CN106873321A

CN106873321A - 一种彩色墨粉的制备方法

Info

Publication number: CN106873321A
Application number: CN201710273905.XA
Authority: CN
Inventors: 秦学孔; 毕晨光; 陈鹏; 孙国林; 王力成; 彭孝军
Original assignee: DALIAN FUSIDA SPECIAL CHEMICAL Co Ltd
Current assignee: DALIAN FUSIDA SPECIAL CHEMICAL Co Ltd
Priority date: 2017-04-25
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2017-06-20

Abstract

本发明公开了一种彩色墨粉制备方法，将染料溶在油相中，然后与水相混合，在一定压力下，经过膜乳化器乳化后，通过乳液聚合的方法得到彩色微球。解决了原有“混熔法”流程工艺复杂，对于原料、设备及工艺条件要求高，能耗高等问题。也解决了普通化学法制备墨粉工艺放大稳定性差的问题。该方法制备的彩色微球粒径均一性好，球形度高，色彩鲜艳，有光泽度，分辨率高，废粉率低并且工艺简单，能耗小，不用分级，可一次性得到所需粒径的彩色墨粉，并对其进行粒度、球形度、带电量和定影温度分布等一系列性能测试。

Description

一种彩色墨粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种复印打印用彩色墨粉的制备方法。

背景技术

彩色墨粉的传统制备方法是“熔融法”，即树脂、着色剂和添加剂经过混合均匀后高温混融，然后挤出、冷却、破碎、超细粉碎、分级，最后再加入一些能改变其流动性的外部添加剂研磨而得到粒度约10μm左右的彩色碳粉。这种制备方法过程复杂、能耗大、成本高，所得产品的粒径较大、粒径分布较宽、粒子的形状极不规则、各组分的分布不均匀等，都影响了墨粉的打印效果。近年来采用直接聚合的方法制备墨粉的研究得到充分的发展。聚合法制粉是指将树脂单体、颜料及添加剂混合在反应釜中，直接聚合得到墨粉成品的方法，包括悬浮聚合法、乳液聚合法、分散聚合法、微悬浮聚合法等，主要以悬浮聚合法和乳液聚合法为主。悬浮聚合法虽比原来的融熔粉碎法进步了不少，其能耗减少，但制备出了的彩色粒子粒径在5一30μm之间，制备出的粒径分布仍然较宽。而现有的乳液聚合法制备的彩色墨粉粒径较小。但是该方法通过采用机械搅拌来发生乳化，这样使得聚合后得到的颗粒形状仍然不好控制。得到的树脂与颜料相容性较差，打印时颜料容易脱落的问题，并且反应工艺能耗大，成本也高。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有稳定工艺，低能耗，并且颗粒形状规则的彩色墨粉的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种粒径可控的聚合物微球的制备方法，包括以下步骤：

① 配制含有乳化剂的水相，每100重量份的水中加入乳化剂0.01～0.15重量份；配制含有单体和引发剂的油相，配制含有单体和引发剂的油相，引发剂0.5～5重量份，单体20.0～50.0重量份，蜡3～7重量份，染料3～6重量份，电荷调节剂0.2～1.5重量份；

② 采用膜乳化法，在膜乳化器的一侧加压，将油相透过膜压入水相中形成乳液，所述油相与水相的体积比为1:3～1:5；采用膜乳化器进行膜乳化；

③ 将②形成的乳液在60～100℃条件下聚合反应10～24个小时，得到固体颗粒的物料；优选聚合反应在搅拌条件下进行，转速优选为90～160 r/min。

④再用去离子水对得到的固体颗粒物料进行清洗。

⑤在40-45℃的温度下对固体颗粒进行干燥处理，使其含水量低于0.5wt%。

⑥最后，加入二氧化硅并进行均匀混合，得到平均粒径D50为5-8µm的彩色墨粉。

所述膜为孔径均一，所述膜的孔径为3～20µm，所述加压的压力为0.01～0.1MPa。

所述每100重量份的水相中还含有乳化稳定剂0.1～1.5重量份、缓冲剂0.010～0.150重量份和反应终止剂0.010～0.050重量份。

所述乳化剂为阴离子乳化剂，优选羧酸盐如月桂酸钾、硫酸酯盐如十二烷基硫酸钠、磺酸盐如丁二酸二辛醋磺酸钠中的至少一种。

所述单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸特丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸特丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸中的至少两种。

所述蜡为巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡中的一种或几种。

所述电荷调节剂为取代水杨酸盐类化合物，如CCA100，烷基水揚酸鉻盐；CCA801，烷基水揚酸鋅盐；或者DL-N23金属络合物，DL-N24金属络合物和DL-N28金属络合物等。

所述引发剂为为油溶性引发剂，优选偶氮引发剂、过氧类引发剂中的至少一种，偶氮类引发剂如偶氮二异丁腈等，过氧类引发剂如过氧化二苯甲酰、过氧化二叔丁基等。

所述乳化稳定剂为聚乙烯醇、聚环氧乙烷中的至少一种，所述缓冲剂为硫酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠中的至少一种；所述反应终止剂为对苯二酚。

所述染料为溶剂染料、分散染料中的至少一种，例如黄色染料可以为溶剂黄98，溶剂黄21，溶剂黄184:1，溶剂黄163，分散黄211，溶剂黄43，分散橙30，分散橙90，溶剂黄805，溶剂黄804，溶剂黄807，溶剂黄806；红色染料可以为油溶红172，油溶红207，油溶黄98，溶剂红52，分散红FB，分散红211，溶剂红119，溶剂红218，分散红54，73红滤饼，分散红BD，152红滤饼，167红滤饼，溶剂红803，溶剂红804，溶剂红801，溶剂红805，溶剂红802；蓝色染料可以为溶剂蓝97，溶剂蓝36，溶剂蓝35，溶剂蓝70，溶剂蓝5，溶剂蓝104，分散蓝79，分散蓝291，分散蓝366，溶剂蓝801，溶剂蓝802；黑色染料可以为溶剂黑3，溶剂黑29，溶剂黑34，溶剂黑27，溶剂黑5。

本发明彩色墨粉的制造方法是将油相和水相采用膜乳化法制备成稳定乳液，然后以单体液滴为核进行聚合反应，分离、清洗、干燥、混添等处理而制成本发明的彩色墨粉。

本发明的有益效果：

1. 本发明利用膜乳化法，可以得到稳定乳液，并且工艺更为简单、可靠、稳定、降低了能耗。

2. 本发明膜乳化法形成乳液，再聚合得到的彩色颗粒大小形状均一性好，具有较窄的粒径分布：彩色墨粉的粒径相差0～2µm，并且墨粉颗粒形状规则、色彩鲜艳、有光泽度、分辨率高、废粉率低。

具体实施方式

水相的制备实施例1

将聚乙烯醇1.0 g和去离子水100ml在80℃搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入十二烷基硫酸钠0.066 g，硫酸钠0.033g，对苯二酚0.032 g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-1。

水相的制备实施例2

将聚环氧乙烷0.9 g和去离子水100ml在80℃搅拌2小时后，冷却至室温。再向聚乙烯醇的水溶液中加入丁二酸二辛醋磺酸钠0.066 g，硫酸钠0.033 g，对苯二酚0.032 g，室温搅拌3小时至溶解得到水相，得到的水相称为水相A-2。

油相的制备实施例1

将苯乙烯17 g，丙烯酸丁酯5.9 g和过氧化二苯甲酰1.03 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.96 g染料溶剂黄163，电荷调节剂0.5 g，蜡1.0 g，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-1。

油相的制备实施例2

将苯乙烯15 g，丙烯酸丁酯7.3 g和偶氮二异丁腈2.0 g加入100 ml烧杯中，缓慢搅拌至溶清，再加入0.75 g染料溶剂红172，电荷调节剂0.4 g，蜡1.5 g，继续搅拌至溶解得到油相,得到的油相称为油相B-2。

彩色墨粉的制备实施例1

乳液的制备：将水相A-1和油相B-1混合，加入到膜乳化器中，经过3～5次膜乳化操作（压力控制0.01～ 0.30 MPa），得到乳液。

彩色墨粉的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90～100 r/min，通入氮气30～60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60～100℃，将转速调制150～160 r/min，反应10～24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用去离子水洗3次。在40-45℃的温度下对固体颗粒进行干燥处理,使其含水量低于0.5wt%，最后，加入二氧化硅并进行均匀混合，得到的彩色墨粉C-1。

彩色墨粉的制备实施例2

乳液的制备：将水相A-1和油相B-2混合，加入到膜乳化器中，经过3～5次膜乳化操作（压力控制0.01～0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90～100 r/min，通入氮气30～60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60～100℃，将转速调制150～160 r/min，反应10～ 24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用去离子水洗3次。在40-45℃的温度下对固体颗粒进行干燥处理,使其含水量低于0.5wt%，最后，加入二氧化硅并进行均匀混合，得到的彩色墨粉C-2。

彩色微球的制备实施例3

乳液的制备：将水相A-2和油相B-2混合，加入到膜乳化器中，经过3～5次膜乳化操作（压力控制0.01～0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90～100 r/min，通入氮气30～60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60～100 oC，将转速调制150～160 r/min，反应10～24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用去离子水洗3次。在40-45℃的温度下对固体颗粒进行干燥处理,使其含水量低于0.5wt%，最后，加入二氧化硅并进行均匀混合，得到的彩色墨粉C-3。

彩色微球的制备实施例4

乳液的制备：将水相A-2和油相B-1混合，加入到膜乳化器中，经过3～5次膜乳化操作（压力控制0.01～0.30 MPa），得到乳液。

彩色微球的制备：将得到的乳液倒入带有搅拌器，温度计和氮气的三口烧瓶中，先将转速调制90～100 r/min，通入氮气30～60分钟，然后停止通氮气，将反应液温度升至60～100℃，将转速调制150～160 r/min，反应10～24小时。停止反应，将反应液冷却至室温，用离心机离心，将固体移至烧杯中，用乙醇洗3次，再用去离子水洗3次。在40-45℃的温度下对固体颗粒进行干燥处理,使其含水量低于0.5wt%，最后，加入二氧化硅并进行均匀混合，得到的彩色墨粉C-4。

将本发明实施例中的彩色墨粉进行性能测试，其结果如下

性能名称	彩色墨粉C1	彩色墨粉C1	彩色墨粉C1	彩色墨粉C1
					D50µm	7.60	7.35	7.73	7.40
球形度	0.97	0.96	0.97	0.97
					带电量	-32.1μC/g	-33.7μC/g	-31.3μC/g	-30.7μC/g
Tg值	63.8 ℃	64.1 ℃	64.0 ℃	63.7 ℃
					显影密度	1.41	1.37	1.38	1.47
底灰	﹤0.001	﹤0.001	﹤0.001	﹤0.001
					废粉率	5 %	3 %	6 %	5 %
定影温度范围	130-180℃	133-180℃	131-180℃	132-183℃
					定影牢固度%	94	95	94	94

各项性能测试标准：

平均粒径D50：彩色墨粉粒径及其分布采用贝克曼库尔特LS 13 320系列激光粒度分析仪进行测量。

球形度：采用丹东百特图像颗粒分析系统进行测量。

Tg值：采用Q2000 DSC差示扫描量热仪测量。

带电量：采用TRek MODEL 212 HS Q/m METER进行测量。

定影温度范围：采用QEA墨粉定影性能测试仪测量。

显影密度和定影牢固度：采用QEA图像品质分析系统。

Claims

1.一种彩色墨粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

① 配制含有乳化剂的水相，每100重量份的水中加入乳化剂0.01~0.15重量份；配制含有单体和引发剂的油相，配制含有单体和引发剂的油相，引发剂0.5~5重量份，单体20.0~50.0重量份，蜡3-7份，染料3-6份，电荷调节剂0.2-1.5份；

② 采用膜乳化法，在膜的一侧加压，将油相和水相的混合液压过膜得到均一的乳液，所述油相与水相的体积比为1:3~1:5；

③ 将②形成的乳液进行聚合反应，经分离后得到固体颗粒的物料；

④再用去离子水对得到的固体颗粒物料进行清洗；

⑤对固体颗粒进行干燥处理；

⑥加入二氧化硅并进行均匀混合得到彩色墨粉。

2.根据权利要求1彩色墨粉的制备方法，其特征在于，步骤②中所述膜的孔径为3~20µm，大小均匀，一侧加压的压力为0.01~0.1MPa。

3.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制造方法，其特征在于，所述每100重量份的水相中还含有乳化稳定剂0.1~1.5重量份、缓冲剂0.010~0.150重量份和反应终止剂0.010~0.050重量份。

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，所述单体为苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸特丁酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸特丁酯、甲基丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸中的至少一种。

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，所述蜡为巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡或聚丙烯蜡中的一种或几种。

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，所述电荷调节剂为取代水杨酸盐类化合物。

7.根据权利要求3所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于，所述乳化剂为阴离子乳化剂，所述引发剂为偶氮引发剂、过氧类引发剂中的至少一种。

8.根据权利要求3所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于，所述乳化稳定剂为聚乙烯醇、聚环氧乙烷中的至少一种，所述缓冲剂为硫酸钠、碳酸氢钠、柠檬酸钠中的至少一种；所述反应终止剂为对苯二酚。

9.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于，所述染料为溶剂染料、分散染料中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的彩色墨粉的制备方法，其特征在于，步骤③聚合反应的条件为：乳液在60~100℃条件下聚合反应10~24个小时。