CN104133352A - 激光打印机用墨粉 - Google Patents

Abstract

本技术方案精选墨粉中关键的原材料树脂，提高了墨粉的性能；拓宽了着色剂的选择范围，墨粉的使用范围扩大；制造和使用安全环保。

Description

激光打印机用墨粉

 

技术领域

本申请涉及计算机***设备信息输出耗材，具体涉及激光打印机/复印机/传真机用彩色墨粉。

 

背景技术

自从1993 年出现首例商业单色墨粉，1998 年出现首例商业彩色墨粉以来，由于激光打印需求的快速发展,  激光打印机/复印机/传真机耗材墨粉技术发展很快。墨粉按带电的极性可以分为：正电粉和负电粉；按磁性能可以分为：有磁粉和非磁粉；按组份可以分为：单组份和双组分。从墨粉组成看, 由树脂、颜料、添加剂等成份组成。从墨粉的制造方法看, 有直接聚合法和熔融粉碎法等。其加工与制造涉及到超细加工、化工、复合材料等学科的内容，是世界上公认的高科技产品。

激光打印机是将激光扫描技术和电子显像技术相结合的非击打输出设备。根据机型的不同，打印功能也有区别，但其工作原理基本相同，都要经过：充电、曝光、显影、转印、消电、清洁、定影七道工序，其中有五道工序是围绕感光鼓进行的。当把要打印的文本或图像输入到计算机中，通过计算机软件对其进行预处理。然后由打印机驱动程序转换成打印机可以识别的打印命令（打印机语言）送到高频驱动电路，以控制激光发射器的开与关，形成点阵激光束，再经扫描转镜对电子显像***中的感光鼓进行轴向扫描曝光，纵向扫描由感光鼓的自身旋转实现。感光鼓是一个光敏器件，有受光导通的特性。表面的光导涂层在扫描曝光前，由充电辊充上均匀电荷。当激光束以点阵形式扫射到感光鼓上时，被扫描的点因曝光而导通，电荷由导电基对地迅速释放。没有曝光的点仍然维持原有电荷，这样在感光鼓表面就形成了一幅电位差潜像（静电潜像），当带有静电潜像的感光鼓旋转到载有墨粉磁辊的位置时，带相反电荷的墨粉被吸附到感光鼓表面形成了墨粉图像。当载有墨粉图像的感光鼓继续旋转，到达图像转移装置时，一张打印纸也同时被送到感光鼓与图像转移装置的中间，此时图像转移装置在打印纸背面施放一个强电压，将感光鼓上的墨粉像吸引到打印纸上，再将载有墨粉图像的打印纸上送入高温定影装置加温、加压热熔，墨粉熔化后浸入到打印纸中，最后输出的就是打印好的文本或图像。

 树脂在墨粉中所占比例约为30-90%，实际上墨粉就是一种被染了色的热熔性树脂，它的作用是在图像定影的过程中，将墨粉中的各种成分通过加热、加压固定在纸上，因此树脂的性能对墨粉的质量和稳定性是至关重要的。常规技术中用于制作墨粉的树脂是选用如丙烯酸类，苯乙烯类，酚醛，氯醋，聚酯树脂等等，由于技术发展的时代局限性，这些树脂的粘合性能和热熔性能、化学稳定性还有待提高，还不能满足激光打印/复印/传真高效率、无故障、应用广的需要。

 

发明内容

申请人在长期的技术实践中发现，改性丙烯酸树脂和改性聚氨酯树脂具有异乎寻常的粘合性能和热熔性能好、化学稳定性高的特征。

所述改性丙烯酸树脂是环氧树脂、有机硅、有机氟、聚氨酯树脂中至少一种改性的丙烯酸树脂；改性丙烯酸树脂可以是固体微粒或者是乳液，粒径5-8微米。

所述改性聚氨酯树脂选自：环氧树脂-聚氨酯树脂、环氧树脂-丙烯酸酯-聚氨酯树脂、蓖麻油-丙烯酸酯-聚氨酯树脂、丙烯酸酯-聚氨酯树脂、有机硅-聚氨酯树脂、有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯树脂、氟硅-聚氨酯树脂、氟改性聚氨酯树脂、脂肪族聚氨酯树脂、聚酯-聚氨酯树脂、聚醚-聚氨酯树脂、聚脲-聚氨酯树脂等中的至少一种；改性聚氨酯树脂是固体微粒或者是乳液，粒径5-8微米。

丙烯酸树脂和聚氨酯树脂改性后兼有各种改性的树脂的优点，外观清澈透明-淡黄半透明，粒径<１００纳米，分子量和软硬度可调节，增加定影牢固度和减少重影机率，以及较佳的荷质比；成膜后全透明，不影响着色剂发色；优异的耐水性和耐化学试剂性，超常的耐高温性和耐低温性，化学性能极其稳定，耐候性能非常好；其次，其软化温度和玻璃化温度，根据激光打印机墨粉的软化点、熔融指数、结块温度，通过调节反应过程中的单体比例，任意调节；或者制备两种以上熔点的树脂复配满足墨粉熔点较宽的需要，甚至通过选择各种激光打印机的通用参数制造通用的树脂，热熔性能完全满足激光打印技术的要求；同时，其具有优异的粘接性能。各项指标都满足GB/T28032-2011《静电成像墨粉用树脂》的要求，甚至高于国家标准。

本申请激光打印机/复印机/传真机用彩色墨粉的技术方案为：以重量百分比计，液/固混合的以固含量计

着色剂  1-50%

改性丙烯酸树脂和/或改性聚氨酯树脂  30-90%

电荷控制剂  0.5-10%

脱模剂   0.5-5%

表面处理剂  0.5-5%

作为优选：本技术方案还可以添加任何提高其性能的常规助剂。

本申请的着色剂，可以选择常规技术中的水溶性染料、溶剂染料、分散染料、有机颜料、无机颜料、金属光泽颜料、陶瓷色料中的至少一种为着色剂，着色剂微粒的粒径要求5-8微米，包含各种色相。如果使用陶瓷色料的激光打印墨粉是作为打印陶瓷用途，需要高温熔化时，在墨粉中优选添加陶瓷色料0.5-1倍的陶瓷熔剂。陶瓷熔剂是现有陶瓷技术使用的。

选用水溶性染料和分散染料制备墨粉时，优选熔融粉碎法的制备方法。其它非水溶着色剂制备墨粉时，可以使用熔融粉碎法的制备方法，优选直接聚合法的制备方法。

本申请的电荷控制剂，是指常规技术中二苯乙醇酸金属络合物类、季铵盐类、水杨酸金属络合物类、偶氮金属络合物类，粒径5-8微米。

本申请的脱模剂，是指常规技术中粒径5-8微米的二氧化硅、二氧化钛、钛酸锶。

本申请的表面处理剂，是指常规技术中聚乙烯蜡、石蜡、费-托合成蜡、巴西棕榈蜡、烃蜡、酯蜡、蜡乳液在5-8微米的蜡类。

本申请的技术方案的优势和有益效果是：

1. 精选升级墨粉中最关键的原材料树脂，改性丙烯酸树脂和/或改性聚氨酯树脂作为墨粉的主体原材料，墨粉有较佳荷质比，增加定影牢固度和减少重影，提高墨粉稳定性和耐候性，软化点、熔融指数、结块温度任意调节，满足激光打印/复印/传真高效率、无故障、应用广的需要。

拓宽了着色剂的选择范围，墨粉使用范围扩大。

. 生产过程和使用过程安全环保，无有害物质排放。

 

具体实施方式

结合具体实施方式阐述本发明；但不能将具体实施例看作对本发明的限制；本申请以重量百分比计量，液/固混合的原材料以固含量计算。

实施例1：直接聚合法制备墨粉

组分（重量g）：    乳化剂（3）  水（100）  丙烯酸丁酯（BA）（30）  苯乙烯（St）（30）  丙烯酸（AA）（5）   过硫酸铵（AP）（2）  乙烯基三乙氧基硅烷（DB-151）（8）   甲基丙烯酸十二氟庚脂（3）  C.I.颜料红122（10） 十六烷基三甲基溴化铵（2）  聚乙烯蜡（3）  二氧化硅（3）  钛酸锶（2）  二氧化钛（1）

过程和步骤：

（1） 将四分之三的乳化剂［壬基酚聚氧乙烯醚（OP-10）和十二烷基硫酸钠（K12）以2：1的质量比］加入水中，搅拌溶解；然后加入丙烯酸丁酯（BA）、苯乙烯（St）、丙烯酸（AA）混合单体，十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯蜡，加入C.I.颜料红122，二氧化硅、二氧化钛、钛酸锶，强力搅拌30分钟，直到微粒的粒径在5-8微米以下，制成预乳化液。

（2）另将引发剂过硫酸铵（AP）融入水中，配成溶液。在装有回流冷凝管、电动搅拌器、恒压滴液漏斗和温度计的250毫升四口烧瓶中，加入适量碳酸氢钠、水和剩余的乳化剂，升温至60℃，加入部分引发剂溶液，在30分钟内滴加约1/5的预乳化液，在75-80℃保温1-2小时；将乙烯基三乙氧基硅烷（DB-151）和含氟单体以一定比例混入剩余预乳化液中，在2-3小时内将预乳化液和剩余引发剂溶液滴入烧瓶中，滴完后保温反应1-2小时；降温至40℃以下，用氨水调节PH值至7-8。微粒的粒径5-9微米。

（3）洗涤，分离聚合产物，自然晾干，得到直接聚合红色墨粉。

实施例2：直接聚合法制备墨粉

将实施例1中的C.I.颜料红122，用炭黑10克替代，重复上述步骤，得到直接聚合黑色墨粉。

实施例3：直接聚合法制备墨粉

（1）将90毫升的溶剂与0.1mol的甲苯二异氰酸酯混合后加入氮气保护的三口烧瓶中，加入10克镨黄色料，水杨酸金属络合物电荷控制剂3克，聚乙烯蜡3克，二氧化硅3克，并滴加三滴催化剂二丁基锡二月桂酸酯，升温至60℃（用丙酮作溶剂时反应温度略低），慢慢滴加一定量的有机硅（端羟基硅油），1.5小时左右滴完，继续反应1.5小时；然后滴加一定量的聚异丙二醇（Mn=1000），1.5小时左右滴完，继续反应1.5小时；冷却到室温。

（2）迅速取出第一步反应产物，置于恒压滴液漏斗中，向反应器中加入0.11mol的二羟甲基丙酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液（用90毫升溶解，并事先放入烘箱中加热溶解完全），升温至60℃滴加反应产物，反应3小时后，冷却至室温，得初产品。

（3）将初产品用去离子水沉淀，洗去溶剂等，再用10%氢氧化钠溶液中和，高速搅拌乳化，微孔滤膜过滤，微粒的粒径在5-9微米，自然晾干，得到直接聚合黄色墨粉。

实施例4：直接聚合法制备墨粉

将实施例3的镨黄色料用10克C.I.溶剂蓝97替代，重复上述步骤，得到直接聚合蓝色墨粉。

实施例5：熔融粉碎法制备墨粉

原料：直接黄10克  有机硅氟-丙烯酸树脂20克  环氧树脂-聚氨酯树脂30克  十六烷基三甲基溴化铵10克  脱模剂二氧化硅3克  表面处理剂石蜡3克

方法：（1）将上述除二氧化硅的原材料倒入搅拌器中，充分混合均匀，制成混合料。

（2）将混合料投入挤塑机中，在90-150℃下将混合料挤成碎片。

（3）用粉碎机将上述碎片粉碎为20-30微米的碎粉。

（4）用压力6-7公斤/平方米的空气进行气流粉碎，用3000-5000转/分钟的分级机进行分级，收集器处理，得到5-9微米的初产品。

（5）加入二氧化硅，用900转/分钟的搅拌机混合3-4分钟，使其流动性大于20%。

（6）用250目的筛网过筛，制得熔融粉碎法的黄色墨粉。

实施例6：熔融粉碎法制备墨粉

将实施例5的着色剂用C.I.分散红167代替，重复上述步骤，制得熔融粉碎法的红色墨粉。

实施例7-9：对实施例1、3、5进行检测，实施例1检测结果是实施例7，实施例3检测结果是实施例8，实施例5检测结果是实施例9，综合墨粉性能和打印效果共检测10项目。

序号	检测项目	单位	实施例7	实施例8	实施例9
						1	粒度分布	微米	5-9	5-9	5-9
2	荷质比	μc/g	15	16	25
						3	软化点	℃	85	108	132
4	结块温度	℃	<46	<46	<46
						5	凝集度	%	<3	<3	<4
6	图像密度		1.3-1.4	1.3-1.4	1.3-1.4
						7	灰度	级	>14	>12	>10
8	底灰		<0.001	<0.001	<0.003
						9	分辨率	线/m	6	6	5
10	定影牢度	%	93	95	92

    

Claims (7)

1.激光打印机/复印机/传真机用彩色墨粉，其特征是：以重量百分比计，液/固混合的以固含量计，着色剂1-50%，改性丙烯酸树脂和/或改性聚氨酯树脂30-90%，电荷控制剂0.5-10%，脱模剂0.5-5%，表面处理剂0.5-5%。

2.权利要求1所述的彩色墨粉，其特征是：改性丙烯酸树脂是环氧树脂、有机硅、有机氟、聚氨酯树脂中至少一种改性的丙烯酸树脂；改性丙烯酸树脂可以是固体微粒或者是乳液，粒径5-8微米。

3.权利要求1所述的彩色墨粉，其特征是：改性聚氨酯树脂选自：环氧树脂-聚氨酯树脂、环氧树脂-丙烯酸酯-聚氨酯树脂、蓖麻油-丙烯酸酯-聚氨酯树脂、丙烯酸酯-聚氨酯树脂、有机硅-聚氨酯树脂、有机硅-丙烯酸酯-聚氨酯树脂、氟硅-聚氨酯树脂、氟改性聚氨酯树脂、脂肪族聚氨酯树脂、聚酯-聚氨酯树脂、聚醚-聚氨酯树脂、聚脲-聚氨酯树脂等中的至少一种；改性聚氨酯树脂是固体微粒或者是乳液，粒径5-8微米。

4.权利要求1所述的彩色墨粉，其特征是：着色剂是水溶性染料、溶剂染料、分散染料、有机颜料、无机颜料、金属光泽颜料、陶瓷色料中的至少一种，粒径5-8微米。

5.权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征是：着色剂是水溶性的，采用熔融粉碎法制备。

6.权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征是：着色剂是非水溶性的，采用熔融粉碎法或直接聚合法制备。

7.权利要求1所述的彩色墨粉，其特征是：着色剂是陶瓷色料，为陶瓷显色用途，有高温融熔步骤时，添加色料0.5-1倍的陶瓷熔剂。