CN105353593A - 一种印刷用碳粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种印刷用碳粉，包括按重量分计的以下原料：树脂85-98份；脱模剂2-8份；颜料2-10份；电荷调节剂0.5-8份；无机氧化物颗粒0.1-5份。本发明还提供了一种印刷用碳粉的制备方法。本发明获取的印刷用碳粉具有较高的透明性、良好的光泽性和色彩再现性；碳粉中添加了无机氧化物颗粒，调整了碳粉的流动性和电性；且这些无机氧化物颗粒使用疏水剂进行了表面处理，改善了碳粉对环境的稳定性。

Description

一种印刷用碳粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及体工程图复印、静电复印、激光打印等印刷技术领域，具体涉及一种印刷用碳粉及其制备方法。

背景技术

目前，工程图复印机、静电复印机、激光打印机上使用的碳粉以黑色碳粉最为普遍。现有的工程图复印机大多只能复印和打印黑色图纸。

激光打印机和喷墨打印机都能打印彩图。当激光打印机打印蓝色样稿时，需要青色碳粉和洋红碳粉配合使用。喷墨打印机进行彩色图文打印时，一般利用彩色油墨或彩色墨水，虽然这样能打印出逼真的图文，也能打印出蓝色的图文，但存在打印速度慢，而且用墨水打印的图文颜色容易衰退、保存时间短等问题，难以适应需长时间保存的文档资料打印需要。

晒图机能用于工程图纸复印。晒蓝图是将画好的硫酸纸底图覆盖在专用晒图纸上，经氨水熏后，没有线条的地方，被熏褪色，有线条的地方，仍保持原来的蓝色，所以就成了所谓的蓝图。采取这种方式，操作者每天都要接触氨气，而氨是IV级接触毒物，对人体会造成毒害。

发明内容

本发明为了避免现有技术的不足之处而提供一种用于打印彩图的印刷用碳粉，利用该碳粉打印的文档保存时间长；其中采用蓝色碳粉打印工程图蓝图，避免了利用晒图机制作蓝图对人体的伤害。

本发明的另一目的在于提供一种工艺简单的印刷用碳粉的制备方法，利用该方法制备的碳粉分散程度好，定影牢固度高。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

根据本发明所提供的一种印刷用碳粉，包括按重量分计的以下原料：

优选地，所述树脂的软化点为90-140℃，可以选用聚酯树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂、环氧树脂中的一种或两种以上组合；最优选为聚酯树脂。

优选地，所述脱模剂为具有抗粘辊性能的物质,可以选用低分子量聚丙烯石蜡、低分子量聚乙烯石蜡、巴西棕榈蜡或合成石蜡等。

优选地，所述颜料的平均粒径0.1-0.2mm，可以选用不同颜色的颜料，如型号为P.R.57：1，P.R.122，P.R.146，P.R.184，P.R.238，P.V.19的洋红色颜料；型号为P.Y.12，P.Y.13，P.Y.14，P.Y.74，P.Y.150，P.Y.155，P.Y.180的黄色颜料；型号为P.Blue15:3,P.Blue15:4的青色颜料；但是不限于上面列举的颜料，也可以选用其它颜色、其它型号的颜料。最终获取的印刷用碳粉，若树脂为100份，则颜料为2-10份，更理想为3-8份。

优选地，所述电荷调节剂必须使用无色、白色或浅色的电荷控制剂。可以选用金属水杨酸铬合物为电荷调节剂，例如武汉鼎龙化学股份有限公司的水杨酸铬络合物N22、水杨酸锌络合物N24、水杨酸铝络合物N23或者水杨酸锆络合物。

优选地，所述无机氧化物颗粒经过疏水剂进行表面处理，处理过的比表面体积为20-300m²/g。所述无机氧化物颗粒为二氧化硅，二氧化钛，氧化铝，硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、氧化铈、碳化硅中的一种或两种以上组合。

优选地，为了达到改善清洁性的目的，所述印刷用碳粉还包括粒径不大于1um的精细树脂颗粒。

本发明的另一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种印刷用碳粉的制备方法，包括以下步骤：

1)制备母料：把配方量的树脂分为两部分，分别记为第一树脂和第二树脂；把配方量的无机氧化物颗粒分为两部分，分别记为第一无机氧化颗粒和第二无机氧化颗粒；将配方量的颜料、第一树脂和第一无机氧化物颗粒混合均匀，制成第一混合料；把第一混合料投入挤出机中，于100-150℃的温度下挤出后，用粗粉碎机粉碎成粒径为1-3mm的母料；其中第一树脂和颜料的重量比为1:1-4:1，颜料和第一无机氧化物颗粒的重量比5：1-25：1；

2)将上述母料、第二树脂、配方量的脱模剂和配方量的电荷调节剂混合均匀，制成第二混合料；将第二混合料投入挤出机中，于100-150℃的温度下挤出后，用粗粉碎机粉碎成粒径为2-3mm的粗碎料；

3)将上述粗料碎成粒径为5-20um的超细粉末；

4)将上述的超细粉末和第二无机氧化物颗粒混合均匀，得到印刷用碳粉。

其中，步骤1)中颜料和第一无机氧化物颗粒的重量比优选为10：1-15：1。

本发明所提供的技术方案可以包括以下技术效果：

(1)本发明的母料是颜料在高浓度的状态下，通过高速混合机分散到树脂中，再通过挤出机挤出混炼、压片、冷却、粗粉碎而成。颜料在高浓度的情况下进行混炼，原料分散效果好；大颗粒的树脂对凝结的颜料进行冲击剪切，使彩色颜料迅速分解。

(2)本发明使用平均粒径0.1-0.2mm的颜料、树脂和微小无机氧化颗粒制备母料，无机氧化颗粒分布于颜料之中，有效地防止了颜料的再次凝结,改善了颜料的分散性。且避免了随着母料放置时间延长，颜料容易重新凝结的问题。

(3)本发明中树脂分两次添加，树脂颗粒和母料进行二次混合，使得颜料颗粒分散更均匀。母料中颜料与第一无机氧化物颗粒的比重为25：1-5：1，更优选为15：1-10：1。如果无机氧化物添加量太多，会影响碳粉的定影性能，同时由于无机氧化物价格较高，添加量多会增加碳粉的成本。

(4)本发明使用具有特定熔融特性的树脂，使得获取的印刷用碳粉具有较高的透明性、良好的光泽性和色彩再现性。

(5)本发明所提供的印刷用碳粉添加了无机氧化物颗粒，调整了碳粉的流动性和电性；且这些无机氧化物颗粒使用疏水剂进行了表面处理，改善了碳粉对环境的稳定性。

(6)本发明所提供的印刷用碳粉还可以添加粒径不大于1um的精细树脂颗粒，以改善产品的清洁性。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1

首先，把1kg树脂(韩国SK化学公司的聚酯树脂ET3200，软化化点135℃，玻璃化温度64℃)，1kg青色颜料(德国BASFD7086，C.I.Blue15:3)以及100g的疏水性硅(H2000T,比表面积为140m²/g)放入到5L高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第一混合料。

然后，把第一混合料投入挤出机(南京诚盟机械有限公司生产的同向平行双螺杆挤出机TSH-25)，于145℃进行混练，冷却后在锤式粉碎机上进行粗粉碎，得到青色母料1。

接着，把1kg的ET3200树脂，100g青色母料1(含青色颜料47.62g)，5g负电荷控制剂(水杨酸锌络合物N24)和20g聚丙烯蜡(COS-53NC)投入在高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第二混合料。

随后，把第二混合料投入挤出机(南京诚盟机械有限公司生产的同向平行双螺杆挤出机TSH-25)，挤出温度为120℃，冷却后利用锤式粉碎机进行粗粉碎；然后用气流粉碎机(上海化机三厂，型号100)进行超微粉碎，通过分级便得到了平均粒径为8.5um的青色碳粉颗粒。

最后，把重量份为0.6份的疏水性硅(H3004，比表面积210m²/g)加入到100份的青色碳粉颗粒中，再通过高速混合机混合，混合2min，转速为40m/s，获取最终的印刷用青色碳粉1。

印刷用青色碳粉1的性能如表1所示。

实施例2

首先，把1.05kg树脂(韩国SK化学公司的聚酯树脂ET3200)，1kg青色颜料(BASFD7086，C.I.Blue15:3)以及50g的疏水性硅(H2000T,比表面积为140m²/g)放入到5L高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第一混合料。

其余操作与实施例1相同，获取最终的印刷用青色碳粉2。

印刷用青色碳粉2的性能如表1所示。

实施例3

首先，把1.02kg树脂(韩国SK化学公司的聚酯树脂ET3200)，1kg青色颜料(BASFD7086，C.I.Blue15:3)以及80g的疏水性硅(R972,比表面积为110m²/g)放入到5L高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第一混合料。

其余操作与实施例1相同，获取最终的印刷用青色碳粉3。

印刷用青色碳粉3的性能如表1所示。

实施例4

首先，把600g树脂(韩国SK化学公司的聚酯树脂ET3200)，1kg青色颜料(BASFD7086，C.I.Blue15:3)以及500g的疏水性硅(R972,比表面积为110m²/g)放入到5L高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第一混合料。

其余操作与实施例1相同，获取最终的印刷用青色碳粉4。

印刷用青色碳粉4的性能如表1所示。

实施例5

首先，把1.06kg树脂(韩国SK化学公司的聚酯树脂ET3200)，1kg青色颜料(BASFD7086，C.I.Blue15:3)以及40g的疏水性二氧化钛(STT-30EHJ,比表面积为35m²/g)放入到5L高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第一混合料。

其余操作与实施例1相同，获取最终的印刷用青色碳粉5。

印刷用青色碳粉5的性能如表1所示。

实施例6

首先，把1.09kg树脂(韩国SK化学公司的聚酯树脂ET3200)，1kg青色颜料(BASFD7086，C.I.Blue15:3)以及10g的疏水性二氧化钛(NKT90,比表面积为50m²/g)放入到5L高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第一混合料。

其余操作与实施例1相同，获取最终的印刷用青色碳粉6。

印刷用青色碳粉6的性能如表1所示。

对比例1

首先，把1.1kg树脂(韩国SK化学公司的聚酯树脂ET3200)，1kg青色颜料(BASFD7086，C.I.Blue15:3)放入到5L高速混合机中，混合5min，转速为40m/s，获取第一混合料。

其余操作与实施例1相同，获取最终的印刷用青色碳粉7。

印刷用青色碳粉7的性能如表1所示。

对比例2

按照实施例1的配方制备印刷用青色碳粉8，但不同的是，制备过程中，不需要挤出青色母料，而是直接把青色颜料和其他原料一起投入转速为40m/s的高速混合机中混合5min后，获取混合料。

随后，对混合料进行与实施例1相同的操作，获取最终的印刷用青色碳粉8。

印刷用青色碳粉8的性能如表1所示。

我们对碳粉的分散程度和定影牢固度进行了测试，这两个指标的测试方法如下所述：

分散程度：取适量碳粉粉碎前的熔融混炼物，直接制成超薄切片，通过透过型电子显微镜(型号JEM-2100)进行观察分析。良好分散的颜料几乎都以一次粒子分散，与此相对的，分散不充分时，可以看到很多0.3-0.5um的颜料凝集体。如果视野没有看到0.3-0.5um凝集体，则标记为“O”；如果视野中0.3-0.5um的颜料凝集体小于等于3个，则标记为“△”；如果视野中0.3-0.5um的颜料凝集体大于3个，则标记为“X”。

定影牢固度：用最终获取的碳粉进行打印(三星彩色打印机CLP315)，得到样板纸。然后利用摩擦试验机(天津复印研究所生产的MC-2型)对样板纸的实心圆进行摩擦，测试实心圆摩擦前后的图像密度值。通过以下公式进行计算：

其中D₁是样板纸实心圆摩擦后的密度，D₀是样板纸实心圆摩擦前的密度。如果定影牢固度≥90％，则标记为“O”；如果80％≤定影牢固度＜90％，则标记为“△”；如果定影牢固度＜80，则标记为“X”。

表1实施例1-6和对比例1-2碳粉的性能对照表

	青色颜料：无机氧化物颗粒(重量比)	分散程度	定影牢固度
				实施例1	10：1	O	△
实施例2	20：1	O	O
				实施例3	12.5：1	O	O
实施例4	2：1	O	X
				实施例5	25：1	O	O
实施例6	100：1	△	O
				对比例1	/	△	O
对比例2	10：1	X	△

碳粉定影牢固度是碳粉好坏的一个指标，受无机氧化物颗粒添加量的影响，若无机氧化物颗粒添加量过多，碳粉定影牢固度会受到影响；若无机氧化物颗粒添加量过少，碳粉的分散程度会受到影响。从表1中可知，实施例1-6碳粉的性能总体优于对比例1-2碳粉的性能。实施例1-5中，在透过型电子显微镜的视野范围内，没有看到0.3-0.5um凝集体，分散程度好。实施例6中无机氧化物颗粒添加量少，对比例1中没有添加无机氧化物颗粒，获取的碳粉分散程度均一般。实施例1中无机氧化物颗粒添加量多，定影牢固度一般；实施例4中无机氧化物颗粒添加量过多，定影牢固度较差。而对比例2中制备碳粉过程中，没有挤出母料，最终碳粉的分散度较差，定影牢固度一般。综上所述，实施例2、3、5为最佳实施例。

实施例7

首先，按照实施1的方法制备蓝色母料，但与实施1的区别在于，所用颜料为蓝色颜料(德国BASF，按照重量比ET3200：L6480:H2000T＝1：1：0.1获得)。

然后，把86份苯乙烯丙烯酸树脂(FB1616，Tg62℃，T1/2146℃，日本三菱化学)，10份蓝色母料，1份电荷控制剂(水杨酸锌络合物N24)，3份聚丙烯蜡(660P,日本三井化学)在高速混合机中混合，得到的混合物在挤出机(南京诚盟机械有限公司生产的同向平行双螺杆挤出机TSH-25)中混练，挤出温度130℃，冷却后在锤式粉碎机上粗粉碎后，再用气流粉碎机(上海化机三厂，型号100)进行超微粉碎，通过分级便得到了平均体积为10.5um的蓝色碳粉颗粒。

最后，把0.6份重量的二氧化硅(R972，比表面积110m²/g)加入到100份重量的蓝色碳粉颗粒中，再通过高速混合机混合，以40m/s的线速度混合4min，得到蓝色碳粉产品。

对获取的蓝色碳粉的性能进行测试。具体操作如下所述：

上机检测：测试复印机为日本桂川电机株式会社数码工程机KIP7700，测试条件：常温常湿(N/N，25℃,50％RH)，高温高湿(H/H,27℃,80％RH),低温低湿(L/L,10℃，20％RH)，上机打印0号图纸10000m.。评价在打印开始和结束的图像密度、底灰、转印效率和长期稳定性，具体如表2所示。

1)图像密度：测试0号图纸实心区域图像的6个圆点的碳粉密度，并且将其平均值定义为图像密度。使用日本柯尼卡美能达公司的X-rite528X/LP反射密度计测量。如果图像密度大于1.2，则标记为“O”；如果图像密度为0.9-1.2，则标记为“△”，如果图像密度小于0.9，则标记为“X”。

2)底灰：反映的是复印件(打印件)在无图像区域的碳粉密度，一般要求愈低愈好，标准是≤0.01。测试0号图纸无图像区域的6个圆点的碳粉密度并计算其平均值。使用日本柯尼卡美能达公司的X-rite528X/LP反射密度计测量。如果图像密度小于0.01，则标记为“O”；如果图像密度在0.01—0.03，则标记为“△”，如果图像密度大于0.03，则标记为“X”。

3)转印效率：通过计算碳粉的使用量(碳粉净重-未用的碳粉的量)对于打印1000米时完全转印到纸张上的碳粉的百分数。转印效率大于80％，则标记为“O”；如果转印效率为70％-80％，则标记为“△”，如果转印效率小于70％，则标记为“X”。

4)长期稳定性：长期稳定性是跟踪打印10000米时，图像密度和转印效率能否保持进行评估。如果图像密度在1.2以上，转印效率在75％以上，则标记为“O”；如果图像密度为0.9-1.2，转印效率在65％以上，则标记为“△”，如果图像密度小于0.9，转印效率小于65％，则标记为“X”。

表2实施例7蓝色碳粉的性能测试表

项目	图像密度	底灰	转印效率	长期稳定性
					常温常湿	O	O	O	O
高温高湿	O	O	O	O
					低温低湿	O	O	O	O

从表2中易得，实施例7获取的蓝色碳粉的性能较优，图像密度、底灰、转印效率和长期稳定性均达到较优等级。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种印刷用碳粉，其特征在于，包括按重量分计的以下原料：

2.根据权利要求1所述的印刷用碳粉，其特征在于，所述树脂的软化点为90-140℃。

3.根据权利要求2所述的印刷用碳粉，其特征在于，所述树脂为聚酯树脂、苯乙烯-丙烯酸树脂、环氧树脂中的一种或两种以上组合。

4.根据权利要求1所述的印刷用碳粉，其特征在于，所述脱模剂为聚丙烯蜡或聚乙烯蜡。

5.根据权利要求1所述的印刷用碳粉，其特征在于，所述电荷调节剂为金属水杨酸铬合物。

6.根据权利要求1所述的印刷用碳粉，其特征在于，所述无机氧化物颗粒为二氧化硅，二氧化钛，氧化铝，硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、氧化铈、碳化硅中的一种或两种以上组合。

7.根据权利要求1所述的印刷用碳粉，其特征在于，所述无机氧化物颗粒经过疏水剂进行表面处理。

8.根据权利要求1所述的印刷用碳粉，其特征在于，还包括粒径不大于1um的精细树脂颗粒。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的印刷用碳粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备母料：把配方量的树脂分为两部分，分别记为第一树脂和第二树脂；把配方量的无机氧化物颗粒分为两部分，分别记为第一无机氧化颗粒和第二无机氧化颗粒；将配方量的颜料、第一树脂和第一无机氧化物颗粒混合均匀，制成第一混合料；把第一混合料投入挤出机中，于100-150℃的温度下挤出后，用粗粉碎机粉碎成粒径为1-3mm的母料；其中第一树脂和颜料的重量比为1:1-4:1，颜料和第一无机氧化物颗粒的重量比5：1-25：1；

2)将上述母料、第二树脂、配方量的脱模剂和配方量的电荷调节剂混合均匀，制成第二混合料；将第二混合料投入挤出机中，于100-150℃的温度下挤出后，用粗粉碎机粉碎成粒径为2-3mm的粗碎料；

3)将上述粗料碎成粒径为5-20um的超细粉末；

4)将上述的超细粉末和第二无机氧化物颗粒混合均匀，得到印刷用碳粉。

10.根据权利要求9所述的印刷用碳粉的制备方法，其特征在于，步骤1)中颜料和第一无机氧化物颗粒的重量比10：1-15：1。