低温环保聚合碳粉技术浅谈

激光打印机、数码复合机等是我们常用的办公设备，同时也是办公室中的主要污染源头。这些设备工作的核心步骤是碳粉的转印定影，因此降低碳粉定影温度可以减少有害物质的产生。那么，怎样才能降低碳粉的定影温度呢？

碳粉是激光打印机和数码复合机的主要耗材之一，其主要成分包括树脂、颜料、磁性氧化铁、电荷控制微粒、润滑剂等。激光打印机和数码复合机的成像原理，基本上都是在定影的过程中，对吸附在纸上的碳粉颗粒加压加热，使碳粉熔化并浸入打印纸中，形成固定的图像。这一过程正是此类办公设备主要的污染源头。

碳粉成像成办公室污染源

吸附在纸上的碳粉，是由热塑性的树脂及颜料混合而成的微小颗粒。当吸附有碳粉的纸经过定影辊时，碳粉中的树脂熔化并与颜料一起被紧紧地压附在纸上，从而形成永久的图像。(碳粉的熔化温度约为100℃，定影辊的温度与纸张通过的速度有关，一般在150℃～180℃之间。)因为定影时加热温度相对较高，传统碳粉中含有的有害物质会挥发出来，使得办公设备成为办公环境的主要空气污染源。这一过程中产生的有害空气污染物，主要包括碳粉本身散发的气体及微小粉尘、塑料外壳及各类配件的放射性污染、碳粉高温熔化过程中产生的气体。碳粉颗粒在人体中不能被分解，很难自动排出人体。而长期吸入或者一次性吸入大量的碳粉颗粒，容易造成呼吸道疾病。碳粉有轻微毒性，有些碳粉含有多环芳烃系列及二甲基硝胺等物质，这些是医学界公认的三、四号致癌物质。

改进碳粉工艺降低危害

激光打印机和数码复合机产生的大多数空气污染物都来自于加热定影过程，降低定影温度可以在一定程度上减少有害物质的排放，而这就需要降低碳粉的熔化温度。为了实现这一目标，办公设备厂商开始尝试采用聚合碳粉技术，其中柯尼卡美能达的Simitri HD高清晰聚合碳粉和富士施乐的
EA-HG高级乳胶聚合碳粉是比较有代表性的产品。

采用聚合碳粉可以显著降低打印设备有害物质的产生和排放

柯尼卡美能达的Simitri HD高清晰聚合碳粉可以在低于普通研磨碳粉定影温度20℃的状态下低温定影，因此打印过程中排放的CO2(二氧化碳)、SOx(硫氧化物)、NOx(氮氧化物)等有害气体减少了约40%，降低污染的同时也降低了能耗，是一种比较环保的解决方案。为什么Simitri HD高清晰聚合碳粉可以以低于普通碳粉定影温度20℃的情况下低温定影呢？要揭开这个秘密，我们需要从碳粉的生产工艺谈起。

普通研磨碳粉生产大量采用的是粉碎研磨法，即首先把固体的树脂、颜料、电荷控制剂(CCA)等原料粗略混合；再在混炼机中加热让各种不熔成分均匀地分散到熔化的树脂中，等冷却凝固后就可以得到混合后的固体原料。之后还需要进行粉碎研磨、分级筛选(把太粗和太细的颗粒去除)和表面改性(添加流动化剂、表面改性剂，在碳粉颗粒外包裹一层纳米粉体，以增强流散性)，才能得到日常使用的普通研磨碳粉。

普通研磨碳粉通过固体原料粉碎研磨生产

Simitri HD高清晰聚合碳粉采用化学工艺加工而成，主要的生产过程都在液态环境下完成，制得的碳粉颗粒直径降低到约6.5微米。同时在加工时加入了蜡性材料，使其终的定影温度比普通研磨碳粉低20℃左右，并且拥有更好的边缘锐度和填充度，使细节表现更加逼真、色彩更加鲜艳。除开柯尼卡美能达外，同为办公设备大厂的佳能、富士施乐等厂商也具备相关聚合碳粉的生产能力。富士施乐的乳胶聚合碳粉技术(Emulsion Aggregation(EA) Toner)技术是类似于Simitri HD高清晰聚合碳粉的技术。EA碳粉颗粒直径仅为5.8微米，比传统彩色和黑白墨粉分别小12%和32%，附着性更强，打印效果不易受纸张表面的影响。另外，EA碳粉的转印效率更高，碳粉消耗减少了37%，碳粉耗损率降低了68%，保证98%以上的碳粉被传输到介质上。

相比研磨碳粉，聚合碳粉的优势非常明显。不过由于聚合碳粉生产难度较大(主要是粒度和分子量的同时控制技术难以把握)，而不合格的产品无法像研磨碳粉一样重新混炼使用，因而常常因为良率问题导致成本升高。也正是由于这个因素，聚合碳粉更多集中应用在了彩色碳粉的生产上。

聚合碳粉仍有改进空间

尽管聚合碳粉相比研磨碳粉有很多优势，但也存在不足之处。一是虽然聚合碳粉颗粒尺寸统一保证了打印性能一致，但缺乏较大颗粒会影响黑度，缺乏较小颗粒有可能影响分辨率，可谓有得有失。二是聚合法生产的碳粉，由于无机不溶物高达40%以上，容易产生剩粉问题。

聚合碳粉颗粒直径降低至6.5微米

另外由于聚合碳粉工艺难度高、生产投入较大，目前只有少数国际专业企业拥有生产能力。不过随着聚合工艺的改进，例如种子乳液聚合法等工艺的出现，聚合碳粉的生产难度和成本会大大改善。相信随着相关技术的进一步成熟，市场中会出现越来越多的、采用环保聚合碳粉的办公设备。

聚合碳粉和研磨碳粉的颗粒差异非常明显

聚合碳粉的生产过程是把液态的有机物原料注入反应釜，再把颜料、电荷控制剂、蜡性材料及其它成本加入搅拌，在一定条件下靠引发剂引发单体聚合成碳粉微粒(sub-micron)。后，再对这些微粒进行清洗(洗去未聚合的单体和残余的引发剂等)、干燥、表面改性(与粉碎法相同)即可。由于工艺的区别，聚合碳粉和研磨碳粉存在不同的特性：

1.由于采用化学聚合工艺，聚合碳粉颗粒形状更圆滑，流动性好、转印率高；
2.由于是在液体中分散，聚合碳粉每个颗粒中各组分的含量一致性较好；
3.聚合粉粒度的分布比粉碎粉更均匀，每个颗粒的直径比较接近；
4.聚合碳粉加工过程中均匀地融入了蜡性材料，熔点明显降低。