彩色碳粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種彩色碳粉的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為彩色打印機(jī)和復(fù)印機(jī)所必須的耗材的彩色碳粉的傳統(tǒng)制備方法是"粉碎法"， 它是把所需的樹脂、著色劑、添加劑經(jīng)過熔融混合、低溫機(jī)械粉碎、氣流粉碎、分級等工序制 備出來平均粒徑約為10微米的彩色碳粉。然而，這種制備方法存在能耗高、著色劑分散不 均、碳粉粒子大小和形狀均一度差等缺陷，這樣就會導(dǎo)致打印和復(fù)印時(shí)出現(xiàn)粘輥、分辨率 低、色澤差和廢粉率較高等缺點(diǎn)。以富士施樂和柯尼卡美能達(dá)為代表的公司提出"乳液聚 合/共絮凝法"，通過表面活性劑和剪切速率的調(diào)整制得粒徑小于5微米的粉體，并能夠有效 的控制粉體的性狀，從而提高彩色打印、復(fù)印的分辨率和色澤，碳粉結(jié)構(gòu)的非球形化有利于 碳粉的回收和清潔。而以佳能和瑞翁公司為代表提出的懸浮聚合法能夠通過更簡易的工藝 得到粒徑可控的彩色碳粉，使色粉的流動性、荷電性能得到顯著的改善，但存在分辨率較低 和清潔困難等缺點(diǎn)。以上這些碳粉制造方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，它們適用與各自對應(yīng)的機(jī)器，但它 們有個(gè)共同點(diǎn):碳粉表面結(jié)構(gòu)的改性是通過把碳粉母體和外添劑機(jī)械混合而制成的，這樣 會引起混合不均一，外部添加劑易脫落從而導(dǎo)致碳粉的帶電性能和流動性的不穩(wěn)定，以及 長時(shí)間的打印和復(fù)印后圖像質(zhì)量變差等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種工藝簡單、可靠性好、生產(chǎn)成本 低、對環(huán)境友好的彩色碳粉的制備方法;此制備方法制造的碳粉成像質(zhì)量非常穩(wěn)定，同時(shí)顯 影密度高、顯影密度均勻以及底灰和廢粉率低。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案包括以下步驟：
[0005] 1)以著色劑、單體和蠟為主要原料，采用懸浮聚合法制備含有核粒子的分散液備 用；
[0006] 2)將納米粒子外添劑、能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體和其 它含有不飽和雙鍵的單體一起混合并在高速攪拌、陳化后得到表面不飽和雙鍵修飾的納米 粒子和其它含有不飽和雙鍵的單體的混合物備用；
[0007] 3)將上述混合物加入到含有核粒子的分散液中攪拌均勻后，加入水性引發(fā)劑進(jìn)行 聚合反應(yīng)，反應(yīng)完成后得到以納米粒子/樹脂復(fù)合物為殼層的具有殼核結(jié)構(gòu)的彩色碳粉。
[0008] 所述步驟2)中，能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體:納米粒子 外添劑的質(zhì)量比為1:10到1:3;能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體:其它 含不飽和雙鍵的單體的質(zhì)量比為1:100到1: 2。
[0009] 所述步驟2)中，所述高速攪拌的速度為1000-2000rpm，時(shí)間為10-60分鐘，溫度為 10-30 °C ;所述陳化時(shí)間為3-18小時(shí)，溫度為10-30 °C。高速攪拌時(shí)間過短會使納米粒子分散 不均勻而時(shí)間過長會影響表面不飽和雙鍵修飾的納米粒子與其它含有不飽和雙鍵的單體 在碳粉上成殼的能力。高速攪拌溫度和陳化溫度過低會使納米粒子和能對納米粒子表面進(jìn) 行改性的含有不飽和雙鍵的單體的反應(yīng)不充分，高速攪拌溫度和陳化溫度過高會使混合物 中的單體提前聚合從而影響碳粉上的殼結(jié)構(gòu)的性能。
[0010] 所述能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體為甲基丙烯酰氯、丙烯 酰氯、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。 這些含有不飽和雙鍵的化合物中的活性基團(tuán)（酰氯官能團(tuán)和硅氧烷官能團(tuán)）能夠迅速與納 米粒子表面上的羥基等基團(tuán)起化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵，從而起到對納米粒子進(jìn)行表面不飽和 雙鍵修飾的作用。這些在納米粒子表面上的不飽和雙鍵還能夠彼此之間或者與其它含有不 飽和雙鍵的單體發(fā)生自由基聚合反應(yīng)。
[0011] 所述其它含不飽和雙鍵的單體可以為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、苯乙烯、甲基 苯乙烯或α-甲基苯乙烯中的至少一種。
[0012] 所述納米粒子外添劑為納米二氧化娃、納米氧化錯(cuò)和納米二氧化鈦中的至少一 種。納米粒子外添劑的質(zhì)量占碳粉質(zhì)量的〇. 1 -2.5 %，納米粒子外添劑的加入量對碳粉的帶 電性能起到很大的影響，超出上述質(zhì)量范圍都會對打印效果帶來不良影響。
[0013] 所述步驟⑶中，聚合反應(yīng)溫度為60-90°C，聚合時(shí)間為3-9小時(shí)。
[0014] 所述步驟(1)中核粒子分散液的的平均粒徑為5-9微米。
[0015] 所述步驟(3)中，所述殼核結(jié)構(gòu)的彩色碳粉中殼質(zhì)量占碳粉質(zhì)量的1-8%，過多會 影響打印效果，過少會影響碳粉的保存穩(wěn)定性和帶電能力。
[0016] 本發(fā)明碳粉中的核層粒子是以著色劑、單體和蠟為主要原料和采用常規(guī)的懸浮聚 合法制得。制備過程中根據(jù)需要調(diào)整分子量調(diào)節(jié)劑、交聯(lián)劑和油性引發(fā)劑的加入量。
[0017] 所述著色劑選自有機(jī)顏料或無機(jī)顏料的任一種或者多種組合。黑色著色劑主要有 炭黑、磁鐵礦等;青色著色劑有C. I.顏料藍(lán)15:1、顏料藍(lán)15: 2、顏料藍(lán)15:3、顏料藍(lán)15:4;黃 色著色劑有C.I.顏料黃74、顏料黃93、顏料黃94、顏料黃155、顏料黃162、顏料黃180、顏料黃 185 ;品紅著色劑有C. I.顏料紅31、顏料紅122、顏料紅150、顏料紅184、顏料紅185、顏料紅 238、顏料紅259等。
[0018]所述單體選自苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、 丙烯酸特丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸月桂甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸 正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸特丁酯、甲基丙烯酸正己酯、1，3_ 丁二烯、1，2_ 丁二 烯等，優(yōu)選苯乙烯和丙烯酸丁酯。
[0019]所述蠟選自低分子聚烯烴蠟及油脂類合成蠟中的一種或一種以上的材料:聚烯烴 蠟包括聚乙烯蠟和聚丙烯蠟;油脂蠟包括季戊四醇四硬脂酸蠟、二季戊四醇六棕櫚蠟、二季 戊四醇六肉豆蔻酸酯、二季戊四醇六月桂酸酯、己酸己酯、十酸十酯、二十二酸二十二酯等， 優(yōu)選二十二酸二十二酯。
[0020] 所述分子量調(diào)節(jié)劑選自正十二硫醇、叔十二硫醇、四氯化碳和四溴化碳等，優(yōu)選正 十二硫醇。
[0021] 所述交聯(lián)劑選自二乙烯基苯、二乙烯基醚、二乙烯砜、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二 丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯等，優(yōu)選二乙烯基苯。
[0022] 所述油性引發(fā)劑可以選自偶氮類引發(fā)劑或過氧化類引發(fā)劑，所述偶氮類引發(fā)劑有 偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈，偶氮二異戊腈等。過氧化類引發(fā)劑有過氧化苯甲酰、過氧化 二月桂酰、過氧化-2-乙基己酸叔丁酯、過氧化二乙基乙酸叔丁酯、過氧化異丁酸叔丁酯等， 優(yōu)選偶氮二異丁腈和過氧化二月桂酰。
[0023] 本發(fā)明用來制備殼層的混合物是由能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙 鍵的單體、納米粒子外添劑和其它含不飽和雙鍵的單體為原料進(jìn)行反應(yīng)和混合而成，能對 納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體與具有活性表面基團(tuán)的納米粒子外添劑 進(jìn)行反應(yīng)形成化學(xué)鍵，反應(yīng)后得到的表面被雙鍵修飾的納米粒子很容易進(jìn)一步與其它含有 不飽和雙鍵的單體發(fā)生共聚反應(yīng)生成納米粒子/樹脂復(fù)合物，這種方法制得的納米粒子/樹 脂復(fù)合物中的納米粒子與樹脂材料以化學(xué)鍵的方式連接而結(jié)合牢固、不易脫落、分散均勻， 從而提尚碳粉的帶電性能、流動性和保存性，進(jìn)一步提尚碳粉在長時(shí)間的打印和復(fù)印中成 像質(zhì)量的穩(wěn)定性。更重要的是，這種制備方法不涉及納米粒子外添劑和碳粉母體的固體混 合工序，從而減少粉末搬運(yùn)的生產(chǎn)工序和省去較易損耗的固體混合設(shè)備，這樣有利于降低 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵污染并提高生產(chǎn)效率。
[0024] 所述步驟(3)中的水性引發(fā)劑可以選自偶氮二異丁基脒二鹽酸鹽、偶氮二異丁咪 唑啉二鹽酸鹽、偶氮二異丙基咪唑、過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉，優(yōu)選偶氮二異丁基脒二 鹽酸鹽。
[0025] 能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體:納米粒子的質(zhì)量比為1:10 到1:3;能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體:其它含不飽和雙鍵的單體的 質(zhì)量比為1:100到1:2,能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體的含量和所述 納米粒子外添劑的含量過多或過少都會影響最終的打印效果。
[0026] 有益效果：
[0027] (1)本發(fā)明將能對納米粒子表面進(jìn)行改性的含有不飽和雙鍵的單體、納米粒子外 添劑和其它含不飽和雙鍵的單體混合后制備表面不飽和雙鍵修飾的納米粒子和其它含有 不飽和雙鍵的單體的混合物，將上述混合物直接加入到含有核粒子的分散液中制備出具有 殼核結(jié)構(gòu)的碳粉，這種制備方法能夠使碳粉的納米粒子外添劑以化學(xué)鍵的方法結(jié)合在碳粉 表面，其結(jié)合力比一般碳粉制造所用的外添納米粒子通過機(jī)械混合的辦法與碳粉母體粘附 在一起的粘附力強(qiáng)的多；并且此種工藝操作簡單和可靠，同時(shí)減少了制備過程中的粉塵污 染。
[0028] (2)本發(fā)明制備的具有核殼結(jié)構(gòu)的彩色碳粉具有穩(wěn)定和較高的窄電量分布，在長 時(shí)間的復(fù)印或打印過程中的成像質(zhì)量非常穩(wěn)定，同時(shí)顯影密度高、顯影密度均勻以及底灰 和廢粉率低。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的制備方法做進(jìn)一步的詳述。
[0031] 下述實(shí)例中，"份"表示質(zhì)量份。實(shí)施例和對比例所得的評估結(jié)果總結(jié)與表1。
[0032] 實(shí)施例1
[0033]碳粉核的單體油相的制備:將苯乙烯80份、丙烯酸正丁酯19份、顏料紅(269號)5份 和蠟(二十二酸二十二酯)6份，將上述組分在室溫下用球磨機(jī)研磨分散制得分散液，再將二 乙烯基苯1份，十二硫醇0.5份和偶氮二異丁腈6份與所述分散液混合，充分分散5分鐘得到 碳粉核的單體油相。
[0034] 分散單體油相的水性分散液的制備:將100份去離子水溶解6份氯化鎂的水溶液中 緩慢加入200份去離子水溶解7.5份氫氧化鈉的水溶液，高速剪切分散5分鐘，獲得氫氧化鎂 懸浮分散液做為分散單體油相的水性分散液。
[0035] 含有表面不飽和雙鍵修飾的納米粒子和其它含有不飽和雙鍵的單體的混合物的 制備：將納米二氧化硅1.6份、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.4份和甲基丙烯酸甲酯 1.5份在10°C下以lOOOrpm的轉(zhuǎn)速高速攪拌10分鐘進(jìn)行分散和表面改性，再在25°C下陳化3 小時(shí)制得含有表面不飽和雙鍵修飾的納米粒子和其它含有不飽和雙鍵的單體的混合物。
[0036] 將上述制備的碳粉核的單體油相加入到分散單體油相的水性分散液中，用高速剪 切分散劑以6000rpm的速度分散5分鐘，然后轉(zhuǎn)移到聚合反應(yīng)器中升溫至70°C聚合反應(yīng)10小 時(shí)，得到粒徑為6.7微米的作為的碳粉的核粒子的分散液。
[0037] 將上述制備的含有表面不飽和雙鍵修飾的納米粒子和其它含有不飽和雙鍵的單 體的混合物加入至碳粉的核粒子的分散液中，在50rpm下攪拌10分鐘使兩相充分分散，然后 加入0.1份的過硫酸銨，在90 °C下攪拌2小時(shí)，得到粒徑為8.6微米的碳粉。
[0038] 實(shí)施例2
[0039]除了將苯乙烯80份、丙烯酸正丁酯19份、氯化鎂8份、氫氧化鈉8.5份變更為