墨粉基础知识

1、墨粉根底知识 技术篇一、电摄影根本原理二、显影剂的分类和功能三、墨粉的材料组成四、墨粉的制造方法五、墨粉的技术指标六、墨粉的技术开展趋势电摄影根本原理 包括感光鼓的知识 静电复印和激光打印的根本原理我们叫电子照相或电摄影Electrophotography,电子照相的根底是1938年在美国注册的C. F. Carlson的专利。 processes of electrophotographyInvented by C. F. CarlsonIn 1938 (67 years ago)Review of electrophotographic printing processPhotorecep

2、tordrumCharging Light imageDevelopingCleaning- -Toner printing plain paper high speed printingTransfer of toner image静电复印过程充 电曝 光显 影转 印定 影清洁充电 在无光照的条件下，感光体外表呈绝缘状态，此时电晕器放电将空气击穿，使感光体外表均匀充电。可充+、-电，通常硒鼓充正电，OPC鼓充负电曝光 在复印机中由图象反射的光，或在激光打印机中由激光器产生的光，照射到已经充电的绝缘态感光体上，便形成静电潜像。而在感光体上由电荷构成的图像与最终形成的实际图像呈镜象关系。显影 将

3、带静电的墨粉粒子送到潜像区，在感光体上电荷的电场作用下，墨粉便附着到静电潜像上，将其转变为可视图像。转印 通过电晕器在纸张反面充电，其充电荷与色调剂粒子的电荷极性相反，使感光体上已显影的墨粉转移到纸上。定影 将墨粉熔化并渗入纸内，使图像永久地固定在纸上。清洁 用电晕器、清洁灯使感光体放电，以除去感光体上的剩余电荷，同时用清洁刷或刮板，去除感光体上所有残留的墨粉。感光鼓Drum介绍 无机感光体 硒鼓非晶形硒Se,三硒 化二砷合金Se- As,硒碲合金Se-Te 硅鼓 非晶形硅Si陶瓷鼓，硬度大，寿命长 硫化镉鼓CdS 有机光导鼓 OPC鼓:Organic-Photo- Conductor 复印机

4、选用感光体一旦确定下来，墨粉的电荷极性就可确定。 普通模拟复印机： 采用充电区显影 CAD (Charged Area Development)-静电潜像由感光体最初的充电区构成，墨粉的电荷极性与感光体充电极性相反。为什么？如： Xerox 1027: 硒鼓，充+电，墨粉的电荷极性为-； Panasonic FP7718: OPC鼓,充-电，墨粉的电荷极性为+； Canon NP270: CdS, 充+电，墨粉的电荷极性为-; Canon NP6045: 硅鼓, 充+电，墨粉的电荷极性为-;Canon NP1215: OPC鼓,充-电，墨粉的电荷极性为+.数码复印机、激光打印机 采用放电区显影

5、DAD(Discharged Area Development)，或叫反转显影- 静电潜像由放电区形成。激光器或LED阵列作为光源，对一页大局部为空白的文稿，扫描到感光体时，CAD方式要求光源工作时间长于DAD方式，所以考虑光源寿命问题，一般用DAD。那么，墨粉的电荷极性与感光体充电极性相同。 Sharp AR1818：OPC鼓,充-电，墨粉的电荷极性为-; Toshiba 168: OPC鼓,充-电，墨粉的电荷极性为-; Kyocera KM1620: 硅鼓, 充+电，墨粉的电荷极性为+; HP 1010: OPC鼓,充-电，墨粉的电荷极性为-; Samsung ML1710: OPC鼓,充

6、-电，墨粉的电荷极性为-; Lenovo LJ2312: 硅鼓, 充+电，墨粉的电荷极性为+; Panasonic FAX FL503: OPC鼓,充-电，墨粉的电荷极性为-.例外 Kyocera Mita 的OPC鼓充+电，为降低充电时臭氧的产生，采用墨粉的情形常常相反。如：DC 2050是模拟复印机 , OPC鼓,充+电荷极性为-; 电子照相显影剂的分类显影剂干式显影剂湿式显影剂双组份显影剂单组份显影剂磁性单组份显影剂非磁性单组份显影剂Cascade显影用(非磁性载体)磁刷显影用磁性双组份显影剂使用绝缘性载体使用导电性载体绝缘性磁性碳粉导电性磁性碳粉单组分显影剂=墨粉(Toner) 单组分

7、显影剂最多的是绝缘型磁性跳跃式显影。Canon复印机和激光打印机几乎所有系列均采用这种体系。其墨粉中含有大量磁性材料，便于用磁辊传输。双组分显影剂 由载体和碳粉构成，单组分显影剂仅由碳粉构成。双组分显影剂=墨粉(Toner)+载体Carrier碳粉使感光体上的静电潜像显影，然后转印并定影在纸上载体通过静电磨擦作用使墨粉带电，以及把墨粉传输到静电潜像的近区显影剂种类长 处短 处双组分显影剂带电控制容易需要碳粉浓度调整机构高速显影可能显影器构造复杂彩色化容易需要更换显影剂环境依存性小磁性单组分显影剂显影器构造简单需要显影器的精度不需要碳粉浓度调整机构彩色化困难带电控制困难环境依存性大非磁性单组分显

8、影剂显影器构造简单带电控制困难不需要碳粉浓度调整机构高速显影困难彩色化容易各种显影剂的特征显影剂要求的功能 显影剂要求的功能除了涉及电子照相过程整体，还需要考虑保管、运输等方面的保存性、对于环境的影响等诸多方面的内容。电子照相过程和显影剂的功能显影工程 流动性：供给和摩擦带电时的流动性赋予 等粉体特征 带电性：摩擦带电时的起电速度和绝对值 磁气特性：显影剂在显影领域的保持和搬 送转印工程 带电性：均一带电性 粉体特性：对于感光体的低附着力定影工程 热特性：对于树脂的纸的接着性/对于定 影材料的离型功能 带电性：防止对于定影材料的静电附着 不挥发性：抑制因热的气化成分清洁工程 粉体特性：对于感光

9、体的低附着性/游离物 的抑制保存/补给 热特性：运输/保存时热安定性以及图像的保存 性 流动性：补给时以及填充时流动性确实保环境平安性：作为产业废弃物可以平安的废弃/没有毒性碳粉本身和碳粉原材料单体两方面可循环型：可以再次利用碳粉的外表和断面 载体的图片载体核涂层载体显影剂的材料构成构 成 材 料功 能碳粉内添剂树脂着色剂电荷调节剂离型剂接着/保持/带电的发生和保持图像的可视化带电的发生/保持/安定化防止在定影辊上的附着外添剂流动化剂滑剂电荷调节剂赋予粉体特性（流动性等）到感光体的附着力低减带电赋予载体核覆盖树脂搬运碳粉到显影部并保持赋予带电/防止污染树脂Resin 墨粉除了要满足机器内必要的

10、性能外，还存在有生产、储藏、运输中各种必要的性能。树脂是尤其关键的。对它的要求：定影性抗粘辊offset性保存性耐久性带电性粉碎性定影方式和树脂设计 传导形态定影方式树脂分类树脂种类热接触加热热辊方式热可塑性苯乙烯-丙烯酸树脂/聚酯树脂Film方式热可塑性苯乙烯-丙烯酸树脂/聚酯树脂非接触加热支持体加热热板热可塑性环氧树脂/聚酯树脂辐射热闪光热可塑性环氧树脂/聚酯树脂红外灯热可塑性环氧树脂/聚酯树脂对流Oven热可塑性环氧树脂/聚酯树脂高周波诱导加热热可塑性环氧树脂/聚酯树脂压力接触加压辊塑性变形性乙烯基乙酸乙酯树脂/聚乙烯树脂墨粉的熔融动作 碳粉经过碳粉相互半熔融/合体的过程碳粉单体粒子或者

11、合体的碳粉流动化，扩散的过程熔融的碳粉渗透进纸张等的过程 三个阶段粘着到纸张等上。这个过程大概在数十毫秒的时间内完成 热辊定影的定影动作 在热辊定影中，碳粉对于热辊以及纸的附着力决定着定影过程。设碳粉/纸之间的粘着力=Ftp，碳粉/辊之间的粘着力=Frt，碳粉内部凝集力=Ft，如果发生下面式子表示的情况，熔融的碳粉就会附着在辊侧，也就是发生offset现象。Frt，Ftp FtFrt，Ft Ftp1的条件的场合，是碳粉内部凝集力低的状态下发生，通常是在树脂的粘度变低的高温侧发生的offset现象。2的条件的场合，是碳粉和纸之间的粘着性低的状态下发生，是在树脂粘度高的场合，也就是说低温发生的of

12、fset现象。为了防止这些offset现象的发生，有必要满足 3Ftp Ft Frt的关系。 在这个特性之中，为了满足Ft Frt，有报道认为扩大树脂的分子量分布是有效的。更进一步，和动态粘弹性也有关系，高温offset开始温度和碳粉进入流动域的温度如果一致，那么从固体到液体的状态变化时碳粉内部就会发生凝集破坏，发生offset。 碳粉的粘性举动在高温领域为了提高粘弹性，有诸如多峰性树脂、架桥树脂、离子架桥树脂、graft/block树脂等提案，并且已经实用化。多峰性树脂是高分子量成分和低分子量成分的混合物形成的，有各种各样的提案，比方单纯的高分子量成分和低分子量成分的两成份系，或者导入中间领

13、域分子量成分的三成份以上的类型。定影性 定影强度 在定影温度范围内，墨粉融化适当，定影牢固 耐粘辊offset性 高温粘辊 定影过度，融化的墨粉污染定影辊 低温粘辊 未融化的墨粉污染定影辊，同时造成定 影不牢树脂分子量分布的重要 需要两个以上分子量分布峰值的树脂 树脂分子量小 提高定影强度，改善了低温粘辊，但容易出现高温粘辊 树脂分子量大 可克服高温粘辊，但又容易出现定影不牢和低温粘辊，同时粉碎加工困难 带电性 要求： 1. 适度保持带电极性 2. 不阻碍CCA的作用 3. 与CCA相容性好 4. 带电保持能力不随环境变化发生大幅改变 其中1、2、4和树脂的成分直接相关，3还与使用树脂的粒度及

14、其他材料俄粘度、物理性质和生产用混炼设备的规格、温度条件等众多因素有关。树脂的极性及其强弱是由聚合时产生的自身固有极性基团或通过改性引入的某些极性基团决定的。+-NH2-OH-COOH-OCH2C2H5-C2H5-OCOCH3-Cl-F-NO2(-)从树脂单体来看，苯乙烯丙烯酸树脂在带电性控制上可以利用单体组成这是优点。作为单体，使用丙烯酸或者甲基丙烯酸这样的酸单体可以提高负带电性，使用含有amino基单体可以提到正带电性。聚酯树脂本身有较强的负电性。苯乙烯丙烯酸树脂耐环境性比聚酯树脂好。保存性 影响墨粉保存性最大因素是树脂的玻璃化温度Tg,还有使用原料的残存量单体、溶剂等，还有流动性相关。墨

15、粉小粒径化 墨粉粘性增加，流动性储存性变差，对载体的污染也会增加。 省能源定影 从墨粉方面看为了提高定影性，降低树脂的熔融粘度是最为确实的方法。但是，降低熔融粘度的方向就是树脂分子量降低的方向，也就是树脂的玻璃转移温度降低的方向，在保存性上有热稳定性低下的问题。热稳定性显影器内墨粉搅拌、局部受热会软化变形结块损坏机器部件或粘附载体耐久性机器速度的提高和连续工作的时间增加，墨粉和定影辊、感光鼓击载体接触受到的压力增大，墨粉污染机器部件的概率增加。为提高耐久性，需要耐压力和耐摩擦性的树脂，即要硬的树脂；但速度的提高，墨粉与定影辊接触时间变短，对定影性带来影响，定影需要不硬的树脂，所以设计上存在一个

16、平衡关系。 粉碎性 墨粉的粉碎性对于在混炼后有效率的得到所希望的粒径是非常重要的。使用粉碎加工性差的树脂，生产效率会比较差，生产本钱会上升。相对来说，聚酯树脂的生产性要差一些。 彩色化 要求图像外表平滑和有光泽，定影辊压力释放后，墨粉与辊界面脱离要顺畅，弹性回复要尽可能小-需要更加良好的奶粘辊性和快速熔化性能、树脂本身的透明性涉及叠色厚的色彩度和纯度-选择用聚酯树脂。原料本钱 作为碳粉最主要的成分之一，树脂对碳粉的本钱以及生产能力具有很大的决定作用。大致看来，在众多种类的聚合物中，聚脂具有使碳粉即有较低的熔化温度又有较高的玻化温度。但是，聚脂却比其他可供选择的聚合物都要贵。苯乙烯/丙烯酸共聚物

17、那么不仅降低了本钱，而且由于其较大的生产能力从而进一步的提高了经济效益。同时，这些共聚物对湿度的敏感性越来越低，从而使碳粉在各自不同的环境下都能够有比较稳定的表现。着色剂黑色墨粉中着色剂使用的是炭黑非磁性碳粉或者磁性粉磁性碳粉。炭黑是数十个苯环的缩合型物质。有各种各样的生产方法表5。不管哪一种都是通过氧化调整炭黑。电子照相中使用的furnace法炉法的产品。炭黑的外表存在有各种官能团，对于带电性给与影响。pH值低的场合由于存在有很多酸性基，成为带负电的倾向，pH值高的场合由于存在的amino基等比较多，所以正带电倾向变强。 碳黑主要是在非磁性单组分墨粉和双组分墨粉中使用，在单组分磁性墨粉中也有

18、少量的使用。 在双组分墨粉和单组分非磁性墨粉中，碳黑的添加比例往往在4-8%，而有的墨粉中甚至到达15%。而在单组分磁性墨粉中，其比例那么根本上是小于5%的。由于同其他黑色染色剂相比，碳黑具有更好的热稳定性和光稳定性以及价格上的优势，因此它是最常用的。Pigments materialsProduction of pigmentAround 100 ton/color pigmentMain pigmentCarbon blackDisazo YellowPhthalocyanine blueCarmine 6B/ Quinacridone一般使用的着色剂黄：双偶氮系颜料颜料黄12,13,14

19、,17,83颜料黄93,95,180,185品红：Quinacridone系颜料颜料红122，品红6B颜料红57;1，颜料红184青：铜酞青关于黄色着色剂，由于德国的蓝色天使标记的问题，几乎全部变更为非联苯胺系的黄色颜料。作为品红着色剂，大致可以区分为偏青色比较理想的品红的Quinacridone系颜料和偏黄色的品红6B，根据图像处理的考虑方法分别使用。青色着色剂几乎全部都是铜酞青。其他的青色着色剂几乎没有使用。 在磁性碳粉中，赋予碳粉磁力的磁性粉作为着色剂兼用。 磁性粉中使用的是magnetiteFe3O4。大概是100-500nm的粒径，有各种各样的形态，比方立方体、球状、多面体构造等。根

20、据结晶构造不同，颜色也不同，比方球状略带红色，立方体带青色。添加量根据显影方式由于必要的磁气特性各异，所以不能一概而论，但是相对于重量一般为30-50%程度。另外，磁性碳粉的场合，包括电阻调整的含义，有的场合也使用炭黑。电荷调节剂(CCA)电荷调节剂的作用是带电性的提高和带电性的稳定化。电荷调节剂最关键的特性包括其与碳粉中树脂的兼容性以及其在碳粉中均匀分散的特性。大体上可以分为正带电性用和负带电性用。带电性由化合物的构造决定，但是至今也没有确立明确的理论。一般的，含氮系列化合物容易成为正带电性，还卤素系列化合物或者金属络合物容易成为负带电性。正带电性的电荷调节剂有季铵盐、苯胺黑、三苯甲烷系等。

21、用在彩色用途的是无色的季铵盐系列。 离型剂-防粘辊剂离型剂的作用是，在接触方式的定影中，降低碳粉对于加热材料的附着力。它是一种重要的材料。在加热的状态下从碳粉内部流出到外表，降低碳粉外表的临界外表张力，拥有降低到碳粉加热材料的附着性的功能。因此，作为材料一般使用临界外表张力较低，低温时能迅速1的溶解，并且在常温下硬度较高。一般使用低分子量的聚丙烯，低分子量的聚乙烯等烯烃系的石蜡，Fischer-Tropsch2蜡，Microcrystalin蜡等碳水化合物蜡，Carnauba蜡为代表的脂系天然蜡，合成脂系蜡等。在和树脂的相溶性关系方面，不相溶，在碳粉中以domain构造存在是必要的。由于这个D

22、omail构造，可以控制在定影时析出到碳粉外表，改善offset性能。外添剂外添剂是改进碳粉的粉体特性的材料，同时也有改善清洁性和赋予带电等功能。外添剂的功能通过均一的附着在碳粉粒子的外表的状态得到发挥。根据赋予的功能不同来选择外添剂使用。在赋予流动性的目的之下，一般使用小粒径的无机微粒子，特别是二氧化硅。通过使用小粒径的二氧化硅可以提高流动性。一般使用的是一次粒径为7-15nm的二氧化硅。二氧化硅一般经过外表处理后再使用。也就是说，使用的是通过硅油等进行外表疏水化处理，并且控制其带电性的二氧化硅。通常的二氧化硅是负带电的，但是使用外表处理剂比方amino silane coupling或者a

23、monium变性硅油等可以得到正带电性化的二氧化硅。 Constituents of toner (dry)Resin90-95wt%Pigment3-10wt%CCA (Charge Control Agent)1-5wt%Wax0-2wt%External Additives0.5-3wt%碳粉大致的组成表一单色单色彩色碳粉类型双组分或者单组分非磁性单组分磁性双组分或者单组分非磁性树脂70-90%40-65%85-95%氧化铁0-15%30-50%0%染料/颜隔离剂料0-6%0-6%1-8%隔离剂0-4%0-6%0-2%电荷调节剂0-4%0-4%0-2%流动剂0.1-3.0%0.1-3.0

24、%0.1-4.0%载体的组成：从材料上分：玻璃珠载体、铁粉载体、铁氧体载体、树脂型微载体从电性能分：正电性、负电性；导电型、绝缘型载体=芯材料+膜层材料製造法分類粉砕法重合法懸濁重合法乳化凝集法溶解懸濁法伸張重合法分析評価法流動性安息角電荷量分布実機記録実験耐久性、保存性工程単純球形得内包構造構築容易懸濁重合法洗浄乾燥、色材、荷電制御剤、極性樹脂、離形剤等構成材料無機分散剤造粒重合酸洗浄無機分散剤除去Canon、日本採用特徴Product：ZEOGLOBULE From Zeon H.P.Low Tg ResinHihg Tg Resin (P-MMA) High quality imageF

25、rom Zeon H.P.乳化凝集法離形剤色剤乳化重合粒子洗浄乾燥凝集融合、合一及形状制御加熱混合、富士、三菱化学採用小粒径化容易形状制御容易狭粒度分布分級不要特徴Control of Toner ShapeEasy to Control of the Toner Shape from Non-Spherical to SphericalKM Polymerized Toner (6.5m)Conventional Toner(8.5)Image Quality溶解懸濁法洗浄乾燥酸樹脂、色材、離形剤等構成材料及溶媒無機分離剤酸洗浄無機分散剤除去三洋化成、富士、大日本採用Polyester樹脂適

26、用可能球形得懸濁重合法同様構造制御可能特徴伸張重合粒子径制御剤、界面活性剤樹脂、色材、離形剤等構成材料及溶媒油相水相脱溶剤洗浄乾燥異形化工程採用Polyester樹脂適用可能球形得懸濁重合法同様構造制御可能特徴油相及水相混合、乳化WAX及樹脂、顔料含油滴集歛粒度分布油滴作成過程同時伸張反応油滴外表高分子層形成PxP Toner (Ricoh)年度第回日本画像学会技術研究会技術関研究会技術将来展望南谷The Procedure of the PxP Toner年度第回日本画像学会技術研究会技術関研究会技術将来展望南谷Spherical to OvalDe-Solvent年度第回日本画像学会技術研究会技術関研究会技術将来展望南谷Washing/DryingMixingKM Polymerized TonerColorantMonomerDispersion of Colorantand PolymerizationAggregation and FusionFiltration and WashingDryingExternal Additive Adding and SievingPackingUsingWasteTreatment of Draining Conventional TonerColorantMonomerPolymeri