پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر
فصلنامه علمی - پژوهشی

تولید تونر به روش پلیمریزاسیون امولسیونی درجا: بررسی تاثیر دمای واکنش و سرعت همزن

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

مرضیه افشاری 1
محسن نجفی 2
مریم عطائی فرد 3

1 گروه مهندسی پلیمر، دانشگاه صنعتی قم

2 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی قم

3 عضوی هیات علمی پژوهشگاه رنگ

چکیده
چکیده

عنوان تحقیق: در سال­های اخیر چاپگرهای بر پایه تونر به جهت کاربری آسان، صرفه اقتصادی، سرعت و کیفیت بالا کاربردهای فراوانی یافته­اند. ازاین‌رو تلاش­های زیادی جهت تولید تونر با روش‌های متفاوتی ازجمله پلیمریزاسیون سوسپانسیونی و تجمع امولسیونی صورت گرفته است اما در تمامی این روش­ها علی‌رغم خواص رنگی و اندازه ذرات مطلوب، درصد تبدیل واکنش کم می­باشد.

هدف تحقیق: در مطالعه جاری از روش پلیمریزاسیون امولسیونی درجا بر پایه‌ مونومرهای استایرن و بوتیل اکریلات در حضور دوده برای تولید تونر با درصد تبدیل بالای 75% استفاده شده است. در این راستا تأثیر دمای واکنش پلیمریزاسیون و سرعت همزن بر درصد تبدیل در زمان­­های مختلف، اندازه‎ و توزیع اندازه ذرات، خواص حرارتی و رنگی محصول نهایی بررسی شد. آزمون رنگ­سنجی برای بررسی خواص رنگی انجام شد. همچنین ریزساختار تونرهای سنتزشده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ارزیابی شد.

نتایج اصلی: نتایج بیانگر این است که روش پلیمریزاسیون امولسیونی درجا ضمن دارا بودن درصد تبدیل مطلوب واکنش در محدوده 75-90%، به‌خوبی قادر است خواص رنگی و توزیع اندازه ذرات مناسب را برای تونر ایجاد کند. تمامی تونرهای تولیدشده توزیع اندازه ذرات باریک و شکلی کروی داشتند که دمای واکنش و سرعت همزن بر آن بی‌تأثیر بوده است. با افزایش دمای پلیمریزاسیون از ℃70 به ℃80، درصد تبدیل بالاتری حاصل شده ولی افزایش سرعت همزن تأثیر دوگانه­ای بر درصد تبدیل داشته است. با افزایش دما به ℃90، چسبندگی ذرات کروی به یکدیگر مشاهده شد. افزودن یک‌باره مونومرها به محیط واکنش و استفاده از فرایند ناپیوسته (batch process) سبب مشاهده دو دمای انتقال شیشه­ای شد. این نوع شیوه سنتز تونر می­تواند راهنمایی برای پژوهش­های آینده جهت تولید تونر با بالاترین درصد تبدیل باشد.

کلیدواژه‌ها

تونر الکتروفتوگرافی
دوده
پلیمریزاسیون امولسیونی درجا
دمای واکنش
سرعت همزن
خواص رنگی

موضوعات

عنوان مقاله English

Toner production by in situ emulsion polymerization: Investigation of the effect of reaction temperature and stirrer speed

نویسندگان English

Marzieh Afshari 1
Mohsen Najafi 2
Maryam Ataeefard 3
1 Department of Polymer Engineering, Qom University of Technology, Qom, Iran
2 Department of Polymer Engineering, Qom University of Technology, Qom, Iran,
3 Department of Printing Science and Technology, Institute for Color Science and Technology, Tehran, Ira
چکیده English

Abstract



Research subject: In recent years, toner-based printers have found many applications for ease of use, economical, high speed and quality. Therefore, many attempts have been made to produce toner by various methods such as suspension polymerization and emulsion aggregation. But in all these methods, despite the proper color properties and particle size, the reaction conversion is low.


Research approach: In the present study, in situ emulsion polymerization method based on styrene and butyl acrylate monomers in the presence of carbon black has been used to produce toner with a conversion above 75%. In this regard, the effect of polymerization reaction temperature and stirrer speed on conversion at different times, particle size and particle size distribution, thermal and color properties of the final product were investigated. Color measurement was performed to evaluate the color characteristics. Also, the microstructure of the synthesized toners was evaluated using scanning electron microscopy.


Main results: The results show that in situ emulsion polymerization method while having the proper conversion of the reaction in the range of 75-90% is well able to create the suitable color characteristics and particle size distribution for the toner. All toners produced had a particle size distribution and a spherical shape that was unaffected by the reaction temperature and stirrer speed. By increasing the polymerization temperature from 70℃ to 80℃, resulted in a higher conversion, but the increase in stirrer speed had a dual effect on the conversion. Sticking of spherical particles with each other was observed by increasing the temperature to 90℃. The sudden addition of a monomers to the reaction media and using batch process resulted in the observation of two glass transition temperatures. This type of toner synthesis can be a guide for future research to produce toner with the highest conversion.

کلیدواژه‌ها English

Electrophotographic Toner
Carbon black
In-situ emulsion polymerization
Polymerization temperature
Stirrer speed
Color properties
[1] Yilmaz. U, Analysis of the color properties of papers subjected to different recycling numbers in electrophotographic (toner) printing, Pigment & Resin Technology, 2022.
[2] Helmut. K, Hand Book of Print Media: Technologies and Production Methods, Germany, Springer, 2001.
[3] Zhang. K, Zhang. Y, Ye. M, Han. A and Chen. X, Preparation and Characterization of Multi-Component Composite Microspheres Used for Ceramic Toner, Ceramics International, 45, 24601-24608, 2019.
[4] Ataeefard. M and Aarabi. A. M, Producing Ceramic Toner Via Emulsion Aggregation Method Based on ZrSiO4: Pr Ceramic Pigment, Institute for Color Science and Technology, 14, 113-120, 2021.
[5] Babaei. B, Najafi. M and Ataeefard. M, Production of Laser Jet Printer Toner by in Situ Emulsion Polymerization Method, 9(2), 53-64, 2019.
[6] Liao. J, Ye. M, Han. A, Chen. X, Zhang. K, Guo. J and Chen. C, Preparation and Reshaping of Composite Microparticles for Color Toner Based on the Encapsulated Nanoparticles, Applied Polymer, 137, 47, 2020.
[7] Karlovits. I, Lavri. G, Kavci. U, Zoric. V, Electrophotography toner adhesion on agro-industrial residue and invasive plant papers, Journal of Adhesion Science and Technology, 32, 23, 2636-2651, 2021.
[8] Galliford. G,Ventura, The Anatomy of a Toner, Galliford Consulting and Marketing, 2006.
[9] Ruiz-Robles. M.A, Solis-Pomar. F, Gutiérrez-Lazos. C.B, Fundora-Cruz. A, Álvaro Mayoral and Pérez-Tijerina. E, Synthesis and Characterization of Polymer/Silica/QDs Fluorescent Nanocomposites with Potential Application as Printing Toner, Materials Research Express, 2018.
[10] Ataeefard. M and Ebadi. M, Effect of Carbon Black on the Properties of Emulsion Aggregation Electrophotographic Toner, Color Science and Technology, 7, 331-338, 2014.
[11] Ataeefard. M, Mohammadi. Y and Saeb. M.R, Intelligently Synthesized In Situ Suspension Carbon Black/Styrene/Butylacrylate Composites: Using Artificial Neural Networks towards Printing Inks with Well-Controlled Properties, Polymer Science, 61(6), 667–680, 2019.
[12] Kinsyo. T, Nakanishi. H, Hirai. K, Noda. H, Takikawa. T and Yahiro. Sh, Development of Polyester Resin Particles for Toner with a Controlled Particle Size Distribution and Shape, Polymer Journal, 1-8, 2017.
[13] Rosen. M and Ohta. N, Color Desktop Printer Technology, CRC Press, 2018.
[14] Kiatkamjornwong. S and Pomsanam. P, Synthesis and Characterization of Styrenic-Based Polymerized Toner and Its Composite for Electrophotographic Printing, J. Appl. Polym. Sci., 89, 238-248, 2002.
[15] Lovell. P. A and Schork. F. J, Fundamentals of Emulsion Polymerization, Journal of ACS, 2020.
[16] Ataeefard. M, Production of Carbon Black Acrylic Composite as an Electrophotographic Toner Using Emulsion Aggregation Method: Investigation the Effect of Agitation, Compos. Part B: Eng., 64, 78-83, 2014.
[17] Chern. C. S, Emulsion Polymerization Mechanism and Kinetics, Prog. Polym. Sci, 31, 443-486, 2006.
[18] Widiyandari. H, Iskandar. F, Hagura. N and Okuyama. K, Preparation and Characterization of Nanopigment Poly (Styrene-co-n-Butyl Acrylate-co-Methacrylic acid) Composite Particles by High Speed Homogenization Assisted Suspension Polymerization, Applied Polymer Science, 108, 1288-1297, 2008.
[19] Andami. F, Ataeefard. M, Najafi. F and Saeb. M. R, Fabrication of Black Printing Toner through in situ Polymerization: An Effective Way to Increase Convertion, Institute for Color Science and Technology, 8, 115-121, 2015.
[20] Andami. F and Ataeefard. M, From Suspension Toward Emulsion and Mini-Emulsion Polymerization to Control Particle Size, Particle Size Distribution and Sphereness of Printing Toner, Pigment and Resin Technology, 45(5), 363-370, 2016.
[21] Ataeefard. M, Sadati Tilebon. S. M and Reza Saeb. M, Intelligent modeling and optimization of emulsion aggregation method for producing green printing ink, 8(1), 703-718, 2019.
[22] Zang. Y, Ye. M. Han. A and Ding. Y, Preparation of Nano-Encapsulated Polyethylene Wax Particles for Color Toner by In Situ Emulsion Polymerization, 134(2), 2017.
[23] Fu. S, Xu. Ch, Du. Ch, Tian. A and Zhang. M, Encapsulation of CI Pigment Blue 15:3 Using a Polymerizable Dispersant via Emulsion Polymerization, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 384, 68-74, 2011.
[24] Babaei. B, Najafi. M and Ataeefard. M, Production of Electrophotographic Toner Using in situ Emulsion Copolymerization of Styrene-Butyl Acrylate, Advanced Materials and Novel Coating, 36, 2678-2688, 2021.
[25] Maiti. J and Basfar. A.A, Encapsulation of Carbon Black by Surfactant Free Emulsion Polymerization Process, Macromolecular Research, 25(2), 120-127, 2017.
[26] Mahabadi. H, Stocum. A, Xerox’s Emulsion Aggregation Toner–An Environmentally Friendly Technology, Xerox Corporation, 1, 1-5, 2006.

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما