Cómo hacer tóner
Método de polimerización
La polimerización es una tecnología de tóner química fina, que incluye polimerización en suspensión, polimerización en emulsión, encapsulación, polimerización en dispersión, polimerización por compresión y trituración química. )
La polimerización se completa en la fase líquida, lo que puede producir polvo de carbono de bajo punto de fusión, que cumple con los requisitos de la tecnología moderna para la conservación de energía y la protección del medio ambiente. Al ajustar la cantidad de dispersante, la velocidad de agitación, el tiempo de polimerización y la concentración de la solución, se puede controlar el tamaño de las partículas del tóner para lograr una composición uniforme, buen color y alta transparencia. Las partículas de tóner producidas mediante el método de polimerización tienen buena forma, tamaño de partícula fino, distribución de tamaño de partícula estrecha y buena fluidez. Puede cumplir con los requisitos de la tecnología de impresión moderna, como alta velocidad, alta resolución y color.
La tecnología del tóner polimerizado existe desde hace muchos años:
—1972, apareció la primera patente de tóner polimerizado.
-Mejorado ampliamente en los años 1970 y 1980.
—El primer tóner monocromático disponible comercialmente apareció en 1993.
—El primer tóner de color disponible comercialmente apareció en 1998.
El flujo del proceso del tóner polimerizado:
(Monómero de resina, pigmento, dispersante y otros reactivos) → (dispersión ultrasónica) → (agua, dispersante) → (completamente agitado) →( polimerización) → (lavado) → (filtración y separación) → (secado) → (postprocesamiento) → (producto terminado).
El tóner polimerizado es muy utilizado y actualmente se utiliza principalmente en la producción de tóner de color, que cuesta mucho.
El tóner polimerizado requiere una gran inversión, normalmente de varios cientos de millones de dólares. Actualmente, sólo unas pocas grandes empresas internacionales tienen capacidad de producción: empresas japonesas como Canon, KONICA y Minolta, y empresas estadounidenses como Fuji Xerox tienen capacidad de producción. Sin embargo, la demanda de tóner de color es menor de lo esperado y actualmente ninguna de ellas. las grandes empresas están produciendo a plena capacidad.
Todo el proceso de producción del método de trituración es el siguiente:
(Selección de material)→(Inspección de material)→(Ingredientes)→(Premezcla)→(Mezcla y extrusión)→ (Trituración y clasificación) →(Postprocesamiento)→(Producto terminado)→(Inspección)→(Embalaje).
3 El principal proceso de producción de tóner
El proceso de producción de tóner se puede dividir a grandes rasgos en: método solvente (método húmedo), método de fusión y molienda (método seco), método de polimerización. , método compuesto Ley etc. [11] Este artículo analiza dos procesos de producción comunes: método de fusión y método de polimerización.
3.1 Método de fusión
El método de fusión [12] consiste en mezclar la resina sintética con aditivos como pigmentos y reguladores de carga de manera uniforme, luego fundirla a alta temperatura y luego extruirla. enfriamiento y trituración, molienda ultrafina, clasificación y finalmente agregar algunos aditivos externos que pueden cambiar su fluidez para obtener el producto terminado. El flujo del proceso del método de fusión es el siguiente:
Mezcla de resina y pigmento → fusión a alta temperatura → trituradora de martillo → molino de chorro → clasificación → producto terminado.
El proceso de elaboración es complejo, de alto consumo energético y elevado coste. El producto resultante tiene un tamaño de partícula grande, una distribución amplia del tamaño de partícula, una forma de partícula extremadamente irregular y una distribución desigual de los componentes, todo lo cual afecta el efecto de impresión del tóner. Esto se debe principalmente a la gran cantidad de pulverización del producto y a la distribución desigual de los componentes en el tóner, lo que acorta la vida útil del tóner y deteriora el rendimiento entre aditivos como partículas de pigmento y reguladores de carga y la matriz de resina. Las partículas han pasado por procesos como extrusión, trituración y molienda, por lo que son rugosas y tienen poca fluidez. Es más fácil que las partículas de pigmento y el regulador de carga queden expuestos en la superficie de la resina, lo que da como resultado una carga desigual. El método está técnicamente maduro y los parámetros operativos son relativamente estables. Es un método tradicional que se ha industrializado y sigue siendo el principal método de producción industrializada de tóner en China.
La clave del método de fusión es preparar una matriz de resina con propiedades específicas, porque las propiedades térmicas del tóner están determinadas principalmente por las propiedades de la resina, y las características del tamaño de las partículas están determinadas por la trituración. y proceso de clasificación. Por lo tanto, la investigación en esta área se centra principalmente en cómo preparar resinas con excelentes propiedades [13-15].
3.2 Polimerización
La polimerización [16] se refiere a mezclar materias primas monómeras, pigmentos y otros aditivos en un reactor, y producir directamente polvo de carbón acabado granular mediante una reacción de polimerización. Debido a que polimeriza la resina directamente sobre la superficie de las partículas de pigmento, el pigmento y la resina se pueden combinar mediante enlaces de valencia, o las partículas se pueden incrustar en la matriz de resina para mayor seguridad. Al mismo tiempo, el tamaño y la forma de las partículas de tóner se controlan mediante reacciones químicas, por lo que no se requiere ningún proceso de molienda para obtener el producto terminado. Las ventajas de este método son el bajo costo, la larga vida útil y el buen rendimiento. Los métodos de polimerización incluyen principalmente la polimerización en suspensión y la polimerización en emulsión, así como la polimerización interfacial/radical y la polimerización en dispersión.
3.2.1 Método de polimerización en suspensión
La polimerización en suspensión [17] es un método de polimerización muy utilizado en la industria de la síntesis de polímeros. Este método tiene las ventajas de una alta pureza del producto, bajo costo, fácil eliminación del calor de polimerización y problemas de recuperación, pequeños cambios en la viscosidad con el aumento del peso molecular, fácil control de la temperatura y tamaño de partícula controlable dentro de un rango pequeño [18]. El rango de tamaño de partícula de las partículas de resina preparadas mediante polimerización en suspensión ordinaria [19] es de 500 a 2000 μm, que es mucho mayor que el rango de tamaño de partícula requerido para las partículas de tóner. Por tanto, la tecnología clave para preparar tóner mediante polimerización en suspensión es controlar el tamaño de las partículas y su distribución.
El tamaño de las partículas de tóner preparadas mediante polimerización en suspensión depende del tamaño de la gota del monómero mezclado en la fase acuosa que contiene el dispersante. El tamaño de la gota del monómero depende de la fuerza de corte del fluido y de la fuerza de corte. dosificación del dispersante. En los primeros días de la polimerización en suspensión, el tóner primero se convertía en partículas más grandes, con un tamaño de partícula de varios milímetros, y luego se clasificaba en tóner calificado. Aunque este método es mucho mejor que el método original de pulverización por fusión, ya que reduce el consumo de energía y acorta el ciclo de producción, las propiedades superficiales del tóner se reducen después de la pulverización. En vista de las deficiencias de la polimerización en suspensión tradicional, al agregar tensioactivos y otros dispersantes y aumentar la fuerza de corte, se puede preparar un tóner de distribución estrecha con un tamaño de partícula de aproximadamente 65438 ± 00 um. El flujo del proceso de polimerización en suspensión para preparar el tóner es el siguiente:
Monómeros, pigmentos, etc. → Fase monomérica mixta dispersa → Polimerización en suspensión → Separación y lavado → Secado → Tratamiento externo → Tóner.
Las características del tamaño de partícula del producto obtenido mediante este método de preparación están determinadas principalmente por el tamaño de las gotitas dispersas, las propiedades térmicas están determinadas principalmente por la composición química de la resina monomérica y las propiedades de carga están determinadas determinado principalmente por los aditivos de carga.
3.2.2 Método de polimerización en emulsión
La polimerización en emulsión y la polimerización en suspensión tienen muchas similitudes. Es una ** reacción de polimerización en la que los monómeros se dispersan en emulsiones mediante emulsionantes en un medio acuoso. Los emulsionantes son generalmente sustancias con grupos polares hidrófilos y grupos apolares hidrófobos. Cuando el emulsionante alcanza una determinada concentración en el sistema, las moléculas del emulsionante forman micelas, que tienen una forma aproximadamente esférica, con una fase orgánica en el medio y una fase acuosa en el exterior. La reacción de polimerización produce primero partículas de látex. La combinación de colorantes, polvo magnético y aditivos cargados ingresa a las partículas de látex en el agua, y las partículas coloidales reaccionan y se agregan aún más para producir partículas de tóner. Dado que el emulsionante reduce significativamente la tensión interfacial, el diámetro de las gotas de la emulsión es muy pequeño, alcanzando entre 0,5 y 10 µm. Es fácil fabricar tóner de pequeño tamaño [20].
3.2.3 Método de polimerización interfacial/radical
El tóner obtenido mediante polimerización radical interfacial tiene una estructura "núcleo-cubierta", es decir, una estructura de microcápsula con un núcleo blando. está rodeado por una capa más dura. Esta tecnología es ampliamente utilizada en el campo farmacéutico. Sin embargo, la tecnología de recubrimiento de este tóner es diferente de la tecnología de recubrimiento general en que adopta el método de polimerización interfacial sin radicales libres. Primero se condensa la cubierta desde la interfaz y luego se inicia térmicamente el núcleo de la cubierta para la polimerización por radicales libres. Generalmente, el recubrimiento de cápsula común consiste en polimerizar primero el núcleo y luego polimerizar en su superficie para formar una película de recubrimiento. La clave para el método de preparación de este tóner es preparar una capa con cierta resistencia y bajo punto de fusión y un núcleo que sea completamente compatible con las partículas de pigmento [21].
3.2.4 Método de polimerización en dispersión
La polimerización en dispersión [22] consiste en dispersar monómeros en disolventes orgánicos que pueden disolver monómeros e iniciadores, y utilizar iniciadores solubles en aceite para iniciar la polimerización. Los iniciadores solubles en aceite también son precipitantes de polímeros. Los dispersantes agregados controlan el tamaño de las partículas y previenen la agregación de polímeros. La clave de este método de preparación es obtener un dispersante con propiedades específicas.
3.3 Comparación de dos procesos de preparación
El método tradicional de fusión y molienda tiene procesos complejos, procesos engorrosos, ciclos de proceso largos, alto consumo de energía y altos costos. Las partículas de pigmento en el tóner resultante se combinan con la resina a través de fuerzas físicas y mecánicas, lo que hará que las partículas de pigmento se caigan y dificultarán la mezcla uniforme del producto, lo que resultará en grandes diferencias en forma, mezcla, resistencia mecánica y otras propiedades. entre partículas individuales. En comparación con los productos del método de fusión, este proceso de polimerización tiene las ventajas de un proceso simple, un proceso corto, un bajo costo de inversión en equipos de producción, una pequeña diferencia en las propiedades de las partículas individuales, una forma regular del polvo, una superficie lisa y una producción de tóner de color.