CN117761982A - 一种改型碳粉的制备方法及碳粉盒 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及碳粉材料领域，具体公开了一种改型碳粉的制备方法及碳粉盒。一种改型碳粉的制备方法，包括以下具体步骤：预先将苯乙烯、丙烯酸单体、引发剂、碳黑、电荷控制剂、磁性材料混合，搅拌均匀，加热保温反应，形成改性碳粉混合料，然后将改性碳粉混合料进行过滤、干燥后，最后进行筛分得到改性碳粉成品。本申请的制备的改性碳粉通过在碳黑表面聚合聚苯烯、丙烯酸树脂，增强颜料粒子与基体树脂之间的相容性，提高碳粉体系中各组分的黏结强度，进而提高打印效果和图像质量。
Description
技术领域
本申请涉及碳粉材料领域，更具体地说，它涉及一种改型碳粉的制备方法及碳粉盒。
背景技术
碳粉是一种由碳元素组成的细粉末，具有广泛的应用领域，在打印领域，碳粉应用在激光打印机、喷墨打印机等设备中，随着激光打印机的市场越来越大，碳粉的使用需要也逐渐增加。
但是现有碳粉的制备原料中，碳粉粒子和基体树脂之间主要以物理机械作用力结合，碳粉与基体树脂的相容性也不好，两者之间的粘结不牢固，容易产生粒子的脱落，进而在打印应用中影响打印清晰度和准确性。
发明内容
为了改善现有碳粉对打印清晰度和准确性的影响，本申请提供一种改型碳粉的制备方法及碳粉盒。
第一方面，本申请提供一种改型碳粉的制备方法，采用如下的技术方案：
一种改型碳粉的制备方法，包括以下具体步骤：
预先将苯乙烯、丙烯酸单体、引发剂、碳黑、电荷控制剂、磁性材料混合，搅拌均匀，加热保温反应，形成改性碳粉混合料，然后将改性碳粉混合料进行过滤、干燥后，最后进行筛分得到改性碳粉成品。
通过采用上述技术方案，通过苯乙烯、丙烯酸单体在碳黑表面进行聚合接枝，在碳黑的表面产生化学键，增强了碳粉体系基材树脂与颗粒之间的界面黏结强度，提高碳粉的强度、刚度和耐久性。同时苯乙烯和丙烯酸单体具有较高的导电性，当苯乙烯、丙烯酸单体与碳黑相结合，能够提高碳粉体系的导电性，进而提高碳粉在打印过程中的流动性，提高打印精度。
优选的，所述改性碳粉粒径为5-15μm。
通过采用上述技术方案，控制改性碳粉的粒径在较小范围内，能够产生更细腻的图像细节，提供更高的分辨率，提高图像质量和均匀度。同时粒径较小范围内的碳粉能够更好的附着在打印介质上，更容易吸附到纸张上，提高打印效果的清晰度和准确性，增强改性碳粉的打印效果。
优选的，所述改性碳粉包括以下重量份的原料：苯乙烯30-40份，丙烯酸单体30-40份，引发剂0.3-0.5份，碳黑5-10份，电荷控制剂0.5-0.8份，磁性材料3-5份。
优选的，所述丙烯酸单体包括丙烯酸丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸。
通过采用上述技术方案，以丙烯酸丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸为单体，能够增强碳黑颗粒的附着性、流动性和分散性，提高碳粉的流动性，在打印过程中，促使改性碳粉能更好的接触磁辊，进而被转印，增强改性碳粉的打印效果。同时，丙烯酸单体与苯乙烯相结合，能够调节制备的碳粉硬度和柔软度，提高碳粉的弹性和可塑性，促使制成的改性碳粉能够更适合印刷。
优选的，所述磁性材料包括钴粉、镍粉、铁粉中的至少一种。
通过采用上述技术方案，纳米四氧化三铁、钴粉、镍粉、铁粉能够促使改性碳粉具有较好的磁性，钴粉、镍粉、铁粉具有较好的导电性和热稳定性，提供改性碳粉的导电性，有利于电荷在碳粉颗粒之间传递和分散，提高打印清晰度和准确性。
优选的，所述电荷控制剂为柠檬酸。
通过采用上述技术方案，柠檬酸可以通过羧基与碳粉颗粒表面形成氢键和静电相互作用，提高碳粉表面电荷，减少碳粉颗粒间的静电吸引力和聚集现象，提高碳粉的分散稳定性。同时，柠檬酸还可以络合钴粉、镍粉、铁粉，进而提高改性碳粉的附着力和打印清晰度。
优选的，所述改性碳粉原料还包括干燥材料3-5份，所述干燥材料为二氧化硅、氧化铝中的一种。
通过采用上述技术方案，二氧化硅、氧化铝具有较高的吸湿性能，能够吸收空气中的水分，减少碳粉中的湿度，减少过高的湿度导致碳粉聚集和结块，进而影响碳粉打印的均匀度。二氧化硅和氧化铝具有较小的颗粒尺寸和较大的比表面积，能够改善碳粉的流动性，增强碳粉与打印介质之间的接触面积，减少碳粉颗粒之间的摩擦，进而提高打印图像质量和清晰度。
优选的，所述二氧化硅为气相二氧化硅。
优选的，所述气相二氧化硅经过有机氯硅烷表面修饰。
通过采用上述技术方案，经过有机氯硅烷的表面修饰，能够提高气相二氧化硅与改性碳粉体系基体树脂的界面黏结强度，进而提高改性碳粉体系的强度和耐久性。
第二方面，本申请提供一种碳粉盒，采用如下的技术方案：
一种碳粉盒，包括粉仓，所述粉仓内装有如以上任一项所述的改性碳粉。
通过采用上述技术方案，制备的碳粉盒具有较好的打印图像质量和清晰度。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用苯乙烯和丙烯酸单体在炭黑的表面进行聚合接枝，提高碳黑颗粒与基体树脂之间的相容性，促使制备的改性碳粉具有较强的强度和耐久性。同时苯乙烯和丙烯酸单体还可以提高改性碳粉体系的导电性，增强改性碳粉的流动性，进而提高打印精度。
2、本申请中优选采用二氧化硅、氧化铝作为干燥材料，改善碳粉吸湿聚集现象，提高改性碳粉体系的流动性，进而增强碳粉打印图像精度和质量，增强改性碳粉打印图像均匀度。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
聚苯乙烯树脂的分子量为5万。
实施例
实施例1
本实施例提供一种改性碳粉，包括以下重量份的原料：苯乙烯35kg，丙烯酸单体3.5kg,引发剂0.4kg，碳黑8kg，电荷控制剂0.7kg磁性材料4kg。其中丙烯酸单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸，丙烯酸丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸的质量比为1:1:1，引发剂为过氧化苯甲酰，电荷控制剂为柠檬酸，磁性材料为铁粉。
改性碳粉的制备方法，包括以下具体步骤：
预先将苯乙烯、丙烯酸单体、引发剂、碳黑、电荷控制剂、磁性材料混合，然后在氮气的保护作用下，以700r/min的速度5min，再以1200r/min的速度搅拌3min，升温至80℃，保温反应，形成改性碳粉混合料，然后将改性碳粉混合料进行过滤、干燥后，最后进行筛分得到平均粒径为5-15μm的改性碳粉成品。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，改性碳粉原料中苯乙烯的使用量为30kg，丙烯酸单体的使用量为40kg,引发剂的使用量为0.3kg，碳黑的使用量为5kg，电荷控制剂的使用量为0.5kg磁性材料的使用量为3kg。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，改性碳粉原料中苯乙烯的使用量为40kg，丙烯酸单体的使用量为30kg,引发剂的使用量为0.5kg，碳黑的使用量为10kg，电荷控制剂的使用量为0.8kg磁性材料的使用量为5kg。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，改性碳粉原料中磁性材料为钴粉。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，改性碳粉原料中磁性材料为镍粉和铁粉，镍粉和铁粉的质量比为1:1。
实施例6
实施例6与实施例5的区别在于，改性碳粉原料中还包括干燥材料4kg，其中干燥材料为氧化铝，氧化铝的平均粒径为5-10μm。
改性碳粉的制备方法，包括以下具体步骤：
预先将苯乙烯、丙烯酸单体、引发剂、碳黑、电荷控制剂、干燥材料、磁性材料混合，然后在氮气的保护作用下，以700r/min的速度5min，再以1200r/min的速度搅拌3min，升温至80℃，保温反应，形成改性碳粉混合料，然后将改性碳粉混合料进行过滤、干燥后，最后进行筛分得到平均粒径为5-15μm的改性碳粉成品。
实施例7
实施例7与实施例6的区别在于，改性碳粉原料中干燥材料的使用量为3kg。
实施例8
实施例8与实施例6的区别在于，改性碳粉原料中干燥材料的使用量为5kg。
实施例9
实施例9与实施例6的区别在于，改性碳粉原料中干燥材料为固态二氧化硅，固态二氧化硅的平均粒径为5-10nm。
实施例10
实施例10与实施例6的区别在于，改性碳粉原料中干燥材料为气相二氧化硅，其中气相二氧化硅的平均粒径为10-20nm。
实施例11
实施例11与实施例6的区别在于，改性碳粉原料中干燥材料气相二氧化硅经过有机氯硅烷进行表面改性，其中有机氯硅烷为甲基氯硅烷。
改性碳粉的制备方法，包括以下具体步骤：
S1：在氮气的保护下，将气相二氧化硅在600℃下进行干燥，然后在60℃下，将干燥后的气相二氧化硅与有机氯硅烷进行混合反应2h，气相二氧化硅与有机氯硅烷的质量比为1:0.8，在250℃下使用氮气吹扫，得到改性气相二氧化硅。
S2：预先将苯乙烯、丙烯酸单体、引发剂、碳黑、电荷控制剂、、改性气相二氧化硅、磁性材料混合，然后在氮气的保护作用下，以700r/min的速度5min，再以1200r/min的速度搅拌3min，升温至80℃，保温反应，形成改性碳粉混合料，然后将改性碳粉混合料进行过滤、干燥后，最后进行筛分得到平均粒径为5-15μm的改性碳粉成品。
对比例
对比例1
对比例1和实施例1的区别在于，改性碳粉原料中将使用等量的聚苯乙烯树脂代替苯乙烯、丙烯酸单体。
改性碳粉的制备方法，包括以下具体步骤：
预先将聚苯乙烯树脂、引发剂、碳黑、电荷控制剂、磁性材料混合，以700r/min的速度5min，再以1200r/min的速度搅拌3min，形成改性碳粉混合料，然后将改性碳粉混合料进行过滤、干燥后，最后进行筛分得到平均粒径为5-15μm的改性碳粉成品。
碳粉盒
本发明还提供一种碳粉盒，碳粉盒设置有盛装碳粉的粉仓，其中粉仓内装有实施例1-11和对比例1提供的制备方法制备的改性碳粉。
性能检测试验
根据本申请实施例1-11和对比例1提供的改性碳粉以及碳粉盒，进行如下性能检测，具体检测结果见表1。
检测方法
一、打印性能
参照GB/T4591—2005《静电图像测试版》的标准，检测本申请制备的改性碳粉图像密度、底灰、密度不均匀性，定影牢固度：以3M不干胶带粘贴图像,通过撕拉胶带前后的图像密度比值计算定影牢固度。
表1：性能检测数据表
由性能检测结果可知，本申请制备的改性碳粉具有较好的打印效果，改性碳粉的均匀性较好，通过苯乙烯、丙烯酸单体在碳黑级颗粒表面产生聚合，促使制备的改性碳粉的黏结强度上升，增强了碳粉体系中颜料可知与基体树脂之间的结合性，提高了打印过程中获得的图像质量。在实施例1-3中，在改性碳粉原料中各组分的使用量不同，由性能检测结果可知，实施例1制备的改性碳粉的综合性能更优。
通过实施例4、5和实施例1的相比较可知，实施例4中磁性材料为钴粉，实施例5中磁性材料为镍粉和铁粉的混合物。由性能检测结果可知，实施例5制备的改性碳粉的综合性能更优。这可能是因为铁粉和镍粉具有较高的粘附性，有助于提高打印图像的清晰度和稳定性。同时铁粉和镍粉具有较强的磁性，能够在打印过程中有利于碳粉的传输和分布。
在实施例6-8中，在改性碳粉原料中还添加适量的干燥材料，由性能检测结果可知，在改性碳粉的打印过程中，图像密度、密度不均匀度均达到较佳水平。在实施例6-8中，在改性碳粉原料中干燥材料的使用量不同，其中实施例6的使用量更优，由实施例8和实施例6的相比较可知，当干燥材料的使用量过多时，反而容易影响碳粉打印的定影牢固度。
通过实施例9和实施例10的相比较可知，实施例9中使用的干燥材料为固态二氧化硅，实施例10中使用的干燥材料为气相二氧化硅。由性能检测结果可知，实施例10制备的改性碳粉打印性能中，图像密度、均匀性已经达到最佳峰值，主要是因为气相二氧化硅能够改善碳粉的流动性，碳粉的流动性好，在打印过程中，就能更好的接触磁辊，进而被转印。而实施例9制备的改性的综合性能低于实施例10，这可能是因为气相二氧化硅和传统二氧化硅相比，气相二氧化硅具有更高的纯度和均匀性，气相二氧化硅在改性碳粉体系中的均匀性更好，进而能够更好的增强碳粉颗粒的流动性，并且能均匀分散在碳粉颗粒中的表面，提高碳粉粒子的转移效率和带电性性能。
在实施例11中，通过对气相二氧化硅使用有机氯硅烷进行表面修饰，由性能检测结果可知，实施例11制备的改性碳粉的综合打印效果明显上升。进一步说明了通过有机氯硅烷对气相二氧化硅的表处理，能够进一步提升气相二氧化硅在改性碳粉中的流动性，晶体提高改性碳粉的打印效果。
通过对比例1和实施例1的相比较可知，对比例1使用聚苯乙烯树脂与碳黑颗粒直接混合，由性能检测结果可知，对比例1制备的改性碳粉的打印效果明显降低，打印出来的图像质量降低，均匀度也下降，进一步说明现有的碳粉中颜料颗粒与基体树脂的相容性较差，进而影响碳粉的打印效果。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种改性碳粉的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
预先将苯乙烯、丙烯酸单体、引发剂、碳黑、电荷控制剂、磁性材料混合，搅拌均匀，加热保温反应，形成改性碳粉混合料，然后将改性碳粉混合料进行过滤、干燥后，最后进行筛分得到改性碳粉成品。
2.根据权利要求1所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述改性碳粉粒径为5-15μm。
3.根据权利要求1所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述改性碳粉包括以下重量份的原料：苯乙烯30-40份，丙烯酸单体30-40份，引发剂0.3-0.5份，碳黑5-10份，电荷控制剂0.5-0.8份，磁性材料3-5份。
4.根据权利要求3所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸单体包括丙烯酸丁酯、丙烯酸和甲基丙烯酸。
5.根据权利要求3所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述磁性材料包括钴粉、镍粉、铁粉中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述电荷控制剂为柠檬酸。
7.根据权利要求3所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述改性碳粉原料还包括干燥材料3-5份，所述干燥材料为二氧化硅、氧化铝中的一种。
8.根据权利要求7所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅为气相二氧化硅。
9.根据权利要求8所述的改性碳粉的制备方法，其特征在于，所述气相二氧化硅经过有机氯硅烷表面修饰。
10.碳粉盒，其特征在于：包括粉仓，所述粉仓内装有如权利要求1-9任一项所述制备方法制备的改性碳粉。
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2024
- 2024-01-20 CN CN202410085123.3A patent/CN117761982A/zh active Pending
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