CN113563699A - 生物环保碳粉盒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物环保碳粉盒及其制备方法，碳粉盒包括粉仓，粉仓用于储存碳粉，粉仓通过注塑材料注塑而成，注塑材料包括改性PLA，改性PLA玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度为110℃～170℃；改性PLA的水分的含量小于250ppm，采用以上方案，PLA是一种生物基树脂，使用生物基树脂作为碳粉盒注塑成型的主要成分，实现碳粉盒的可降解，解决塑胶件污染环境的问题，通过对PLA进行改性，使得改性后的生物基树脂的玻璃化转变温度、软化点温度和水含量处于一定范围时，无需使用脱模剂进行脱模，避免使用脱模剂时，脱模剂与粉仓内的碳粉发生反应，影响碳粉的显影，导致打印品质不稳定的情况，并且改善PLA加工性能，提高韧性，克服脆性断裂，加快降解速率。

Description

生物环保碳粉盒及其制备方法
技术领域
本发明涉及打印耗材领域，具体是涉及一种生物环保碳粉盒及其制备方法。
背景技术
成像设备如激光打印机是一种利用电子照相原理将图案附着在介质上的设备，成像设备至少经过充电，曝光，显影，转印，定影以及清洁的过程，才能在图像形成介质如纸张上形成图像。而成像设备上使用的容易消耗的材料，通称打印耗材，俗称碳粉盒。
通常，显影所消耗的碳粉一般由碳粉盒提供，碳粉盒包括外部的注塑件盒体、安装在盒体上的多个零部件和碳粉，碳粉装在碳粉盒内。
一般情况下，在当碳粉盒内的碳粉用完后，再更换新的碳粉盒，更换下来的碳粉盒中的部件，例如其中的显影辊、送粉辊、出粉刀、刮刀等零部件在修复后还可以重新使用。但是在回收过程中存在粉盒的外壳的注塑件、碳粉存在不容易回收利用以及不容易处理等问题从而导致环境破坏。使用石油基树脂作为粘合剂树脂制成的碳粉被废弃之后，很难在自然环境中自行降解，从而对环境产生污染，即使将废弃的碳粉进行燃烧处理，其产生大量的二氧化碳也会加重地球气候变暖的问题。
另外，粉盒外壳的注塑件通常也是采用石油基树脂制成，其腔壁通常都具有1mm至3mm的厚度。在内部碳粉使用完成后，通常都会加以回收利用。但是，仍然会有部分使用完毕的粉盒被丢弃于自然环境中，形成塑料垃圾，对付这部分塑料垃圾的方法除了进一步回收利用外，还有焚化和掩埋等。而焚化和掩埋方式并不能从根本上解决残留塑料的污染问题，例如采用焚烧处理聚乙烯塑料废弃物时，聚乙烯塑料将产生有害的灰尘和有毒气体，造成大气的二次污染:掩埋石油基料废弃物时，其分子量从20000以上降低到2000以下就需要大约200年左右的时间。解决方式是开发可以自然降解的塑料。进而对土壤结构、植被环境、水体生态等进行有效保护。
在采用石油基树脂材料注塑成型的时候，例如ABS/HIPS注塑成型时，成型温度高，消耗很多能量；而且注塑成型时候注塑件较难从模具上分离，需要使用脱模剂帮助注塑件从模具上脱模。
现有的脱模剂的种类很多，主要为硅氧烷化合物、硅油硅脂、硅树脂、硅橡胶、动植物合成有机石蜡、微晶石蜡和聚乙烯蜡等，此类脱模剂材料即时在高温注塑时候，熔融挥发，但是多多少少会在注塑件上有残留，这样的材料与PLA环保型碳粉接触后，容易与粉仓内部的碳粉发生反应，会影响碳粉的流动性，从而影响碳粉的显影，导致碳粉盒使用时候打印品质不稳定，进而影响整个碳粉盒的质量。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种环保可降解的生物环保碳粉盒。
本发明的第二目的是提供一种生物环保碳粉盒的制备方法。
为了实现上述的主要目的，本发明提供的生物环保碳粉盒包括粉仓，粉仓用于储存碳粉，粉仓通过注塑材料注塑而成，注塑材料包括改性PLA，改性PLA玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度为110℃～170℃；改性PLA的水分的含量小于250ppm。
由上述方案可见，PLA是一种生物基树脂，使用生物基树脂作为碳粉盒注塑成型的主要成分，实现碳粉盒的可降解，解决塑胶件污染环境的问题，通过对PLA进行改性，使得改性后的生物基树脂的玻璃化转变温度处于50℃～70℃、软化点温度为110℃～170℃的同时，水分的含量小于250ppm这一数据范围时，在对碳粉盒注塑件脱模时，无需使用脱模剂，从而避免使用脱模剂时，脱模剂与粉仓内的碳粉发生反应，影响碳粉的显影，导致打印品质不稳定的情况，并且改善PLA加工性能，提高韧性，克服脆性断裂，加快降解速率。
进一步的方案是，改性PLA通过PLA与增塑剂反应得到，增塑剂可为三乙酸甘油酯、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇、葡萄糖酸酯、甘油和乳酸低聚物中的至少一种。
可见，通过增塑剂对PLA改性，增大PLA树脂的柔韧性。
进一步的方案是，按质量份配比，所述注塑材料包括95份至99份改性PLA和1份至5份的PS。
进一步的方案是，按质量份配比，所述注塑材料包括95份至99份改性PLA和1份至5份的ABS。
进一步的方案是，碳粉包括以下质量分配比的组分：40份至95份聚乳酸树脂、3份至50份着色剂、0.3份至5份电荷控制剂、0.01份至5份香味剂和0.5份至5份外添加剂；聚乳酸树脂的玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度T1/2为110℃～170℃；PLA聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。
为实现上述的第二目的，本发明提供的生物环保碳粉盒制备方法制备得到上述的生物环保碳粉盒，生物环保碳粉盒制备方法包括改性步骤和注塑步骤，
其中改性步骤包括以下步骤：
a、将聚乳酸树脂真空干燥；
b、将完成干燥的聚乳酸树脂与增塑剂按比例在混合装置熔融混炼得到熔融混炼料，混炼温度为100℃～150℃，混炼时间为5min～20min；
c、熔融混炼料热压成型得到片材，热压温度为100℃～150℃，热压时间为5min～10min；
d、将片材缓慢冷却；
注塑步骤包括以下步骤:
e、将改性步骤中得到的片材粉碎，后粉碎，得到粒度为0.1mm～1mm的粉体；
f、将粉体通过挤出机挤出造粒；
g、将步骤f得到的粒体熔融后注入模具中，冷却后成型脱模。
进一步的方案是，步骤b中，按质量份配比，将95份至99.5份聚乳酸树脂和0.5份至5份增塑剂在混合装置熔融混炼得到熔融混炼料。
具体实施方式
本发明的生物环保碳粉盒采用生物基树脂作为注塑的主要成分，使得制备得到的碳粉盒可降解，对环境更加友好，将生物基树脂的玻璃化转变温度控制在50℃～70℃，且软化点温度T1/2为110℃～170℃；PLA聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm时，在对碳粉盒注塑件脱模时，无需使用脱模剂，从而避免脱模剂对碳粉的影响，导致打印品质不高的情况。
生物环保碳粉盒包括粉仓和零件，零件可包括感光鼓、显影辊和出粉刀等，粉仓用储存碳粉。碳粉包括以下质量分配比的组分：40份至95份聚乳酸树脂、3份至50份着色剂、0.3份至5份电荷控制剂、0.01份至5份香味剂和0.5份至5份外添加剂；聚乳酸树脂的玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度T1/2为110℃～170℃；PLA聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。碳粉的制备方法请参照公开号为CN104635443A、专利名称为环保香味墨粉及其制备方法的中国发明专利所公开的全文。
粉仓通过注塑材料注塑而成，注塑材料包括改性PLA，其中改性PLA由PLA与增塑剂反应得到，改性PLA的玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度T1/2为110℃～170℃；PLA聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。
注塑材料中还可包括PS(聚苯乙烯)或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)，将改性PLA与少量的PS或ABS进行混合，能够改善碳粉盒最终的强度和韧性。
按质量分数，注塑材料包括95份至99份改性PLA和1份至5份的PS，进一步优化地，注塑材料包括96份改性PLA和4份PS。或者注塑材料包括95份至99份改性PLA和1份至5份的ABS，进一步优化地，注塑材料包括96份PLA和4份ABS。
生物环保碳粉盒制备方法包括改性步骤和注塑步骤，改性步骤实现对PLA进行改性，注塑步骤实现将改性PLA注塑成型；
其中改性步骤包括以下步骤：
a、在45℃，将聚乳酸树脂放置在置于DZF-200真空干燥箱中真空干燥2h；
b、按质量份配比，将95份至99.5份完成干燥的聚乳酸树脂和0.5份至5份增塑剂在在XSS-300转矩流变仪LH60橡胶塑料混合装置混炼得到熔融混炼料，混炼温度为130℃，混炼时间为15min；其中增塑剂可为三乙酸甘油酯、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇、葡萄糖酸酯、甘油和乳酸低聚物中的至少一种；
c、熔融混炼料0.25兆牛半自动压力成型机上热压成型得到片材，热压温度为150℃，热压时间为6min；
d、将片材自然冷却直室温。
注塑步骤包括以下步骤：
e、将改性步骤中得到的片材粉碎，后粉碎，得到粒度为0.1mm～1mm的粉体；
f、将粉体通过挤出机挤出造粒；
g、将步骤f得到的粒体熔融后注入模具中，冷却后成型脱模。
在碳粉盒制备的过程中，若是需要在注塑材料中增加PS或ABS，可通过以下方式实现，1、在改性步骤中按质量份配比，将1份至5份PS或ABS中的其中一种、90份至95份聚乳酸树脂和0.5份至5份增塑剂混合后，混料热压后冷却；2、可在注塑步骤的步骤e中按比例加入PS或者ABS，与改性步骤得到的片材混合后粉碎，在粉碎前也可再一次添加增塑剂再次进行改性，使得最终获得的注塑材料的玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度为110℃～170℃，水分的含量小于250ppm。
下面通过多个实施例说明本发明，以便更好地理解本发明。
实施例1
实施例1中的生物环保碳粉盒的注塑材料为改性PLA，改性PLA玻璃化转变温度为50℃，且软化点温度T1/2为110℃；PLA聚乳酸树脂的水分的含量为250ppm。
实施例2
实施例2中的生物环保碳粉盒的注塑材料按质量份配比包括95份改性PLA和5份PS；注塑材料的玻璃化转变温度为60℃，且软化点温度T1/2为110℃，的水分的含量为250ppm。
实施例3
实施例3中的生物环保碳粉盒的注塑材料按质量份配比包括96份改性PLA和4份PS；PLA玻璃化转变温度为55℃，且软化点温度T1/2为120℃；PLA聚乳酸树脂的水分的含量为200ppm。
实施例4
实施例4中的生物环保碳粉盒的注塑材料按质量份配比包括95改性PLA和5份ABS；注塑材料的玻璃化转变温度为50℃，且软化点温度T1/2为130℃，水分的含量220ppm。
实施例5
实施例5中的生物环保碳粉盒的注塑材料按质量份配比包括96改性PLA和4份ABS；注塑材料的PLA玻璃化转变温度为60℃，且软化点温度T1/2为130℃，水分的含量为200ppm。
实验组
实验组中设置有26组实施例，分别是实施例6至实施例31，每一组实施例中的生物环保碳粉盒的注塑材料为改性PLA，但是每一组实施例中的生物环保碳粉盒中的改性PLA的玻璃化转变温度Tg、软化点温度T1/2和水分含量不同，具体数值请看表1。
将每一组实施例中的生物环保碳粉盒以相同方法进行制备，在注塑过程中都没使用脱模剂材料。需对碳粉盒上的材料以及材料的玻璃化温度、软化点温度以及水分的含量导致碳粉盒对碳粉是否造成影响进行测试，若是碳粉盒上的材料对碳粉造成影响，即污染碳粉，导致碳粉粘在碳粉盒的出粉刀上，从而影响碳粉的显影，影响打印质量。具体的测试方法为：将每一组实施例中制备得到的生物环保碳粉盒灌装碳粉后，再用HP1010激光打印机进行打印测试100页，通过观察全黑版打印样稿，观察样稿上是否出现竖向白色划线来判断碳粉粘在出粉刀上，检测结果见表1，表1的测试结果中，出粉刀上碳粉粘附情况严重程度为：严重粘〉粘〉稍好〉不粘。
表1
Figure BDA0003134468740000061
Figure BDA0003134468740000071
Figure BDA0003134468740000081
由表1的测试结果可知，当注塑材料的玻璃化转变温度Tg为50℃至70℃，且软化点温度T1/2为110℃至170℃的同时，水分的含量小于250ppm时，碳粉盒上的材料并无对碳粉造成影响，碳粉盒中碳粉并无出现粘附在出粉刀上的情况，避免由于碳粉粘附出粉刀导致的打印质量的问题。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.生物环保碳粉盒，其特征在于：包括粉仓，所述粉仓用于储存碳粉，所述粉仓通过注塑材料注塑而成，所述注塑材料包括改性PLA，所述改性PLA玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度为110℃～170℃；所述改性PLA的水分的含量小于250ppm。
2.根据权利要求1所述的生物环保碳粉盒，其特征在于：
所述改性PLA通过PLA与增塑剂反应得到，所述增塑剂可为三乙酸甘油酯、柠檬酸三丁酯、聚乙二醇、葡萄糖酸酯、甘油和乳酸低聚物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的生物环保碳粉盒，其特征在于：
按质量份配比，所述注塑材料包括95份至99份改性PLA和1份至5份的PS。
4.根据权利要求1所述的生物环保碳粉盒，其特征在于：
按质量份配比，所述注塑材料包括95份至99份改性PLA和1份至5份的ABS。
5.根据权利要求1至4任一项所述的生物环保碳粉盒，其特征在于：
所述碳粉包括以下质量分配比的组分：40份至95份聚乳酸树脂、3份至50份着色剂、0.3份至5份电荷控制剂、0.01份至5份香味剂和0.5份至5份外添加剂；所述聚乳酸树脂的玻璃化转变温度为50℃～70℃，且软化点温度T1/2为110℃～170℃；所述聚乳酸树脂的水分的含量小于250ppm。
6.生物环保碳粉盒制备方法，其特征在于：所述生物环保碳粉盒制备方法制备得到1至5任一项所述的生物环保碳粉盒，所述生物环保碳粉盒制备方法包括改性步骤和注塑步骤，
其中改性步骤包括以下步骤：
a、将聚乳酸树脂真空干燥；
b、将完成干燥的聚乳酸树脂与增塑剂按比例在混合装置熔融混炼得到熔融混炼料，混炼温度为100℃～150℃，混炼时间为5min～20min；
c、所述熔融混炼料热压成型得到片材，热压温度为100℃～150℃，热压时间为5min～10min；
d、将所述片材缓慢冷却；
所述注塑步骤包括以下步骤:
e、将所述改性步骤中得到的所述片材粉碎，得到粒度为0.1mm～1mm的粉体；
f、将所述粉体通过挤出机挤出造粒；
g、将步骤f得到的粒体熔融后注入模具中，冷却后成型脱模。
7.根据权利要求6所述的生物环保碳粉盒制备方法，其特征在于：
步骤b中，按质量份配比，将95份至99.5份聚乳酸树脂和0.5份至5份增塑剂在混合装置熔融混炼得到所述熔融混炼料。
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