CN104635443B - 环保香味墨粉及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的环保香味墨粉，包括以下质量份配比的组份:聚乳酸树脂为40至95份;着色剂为3至50份；脱模剂为1至10份；电荷控制剂为0.3至5份；香味剂为0.01至5份；外添加剂为0.5至5份；聚乳酸树脂的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃；聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。采取上述方案，墨粉的主要成分为聚乳酸树脂材料，环保性能优异，并且对人体无害；墨粉中的香味剂成分可以使得墨粉在打印过程中散发出芳香气味，使得操作人员心旷神怡，从而提升用户使用的舒适度。

Description

环保香味墨粉及其制造方法

技术领域

本发明属于成像显影设备的耗材领域，例如打印机、复印件等设备使用的耗材，具体涉及具有香味的由环保材料制成的墨粉。

背景技术

在电子照相工艺和静电记录工艺中，通过在均匀带电的感光体上进行曝光过程，从而形成静电潜像，调色剂附着到该静电浅像上以形成调色剂图像，然后，将调色剂图像转印到转印部件上（通常为纸）,随之，使用各种方法（例如，加热工艺、压制工艺或溶剂蒸发工艺）将所转印的调色剂图像定影到纸上。通常，在定影过程中，具有调色剂图像的纸在定影辊和压力辊之间通过，然后，通过加热和压制，将调色剂融化渗透到纸张中，从而形成稳定的图像。

苯乙烯丙烯酸树脂或聚酯树脂是激光打印机、复印件所使用的墨粉的主要材料，而这两种树脂主要来源是从石油中进行提炼。通常，使用石油提炼而成的树脂得到的墨粉在加热显影的过程中会有残留单体释出，并且这些单体具有刺激性气味，影响办公环境及人员的健康呼吸，在人类日益重视生活品质和身体健康的前提下，这一情况尤为突出。另一方面，由石油制得的树脂材料，一方面，石油是非再生资源，大量开发和过度使用石油资源会对人类的未来发展造成隐患；另一方面，这些树脂在制造时和报废后均会产生二氧化碳，从而会加剧全球变暖，影响人类和地球的可持续发展。

鉴于以上缺陷，近年来，人们开始利用非石油类高分子材料来替代墨粉中的上述两种树脂材料，此类替代树脂虽然在一定程度上缓解了石油消耗的问题，但是这种材料是通过化学单体聚合而成，打印过程中同样会因单体释放而产生异味，影响人的嗅觉和健康。

生物树脂，特别是聚乳酸（PLA）聚合物树脂，这种材料是以大豆、黄豆、玉米等植物的果实为原材料制成的生物高聚物。聚乳酸树脂主要由乳酸聚合物组成，主要包括结晶、部分结晶和无定形颗粒三种。聚乳酸树脂与其它以石油为原材料生产的树脂不同的地方是其在自然界中可自行降解，对环境不会产生污染。由该树脂做成的产品，在被废弃后堆积在土壤中，其结构中不断重复的乳酸链可发生两步降解反应。首先，堆积肥料的温度和湿度能够破坏聚合物分子链，使大分子链打断成为小分子链，小分子链再被打断成为乳酸分子。其次，土壤和堆积物中的微生物会使小分子链聚合物和乳酸分子转变为蛋白质，由于乳酸大量存在于自然界中，大量的有机物可以代谢乳酸，至少真菌和细菌都参与了聚合物降解，最后代谢的最终产物是二氧化碳、水、腐殖质和土壤养分。另外聚乳酸（PLA)已经通过美国食品药品监督管理局（FDA)的批注，证实其对人体安全、无副作用，并且已经在食品和药品方面得到了应用。

申请号为CN201010265119.3的中国发明专利申请公开了一种环保显影剂，这种环保显影剂包括石油基树脂和生物树脂，虽然生物树脂涵盖了聚乳酸树脂，但是其组份之中仍具有石油基树脂，在打印过程中仍然会存在异味。申请号为CN201210447391.2的中国发明专利申请公开了一种香型墨粉，这种墨粉之中包括了苯丙树脂和香料，虽然利用香料所散发出的味道，可以遮蔽苯丙树脂在打印过程中产生的异味，但是这种消除异味的方案只能够在表面上起到作用，实际上异味仍然会经过呼吸道而进入人体，仍然会造成操作人员的健康隐患。

因此，市场上迫切需要提供了一种带有香味的环保健康的墨粉，既环保又能改善办公环境，从而符合社会和人类的可持续健康发展。

发明内容

基于现有技术中用于成像设备上的墨粉存在的问题,本发明的第一目的是提供一种环保香味墨粉。本发明的另一目的是提供两种环保香味墨粉的制造方法。

本发明提供的环保香味墨粉，包括以下质量份配比的组份:聚乳酸树脂为40至95份;着色剂为3至50份；脱模剂为1至10份；电荷控制剂为0.3至5份；香味剂为0.01至5份；外添加剂为0.5至5份；聚乳酸树脂的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃；聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。

采取上述方案，墨粉的主要成分为聚乳酸树脂材料，环保性能优异，并且对人体无害；墨粉中的香味剂成分可以使得墨粉在打印过程中散发出芳香气味，使得操作人员心旷神怡，从而提升用户使用的舒适度。另外，聚乳酸这种物质是高分子聚合物，其涵盖的玻璃化转变温度Tg以及软化点温度T1/2的范围较宽，而在研发过程中，发现当聚乳酸树脂的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃的时候，得到的墨粉才能够应用至打印机上而得到性质稳定的图像。再另一方面，在墨粉的制造过程中，熔融混炼过程中，经常会发生粘度过低的问题，而粘度过低会直接导致墨粉的打印性能降低，经过反复实验后，发现聚乳酸树脂中的水分是决定粘度的一个重要因素，而当聚乳酸树脂的水分控制在250ppm以下时，能够得到粘度合适的墨粉。

一个优选的方案是，聚乳酸树脂的水分的含量小于100ppm。

采取上述方案，墨粉的熔融过程中的粘度得到进一步改善，墨粉性能得到进一步提升。

一个优选的方案是，外添加剂为气相二氧化硅和/或碳化硅和/或钛酸锶和/或钛酸钡和/或硬脂酸盐和/或金属氧化物和/或聚偏二氟乙烯。

采取上述方案，当加入不同种类的外添加剂后，可以相应改良墨粉的性能。

一个优选的方案是，香味剂为食用香精或香料；香料为植物提取型香料，香料为柠檬和/或熏衣草和/或茉莉和/或玫瑰和/或桂花和/或薄荷和/或丁香。

一个优选的方案是，香精为水质态或粉末状，且粉末状的香精的平均粒径粒径为5纳米至200纳米。

采取上述方案，香精的形态主要包括油质、水质、粉末状和乳状等，经过实验后，发现加入水质或粉末状的香精得到的墨粉的分散效果最好，且粉末状的平均粒径控制在5纳米至200纳米的范围。

一个优选的方案是，着色剂为炭黑和/或磁性材料和/或黄色着色剂和/或洋红色着色剂和/或青色着色剂；脱模剂为下列物质中的至少一种：聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、微晶蜡、石蜡、费托蜡、氧化聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、褐煤酸酯蜡、脱酸巴西棕榈蜡；电荷控制剂为负电性电荷控制剂或者正电性电荷控制剂，负电性电荷控制剂为有机金属络合物和/或螯合物，正电性电荷控制剂为苯胺黑和/或者苯胺黑的改性产物；磁性材料为下列物质中的至少一种：四氧化三铁、γ-三氧化二铁、磁铁矿粉末、氧化锌铁、氧化钇铁、氧化钙铁、氧化钆铁、氧化铜铁、氧化铅铁、氧化镍铁、氧化钕铁、氧化钡铁、氧化镁铁、氧化锰铁、氧化镧铁、铁粉、钴粉或者镍粉。

进一步优选的方案是，黄色着色剂为下列物质中的至少一种：缩氮化合物、异吲哚啉酮化合物、蒽醌化合物、偶氮金属络合物或者烯丙基酰亚胺化合物；洋红色着色剂为下列物质中的至少一种：缩氮化合物、蒽醌化合物、喹丫啶酮化合物、萘酚化合物、苯并咪唑化合物或者硫靛化合物；青色着色剂为下列物质中的至少一种：铜酞箐化合物或者铜酞箐衍生物或者蒽醌化合物。

本发明提供的第一种环保香味墨粉的制造方法，包括以下步骤：将40至95质量份的聚乳酸树脂、3至50质量份的着色剂、1至10质量份的脱模剂、0.3至5质量份的电荷控制剂、0.01至5质量份的香味剂，经过预混合、熔融混炼、冷却、粗粉碎、微粉碎、分级，加入0.5至5质量份的外添加剂进行混合，筛分，得到环保香味墨粉。

本发明提供的第二种环保香味墨粉的制造方法，包括以下步骤： 将40至95质量份的聚乳酸树脂、3至50质量份的着色剂、1至10质量份的脱模剂、0.3至5质量份的电荷控制剂，经过预混合、熔融混炼、冷却、粗粉碎、微粉碎、分级，加入0.01至5质量份的香味剂以及0.5至5质量份的外添加剂进行后混合，筛分，得到环保香味墨粉。

采取上述方案，相对于第一种制造方法，第二种制造方法的香味剂在分级后与外添加剂一同混合而加入，这样的方案得到的墨粉的香味剂分散更加均一，人体嗅觉感知更趋舒适。造成这样的原因应该是外添加剂的作用有助于香味剂的进一步分散，特别是当外添加剂中含有气相二氧化硅的时候，分散效果最佳。

一个优选的方案是，在预混合以及后混合过程中，使用亨舍尔高速机进行混合；在筛分过程中，使用超声振动筛机进行过筛；在熔融混炼过程中，熔体温度控制在110℃至150℃；在冷却过程中，使用鼓风机进行快速冷却；在经过粗粉碎过程后，得到的粉体的粒度控制在0.1毫米至1毫米； 在经过分级过程后，得到的粉体的平均粒径为7微米至15微米，且大于5微米的颗粒数目的数量百分比在75%以上。碳粉包括以下重量百分比的组份:粘合树脂为85%至90%;着色剂为4%至7%；电荷控制剂为0.1%至3%；脱模剂为1%至5%；磁性材料为1%至6%。

具体实施方式

本发明中，聚乳酸树脂的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃；聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm，优选的是小于100ppm。

外添加剂至少包括以下物质中的一种：气相二氧化硅、碳化硅、钛酸锶、钛酸钡、硬脂酸盐、金属氧化物、聚偏二氟乙烯。

香味剂为食用香精或香料；香料为植物提取型香料，香料至少包括以下物质中的一种：柠檬、熏衣草、茉莉、玫瑰、桂花、薄荷、丁香。

香精的形态主要包括油质、水质、粉末状和乳状等。

着色剂可以为炭黑、磁性材料、黄色着色剂、洋红色着色剂、青色着色剂中的一种。

黄色着色剂为下列物质中的至少一种：缩氮化合物、异吲哚啉酮化合物、蒽醌化合物、偶氮金属络合物或者烯丙基酰亚胺化合物。黄色着色剂还可以选取：C.I颜料黄12、13、14、17、62、74、83、93、94、95、109、110、111、128、129、147和168。

洋红色着色剂为下列物质中的至少一种：缩氮化合物、蒽醌化合物、喹丫啶酮化合物、萘酚化合物、苯并咪唑化合物或者硫靛化合物；洋红色着色剂还可以选取：C.I颜料红2、3、5、6、7、23、48：2、48：3、48：4、57：1、84：1、144、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221和254。

青色着色剂为下列物质中的至少一种：铜酞箐化合物或者铜酞箐衍生物或者蒽醌化合物。青色着色剂还可以选取：C.I颜料蓝1、7、15、15：1、15：2、15：3、15：4、60、62和66。

这些着色剂可以单独使用或组合使用并根据所需要墨粉的颜色、饱和度、亮度、抗风化能力和可分散性进行选择。

本发明的墨粉可以含有一种或两种及两种以上的脱模剂，以改进墨粉的定影性能，增强墨粉从装置的各个元件的释放能力。脱模剂为下列物质中的至少一种：聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、微晶蜡、石蜡、费托蜡、氧化聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、褐煤酸酯蜡、脱酸巴西棕榈蜡。

电荷控制剂在墨粉中起着调节和控制墨粉摩擦带电的性能。电荷控制剂为负电性电荷控制剂或者正电性电荷控制剂。负电性电荷控制剂为有机金属络合物和/或螯合物，具体来说可以是：含金属铬、铁或锌的水杨酸化合物、含有芳香族羟基羧酸或芳香族二羧酸的有机金属络合物等。

正电性电荷控制剂为苯胺黑和/或者苯胺黑的改性产物。具体地说可以是：苯胺黑的脂肪酸金属盐、含有季胺盐的鎓盐，季胺盐的鎓盐可以是三丁基苯甲基铵-1-羟基-4-萘酚磺酸盐或者四丁基铵四氟硼酸盐。这些电荷控制剂可以单独使用或组合使用。

磁性材料为下列物质中的至少一种：四氧化三铁、γ-三氧化二铁、磁铁矿粉末、氧化锌铁、氧化钇铁、氧化钙铁、氧化钆铁、氧化铜铁、氧化铅铁、氧化镍铁、氧化钕铁、氧化钡铁、氧化镁铁、氧化锰铁、氧化镧铁、铁粉、钴粉或者镍粉。

本发明使用的聚乳酸树脂材料均为生物树脂。

第一实施例：

聚乳酸（PLA）树脂 52.5质量份；

四氧化三铁 42质量份；

聚丙烯蜡 2.5质量份；

电荷控制剂 1质量份；

香精 2质量份。

将上述物料按照以上比例称好重量，置于亨舍尔高速混合机中，在转速为950转每分钟（RPM）下混合5分钟。将混合后的物料在双螺杆挤出机上进行熔融混炼挤出，熔融混炼的熔体温度控制在130℃左右，混炼挤出出来的物料经过鼓风机进行快速冷却，然后在锤式粗碎机上粗碎成粒度为0.1毫米至1毫米的粉体，再将粗碎后的粉体在气流粉碎分级机上进行微粉碎和分级得到平均粒径D50为8微米的基础颗粒，并且大于5微米的颗粒数目占总颗粒数目的百分比为80%。

将100质量份的基础颗粒、0.4质量份的第一种疏水性气相法二氧化硅微粉、0.8质量份的第二种疏水性气相法二氧化硅微粉称好重量后置于亨舍尔高速混合机中，在转速为1900RPM下混合5.5分钟，然后将混合后的物料在200目超声波振动筛分机上进行过筛得到环保香味墨粉的成品。其中，第一种疏水性气相法二氧化硅微粉的平均原生粒径D50为14纳米，第二种疏水性气相法二氧化硅微粉平均原生粒径D50为7纳米。

第二实施例：

聚乳酸（PLA）树脂 87质量份；

炭黑 5质量份；

聚乙烯蜡 3质量份；

电荷控制剂 1质量份；

香料 4质量份。

将上述5种物料按照以上比例称好重量，置于亨舍尔高速混合机中，在转速为950RPM下混合5分钟。将混合好的物料在双螺杆挤出机上进行熔融混炼挤出，熔融混炼的熔体温度控制在125℃左右，混炼挤出来的物料经过鼓风机进行快速冷却，然后在锤式粗碎机上粗碎成粒度为0.1毫米至1毫米的粉体，再将粗碎后的粉体在气流粉碎分级机上进行微粉碎和分级得到平均粒径D50为9.5微米的墨粉基础颗粒，并且在墨粉基础颗粒中大于5微米的颗粒数目占总颗粒数目的百分比为92%。

将100质量份的基础颗粒、1质量份的第三种疏水性气相法二氧化硅微粉以及1质量份的氧化铈称好重量后置于亨舍尔高速混合机中，在转速为1900RPM下混合4.5分钟，然后将混合后的物料在150目超声波振动筛分机上进行过筛，得到墨粉成品。其中，第三种疏水性气相法二氧化硅微粉的平均原生粒径D50为12纳米。

第三实施例：

聚乳酸（PLA）树脂 89.3质量份；

炭黑 7质量份；

聚乙烯蜡 1质量份；

聚丙烯蜡 2质量份；

电荷控制剂 0.7质量份。

将上述5种物料按照以上比例称好重量，置于亨舍尔高速混合机中，在转速为950RPM下混合5分钟。将混合好的物料在双螺杆挤出机上进行熔融混炼挤出，熔融混炼的熔体温度控制在140℃左右，混炼挤出出来的物料经过鼓风机进行快速冷却，然后在锤式粗碎机上粗碎成粒度为0.1毫米至1毫米的粉体，再将粗碎后的粉体在气流粉碎分级机上进行微粉碎和分级得到平均粒径D50为11微米的基础颗粒，并且基础颗粒中大于5微米的颗粒数目占总颗粒数目的百分比为95%。

将100质量份的基础颗粒、0.1质量份的第四种疏水性气相二氧化硅微粉、0.7质量份的第五种疏水性气相二氧化硅微粉、0.5质量份的聚偏二氟乙烯、0.5质量份的香精以及0.1质量份的硬脂酸锌称好重量后，先将50份的基础颗粒置于亨舍尔高速混合机中，再将其余5种物料全部置于混合机中，最后再添加剩余的50份的基础颗粒，在转速为1900RPM下混合10分钟，然后将混合后的物料在100目超声波振动筛分机上进行过筛，制得墨粉成品。第四种疏水性气相二氧化硅微粉的平均原生粒径D50为80纳米，第五种疏水性气相二氧化硅微粉的平均原生粒径D50为8纳米。

第四实施例：

本实施例包括四种独立的实验方案，为方便描述，这四种独立方案的组份和质量份配比用表1表示。

表1

如表1所示，其中C列中的颜料为青色着色剂，M列中的颜料为洋红色着色剂，Y列中的颜料为黄色着色剂，K列中的颜料为炭黑。

针对表1中的C列的第一种实验方案，将聚乳酸树脂、颜料C、巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡以及电荷控制剂按照以上比例称好重量，置于亨舍尔高速混合机中，在转速为950RPM下混合5分钟。将混合好的物料分别在双螺杆挤出机上进行熔融混炼挤出，熔融混炼的熔体温度控制在120℃左右，混炼挤出出来的物料经过鼓风机进行快速冷却，然后在锤式粗碎机上粗碎成粒度为0.1毫米至1毫米的粉体，再将粗碎后的粉体在气流粉碎分级机上进行微粉碎和分级得到平均粒径D50为7.5微米的墨粉基础颗粒，并且基础颗粒中大于5微米的颗粒数目占总颗粒数目的百分比为70%。将100质量份的基础颗粒、1.2质量份的疏水性气相二氧化硅微粉、1质量份的香精称好重量，置于亨舍尔高速混合机中，在转速为1900RPM下混合4.5分钟，然后将混合后的物料在200目超声波振动筛分机上进行过筛，得到墨粉成品。其中，疏水性气相二氧化硅微粉的平均原生粒径D50为8纳米。

本实施例中还包括了其它三种独立的实验方案，其操作过程与第一种实验方案相同，在此不再赘述。

Claims (10)

1.环保香味墨粉，其特征在于：由以下质量份配比的组份组成:

所述聚乳酸树脂的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃；所述聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。

2.根据权利要求1所述的环保香味墨粉，其特征在于：

所述聚乳酸树脂的水分的含量小于100ppm。

3.根据权利要求1所述的环保香味墨粉，其特征在于：

所述外添加剂为气相二氧化硅和/或碳化硅和/或钛酸锶和/或钛酸钡和/或硬脂酸盐和/或金属氧化物和/或聚偏二氟乙烯。

4.根据权利要求1所述的环保香味墨粉，其特征在于：

所述香味剂为食用香精或香料；

所述香料为植物提取型香料，所述香料为柠檬和/或熏衣草和/或茉莉和/或玫瑰和/或桂花和/或薄荷和/或丁香。

5.根据权利要求4所述的环保香味墨粉，其特征在于：

所述香精为水质态或粉末状，且所述粉末状的所述香精的平均粒径为5纳米至200纳米。

6.根据权利要求1至5任一项所述的环保香味墨粉，其特征在于：

所述着色剂为炭黑和/或磁性材料和/或黄色着色剂和/或洋红色着色剂和/或青色着色剂；

所述脱模剂为下列物质中的至少一种：聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、微晶蜡、石蜡、费托蜡、氧化聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、褐煤酸酯蜡、脱酸巴西棕榈蜡；

所述电荷控制剂为负电性电荷控制剂或者正电性电荷控制剂，所述负电性电荷控制剂为有机金属络合物和/或螯合物，所述正电性电荷控制剂为苯胺黑和/或所述苯胺黑的改性产物；

所述磁性材料为下列物质中的至少一种：四氧化三铁、γ-三氧化二铁、磁铁矿粉末、氧化锌铁、氧化钇铁、氧化钙铁、氧化钆铁、氧化铜铁、氧化铅铁、氧化镍铁、氧化钕铁、氧化钡铁、氧化镁铁、氧化锰铁、氧化镧铁、铁粉、钴粉或者镍粉。

7.根据权利要求6所述的环保香味墨粉，其特征在于：

所述黄色着色剂为下列物质中的至少一种：缩氮化合物、异吲哚啉酮化合物、蒽醌化合物、偶氮金属络合物或者烯丙基酰亚胺化合物；

所述洋红色着色剂为下列物质中的至少一种：缩氮化合物、蒽醌化合物、喹丫啶酮化合物、萘酚化合物、苯并咪唑化合物或者硫靛化合物；

所述青色着色剂为下列物质中的至少一种：铜酞菁化合物或者铜酞菁衍生物或者蒽醌化合物。

8.环保香味墨粉的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将40至95质量份的聚乳酸树脂、3至50质量份的着色剂、1至10质量份的脱模剂、0.3至5质量份的电荷控制剂、0.01至5质量份的香味剂，经过预混合、熔融混炼、冷却、粗粉碎、微粉碎、分级，加入0.5至5质量份的外添加剂进行混合，筛分，得到所述环保香味墨粉；

所述聚乳酸树脂的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃；所述聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。

9.环保香味墨粉的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将40至95质量份的聚乳酸树脂、3至50质量份的着色剂、1至10质量份的脱模剂、0.3至5质量份的电荷控制剂，经过预混合、熔融混炼、冷却、粗粉碎、微粉碎、分级，加入0.01至5质量份的香味剂以及0.5至5质量份的外添加剂进行后混合，筛分，得到所述环保香味墨粉；

所述聚乳酸树脂的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃；所述聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。

10.根据权利要求9所述的环保香味墨粉的制造方法，其特征在于：

在所述预混合以及所述后混合过程中，使用亨舍尔高速机进行混合；

在所述筛分过程中，使用超声振动筛机进行过筛；

在所述熔融混炼过程中，熔体温度控制在110℃至150℃；

在所述冷却过程中，使用鼓风机进行快速冷却；

在经过所述粗粉碎过程后，得到的粉体的粒度控制在0.1毫米至1毫米；

在经过所述分级过程后，得到的粉体的平均粒径为7微米至15微米，且大于5微米的颗粒数目的数量百分比在75％以上。