CN103105751B - 核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，包括下述步骤：1）分别制备含有一定量极性树脂、构成墨粉软核树脂的单体油相和水性分散液；2）将上述单体油相加入至水性分散液中，高速剪切悬浮造粒后转移至反应器中，进行第一次升温聚合反应，得到软核硬壳结构墨粉粒子；3）以软核硬壳结构墨粉粒子作核层，加入阳离子单体组份，通过水溶性引发剂进行第二次聚合反应，得到外表面均布有密集电荷表层的软核硬壳墨粉粒子；4）将上述产物清洗、过滤，充分干燥后外添加二氧化硅即可。本发明利用极性树脂及阳离子单体组份特性，可得到均匀布有密集电荷的壳层，从而提高了墨粉粒子的表面带电均匀性，并使其兼有良好的低温定影性和环境稳定性。
Description
【技术领域】
本发明涉及墨粉制造领域，具体涉及通过悬浮聚合工艺制备用于静电荷图像显影的化学墨粉的方法。
【背景技术】
墨粉是一种用于激光打印机或复印件中的显影剂材料。打印机的运作原理大致概括如下：恒定的电流经充电辊给感光鼓表面均匀充电；均匀布电的感光鼓表面经激光束曝光、放电后形成静电潜像；显影辊表面的墨粉经刮刀摩擦而带电，在电位差作用下吸附在感光鼓表面将静电潜像显影转译形成影像；受到转印辊相反电荷的吸引，感光鼓表面的影像转移到纸上；墨粉形成的影像经过加热辊和压力辊的热熔、加压作用固定到纸张表面，从而得到打印图像。
从打印机工作运行过程来看，墨粉粒子表面均匀和稳定的带电性能对于得到打印效果理想的图像发挥着至关重要的作用和影响。当然，墨粉还需具有其他一些必要的性能，例如优良的转印性、低温定影性和环境稳定性。球形度好的墨粉具有很高的转印效率，能够很容易的从感光鼓转印到纸上，减少或避免墨粉在感光鼓上的残留。
传统机械碎墨粉是通过将树脂、CCA、颜料和蜡等通过熔融共混、粉碎并分级得到的。墨粉粒子形状不规则，经刮刀摩擦后因表面压力不同而带电不均。而且，粉碎过程导致部分CCA颗粒很容易剥落，同样导致墨粉带电不均匀，电荷分布很宽。此外，粉碎墨粉对低温定影性和环境储存稳定性因工艺限制而难以同时满足。
悬浮聚合墨粉是将CCA和蜡、颜料等组份一起均匀的分散在单体中，通过高速剪切造粒后进行聚合得到的。墨粉粒子中的CCA分散更均匀，粒子的球形度更好，从而具有更好的电荷分布均匀性和转印效率。但是加入的电荷控制剂大部分分布在墨粉粒子的中心区域内。由于墨粉的带电是通过刮刀和位于墨粉表面的CCA之间的摩擦产生的，分布在墨粉粒子中心区的CCA没有参与墨粉的摩擦带电，因而需要开发有效的方法提高墨粉表面的电荷密度。
中国专利局公开的专利文献CN101473274提供了一种通过壳单体组份聚合反应形成的聚合物将电荷控制剂包覆在悬浮聚合法制备的墨粉核粒子表面，进而形成一个电荷控剂密集分布的刚性薄壳层的核壳墨粉。但该方法会存在CCA与壳树脂的相容性不好而产生大量CCA游离的问题。
专利文献CN101727031提供了一种将含有反应性官能团的反应性阴离子表面活性剂加入至水性分散剂中，通过聚合的方式接枝于墨粉粒子表面，得到了表面电荷密度高的聚合墨粉。该方法加入的反应性阴离子表面活性剂，使用量过高时会导致悬浮体系中产生过细的粒子，对打印图像产生背景污染，并且表面活性剂较高的亲水性影响墨粉粒子后期清洗、后处理等过程。
专利文献CN1707366也提供了一种在墨粉核粒子表面聚合含有胺或铵盐的单体、或者被含有胺或铵盐的聚合物微粒盐析、熔融粘结，得到电荷密集表层的带正电的核壳结构墨粉。该方法所制备的墨粉核粒子基本不带电，墨粉粒子带电性能主要通过粒子表面层实现。然而，由于受粒子表层包覆效率的影响，体系易产生带电性能差甚至不带电粒子，进而导致打印效果不佳。
另一方面，在较多悬浮聚合墨粉专利文献中提供了通过壳层包覆的方式来提高墨粉粒子的环境稳定性和低温定影性间的平衡性，但是壳层的包覆必然导致部分墨粉核粒子表面CCA被覆盖，从而使墨粉粒子表面带电不均匀，反而降低了悬浮法墨粉表面均匀带电的特点。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术缺陷，提供一种核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，可使墨粉粒子在具有均匀、稳定的带电性的同时，兼具良好的低温定影性和环境稳定性。
本发明提供的具核壳结构的悬浮聚合墨粉制备方法，包括下述步骤：
(1)分别制备含有极性树脂、构成墨粉软核树脂的单体油相和用于分散该单体油相的水性分散液，所述单体油相是由构成软核树脂核层的、其玻璃化转变温度Tg为30‐80℃的单乙烯基单体以及脱模剂、电荷控制剂、着色剂、交联剂、链转移剂、引发剂和玻璃化转变温度Tg为60‐130℃的极性树脂按比例均匀混合制备而成，其中构成核层的所述单乙烯基单体和壳层的所述极性树脂的玻璃化转变温度Tg之差高于20℃，所述极性树脂的用量为所述单乙烯基单体重量的5‐30wt％，所述脱模剂用量为所述单乙烯基单体重量的1‐30wt％，所述电荷控制剂的用量为所述单乙烯基单体重量的0.1‐5wt％，所述着色剂用量为所述单乙烯基单体重量的1‐30wt％，所述交联剂用量为所述单乙烯基单体重量的0.1‐10wt％，所述链转移剂用量为所述单乙烯基单体重量的0.01‐10wt％，所述引发剂用量为所述单乙烯基单体重量的0.5‐20wt％；
(2)将上述单体油相加入至水性分散液中，在高速剪切悬浮造粒后，将悬浮造粒后的油滴分散液转移至聚合反应器中，保持搅拌转速100‐1000rpm使分散液滴悬浮分散，通入氮气除氧后，升温至60‐95℃的反应温度，聚合2‐20小时后，反应过程终止，得到软核硬壳结构墨粉粒子；
(3)以上述软核硬壳结构墨粉粒子作为核层，加入阳离子单体组份，加入水溶性引发剂进行第二次聚合反应，使软核硬壳结构墨粉粒子外表面得到均布有密集电荷的表层，其中所述阳离子单体组份包括阳离子单体和玻璃化转变温度Tg高于80℃的高Tg单乙烯基单体；
(4)将第二次聚合反应后的产物清洗、过滤，充分干燥后外添加二氧化硅即得到体积平均粒径为5-10μm的核壳结构的悬浮聚合墨粉。
本发明提供的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，利用阳离子单体在适当水分存在时通过电离作用表现出较强且稳定的正电的特性，先将含有一定量极性树脂的单体油相和水性分散液分别制备完成，通过高速剪切分散的方式制备粒径均匀的油滴粒子，反应完全后得软核硬壳的墨粉粒子，再通过加入阳离子单体组份反应得到均匀布有密集电荷的壳层，从而提高了墨粉粒子的表面带电均匀性，并使其兼有良好的低温定影性和环境稳定性。本发明提供的制备方法可获得具有较佳的低温定影性和环境稳定性的悬浮聚合墨粉，并提高了墨粉的带电性能。在激光成像设备中使用时转印效率高，感光鼓表面无污染，图像浓度高，具有优异的成像特性、低温定影性和转印性，能够满足高速打印时低温定影的需求，应用前景广泛。
【附图说明】
图1为本发明工艺流程图；
图2为制备的具有正电荷核壳结构的悬浮聚合墨粉粒子结构示意图。
具体实施方式
为实现本发明目的，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例，仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1、图2，本发明提供了一种核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，包括下述步骤：
(1)分别制备含有一定量极性树脂、构成墨粉软核树脂的单体油相和用于分散该单体油相的水性分散液；
(2)将上述单体油相加入至水性分散液中，在高速剪切悬浮造粒后，转移至反应器中，进行第一次升温聚合反应，得到软核硬壳结构墨粉粒子；
(3)以上述软核硬壳结构墨粉粒子作为核层，加入阳离子单体组份，加入水溶性引发剂进行第二次聚合反应，使软核硬壳结构墨粉粒子外表面得到均布有密集电荷的表层；
(4)将第二次聚合反应后的产物清洗、过滤，充分干燥后外添加二氧化硅即得到体积平均粒径为5-10μm的核壳结构的悬浮聚合墨粉。
上述制备方法中，在构成墨粉软核树脂的单体油相中加入含有一定量极性树脂，与水性分散液混合后，经高速剪切、聚合后，可获得具有良好显影性能和环境稳定性的软核硬壳的墨粉粒子，利用阳离子单体在适当水分存在时的电离作用表现出较强且稳定的正电的特性，再通过加入阳离子单体组份进行第二次聚合反应，以得到均匀布有密集电荷的壳层，从而提高了墨粉粒子的表面带电均匀性，并使其兼有良好的低温定影性和环境稳定性。
下面对上述步骤中各工艺详细描述。
1.单体油相制备工艺(构成墨粉软核粒子组份)：
组成本发明墨粉软核粒子的组分包括粘结剂树脂、电荷控制剂、着色剂、脱模剂和一定量极性树脂。其中粘结剂树脂主要为单乙烯基单体的均聚物或共聚物，通过对交联剂、链转移剂用量的合理控制和调整可实现对粘结剂树脂分子量大小和分布的良好调节。
单体油相制备工艺是将构成软核树脂核层的单乙烯基单体、交联剂、链转移剂、电荷控制剂、着色剂、脱模剂、极性树脂和引发剂等按一定比例均匀混合制备单体油相。
具体地，所述核层单乙烯基单体包括选自下述至少一种材料：苯乙烯、甲基苯乙烯、乙烯基甲苯等芳香乙烯基单体；乙烯、丙烯等单烯烃单体；丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等丙烯酸及其衍生物系列单体。在核壳型粒子的情况下，构成核层的聚合物的玻璃化转变温度(Tg)优选为30-80℃，更优选为40-60℃，Tg过高则将导致最低定影温度变高，难以满足低温定影的要求。
具体地，所述交联剂主要是含有至少两个的不饱和乙烯基团的单体。交联剂与单乙烯基单体一起使用能有效改善墨粉的抗高温偏移性能。本发明交联剂选自下述至少一种材料：二乙烯基苯、异戊二烯、1,3-丁二烯、二乙烯基醚、二乙烯砜、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯等。所述交联剂用量占核层单乙烯基单体重量的0.1-10wt％。
链转移剂能够有效调节树脂的分子量。所述链转移剂与单乙烯基单体一起使用能改善墨粉的定影牢固性。本发明链转移剂选自下述至少一种材料：正十二硫醇、叔十二硫醇、四氯化碳、四溴化碳等。所述链转移剂用量一般为核层单乙烯基单体重量的0.01-10wt％，优选0.1-5wt％，用量过高可能使墨粉抗高温偏移性和储存性下降，用量过低时对定影效果改善不明显。
本发明主要通过正电荷控制剂给墨粉核粒子提供理想的带电量，可以使用各种公知的带正电控制剂。本发明带正电控制剂选自下述电荷控制剂中的至少一种：CCA1(中央合成化学株式会社)，CCA2(中央合成化学株式会)，CCA3(中央合成化学株式会社)，CCA501(中央合成化学株式会社)，TP-415(保土谷化学工业株式会社)，TP-302(保土谷化学工业株式会社)，FCA-201-PS(腾仓化成株式会社)，FCA-207-P(腾仓化成株式会社)等。树脂型电荷控制剂能够在单体相中均匀分散、溶解，正电荷树脂电荷控制剂为本发明中悬浮墨粉制备的优选。电荷控制剂的用量一般为核层单乙烯基核单体重量的0.1-5wt％，优选0.5-4wt％。
本发明使用的脱模剂选自下述蜡中的至少一种：聚乙烯蜡(PE蜡)、聚丙烯蜡(PP蜡)等聚烯烃蜡类；米糠蜡、巴西棕榈蜡、小烛树蜡、褐煤蜡等天然蜡类；季戊四醇四硬脂酸酯、季戊四醇四山嵛酸酯、二季戊四醇六棕榈酸酯、二季戊四醇六肉豆蔻酸酯或二季戊四醇六月桂酸酯等油脂合成蜡类。优选低分子量聚乙烯蜡、聚丙烯蜡及羟值小于10mgKOH/g、酸值小于2mgKOH/g的油脂合成蜡。蜡熔点范围为50-100℃，优选60-80℃；蜡用量一般为核层单乙烯基单体重量的1-30wt％，优选2-15wt％。
本发明着色剂选自黑色、黄色、青色、品红色颜料中的至少一种材料：黑色颜料没有限制，可选自炭黑、苯胺黑、各色颜料及混合物等，主要选自一次粒径20-40nm的色素炭黑，如MA-100(三菱化学株式会社)、#44(三菱化学株式会社)、#52(三菱化学株式会社)、MA7(三菱化学株式会社)、REGAL300R(卡博特公司)、REGAL330R(卡博特公司)、REGAL400R(卡博特公司)、MOGUL L(卡博特公司)；青色颜料主要选自铜酞菁化合物及其衍生物，如C.I.Pigment Blue15、15:1、15:2、15:3和15:4等；品红颜料主要选自偶氮系颜料，如C.I.Pigment Red31、48、58、63、68、112、114、122、146、150、163、187和206等；黄色颜料主要选自偶氮系颜料，如C.I.PigmentYellow3、12、17、65、74、83、97、155、181和185等。上述着色剂用量一般为核层单乙烯基单体重量的1-30wt％，优选1-15wt％。
本发明中极性树脂是指包含有酯键、酰胺键、醚键、氨基甲酸酯键或亚胺键等极性键结构的树脂长链，通过缩聚、加聚或均聚、共聚等反应形成。其中缩聚物如聚酯、聚酰胺等，加聚物如聚醚、聚亚胺等，共聚物如苯乙烯或乙烯与丙烯酸酯类单体的共聚物等。当通过加入极性树脂至单体组合物中进行聚合反应时，极性树脂趋于向水性分散介质中液滴的表面层迁移，因此随着聚合反应的进行，极性树脂易于均匀地分布至颗粒的表面部分，这样可使调色剂颗粒具有均匀的表面状态和均匀的表面。
在本发明中，为了提高极性树脂与核树脂的相容性，优选与核树脂具有相同组成的树脂，例如：腈基单体、含卤素单体、不饱和羧酸单体、硝基单体等的均聚物；或任意上述单体与苯乙烯单体或不饱和羧酸酯单体的聚合物、环氧树脂或聚酯等。通过适当的选择和使用饱和或不饱和极性树脂，可获得具有良好的显影性能和环境稳定性的聚合墨粉。
为了在不影响低温定影的前提下提高调色剂的储存稳定性，一般构成壳层的极性树脂的Tg为60-130℃，优选80-120℃。构成核层和壳层的树脂的Tg之差应高于20℃，优选为30℃以上。若差值小于该值，则环境稳定性和定影性的平衡将降低。所述极性树脂的重均分子量在6000-250000，用量为核层单乙烯基单体重量的5-30wt％。
本发明单体油相中使用的引发剂为油溶性引发剂。这是因为油性引发剂能够很好在软性核树脂单体中溶解，这样能够均匀分布到每个油滴粒子内，聚合反应得到的软性墨粉核粒子之间的树脂分子量大小和分布几乎没有差异。悬浮聚合所使用油溶性引发剂选自下述其中至少一种的材料：偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异丁酸二甲酯等偶氮类引发剂；过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二月桂酰(LPO)、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二乙基乙酸叔丁酯或过氧化异丁酸叔丁酯等过氧化类引发剂。所述引发剂用量一般为核层单乙烯基单体重量的0.5-20wt％，优选1-10wt％。
本发明中单体油相制备通过研磨分散设备完成，从而实现炭黑的良好分散和各种物料组份的均匀混合。研磨设备可选自任何适合型号的卧式或篮式砂磨机。
2.水性分散液制备工艺：
水性分散液的制备主要采用悬浮分散剂，悬浮分散剂可选用硫酸钡、硫酸钙、磷酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸镁、碳酸钙、氧化铝、氧化钛、聚乙烯醇、明胶或甲基纤维素等中的至少一种材料。优选含有难溶于水的无机氢氧化镁胶体的分散稳定剂，能够获得较窄的聚合物粒子粒径分布，加酸进行清洗后残留性较低。悬浮分散剂用量占核层单乙烯基单体组份的0.1-20wt％。
具体地，氢氧化镁胶体制备工艺包括用去离子水分别配置氯化镁溶液和氢氧化钠溶液，将氯化镁溶液(浓度5％-20％)缓慢加入氢氧化钠溶液(浓度0.5％-10％)中，用Ultratalax T50(由IKA公司制造)高速剪切0.1-2h，之后超声分散熟化2-6h去除高速剪切分散制备的氢氧化镁胶体中仍存在少量的大胶块。超声熟化作用不仅具有粉碎作用，使体系内残存的大胶块破碎；同时还可以有效阻止氢键的形成，进而避免纳米氢氧化镁间的团聚现象。本发明实施例中制备的氢氧化镁粒径D90(个数粒径分布的90％累积值)小于1.0μm。
3.悬浮造粒工艺：
将单体油相制备工艺中制备的墨粉核粒子悬浮分散至水性分散液中，(按1:2-1:8的油水比搅拌共混)，形成含有着色剂、脱模剂、电荷控制剂、链转移剂、极性树脂等的油滴粒子，然后通过高速乳化剂或高剪切乳化泵对油水混合液悬浮剪切造粒，油滴粒径分布范围为1-20μm，优选5-15μm，悬浮造粒温度优选20-60℃。
上述制备过程中，分散液用量过少，分散体系不稳定，油滴粒子间容易出现聚并，导致粒径分布变宽；分散液用量过高，在高速剪切时容易产生大量过细的乳胶粒子，打印时容易造成背景污染。本发明中水性分散液的浓度优选0.5-5wt％，使用量占单体油相的1％-20wt％。
上述制备过程中，用于形成油滴粒子的分散设备可以使用选自间歇式UltratalaxT50高速乳化分散机(IKA公司制造)、Clearmix CLM-0.8S(M-Technique公司制造)、DE-100L(南通克莱尔混合设备有限公司制造)；连续式DRS2000(IKA公司制造)、高速三级乳化泵(上海依肯设备有限公司制造)等的至少一种强力搅拌装置进行。为进一步控制小粒径油滴粒子的产生，优选使用连续式DRS2000或高速三级乳化泵对油水分散体系进行一次剪切过程得到悬浮液滴，悬浮剪切造粒使用转速范围为6000-25000rpm，高速剪切线速度范围为15-40m/s，通过控制剪切转速满足墨粉粒子粒径分布要求。
4.聚合、包壳工艺：
将悬浮造粒后的油滴分散液转移至聚合反应器中，保持搅拌转速100-1000rpm(优选100-300rpm)使分散液滴悬浮分散，通入氮气除氧后，升温至预定反应温度，持续一定时间的进行第一次聚合后，得到墨粉核粒子的水分散液。具体地，聚合温度优选60-95℃，聚合时间2-20小时，优选4-15小时。
然后，本发明以上述墨粉核粒子作为核层，在其外层通过原位聚合法制备均匀分别的密集电荷表层。具体工艺中，实现均匀带电表层所使用的阳离子单体可选自任何公知的单乙烯基或双官能团等至少含一个不饱和双键的阳离子单体，如二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸二乙氨基乙酯、4-二甲基氨基苯乙烯等至少一种材料，阳离子单体用量一般为核层单乙烯基单体用量的0.1-2wt％。为了提高带电层与墨粉粒子相容性和包覆率，优选与阳离子单体同时加入形成Tg高于70℃的聚合物的共聚单体，例如，苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等。高Tg单体用量为核层单乙烯基单体用量的0.1-10wt％。
将上述高Tg壳层单体和阳离子预混合，可在水溶性引发剂的作用下通过第二次聚合反应，制备得到高Tg和具有均布的密集电荷表层的核壳结构悬浮聚合墨粉。水溶性引发剂的自由基容易移动至刚性壳层单体吸附的墨粉软核粒子表面附近，这样，容易得到具有核壳结构的墨粉粒子。带电表层的平均厚度通常为1.0μm以下，优选在0.01-0.5μm。所述水溶性引发剂可选用下述引发剂中的一种或两种以上：过硫酸铵和过硫酸钾等过硫酸金属盐，2,2’-偶氮双(2-甲基-N-(2-羟乙基)丙酰胺)、2,2’-偶氮双(2-甲基-N-(1,1-双(羟甲基)2-羟乙基)丙酰胺)等偶氮系引发剂等。水溶性引发剂用量为阳离子单体组分用量的1-50wt％，优选为5-30wt％，第二次聚合反应温度为60-90℃。此外，壳层的聚合时间为2-20h，优选2-10h。
5.过滤/清洗工艺：
使用无机化合物胶体作为分散稳定剂时，通过加入酸，调整第二次聚合得到的墨粉颗粒悬浮液的pH在6.5以下，溶解难水溶性无机化合物胶体。作为添加酸，可使用硫酸、盐酸及硝酸等无机酸和甲酸、乙酸等有机酸，优选硫酸。硫酸对无机化合物胶体去除效率高，并且对设备负担小。
通过大量的去离子反复清洗、过滤，去除水中大量电解质。可以通过离心过滤法、真空过滤法、加压过滤法等方式过滤。
6.干燥工艺：
该工艺是对经过清洗处理的墨粉粒子进行干燥处理。作为用于墨粉干燥处理的干燥器，包括喷雾干燥器、真空冷冻干燥器、减压干燥器、流化床干燥器等。为避免粒子干燥过程出现结块等现象，优选使用移动板式干燥机、流动层干燥机、旋转式干燥机、螺带搅拌式干燥机等流态干燥设备。为了防止墨粉粒子粘连，干燥温度优选40-50℃。
7.外部添加处理工艺：
该工艺是在经过干燥处理后的墨粉粒子中添加外添加剂。
通过使外添加剂附着、埋没到墨粉粒子表面等，可以调整粒子的带电性、流动性、储存稳定性等。墨粉用外添加剂选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛等无机粒子和硅酸镁、月硅酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸镁等脂肪酸金属盐颗粒中至少一种材料，优选经过疏水改性的二氧化硅。一般而言，6-20nm小粒径气相二氧化硅粒子可有效改善墨粉粒子的流动性；40-80nm中等粒径球形二氧化硅粒子与小粒径二氧化硅复合使用，可提高墨粉粒子带电量，同时发挥隔离效果，避免小粒径添加剂埋入墨粉粒子表面；脂肪酸金属盐颗粒辅助性调整墨粉带电，提高墨粉粒子打印耐久性。外添加剂的用量一般为墨粉重量的0.1-5wt％。
作为用于添加外添加剂的装置，可使用亨舍尔混合机、高速搅拌机、喷射式粉碎混合机等各种公知的混合搅拌装置。通过机械式粉碎装置可有效减少干燥处理后通过弱的粒子间引力导致的凝集现象，实现外添加剂与墨粉粒子的均匀混合、适当附着。
经上述制备工艺，可得到密集电荷均匀分布的核壳结构悬浮聚合墨粉，能够兼具墨粉的保存性和低温定影性。
以下结合实施例对本发明做进一步详述。
下述实施例中，“份”和“％”只要没有特别说明，则分别指“重量份”和“重量％”。实施例和对比例所得的评估结果总结于表1。
实施例1
将苯乙烯86份、丙烯酸正丁酯14份、二乙烯基苯0.6份、正十二硫醇1.0份、正带电性电荷控制剂(FCA-201-PS，苯乙烯-丙烯酸共聚物，由日本腾仓化成株式会社制造)2份，炭黑NP150(由德固赛公司制造)7份，酯蜡WE-95(日本油脂株式会社制造)8份，苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯-α-甲基苯乙烯共聚物(Mw为10000，Tg为96℃)10份，将上述组份在室温下通过研磨分散机，溶解混合均匀制备单体油相。
另外，将100份去离子水溶解13份氯化镁的水溶液缓慢加入200份去离子水溶解8.3份氢氧化钠的水溶液中，高速剪切分散1h，再在室温下超声熟化4h，获得氢氧化镁悬浮分散液。
再将2份甲基丙烯酸甲酯和0.2份二甲基二烯丙基氯化铵分散在20份去离子水中，通过超声剪切达到均匀分散效果。将1份过硫酸铵引发剂溶解在10份去离子水中制备引发剂溶液。
将上述单体油相缓慢加入上述氢氧化镁悬浮分散液中，用高速分散机(UltratalaxT50，由IKA制造)以6000rpm剪切10min。然后转移至氮气保护的反应器中，升温至85℃聚合反应10小时。将上述制备的阳离子单体组份分散液加入反应体系，设定转速为400rpm分散15min后，加入引发剂溶液引发反应，5小时后停止反应。将聚合产物用酸去除氢氧化镁，然后反复用大量的去离子清洗至pH为7左右。将产物过滤、干燥后，外添加1％二氧化硅(R504，由德固赛公司制造)处理后即为本发明的悬浮聚合墨粉。所得墨粉特性评价结果示于表1中。
实施例2
将苯乙烯86份、丙烯酸正丁酯14份、二乙烯基苯0.5份、正十二硫醇0.8份、正带电性电荷控制剂(FCA-201-PS，苯乙烯-丙烯酸共聚物，由日本腾仓化成株式会社制造)2份，酞菁颜料(C.I.Pigment Blue15:3，由科莱恩公司制造)5份，季戊四醇四硬脂酸酯(由山东聊城化工有限公司制造)8份，苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物(Mw为150000，Tg为100℃)30份，将上述组份在室温下通过研磨介质达到溶解混合均匀制备单体油相。
其余操作与实施例1一致。所得墨粉特性评价结果示于表1中。
实施例3
将实施例1中的0.2份二甲基二烯丙基氯化铵用量变为0.3份丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵，此之外，其余操作与实施例1一致。所得墨粉特性评价结果示于表1中。
对比例1
本实施例墨粉粒子不添加苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯-α-甲基苯乙烯共聚物(Mw为10000，Tg为96℃)，除此之外与实施例1操作一致制备墨粉粒子。所得墨粉特性评价结果示于表1中。
对比例2
将实施例1中的苯乙烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯-α-甲基苯乙烯共聚物(Mw为10000，Tg为96℃)用量从10份变更为50份，除此之外与实施例1操作一致制备墨粉粒子。所得墨粉特性评价结果示于表1中。
对比例3
将实施例1中的二甲基二烯丙基氯化铵用量从0.2份变更为1份，除此之外与实施例1操作一致制备墨粉粒子。所得墨粉特性评价结果示于表1中。
将上述实施例和对比例所得的墨粉粒子进行如下测试：
(1)粒径检测
称量测定墨粉粒子约0.1g，放入烧杯中，加入十二烷基苯磺酸钠0.01g，去离子水30ml，在60W超声波分散器中超声中分散3min，使用库尔特颗粒计数器(Multisizer3，由美国贝克曼公司制造)，在孔径100μm、测定粒子个数：50000个的条件下，测定墨粉粒子的体积体积平均粒径(Dv)和颗粒体积平均粒径(Dn)，算出粒径分布(Dv)/(Dn)。
(2)松装密度测定
采用粉末测定仪(Hosokawa Micron公司制造)测定：将墨粉粒子自测定容器的上方22cm处过筛，水平、疏松填充，正确读取填充的墨粉的体积，并精确测定所填充墨粉的重量，由下式计算松装密度。
松装密度＝填充墨粉重量/填充墨粉体积
(3)保存性测试
将墨粉置于可密闭的容器中，密闭后，在55℃的环境下，放置两周后取出。将取出的墨粉小心移至42目振动筛上，设定振动强度1.0mm，30秒后测定筛子上残余的墨粉重量。算出相对于最初加入容器的墨粉重量，结块墨粉所占的比重。每个样重复测定3次后取平均值作为保存性的指标。
(4)带电量测试
在以600dpi高速非磁性单组分显影方式的打印机的显影装置中加入墨粉，分别在温度23℃、湿度50％的(N/N)环境中和温度为35℃、湿度80％的(H/H)环境中放置24小时，通过Q/M带电量测试仪对墨粉带电量测定。
(5)环境稳定性测试
Q/M带电量测试仪测定：在兄弟HL-3040CN彩色打印机的粉盒中加入墨粉，在温度35℃、湿度80％的(H/H)环境中放置24小时，通过Q/M带电量测试仪对墨粉带电量测定。
(6)定影温度
使用按能够改变定影辊温度的改造的单组份显影式打印机，进行定影实验。定影实验如下进行：每5℃改变打印机定影辊的温度，测定各温度下的墨粉的定影率。定影率是对打印全黑区域使用胶带剥离操作前后的图像浓度的比率算出。将定影率大于等于80％的定影辊的最低温度作为墨粉的定影温度。该定影温度较低时，适用于更高速的印刷中使用。
表1
由表1展示的静电荷显影用墨粉的评价结果可知：
对比例1墨粉粒子保存性差，主要是由于墨粉粒子较软，容易发生团聚、结块现象；对比例2墨粉粒子虽然带电量较好，但是极性树脂用量过大，导致定影温度升高，低温定影性降低；对比例3墨粉粒子带电量大幅度提高，但也存在一定环境稳定性问题，这主要是由于粒子表面离子键较多导致吸潮，使墨粉的带电量和环境耐久性有所变差。
与此相对的，实施例1、2、3中墨粉粒子在具有均匀、稳定的带电性的同时，兼具良好的低温定影性和环境稳定性。
以上所述实施例仅表达了本发明优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(1)分别制备含有极性树脂、构成墨粉软核树脂的单体油相和用于分散该单体油相的水性分散液，所述单体油相是由构成软核树脂核层的、其玻璃化转变温度Tg为30‐80℃的单乙烯基单体以及脱模剂、电荷控制剂、着色剂、交联剂、链转移剂、引发剂和玻璃化转变温度Tg为60‐130℃的极性树脂按比例均匀混合制备而成，其中构成核层的所述单乙烯基单体和壳层的所述极性树脂的玻璃化转变温度Tg之差高于20℃，所述极性树脂的用量为所述单乙烯基单体重量的5‐30wt％，所述脱模剂用量为所述单乙烯基单体重量的1‐30wt％，所述电荷控制剂的用量为所述单乙烯基单体重量的0.1‐5wt％，所述着色剂用量为所述单乙烯基单体重量的1‐30wt％，所述交联剂用量为所述单乙烯基单体重量的0.1‐10wt％，所述链转移剂用量为所述单乙烯基单体重量的0.01‐10wt％，所述引发剂用量为所述单乙烯基单体重量的0.5‐20wt％；
(2)将上述单体油相加入至水性分散液中，在高速剪切悬浮造粒后，将悬浮造粒后的油滴分散液转移至聚合反应器中，保持搅拌转速100‐1000rpm使分散液滴悬浮分散，通入氮气除氧后，升温至60‐95℃的反应温度，聚合2‐20小时后，反应过程终止，得到软核硬壳结构墨粉粒子；
(3)以上述软核硬壳结构墨粉粒子作为核层，加入阳离子单体组份，加入水溶性引发剂进行第二次聚合反应，使软核硬壳结构墨粉粒子外表面得到均布有密集电荷的表层，其中所述阳离子单体组份包括阳离子单体和玻璃化转变温度Tg高于80℃的高Tg单乙烯基单体；
(4)将第二次聚合反应后的产物清洗、过滤，充分干燥后外添加二氧化硅即得到体积平均粒径为5-10μm的核壳结构的悬浮聚合墨粉。
2.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述核层单乙烯基单体包括下述芳香乙烯基单体中至少一种材料：苯乙烯、甲基苯乙烯或乙烯基甲苯；或下述单烯烃单体中一种或两种：乙烯或丙烯；或下述丙烯酸及其衍生物系列中至少一种材料：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯。
3.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述交联剂包括含有至少两个不饱和乙烯基团的单体，选自下述至少一种材料：二乙烯基苯、异戊二烯、1,3-丁二烯、二乙烯基醚、二乙烯砜、乙二醇二甲基丙烯酸酯、二丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯、二甲基丙烯酸1,4-丁二醇酯、二甲基丙烯酸1,6-己二醇酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯或季戊四醇三丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述链转移剂选自下述至少一种材料：正十二硫醇、叔十二硫醇、四氯化碳或四溴化碳。
5.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述脱模剂选自低分子量聚乙烯蜡、聚丙烯蜡及羟值小于10mgKOH/g、酸值小于2mgKOH/g的油脂类合成蜡中的至少一种混合物；上述蜡熔点范围为50-100℃。
6.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的引发剂为油溶性引发剂，选自下述偶氮类引发剂或过氧化类引发剂中的至少一种材料：偶氮二异庚腈、偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二月桂酰(LPO)、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二乙基乙酸叔丁酯或过氧化异丁酸叔丁酯。
7.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述极性树脂是指包含有酯键、酰胺键、醚键、氨基甲酸酯键或亚胺键结构、通过缩聚或加聚反应形成的树脂长链，所述极性树脂长链的重均分子量为6000-250000，所述极性树脂的Tg在80-120℃。
8.根据权利要求1-7任一项所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水性分散液中含有无机盐、无机氧化物、水溶性高分子或表面活性剂中至少一种分散稳定剂。
9.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述阳离子单体包括至少含一个不饱和双键的阳离子单体，选用二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、丙烯酸二乙氨基乙酯或4-二甲基氨基苯乙烯中至少一种材料，用量为核层单乙烯基单体总用量的0.1-2wt％。
10.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述阳离子单体组份中所述高Tg单乙烯基单体用量为核层所述单乙烯基单体重量的0.1-10wt％。
11.根据权利要求1所述的核壳结构悬浮聚合墨粉制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中水溶性引发剂选自下述至少一种材料：过硫酸钾、过硫酸铵、2,2’-偶氮双(2-甲基-N-(2-羟乙基)丙酰胺)或2,2’-偶氮双(2-甲基-N-(1,1-双(羟甲基)-2-羟乙基)丙酰胺)；所述水溶性引发剂用量为阳离子单体组份重量的5-30wt％。
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