CN105005184B - 静电图像显影剂用载体及含有该载体的双组份显影剂 - Google Patents
静电图像显影剂用载体及含有该载体的双组份显影剂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种静电图像显影剂用载体及双组份显影剂，解决了现有载体在极端高温高湿环境下容易失效，甚至导致显影剂结块的问题。所述载体包括载体芯材和涂覆于该载体芯材上的包覆层，所述树脂包覆层包含有大粒径二氧化硅颗粒。所述双组份显影剂含有上述静电图像显影剂用载体和调色剂。本发明载体具有优异的耐极端高温高湿的性能，包含此载体的显影剂在此环境下长期工作仍然能保持良好的显影性能，且不会结块。本发明双组份显影剂具有优异的显影性能和良好的耐久性，更加有利于避免在高温高湿环境下打印过程中显影剂结块造成的对硬件的损伤，同时可以保持良好的显影性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于静电图像显影用载体及含有该载体的静电图像显影用双组份显影剂。
背景技术
随着全彩打印和高速打印的快速发展，以及人们对图像精细度、图像可靠度的要求越来越高，双组份显影剂的应用越来越广泛。作为双组份显影剂中的重要成分之一——载体，承担着运输碳粉以及使得碳粉摩擦带电的双重功能，对整个显影过程起着至关重要的作用。
由于显影设备常应用于某些极端环境，尤其是高温高湿环境，从而对显影剂的耐候性要求非常高，而在高温高湿环境下，显影设备由于定影器的放热和内部搅拌摩擦的放热，其内部温度往往比室温还要高出不少，由于碳粉具有低玻璃化转变温度和低熔点的特点，在此恶劣的环境下，往往容易导致碳粉热融化附着于载体表面，可能会导致载体的失效，严重情况下甚至会导致显影剂的结块，从而损坏显影组件。
为了解决该问题，专利CN101211129A提出在包覆层中添加包含有锐钛矿型结晶和金红石型结晶的氧化钛颗粒，但由于金属氧化物颗粒的硬度较高，长时间磨损容易导致碳粉表面的外添脱落造成对载体表面的污染，而且其使用成本也相对较高。虽然有诸多研发人员为提高极端高温高湿环境下显影剂带电稳定性做了大量工作，但是为解决该极端环境下显影剂容易结块的工作却很少见到报道。另外，由于化学碳粉的低Tg特性，在极端高温高湿环境下，即使温度提高1-2度，也可能会导致显影剂结块，目前载体厂家出厂前的高温高湿测试条件一般为30℃，80％，而实际使用环境超过30℃还是比较常见的，如何在更高的温度下保持显影剂的使用性能，此前还没有类似研究。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种具有在极端高温高湿环境下(≥30℃，湿度80％)防止碳粉热融化附着于载体表面导致其失效，甚至严重时导致显影剂结块问题的静电图像显影剂用载体。
本发明还提供一种包含有上述载体和调色剂的静电图像显影用的双组份显影剂。
本发明提供的静电图像显影剂用载体，包括载体芯材和涂覆于该载体芯材上的树脂包覆层，所述树脂包覆层包含有大粒径二氧化硅颗粒。发明人研究发现，在制备包覆层的分散液时，将大粒径的二氧化硅颗粒加入，然后再在载体上进行包覆，二氧化硅可在包覆层表面形成轻微凸起，这种轻微凸起可以有效防止碳粉热融化后附着于载体表面，从而有效防止在高温高湿环境下碳粉在载体表面的热融化导致的载体失效和更严重的显影剂结块。大粒径二氧化硅颗粒的粒径优选为0.1μm-0.3μm，若粒径小于0.1μm，则无法在载体表面造成有效的凸起，从而不能有效防止碳粉热融化附着于载体表面，而若粒径大于0.3μm，则会造成载体表面过于粗糙，从而影响载体流动性。
本发明提供的静电图像显影剂用载体，其树脂包覆层中二氧化硅颗粒的含量占包覆层总质量的0.5-2％，若含量低于0.5％，则无法在载体表面形成充分面积的凸起，从而影响使用效果，而若含量大于2％，则会造成载体表面过于粗糙，从而影响载体流动性。
所述二氧化硅颗粒为优选为疏水性二氧化硅。为了避免高温高湿环境下二氧化硅颗粒吸水影响载体带电量，最好使用疏水性二氧化硅。
进一步的，所述二氧化硅颗粒优选为带正电的二氧化硅颗粒，以制备适用于负电性碳粉匹配的载体，故载体带正电，为了不影响载体带电量，优选使用正电性二氧化硅颗粒。
以载体芯材100％重量计，所述包覆层重量相对于载体芯材为1-3％，若小于1％，一方面载体难以获得充分的耐久性，另一方面也难以获得合适的电阻，而大于3％，则会导致载体电阻偏高。
本发明提供的静电图像显影剂用载体，优选控制体积电阻率为109-1015Ω·cm。如果载体体积电阻率小于109Ω·cm，因反复使用导致显影剂中调色剂浓度降低时，电荷可能注入载体，使得载体自身可能被显影，而当载体体积电阻率大于1015Ω·cm时，可能会对画面产生诸如明显的边缘效应或假轮廓等不良影响。
本发明提供的静电图像显影剂用载体，其体积平均粒径D50为20μm-60μm。载体粒径太大时，在显影装置内的碰撞能也相应增大，从而容易导致载体的破裂或破碎，并且使得调色剂的充电用表面积变小，使调色剂的带电功能下降，从而导致显影图像的细节再现性降低，无法形成清晰的图像。而载体粒径太小时，载体颗粒的均匀性下降，且单个载体的磁力也会下降，因此可能会发生载体附着和载体颗粒之间的相互粘附。
进一步的，树脂包覆层中含大粒径二氧化硅颗粒的载体，其树脂包覆层中除了碳纳米管颗粒，还可以包含其他功能性颗粒，如甲基丙烯酸甲酯颗粒、三聚氰胺颗粒等。这些添加颗粒更有利于载体在长期使用后依然具有良好的带电性能，从而保证载体具有良好的耐久性。
为了确保载体具有高的耐久性和良好的环境稳定性，需要对载体芯材的表面进行树脂层包覆，其目的主要有：防止碳粉成分对载体表面污染(消耗)；避免高温高湿、低温低湿条件下带电量的波动，保证不同环境下的高清画质；调整显影剂的电阻；控制带电量和带电量分布。
树脂包覆层的材料主要为各种高分子树脂，优选包覆层的树脂包含丙烯酸系树脂、氟类树脂、硅树脂中至少一种。含有丙烯酸系树脂包覆的载体，由于树脂层不易脱落，往往具有良好的耐久性，而氟类树脂和硅树脂则因为其具有较低的表面能，使用这些树脂包覆的载体在和碳粉摩擦时会减轻碳粉对载体表面的污染，从而延长载体使用寿命。
为了改善载体的电阻和带电性能，在包覆层中还可以根据需添加各种功能性粒子，如用于调整电阻的炭黑、二氧化钛、二氧化锡、三氧化铝等导电性颗粒，以及用于改善其带电性能的三聚氰胺，丙烯酸树脂等颗粒，上述功能性粒子添加量可根据实际需要合理选择。因载体包覆层厚度很薄，一般在0.05-1μm之间，添加颗粒的粒径一般需使用分散设备分散至纳米级，以确保其性能。
载体的包覆设备主要有流化床、捏合机、高速混合机等，包覆方法可按照是否使用溶剂选择干式包覆和湿式包覆法，均为现有方法，在此不作详述。
有益效果：
在载体的包覆层中引入大粒径疏水性正电二氧化硅颗粒，可在载体包覆层表面形成有效凸起状，且能有效降低包覆层树脂的表面能，在高温高湿环境下使用，可有效避免碳粉因热融化附着于载体表面而导致的显影剂失效，甚至严重时可能导致的显影剂结块，并且该显影剂在高温高湿环境下获得的图像精细度高并且可靠性强。
具体实施方式
实施例1
载体芯材的制备：
将720g氧化铁，230g氧化锰，50g氧化镁分散于1000g水中，添加5g聚丙烯酸分散剂，使用砂磨机将该混合料研磨至平均粒径1微米左右，再加入15g聚乙烯醇作为粘合剂，使用喷雾造粒设备得到10-80微米的造粒粉。将该造粒份投入电炉中，使用850℃进行预烧结，烧结完毕后将烧结炉加入1000g水中，添加5g聚丙烯酸分散剂，再次使用砂磨机将该混合料研磨至平均粒径1微米左右，再加入15g聚乙烯醇作为粘合剂，使用喷雾造粒设备得到10-80微米的造粒粉。将该造粒份投入电炉中，使用1240℃进行二次烧结。将该烧结料进行破碎、分级，筛分，得到36微米的载体芯材。
树脂分散液的制备：
将40g聚甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯树脂(MMA/St＝4/1)溶于360g甲苯中，添加入4g炭黑，0.4g大粒径(粒径0.1μm)疏水性且带正电的二氧化硅颗粒，使用砂磨机在室温研磨10min，得到平均粒径300nm以下含炭黑和二氧化硅颗粒的树脂分散液。以下实施例若无特殊说明，使用的二氧化硅颗粒均为疏水性且带正电的二氧化硅颗粒。
载体的包覆：
将2KG载体芯材投入2L捏合机内，开启搅拌，慢慢倒入含炭黑和二氧化硅颗粒的树脂分散液，升温至70度，搅拌半小时后，抽真空除去甲苯溶剂。倒出载体，使用200目筛网进行筛分以除去大颗粒，再用气流分级机进行分级除去小颗粒，得到载体。
实施例2
除了使用0.2g二氧化硅颗粒，其他条件同实施例1。
实施例3
除了使用0.6g二氧化硅颗粒，其他条件同实施例1。
实施例4
除了使用0.8g二氧化硅颗粒，其他条件同实施例1。
实施例5
除了使用粒径为0.2μm的二氧化硅颗粒，其他条件同实施例1。
实施例6
除了使用粒径为0.3μm的二氧化硅颗粒，其他条件同实施例1。
比较例1
除了不使用二氧化硅颗粒，其他条件同实施例1。
比较例2
除了使用0.1g二氧化硅颗粒，其他条件同实施例1。
体积电阻率的测定
测试方法参考标准JB/T 9437-1999，测试结果见表二。
体积平均粒径使用美国贝克曼库尔特有限公司生产的LS-230型号的激光衍射粒度分布仪进行测定，打印样张的密度和底灰则使用X-Rite 938(X-Rite Incorporation制造)进行测试。
打印结块实验：
将10份碳粉和90份上述实施例1-6和比较例1-2的载体混合并搅拌得到实施例1-6和比较例1-2的显影剂，在打印机上输出标准测试页。测试方法为：在高温高湿环境实验室稳定12小时以上，再开始测试。
首先在高温高湿(30℃，80％)环境实验室中进行打印评价测试，打印10000张测试页，观察显影剂结块的情况；然后提高高温高湿环境实验室的温度(32℃，80％)，打印10000张测试页，再次观察显影剂结块的情况，发现在两种环境下，实施例中所有显影剂均未发生结块现象，且通过扫描电镜分析和打印前后带电量的变化，碳粉对载体表面几乎没有造成污染，而比较例1在两种环境下均发生了显影剂结块现象，而比较例2虽然在30℃，80％的环境下未发生显影剂结块现象，但在32℃，80％发生了较为明显的显影剂结块现象，且通过扫描电镜观察到在30℃，80％下已有部分碳粉热融化附着于载体表面了，导致部分载体失效。
表1 30℃，80％环境下测试的带电量，打印样张的密度和底灰数据及结块实验数据：
从以上数据可以看出，不管是否添加二氧化硅颗粒，初始带电量和打印情况均良好，但在打印10000张以后，没有添加和添加量在0.5wt％以下量二氧化硅的情况下，带电量都明显下降，且密度也明显下降而底灰则明显上升，说明二氧化硅不仅能有效阻止显影剂在极端高温高湿环境下的结块，同时对保持高温高湿环境下打印样张图像的稳定性也有积极的作用。
表2 实施例和比较例的体积电阻率和体积平均粒径数据
| 载体 | 体积电阻率(Ω·cm) | 体积平均粒径(μm) |
| 实施例1 | 3.2×10<sup>13</sup> | 36.79 |
| 实施例2 | 4.5×10<sup>13</sup> | 36.38 |
| 实施例3 | 2.8×10<sup>13</sup> | 37.37 |
| 实施例4 | 2.3×10<sup>13</sup> | 37.05 |
| 实施例5 | 3.7×10<sup>13</sup> | 36.59 |
| 实施例6 | 4.8×10<sup>13</sup> | 37.17 |
| 比较例1 | 5.1×10<sup>13</sup> | 37.26 |
| 比较例2 | 2.9×10<sup>13</sup> | 37.75 |
Claims (6)
1.一种静电图像显影剂用载体，包括载体芯材及其树脂包覆层，其特征在于，所述树脂包覆层中添加有粒径为0.2μm-0.3μm的二氧化硅颗粒，所述二氧化硅颗粒为疏水性二氧化硅颗粒，所述树脂包覆层中二氧化硅颗粒的含量占包覆层总质量的0.5-2％wt；
所述树脂包覆层是载体芯材总重量的1-3％；
所述载体的体积电阻率为109-1015Ω·cm，体积平均粒径D50为20μm-60μm。
2.如权利要求1所述的静电图像显影剂用载体，其特征在于，所述二氧化硅颗粒为带正电的二氧化硅颗粒。
3.如权利要求1所述的静电图像显影剂用载体，其特征在于，所述树脂包覆层中含有丙烯酸系树脂、氟类树脂或硅树脂中的至少一种。
4.如权利要求1所述的静电图像显影剂用载体，其特征在于，所述树脂包覆层中还含有分散至纳米级的电阻调节剂颗粒。
5.如权利要求4所述的静电图像显影剂用载体，其特征在于，所述电阻调节剂为炭黑。
6.一种双组份显影剂，其特征在于，含有权利要求1-5任一项所述的静电图像显影剂用载体和调色剂。
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