CN104570636B - 静电图像显影剂用载体芯材及其制备方法以及载体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种静电图像显影剂用载体芯材及其制备方法以及载体。所述载体芯材的制备方法为：以金属氧化物和炭黑的混合物为原料，经粉碎、造粒、煅烧、烧结制得，其中，金属氧化物中至少含有Fe、Mn和Mg元素，并且原料中炭黑的质量百分比为2‑40％。所述方法制备出的载体芯材化学通式为Mn_xMg_yFe_zO₄(0＜x≤1，0＜y≤1，2≤z＜3)，表观密度为1.3‑2.0g/cm³，真密度为2.5‑5.5g/cm³。具有密度低、强度高的特点。本发明制备出的静电图像显影剂在显影过程中能耗少，长期使用后也能保证画质良好、稳定地输出。

Description

静电图像显影剂用载体芯材及其制备方法以及载体

技术领域

本发明涉及显影剂领域，具体的说是一种静电图像显影剂用低密度载体芯材其制备方法以及载体。

背景技术

静电图像显影剂包括单组分显影剂和双组分显影剂两大类。由于双组分显影剂中含有载体，调色剂能够迅速而稳定的带电，因此在高速打印过程中双组分显影剂能够得到高质量的图像。目前，双组分显影剂中广泛使用的载体由铁氧体载体芯材和包覆在载体芯材表面的树脂层构成。双组分显影剂中载体的作用是在显影盒内与调色剂搅拌、混合，赋予调色剂所需要的带电量；另一方面，在显影盒和感光体之间作为电极，将调色剂输送到感光体上的静电潜像处成像。在显影器内，载体由于受到磁力作用而被吸附在磁辊上，在参与一次显影过程后，再次回到显影盒，和新的调色剂搅拌、混合。也就是说，载体在显影装置内是可以反复使用的。在使用期间，载体的各项性能参数需要保持稳定，以便图像能够良好、稳定地输出。

然而，为了实现静电图像显影装置的高速化和小型化，显影盒内的高速搅拌使载体受到了强烈的力学冲击，载体的树脂包覆层容易发生脱落或破裂，从而无法赋予调色剂稳定的带电量。另外，高密度载体在搅拌过程中需要的转矩也大，会消耗更多的电力。由于载体的密度主要取决于载体芯材的密度，因此低密度载体芯材的研发是解决载体低寿命和高能耗问题的关键。

专利文献(申请号：201110001876.4)提出将真比重低的非磁性氧化物加入载体芯材来降低其密度的办法，比如在金属氧化物原料中加入硅树脂或SiO₂颗粒。但是由于硅树脂气化的温度较低，气化主要发生在煅烧阶段的前期，因此形成中空结构的效率不高。此外，SiO₂还会与Fe₂O₃反应生成低熔点、非磁性的化合物FeSiO₃。FeSiO₃可以大大加快铁氧体晶粒的生长速度。因此SiO₂的大量加入不仅使载体芯材的饱和磁化强度被限制在较低的水平，而且载体芯材的有效成分和表面形貌也难以得到控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、控制简便的静电图像显影剂用载体芯材的制备方法。

本发明的另一个目的是提供一种低密度、高强度的静电图像显影剂用载体芯材。

本发明还提供一种含有上述载体芯材及包覆在载体芯材上的树脂层构成的静电图像显影剂用载体，这种载体密度低、带电量稳定、使用寿命长，可用于制备静电图像显影剂。

本发明静电图像显影剂用载体芯材的制备方法包括，以金属氧化物和炭黑的混合物为原料，经粉碎、造粒、煅烧、烧结制得，其中，金属氧化物中至少含有Fe、Mn、Mg元素，并且原料中炭黑的质量百分比为2-40％，进一步优选为10-30％。

本发明在金属氧化物中加入炭黑颗粒，通过湿法粉碎将金属氧化物和炭黑均匀混合，在煅烧阶段，炭黑与氧气反应生成二氧化碳，气体释放后在载体芯材内部形成中空结构，使载体芯材的密度降低。原料中炭黑的含量应控制在合理范围。如果原料中炭黑的质量百分比过高，载体芯材的中空结构相互连通，载体芯材的强度将明显下降，在显影过程中不耐机械冲击，易破碎，故载体的寿命大大缩短。如果原料中炭黑的质量百分比过低，产生的中空结构不足，则载体芯材的密度不会发生明显降低。

发明人在研究中还发现，如果原料中炭黑颗粒的平均粒径过大，则粉碎阶段，炭黑与金属氧化物不能均匀混合，导致载体芯材和载体的结构也不均匀，显影过程中容易产生斑点。如果原料中炭黑颗粒的平均粒径过小，炭黑的表面积增大，其气化温度将降低，不利于形成充分的中空结构。因此原料中炭黑颗粒的平均粒径优选为0.5-5μm，进一步优选为2-4μm。

由上述方法制备的静电图像显影剂用载体芯材，其化学通式为Mn_xMg_yFe_zO₄(0≤x≤1，0≤y≤1，2≤z≤3)，表观密度为1.3-2.0g/cm³，真密度为2.5-5.5g/cm³。

所述载体芯材在外部1000Oe的磁场强度作用下，饱和磁化强度σ_s为40-80Am²/kg，剩余磁化强度σ_r为10.0Am²/kg以下，矫顽力H_C为5Am²/kg以下。如果载体芯材的饱和磁化强度过低，磁力不足以抵抗离心力，载体就会从磁辊上飞散出来并附着在感光鼓上，导致图像出现异常，即所谓的载体附着现象。如果载体芯材的饱和磁化强度过高，又会导致磁刷过硬，也不能获得良好的图像。

所述载体芯材的平均粒径为20-100μm，进一步优选为25-60μm。载体芯材的粒径在25μm以上时，载体附着少，可以得到高质量的图像。粒径在60μm以下时，载体颗粒对调色剂的保持能力强，调色剂飞散量低，底片灰雾少。

在载体芯材的制备过程中，还要根据需要还可以加入常用的粘合剂、分散剂和消泡剂(这些成分会在烧结过程中除掉)。粘合剂可选择淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素等，优选聚乙烯醇；分散剂可选择脂肪羧酸类、脂肪酰胺类、多聚羧酸铵盐类、酯类等，优选多聚羧酸铵盐类；消泡剂选择正辛醇。以化学通式Mn_xMg_yFe_zO₄(0≤x≤1，0≤y≤1，2≤z≤3)所示的组成作为载体芯材的主要成分。锰铁氧体具有强磁性，因此优选x＞0.7以保证载体芯材具有较高的饱和磁化强度。镁铁氧体虽然磁性较弱，但其具有较高的电阻率。这两种铁氧体配合使用可以将载体芯材的磁特性和电阻率调节至理想水平。载体芯材的表观密度为1.3-2.0g/cm³，真密度为2.5-5.5g/cm³。在上述密度范围内的载体芯材制备出的载体在显影槽内搅拌时受到冲击力小，有利于载体寿命的提高。与此同时，这种载体在搅拌时转矩小，需要的驱动电力也小，具有节能优势。

本发明在金属氧化物原料中加入炭黑制备出了兼具低密度和高强度特点的载体芯材，与此同时，避免了杂质成分的引入而带来的载体芯材在磁特性、成分以及微观结构上的变化。

本发明包覆在载体芯材上的树脂层的具体组分可根据现有技术及具体需要合理选择，其含量优选为载体芯材重量的0.1-30％，进一步优选为0.5-10％。在树脂层中优选添加体积平均粒径为0.1-1μm的导电性微粒，其添加量占树脂层总质量的2-40％，导电性微粒的添加能显著抑制载体电阻率的下降。所述导电性微粒可以是炭黑微粒、氧化钛微粒、氧化锡微粒等无机微粒。

有益效果：

本发明静电图像显影剂用载体芯材的制备方法是以金属氧化物和炭黑的混合物为原料，经粉碎、造粒、煅烧、烧结等工序制得，工艺简单、容易控制，制备的载体芯材具有低密度、高强度的特点；

本发明静电图像显影剂用载体具有密度低、使用寿命长的特点，由这种载体制备出的静电图像显影剂在显影过程中能耗少，长期使用后也能保证画质良好、稳定地输出。

具体实施方式

Ⅰ、载体芯材的制备

(实施例1)

粉碎、造粒

将752g Fe₂O₃(平均粒径为2.0μm)，218g Mn₃O₄(平均粒径为2.5μm)，30g MgO(平均粒径为2.7μm)，100g炭黑(平均粒径为2.8μm)的混合物作为载体芯材的原料，分散到水中，然后用湿式球磨机粉碎2小时，得到上述物质的混合浆料。浆料的固含量，即固体成分的质量百分比，要控制在50％以上，优选60％以上。这样的浆料在喷雾造粒后所得造粒粉强度高，故优选。另外加入30g的聚乙烯醇作为粘合剂，再添加10g的聚丙烯酸和5g的正辛醇分别作为分散剂和消泡剂。用离心式喷雾干燥机将该浆料在200℃的热风中进行造粒，得到粒径范围在10-100μm的造粒粉。

煅烧

将所得造粒粉投入到电炉内，加热到1000℃，在空气中煅烧2小时，成为煅烧制品。在此过程中，炭黑燃烧产生气体，在造粒粉中形成了中空结构。

烧结

将所得煅烧制品投入到电炉内，加热到1250℃，在空气中烧结2小时。降温后将烧结物破碎，再通过筛分和分级工序除去过大和过小的颗粒，使载体芯材的粒径控制在所述载体芯材的平均粒径为20-100μm。最后，用磁场选矿机除去非磁性成分，得到载体芯材。

(实施例2)

除原料中炭黑的添加量改变为200g以外，用与实施例1同样的条件，得到实施例2的载体芯材。

(实施例3)

除原料中炭黑的添加量改变为400g以外，用与实施例1同样的条件，得到实施例3的载体芯材。

(实施例4)

除原料中炭黑的添加量改变为600g以外，用与实施例1同样的条件，得到实施例4的载体芯材。

(实施例5)

除原料中炭黑的平均粒径改变为0.8μm以外，用与实施例3同样的条件，得到实施例5的载体芯材。

(实施例6)

除原料中炭黑的平均粒径改变为1.6μm以外，用与实施例3同样的条件，得到实施例6的载体芯材。

(实施例7)

除原料中炭黑的平均粒径改变为4.2μm以外，用与实施例3同样的条件，得到实施例7的载体芯材。

(实施例8)

除原料中金属氧化物的组成改变为677g Fe₂O₃，323g Mn₃O₄，300g炭黑以外，用与实施例1同样的条件，得到实施例8的载体芯材。

(实施例9)

除原料中金属氧化物的组成改变为682g Fe₂O₃，280g Mn₃O₄，38g MgO，300g炭黑以外，用与实施例1同样的条件，得到实施例9的载体芯材。

(实施例10)

除烧结温度改变为1210℃以外，用与实施例3同样的条件，得到实施例10的载体芯材。

(比较例1)

除原料中不添加炭黑以外，用与实施例1同样的条件，得到比较例1的载体芯材。

(比较例2)

除原料中用200g的硅树脂颗粒(平均粒径为2.4μm)代替炭黑以外，用与实施例1同样的条件，得到比较例2的载体芯材。

(比较例3)

除原料中用200g的二氧化硅颗粒(平均粒径为4.0μm)代替炭黑以外，用与实施例1同样的条件，得到比较例3的载体芯材。

Ⅱ、载体的制备

将苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯树脂和炭黑分别溶解和分散于甲苯中，将混合物搅拌10分钟后得到分散液。在50℃时以流化床型涂覆设备，将分散液涂覆到100质量份的实施例1-10和比较例1-3的载体芯材表面，由此制得实施例1-10和比较例1-3的载体。

载体的配料如下：苯乙烯-甲苯丙烯酸甲酯树脂3质量份；炭黑0.4质量份；甲苯25质量份；载体芯材100质量份。

Ⅲ、显影剂的制备

使用混合机将5质量份的调色剂和95质量份的实施例1-10和比较例1-3的载体搅拌30分钟，制得实施例1-10和比较例1-3的双组分显影剂。

Ⅳ、各项物性值测定方法

各实施例与比较例的载体芯材的制备条件及物性值如表1所示。

表观密度

表观密度使用JIS-Z2504:2000方法测定。

磁特性

磁特性使用HH-10振动样品磁强计(南京南大仪器厂制造)测定。测得外部磁场1000Oe下的饱和磁化强度σ_s，剩余磁化强度σ_r和矫顽力H_C。

平均粒径

平均粒径使用激光衍射粒度测试仪(如COULTER LS230)测定。

强度

在KER-1/100A密封式制样粉碎机(镇江市科瑞制样设备有限公司制造)中加入100g的载体芯材并破碎60秒，对破碎前后载体芯材的粒径分布进行比较。本申请发明以破碎前后22μm以下的粒子的体积增加百分比作为衡量载体芯材强度的指标，此数值越小，表明载体芯材的强度越大。

[表1]

显影剂评价

使用市售的彩色复印机(每分钟30张)作为图像形成设备，将上述实施例1-10和比较例1-3的显影剂依次放在显影设备中的对应色位置，在A4纸上及常温常湿(20℃/50％RH)环境下进行了10万张的连续打印试验，并对打印结果进行图像浓度、底灰、载体附着和图像斑点等方面的评价。

各实施例与比较例的显影剂在打印1千张和10万张后所得打印结果的评价见表2。

图像浓度使用图像密度仪(X-ri te 500，X-ri te Corporat ion制造)测定。测量打印图像相对于白色背景区域(图像浓度：0.00)的相对浓度。图像浓度评价标准如下：

A：良好(大于1.4)，可以应用；

B：一般(小于或等于1.4，并且大于1.3)，可以应用；

C：差(小于或等于1.3)，不能应用。

底灰使用图像密度仪(X-ri te 500，X-ri te Corporation制造)测定。底灰评价标准如下：

A：良好(小于1％)，可以应用；

B：一般(大于或等于1％，并且小于2％)，可以应用；

C：差(大于或等于2％)，不能应用。

将透明粘合带紧密粘合至感光鼓上，小心撕下粘合带，用光学显微镜计数每1cm×1cm粘合带上粘附的载体个数，即载体附着的个数。载体附着评价标准如下：

A：良好(小于或等于3个)，可以应用；

B：一般(大于3个，并且小于或等于5)，可以应用；

C：差(大于5个)，不能应用。

用放大倍数为50倍的放大透镜观察图像斑点的数目。图像斑点评价标准如下：

A：良好(小于或等于1个)，可以应用；

B：一般(大于1个，并且小于或等于3个)，可以应用；

C：差(大于3个)，不能应用。

[表2]

从表1可知，相对于比较例1的载体芯材，实施例1-10、比较例2和3的载体芯材在保持高强度的同时，均实现了低密度。由于比较例2和3的载体芯材的原料中加入了Si元素，导致其饱和磁化强度下降，剩磁和矫顽力升高。其它各载体芯材的磁特性都处于良好水平。

从表2可知，实施例1-10的显影剂在打印初期和长期使用后均能保证画质合格、稳定地输出，可以应用。比较例1的显影剂在打印初期各项指标正常，但在长期使用后，载体的树脂包覆层发生脱落、破裂，导致图像密度降低至不合格水平。比较例2的显影剂由于载体芯材的磁特性偏低，长期使用后出现载体附着现象。而比较例3的显影剂在打印初期即表现出载体附着现象。因此比较例1-3的显影剂都不能应用。

Claims (5)

1.一种静电图像显影剂用低密度载体芯材的制备方法，其特征在于，以金属氧化物和炭黑的混合物为原料，经粉碎、造粒、煅烧、烧结制得，其中，金属氧化物中至少含有Fe、Mn和Mg元素，并且原料中炭黑的质量百分比为2-40％，原料中炭黑颗粒的平均粒径为0.5-5μm。

2.一种静电图像显影剂用载体芯材，其特征在于，采用权利要求1所述的制备方法制得，其化学通式为Mn_xMg_yFe_zO₄(0＜x≤1，0＜y≤1，2≤z＜3)，表观密度为1.3-2.0g/cm³，真密度为2.5-5.5g/cm³。

3.如权利要求2所述的静电图像显影剂用载体芯材，其特征在于，所述载体芯材在外部1000Oe的磁场强度作用下，饱和磁化强度σ_s为40-80Am²/kg，剩余磁化强度σ_r为10.0Am²/kg以下，矫顽力H_C为5Am²/kg以下。

4.如权利要求2所述的静电图像显影剂用载体芯材，其特征在于，所述载体芯材的平均粒径为20-100μm。

5.一种静电图像显影剂用载体，其特征在于，所述载体包括权利要求2-4任一项所述载体芯材及包覆于所述载体芯材上的树脂层。