本发明涉及碳粉技术领域，特别涉及一种高速复印机显影碳粉及其制造方法。
背景技术：
随着办公自动化的发展，复印、打印等作业流程已经较为普遍，融入人们的办公生活中。碳粉是用于静电复印、激光打印等静电摄影过程中的主要耗材，其用量也越来越大。随着节能降耗概念的深入人心，越来越多的高速复印机受到市场的青睐，这种高速复印机用碳粉与以往的碳粉的最大区别在于具有较低的定影温度和更高的流动性。
现有技术主要存在如下问题，碳粉的外添加剂容易堆埋在碳粉颗粒内部或者从碳粉颗粒表面脱落，从而无法起到外添加剂调节流动性和带电量的租用，此外，单一树脂的使用不能满足低温定影的需求，复合树脂的应用则仅限于化学法碳粉的制造，工艺复杂且产生大量废水。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种用于高速复印机的碳粉及其制备方法，能够用于80ppm以上的高速复印机，具有满足打印速度的低温定影性。同时，通过外添加剂的优化，使其能够满足高速复印机的流动性和带电性的要求，避免碳粉颗粒表面外添加剂的脱落。此外，通过对圆形度的优化，可以抑制碳粉在刮板上的黏附，保证足够的清洁性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于高速复印机的碳粉，包括粘结树脂、脱模剂以及外添加剂；碳粉的一次粒径为0.5-2μm的质量比例为0.6-10％，2-30μm的质量比例为90-99.4％；碳粉颗粒的平均球形度为0.7-0.9；其中外添加剂为二氧化硅和聚合物的复合颗粒，由聚合物核与表面附着的二氧化硅颗粒组成。
优选的，包括以下质量份的原料，粘结树脂80-85份，炭黑8-10份，脱模剂2-8份，外添加剂3-5份；所述脱模剂为聚丙烯蜡。
优选的，所述粘结树脂为苯丙-聚酯共聚树脂。
优选的，所述的苯丙-聚酯共聚树脂为包含线性聚酯修饰成分的乙烯类树脂。本发明中的苯丙-聚酯共聚树脂可以选用申请号为2015107504352(发明名称：一种墨粉用粘结树脂及制备方法)的专利中使用的树脂；也可以选用其他具有相同作用的树脂。
优选的，外添加剂的粒径为80-100nm，bet表面积为60-80m2/g。
优选的，所述外添加剂为丙烯酸树脂与二氧化硅的复合物。可以选用美国卡博特公司的atlas100。
本发明同时一种制备如上所述的用于高速复印机的碳粉的方法，包括以下步骤：
1)预混：将苯丙-聚酯共聚树脂、脱模剂、荷电控制剂、炭黑加入预混机，并进行预混，混合时间30-40min，转速600-700rpm，制得预混原料。
2)混炼：将所述预混料置入混炼机中，所述混炼机温度为55-65℃，混炼时间20-30min，制得片材；
3)粉碎分级：将所述片材冷却至常温后村粉碎为颗粒料；将所述颗粒料采用气流粉碎机再次粉碎，并分级制得半成品；
4)球形化处理：将上述半成品采用干式冲击混合法进行形状的调整，设定转子速度为40-80m/s，处理时间为600-1200s，处理后得到球形碳粉颗粒；
5)混合：将所述半成品加入混合机，加入聚合物二氧化硅复合外添加剂颗粒，混合时间25-35min，转速900-1000rpm。
本发明中，碳粉的一次粒径为0.5-2μm的比率为0.6-10％，2-30μm的比例为90-99.4％，并且碳粉颗粒的平均圆度为0.7-0.9。通过对粒度分布和平均圆度的控制，达到了对碳粉颗粒流动性能的控制。另一方面，碳粉颗粒表面为一种聚合物-二氧化硅复合外添加剂，粒径为80-100nm，bet比表面积为60-80m2/g。采用这种复合外添加剂，能够有效防止在使用过程中搅拌摩擦导致的外添加剂脱落或堆埋，从而确保外添加剂的有益效果，延长碳粉的使用寿命。此外，本发明的碳粉使用了一种聚酯-苯丙复合树脂，这种树脂具有优异的热性能，聚酯-苯丙复合树脂的使用，可以有效降低碳粉的定影温度，同时不会损失其热稳定性和长期存储性能，即使长期不用也不会出现吸潮或结块现象。
同时本发明给出一种碳粉颗粒的制造方法，该方法采用物理混练法，将碳粉的不同组分进行熔融、混练，在粉碎机中进行粉碎后，将碳粉加入一种球形化设备中，采用干式冲击混合法对碳粉粒子的形状进行调整，设定转子速度为40-80m/s，处理时间为600-1200s，通过转子与定子之间的刀片对碳粉的摩擦，使碳粉颗粒为接近球形化的土豆形，碳粉颗粒的平均圆度达到0.7-0.9。最后，将碳粉与外添加剂混合，获得最终碳粉产品。
本发明的碳粉具有粒径为0.5-2μm和2-30μm的比例控制在某一范围中的特征。具体而言，一次粒径为0.5-2μm的比例为0.6-10％，2-30μm的比例为90-99.4％。同时，限制了碳粉颗粒的平均圆度为0.7-0.9。采用碳粉颗粒球形设备对粉碎后的碳粉进行球形化加工，通过对设备参数的调整，从而获得特定圆度在一定范围内的碳粉颗粒。将碳粉的粒径和圆度限制在较窄的范围内，才能使碳粉具有均已的带电性，并保持一定的流动性。如果其平均圆度低于0.7，则球形度过低碳粉的表面带电量分布不均，在显影中无法正常转印形成静电图像，导致图像缺陷；如果其平均圆度高于0.9，则球形度过高的碳粉在显影完成后的清洁过程，无法与清洁刮刀发生相互作用，从而造成清洁效率低下，影响下一次的显影，造成图像的重影现象。
本发明的碳粉颗粒表面分布有粒径为80-100nm、bet比表面积为60-80m2/g的聚合物-二氧化硅复合外添加剂，能够有效防止在使用过程中搅拌摩擦导致的外添加剂脱落或堆埋，从而确保外添加剂的有益效果，延长碳粉的使用寿命。如果仅使用单一成分的二氧化硅颗粒作为外添加剂，则在使用过程中碳粉颗粒之间的相互摩擦，会导致小外添加剂被堆埋到颗粒内部，或者由于外添加剂与碳粉颗粒表面相互作用力不足而发生外添加剂的脱落，从而导致外添加剂失效，无法确保碳粉颗粒的稳定性。
本发明的碳粉颗粒使用了一种聚酯-苯丙复合树脂，这种树脂具有优异的热性能，可以有效降低碳粉的定影温度，同时不会损失其热稳定性和长期存储性能，即使长期不用也不会出现吸潮或结块现象。这里所用的聚酯-苯丙复合树脂采用悬浮聚合法制备合成，预先在单体混合物种加入低分子量的聚酯预聚物，混合均匀后加入到水相中分散成小液滴并进行加热聚合，由于双反应性单体的存在，可以获得具有化学键相连的聚酯-苯丙复合树脂。如果采用不含聚酯部分的传统的苯丙树脂，则无法保证碳粉能够在一定温度下迅速熔融，影响碳粉的低温定影性，如果采用单一聚酯树脂来确保定影性，则聚酯的韧性较大，不利于碳粉原料的混炼及颗粒的破碎，粒径不够均匀，且能耗较大。
本发明采用物理法工艺制造碳粉颗粒，由于碳粉颗粒的形状对碳粉性能具有显著的影响，研究表明接近球形的土豆型碳粉颗粒是比较理想的。如果碳粉颗粒球形度高于0.9，则接近球形的碳粉在清洁过程容易通过刮刀而残留在感光鼓上。如果碳粉颗粒的球形度低于0.7，则由于碳粉颗粒形状的不规则，流动性大大降低，影响碳粉从磨粉仓到感光鼓再到显影基底的转移过程。因此本公开采用一种球形化装置，采用干式冲击混合法对碳粉粒子的形状进行调整，设定转子速度为40-80m/s，处理时间为600-1200s，通过转子与定子之间的刀片对碳粉的摩擦，使碳粉颗粒为接近球形化的土豆形，碳粉颗粒的平均圆度达到0.7-0.9。
相对于现有技术，本发明所述的一种用于高速复印机的碳粉及其制备方法，具有以下优势：
本发明通过限制碳粉的一次粒径、添加聚合物-二氧化硅复合外添加剂，能够提高碳粉颗粒的流动性和均匀带电性，并且不会因为长期使用发生性能的衰减。使用聚酯-苯丙复合树脂作为碳粉的主要成分，具有更低的定影温度，并且在高温高湿环境下可以长期保存。
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。
实施例1
一种高速机用显影碳粉，包括如下质量分的原料：苯丙-聚酯复合树脂80份，炭黑12份，聚丙烯蜡5份，，外添加剂3份。作为一种优选的实施方式，外添加剂为卡博特公司atalas100产品，一种平均粒径为100nm，bet表面积为60m2/g的聚合物-二氧化硅复合颗粒(美国卡博特公司的atlas100)。
苯丙-聚酯共聚树脂选用申请号为2015107504352(发明名称：一种墨粉用粘结树脂及制备方法)的专利中实施例2所制备的树脂。
一种高速机用显影碳粉的制造方法，包括如下步骤：
预混：将所述的苯丙-聚酯共聚树脂、脱模剂、荷电控制剂加入预混机，并进行预混，混合时间35min，转速650rpm，制得预混原料。
混炼：将所述预混料置入混炼机中，所述混炼机温度为60℃，混炼时间25min，制得片材；
粉碎分级：将所述片材冷却至常温后再粉碎为颗粒料；将该颗粒料采用气流粉碎机再次粉碎，并分级制得半成品；
球形化处理：将上述半成品采用干式冲击混合法进行形状的调整，设定转子速度为80m/s，处理时间为600s，处理后得到球形碳粉颗粒。
混合：将所述半成品加入混合机，加入聚合物-二氧化硅复合颗粒外添加剂。时间30min，转速950rpm。，最终碳粉的一次粒径为0.5-2μm的质量比例为2.5％，2-30μm的质量比例为96.5％。
实施例2
一种高速机用显影碳粉，包括如下质量分的原料：苯丙-聚酯复合树脂85份，炭黑9份，聚丙烯蜡4份，，外添加剂3份。作为一种优选的实施方式，外添加剂为卡博特公司atalas100产品，一种平均粒径为100nm，bet表面积为60m2/g的聚合物-二氧化硅复合颗粒(美国卡博特公司的atlas100)。
苯丙-聚酯共聚树脂选用申请号为2015107504352(发明名称：一种墨粉用粘结树脂及制备方法)的专利中实施例5所制备的树脂。
一种高速机用显影碳粉的制造方法，包括如下步骤：
预混：将所述的苯丙-聚酯共聚树脂、脱模剂、荷电控制剂加入预混机，并进行预混，混合时间35min，转速650rpm，制得预混原料。
混炼：将所述预混料置入混炼机中，所述混炼机温度为60℃，混炼时间25min，制得片材；
粉碎分级：将所述片材冷却至常温后村粉碎为颗粒料；将所属颗粒料采用气流粉碎机再次粉碎，并分级制得半成品；
球形化处理：将上述半成品采用干式冲击混合法进行形状的调整，设定转子速度为40m/s，处理时间为1200s，处理后得到球形碳粉颗粒。
混合：将所述半成品加入混合机，加入聚合物-二氧化硅复合颗粒外添加剂。时间30min，转速950rpm。最终碳粉的一次粒径为0.5-2μm的质量比例为3.5％，2-30μm的质量比例为94.5％；
对比例1
一种高速机用显影碳粉，包括如下质量分的原料：丙烯酸树脂85份，炭黑9份，聚丙烯蜡3份，，外添加剂3份。作为一种优选的实施方式，外添加剂为卡博特公司atalas100产品，一种平均粒径为100nm，bet表面积为60m2/g的聚合物-二氧化硅复合颗粒。一种高速机用显影碳粉的制造方法，包括如下步骤：
预混：将所述的丙烯酸树脂、脱模剂、荷电控制剂加入预混机，并进行预混，混合时间35min，转速650rpm，制得预混原料。
混炼：将所述预混料置入混炼机中，所述混炼机温度为60℃，混炼时间25min，制得片材；
粉碎分级：将所述片材冷却至常温后村粉碎为颗粒料；将所属颗粒料采用气流粉碎机再次粉碎，并分级制得半成品；
球形化处理：将上述半成品采用干式冲击混合法进行形状的调整，设定转子速度为40m/s，处理时间为1200s，处理后得到球形碳粉颗粒。
混合：将所述半成品加入混合机，加入聚合物-二氧化硅复合颗粒外添加剂。时间30min，转速950rpm。最终碳粉的一次粒径为0.5-2μm的质量比例为2.8％，2-30μm的质量比例为96.5％；
对比例2
一种高速机用显影碳粉，包括如下质量分的原料：苯丙-聚酯复合树脂82份，炭黑11份，聚丙烯蜡4份，，外添加剂3份。外添加剂为卡博特公司的tg-c110胶体二氧化硅。
外添加剂为一种平均粒径为100nm，bet表面积为60m2/g的聚合物-二氧化硅复合颗粒。
苯丙-聚酯共聚树脂选用申请号为2015107504352(发明名称：一种墨粉用粘结树脂及制备方法)的专利中实施例5所制备的树脂。
一种高速机用显影碳粉的制造方法，包括如下步骤：
预混：将所述的苯丙-聚酯共聚树脂、脱模剂、荷电控制剂加入预混机，并进行预混，混合时间35min，转速650rpm，制得预混原料。
混炼：将所述预混料置入混炼机中，所述混炼机温度为60℃，混炼时间25min，制得片材；
粉碎分级：将所述片材冷却至常温后再粉碎为颗粒料；将该颗粒料采用气流粉碎机再次粉碎，并分级制得半成品；
球形化处理：将上述半成品采用干式冲击混合法进行形状的调整，设定转子速度为80m/s，处理时间为600s，处理后得到球形碳粉颗粒。
混合：将所述半成品加入混合机，加入普通二氧化硅颗粒外添加剂。时间30min，转速950rpm。最终碳粉的一次粒径为0.5-2μm的质量比例为3.6％，2-30μm的质量比例为95.2％。
对比例3
一种高速机用显影碳粉，包括如下质量分的原料：苯丙-聚酯复合树脂80份，炭黑12份，聚丙烯蜡5份，，外添加剂3份。作为一种优选的实施方式，外添加剂为卡博特公司atalas100产品，一种平均粒径为100nm，bet表面积为60m2/g的聚合物-二氧化硅复合颗粒。
苯丙-聚酯共聚树脂选用申请号为2015107504352(发明名称：一种墨粉用粘结树脂及制备方法)的专利实施例2所制备的一种高速机用显影碳粉的制造方法，包括如下步骤：
预混：将所述的苯丙-聚酯共聚树脂、脱模剂、荷电控制剂加入预混机，并进行预混，混合时间35min，转速650rpm，制得预混原料。
混炼：将所述预混料置入混炼机中，所述混炼机温度为60℃，混炼时间25min，制得片材；
粉碎分级：将所述片材冷却至常温后再粉碎为颗粒料；将该颗粒料采用气流粉碎机再次粉碎，并分级制得半成品；
混合：将所述半成品加入混合机，加入聚合物-二氧化硅复合颗粒外添加剂。时间30min，转速950rpm。最终碳粉的一次粒径为0.5-2μm的质量比例为13.8％，2-30μm的质量比例为80.9％；
对实施例1与实施例2以及对比例1-3得到的碳粉，考察其最低定影温度和偏移温度，图像的定影牢固度和图像质量。
表1
表1汇总了实施例与对比例所得到碳粉产品的综合性能，由于复合粘结树脂的使用，显著提高了碳粉的低温定影性，并且由于颗粒球形设备的使用以及复合外添加剂的使用，显著提高了碳粉的带电稳定性和流动性，延长了碳粉的使用寿命。
采用上述技术方案，通过该方法制得的高速机用显影碳粉，由于复合粘结树脂的使用，显著提高了碳粉的低温定影性，并且由于颗粒球形设备的使用以及复合外添加剂的使用，显著提高了碳粉的带电稳定性和流动性，延长了碳粉的使用寿命。
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。