溫度更低　綠色更多　低溫環(huán)保聚合碳粉技術(shù)淺談

許君謙

碳粉是激光打印機(jī)和數(shù)碼復(fù)合機(jī)的主要耗材之一，其主要成分包括樹脂、顏料、磁性氧化鐵、電荷控制微粒、潤(rùn)滑劑等。激光打印機(jī)和數(shù)碼復(fù)合機(jī)的成像原理，基本上都是在定影的過(guò)程中，對(duì)吸附在紙上的碳粉顆粒加壓加熱，使碳粉熔化并浸入打印紙中，形成固定的圖像。這一過(guò)程正是此類辦公設(shè)備最主要的污染源頭。

吸附在紙上的碳粉，是由熱塑性的樹脂及顏料混合而成的微小顆粒。當(dāng)吸附有碳粉的紙經(jīng)過(guò)定影輥時(shí)，碳粉中的樹脂熔化并與顏料一起被緊緊地壓附在紙上，從而形成永久的圖像。(碳粉的熔化溫度約為100℃，定影輥的溫度與紙張通過(guò)的速度有關(guān)，一般在150～180℃之間。)

因?yàn)槎ㄓ皶r(shí)加熱溫度相對(duì)較高，傳統(tǒng)碳粉中含有的有害物質(zhì)會(huì)揮發(fā)出來(lái)，使得辦公設(shè)備成為辦公環(huán)境的主要空氣污染源。這一過(guò)程中產(chǎn)生的有害空氣污染物，主要包括碳粉本身散發(fā)的氣體及微小粉塵、塑料外殼及各類配件的放射性污染、碳粉高溫熔化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體。碳粉顆粒在人體中不能被分解，很難自動(dòng)排出人體。而長(zhǎng)期吸入或者一次性吸人大量的碳粉顆粒，容易造成呼吸道疾病。碳粉有輕微毒性，有些碳粉含有多環(huán)芳烴系列及二甲基硝胺等物質(zhì)，這些是醫(yī)學(xué)界公認(rèn)的三、四號(hào)致癌物質(zhì)。

激光打印機(jī)和數(shù)碼復(fù)合機(jī)產(chǎn)生的大多數(shù)空氣污染物都來(lái)自于加熱定影過(guò)程，降低定影溫度可以在一定程度上減少有害物質(zhì)的排放，而這就需要降低碳粉的熔化溫度。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，辦公設(shè)備廠商開始嘗試采用聚合碳粉技術(shù)，其中柯尼卡美能達(dá)的Simitri HD高清晰聚合碳粉和富士施樂(lè)的EA-HG高級(jí)乳膠聚合碳粉是比較有代表性的產(chǎn)品。

柯尼卡美能達(dá)的Simitri HD高清晰聚合碳粉可以在低于普通研磨碳粉定影溫度20℃的狀態(tài)下低溫定影，因此打印過(guò)程中排放的CO2(二氧化碳)、Sox(硫氧化物)、NOx(氮氧化物)等有害氣體減少了約40％，降低污染的同時(shí)也降低了能耗，是一種比較環(huán)保的解決方案。為什么Simitri HD高清晰聚合碳粉可以以低于普通碳粉定影溫度20℃的情況下低溫定影呢?要揭開這個(gè)秘密，我們需要從碳粉的生產(chǎn)工藝談起。

普通研磨碳粉生產(chǎn)大量采用的是粉碎研磨法，即首先把固體的樹脂、顏料、電荷控制劑(CCA)等原料粗略混合；再在混煉機(jī)中加熱讓各種不熔成分均勻地分散到熔化的樹脂中，等冷卻凝固后就可以得到混合后的固體原料。之后還需要進(jìn)行粉碎研磨、分級(jí)篩選(把太粗和太細(xì)的顆粒去除)和表面改性(添加流動(dòng)化劑、表面改性劑，在碳粉顆粒外包裹一層納米粉體，以增強(qiáng)流散性)，才能得到日常使用的普通研磨碳粉。

Simitri HD高清晰聚合碳粉采用化學(xué)工藝加工而成，主要的生產(chǎn)過(guò)程都在液態(tài)環(huán)境下完成，制得的碳粉顆粒直徑降低到約6，5微米。同時(shí)在加工時(shí)加入了蠟性材料，使其最終的定影溫度比普通研磨碳粉低20℃左右，并且擁有更好的邊緣銳度和填充度，使細(xì)節(jié)表現(xiàn)更加逼真、色彩更加鮮艷。除開柯尼卡美能達(dá)外，同為辦公設(shè)備大廠的佳能、富士施樂(lè)等廠商也具備相關(guān)聚合碳粉的生產(chǎn)能力。富士施樂(lè)的乳膠聚合碳粉技術(shù)(Emulsion Aggregation(EA)Toner)技術(shù)是類似于Simitri HD高清晰聚合碳粉的技術(shù)。EA碳粉顆粒直徑僅為5-8微米，比傳統(tǒng)彩色和黑白墨粉分別小12％和32％，附著性更強(qiáng)，打印效果不易受紙張表面的影響。另外，EA碳粉的轉(zhuǎn)印效率更高，碳粉消耗減少了37％，碳粉耗損率降低了68％，保證98％以上的碳粉被傳輸?shù)浇橘|(zhì)上。

相比研磨碳粉，聚合碳粉的優(yōu)勢(shì)非常明顯。不過(guò)由于聚合碳粉生產(chǎn)難度較大(主要是粒度和分子量的同時(shí)控制技術(shù)難以把握)，而不合格的產(chǎn)品無(wú)法像研磨碳粉一樣重新混煉使用，因而常常因?yàn)榱悸蕟?wèn)題導(dǎo)致成本升高。也正是由于這個(gè)因素，聚合碳粉更多集中應(yīng)用在了彩色碳粉的生產(chǎn)上。

盡管聚合碳粉相比研磨碳粉有很多優(yōu)勢(shì)，但也存在不足之處。一是雖然聚合碳粉顆粒尺寸統(tǒng)一保證了打印性能一致，但缺乏較大顆粒會(huì)影響黑度，缺乏較小顆粒有可能影響分辨率，可謂有得有失。二是聚合法生產(chǎn)的碳粉，由于無(wú)機(jī)不溶物高達(dá)40％以上，容易產(chǎn)生剩粉問(wèn)題。另外由于聚合碳粉工藝難度高、生產(chǎn)投入較大，目前只有少數(shù)國(guó)際專業(yè)企業(yè)擁有生產(chǎn)能力。不過(guò)隨著聚合工藝的改進(jìn)，例如種子乳液聚合法等工藝的出現(xiàn)，聚合碳粉的生產(chǎn)難度和成本會(huì)大大改善。相信隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，市場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越多的、采用環(huán)保聚合碳粉的辦公設(shè)備。