打印机碳粉知识.docx

1、打印机碳粉知识、墨粉的组成和分类llfi树脂:起固着作用（定影）磁性材料:颜料（黑色）C C A:摩擦带电作用石蜡:助剂（工艺需要）气相二氧化硅:增加流动性、增强稳定性二、墨粉的分类复印机墨粉的分类方法很多，大致如下:按带电的极性可以分为:正电粉（模拟复印机碳粉）和负电粉（数码复印机碳粉）; 按磁性能可以分为:有磁粉（佳能复印机）和非磁粉（东芝碳粉）；按组份可以分为:单 组份（佳能、施乐）和双组分（东芝、理光、柯尼卡美能达）。三、评价墨粉品质的儿大要素决定一种型号的碳粉的综合品质主要考虑以下六个因素:黑度、底灰、定着 度、分辨率、废粉率、鬼影。这些因素相互关联，乂相互影响，下面就影响这些因素

2、的原因作相关阐述。黑度黑度值的汁算是黑度值测试器先发射一定数量强光束，射到待测图形,再反射 回到黑度值测试器，计算其被吸收的光束,再通过固定的il算程式得出的值。碳粉的 黑度值不是越高打印效果越好的，国际的黑度值标准（即原装OEM ）为1.3 o为了 达到各种行业的不同需要，公司碳粉的平均黑度值一般控制在1.4左右。底灰底灰是用黑度测试器测试复印样张中没有字样的空口处的黑度值。在一般惜 况下，原装OEM碳粉的底灰值为0. 001-0. 03，大于0. 006时，目测的结果就会感觉 复印样张有点脏。影响底灰值的原因主要是碳粉的电性能和磁性能。不同型号的复 印机要求碳粉的电磁性一般不一样的。这也是

3、我们强调专粉专用的一个原因。列外, 由于复印机其它因素也会造成底灰。正品墨粉的底灰控制在0. 005以下。定影牢固度定影牢固度指的是附着在纸张表面的碳粉熔化后渗透到纤维的能力。树脂的 优劣是影响墨粉定影牢固度的一个主要因素。ZV分辨率是指每英寸所能打印的点（DPI ）。碳粉颗粒的粗细会直接影响到分辨 率。目前,碳粉的分辨率主要有300DPI、600DPI、1200DPI，而分辨率在1200DPI 的HP1200、HP4100两种型号打印机对碳粉的要求是相当高的。废粉率废粉率是指一定量碳粉在正常复印中产生的废粉所占的比例。废粉率直接影 响到一定量的碳粉所复印的张数。标准要求墨粉的废粉率小于10%

4、 O重影就是在文字（或其他图案）的正下方（走纸方向）出现一个与其一样的文字（或图 案），但是密度值（黑度）要比其低很多。一般在定影过程或转印过程时形成。1、 当墨粉的主要原材料之一树脂的分子量分布不好时，墨粉进入定影系统时, 部分会粘在定影轨上，当定影輕再次与介质相遇时，会将这些墨粉转移到介质上面， 并定影形成鬼影；2、 大家知道,0PC感光鼓上的墨粉不会100%的被转移到介质上面，残留的 粉将被刮粉刀收集到废粉仓内，而当刮粉刀老化或磨损时，残留的粉不会被刮干净， 这样，当再次与介质接触时又会被转移到介质上形成重影。以上谈的是影响打印质量的6个因素，如果从打印样张美观的角度出发，我们 还得考虑

5、碳粉的光亮度,即打印样张字样黑的同时也发亮。碳粉的生产工艺碳粉(TONER )是静电复印机和激光打印机的主要耗材之一。 由树脂、颜料、添加剂等成份组成。其加工与制造涉及到超细加工、化工、复合材 料等学科的内容，是世界上公认的高科技产品。自静电复印技术问世以来，随着信息技术和办公自动化的快速发展，激光打印 机、静电复印机的大量使用，要求影印品有更高的分辨率、更适宜的显影密度。需 要碳粉具有好的粒形、较细的粒径、窄的粒度分布、以及合适的摩擦带电性能。湿法显影因其耗材保存性繁锁而被淘汰，干法显影获得广泛应用，其显影系统 分为单组份和双组份显影。双组份显影具有高的分辨率、耐环境能力，在工程复 印、彩色

6、复印、高速复印上应用普遍。单组份显影近年来发展迅猛，许多大公司也 推出了一系列应用单组分技术的产品，如数码复印机、激光打印机以及多功能复合 机。彩色复印机随着成本的降低，正逐步被客户所接受。碳粉有一定的通用性，给批 量生产，提高碳粉质量，降低碳粉制造成本提供了条件。真对不同的需求，碳粉生产 向精细化、彩色化、高速化方向发展。U前碳粉制造主要采用粉碎法和聚合法聚合法聚合法是一种精细化学碳粉技术，它包括(悬浮聚合、乳液聚合、装入 微胶囊、分散聚合、压缩聚合、化学粉碎)。聚合碳粉技术已经存在多年，其主要发 展的历程：1972年出现首例聚合碳粉专利权。在70年代和80年代获得广泛提高。 1993年出现

7、首例商业单色碳粉。1998年出现首例商业彩色碳粉。聚合法在液相中完成，可制造出具有较低的熔融温度的碳粉，可满足现代技术 对节能和环保的要求。通过调节分散剂的用量、搅拌速度、聚合时间和溶液的浓度 来控制碳粉粒子粒径，达到成分均一、颜色好、透明度高。聚合法制造出来的碳粉 具有完好的粒形、较细的粒径、较窄的粒度分布和较好的流动性。可满足高速、高 分辨率、彩色等现代化印刷技术的要求。聚合碳粉的工艺流程:树脂单体、颜料、 分散剂、其它试剂一超声分散f水、分散剂一充分搅拌一聚合f洗涤一过滤 分离f 干燥f后处理f 成品聚合碳粉应用广泛，因成本高，U前主要集中应用在彩色碳粉生产上。聚合碳粉因其投资大，一般投

8、资额在儿亿元左右。口前只有少数国际大公司拥 有生产能力：日本的CANO公司、KONICA MINOLTA公司，美国的FUJI-XEROX公司 等企业都有生产能力，但彩色碳粉的需求低于预期，LI前各大公司都没有满负荷生 产。粉碎法U前碳粉加工行业大量采用的是粉碎法制作碳粉,粉碎法可以生产适用 干式静电复印的碳粉:包括双组份碳粉和单组份碳粉（含磁性、非磁性两种）。因其 显影过程、带电机理不同，其成分配料比例也不尽相同。粉碎法整个生产过程流程材料选用一材料检验一配料一预混一混炼挤出 -粉碎分级一后处理一成品一检验一分装粉碎法生产碳粉的注意事项防止杂质污染碳粉，静电显影过程对碳粉的要求很 高,碳粉中混

9、有杂质会直接损坏影印品质量。碳粉颗粒之间以及颗粒和器壁之间的 碰撞和摩擦会产生极强的静电效应，静电现象严重时会影响安全操作，其至造成更严 重的后果,应考虑必要的防静电措施。碳粉会粘附积聚器壁，长期的积聚必将影响流 畅的正常作业，甚至导致通道的狭窄乃至阻塞，要有必要的清理措施。碳粉中主要是 有机物质，存在粉尘爆炸的可能和隐患，不可掉以轻心。碳粉的主要指标参数及其检测方法碳粉的主要指标参数带电量（色调剂荷质比） 色调剂与载体饱和磨擦所带的电量。以色调剂的荷质比表示,单位为uc/g。一般 其公称值山色调剂生产企业规定，极限偏差为30%。与载体匹配成显影剂后带电 量应符合显影剂的要求。而其公称值的确定

10、，LIlT常用的作法是测OEM样板，但因 为样板的限制，和测试载体的选用，往往较难确定，进而也较难准确定出可以满足使 用要求的带电量范围，只能总结出一个参考范围。所以,包括有些色调剂生产厂家和 使用企业,都采用实际上机使用，再根据影印品的品质来做最终判断。软化点在规定条件下，等速升温加热定量的色调剂,使之熔化从喷嘴流出，当色 调剂流出量为二分之一时的温度为软化点,单位为c。一般由色调剂生产企业规定公 称值,其极限偏差为6 C。影响软化点的主要是色调剂中的树脂原料。而其对产 品的使用则主要影响定影性能。熔融指数在规定的条件下，每秒流出喷嘴的碳粉量。与软化点所表征的同一种 色调剂性能。单位为ML/

11、S o粒度体积分布色调剂各级粒度范围的体积白分数分布。粒度中径是指色调剂 粒度体积百分数累计分布中其累计值一半所对应的粒径。单位为。粒度体积 分布的要求为:5uM以下R5.0% ;20uM以上R7. 5%。而中径值通常山色调剂生产 企业确定,其极限偏差为1.0 UM.这是因为粒径太小的色调剂带电量高，吸附在 载体上的力偏大，基本不参与显影，而粒径偏大的色调剂乂会产生影印缺陷，如黑 板中出现较明显的口点.这两方面都应控制在合适的范围。复印品品质主要包括图像密度、底灰、分辨率、层次及定影牢固度等。所使 用的标准版包括综合板、全黑板、全白板、感色板、倍率板、网线及密度不均匀性 板、漏印版、感光体表面

12、缺陷板。常用的为询四种。一般，图像密度取最低值，M 1.00,而底灰取最大值0. 02,分辨率M 3. 6L/mm ,层次M 4级，定影牢固度（经 磨擦后复印品图像密度下降率）在温度C时W10%，在温度W13 C时W20%。 在物性指标不完善的情况下，对色调剂通过采用复印品品质作为判定依据的方法最 可*，也最常用。松装密度指在松装状态下，以单位体积色调剂的质量表示色调剂的松装密度。 一般由生产企业规定公称值，其极限偏差为10%。该指标的偏差大小可从另一个 角度考核色粉的粒径分布。流动性指在规定条件下色调剂颗粒间可分散程度。以通过振动筛的色调剂重 量白分比伽）表示。一般由生产企业规定公称值，其极

13、限偏差为20%。结块温度在控制温度下，经过规定时间后,对色调剂是否产生结块进行评价。 国标规定必须在45 C,保湿24小时不结块。碳粉的检测方法带电量测试原理:色调剂与载体磨擦时，各自产生量值相等、 极性相反的电荷。釆用吹气分离法将色调剂从载体上分离，然后通过测量载体上的 带电量，即可得出色调剂的带电量，色粉带电量数值与载体相同但极性相反。测试仪器:吹气法带电量测试仪、压缩氮气或干燥净化的压缩空气、卧式滚动 混合器、感量高于或等于0. 001g的天平、金属网。软化点测试原理:选用流量测定法。即在规定条件下，等速升温加热一定量的 色调剂试样，使试样熔融并在柱塞的压力下从喷嘴流出，根据测试仪绘制的

14、时间柱塞 行程曲线,选定柱塞下降高度为1/2时，测试仪指示的温度，为该试样的软化点。测试仪器:流量测试仪（主要山加热体、自动测量控制装置、记录装置等组 成）、成型机（压力为9. 819. 6Mpa ）、天平（感量0. Olg ）。粒度分布测试原理:采用电感应方法（库尔特原理）。将试样均匀分散在电导液 中，借助真空作用，使其通过微孔管管壁上特有的一个微孔。在微孔管内外的电导液 中浸放一对电极，接通电路,使微孔周围形成一个电感应区域。当每个粒子通过微孔 时，电路便产生与之相应的电脉冲信号。该信号的大小取决于通过粒子体积的大小, 而与其它因素无关。将不规则形状的试样粒子理想化为相同体积的球状粒子，由

15、此 近似地计算出试样粒子的粒径。对通过微孔的试样粒子逐个计数，同时根据体积信 号的大小，区分出试样粒子在各级中的分布，显示和计算岀试样的个数、个数粒度分 布、体积粒度分布及其他参数。测试仪器：电感应方法的粒度分析仪、超声波分散器松装密度测试原理:色调剂通过滤网按一定高度自山落下并弃满一个已知容积 的量杯，在松装状态下，一单位体积色调剂的质量表示色调剂的松装密度。测试仪器:松装密度测试仪、天平（感量O.Olg ）流动性测试原理:色调剂流动性的大小与规定条件下振动筛的筛下量成正比， 由筛下量可直接计算色流动性。测试仪器:试验筛、电磁振筛机。结块温度测试原理:在控制温度下，经过规定时间检查色调剂有无

16、结块。考核 在运输储存中，或局部处理条件下，或装入机器粉盒中，色调剂因周围温度上升而发 生结块时的温度。测试仪器：电热鼓风恒温箱、温度计、称量皿、天平激光打印机用墨粉的研究进展1引言墨粉乂称色粉、碳粉、色调剂，英文名 称toner ,是用于静电复印和激光打印等电摄影显影过程中的主要耗材，它是以树 脂、颜料、荷电添加剂等成分为主要原料的高技术复合产物，其生产制备涉及到超 细粉体加工、复合材料、化工等领域的内容，是世界上公认的高技术产品。随着信息技术和办公自动化的发展，静电复印机、激光打印机和传真机等设备 已经成为信息传播的主要工具，因而对于墨粉的需求量也越来越大。1999年激光打 印机和静电复印

17、机所使用的墨粉总值就达24亿元3 ,2003年国内墨粉年需求量 约6600吨,2005年需求量将达9223吨（数据来源：日本三井化学），并且随着社会 向信息化和网络化的发展，其市场需求将越来越大。U前世界上广泛应用的制备方法主要有两种，即熔融粉碎法和直接聚合法。 根据电摄影过程的要求，不管采用哪种方法进行制备，合格墨粉都必须进行以下四 个方面的性能测试：1） 粒度特性:粒度大小、粒度分布；2） 荷电特性：电性、荷电量、荷电分布和电阻等；3） 热学特性:玻璃化转变温度Tg、软化温度和熔化指数等；4） 色调剂色度。合成聚合方法在彩色墨粉生产有巨大的优势，在业界引起研究者和商业人士的 高度的注意,本

18、文将介绍熔融法和化学聚合法生产墨粉的进展和今后发展的趋势。2墨粉的分类U前使用最普遍的墨粉大致可分为两类:一是双组分墨粉;二是 单组分墨粉。2.1双组分墨粉构成双组分墨粉的主要成分有:树脂、染料、电荷调节剂、辅 助添加剂、载体等，是用微小的墨粉颗粒与较大颗粒的载体配合而成的。（1 ）树脂:树脂在墨粉中所占比例约为80%，实际上墨粉就是一种被染了色 的热熔性树脂，它的作用是在图像定影的过程中，将墨粉中的各种成分通过加热、 加压固定在纸上。因此树脂的性能对墨粉的质量和稳定性是至关重要的，通常用于 制作墨粉的树脂是选用粘合性能和热熔性能好、化学稳定性的合成树脂，如丙烯酸 类，苯乙烯类，酚醛树脂等等。

19、（2）染料:染料在墨粉中所占比例约为10%,主要 起着色作用。一般在黑色墨粉中常采用碳黑作为着色材料，其化学性能也比较稳 定。（3 ）电荷调节剂：电荷调节剂是一种用于控制墨粉带电性能的添加剂，所占 比例约为5% o(4 )载体:载体是以磁铁粉、塑料珠和玻璃珠为原料制成的，其中以铁磁粉最 为常用。(5 )辅助添加剂:在墨粉中加入辅助添加剂是为了提高墨粉的流动性、易 清洁性、易转印性和防止结块等，一般在墨粉中所占比例为5% o2.2单组分墨粉构成单组分墨粉的主要成分有:树脂、磁粉、染料、电荷调节 剂、辅助添加剂。(1 )树脂:与双组分采用的树脂种类和作用相同，在墨粉中所占的比例约为 60%。( 2

20、 )磁粉：由于单组分墨粉不使用载体，所以在墨粉中加入了大量的磁粉。 在黑色墨粉中加入黑色的磁铁矿粉末或用化学方法生成的磁性粉末，既运载了墨粉 粒子乂起着染色作用。磁粉一般在墨粉中所占比例约为2530%。(3 )染料、电荷调节剂和辅助添加剂:在单组分中所起作用与双组分墨粉中 相同，分别起着色、控制墨粉带电性能及改善使用性能的作用。在墨粉中所占比例 约为1015%。2.3双组分与单组分墨粉的比较双组分墨粉使用载体，而单组分墨 粉中使用磁粉;二者的显影机理不同，双组分是瀑布显影机理,而单组分是跳动显影 机理7;单组分墨粉使用简便，没有载体劣化、载体和墨粉混合比变动带来的显影 质量差等问题。3墨粉的主

21、要生产工艺墨粉的生产工艺大致可以分为:溶剂法(湿法)、熔融粉 碎法(干法)、聚合法、复合法等。本文主要对常用方法熔融法和聚合法两种生产工 艺进行论述。3.1熔融法熔融法12是将已合成好的树脂与颜料及荷电调节剂等添加剂混 合均匀后高温混融，然后挤出、冷却、破碎、超细粉碎、分级,最后再加入一些能改 变其流动性的外部添加剂研磨而得到制成品。熔融法的丄艺流程如下：树脂、颜料等混合一高温融炼一锤式破碎机一气流粉碎机一分级一成品该制备方法过程复杂、能耗大、成本高，所得产品的粒径较大，粒径分布较 宽、粒子的形状极不规则、各组分的分布不均匀等,都影响了墨粉的打印效果。这 主要是由于对产品进行了大量的粉碎造成的

22、,且各组分再墨粉中的分布不易均匀，所 得的墨粉中颜料粒子、电荷调节剂等添加剂与树脂基体之间是以使其寿命减少、性 能变差；粒子通过挤压、粉碎、研磨等工序，因此表现粗糙、流动性差，更有可能造 成颜料粒子、电荷调节剂等暴露再树脂表面而使得荷电不均匀。该法得工艺成熟， 操作参数相对稳定，是当询已经产业化的传统方法，LI前仍是我国丄业化生产墨粉的 主要方法。熔融法制粉的关键是制得具有特定性能的树脂基体，因为墨粉的热学性能主要 是由树脂的性能决定的,粒度特性是山粉碎和分级的工艺决定的。因此，有关这方面 的研究主要集中于如何制得性能优良的树脂。3.2聚合法聚合法是指将单体原料、颜料等添加剂一起混合加入到反应

23、器中， 采用聚合的方法直接制得墨粉的颗粒状成品。山于它是在颜料颗粒的表面直接进行 树脂的聚合,使得颜料与树脂之间可能以价键力结合在一起或使粒子能镶嵌在树脂 基体中而更牢靠。同时，墨粉颗粒的大小及外形的控制使通过化学反应来调节的，所 以无需粉碎工序便可以得到制成品。该法的优点是成本低、寿命长、性能好等。聚 合法生产墨粉主要有悬浮聚合法和乳液聚合法，还有界面/自山基聚合法、分散聚合 法。3.2. 1悬浮聚合法悬浮聚合是高分子合成工业中应用极为广泛的一种聚合方 法，该法具有产品纯度高、成本低、聚合热容易除去而回收问题、随分子量增大体 系的粘度变化小、温度容易控制、颗粒大小可以控制在较小的幅度范用等优

24、点。普 通的悬浮聚合法所制得树脂颗粒的粒度范围是500 -2000um,远大于墨粉颗粒所要 求的范围，因此采用悬浮聚合法制备的墨粉的关键技术是在于控制颗粒粒径的大小 及其分布。悬浮聚合法所制备墨粉粒子的大小决定于混合单体在含有分散剂的水相中液 滴的大小，而单体小液滴的大小乂决定于流体所受的剪切力的大小及分散剂的种类 核用量。早期的悬浮聚合法制备墨粉是先制成粒径在数毫米的较大的粒子,再采用 分级的方法制成合格的墨粉。该法虽比原来的熔融粉碎法进步不少，如其能耗减少, 生产周期缩短，但还是经过了粉碎处理而使墨粉的表面性能有所降低。针对传统悬 浮聚合法的不足，可以通过添加表面活性剂等助分散剂及加大剪切力的方法以制备 出粒径在10um左右的窄分布的墨粉。悬浮聚合法制备墨粉的工艺流程如下：单体、颜料等一分散混合均匀的单体相一悬浮聚合一分离洗涤一干燥一 外添处理一墨粉该制备方法所得产物的粒度特征主要是山分散液滴的大小决定的，热学性能主 要是山单体树脂的化学组成决定的，其荷电性能则主要是III荷电添加剂决定的。3. 2. 2乳液聚合法乳液聚合与悬浮聚合有许多共同之处，它是单体在水介质中 山乳化剂分散