一种正电性彩色墨粉及其制备方法
阅读说明：本技术 一种正电性彩色墨粉及其制备方法 (Electropositive color ink powder and preparation method thereof ) 是由 齐俊梅 王雪辉 姚雪丽 侯晓旭 陈辉辉 于 2021-01-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种正电性彩色墨粉及其制备方法,所述正电性彩色墨粉,包括如下重量份数的组分,聚酯树脂10～45份,苯丙树脂15～35份,蜡改性结晶聚酯16～40份,着色剂8～20份,正电性电荷调节剂1～4份,二氧化硅1～5份,二氧化钛1～6份该彩色墨粉具有良好的颜料分散性、着色力高,且具有较高的蜡含量,蜡在彩色墨粉中的分散性高,墨粉的低温定影性、脱模性优异。本发明彩色墨粉颗粒的球形度高,有较强的带电稳定性,可以提供精细的高品质彩色图像。(The invention provides an electropositive color toner and a preparation method thereof, wherein the electropositive color toner comprises the following components, by weight, 10-45 parts of polyester resin, 15-35 parts of styrene-acrylic resin, 16-40 parts of wax modified crystalline polyester, 8-20 parts of a coloring agent, 1-4 parts of an electropositive charge regulator, 1-5 parts of silicon dioxide and 1-6 parts of titanium dioxide, and the color toner has good pigment dispersibility and high tinting strength and has higher wax content, the dispersibility of wax in the color toner is high, and the low-temperature fixability and the demolding performance of the toner are excellent. The color toner particles of the present invention have high sphericity and high charging stability, and can provide fine high-quality color images.)
技术领域
本发明属于彩色墨粉技术领域，尤其是涉及一种正电性彩色墨粉及其制备方法。
背景技术
随着静电复印、打印的数字化、高速化、彩色化的趋势越来越明显，彩色化的普及使彩色显影用墨粉的使用量快速增长。彩色墨粉的一般质量要求是色彩均匀、圆形度高、粒径相对较小，以满足高分辨率的要求。
在静电显影系统中，正带电性感光鼓比负带电性感光鼓产生的臭氧更少，更有利于环保。最近上市了多款正电性彩色激光打印机、复印机，正电性彩色墨粉的市场需求量与日俱增。
聚酯树脂是特别适用于制备彩色墨粉的树脂粘结剂，因为其能提高彩色墨粉的定影性能、耐久性和透明度。然而，由于聚酯树脂具有羧基，自身带有负电性，从而导致聚酯树脂难以应用于正电性彩色墨粉。具有低酸值的聚酯树脂和苯丙树脂可以用于制备正电性墨粉，但由于其对颜料的分散性差，导致打印图像的色度差。高酸值的聚酯树脂可以使彩色墨粉中的颜料分散更均匀，因为大多数颜料具有极性官能团，聚酯树脂种的极性基团可以使树脂和有机颜料有更好的亲合力，但含有高酸值聚酯的彩色墨粉在湿度较高的环境下的带电稳定性较差。
彩色显影体系由于对色彩的要求，一般要求蜡的含量较高，且对蜡的分散要求很高。彩色墨粉的制备方法，一种是传统的物理粉碎法，一种是化学法。物理粉碎法主要是应用在黑色墨粉的制备，工艺成熟、成本较低，但在制备彩色墨粉时表现出颜料、蜡、树脂等组分的混炼分散性差，粉碎分级后墨粉颗粒粒度不均匀且球形度不高(球形度一般为0.92～0.94)；为了提高墨粉颗粒的球形度，提出了表面球形化工艺，表面球形化处理工艺的困难在于墨粉颗粒容易在通过高温区域时发生聚集，从而导致墨粉球形度的降低和粒径分布的改变。化学法较好的解决了组分分散性、粒径均一性和高球形度的要求，但存在研发制造成本较高、需要消耗大量的水、环保处理复杂等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种正电性彩色墨粉及其制备方法，该彩色墨粉具有良好的颜料分散性、着色力高，且具有较高的蜡含量，蜡在彩色墨粉中的分散性高，墨粉的低温定影性、脱模性优异。本发明彩色墨粉颗粒的球形度可控制在0.975±0.002，有较强的带电稳定性，可以提供精细的高品质彩色图像。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种正电性彩色墨粉，包括如下重量份数的组分，聚酯树脂10～45份，苯丙树脂15～35份，蜡改性结晶聚酯16～40份，着色剂8～20份，正电性电荷调节剂1～4份，二氧化硅1～5份，二氧化钛1～6份。
优选的，包括如下重量份数的组分，聚酯树脂12～35份，苯丙树脂17～30份，蜡改性结晶聚酯20～38份，着色剂11～18份，正电性电荷调节剂1～3份，二氧化硅1～3份，二氧化钛1～3份。
优选的，所述正电性电荷调节剂包括季铵盐、烷氧基化胺、苯胺黑化合物(例如：苯胺黑、苯胺黑盐、或苯胺黑衍生物)中的一种或其组合。
所述着色剂为C、M、Y粉专用的蓝色、红色1、红色2、黄色有机颜料以及K粉用的炭黑。
优选的，所述聚酯树脂为具有16～30mgKOH/g的高酸值的聚酯树脂，优选的，酸值为18～25mgKOH/g；优选的，聚酯树脂的制备包括以下步骤，将由对苯二甲酸、富马酸构成的酸组分与由双酚-A聚氧乙烯醚、乙二醇构成的醇组分以及催化剂投入到反应釜中，于200～230℃下进行反应2～4h，抽真空至1.5～2kPa，继续反应0.5h～1h，出料、冷却，粉碎成细粉；优选的，酸组分的量为聚酯树脂全部成分的40～70摩尔％，进一步优选45～60摩尔％；富马酸占酸组分的5～20摩尔％，进一步优选8～15摩尔％。可用于制备本发明的聚酯树脂的催化剂可以使用本领域公知的缩聚催化剂。催化剂占酸组分和醇组分总质量的约0.1～15％，优选1～5％。
优选的，所述蜡改性结晶聚酯，其是由酸含量大于60mgKOH/g的高酸性蜡以及对苯二甲酸、1,8-辛二酸构成的酸组分以及由碳原子数为2～6的饱和脂肪族二元醇构成的醇组分缩聚得到；其蜡的质量分数为10％～50％；优选的，质量分数为12～25％。
优选的，所述蜡改性结晶聚酯的制备包括以下步骤，将高酸性蜡、对苯二甲酸、醇组分和催化剂投入到反应釜中，在150～160℃下反应1～2h后投入1,8-辛二酸，升温至210～230℃，反应2～4h，抽真空至0.5～1.5kPa，继续反应0.5～1h，出料，冷却至室温，粉碎、细粉、过筛得到；优选的，催化剂占酸组分和醇组分总质量的1～13％；所述高酸性蜡包括褐煤蜡、正二十八烷酸、棕榈酸、硬脂酸中的一种或两种以上，所述醇组分包括1，4-丁二醇、1，6-己二醇中的一种或两种。
优选的，所述二氧化硅的BET值小于200m2/g，优选小于150m2/g。
优选的，所述二氧化钛为经过有机表面处理过的二氧化钛，优选的，所述二氧化钛为经过氨基硅烷疏水化剂表面处理过的带有正电性的二氧化钛，优选的，二氧化钛为TAYCACORPORATION的型号为JMT-150ANO、HMT-100WNS、MTY-700NO的二氧化钛产品之一或其组合。
优选的，墨粉颗粒经过表面球形化处理，在球形化处理过程中，热流温度为250～350℃，优选的，260～300℃；墨粉球形度控制在0.975±0.002。
优选的，所述苯丙树脂具有烷-氨基团，优选的，所述苯丙树脂由苯乙烯、丙烯酸酯与甲基丙烯酸二甲氨乙酯经共聚反应得到。所述苯丙树脂的制备包括以下步骤，将溶剂二甲苯投入反应釜中，加热至回流温度135～140℃；将由苯乙烯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸二甲氨乙酯构成的反应单体、引发剂二叔丁基过氧化物、交联剂二乙烯苯混合均匀，再以恒定的速率滴加到反应釜中，滴加2～4h，上述组分含量按摩尔比计分别为：苯乙烯40～70摩尔％，丙烯酸酯10～20摩尔％，甲基丙烯酸二甲氨乙酯6～10摩尔％，二叔丁基过氧化物1～3摩尔％，二乙烯苯1～3摩尔％；聚合反应在二甲苯回流温度下继续保温2～4h，抽真空至1.5kPa，脱除溶剂，降温、出料，细粉、过筛，得到具有烷-氨基团的苯丙树脂。
正电性彩色墨粉的制备包括以下步骤，
(1)预混合：按比例分别称取聚酯树脂10～45份，苯丙树脂15～35份，蜡改性结晶聚酯16～40份，着色剂8～20份，正电性电荷调节剂1～4份，将上述原料一起投入Henschel混合机中混合，首先低速1000rpm混合60秒，接着高速4000rpm混合40秒；
(2)熔融混炼、挤出：将上述预混合好的物料通过挤出机进行熔融混炼，经挤出机挤出压片后，冷却；
(3)粗粉碎：输入球磨机进行粗粉碎，粉碎后物料粒平均粒径D50控制在0.9～1.1mm；
(4)气流粉碎分级：将上述粗粉碎好的物料置入气流粉碎分级机进行粉碎，主要控制大颗粒的含量，分级得到半成品；
(5)微粉分级：将上述粉碎后的物料进行微粉分级，去掉不合格的小颗粒部分，使颗粒的平均粒径D50控制在5～10微米，优选6～9微米；
(6)混合二氧化硅：将上述物料与按重量百分比称量好的外部添加剂大颗粒的二氧化硅1～5份，一起投入Henschel混合机中混合。首先低速1000rpm混合60秒，接着高速4000rpm混合40秒。
(7)球形化处理：通过表面熔融系统(生产商NPK,型号MR-10)对混合了外部添加剂二氧化硅的墨粉颗粒进行表面球形化处理。在球形化处理过程中，填料速率为3±0.5kg/h，热流温度为250～350℃，优选260～300℃，墨粉球形度控制在0.975±0.002。
(8)混合二氧化钛：将上述物料与按重量比称量好的经过有机表面处理的二氧化钛1～6份，一起投入Henschel混合机中混合。首先低速1000rpm混合60秒，接着高速4000rpm混合40秒。
相对于现有技术，本发明所述的一种正电性彩色墨粉及其制备方法，具有以下优势：
本发明的彩色墨粉中，聚酯树脂具有16～30mgKOH/g的高酸值，可以提高彩色墨粉中的颜料分散性、着色力；苯丙树脂具有烷-氨基团，可以提供高正电性；蜡改性结晶聚酯能使彩色墨粉具有较高的蜡含量，改善蜡在彩色墨粉中的分散性、脱模性，提高墨粉低温定影性。经过有机表面处理的疏水化的二氧化钛可以赋予墨粉正电性，同时提高墨粉的环境稳定性和流动性。
本发明彩色墨粉的制备方法采用在表面球形化处理之前混合二氧化硅的工艺过程，所述二氧化硅的BET值低于200m2/g，优选低于150m2/g，可以很好地在墨粉颗粒之间起到间隔的作用，表面球形化处理中的热流温度为250～350℃，可有效防止墨粉在表面球形化处理过程中发生聚集，所得彩色墨粉颗粒的球形度高，球形度可控制在0.975±0.002。本发明所得彩色墨粉的组分分散均匀，具有较强的正带电性，且带电稳定性，可以提供精细的高品质图像。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例的正电性彩色墨粉的原料，由下述重量份配比的组分组成，所述的每1重量份为1千克。
现对实施例及对比例所用的原料做如下说明，但不限于这些材料：
所用聚酯树脂是通过如下方法制备而成：将2摩尔对苯二甲酸、0.3摩尔富马酸、1摩尔双酚-A聚氧乙烯醚、1.5摩尔乙二醇、占酸组分和醇组分总质量的1％的催化剂投入到反应釜中，升温至230℃，反应2h，抽真空至1.5kPa，继续反应0.5h，出料、冷却，粉碎成细粉，所得聚酯树脂的酸值为20mgKOH/g。
所用蜡改性结晶聚酯是通过如下方法制备而成：将0.5摩尔高酸性蜡、1摩尔对苯二甲酸、0.3摩尔双酚-A聚氧乙烯醚、1摩尔乙二醇和酸组分和醇组分总质量的1％的催化剂投入到反应釜中，在150℃下反应1～2h后投入0.4摩尔1,8-辛二酸，升温至230℃，反应2h，抽真空至1.5kPa，继续反应0.5h，出料，冷却至室温，粉碎、细粉、过筛得到。
所用苯丙树脂是通过如下方法制备而成：将溶剂二甲苯投入反应釜中，加热至回流温度135～140℃。将2摩尔苯乙烯、0.5摩尔丙烯酸酯、0.2摩尔甲基丙烯酸二甲氨乙酯、0.02摩尔二叔丁基过氧化物、0.02摩尔二乙烯苯混合均匀，再以恒定的速率滴加到反应釜中，滴加2h。聚合反应在二甲苯回流温度下继续保温2h，抽真空至1.5kPa，脱除溶剂，降温、出料，细粉、过筛，得到具有烷-氨基团的苯丙树脂。
所用二氧化硅的BET值小于150m2/g。
所用二氧化钛为经过有机表面处理的二氧化钛，优选经过氨基硅烷疏水化剂表面处理过的带有正电性的二氧化钛，进一步优选TAYCA CORPORATION的型号为JMT-150ANO、HMT-100WNS、MTY-700NO的二氧化钛产品之一或其组合。
若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
参照如下方法，按照表1的配方，制备如下实施例1～4和对比例1～3所述的正电性彩色墨粉。
S1、按比例分别称取聚酯树脂、苯丙树脂、蜡改性结晶聚酯、着色剂(产品名：C44，生产商三菱化学)、正电性电荷调节剂(产品名：季铵盐P12，生产商武汉鼎龙化学)，将上述原料一起投入Henschel混合机中混合，首先低速1000rpm混合60秒，接着高速4000rpm混合40秒；
S2、预混合好的物料通过挤出机进行熔融混炼，经挤出机挤出压片后，冷却；
S3、将上述物料输入球磨机进行粗粉碎；
S4、将粗粉碎好的物料置入气流粉碎分级机进行粉碎，主要控制大颗粒的含量，分级得到半成品；
S5、将粉碎后的物料进行微粉分级，去掉不合格的小颗粒部分，控制墨粉颗粒的平均粒径D50为5～10微米；
S6、将上述物料与大颗粒二氧化硅外部添加剂一起投入Henschel混合机中混合。首先低速1000rpm混合60秒，接着高速4000rpm混合40秒。
S7、通过表面熔融系统(生产商NPK,型号MR-10)对混合了外部添加剂二氧化硅的墨粉颗粒进行表面球形化处理。在球形化处理过程中，填料速率为3±0.5kg/h，热流温度控制在250～350℃。
S8、将上述物料与按重量比称量好的经过有机表面处理的二氧化钛(型号JMT-150ANO，生产商TAYCA CORPORATION)一起投入Henschel混合机中混合。首先低速1000rpm混合60秒，接着高速4000rpm混合40秒，得到球形度控制在0.975±0.002，平均粒径D50为6～8微米为正电性彩色墨粉成品。
表1本发明实施例和对比例中各组分的重量比配方
各性能测试方法
带电性：彩色墨粉产品的带电性采用美国产TREK吸引式带电量测试仪测量；
平均粒径D50：彩色墨粉粒径及其分布采用贝克曼库尔特LS 13320系列激光粒度分析仪进行测量；
球形度：彩色墨粉颗粒的球形度采用珠海欧美克图形仪测量；
软化点温度：使用流动试验仪(株式会社岛津制造所：CFT-500D)；
定影牢固度：采用QEA图像品质分析系统；
长期保存性：保存满18个月后观察看是否出现结块现象，衡量标准为，结块所占质量比例小于1％为极少，在1％～5％之间为少量，在5％以上为较多。
在实施例1～4和对比例1～3中制备的正电性彩色墨粉成品在正常温度和湿度(25℃，55％RH)的条件下，在Brother HL5450DN(最大打印幅面A4，打印速度38ppm,最高分辨率1200×1200dpi)上使用ISO/IEC 19752的5％覆盖率单色打印标准测试页打印测试5000页。按上述方法测定带电性、平均粒径D50、圆形度、软化点温度、定影牢固度、长期保存性、图像密度。上述各实施例和对比例所制得的彩色墨粉产品的性能测试结果如下表2所示。
表2本发明实施例和对比例所制得的正电性彩色墨粉产品的性能测试结果
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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