一种化学法正电性彩色墨粉的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种激光打印用彩色墨粉的制备方法，特别设及一种化学法制备正电 性彩色墨粉的方法。
[0002] 发明背景
[0003] 激光打印机和静电复印机是办公自动化主要的不可或缺的设施，作为打印/复印 主要耗材的墨粉具有巨大的市场并已成为行业产值和利润的主要增长点。
[0004]墨粉，也称为色粉、碳粉(Toner)，是W树脂为基体(连接料，Binder)的包含颜/染 料、电荷调节剂(CCA似及各种添加剂的微粒集合体。目前，墨粉制备方法主要分为物理法 (即传统的烙融粉碎法)和化学法(悬浮聚合法、聚集-融合法等)两大类型。
[0005] 传统烙融粉碎法是将树脂、色料及其它成份按一定比例置于混炼机在树脂烙融溫 度之上捏合混炼，所得烙融物经挤出、冷却、粉碎、分级、加入添加剂得到成品。运种技术工 艺简便、生产效率高，但墨粉粒子的成分均匀性较差、形状不规整、粒度分布宽等(运些问题 在黑白打印中问题不会太突出，但对于彩色打印的品质将产生极大的不利影响），再就是生 产过程的能耗高、噪声和粉尘危害性大。
[0006] 化学法是"生长"粉粒而不是"研磨"得到粉粒，化学法产品的优势是:粉粒形状规 整呈球形或楠球形、粒度分布窄、组成均匀，适合于制备高品质特别是彩色墨粉;制备过程 中W水为介质、不使用高溫和高强力粉碎，因而生产过程更具绿色环保性。
[0007] 实用的化学法主要是悬浮聚合法和聚集-融合法。悬浮聚合法（USP5648193A、 498：3488、6582873、65666028、6740463、6528222,6口0162577、0225476、0302939、0631196)是 将包含有单体、引发剂、颜料和添加剂的油相与水相混合，加入分散剂并经乳化机处理，得 到微油滴的水基悬浮液，加热引发单体聚合，油滴固化成粒子，收集干燥得到墨粉;聚集-融 合法化 5?5290654、5308734、5403693、6582873、756050582)是一种更为先进的技术，它结合 了传统物理法和悬浮聚合法的优点，其基本过程是:首先通过乳液聚合反应制备纳米树脂 球乳液、通过球磨方式制备颜料、蜡、电荷调节剂等材料的亚微米级水基分散液，然后按一 定比例将各种分散液混合均匀，调节体系的环境条件(如加入盐或酸/碱等)控制性地形成 微米级疏松团簇，再通过加热方式促使疏松团簇烙合并球形化，粒子经收集、洗涂和干燥得 到产品。
[000引在打印过程中，墨粉粒子经摩擦而带上电荷，而后与带有静电图文潜像的光导鼓 表面接触，通过电荷力相互作用，形成可视化墨粉图文，此即墨粉显影的基本原理。因此，墨 粉粒子必须具备快速摩擦起电能力和电荷保持能力；另外，激光打印机的光导鼓有负充电 型和正充电型两类，相应地将分别使用负电性和正电性墨粉作为显影剂。
[0009]墨粉品质主要从电学性能、热学性能和力学性能等方面衡量。电学性能包括摩擦 起电的速率、电荷极性和电荷保持能力，而起电速率和电荷极性主要由电荷调节剂(CCA)成 份决定化SP 4957840)。常用的CCA主要有负电性的如偶氮类染料络合物、水杨酸系盐类或 络合物等，正电性的如苯胺黑类、季胺/麟盐类等。制备正电性墨粉需要使用具有正极性起 电能力的CCA。
[0010] 彩色墨粉的色彩来源于颜/染料，为保证色彩的纯正，其它组份必须为无色或浅 色。由于苯胺黑系列均为黑色或深色材料，因此就目前而言，利用季胺/麟盐类作为CCA是制 备正电性彩色墨粉的必然选择。
[0011] 在传统物理法中广泛使用的无色或浅色正电性电荷调节剂有小分子季胺盐类 (USP 4079014、4298672、4338390、4460672、4560635)和季麟盐类(肥?4537848);鉴于小分 子季胺盐类的高度吸湿性对墨粉制备和性能会产生一些不利的影响，也有将季胺盐片段接 枝于聚合物链的专利报道化SP 4299898、4397935)，高分子化的季胺盐有降低亲水性和改 善与主体树脂相容性的作用。
[0012] 采用化学法的聚集-融合法需要具备两个基本条件:一是要制备出树脂、颜料、蜡、 电荷调节剂等原料的纳米级水基分散体系，二是按配方将各种分散液混合均匀后能够通过 条件变化引起胶体体系絮凝，从而达到使纳米级微粒聚集成微米级粒子的目的。
[0013] 显然地，有机小分子的季胺/麟盐类不适用于聚集-融合法，因为它们具有良好的 水溶性，不能产生絮凝；已有高分子季胺盐类CCA也因其不是树脂乳液体系，无法在化学法 的墨粉制备中得到应用。
【发明内容】
[0014] 为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种化学法正电性彩色墨粉的制备方法。 它通过化学法能够制备出合格的激光打印正电性彩色墨粉。
[0015] 本发明提出一种将墨粉的包覆树脂和电荷调节功能合为一体的设计思路，采用乳 液聚合方法合成一类新型功能高分子的纳米乳液，其特征是树脂具有作为墨粉主体连结料 (binder)需要的热学及力学性能，又包含有正电性起电功能的季胺/麟盐单元。其设计合成 的=元共聚功能高分子树脂(编号PSAX)的结构如下式所示。
[0017]本发明的PSAX功能树脂中各单体使用的比例为苯乙締70-80wt. %、丙締酸下醋 10-20wt.%、对-乙締基苄基麟/胺盐1-10巧*.%;乂代表憐或氮元素也、护和护原则上可^选 择任何烷基或芳基;可W为面阴离子(cr、^\r)、硫酸根、四氣棚酸根、六氣憐酸根等。
[0018]本发明的关键单体，对-乙締基苄基麟/胺盐，可W由对-面甲基苯乙締与相应的叔 麟/胺通过一个基本的有机合成反应得到;进一步通过简便的阴离子交换反应，可W将其中 的面阴离子替换成硫酸根、四氣棚酸根或六氣憐酸根等(基本有机反应知识参见:Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry,5化 ed.,John Wiley&Son,Inc.,New York, 1989)O
[0020] 聚集-融合法的基本步骤是制备各种原料的水基分散液。纳米树脂球分散液为 lOOnm，利用乳液聚合反应得到，其它成份如颜料、蜡等可W通过球磨制备分散液(其粒子粒 径要求在100-200nm)。上述物料在水介质中的成功分散依赖于选用合适的、有效的表面活 性剂(分散剂），本发明的分散剂主要使用阳离子型的，如十六烷基=烷基胺盐、N-十二烷基 化晚盐。
[0021] 本发明包括下列步骤：
[0022] (1)、将单体苯乙締、丙締酸醋和对-乙締基苄基麟/胺盐W及表面活性剂、引发剂、 链转移剂与去离子水混合，调节体系pH值并用乳化机处理得表观均相悬浊液，而后悬浊液 在机械揽拌下加热反应，可得功能高分子树脂乳液；
[0023] (2)、将颜料与包含表面活性剂的水溶液混合，利用球磨分散得到颜料的水分散 液；
[0024] (3)将蜡加热烙化，加入表面活性剂强力揽拌混合，再加入适量去离子水，用乳化 机处理得乳液;然后在强力揽拌下冷却至室溫，即得蜡的水分散液；
[0025] (4)将上述的功能高分子树脂乳液、颜料分散液和蜡分散液混合均匀，加入无机酸 或碱或盐，然后在高速揽拌W及加热的条件下使纳米级粒子聚集成5-10WI1团簇，继续升溫 使其融合形成表面平滑的近球形粒子，经过滤、洗涂、收集、干燥得到粉末样品即生粉；
[0026] (5)、将所得生粉加入改善粉体流动性的外添成份后，可得到实际可用的正电性激 光打印墨粉的成品。
【具体实施方式】
[0027] 本发明包括下列步骤：
[0028] (1 )、功能高分子树脂乳液制备:过硫酸钟0.5克、碳酸氨钢0.42克和对-乙締基节 基=苯基麟氯化物10克溶于140克去离子水中，放于锥形瓶中作为A液，待用；在1升=口反 应烧瓶中，分别加入260克去离子水、N-十二烷基化晚氯化物2克、苯乙締75克、丙締酸下醋 15克和十二硫醇2.5克，再加入28克的A液，混匀后将pH值调节至9,然后用乳化机，转速 1 OOOOrpm，处理混合液5分钟；反应瓶装置机械揽拌器，揽拌速率80化pm，油浴加热，溫度达 到70°C后，滴加锥形瓶中余下的A液，2小时内滴加完毕