CN104698779A - 非磁性色调剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非磁性色调剂及其制备方法。其中，非磁性色调剂包括100重量份的色调剂母粒及添加至该色调剂母粒外的外添加剂；该外添加剂包括0.5-1.5重量份粒径为7纳米-20纳米的小粒径疏水性二氧化硅，1.0-2.0重量份粒径为50纳米-200纳米的大粒径疏水性二氧化硅，0-1.0重量份的疏水性二氧化钛，0.5-1.5重量份的导电性二氧化钛，0-0.3重量份的氧化铝，0-0.3重量份的硬脂酸锌。通过向色调剂母粒中添加上述组分组合及重量份数范围的外添加剂后，改善其疏水性能、流动性能、充电性能及摩擦性能，使制得的非磁性色调剂能够在可回收废粉的处理盒中经循环挤压、充电及显影后仍具有良好的打印性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子照相成像设备用打印耗材及其制备方法，特别涉及一种非磁性色调剂及其制备方法。
背景技术
电子照相成像设备包括复印机、激光打印机及多功能一体机等，其基本工作过程可以分为充电、曝光、显影、转印、定影、及清洁六个步骤。
如图1所示，充电步骤为充电辊4对感光鼓6表面进行均匀地充电；曝光步骤为利用感光鼓6的表面的光导特性，激光扫描系统3产生的激光束31使感光鼓6的表面曝光，在感光鼓6的表面上形成静电潜像；显影步骤为粉仓中的色调剂颗粒1随着显影辊10的旋转而被出粉刀2挤压摩擦带上电荷，且在显影辊10的表面上形成厚薄均匀的色调剂层，带电荷的色调剂颗粒在电场力的作用下从显影辊10的表面转移至感光鼓6的表面的被曝光区域；转印步骤为通过转印辊9对纸张7充与色调剂颗粒所带相反的电荷，纸张上的电荷将吸附于感光鼓6的表面上的色调剂颗粒吸引至纸张上；定影步骤为通过上定影辊81与下压力辊82的作用，利用热量及压力使色调剂颗粒融化并渗入纸张的纤维中；清洁步骤为清洁刮刀5将残留于感光鼓6的表面上的色调剂颗粒清除，形成废粉11收纳于废粉仓中。
色调剂作为电子照相成像设备的打印耗材，在许多情况下，其含有母粒及添加至该母粒外的外添加剂，其中，母粒主要由树脂与着色剂构成。在打印过程中，未被转印至纸张上的色调剂颗粒将作为废粉被收纳于废粉仓中，在处理盒被遗弃或再生后，废粉进入生态环境中，容易对环境产生不利影响，且降低对处理盒中色调剂的利用率。
为了对废粉仓中的废粉进行再利用，提高处理盒的页产量，本申请人在公开日为2012年7月4日，公布号为CN102540844A的中国发明专利申请中公开了一种可回收废粉的处理盒，由于处理盒在废粉仓与粉仓之间设有一循环通道，使收纳于废粉仓中的废粉循环回粉仓中进行再次打印利用，从而使处理盒的页产量得到提高，降低了废粉量。但是，由于循环使用的色调剂经过多次出粉刀的挤压、多次充电、多次显影等原因而使其带电性能、疏水性能及摩擦性能逐渐劣化，在打印过程容易出现粘出粉刀、粘感光鼓及粘充电辊的现象，在打印的稿件上容易出现色密度衰减及底灰现象。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种非磁性色调剂；
本发明的另一目的是提供上述非磁性色调剂的制备方法。
为了实现上述主要目的，本发明提供的非磁性色调剂包括100重量份的色调剂母粒及外添加剂，该外添加剂包括0.5-1.5重量份粒径为7纳米-20纳米的小粒径疏水性二氧化硅，1.0-2.0重量份粒径为50纳米-200纳米的大粒径疏水性二氧化硅，0.5-1.5重量份的导电性二氧化钛，0-1.0重量份的疏水性二氧化钛，0-0.3重量份的氧化铝，0-0.3重量份的硬脂酸锌。
由以上方案可见，通过在色调剂母粒外添加适量的大粒径疏水性二氧化硅、小粒径疏水性二氧化硅及导电性二氧化钛，改善非磁性色调剂的疏水性能、流动性能及充电性能，加入疏水性二氧化钛及硬脂酸锌，改善制备得到的非磁性色调剂的充电性能、流动性能及摩擦性能，减少在可回收废粉处理盒中循环挤压、充电及显影过程中出现粘出粉刀、粘感光鼓及粘充电辊的现象，使在常温常湿条件下打印出的稿件的色密度效果好及底灰现象不明显；由于是非磁性色调剂，其不存在磁性显影剂由于长期存储而导致磁性性能降低，影响打印效果，改善长期存储性能及提高页产量。上述组分的组合以及各组分的上述重量份数范围，是通过大量试验确定的，上述组合以及重量份数范围使制备成的非磁性色调剂具有良好的打印性能。
具体的方案为上述色调剂母粒的组分包括100重量份的苯丙树脂，3-6重量份的着色剂，2-4重量份的脱模剂及2-3重量份的电荷控制剂。
更具体的方案为非磁性色调剂的组分包括100重量份的色调剂母粒，1.5重量份的小粒径疏水性二氧化硅，1.0重量份的大粒径疏水性二氧化硅，1.0重量份的疏水性二氧化钛，0.5重量份的导电性二氧化钛，0.3重量份的氧化铝，0.3重量份的硬脂酸锌；其中，色调剂母粒的组分包括100重量份的本丙树脂，6重量份的着色剂，4重量份的脱模剂及3重量份的电荷控制剂。该组分的组合及各组分的重量份数使制备出的非磁性色调剂在低温低湿、常温常湿及高温高湿的打印环境均具有良好的打印性能。
一种优选的方案为上述组分中，疏水性二氧化钛的粒径为7纳米-20纳米，导电性二氧化钛的粒径为50纳米-500纳米，氧化铝的粒径为7纳米-50纳米，硬脂酸锌的粒径为20纳米-100纳米。使非磁性色调剂更容易制备及具有良好的打印性能。
另一种优选的方案为上述非磁性色调剂的体积分布中直径值为8微米-12微米，颗粒数目分布中，大于5微米的颗粒数目百分比为60%-90%。
为了实现上述另一目的，本发明提供一种用于制备包括色调剂母粒及外添加剂的非磁性色调剂的制备方法包括以下步骤：（1）混合步骤，按重量份数，将100份的苯丙树脂，3-6份的着色剂，2-4份的脱模剂及2-3份的电荷控制剂在高速混合机中以400转/分钟-1200转/分钟的转速混合2分钟-6分钟，形成母粒原料混合物；（2）熔融混炼步骤，母粒原料混合物经双螺杆混炼机在110摄氏度-140摄氏度的温度下熔融混炼成混炼物；（3）冷却步骤，将混炼物冷却至室温；（4）粉碎分级步骤，冷却后的混炼物经粉碎成颗粒，并从这些颗粒中分级出体积分布中直径值为5微米-12微米的色调剂母粒；（5）添加混合筛选步骤，按重量份数，在100份的色调剂母粒中加入0.5-1.5份粒径为7纳米-20纳米的小粒径疏水性二氧化硅，1.0-2.0份粒径为50纳米-200纳米的大粒径疏水性二氧化硅，0-1.0份的疏水性二氧化钛，0.5-1.5份的导电性二氧化钛，0-0.3份的氧化铝及0-0.3份的硬脂酸锌并在高速混合机中以600转/分钟-1200转/分钟的转速混合3分钟-6分钟，并从混合物中筛选出体积分布中直径值为8微米-12微米，颗粒数目分布中，大于5微米的颗粒数目百分比为60%-90%的非磁性色调剂。使用该方法制备出的非磁性色调剂具有良好充电性能、疏水性能、流动性能及摩擦性能，减少在可回收废粉处理盒中循环挤压、充电及显影过程中出现粘出粉刀、粘感光鼓及粘充电辊的现象，使在常温常湿条件下打印出的稿件的色密度效果好及底灰现象不明显。
一个具体的方案为在上述粉碎分级步骤中，从颗粒中分级出体积分布中直径为8微米-12微米的色调剂母粒；在添加混合筛选步骤中，在筛选出的非磁性色调剂中，颗粒数目分布中，大于5微米的颗粒数目百分比为75%。
另一个具体的方案为上述粉碎分级步骤包括以下工序：（1）粗粉碎工序，先将冷却后的混炼物经粗粉碎成粒径小于1毫米的大颗粒；（2）细粉碎工序，大颗粒经细粉碎而得到色调剂母粒。
再一个具体的方案为在上述组分中，疏水性二氧化钛的粒径为7纳米-20纳米，导电性二氧化钛的粒径为50纳米-500纳米，氧化铝的粒径为7纳米-50纳米，硬脂酸锌的粒径为20纳米-100纳米。
优选的方案为上述母粒原料混合物由100重量份的粘结树脂，6重量份的着色剂，4重量份的脱模剂及3重量份的电荷控制剂混合而成；在添加混合筛选步骤中，在100重量份的色调剂母粒中添加1.5重量份的小粒径疏水性二氧化硅，1.0重量份的大粒径疏水性二氧化硅，1.0重量份的疏水性二氧化钛，0.5重量份的导电性二氧化钛，0.3重量份的氧化铝及0.3重量份的硬脂酸锌。
附图说明
图1是现有电子照相成像设备的打印过程示意图；
图2是本发明非磁性色调剂制备方法的流程图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
本发明非磁性色调剂的以下各实施例中的色调剂母粒由苯丙树脂、着色剂、脱模剂及电荷控制剂构成。在制备好色调剂母粒后，在色调剂母粒外至少添加粒径为7纳米-20纳米的小粒径疏水性二氧化硅，粒径为50纳米-200纳米的大粒径疏水性二氧化硅及导电性二氧化钛，有效地提高非磁性色调剂的疏水性能及带电性能，避免在可回收废粉处理盒中循环进行挤压、显影及充电过程中流动性与充电性的劣化，导电性二氧化钛的粒径优选为50纳米-500纳米；此外，还可添加疏水性二氧化钛、氧化铝及硬脂酸锌等，进一步改变非磁性色调剂的疏水性能及摩擦性能，疏水性二氧化钛的粒径优选为7纳米-20纳米，氧化铝的粒径优选为7纳米-50纳米，硬脂酸锌的粒径优选为20纳米-100纳米。
参见图2，制备本发明非磁性色调剂的方法由混合步骤S1、熔融混炼步骤S2、冷却步骤S3、粉碎分级步骤S4及添加混合筛选步骤S5构成。
混合步骤S1，按配比，将苯丙树脂、着色剂、脱模剂及电荷控制剂在亨舍尔混合机内以400转/分钟-1200转/分钟的转速混合2分钟-6分钟，形成母粒原料混合物。在该步骤中，转速优选为800转/分钟。
熔融混炼步骤S2，将母粒原料混合物用双螺杆混炼机在110摄氏度-140摄氏度的温度下熔融混炼成混炼物。
冷却步骤S3，混炼物经对辊机压片成片式混炼物并冷却至室温。
粉碎分级步骤S4，使用锤式粉碎机对冷却后的片式混炼物进行粗粉碎至粒径小于1毫米，再用喷气式气流粉碎分级机（细创粉体设备400型）对粗粉碎后的混炼物进行细粉碎及分级，得到体积分布中直径值为5微米-15微米色调剂母粒。得到色调剂母粒的体积分布中直径值优选为8微米-12微米。
添加混合筛选步骤S5，按配比，在色调剂母粒中添大粒径加疏水性二氧化硅、小粒径疏水性二氧化硅、疏水性二氧化钛、导电性二氧化钛、氧化铝及硬脂酸锌，并在亨舍尔混合机内以600转/分钟-1200转/分钟的转速混合3分钟-6分钟形成混合物，将混合得到的混合物使用超声波振动筛（三元堂粉末筛分机）进行过筛，得到体积分布中直径值为8微米-12微米，颗粒数目分布中，大于5微米的数目百分比为60%-90%的非磁性色调剂。在颗粒数目分布中，大于5微米的数目百分比优选为75%。如果体积分布中直径偏小，使制造工艺变难且成本增加，偏大会影响色阶层次和画面的细腻与均匀性；其中大于5微米的数目百分比高于90%会极大的影响回收率，造成浪费，小于60%，会对打印质量产生影响而容易产生底灰。
对于脱模剂，可使用已知的色调剂用脱模剂，如石蜡、低分子聚丙烯蜡、低分子聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡等。脱模剂有利于改善显影剂的定影性能，拓宽色调剂的适合定影温度，降低色调剂在定影过程中粘着于定影套或定影辊的概率。
对于电荷控制剂，可使用已知的色调剂用电荷控制剂，如含铬的偶氮染料、单偶氮金属络合物、含金属如铬、铁或锌的水杨酸化合物、脂肪酸金属盐等。对色调剂所带电荷进行调控。
对于着色剂，没有特别的限制，使用公知惯用的着色剂。黑色可使用已知的炭黑颜料、花青黑、铁酸盐、苯胺黑等；黄色可以使用已知的C.I.颜料黄1、5、12、13、14、17、62、74、83、93、180等；品红色使用已知的C.I.颜料红2、3、5、6、7、23等；青色颜料使用已知的C.I.颜料兰1、7、15、60、62、66等。
按下表所示组分及组分含量使用上述制备方法制备出3例非磁性色调剂实施例及2例对比例。
对实施例1至实施例3及对比例1与对比例2制备出的非磁性色调剂装入页产量为2500页的天威飞马制造的型号为SJVP 278处理盒中，使用HP1566黑色激光打印机分别在高温高湿（温度28摄氏度，湿度80%）、常温常湿（温度25摄氏度，湿度60%）及低温低湿（温度16摄氏度，湿度20%）环境条件下进行打印测试2500页，并对打印出的稿件的色密度值及底灰值进行测量与评价。
色密度测量及评价，打印出的稿件使用色密度仪（D19C，GretagMacbeth Co.,Ltd.）测量测试稿上的黑色区域的色密度值（ID），并对其进行评价：
A表示效果良好，ID值在1.4以上；
B表示效果较好，ID值在1.3-1.4；
C表示效果较差，ID值在1.2-1.3；
D表示效果很差，ID值在1.2以下。
底灰值测量及评价，打印出的稿件使用灰度仪（Model 577，PHOTOVOLT Co.,Ltd）测量打印纸上空白区域的值与被另外的纸张覆盖的区域(未经过转印的区域)的值的差值来获得底灰值（BG），并进行评价：
A表示效果良好，BG在1.0以下；
B表示效果较好，BG在1.0-2.0之间；
C表示效果较差，BG在2.0-2.5之间；
D表示效果很差，BG在2.5以上。
非磁性色调剂第一实施例至第三实施例及对比例一与对比例二制备出的非磁性色调剂的色密度与底灰测量评价结果如下表所示：
Claims (10)
1.非磁性色调剂，包括100重量份的色调剂母粒及外添加剂；
所述外添加剂包括0.5-1.5重量份粒径为7纳米-20纳米的小粒径疏水性二氧化硅，1.0-2.0重量份粒径为50纳米-200纳米的大粒径疏水性二氧化硅，0.5-1.5重量份的导电性二氧化钛，0-1.0重量份的疏水性二氧化钛，0-0.3重量份的氧化铝，0-0.3重量份的硬脂酸锌。
2.根据权利要求1所述非磁性色调剂，其特征在于：
所述色调剂母粒的组分包括100重量份的苯丙树脂，3-6重量份的着色剂，2-4重量份的脱模剂及2-3重量份的电荷控制剂。
3.根据权利要求2所述非磁性色调剂，其特征在于：
在所述外添加剂中，小粒径疏水性二氧化硅为1.5重量份的，大粒径疏水性二氧化硅为1.0重量份，疏水性二氧化钛为1.0重量份，导电性二氧化钛为0.5重量份，氧化铝为0.3重量份，硬脂酸锌为0.3重量份；
在所述色调剂母粒中，着色剂为6重量份，脱模剂为4重量份，电荷控制剂为3重量份。
4.根据权利要求1至3任一项所述非磁性色调剂，其特征在于：
所述疏水性二氧化钛的粒径为7纳米-20纳米，所述导电性二氧化钛的粒径为50纳米-500纳米，所述氧化铝的粒径为7纳米-50纳米，所述硬脂酸锌的粒径为20纳米-100纳米。
5.根据权利要求1至3任一项所述非磁性色调剂，其特征在于：
所述非磁性色调剂的体积分布中直径值为8微米-12微米，颗粒数目分布中，大于5微米的颗粒数目百分比为60%-90%。
6.非磁性色调剂的制备方法，所述非磁性色调剂包括色调剂母粒及外添加剂；
包括以下步骤：
混合步骤，按重量份数，将100份的苯丙树脂，3-6份的着色剂，2-4份的脱模剂及2-3份的电荷控制剂在高速混合机中以400转/分钟-1200转/分钟的转速混合2分钟-6分钟，形成母粒原料混合物；
熔融混炼步骤，母粒原料混合物经双螺杆混炼机在110摄氏度-140摄氏度的温度下熔融混炼成混炼物；
冷却步骤，将混炼物冷却至室温；
粉碎分级步骤，冷却后的混炼物经粉碎成颗粒，并从这些颗粒中分级出体积分布中直径值为5微米-12微米的色调剂母粒；
添加混合筛选步骤，按重量份数，在100份的色调剂母粒中加入0.5-1.5份粒径为7纳米-20纳米的小粒径疏水性二氧化硅，1.0-2.0份粒径为50纳米-200纳米的大粒径疏水性二氧化硅，0.5-1.5份的导电性二氧化钛，0-1.0份的疏水性二氧化钛，0-0.3份的氧化铝及0-0.3份的硬脂酸锌并在高速混合机中以600转/分钟-1200转/分钟的转速混合3分钟-6分钟，并从混合物中筛选出体积分布中直径值为8微米-12微米，颗粒数目分布中，大于5微米的颗粒数目百分比为60%-90%的非磁性色调剂。
7.根据权利要求6所述非磁性色调剂的制备方法，其特征在于：
在粉碎分级步骤中，从颗粒中分级出体积分布中直径为8微米-12微米的色调剂母粒；
在添加混合筛选步骤中，在筛选出的非磁性色调剂中，颗粒数目分布中，大于5微米的颗粒数目百分比为75%。
8.根据权利要求6所述非磁性色调剂的制备方法，其特征在于：
所述粉碎分级步骤包括以下工序，
粗粉碎工序，先将冷却后的混炼物经粗粉碎成粒径小于1毫米的大颗粒；
细粉碎工序，大颗粒经细粉碎而得到色调剂母粒。
9.根据权利要求6所述非磁性色调剂的制备方法，其特征在于：
所述疏水性二氧化钛的粒径为7纳米-20纳米，所述导电性二氧化钛的粒径为50纳米-500纳米，所述氧化铝的粒径为7纳米-50纳米，所述硬脂酸锌的粒径为20纳米-100纳米。
10.根据权利要求6至9任一项所述非磁性色调剂的制备方法，其特征在于：
母粒原料混合物由100重量份的粘结树脂，6重量份的着色剂，4重量份的脱模剂及3重量份的电荷控制剂混合而成；
在添加混合筛选步骤中，在100重量份的色调剂母粒中添加1.5重量份的小粒径疏水性二氧化硅，1.0重量份的大粒径疏水性二氧化硅，1.0重量份的疏水性二氧化钛，0.5重量份的导电性二氧化钛，0.3重量份的氧化铝及0.3重量份的硬脂酸锌。
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