CN101840170A

CN101840170A - 黑色碳粉的物理制造方法

Info

Publication number: CN101840170A
Application number: CN 201010164821
Authority: CN
Inventors: 刘江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-29
Filing date: 2010-04-29
Publication date: 2010-09-22

Abstract

本发明公开一种废粉率低、节能环保的黑色碳粉物理制造方法，其步骤是：a.向熔融釜中加入树脂、碳黑、电荷调节剂、聚丙烯蜡后加热至熔融状态，并搅拌使原料分散均匀；b.使均匀分散的熔融液通过雾化器在160～300℃的温度下雾化成小液滴，让雾状小液滴雾化团静止10～25秒，然后向雾状小液滴雾化团的下部投射超声波，然后干燥成黑粉颗粒；c.对黑粉颗粒进行高速搅拌，搅拌的同时加入六甲基二氯硅烷或二氧化硅等流动剂进行墨粉表面改性；d.最后过100目筛网过筛后制成直径在4～10微米之间的墨粉颗粒。

Description

黑色碳粉的物理制造方法

技术领域：

本发明涉及一种黑色碳粉的物理制造方法。

背景技术：

采用加热辊和类似物的传统接触熔融定影方法已被广泛用于将墨粉定影。提供了带有加热辊和压力辊的接触熔融定影方法所用的定影装置。当带有墨粉图像的记录纸张穿过加热辊和压力辊之间的压力接触部分(夹部)时，该定影装置将墨粉图像熔融并定影在记录纸张上。

现有的黑色碳粉物理生产方法是把碳黑、电荷控制剂、外添加剂和蜡添加到聚合高分子树脂中制成混合溶液，再用喷雾干燥机在160～300℃的温度下将混合溶液雾化干燥成颗粒状物料。由于树脂和蜡都具有很强的粘结力，导致雾化后相对较近的小液滴会聚合在一起形成体积较大的液态颗粒，干燥后所制得的碳粉颗粒部分直径超出10微米，这部分直径超出10微米的废粉只能回炉再造，这种生产方法的缺点是：废粉率相当及生产成本都非常高，浪费能源严重。

发明内容：

本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种成品率高、节能环保的黑色碳粉物理制造方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种黑色碳粉的物理制造方法，其特征在于包括以下步骤：

a.向熔融釜中加入树脂、碳黑、电荷调节剂、聚丙烯蜡后加热至熔融状态，并搅拌使原料分散均匀；

b.使均匀分散的熔融液通过雾化器在160～300℃的温度下雾化成小液滴，让雾状小液滴雾化团静止10～25秒，然后向雾状小液滴雾化团的下部投射超声波，然后干燥成黑粉颗粒；

c.对黑粉颗粒进行高速搅拌，搅拌的同时加入六甲基二氯硅烷或二氧化硅等流动剂进行墨粉表面改性；

d.最后过100目筛网过筛后制成直径在4～10微米之间的墨粉颗粒。

冷却时采用循环液氮冷却、气流空气冷却或多层分级塔逐级自然冷却中的任何一种方式。

所述超声波粉碎的频率为20千赫兹。

本物理法生产黑色碳粉方法的优点是：混合溶液雾化后通过静止一段时间后，体积较大的小液滴会受重力的作用下降至雾化团的下部，通过向雾状伏液滴雾化团下部投射超声波，利用超声波把体积较大的小液滴击碎至所需体积大小，从而使干燥成型后的大部分颗粒直径都集中在4～10微米之间，降低废粉率，减少回炉粉量，节约能源。

具体实施方式：

实施例一：

a.将既定粉量的聚合高分子树脂、碳黑、电荷控制剂、聚丙烯蜡加入到熔融釜中，在搅拌状态下加热混合料至完全熔融并分散均匀状态；

b.分散均匀后的熔融液经过带有保温层的管路后，由雾化器在160℃、1Mp的压力下雾化成小液滴，让雾化状小液滴团静止10秒，这时体积较大的小液滴会受到重力的作用快速下降到小液滴团的下部，体积过分大的就直接脱离雾化团回收，对上述处于雾化小液滴团的下部投射频率为20千赫兹的超声波，把该处的体积较大的小液滴击碎成体积较小的小液滴，然后利用气流空气对雾化状的小液滴进行干燥，干燥过程小液滴中的水份被蒸发掉，进而形成颗粒状黑粉，该颗粒状黑粉下降至收集器中；

c.对黑粉颗粒进行高速搅拌，搅拌的同时加入六甲基二氯硅烷流动剂进行墨粉表面改性；

实施例二：

b.分散均匀后的熔融液经过带有保温层的管路后，由雾化器在300℃、4Mp的压力下雾化成小液滴，让雾化状小液滴团静止25秒，这时体积较大的小液滴会受到重力的作用快速下降到雾状小液滴团的下部，体积过分大的就直接脱离雾化团回收，把上述雾化状小液滴团下部的小液滴通过吸取器吸进输送管送至超声波粉碎机粉碎室内，超声波粉碎机投射频率为20千赫兹的超声波，把这些体积较大的小液滴击碎成体积较小的小液滴，然后将这些击碎后的小液滴重新输送至与原来的小液滴混合，利用气流空气对雾化状的小液滴进行干燥，干燥过程小液滴中的水份被蒸发掉，进而形成颗粒状黑粉，该颗粒状黑粉下降至收集器中；

超声波粉碎的作用原理：(1)当一定频率的超声波作用于液体是，由于液体中一部分气泡其尺寸适宜，将产生共振现象。此时，大于共振尺寸的气泡在超声波的作用下，被驱出液体外；小于共振尺寸的气泡则在超声波的作用下逐渐变大。接近共振尺寸，声波的稀疏段使气泡迅速涨大，由于摩擦产生电荷；在声波的压缩段，气泡又被突然压缩，直至泯灭。气泡在泯灭过程中，其内部可达数千度高温和几千个大气压的高压，并产生放电、发光现象。这种现象成为“空化现象”。在超声波场中液体中的微小气泡首先经历气泡的振荡及生长过程，及稳态空化；然后是气泡的压缩和崩溃过程，及瞬态空化。空化效应可促进反应、强化传质过程。(2)热效应由于介质吸收超声波及摩擦损耗，分子剧烈振动，超声波的机械能转化为介质的内能，造成介质温度升高。超声波的强度越大，产生的强度越强。因此，控制超声波的强度，可使物质的组织内部温度瞬间升高，加速有效成分的溶出。气泡崩塌之后，泡内“热点”骤然冷却，冷却速度达108K/s。如此急速冷却必将引起原料内部结构急剧变化。(3)机械作用超声波传递的机械能可在液体中形成有效的搅动与流动，从而破坏了介质的结构，粉碎了液体中的颗粒，从而产生了普通低频机械搅拌起不到的效果。这种机械作用可产生击碎、切割及凝聚等效果。

简单的说：超声波使液体震动而产生数以万计的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区产生，生长，而在正压区迅速闭合，在这种被称为空化效应的过程中，微小气泡闭合时可产生超过1000个大气压的瞬间高压。连续不断产生的瞬间高压，就像一连串小爆炸一样不断冲击物件表面，使体积较大的颗粒被击碎成体积较少的微粒。

碳黑的含量不受限制，并且可基于用途适当地选择。优选在质量上占1％到15％，并更优选在质量上占3％到10％。当含量在质量上小于1％时，墨粉的着色力可能会降低。当含量在质量上大于15％时，碳黑将不能在墨粉中分散开，着色力可能会降低，并且墨粉的电特性可能会降低。

碳黑也可与树脂组合用作母料(master batch)。树脂不受限制并可基于用途从已知的树脂中选择。其例子包括苯乙烯和其取代产物的聚合物、苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚甲基丙烯酸丁酯树脂、聚氯乙烯树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酯类树脂、环氧树脂、环氧多元醇树脂(epoxy polyol resin)、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、聚丙烯酸树脂、松香、改性松香、萜烯树脂、脂族或脂环族烃树脂、芳族石油树脂、氯化石蜡和石蜡。这些可以被单独或结合使用。

苯乙烯和取代产物的聚合物的例子包括聚酯类树脂、聚苯乙烯树脂、聚(对氯苯乙烯)树脂和聚甲基苯乙烯树脂。苯乙烯共聚物的例子包括苯乙烯-对氯苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯共聚物、苯乙烯-乙烯基甲苯共聚物、苯乙烯-乙烯基萘共聚物、苯乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸辛酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸α-氯甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-乙烯基·甲基酮共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯共聚物、以及苯乙烯-丙烯腈-茚共聚物、苯乙烯-马来酸共聚物、和苯乙烯-马来酸酯共聚物。

通过在高剪切力下混合或捏合母料用树脂和碳黑，可以制备母料。在该步骤中，为了碳黑和树脂之间较高的相互作用，有机溶剂被优选使用。此外，优选采用“挤水转相法(flushing process)”，其中含有碳黑和水的含水浆与树脂和有机溶剂混合或捏合，从而将所述着色剂转移到所述树脂成分，然后除去水和有机溶剂。根据本方法，碳黑湿块可以不经干燥直接被使用。高剪切分散装置例如三辊研磨机可以被优选用于混合或捏合。

电荷控制剂

电荷控制剂不被具体地限制，并可根据目的从已知电荷控制剂选择。所述电荷控制剂优选由具有接近透明和/或白色的颜色的材料制备而成，因为碳黑可使电荷控制剂变成黑色。

电荷控制剂的例子包括商购可得的产品：商标名为BontronP-51的季铵盐、Bontron E-82的α-萘酚酸金属配合物、Bontron E-84的水杨酸金属配合物、Bontron E-89的酚缩合物(Orient Chemical Industries，Ltd.)；TP-302和FP-4 15的季铵盐钼金属配合物(Hodogaya Chemical Co.)：CopyCharge PSY VP2038的季铵盐、Copy Blue PR的三苯甲烷衍生物、以及CopyCharge NEG VP2036和Copy Charge NXVP434的季铵盐(Hoechst Ltd.)；LRA-901和LR-147的硼配合物(Japan Carlit Co.，Ltd.)；喹吖啶酮、偶氮颜料；和其它具有官能团例如磺酸基团、羧基基团和季铵盐的高分子量化合物。

在与母料熔融捏合后，所述电荷控制剂可以被溶解和/或分散在墨粉材料中。所述电荷控制剂还可以在溶解和/或分散在有机溶剂中的时候与所述墨粉材料一起直接被加入。此外，所述电荷控制剂可以在墨粉颗粒被制备之后，加到所述墨粉颗粒的表面上。

根据粘合剂树脂的种类、据此使用的添加剂的存在与否以及生产墨粉的方法包括分散方法，确定墨粉中电荷控制剂的含量，并且所述含量不被明确地限定。电荷控制剂的含量基于按质量计100份的粘合剂树脂，优选为按质量计0.1份到按质量计10份，并且更优选为0.2份到按质量计5份。当电荷控制剂的含量小于按质量计0.1份，电荷可能不被合适地控制。当电荷控制剂的含量大于按质量计10份，电荷控制剂的效应被弱化，并且对显影滚筒的静电吸力被增加，原因在于墨粉的过多充电能力，这可以导致显影剂的流动性或图像密度降低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.黑色碳粉的物理制造方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的黑色碳粉的物理制造方法，其特征在于：冷却时采用循环液氮冷却、气流空气冷却或多层分级塔逐级自然冷却中的任何一种方式。

3.根据权利要求1所述的黑色碳粉的物理制造方法，其特征在于：所述超声波粉碎的频率为20千赫兹。