一种打印机UV固化的碳粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳粉，具体涉及一种打印机UV固化的碳粉的制备方法。

背景技术

碳粉，又称墨粉，是激光打印机使用的打印耗材，是一种粉末状颗粒，由粘结树脂、炭黑、荷电控制剂、外添加剂等成分组成，现如今常用的激光打印机、静电复印机等办公设备，都是采用碳粉作为打印耗材的，打印需要经历显影和定影等过程。

定影过程通常是将纸上的碳粉在高温下被热压入纸纤维，使碳粉和纸张结合在一起，而高温固化也会使碳粉中的某些物质发生热分解或氧化，导致固化效果降低，同时高温固化使打印机需要配备加热设备，且固化所需的加热温度较高，设备升温时间较长，导致固化速度慢，因此，需要一种打印机UV固化的碳粉的制备方法，来解决现有问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种打印机UV固化的碳粉的制备方法。

一种打印机UV固化的碳粉的制备方法，由以下步骤组成：混炼和挤塑，粉碎和分级，改性和过筛；

所述混炼和挤塑步骤为：将UV固化树脂、复合引发剂、炭黑、荷电控制剂和增塑剂投入到混炼机中，于90-150℃下混炼3-5min，制成混合料；将混合料投入挤塑机中，在90-150℃下挤出成型，冷却至40-45℃，得混合片状碎片；

所述粉碎和分级步骤为：采用超声辅助磁粒研磨加工，将混合片状碎片研磨成粒径为30-40μm的粗碎粉，真空冷冻干燥后将粗碎粉和1-3质量份磁性氧化铁投入到超微粉碎机中，进行超微粉碎，并用5500-6000r/min的分级机进行分级，用捕集器处理，得粒径为5-8μm的碎粉半成品；

所述改性和过筛步骤为：将硅粒和表面改性剂按质量比1:8-10混合，于70-80℃搅拌10-20min得改性硅粒，加入到碎粉半成品中混合均匀，得混合物料，将混合物料过200-250目筛分，得打印机UV固化碳粉。

进一步地，所述混合料中，UV固化树脂、复合引发剂、炭黑、荷电控制剂和增塑剂的质量比为75-85:1-7:7-10:3-5:1-3。

进一步地，所述UV固化树脂的制备步骤为：

将5-7质量份经干燥的双马来海松酸双酰胺酸用50-60体积份N，N-二甲基甲酰胺溶解，加入0.15-0.21质量份催化剂四丁基溴化铵，将1.55-1.75质量份甲基丙烯酸缩水甘油酯和0.02-0.04质量份4-甲氧基酚溶于50-60体积份N，N-二甲基甲酰胺中，加入到反应器中于100-110℃反应4-5h，冷却至室温，过滤后将滤液倒入蒸馏水中，静置除去上层清液后真空40-50℃烘干，将烘干后的产物用少量乙酸乙酯溶解后以体积比1：8-10倒入正己烷中析出产物，将产物真空40-50℃烘干，得UV固化树脂。

进一步地，所述四丁基溴化铵用量为双马来海松酸双酰胺酸质量的3%。

进一步地，所述复合引发剂包括阳离子引发剂和自由基引发剂，所述阳离子引发剂为芳茂铁盐类阳离子光引发剂和芳基鎓盐类阳离子光引发剂按质量比1：1配比的混合物，所述自由基引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮。

进一步地，所述阳离子引发剂和自由基引发剂的质量比为3:1。

进一步地，所述超声辅助磁粒研磨加工的具体工艺为：加工过程中，磁极头旋转研磨混合片状碎片，超声波的轴向高频机械振动带动研磨介质冲击磁极头表面，每隔5-8min添加2-3mL研磨液，每隔10-12min更换一次研磨介质，加工总时长20-25min。

进一步地，所述超声辅助磁粒研磨加工使用的磁极头为钕铁硼永磁体，研磨介质为铁粉和三氧化二铝粉末按质量比2∶1烧结而成。

进一步地，所述改性硅粒用量为碎粉半成品质量的7-10%。

进一步地，所述表面改性剂为硬脂酸或硅烷偶联剂。

本发明实现的有益效果为：

1、本发明采用UV固化树脂和光引发剂作为碳粉原料，在紫外光下光引发剂能快速引发树脂固化，从而实现碳粉的紫外光固化，减少使用高温固化方式，提升碳粉的固化效果，同时紫外光固化速度比热固化快，进而提升碳粉的固化速度。

2、本发明选用复合光引发剂，能够提升光引发效果，同时复合引发剂使体系吸光能力得到加强，能够扩大吸收波长的区域，增加紫外光辐射量吸收，提高光引发活性，从而碳粉提高固化效率，缩短固化时间。

3、本发明采用超声辅助磁粒研磨和超微粉碎，能够提高碳粉颗粒的均匀度和精细度，减少物质之间的团聚，提高整体的流动性。

4、本发明通过制备出紫外固化碳粉，能够减少打印机中加热设备的使用，从而节省能耗，降低生产成本。

5、本发明使用松香基型UV固化树脂，使碳粉具备良好的综合性能，有利于碳粉的应用。

附图说明

图1为本发明实施例所采用的打印机UV固化的碳粉的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1:一种打印机UV固化的碳粉的制备方法，如图1所示，由以下步骤组成：混炼和挤塑，粉碎和分级，改性和过筛；

混炼和挤塑步骤为：将UV固化树脂、复合引发剂、炭黑、荷电控制剂和增塑剂按质量比为75:5:8:3:2投入到混炼机中，于100℃下混炼3min，制成混合料；将混合料投入挤塑机中，在100℃下挤出成型，冷却至40℃，得混合片状碎片；

复合引发剂包括阳离子引发剂和自由基引发剂，阳离子引发剂为常州强力电子新材料有限公司销售的PAG202芳茂铁盐类阳离子光引发剂和深圳市优阳科技有限公司销售的261芳基鎓盐类阳离子光引发剂按质量比1：1配比的混合物，自由基引发剂为天津久日化学股份有限公司销售的184型1-羟基环己基苯基甲酮，阳离子引发剂和自由基引发剂的质量比为3:1。

粉碎和分级步骤为：采用超声辅助磁粒研磨加工，将混合片状碎片研磨成粒径为30μm的粗碎粉，加工过程中，磁极头旋转研磨混合片状碎片，超声波的轴向高频机械振动带动研磨介质冲击磁极头表面，每隔5min添加2mL研磨液，每隔10min更换一次研磨介质，加工总时长20min，将粗碎粉真空冷冻干燥后和2质量份磁性氧化铁投入到超微粉碎机中，进行超微粉碎，并用5500r/min的分级机进行分级，用捕集器处理，得粒径为5μm的碎粉半成品；

超声辅助磁粒研磨加工使用的磁极头为钕铁硼永磁体，研磨介质为铁粉和三氧化二铝粉末按质量比2∶1烧结而成。

改性和过筛步骤为：将硅粒和表面改性剂按质量比1:8混合，于70℃搅拌10min得改性硅粒，加入到碎粉半成品中混合均匀，表面改性剂为硬脂酸或硅烷偶联剂，改性硅粒用量为碎粉半成品质量的7%，得混合物料，将混合物料过200目筛分，得打印机UV固化碳粉。

UV固化树脂的制备步骤为：

将5质量份经干燥的双马来海松酸双酰胺酸用50体积份N，N-二甲基甲酰胺溶解，加入0.15质量份催化剂四丁基溴化铵，将1.55质量份甲基丙烯酸缩水甘油酯和0.02质量份4-甲氧基酚溶于50体积份N，N-二甲基甲酰胺中，室温下投入到反应瓶中，升温至100℃进行酯化开环反应4h，反应结束后冷却至室温，过滤并将滤液倒入蒸馏水中，析出粘稠状物体，静置除去上层清液后真空40℃烘干，将烘干后的样品用少量乙酸乙酯溶解后以体积比1：8倒入正己烷中析出产物，重复处理两次，将产物真空40℃烘干，得UV固化树脂。

将制备得到的打印机UV固化碳粉用激光打印机打印在纸上，紫外光源选用2kW高压汞灯，波长365nm或402nm，定影过程将纸张置于紫外光源下辐照固化。

实施例2:一种打印机UV固化的碳粉的制备方法，如图1所示，由以下步骤组成：混炼和挤塑，粉碎和分级，改性和过筛；

混炼和挤塑步骤为：将UV固化树脂、复合引发剂、炭黑、荷电控制剂和增塑剂按质量比为80:6:9:4:2.5投入到混炼机中，于100℃下混炼3min，制成混合料；将混合料投入挤塑机中，在100℃下挤出成型，冷却至40℃，得混合片状碎片；

复合引发剂包括阳离子引发剂和自由基引发剂，阳离子引发剂为常州强力电子新材料有限公司销售的PAG202芳茂铁盐类阳离子光引发剂和深圳市优阳科技有限公司销售的261芳基鎓盐类阳离子光引发剂按质量比1：1配比的混合物，自由基引发剂为天津久日化学股份有限公司销售的184型1-羟基环己基苯基甲酮，阳离子引发剂和自由基引发剂的质量比为3:1。

粉碎和分级步骤为：采用超声辅助磁粒研磨加工，将混合片状碎片研磨成粒径为30μm的粗碎粉，加工过程中，磁极头旋转研磨混合片状碎片，超声波的轴向高频机械振动带动研磨介质冲击磁极头表面，每隔5min添加2mL研磨液，每隔10min更换一次研磨介质，加工总时长20min，将粗碎粉真空冷冻干燥后和3质量份磁性氧化铁投入到超微粉碎机中，进行超微粉碎，并用5500r/min的分级机进行分级，用捕集器处理，得粒径为5μm的碎粉半成品；

超声辅助磁粒研磨加工使用的磁极头为钕铁硼永磁体，研磨介质为铁粉和三氧化二铝粉末按质量比2∶1烧结而成。

改性和过筛步骤为：将硅粒和表面改性剂按质量比1:9混合，于70℃搅拌10min得改性硅粒，加入到碎粉半成品中混合均匀，表面改性剂为硬脂酸或硅烷偶联剂，改性硅粒用量为碎粉半成品质量的8%，得混合物料，将混合物料过200目筛分，得打印机UV固化碳粉。

UV固化树脂的制备步骤为：

将6质量份经干燥的双马来海松酸双酰胺酸用60体积份N，N-二甲基甲酰胺溶解，加入0.18质量份催化剂四丁基溴化铵，将1.65质量份甲基丙烯酸缩水甘油酯和0.03质量份4-甲氧基酚溶于60体积份N，N-二甲基甲酰胺中，室温下投入到反应瓶中，升温至100℃进行酯化开环反应4h，反应结束后冷却至室温，过滤并将滤液倒入蒸馏水中，析出粘稠状物体，静置除去上层清液后真空40℃烘干，将烘干后的样品用少量乙酸乙酯溶解后以体积比1：9倒入正己烷中析出产物，重复处理两次，将产物真空40℃烘干，得UV固化树脂。

将制备得到的打印机UV固化碳粉用激光打印机打印在纸上，紫外光源选用2kW高压汞灯，波长365nm或402nm，定影过程将纸张置于紫外光源下辐照固化。

实施例3:一种打印机UV固化的碳粉的制备方法，如图1所示，由以下步骤组成：混炼和挤塑，粉碎和分级，改性和过筛；

混炼和挤塑步骤为：将UV固化树脂、复合引发剂、炭黑、荷电控制剂和增塑剂按质量比为75:5:8:3:2投入到混炼机中，于110℃下混炼4min，制成混合料；将混合料投入挤塑机中，在110℃下挤出成型，冷却至42℃，得混合片状碎片；

复合引发剂包括阳离子引发剂和自由基引发剂，阳离子引发剂为常州强力电子新材料有限公司销售的PAG202芳茂铁盐类阳离子光引发剂和深圳市优阳科技有限公司销售的261芳基鎓盐类阳离子光引发剂按质量比1：1配比的混合物，自由基引发剂为天津久日化学股份有限公司销售的184型1-羟基环己基苯基甲酮，阳离子引发剂和自由基引发剂的质量比为3:1。

粉碎和分级步骤为：采用超声辅助磁粒研磨加工，将混合片状碎片研磨成粒径为33μm的粗碎粉，加工过程中，磁极头旋转研磨混合片状碎片，超声波的轴向高频机械振动带动研磨介质冲击磁极头表面，每隔7min添加3mL研磨液，每隔12min更换一次研磨介质，加工总时长25min，将粗碎粉真空冷冻干燥后和2质量份磁性氧化铁投入到超微粉碎机中，进行超微粉碎，并用5700r/min的分级机进行分级，用捕集器处理，得粒径为7μm的碎粉半成品；

超声辅助磁粒研磨加工使用的磁极头为钕铁硼永磁体，研磨介质为铁粉和三氧化二铝粉末按质量比2∶1烧结而成。

改性和过筛步骤为：将硅粒和表面改性剂按质量比1:8混合，于75℃搅拌15min得改性硅粒，加入到碎粉半成品中混合均匀，表面改性剂为硬脂酸或硅烷偶联剂，改性硅粒用量为碎粉半成品质量的7%，得混合物料，将混合物料过220目筛分，得打印机UV固化碳粉。

UV固化树脂的制备步骤为：

将5质量份经干燥的双马来海松酸双酰胺酸用50体积份N，N-二甲基甲酰胺溶解，加入0.15质量份催化剂四丁基溴化铵，将1.55质量份甲基丙烯酸缩水甘油酯和0.02质量份4-甲氧基酚溶于50体积份N，N-二甲基甲酰胺中，室温下投入到反应瓶中，升温至105℃进行酯化开环反应4.5h，反应结束后冷却至室温，过滤并将滤液倒入蒸馏水中，析出粘稠状物体，静置除去上层清液后真空45℃烘干，将烘干后的样品用少量乙酸乙酯溶解后以体积比1：8倒入正己烷中析出产物，重复处理两次，将产物真空45℃烘干，得UV固化树脂。

将制备得到的打印机UV固化碳粉用激光打印机打印在纸上，紫外光源选用2kW高压汞灯，波长365nm或402nm，定影过程将纸张置于紫外光源下辐照固化。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。