2013年3月3日 星期日

表面處理技術在雷射印表機彩色碳粉上的應用 --- PART 2 彩色碳粉的製造程序

彩色碳粉的製造程序 (本文發表於 2009/04 化工技術 Vol.193)

1  傳統粉碎式碳粉

傳統機械粉碎碳粉(Mechanical Pulverized Toner, MPT),由於粒徑大小及外觀控制困難,其外觀如圖8所示。因此,要達到小粒徑及窄分佈之需求,則需要提昇設備粉碎效率及增加分級精度方能達到。如此一來,勢必導致MPT所需之設備成本增加、操作時程變長、良率變低。此外,MPT製程很難達到外貌均一的要求,以及使用低溫定著及高光澤度之碳粉配方。由於,低溫定著及高光澤度之碳粉配方,主要是由蠟或樹脂本身熱融性質所決定。而目前,MPT所用的樹脂主要是苯乙烯-壓克力共聚物,其低溫定著及光澤度差。故需要額外添加大量的蠟來提昇其低溫定著及光澤度等特性[10]。但是,苯乙烯-壓克力共聚物對蠟的相容不佳,無法大量添加,導致以MPT製程所製造的彩色碳粉無法有效提昇其低溫定著及光澤度。
8、粉碎式碳粉SEM外觀。

傳統的碳粉製造程序包括:1. 以擠出機(Extruder)將樹脂熔融,並與顏料、樹脂及機能性內添加劑等混合均勻,其中機能性內添加劑包括強化帶電的電荷控制劑、促進光澤度的蠟、以及抑制定著沾黏的離型劑等;2. 將混合後之固體以氣流粉碎機(Jet Pulverizer)粉碎成特定形狀及大小的微小顆粒;3. 利用篩選機(Classifier)將過大或過小之顆粒去除;4. 再以混合機(Mixer)混合外添加劑進行碳粉表面改質,以提昇其擦電及流動性。

2   新型化學式碳粉

CPT是採用化學聚合製程所製造的碳粉,其與MPT最大差別在於碳粉顆粒形成的方式不同。形成碳粉顆粒的方法中,MPT是將已聚合好的樹脂以機械力將其粉碎成顆粒;而CPT是從液態油相單體以兩相懸浮或乳化聚合的方法合成樹脂,同時形成碳粉顆粒。目前,市面上主流的CPT化學聚合技術有懸浮聚合法(suspension polymerization method)及乳化凝聚法(emulsion/aggregation method, EA)。懸浮聚合法製程,是將乙烯基單體(vinyl monomer)與色料等添加劑混合形成有機油相,再以高剪切之均質設備將有機相懸浮分散於含分散劑之水溶液相中,並加入起始劑引發單體聚合形成球狀樹脂顆粒,如圖9。值得注意的是,用於此法的樹脂種類僅限於可進行乙烯基懸浮聚合之樹脂,且有聚合反應時間長易受添加劑干擾以及有聚合單體殘留需長時間去除等缺點[11]。而乳化凝聚法的製造程序為,先製備樹脂乳液及其他添加劑之分散液,然後使樹脂乳液與其他添加劑之分散液進行凝聚合併,以得到所需粒徑大小的樹脂顆粒,如圖10。其中乳液製備程序,是將有機油相乙烯基單體與含乳化劑之水溶液相混合,並以乳化均質機直接乳化分散,再將起始劑加入引發聚合形成樹脂乳液,此法的缺點與懸浮聚合法類似。值得一提的是,EA法所形成的碳粉是由許多小顆粒所凝聚而成,故其外觀並非球形,而近似馬鈴薯狀[12]
9、懸浮聚合法製程示意圖。
  
10、乳化凝聚法製備微膠囊結構之碳粉示意圖。
 
CPT製程技術的主要訴求有兩點:1.易於調控粒徑、粒徑分佈及外觀;2. 高光澤度及低溫定著佳。故能符合目前市場對於高解析、高光澤、低成本之全彩圖像輸出的需求。由於CPT製程技術,主要是利用油/水兩相分散及凝聚來製備碳粉顆粒。因此,利用兩相界面參數的調控,可以精準控制油滴分散於水相中的形狀、粒徑及其分佈。所以,化學碳粉製程技術相較於MPT製程,將更容易於製備小粒徑、窄分佈及近似球狀的碳粉。常見的CPT調控參數包括油/水兩相的攪拌速度、分散劑的濃度、系統溫度、樹脂黏度、油/水界面的張力及黏度等[13]。此外,藉由特殊的製程操作及適當的材料選擇,可以在碳粉外表進行機能化處理。詳細的碳粉表面處理程序,將在下一節討論。

1 意見 :

  1. 有進一步。效果佐證及國外發表文章參考嗎!

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