采用超临界流体溶喷技术制造墨粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用超临界流体溶喷技术制造墨粉的方法，依次包括以下步骤：（Ａ）以常规生产墨粉的方法进行配料，并加入溶解釜中；（Ｂ）向溶解釜中持续加入二氧化碳，并对釜体加温，使二氧化碳成超临界状态，并使步骤Ａ中的溶质充分溶解；（Ｃ）使溶液在喷雾器中喷出，生成墨粉；（Ｄ）用二氧化硅包覆墨粉粒子。采用本发明专利技术的方法制造的墨粉粒度均匀、无表面污染。本方法可简化生产工序，提高墨粉的生产效率，降低能耗，而且无污染环境的废水排放，因此可带来显著的技术效果和可观的经济效益，且在生产过程无需排放废气、废液，是优良的环保生产工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种墨粉的制造方法。
技术介绍
目前用于静电复印机和激光打印机的显像墨粉(TONER)多为机械法制造的，通常是通过对组分原料的混合、混炼、粉碎、分级和对粉体粒子的表面用疏水型二氧化硅包覆等工艺进行制造，这类产品占墨粉市场的95％以上，是墨粉制造业的主流产品。由于其存在工艺复杂，混炼、粉碎时耗能大等原因，造成生产成本高，尤其是对印刷业推广应用固态墨粉取代液态油墨带来不利。此外，已有采用化学聚合法生产的墨粉上市，例如日本兄弟公司制造的单组份非磁性墨粉就是采用聚合法生产的典型产品。它的特点是，用悬浮或乳液聚合法，把生成热熔性树脂的单体与着色剂、电荷控制剂等在反应釜中聚合成墨粉粒子，通过洗涤、干燥、分级等工艺而制成的产品。采用该方法生产的墨粉粒子，粒度均匀成球形，具有流动性好的优点。但依此方法生产墨粉，需要大量的洁净水对聚合粉体进行洗涤，通常生产一吨墨粉耗水多达近百吨，而且也消耗大量的热能用于洗涤粉体的干燥。目前此类墨粉产品市场占有率不足5％。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种安全、环保、耗能小、生产成本低的制造墨粉的方法。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了以下技术方案，依次包括以下步骤(A)以常规生产墨粉的方法进行配料，并加入溶解釜中；(B)向溶解釜中持续加入二氧化碳，并对釜体加温，使二氧化碳成超临界状态，并使步骤A中的溶质充分溶解；(C)使溶液在喷雾器中喷出，生成墨粉；(D)用二氧化硅包覆墨粉粒子。步骤C得到的墨粉经筛选分离得到粒径在6~10微米的墨粉粒子。所述的常规生产墨粉的配料包括热熔性树脂，颜料或染料，电荷控制剂，磁性粉，及提携剂。本专利技术的生产墨粉的配料还可以是废弃的黑色或彩色墨粉，热熔性树脂，颜料或染料，及电荷控制剂。进一步地，所述热熔性树脂选择玻璃化温度＞55℃，粘流温度在105~170℃的的高分子热熔性树脂，如聚乙烯聚脂树脂、苯乙烯-丙烯酸脂共聚物。所述热熔性树脂还可以在本专利技术的生产过程中聚合生成，如以甲基丙烯酸脂及苯乙烯为单体，偶氮二异丁腈为引发剂，在65℃、204Pa的超临界二氧化碳中选1，1-二氢全氟代辛基丙烯酸与苯乙烯的嵌段共聚物为分散剂在溶解釜中聚合生成。所述提携剂选用挥发度介于超临界溶剂和被溶树脂间的溶剂，如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸、乙腈、磷酸三丁脂。在超临界状态下，CO2流体兼有气液两相的双重特点，既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相近的密度和物质良好的溶解能力，对有机材料具有强溶解性能。本专利技术正是利用了这一特性，以CO2超临界流体作溶剂，将用于制造墨粉的树脂、颜料及电荷控制剂等全部或部分溶解在CO2超临界流体中，并搅拌使未溶部分均匀悬浮在含有溶质的超临界流体中，然后用瞬间喷雾方法获得墨粉粒子。依此方法制造的墨粉，形貌近似于球形，具粒度均匀、无表面污染。依此方法生产墨粉，按已实现工业化的粉末涂料的生产经验，每釜可产出10吨左右的产品，可大大提高墨粉的生产效率。与机械法相比，由于省去了混炼、微粉碎等高耗能工艺，使能耗大大降低，且二氧化碳和过粗过细的墨粉还可回收循环使用，使物耗下降。与刚刚兴起的化学聚合法制造墨粉的工艺相比，本专利技术无需干燥除水工艺，不仅使能耗下降，而且无污染环境的废水排放。本法与传统的机械法及化学聚合法相比，具有生产效率高、能耗小、物耗低等优点，因此可带来显著的技术效果和可观的经济效益，且在生产过程无需排放废气、废液，是优良的环保生产工艺。附图说明图1是本专利技术工艺原理图。图2是本专利技术工艺流程图。具体实施例方式实施例一如图1、图2所示(A)按传统生产墨粉的成分组成在配料系统1中，对于单组份绝缘性黑色及彩色墨粉按照以下质量比例配比热熔性树脂100份、颜料或染料5~120份、电荷控制剂2~6份、提携剂为二氧化碳溶剂质量的0~5％配好待用；如果选用废弃黑色或彩色墨粉做原料进行再生利用，应将筛选过的可利用的墨粉100份，再加热熔性树脂0~20份，颜料或染料0~30份，电荷控制剂0~4份待用。将上述配好的料可预先加入溶解釜3中，再加入二氧化碳并把釜中空气排出。作为单组份磁性绝缘性墨粉的着色填加剂的磁性粉粒度一般控制在0.1~0.3微米，电荷控制剂粉体粒度应在1.5微米以下，其他着色剂粒度也应在1~2微米以下，如果选择能溶于二氧化碳超临界流体的有机颜料或染料，着色效果更佳。(B)加压泵2持续地把二氧化碳从二氧化碳储罐6中泵入溶解釜3中，同时用温水，通入夹套对釜体加温，当釜内温度达到31.1℃以上，压力达到P≥7.25Mpa之后，程序升温至55℃以上，继续加压至16.3Mpa以上的某一适当超临界态，在溶解釜内温度压力达到要求时，二氧化碳应呈超临界流体态。此时开始启动搅拌电机，使搅拌叶转速逐渐升高，直到溶液中高位粘度与低位粘度相同，保持相当一段时间让溶质充分溶解，颜料及电荷控制剂均匀悬浮在溶液中。在树脂溶解过程中，即使有的组分成分不能溶于超临界流体中，例如铁黑或其他颜料，但通过调整搅拌速度也可使其悬浮在含有溶质的溶液中。(C)在溶质充分溶解之后，启动喷雾器5，携带溶质及颜料的溶液从喷嘴喷到压力小于Pc的容器时，二氧化碳与溶质分离，二氧化碳回复到气态，溶质则生成球形固态粉末。调整溶解釜3与喷雾室4之间的压力差及雾化器喷嘴结构，控制墨粉粒度，使墨粉粒度按产品要求保持在6~10微米左右。采用分级机7把粒径大于12微米、小于4微米的墨粉粒子分离出去。这些被分离出去的过粗或过细粒子，经旋风分离器8、集尘器9的收集可重新作为溶质使用。(D)再将这些粉末用特定的疏水型二氧化硅进行表面包覆，可得到最终的墨粉产品。(E)在完成整喷雾造粒之后，启动排料阀，把渣料排出，此时应保持喷雾仓内稍大于一个大气压，防止空气进入系统。然后进行新一轮的操作。实施例二本实施例与实施例1不同之处在于步骤A中，构成墨粉主要成分的起粘接作用的热熔性有机树脂不是以配料形式直接加入配料系统1中，而是在溶解釜内合成的。在溶解釜中以二氧化碳超临界流体作为热熔性树脂聚合反应的介质，通过控制二氧化碳超临界流体的压力及温度，可以实现苯乙烯-丙烯酸脂共聚物的分散聚合及聚脂树脂的合成。最为常用的苯乙烯-丙烯酸脂共聚物可参照Desimone的工作经验以甲基丙烯酸脂及苯乙烯为单体，偶氮二异丁腈为引发剂，在65℃、204Pa的超临界二氧化碳中可选1，1-二氢全氟代辛基丙烯酸与苯乙烯的嵌段共聚物为分散剂实现聚合。其原理在于二氧化碳分子很稳定，在超临界二氧化碳介质中进行聚合反应不会由于二氧化碳引起链转移现象，而且超临界二氧化碳在一定温度下，压力越大越能溶解高分子聚合物。因此在某一特定压力下，产物分子量小于某一设定值时，能溶解在介质中继续反应，当达到设定值时会终止链增长，从而获得设定分子量窄分布的产品。然后调整反应釜温度与压力到新的状态，使聚合物只能溶解在二氧化碳超临界流体中，而不会继续聚合反应。再把决定墨粉特性的除热熔树脂之外的其他组分，磁性粉、着色剂、电荷控制剂及提携剂等加入到带有搅拌的溶解釜中。通过控制温度T和压力P使被溶解的有机化合物处于溶解态，然后按本专利技术方法之一所述的制造墨粉的方法完成墨粉产品的制造。对于特定的有机化合物，当二氧化碳处于超临界之后，改变P可调节有机物的溶解度。如果需要修补有机物的分子量(本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用超临界流体溶喷技术制造墨粉的方法，依次包括以下步骤：（Ａ）以常规生产墨粉的方法进行配料，并加入溶解釜中；（Ｂ）向溶解釜中持续加入二氧化碳，并对釜体加温，使二氧化碳成超临界状态，并使步骤Ａ中的溶质充分溶解；（Ｃ）使 溶液在喷雾器中喷出，生成墨粉；（Ｄ）用二氧化硅包覆墨粉粒子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树果，刘漫丹，刘漫青，
申请(专利权)人：刘树果，刘漫丹，刘漫青，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]