CN102243452A - 一种彩色墨粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种打印或复印用的彩色墨粉的制备方法。采用物理分散手段分别得到树脂、颜料以及各种其它必要成份的水基分散液，水介质中粒子采用表面活性剂进行局部稳定，通过吸附有表面活性剂的分散粒子之间在pH值变化下产生的稳定化分散与去稳定化聚集的可逆作用，有效地调节粒子间的缔合度，经过进一步热处理得到尺寸可控、形状近球形、粒径集中的色粉粒子。

Description

一种彩色墨粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种打印或复印用的彩色墨粉的制备方法。

背景技术

色粉主要由聚合物树脂(包覆剂)和颜料构成，而且树脂占到80-90％比例。通俗地说，色粉就是一种可带电荷的有色树脂微粒集合体，其它成分有电荷调节剂(CCA)、表面活性剂、润滑剂等。树脂的作用是包裹稳定分散的颜料细粒和使色料附着在承印介质上形成牢固的图文，树脂的选择依赖于定影过程的要求如温度、时间；电荷调节剂(如结晶紫、水杨酸衍生物)是为了使色粉粒子具有足够的带电程度和带电速率；表面活性剂(如氧化硅粉、硬酯酸锌)是为了改善粒子流动性和防止色粉粒结块；润滑剂(如低分子量石蜡)的使用可以解决色粉在定影时粘附定影棍的问题。因此，色粉的基本性能和参数包括：颜料和各种添加剂能均匀地分布在树脂介质中；定影温度应较低且温度范围宽；对所接触的器件无污染；摩擦带电量可以控制，电荷在一定时间内保持稳定且不随温度变化；粒度足够小且粒度分布窄等。

色粉制备的重要环节包括材料选择、配方及制作工艺。色粉的制备方法有多种多样，目前主要划分为物理法技术和化学法技术。

传统色粉制备技术通常称为物理法技术，它是将树脂、色料、添加剂等按一定比例置于混炼机中，在树脂熔融温度之上(120-2000C)捏合混炼，所得熔融物经挤出、冷却、粉碎，得到初级粉粒，再经粉粒筛分及加入添加剂得到成品。这种技术的特点可简单描述为“干法的Breaking-down过程”。物理法制粉的工艺简便、生产效率高，其主要缺点是色粉粒子形状规整性和成分均匀性较差、粒度分布宽等(这些局限在黑白打印中问题不会太突出，但对于彩色打印的品质将产生极大的不利影响)，再就是物理法制备过程能耗高、粉尘危害性较大。

近年来逐渐兴起的先进色粉制备技术称为化学法制备技术，其根本是以自由基聚合反应合成树脂为出发点的色粉制备过程。目前主要有悬浮聚合法[如USP65666028、6740463、6528222]和乳液聚合聚集法[如USP4983488、6531256和EP0162577、0225476、0302939、0631196]两大模式。

悬浮聚合法的基本路线是：将色料、电荷调节剂、表面活性剂及润滑剂等成份与聚合单体、引发剂及分散剂在水相中混合，通过高效分散手段使体系形成悬浮液(即稳定的水包油体系，小油粒包裹着其它各组份且油粒尺寸合乎要求)，然后加热引发单体聚合形成固体色粉颗粒，再经过滤、干燥、打粉，最终得到色粉产品。乳液聚合聚集法在调控粒子形状、尺寸及粒度分布上有更强的能力，这一方式的基本过程是：乳液聚合法制备树脂球的水基乳浆，另外分别制备水介质的颜料分散液，两种分散体系均包含电性相反或相同的离子型表面活性剂；混合两种分散体系，通过调节溶液pH值或离子强度，诱导粒子相互接近，逐步汇聚成簇团；加热使簇团长大，达到所需要的尺寸时再加入其它表面活性剂以限制其进一步增长；在树脂Tg温度之上进行加热，促使疏松团簇粘合形成致密结构团粒；收集团粒，干燥，添加其它必要成份，得到色粉。

化学法是“生成”色粉粒而不是“研磨”得到色粉粒，这种显著特点可简单描述为“湿法的Building-up过程”。化学法制粉适合于高品质色粉特别是彩色粉的制备。

与传统制粉方法相比较，化学法的生产过程能耗低、环保性好(制备过程中以水为介质、不使用高温和高强力粉碎)以及产品性能优良(粉粒形状规整呈球形或椭球形、粒度分布窄、组成均匀)等。然而，目前化学法制粉技术还存在工艺相对复杂、条件控制要求严格、树脂类型单一(只能是自由基聚合型)、生产效率低等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种彩色墨粉的制备方法，它方法简单，质量好。

本发明包括下列步骤：

(1)、分散法制备纳米树脂球乳液：将聚合物树脂溶解于尽可能少的有机溶剂中，得树脂溶液；将所述聚合物树脂质量的5-20w/w％表面活性剂水介质中，使用高剪切力的涡流搅拌并加入所述的树脂溶液，形成高分散性的有机液滴乳浊液；加热蒸馏去除将有机溶剂，留下的即为纳米树脂球乳液；树脂含量占液体总量的10-20w/w％，树脂球的粒径为50-300nm；

(2)、分散法制备单色颜料分散液：在水介质中加入水质量0.1-5w/w％的表面活性剂，加入水质量5-10w/w％的颜料以及水质量的0.01-0.1w/w％的其它添加剂如蜡或电荷调节剂，得混合液；将混合液置于球磨机中球磨分散12-48小时，得单色颜料分散液；所述表面活性剂的类型和范围与所述步骤1的制备树脂乳液的相同；

(3)、色粉粒子的可控性生长：①将制备好的纳米树脂球乳液与单色颜料分散液按体积比1-10∶1的比例混合，所述的纳米树脂球乳液和颜料分散液要求使用的离子型表面活性剂要电性相同，即同为阴离子型或同为阳离子型；②通过调节pH值，诱导粒子相互接近逐步汇聚成粒径为5-15μm的较大疏松团簇；③1-5小时后，再次调节pH值，停止团簇继续长大；④在高于所用聚合物树脂软化温度之上10-200C加热1-5小时，促使疏松团簇熔合形成致密结构团粒；⑤离心法收集、洗涤团粒；(6)干燥，得固体粉，添加所述固体粉重量1-10w/w％的流动性增强剂，搅拌混匀，即得色粉。

所述步骤(1)的聚合物树脂为只要在有机溶剂中可溶并且其理化指标符合色粉树脂的要求即可。

所述步骤(1)的聚合物树脂为：聚苯乙烯、聚氯苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-烯烃共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚酯、聚碳酸酯或/和酚醛树脂等。

所述步骤(1)的有机溶剂为：氯仿、二氯甲烷、乙酸脂或/和甲苯。

所述步骤(1)的表面活性剂为：十二烷基磺酸盐、苯磺酸盐、十二烷基羧酸盐、十二烷基三烷基胺、羧基聚乙二醇月桂醚(Alkypo)、羧基聚乙二醇醚(Marlowet)、聚乙二醇2-萘基醚(Solsperse)、聚乙二醇(PEG 800-20000)、司班或/和吐温；表面活性剂一般采用离子型和非离子型配合使用，搅拌速率1000-10000rpm，在其它条件相同情况下，较大的速率产生较小的树脂球，反之亦然。

所述步骤(3)、⑥的流动性增强剂为改性氧化硅粉。

本发明具有下列优点：(1)、吸收和融合了物理法和化学法制粉技术的各自优势，方法简单；(2)、得到的色粉粒子综合性质优益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明纳米树脂球乳液制备方法A制得的聚苯乙烯球乳液电子显微镜照片；

图2为本发明的品红色粉粒形成过程光学显微镜照片A；

图3为本发明的品红色粉粒形成过程光学显微镜照片B。

具体实施方式

纳米树脂球乳液制备方法A：将Tg为58℃、软化点为110-120℃的20克聚苯乙烯溶解于20毫升氯仿中备用。在一个500毫升的三口烧瓶装置(装置有机械搅拌器或配涡流搅拌棒、回流冷凝管或直芯、滴液漏斗)中加入200毫升去离子水、2克十二烷基苯磺酸钠(DDBS)、1克聚乙二醇(PEG-4000)、0.5克司班-80和0.5克吐温-80，搅拌均匀。将搅拌转速调节至5000rpm，将前述聚苯乙烯的氯仿溶液在半小时内加入，在80℃下搅拌1小时。将冷凝管改为蒸馏模式以除去氯仿，采用减压蒸馏操作，可以加快快速，待氯仿确定除尽后，保持高速搅拌下使温度快速凉至室温，得到约100nm聚苯乙烯球的乳液。

纳米树脂球乳液制备方法B：除纳米树脂球乳液制备方法一中用阴离子型表面活性剂Marlowet4538替换DDBS，用非离子型表面活性剂Solsperse 27000替换PEG-4000，水溶液用氨水将pH值调到8.0-8.5外，其它条件相同。最后得到约200nm聚苯乙烯球的乳液。

纳米树脂球乳液制备方法C：除纳米树脂球乳液制备方法一中用15克聚苯乙烯和5克双酚A型PC、Tg为650C、软化点为120-1500C的聚碳酸酯树脂混合物代替20克聚苯乙烯外，其它条件相同。最后得到100-150nm的聚苯乙烯球-聚碳酸酯的乳液。

品红色颜料分散液制备：在100毫升去离子水中加入5克颜料红-122、1克PE-4000、0.25克DDBS、0.25克吐温-80、0.5克电荷调节剂(CCA)、0.5克丙烯酸蜡及5毫升乙醇，混合物置于卫星式球磨机球磨罐中研磨24小时，锆珠为Φ2-3mm，转速为500rpm。可得到固体颗粒在0.5-1μm粒径的品红色颜料分散液。

用颜料黄-74、β-酞菁铜及纳米碳黑(N990)替换品红颜料，利用品红色颜料分散液制备方法，可分别得到黄色、青色或黑色颜料分散液。

品红色粉的制备方法：在一个500毫升的三口烧瓶中，依次加入100毫升纳米树脂球乳液制备方法A的树脂球乳液和20毫升品红色颜料分散液制备的品红色颜料分散液，用转速为10000rpm的乳化机处理20分钟，形成均匀稳定的悬浊液；在转速为600rpm下搅拌，并缓慢滴加2％HCl水溶液，调节体系至pH＝2，将烧瓶置入热浴中，升温至68-70℃，搅拌3小时；然后缓慢加入2％氨水溶液，调节pH＝8左右，迅速升温至100℃保持，30分钟；停止加热，保持搅拌下用冰水浴快速冷却至室温，再加入稀酸调节体系pH＝3-4之间；用转速为6000rpm的离心法离心20min，分离出粉粒，分别pH＝4的盐酸用酸水、pH＝8氨水洗涤，再用去离子水洗涤至中性，离心法收集，在温度低于30℃下真空烘箱干燥，得品红生粉；每百公斤品红生粉添加0.5-3公斤改性氧化硅粉，得到品红色粉。如图2、3所示。

利用品红色粉的制备方法，分别用黄-74、β-酞菁铜及纳米碳黑替换品红色颜料，分别得到黄、青和黑色粉。

本发明制备的色粉粒形状近球形，粒径为5-10μm，单色实机打印表明，各色样品均已具备显影、转印和定影的基本功能。需要指出的是，更优化的参数和性能指标可以通过材料种类选择、配方变化以及成份匹配性调整等手段得以实现。

本发明已通过以上具体实例加以具体说明。需要指出的是，在本发明的精神和所声明的范围内，能做若干变化和修改。因此，上述具体实施例并非用于限制本发明。

Claims (6)

1.一种彩色墨粉的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)、分散法制备纳米树脂球乳液：将聚合物树脂溶解于尽可能少的有机溶剂中，得树脂溶液；将所述聚合物树脂质量的5-20w/w％表面活性剂水介质中，使用高剪切力的涡流搅拌并加入所述的树脂溶液，形成高分散性的有机液滴乳浊液；加热蒸馏去除将有机溶剂，留下的即为纳米树脂球乳液；树脂含量占液体总量的10-20w/w％，树脂球的粒径为50-300nm；

(2)、分散法制备单色颜料分散液：在水介质中加入水质量0.1-5w/w％的表面活性剂，加入水质量5-10w/w％的颜料以及水质量的0.01-0.1w/w％的其它添加剂如蜡或电荷调节剂，得混合液；将混合液置于球磨机中球磨分散12-48小时，得单色颜料分散液；所述表面活性剂的类型和范围与所述步骤1的制备树脂乳液的相同；

(3)、色粉粒子的可控性生长：①将制备好的纳米树脂球乳液与单色颜料分散液按体积比1-10∶1的比例混合，所述的纳米树脂球乳液和颜料分散液要求使用的离子型表面活性剂要电性相同，即同为阴离子型或同为阳离子型；②通过调节pH值，诱导粒子相互接近逐步汇聚成粒径为5-15μm的较大疏松团簇；③1-5小时后，再次调节pH值，停止团簇继续长大；④在高于所用聚合物树脂软化温度之上10-200C加热1-5小时，促使疏松团簇熔合形成致密结构团粒；⑤离心法收集、洗涤团粒；⑥干燥，得固体粉，添加所述固体粉重量1-10w/w％的流动性增强剂，搅拌混匀，即得色粉。

2.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的聚合物树脂为只要在有机溶剂中可溶并且其理化指标符合色粉树脂的要求即可。

3.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的聚合物树脂为：聚苯乙烯、聚氯苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-烯烃共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、聚甲基丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚酯、聚碳酸酯或/和酚醛树脂等。

4.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的有机溶剂为：氯仿、二氯甲烷、乙酸脂或/和甲苯。

5.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)的表面活性剂为：十二烷基磺酸盐、苯磺酸盐、十二烷基羧酸盐、十二烷基三烷基胺、羧基聚乙二醇月桂醚、羧基聚乙二醇醚、聚乙二醇2-萘基醚、聚乙二醇、司班或/和吐温。

6.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)、⑥的流动性增强剂为改性氧化硅粉。

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