正電非磁性激光打印機墨粉的研發

張明熠 張洪濤 陶 琳 喬新敏 肖利紅

（天津市中環天佳電子有限公司，天津 300222）

一、概述

隨著辦公行業的發展及人們對環境的重視，激光打印機墨粉也在發生變化，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，給環境帶來影響。因此，轉印率更高的，消耗量更小，無廢墨粉產生的非磁性單組份墨粉逐漸受到市場關注。以三星、兄弟、聯想為首的使用非磁性單組份墨粉的激光打印機、多功能一體機的生產廠商，以整機體積減小，環保、節能降耗、高印品圖像質量，高分辨率等方面諸多優勢，適合于廣大中小企業和SOHO一族的辦公。

那么，人們對于設備需求的多樣化，整機生產呈現出多樣化的特點。OEM墨粉雖然質量最為可靠，但由于其價格過高導致一些中低端客戶難以接受。而從事兼容墨粉生產的一些大型企業墨粉也能達到很好的顯示效果，但兼容墨粉的價格要低于OEM產品。憑借著較高的產品性價比，兼容墨粉商機展現。本文將針對正電非磁性激光打印機墨粉的研發進行探討。

二、墨粉制作試驗

1原材料選擇

此墨粉由樹脂、顏料、電荷調節劑、內添劑和外添劑等組成，粘合劑樹脂選用苯乙烯-丙烯酸共聚物，顏料選用炭黑，荷電調節劑選用苯胺黑燃料，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

粘合劑樹脂40-90wt%,顏料3-10 wt%，電荷調節劑1-8 wt%，內添劑0.1-0.8 wt%；外添劑0.1-4 wt%，其中wt%是基于調色劑的總重量。

3工藝方法

將原材料按比例進行混合后，經專門的混煉機熔融混煉，冷卻切片，對混合物切片粗粉碎、微粉碎和分級得到半成品墨粉；半成品墨粉的顆粒滿足粒徑控制在6.0-10.0μm，再將分級后的半成品墨粉加入外添劑混合5-15min，再經過100目篩后得到此墨粉。

三、實驗結果和影響因素分析

1配方設計中原材料的選擇

（1）樹脂的選擇

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

針對于兄弟、聯想、松下等定影溫度較高的機型，通常要求樹脂有較高的軟化點、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性大，起到了大分子增塑的效果，對無機顆粒表面包覆充分，提高定影牢固度，樹脂分子量高的部分可克服高溫粘輥現象，改善圖像底灰、重像、E粘，但低分子量的分子過多，會導致粘輥，高分子量分子過多，樹脂耐熱，耗能加大。我司選用的懸浮法墨粉樹脂，在滿足上述分子量分布的同時，較之溶劑法墨粉樹脂具有無味，松裝密度大，不易揚塵的獨特物性，溶劑法因沒有水洗工序，樹脂中的溶劑在抽真空時無法排凈，在黒版定影時散發出較重的氣味。

（2）荷電調節劑的選擇

電荷調節劑采用強電性+15-+20μc/g，替代了+10μc/g以下的電荷調節劑。帶電性強的電荷調節劑大大提高瞬時帶電性，摩擦帶電速度提高，激光打印速度也相對提高。

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預粉碎工序，使物料在低溫干燥狀態下進行預粉碎。物料經過粗粉碎后，顆粒粒徑約1.5 mm，.由于樹脂比例高，物料相對變粘，若直接進入微粉碎，就會影響粉碎效果和加工效率。為了改變這種情況，在墨粉進入微粉碎工序前，增加干燥冷風預粉碎，直接將-0.5℃冷風吹入物料和粉碎機，使得輸送和粉碎過程中的物料在低溫、密閉的環境下實現粉碎，經過預粉碎，物料顆粒粒徑降為0.8mm左右，而容易加工，提高了加工效率。同時由于冷風的作用，物料變得更脆，帶走了材料及環境中的水分，提高了墨粉的帶電量，使墨粉的抗潮濕性得到改善。

（2）利用粉體高數沖擊低溫多重處理設備替代傳統的氣流粉碎：即采用機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碰撞，通過控制物料溫度和風量使得物料在粉碎過程中趨于球形，球形化的墨粉顆粒提高了電荷的保持能力，增加墨粉的流動性，提高墨粉的轉印率，最終提高了打印品質量，同時達到與OEM廠墨粉的兼容。

（3）在后混合系統增加了加溫裝置：使墨粉的后混合過程在相對較高（40～45℃）恒定的溫度下進行，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應用分析

TC-BT-22墨粉主要技術指標，圖像密度≥1.45；底灰≤0.01；層次≥10級；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，其他各項技術指標也達到原廠墨粉處水平。該墨粉的技術指標的先進程度很高，經成果鑒定屬于國內領先水平。

四、結論

1從未來的市場發展趨勢看，非磁性單組份墨粉將成為未來的主要需求之一。通過工藝改進和設備改造提高了加工效率，降低了生產能耗，因此生產成本大幅降低，售價僅為原廠產品的40%，已遠遠超過了原廠墨粉，同時填補了國內兼容耗材市場的空白，打破了OEM的壟斷。

2懸浮聚合樹脂的利用，在墨粉制造業是一個新的嘗試，可以滿足各種定影溫度的需求，同時也為今后彩粉的開發提供了基礎，強正電性CCA的選擇為今后開發京瓷、夏普等小品種墨粉市場打下基礎。

3干燥冷風預粉碎、粉體高速沖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，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，使粉碎法生產的墨粉與化學粉能夠兼容使用。

[1]宋吉銀.懸浮聚合法彩色墨粉的制備[D].南京理工大學，2010.

[2]珠海思美亞碳粉有限公司.正電性墨粉顯影劑的制造方法[P].201110351543.4.

[3]常州市圖納墨粉技術有限公司.電子成像墨粉的制備工藝及其墨粉顆粒球形化裝置[P].200310106250.5.