正電非磁性激光打印機(jī)墨粉的研發(fā)

張明熠 張洪濤 陶 琳 喬新敏 肖利紅

（天津市中環(huán)天佳電子有限公司，天津 300222）

一、概述

隨著辦公行業(yè)的發(fā)展及人們對(duì)環(huán)境的重視，激光打印機(jī)墨粉也在發(fā)生變化，一方面要求打印速度更快，另一方面要求墨粉的印量更大，廢棄墨粉處理困難，給環(huán)境帶來(lái)影響。因此，轉(zhuǎn)印率更高的，消耗量更小，無(wú)廢墨粉產(chǎn)生的非磁性單組份墨粉逐漸受到市場(chǎng)關(guān)注。以三星、兄弟、聯(lián)想為首的使用非磁性單組份墨粉的激光打印機(jī)、多功能一體機(jī)的生產(chǎn)廠商，以整機(jī)體積減小，環(huán)保、節(jié)能降耗、高印品圖像質(zhì)量，高分辨率等方面諸多優(yōu)勢(shì)，適合于廣大中小企業(yè)和SOHO一族的辦公。

那么，人們對(duì)于設(shè)備需求的多樣化，整機(jī)生產(chǎn)呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。OEM墨粉雖然質(zhì)量最為可靠，但由于其價(jià)格過(guò)高導(dǎo)致一些中低端客戶難以接受。而從事兼容墨粉生產(chǎn)的一些大型企業(yè)墨粉也能達(dá)到很好的顯示效果，但兼容墨粉的價(jià)格要低于OEM產(chǎn)品。憑借著較高的產(chǎn)品性價(jià)比，兼容墨粉商機(jī)展現(xiàn)。本文將針對(duì)正電非磁性激光打印機(jī)墨粉的研發(fā)進(jìn)行探討。

二、墨粉制作試驗(yàn)

1原材料選擇

此墨粉由樹(shù)脂、顏料、電荷調(diào)節(jié)劑、內(nèi)添劑和外添劑等組成，粘合劑樹(shù)脂選用苯乙烯-丙烯酸共聚物，顏料選用炭黑，荷電調(diào)節(jié)劑選用苯胺黑燃料，外添劑選用疏水性二氧化硅、氧化鋁、硬脂酸鋅、二氧化鈦和二氧化鈰中一種或多種組合物。

2原材料配比范圍

粘合劑樹(shù)脂40-90wt%,顏料3-10 wt%，電荷調(diào)節(jié)劑1-8 wt%，內(nèi)添劑0.1-0.8 wt%；外添劑0.1-4 wt%，其中wt%是基于調(diào)色劑的總重量。

3工藝方法

將原材料按比例進(jìn)行混合后，經(jīng)專(zhuān)門(mén)的混煉機(jī)熔融混煉，冷卻切片，對(duì)混合物切片粗粉碎、微粉碎和分級(jí)得到半成品墨粉；半成品墨粉的顆粒滿足粒徑控制在6.0-10.0μm，再將分級(jí)后的半成品墨粉加入外添劑混合5-15min，再經(jīng)過(guò)100目篩后得到此墨粉。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和影響因素分析

1配方設(shè)計(jì)中原材料的選擇

（1）樹(shù)脂的選擇

使用低熔融指數(shù)1-2g/10min，高軟化點(diǎn)可至220-240℃，疏水性好，耐光耐熱，懸浮聚合法無(wú)味的樹(shù)脂替代了進(jìn)口高成本、高熔融指數(shù)6-8g/10min、低軟化點(diǎn)125-135℃、溶劑法聚酯樹(shù)脂。

針對(duì)于兄弟、聯(lián)想、松下等定影溫度較高的機(jī)型，通常要求樹(shù)脂有較高的軟化點(diǎn)、玻璃化溫度和較寬的、擁有高分子量和低分子量適量的分子量分布，其中分子量比較低的部分因流動(dòng)性大，起到了大分子增塑的效果，對(duì)無(wú)機(jī)顆粒表面包覆充分，提高定影牢固度，樹(shù)脂分子量高的部分可克服高溫粘輥現(xiàn)象，改善圖像底灰、重像、E粘，但低分子量的分子過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致粘輥，高分子量分子過(guò)多，樹(shù)脂耐熱，耗能加大。我司選用的懸浮法墨粉樹(shù)脂，在滿足上述分子量分布的同時(shí)，較之溶劑法墨粉樹(shù)脂具有無(wú)味，松裝密度大，不易揚(yáng)塵的獨(dú)特物性，溶劑法因沒(méi)有水洗工序，樹(shù)脂中的溶劑在抽真空時(shí)無(wú)法排凈，在黒版定影時(shí)散發(fā)出較重的氣味。

（2）荷電調(diào)節(jié)劑的選擇

電荷調(diào)節(jié)劑采用強(qiáng)電性+15-+20μc/g，替代了+10μc/g以下的電荷調(diào)節(jié)劑。帶電性強(qiáng)的電荷調(diào)節(jié)劑大大提高瞬時(shí)帶電性，摩擦帶電速度提高，激光打印速度也相對(duì)提高。

2墨粉制造工藝條件的控制

（1）在粗粉碎和微粉碎工序之間增加干燥冷風(fēng)預(yù)粉碎工序，使物料在低溫干燥狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)粉碎。物料經(jīng)過(guò)粗粉碎后，顆粒粒徑約1.5 mm，.由于樹(shù)脂比例高，物料相對(duì)變粘，若直接進(jìn)入微粉碎，就會(huì)影響粉碎效果和加工效率。為了改變這種情況，在墨粉進(jìn)入微粉碎工序前，增加干燥冷風(fēng)預(yù)粉碎，直接將-0.5℃冷風(fēng)吹入物料和粉碎機(jī)，使得輸送和粉碎過(guò)程中的物料在低溫、密閉的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)粉碎，經(jīng)過(guò)預(yù)粉碎，物料顆粒粒徑降為0.8mm左右，而容易加工，提高了加工效率。同時(shí)由于冷風(fēng)的作用，物料變得更脆，帶走了材料及環(huán)境中的水分，提高了墨粉的帶電量，使墨粉的抗潮濕性得到改善。

（2）利用粉體高數(shù)沖擊低溫多重處理設(shè)備替代傳統(tǒng)的氣流粉碎：即采用機(jī)械低溫多重處理工藝，使物料在狹小的螺旋式路徑下，在磨刀與筒壁之間反復(fù)碰撞，通過(guò)控制物料溫度和風(fēng)量使得物料在粉碎過(guò)程中趨于球形，球形化的墨粉顆粒提高了電荷的保持能力，增加墨粉的流動(dòng)性，提高墨粉的轉(zhuǎn)印率，最終提高了打印品質(zhì)量，同時(shí)達(dá)到與OEM廠墨粉的兼容。

（3）在后混合系統(tǒng)增加了加溫裝置：使墨粉的后混合過(guò)程在相對(duì)較高（40～45℃）恒定的溫度下進(jìn)行，墨粉顆粒所受到的剪切力均勻一致，有助于墨粉顆粒的球形化。

3應(yīng)用分析

TC-BT-22墨粉主要技術(shù)指標(biāo)，圖像密度≥1.45；底灰≤0.01；層次≥10級(jí)；定影牢固度≥90%，均與原廠粉處于同一水平，并且與原廠粉完全兼容，其他各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也達(dá)到原廠墨粉處水平。該墨粉的技術(shù)指標(biāo)的先進(jìn)程度很高，經(jīng)成果鑒定屬于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

四、結(jié)論

1從未來(lái)的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)看，非磁性單組份墨粉將成為未來(lái)的主要需求之一。通過(guò)工藝改進(jìn)和設(shè)備改造提高了加工效率，降低了生產(chǎn)能耗，因此生產(chǎn)成本大幅降低，售價(jià)僅為原廠產(chǎn)品的40%，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了原廠墨粉，同時(shí)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)兼容耗材市場(chǎng)的空白，打破了OEM的壟斷。

2懸浮聚合樹(shù)脂的利用，在墨粉制造業(yè)是一個(gè)新的嘗試，可以滿足各種定影溫度的需求，同時(shí)也為今后彩粉的開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)，強(qiáng)正電性CCA的選擇為今后開(kāi)發(fā)京瓷、夏普等小品種墨粉市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。

3干燥冷風(fēng)預(yù)粉碎、粉體高速?zèng)_擊低溫多重處理工藝、在后混合裝置中安裝加溫控制裝置等工藝的改進(jìn)，提高了墨粉的加工性能，更重要的是保證了墨粉的球形化程度，墨粉的高溫高濕性能，使粉碎法生產(chǎn)的墨粉與化學(xué)粉能夠兼容使用。

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