[发明专利]一种等离子体引发聚合制备打印机碳粉的方法

说明书

技术领域

本发明属于打印机碳粉制备技术领域，具体为一种等离子体引发聚合制备打印机碳粉的方法。

背景技术

近年来 , 随着信息技术和办公自动化的发展 , 激光打印机的大量使用 , 要求打印机碳粉具有更高的分辨率、更适宜的固结温度和节能，较低玻璃化温度的碳粉已成为发展趋势。传统的熔融粉碎法制备碳粉的工艺流程过程复杂、工艺繁琐、流程周期长、能耗大、成本高，所得的碳粉中颜料粒子与树脂之间是以物理机械作用力结合，会产生颜料粒子的脱落，而且产品不易混合均匀，造成个体粒子之间形状、混合状况、机械强度等性能差异很大。为此，生产工艺已从传统的熔融粉碎法向化学聚合法发展。化学聚合法制备碳粉时具有工艺过程简单、流程短、生产设备投资成本低，与熔融法产品相比，还具有个体粒子性能差别小，粉末形状规则，表面光滑以及在生产彩色墨粉具有优势等。可以预见，由于化学聚合法的优势，有取代熔融法的趋势，但化学聚合法制备工艺还需再进一步完善。化学聚合法制备碳粉，需要使用价格较高的引发剂，有些方法制备的树脂因为分子量分布不好，使碳粉的熔点范围较窄，定影牢固度低。因此，研究新型的化学聚合法制备打印机碳粉具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，提供一种不需要昂贵的化学引发剂，而是利用等离子体引发聚合制备打印机碳粉的方法。并且制得的碳粉具有很好打印效果，多种打印机均可使用。

   本发明的碳粉是在放电等离子体引发下，不采用化学引发剂，通过分子设计得到接枝及嵌段共聚物树脂碳粉，所得的树脂分子量分布好，碳粉的熔点范围较宽，定影牢固度高。

本发明所用的聚合单体为丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、烯烃中的一种或几种混合物。聚合反应采用介质阻挡放电等离子体引发，在水溶液中聚合。制备工艺如下：

1、    将聚合单体置于介质阻挡放电接地电极上进行等离子体放电。

2、    将颜料、磁性材料、电荷控制剂、助剂混合均匀放入聚合反应釜中。

3、    将经过第一步等离子体放电引发后的混合物加到聚合反应釜中，加入一定量的溶剂，在一定温度下反应。

4、    将反应后的聚合产物加入聚合反应终止器中，进行聚合反应链终止。

5、    将经过链终止反应后的产物用水洗涤，然后过滤、分离、干燥即得到本发明所述的碳粉。

介质阻挡放电引发等离子体的产生采用电极间插入电介质层的DBD模式产生微流注放电，因此对其激励仅能采用交流或高频激励方式。交流激励一般使用50/60Hz的工频交流电经变压器升压到近万伏，再施加到放电装置上。高频激励则是利用各种变换技术将工频交流电或直流电转换成数kHz~100kHz左右的高频交流电，升压后激励放电反应器。其激励组件构成主要包括高频高压电源、调压器、静电表、高压探头和数字存储示波器等。电源为高频高压逆变电源，输出电压、输出频率、脉冲宽度均可调，主要电源参数为：输出电压0~30kV连续可调，输出波形正弦波，输出频率5~20kHz连续可调，最大输出功率500W，该电源可连续工作。该电源可以满足利用介质阻挡放电产生微流注的要求，可以通过参数的控制来调节放电强度和微放电密度，从而满足聚合单体的等离子体引发聚合反应的要求。

介质阻挡放电引发等离子体产生是在空气中、常压下进行，放电激励电压3~10kV；阻挡介质为α-Al₂O₃板，其外缘大于放电电极1cm，α-Al₂O₃的具体参数为：体积密度≥3.8g/cm³，导热率≥21W/m·K，体积电阻率≥1015Ω·cm，热膨胀系数为(6.5-7.5)×10-6mm/^oC，表面粗糙度为Ra0.25-0.5μm，临介击穿电场强度 ≥ 400kV/cm，相对介电常数≥10，介质损耗 < 3.9×10^-4；抗弯强度 > 280Mpa，矫曲度为0.404mm/100mm；放电电极为平行放置铜板，一个是高压电极，另一个是接地电极；介质阻挡放电间隙为2-10mm。