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。
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]。
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