)較大，導(dǎo)致在顯影槽內(nèi)攪拌載體和調(diào)色劑需要較多的驅(qū)動電力。另一方面，由于載體在顯影槽內(nèi)被不斷攪拌，當(dāng)載體密度過大，載體所受到的攪拌應(yīng)力也相應(yīng)增大，由此導(dǎo)致載體包覆層樹脂容易脫落或破裂，從而無法賦予調(diào)色劑穩(wěn)定的帶電性。因此，無論是從低耗節(jié)能的角度，還是從延長載體的使用壽命的角度，研究低密度載體都是很有必要的，而載體密度主要取決于載體芯材的密度，因此開發(fā)具有低密度的載體芯材是靜電圖像顯影劑用載體的一個很重要的研究方向。此前為解決此問題，提出了幾種解決方法，例如制備磁性體-樹脂復(fù)合體系從而降低載體芯材的密度；另外，還有通過將樹脂顆粒添加到金屬氧化物原料中造成燒結(jié)后的中空結(jié)構(gòu)的方法來降低載體芯材的密度。這兩種制備方法所得到的載體在使用性能上都存在著不足，磁性體-樹脂復(fù)合體系方法制備得到的載體芯材內(nèi)部因為有樹脂成分存在，導(dǎo)致載體強度較低，并且其飽和磁化強度也相應(yīng)較低，而且因為金屬氧化物和樹脂密度的差異，導(dǎo)致載體整體的密度分布不均勻，在使用中可能會出現(xiàn)顯影斑點，并且這種方法也難以得到粒徑分布范圍較窄的載體芯材顆粒；而利用樹脂顆粒添加到金屬氧化物原料中造成燒結(jié)后的中空結(jié)構(gòu)的方法，由于樹脂和金屬氧化物只是簡單的物理混合，由樹脂燃燒產(chǎn)生的氣體造成的中空結(jié)構(gòu)并不均勻，并且由于樹脂氣化的溫度相對較低，大量的氣體在煅燒階段前期就已經(jīng)被釋放，從而不利于形成充分的中空結(jié)構(gòu)。而且樹脂在金屬氧化物中的分散狀態(tài)并不十分理想，導(dǎo)致載體內(nèi)部形成的空隙并不均勻，從而影響載體芯材結(jié)構(gòu)的均勻性， 容易形成顯影斑點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種工藝方法簡單、操作簡便的靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材的制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種密度低、載體耐久性好、帶電性能穩(wěn)定、使用壽命長、顯影效果好的靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材。本發(fā)明還提供一種載體，由上述載體芯材及包覆在載體芯材上的樹脂層構(gòu)成。該載體可用于制備靜電圖像顯影劑。本發(fā)明制備方法包括，至少以金屬絡(luò)合物和金屬氧化物的混合物為原料經(jīng)粉碎、 造粒、煅燒、燒結(jié)制得，所述混合物中金屬絡(luò)合物的摩爾含量為80-90%，所述金屬絡(luò)合物至少含有鐵、錳、銅、鈷、鍶中的一種金屬元素，所述金屬氧化物至少含有鐵、銅、鋰、鎂、錳、鈣、 銀中的一種金屬兀素。本發(fā)明以金屬絡(luò)合物和金屬氧化物的混合物為燒結(jié)載體芯材的原料，采用常規(guī)的芯材燒結(jié)工藝，在煅燒的過程中金屬絡(luò)合物中有機配體轉(zhuǎn)化成氣體，使燒結(jié)粉形成中空多孔結(jié)構(gòu)，配合合理配比的金屬絡(luò)合物和金屬氧化物，從而得到了低密度的載體芯材。優(yōu)選使用鐵的絡(luò)合物作為鐵氧體原料，因為有機配體和鐵離子以配位健和離子鍵結(jié)合，需要較高的溫度(燒結(jié)溫度下)才會破壞其結(jié)構(gòu)，不會在較低的溫度下就燃燒產(chǎn)生氣體，從而有利于中空結(jié)構(gòu)的形成；同時因為氣體的產(chǎn)生源為有機配體，它和鐵離子以化學(xué)鍵結(jié)合而不是簡單的物理混合，有機配體燃燒產(chǎn)生的氣體有利于載體形成更加均勻的中空多孔結(jié)構(gòu)。 這種中空結(jié)構(gòu)形成充分、內(nèi)部空隙均勻，不會影響載體芯材結(jié)構(gòu)的均勻性，不易形成顯影斑點。載體芯材的制備除以金屬絡(luò)合物和金屬氧化物的混合物為原料外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)需要添加分散劑、粘合劑等等(這些成份會在燒結(jié)過程中除去)，粘合劑可選用淀粉、糊精、聚乙烯醇、羧甲基纖維素等，優(yōu)選聚乙烯醇；分散劑可選用脂肪羧酸類、脂肪酰胺類、多聚羧酸銨鹽類、酯類等，優(yōu)選多聚羧酸銨鹽類。按照上述方法制備出的載體芯材可列舉出的化學(xué)通式有 MnwFez04、MnwMgxFezO4, MnwMgxSryFezO4(O < w < I, O < x < I, O < y
<1，2 < z < 3)等，載體芯材優(yōu)選組合多種氧化物的類型，尤其以低電阻率磁性金屬氧化物和高電阻率磁性或非磁性金屬氧化物的組合為佳。一般來說具有強磁性的金屬氧化物電阻率較低，而具有較高電阻率的金屬氧化物的磁性較低或沒有磁性。綜合使用這兩類金屬氧化物作為載體芯材的組成成分有利于調(diào)節(jié)載體芯材的磁特性和電阻率特性達(dá)到一個平衡，因此優(yōu)選所述金屬絡(luò)合物為檸檬酸鐵，所述金屬氧化物中含有鎂、錳及鍶，各占金屬氧化物中的摩爾含量為鎂的氧化物45-65%、錳的氧化物30-45%、鍶的氧化物5_10%，Mn 的供給源可選用金屬Mn、MnO2> Mn203> Mn304、MnCO3,作為Mg的供給源可選用金屬Mg、MgO> 1%0)3、1%(0!1)2，而作為51'的供給源可選用金屬31'、510、5“03等。錳元素和鎂元素的引入有利于調(diào)節(jié)載體的磁特性和電特性的平衡，而鍶元素的引入則有利于載體帶電量的穩(wěn)定， 制備出的載體芯材的化學(xué)通式為式MnwMgxSryFezO4 (O <w< l，0<x<l，0<y<l，2<z
<3)，表觀密度為I. 5-2. Og/cm3，真密度為2. 5-5. 5g/cm3。在上述密度范圍的載體芯材制成的載體在顯影槽內(nèi)攪拌時受到較小的應(yīng)力，攪拌轉(zhuǎn)矩小，需要的驅(qū)動電力也更小，從而更加省電，同時也有利于載體壽命的延長。另外，包含該密度范圍載體的顯影劑向調(diào)色劑施加的負(fù)荷小，也能防止調(diào)色劑消耗的發(fā)生。此外，為了獲得在較低磁場強度下良好的顯影性能并防止載體附著，載體芯材也優(yōu)選具有上述范圍的密度。另外，在鐵氧體中，主要成分為鐵的氧化物，所以金屬絡(luò)合物只需要使用鐵的絡(luò)合物就可以制備得到具有充分的中空多孔結(jié)構(gòu)的載體芯材，也避免了因為各種金屬離子都需要使用金屬絡(luò)合物帶來的原料成本的上升和工序的復(fù)雜性。該載體芯材在外部磁場強度IOOOOe作用下,飽和磁化強度σ s1W(l為40-80Am2/kg, 剩余磁化強度σ r·為10. OAmVkg以下,矯頑力He為5Am2/kg以下。載體顆粒之間具有適當(dāng)?shù)谋３至?，使得調(diào)色劑更容易分散在載體中，基于此，若載體芯材的磁化強度小于40Am2/kg，容易發(fā)生載體附著的現(xiàn)象；而若載體芯材的磁化強度大于80Am2/kg，磁刷容易變得堅硬，在圖像上容易留下刷痕，從而導(dǎo)致圖像細(xì)節(jié)再現(xiàn)性差，難以得到清晰的圖像。載體芯材剩余磁化強度σ 為10. OAmVkg以下，矯頑力He為5. OAm2/ kg以下，可使含有上述載體芯材的載體所形成的顯影劑具有良好的流動性并且可以獲得良好的細(xì)節(jié)再現(xiàn)性。所述載體芯材的體積電阻率為IO6-IO12 Ω *cmo載體芯材電阻率太小時，因反復(fù)使用導(dǎo)致顯影劑中調(diào)色劑濃度降低時，電荷可能注入載體，使得載體自身可能被顯影，而當(dāng)載體芯材電阻率太大時，可能會對畫面產(chǎn)生諸如明顯的邊緣效應(yīng)或假輪廓等不良影響。所述載體芯材的體積平均粒徑為20-100 μ m,進(jìn)一步優(yōu)選為20_60 μ m。載體由載體芯材及包覆在載體芯材上的樹脂層構(gòu)成，樹脂層較薄，僅起包覆作用，因此載體芯材的粒徑對載體的使用性能有非常重要的影響，載體粒徑太大時，在顯影裝置內(nèi)的碰撞能也相應(yīng)增大，從而容易導(dǎo)致載體的破裂或破碎，并且使得調(diào)色劑的充電用表面積變小，使調(diào)色劑的帶電功能下降，從而導(dǎo)致顯影圖像的細(xì)節(jié)再現(xiàn)性降低，無法形成清晰的圖像。而載體粒徑太小時，載體顆粒的均勻性下降，且單個載體的磁力也會下降，因此可能會發(fā)生載體附著和載體顆粒之間的相互粘附。本發(fā)明包覆在載體芯材上的樹脂層的具體組分可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)及具體需要合理選配，其含量優(yōu)選為載體芯材重量的O. 1-30%，進(jìn)一步優(yōu)選為O. 5-10%。在樹脂層中優(yōu)選添加體積平均粒徑為O. I μ m-Ι μ m的導(dǎo)電性微粒，其添加量占樹脂層總質(zhì)量的2wt% -40wt%，導(dǎo)電性微粒的添加能顯著抑制載體電阻的下降。所述導(dǎo)電性微?？梢岳e的有炭黑微粒、氧化鈦微粒、氧化錫微粒等無機微粒。有益效果本發(fā)明工藝方法簡單，生產(chǎn)成本低、創(chuàng)造性地以金屬絡(luò)合物和金屬氧化物為原料， 利用現(xiàn)有的煅燒工藝制備具有均勻中空多孔結(jié)構(gòu)的載體芯材，該載體芯材密度低、由其制備的載體耐久性好、使用壽命長，使用上述載體芯材的載體用于制備顯影劑效果好、不易形成顯影斑點。
具體實施例方式I、載體芯材的制備(實施例I)〈粉碎、造?！祵?600g檸檬酸鐵，218g Mn3O4, 24g MgO, 13g SrO作為載體芯材的原料，分散到3000g水中，同時添加IOg聚丙烯酸作為分散劑，加入30g聚乙烯醇作為粘結(jié)劑，用濕式球磨機對該漿料進(jìn)行濕式粉碎至體積平均粒徑為Ium以下，得到上述物質(zhì)的混合漿料。用噴霧干燥機將該漿料噴霧到250°C的熱風(fēng)中使之干燥，氣流壓力為O. 15MPa，得到粒徑IO-IOOum的干燥顆粒，篩分分級除去粗細(xì)顆粒以調(diào)整粒度，將該造粒粉粒度調(diào)整為20_60um?！挫褵祵⒔饘僭匣旌显炝７弁度氲诫姞t內(nèi)，加熱到800-1000°C，在大氣下煅燒2小時， 成為煅燒制品。此時，由于檸檬酸鐵絡(luò)合物分解放出的檸檬酸配體燃燒產(chǎn)生氣體，在造粒粉中形成了中空多孔結(jié)構(gòu)。< 燒結(jié) >將該造粒物投入到電爐中，加熱到1280°C惰性氣氛下燒結(jié)2. 5小時，降溫階段控制壓力在50Pa以下，將燒結(jié)物破碎后用篩子進(jìn)行分級，得到體積平均粒徑36. 3um的載體芯材。(實施例2)除檸檬酸鐵的量變?yōu)?530g以外，其他條件與實施例I 一樣，得到實施例2的載體芯材。(實施例3)除檸檬酸鐵的量變?yōu)?690g以外，其他條件與實施例I 一樣，得到實施例3的載體芯材。(實施例4)除檸檬酸鐵的量變?yōu)?300g，并且金屬氧化物原料中添加425g Fe2O3以外，其他條件與實施例I 一樣，得到實施例4的載體芯材。(實施例5)除燒結(jié)溫度變?yōu)?240°C以外，其他條件與實施例I 一樣，得到實施例5的載體芯材。(實施例6)燒結(jié)降溫階段，電爐內(nèi)的壓力調(diào)整為lOOPa，除此之外，其他條件與實施例I 一樣，得到實施例6的載體芯材。(實施例7)燒結(jié)降溫階段，電爐內(nèi)的壓力調(diào)整為200Pa，除此之外，其他條件與實施例I 一樣， 得到實施例7的載體芯材。(實施例8)除Mn3O4的量變?yōu)?49g，MgO的量變?yōu)?0g，SrO的量變?yōu)?. 7g以外其他條件與實施例I 一樣，得到實施例5的載體芯材。(實施例9)除Mn3O4的量變?yōu)?72g，MgO的量變?yōu)?0g，SrO的量變?yōu)?7. 4g以外，其他條件與實施例I 一樣，得到實施例6的載體芯材。(比較例I)作為載體芯材的原料，將檸檬酸鐵變?yōu)?50gFe203，而且不進(jìn)行煅燒，除此之外，其他條件與實施例I 一樣，得到比較例I的載體芯材，(比較例2)作為載體芯材的原料，將檸檬酸鐵變?yōu)?50gFe203，同時在原料中加入150g體積平均粒徑5μπι的聚甲基丙烯酸甲酯顆粒，其他條件與實施例I 一樣，得到比較例2的載體芯材。II、載體的制備將苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂和炭黑分別溶解和分散于甲苯中，將混合物攪拌 10分鐘獲得分散液。在50°c氣氛下以流化床型涂覆設(shè)備，將分散液涂覆到100重量份的實施例1-11和比較例1-2的載體芯材的表面，由此制得實施例1-11和比較例1-2的載體。載體的配料比如下苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯樹脂3重量份；炭黑(VXC72，Cabot Corporation制造)0. 4重量份；甲苯25重量份；載體芯材100重量份。III、顯影劑的制備使用混合機將5份調(diào)色劑和95份實施例1-11和比較例1_2得到的載體攪拌30 分鐘，所得產(chǎn)物通過212 μ m網(wǎng)孔的篩子進(jìn)行篩分，由此得到實施例ι-ll和比較例1-2的顯影劑。IV、各項物性值測定方法上述實施例和比較例制備的載體芯材各項物性值見表I。下面給出實施例1-11，比較例1-2載體芯材的各項物性值的測定方法表觀密度和真密度表觀密度使用標(biāo)準(zhǔn)方法測定，真密度利用BEISHIDE INSTRUMENT制造的 3H-2000TD 測定。磁特性磁特性使用HH-10振動樣品磁強計(南京南大儀器廠制造)測定。測得外部磁場 IOOOOe下的飽和磁化強度,剩余磁化強度及矯頑力。體積電阻率使用GEST-121電阻率測定儀(北京冠測試驗儀器有限公司制造)測定。體積平均粒徑體積平均粒徑使用用激光衍射粒度測試儀(如COULTER LS230)測定。形狀系數(shù)形狀系數(shù)SFl為平均值，由下述方法測量用攝像機將分散在載玻片上的放大250 倍的載體芯材的光學(xué)顯微圖像截取到圖像分析儀中進(jìn)行計算分析得到。為了研究所制備的載體的使用性能，將各實施例中的載體與調(diào)色劑混合制造靜電圖像顯影劑，并用該顯影劑在中速復(fù)印機(每分鐘復(fù)印30張)上復(fù)印200K張圖像，進(jìn)行評價實驗。在評價實驗中，在25C和50% RH將5cmX5cm黑色實心圖像復(fù)印在A4紙上，圖像密度在圖像密度儀(Xrite-500,由X-rite Corporation制造)上測量。評價標(biāo)準(zhǔn)如下圖像密度在I. 3以上為應(yīng)用良好，圖像密度在I. 3以下，I. 2以上為可以應(yīng)用，圖像密度在I. 2 以下時為不能應(yīng)用。底灰在圖像密度儀(Xrite-500,由X-rite Corporation制造)上測量。評價標(biāo)準(zhǔn)如下底灰低于1%為應(yīng)用良好，底灰在1%以上，I. 5%以下為可以應(yīng)用，底灰在I. 5%以上為不能應(yīng)用。圖像斑點評價方法使用放大50倍的放大透鏡觀察斑點數(shù)目，評價標(biāo)準(zhǔn)如下
A :應(yīng)用良好，觀察到的斑點數(shù)低于1，B:可以應(yīng)用，觀察到的斑點數(shù)在I個以上，3個以下，C :不能應(yīng)用，觀察到的斑點數(shù)在3個以上。[表I]實施例和比較例載體芯材的物性數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材的制備方法，其特征在于，以金屬絡(luò)合物和金屬氧化物的混合物為原料經(jīng)粉碎、造粒、煅燒、燒結(jié)制得，所述混合物中金屬絡(luò)合物的摩爾含量為80-90%，所述金屬絡(luò)合物至少含有鐵、錳、鍶中的一種金屬元素，所述金屬氧化物至少含有鐵、鎂、猛、銀中的一種金屬兀素。
2.如權(quán)利要求I所述的靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材的制備方法，其特征在于， 所述金屬絡(luò)合物為檸檬酸鐵，所述金屬氧化物中含有鎂、錳及鍶。
3.一種靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材，其特征在于，所述載體芯材的化學(xué)通式為式 MnwMgxSryFezO4(C) < w < 1,0 < x < I,O < y < I, 2 < z < 3),表觀密度為 I. 5-2. Og/ cm3,真密度為 2. 5-5. 5g/cm3。
4.如權(quán)利3所述的靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材，其特征在于，所述載體芯材在外部磁場強度IOOOOe作用下,飽和磁化強度σ Sl_為40-80Am2/kg,剩余磁化強度σ r·。為10.OAmVkg以下，矯頑力He為5Am2/kg以下。
5.如權(quán)利3或4所述的靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材，其特征在于，所述載體芯材的體積電阻率為IO6-IO12 Ω · Cm。
6.如權(quán)利3或4所述的靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材，其特征在于，所述載體芯材的平均粒徑為20-100 μ m。
7.一種靜電圖像顯影劑用載體，其特征在于，由權(quán)利要求3-6任一項所述載體芯材及包覆于載體芯材上的樹脂層構(gòu)成。
8.權(quán)利要求7所述載體在制備靜電圖像顯影劑中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靜電圖像顯影劑用低密度載體芯材及其制備方法和載體及其應(yīng)用。解決了現(xiàn)有靜電圖像顯影劑用載體芯材強度低、密度大、耗能高、帶電穩(wěn)定性差、制備工藝復(fù)雜、容易形成顯影斑點的問題。本發(fā)明方法以金屬絡(luò)合物和金屬氧化物的混合物為原料經(jīng)粉碎、造粒、煅燒、燒結(jié)制得，其中金屬絡(luò)合物的摩爾含量為70-80％，所述金屬絡(luò)合物至少含有鐵、錳、鍶中的一種金屬元素，所述金屬氧化物至少含有鐵、鎂、錳、鍶中的一種金屬元素。制備的載體芯材具有密度低、載體耐久性好、帶電性能穩(wěn)定、使用壽命長、顯影效果好的優(yōu)點。
文檔編號G03G9/107GK102608886SQ20121005273
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者蘭澤冠, 劉敏, 喻家賡, 朱順全 申請人:湖北鼎龍化學(xué)股份有限公司