熔融法制備激光打印機(jī)墨粉及墨粉的檢測(cè)方法

1、熔融法制備激光打印機(jī)墨粉及墨粉的檢測(cè)方法 1引言l 墨粉是所有采用靜電成像過(guò)程的靜電復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)和傳真機(jī)的基本構(gòu)成部分，習(xí)慣稱(chēng)之為耗材，主要應(yīng)用于黑白復(fù)印和打印 ,它是以樹(shù)脂、顏料、荷電劑、石蠟、 磁粉、外添劑等成分為主要原料的 復(fù)合產(chǎn)物 。我國(guó)墨粉量需求巨大， 2005年已達(dá)到9000t,市場(chǎng)需求量平 均以8%到9%的速率增長(zhǎng) 。國(guó)內(nèi)的 墨粉生產(chǎn)廠家除為打印機(jī)生產(chǎn)廠商 代工外，大部分從事兼容性墨粉的 生產(chǎn)。1引言l兼容性墨粉是指由非打印機(jī)生產(chǎn)廠商出品的，能夠單獨(dú)并且能夠和原裝墨粉混合在某一型號(hào)打印機(jī)上使用的墨粉。因兼容性墨粉售價(jià)便宜且其品質(zhì)已非常接近原裝墨粉，故其銷(xiāo)量逐年上升，市場(chǎng)前景

2、廣闊。因兼容性墨粉生產(chǎn)廠家不具有原裝粉配方，故其工作關(guān)鍵是研制出與原裝粉品質(zhì)接近的配方及生產(chǎn)工藝。 付著付著半溶融半溶融擴(kuò)散擴(kuò)散浸透浸透墨粉墨粉紙紙墨粉在定影時(shí)的變化墨粉在定影時(shí)的變化熱力及壓力等能量熱力及壓力等能量轉(zhuǎn)印后的狀態(tài)轉(zhuǎn)印后的狀態(tài)定影后的狀態(tài)定影后的狀態(tài)1.2定影的演化過(guò)程1.1打印機(jī)的打印過(guò)程曝光曝光加熱裝置加熱裝置充電充電顯影顯影轉(zhuǎn)印轉(zhuǎn)印分離分離定影定影 清潔清潔OPCOPC鼓鼓紙張供應(yīng)紙張供應(yīng) 碳粉碳粉碳粉補(bǔ)給碳粉補(bǔ)給1.3墨粉的分類(lèi)l目前,使用最普遍的墨粉大致可分為兩類(lèi):一是雙組分墨粉;二是單組分墨粉。雙組份墨粉是用微小的色調(diào)劑顆粒與較大顆粒的載體（以磁鐵粉、塑料珠和玻璃珠為

3、原料制成的，其中以鐵磁粉最為常用）配合而成，單組份墨粉不含有載體。單組份墨粉較雙組份墨粉有打印設(shè)備簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)印率高、底灰小、造價(jià)便宜等特點(diǎn)，目前市場(chǎng)上的雙組份墨粉占有率正逐年下降。兩種墨粉的SEM照片如下圖所示。1.3.1雙組分墨粉和單組分墨粉的SEM照片l 1 雙組分墨粉 2 單組分墨粉1.3.2單組分墨粉與雙組分墨粉顯影方式的區(qū)別1.3.3色調(diào)劑中各組分的功能和含量組分類(lèi)型雙組分或單組分非磁性單組分磁性粉樹(shù)脂70-90%40-65%磁粉0%30-50%顏料0-6%0-6%石蠟2-10%2-10%荷電劑0.1-3.0%0.1-3.0%外添劑0.1-3.0%0.1-3.0%1.3.3色調(diào)劑中各組

4、分的功能和含量l 各組分功能如下： (1) 樹(shù)脂在墨粉中所占比例約為80%,實(shí)際上墨粉就是一種被染了色的熱熔性樹(shù)脂,它的作用是在圖像定影的過(guò)程中,將墨粉中的各種成分通過(guò)加熱、加壓固定在紙上。因此,樹(shù)脂的性能對(duì)墨粉的質(zhì)量和穩(wěn)定性是至關(guān)重要的,通常用于制作墨粉的樹(shù)脂是選用粘合性能和熱熔性能好、化學(xué)穩(wěn)定性的合成樹(shù)脂,如丙烯酸類(lèi),苯乙烯類(lèi),酚醛樹(shù)脂等等;（2）磁粉：是墨粉在磁場(chǎng)中能夠被吸引；(3)顏料:顏料在墨粉中所占比例約為10%,主要起著色作用。一般在墨粉中常采用碳黑作為著色材料,其化學(xué)性能也比較穩(wěn)定;（4）石蠟：能完善墨粉的定影性能，增加定影牢固度，防止粘輥。顏料為墨粉產(chǎn)生視角效果，并影響其帶電

5、量。外添劑改變墨粉的帶電量、電荷分布曲線(xiàn)及帶電速度。(5)荷電劑:電荷調(diào)節(jié)劑是一種用于控制墨粉帶電性能的添加劑,所占比例約為5%; (6)外添劑:在墨粉中加入添加劑是為了提高墨粉的流動(dòng)性、易清潔性、易轉(zhuǎn)印性和防止結(jié)塊等,一般在墨粉中所占比例為5%。1.4墨粉的主要生產(chǎn)工藝l 墨粉的生產(chǎn)工藝主要有熔融法和聚合法。l 熔融法是將已合成好的樹(shù)脂與顏料及荷電劑等混合均勻后高溫熔融,然后擠出、冷卻、破碎、超細(xì)粉碎、分級(jí),最后再加入一些能改變其流動(dòng)性的外部添加劑混合而得到制成品。該法工藝成熟,操作參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定,是當(dāng)前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的傳統(tǒng)方法,目前仍是我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)墨粉的打印產(chǎn)品的黑度、底灰主要方法。熔融法中樹(shù)

6、脂、石蠟、荷電劑等組分的研究已比較充分，目前研究的關(guān)鍵領(lǐng)域在外添劑的添加，外添劑主要控制墨粉帶電量、流動(dòng)性，對(duì)有很大影響。通過(guò)改變外添劑的種類(lèi)及含量，可以找到能打印出最好打印品質(zhì)的墨粉配方。l 聚合法是指將單體原料、顏料等添加劑一起混合加入到反應(yīng)器中,采用聚合的方法直接制得墨粉的顆粒狀成品。由于它是在顏料顆粒的表面直接進(jìn)行樹(shù)脂的聚合,使得顏料與樹(shù)脂之間可能以?xún)r(jià)鍵力結(jié)合在一起或使粒子能鑲嵌在樹(shù)脂基體中而更牢靠。同時(shí),墨粉顆粒的大小及外形的控制是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)的,所以無(wú)需粉碎工序便可以得到制成品。熔融法工藝流程及檢測(cè)l配料混煉壓片粗粉碎氣流磨分級(jí)加入外添高速混合得到制品粉。2.4色調(diào)劑中各組分

7、的位置2.5墨粉的檢測(cè)l墨粉需要檢測(cè)的內(nèi)容有：粒度檢測(cè)、帶電量檢測(cè)、軟化點(diǎn)和熔融指數(shù)檢測(cè)、黑度值測(cè)量、底灰測(cè)量、定影牢固度檢測(cè)、分辨率檢測(cè)、廢粉率計(jì)算、耗粉量計(jì)算、不均勻度檢測(cè)等。結(jié)果與討論3.1二氧化硅含量對(duì)帶電量、黑度、底灰的影響 3.1二氧化硅含量對(duì)帶電量、黑度、底灰的影響l外添劑是影響墨粉帶電量的關(guān)鍵，以二氧化硅對(duì)墨粉的影響為例。由上圖可以看出墨粉的帶電量隨混合時(shí)間先增高然后逐漸降低，隨二氧化硅含量增高的變化是先增高然后降低。測(cè)試條件：溫度18，相對(duì)濕度41%。3.1二氧化硅含量對(duì)帶電量、黑度、底灰的影響3.1二氧化硅含量對(duì)帶電量、黑度、底灰的影響 由上圖可以看出，墨粉的黑度值和底灰值

8、都隨二氧化硅含量的增加而增加，根據(jù)黑度和底灰的變化關(guān)系，根據(jù)對(duì)墨粉黑度和底灰的要求可以得出，在二氧化硅含量為1.8%時(shí)，能得到最好的打印品質(zhì)。結(jié)合二氧化硅含量對(duì)墨粉的影響，可以先通過(guò)測(cè)試帶電量得出需添加的含量范圍再打印檢測(cè)，以減少工作量。 3.2兼容性測(cè)試結(jié)果品種粒度(m)軟化點(diǎn)()融指 (10-2ml/s)底灰黑度耗粉量g/百?gòu)埗ㄓ袄喂潭菵505.0420.13自制粉12.031.22%2.68%135.02.650.011.252.2好原裝粉15.350.11%30.24%131.66.780.011.232.9好混合粉13.426.73%17.86%134.74.730.011.252.

9、5好3.2兼容性測(cè)試結(jié)果兼容性的好壞是一種墨粉能否擁有良好市場(chǎng)的關(guān)鍵，以墨粉206130568為例，其兼容性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)上表。兼容性測(cè)試結(jié)果：（1）原裝粉與自制粉在交替換粉的復(fù)印過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)異常，兼容性良好；（2）原裝粉與自制粉相比，粒度與耗粉量偏大、融指偏高、復(fù)印品質(zhì)量相當(dāng)。3.3打印壽命測(cè)試l墨粉的打印壽命測(cè)試為了檢驗(yàn)?zāi)鄣拈L(zhǎng)期打印性能，以墨206130568粉為例，打印測(cè)試結(jié)果如表3-2。實(shí)驗(yàn)環(huán)境：溫度：20；相對(duì)濕度：705%。平均耗粉量：2.2g/百?gòu)?。廢粉率：8.7%。打印表現(xiàn)：打印19000張，黑度良好無(wú)下降趨勢(shì)；稿件干凈，定影良好；未出現(xiàn)粘鼓等其他異常。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：自制粉在LBP3000機(jī)原裝盒上表現(xiàn)良好。3.4高低溫實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果測(cè)試項(xiàng)目常溫（19/43%濕度）高溫高濕（30/80%度）低溫低濕（10/25%濕度）底灰無(wú)前20張綜合稿有較大顆粒底灰，300張后抽稿稍有灰。無(wú)拖尾無(wú)稍有無(wú)分辨率600600600其它現(xiàn)象黑稿上有大白點(diǎn)首張黑稿大白點(diǎn)小白點(diǎn)較多，后大白點(diǎn)減少，小白點(diǎn)600張消失。首張大白點(diǎn)較多，后減少，3.4高低溫實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果4總結(jié)l 綜上所述，墨粉的制造涉及到超細(xì)粉體加工、復(fù)合材料、化工等領(lǐng)域的內(nèi)容，是世界上公認(rèn)的高技術(shù)產(chǎn)品。墨粉的檢測(cè)也涉及到電磁學(xué)、化工科學(xué)等多個(gè)學(xué)科，由于各個(gè)打印機(jī)