بررسی تأثیرکاربرد نانوذرات رنگدانه در فرمولاسیون تونرهای رنگی بر ویژگی¬های کاربردی چاپ رنگی کاغذ

STUDENT

DEGREE

YEAR

Printers are one of the output devices connected to the computers. They have been greatly welcomed by the printer users due to their high speed of duplicating documents. Inkjet and laser printers are two kinds of the most important printers. Laser printers use toner - known as dry ink- for printing process which is mixture of resins, pigments, waxes, and other additives. Emulsion polymerization is a new method of synthesis toner, while conventional toner product by pulverization method. In pulverization, monomers are synthesized separately then melt-mixed with other ingredients, but in emulsion polymerization methods, materials mixed together and then mixture polymerized. Because of this method of production, the toner compared to conventional toner in terms of morphology is rounded and has uniform particle size distribution. Also printed document with polymerization toner has higher image quality than conventional toner. The lower Glass transition temperature of polymerized toner in comparison with conventional toner, the polymerized toner has lower fixing temperature. In the first phase of this project, the toner used in printers and copy machines were synthesized using emulsion polymerization. The results show that the morphology of synthesized toner is very similar to common toner (in the market). Because of the particle size is very important factor in image quality of printed document, in the second phase the particle sizes of the pigment were converted less than 100 nm using a ball mill. After synthesizing toner using these nano particles, the effect of using them in color toner formulation on application properties of color printers were studied with doing various tests. FTIR spectroscopy, particle size and particle size distribution, glass transition temperature, the color of the image, light fastness, water fastness and abrasion fastness tests were done. In all experiments, the effect of particle size studied in synthesized toner. It was found with FTIR spectroscopy that the polymerization reaction is carried out in partnership with the monomers. The results showed that the particle size distribution of toner was in the range of 55 to 175 nm and particle size is about 96 nm. The synthesized toner with styrene/methyl methacrylate compared with styrene/n-butyl acrylate ones has Higher glass transition temperature. Synthesized toner by emulsion polymerization techniques has spherical morphology very similar to conventional toner. Lightness of conventional toner was slightly higher compared with synthesized toner. Color assessment of synthesized toner with nano pigment and synthesized toner with ordinary pigment shows that cyan hue has higher amount of color differences. It can be concluded that the cyan nano pigment in comparison with magenta and yellow ones is more sensitive to lower particle size. Magenta and yellow Shades of the synthesized toner are more color stable in the light than cyan. The cyan hue of conventional toner has the most color difference caused by light too. In water fastness test, cyan and magenta hues of synthesized toner with nano pigment shows more color difference compared with yellow hue. But in the conventional toner, a maximum difference in color shades is shown in cyan hue. Results of abrasion tests showed that the cyan synthesized toner with nano pigment has a maximum color change. Conventional toner compared to synthesized toner has lower values ??of color differences. Due to the effect of particle size on stability, higher color difference between shades of synthesized toner with nano pigment and conventional toner can be related to the smaller particles of synthesized toner. The amount of binder used in toner formulation employed also affect the abrasion fastness of toner. In general, according to the results of the light, water and abrasion fastness tests, the pigments used in this project can be used in the production of toner. Key Words Printer, Toner, Emulsion Polymerization, Particle Size, Particle Size Distribution, Primary Colors.

چاپگرها یکی از دستگاه های جانبی متصل به کامپیوترها هستند که به دلیل کاربرد آسان در تکثیر اسناد، از اهمیت خاصی برخوردار می باشند. به دلیل سرعت بالای چاپ اسناد در چاپگرهای لیزری و جوهرافشان، این نسل از چاپگرها با استقبال فراوانی روبرو شده اند. فرآیند چاپ در چاپگرهای لیزری، با استفاده از تونر صورت می گیرد. تونر -که به آن جوهر خشک نیز گفته می شود- مخلوطی از رزین، رنگدانه، واکس و دیگر مواد افزودنی می باشد. یکی از روش های جدید سنتز تونر روش پلیمریزاسیون امولسیونی است، در حالیکه تونرهای متداول با روش پودرسازی تولید می گردند. در روش پودرسازی، منومرها که جداگانه سنتز شده اند در حالت مذاب با دیگر مواد اولیه مخلوط شده و آسیاب می گردند. ولی در روش پلیمریزاسیون امولسیونی، مخلوط مواد اولیه در آب امولسیون تشکیل داده و سپس این مخلوط امولسیونی تحت پلیمریزاسیون قرار می گیرد. این روش تولید موجب می گردد که این تونرها از لحاظ ریخت شناسی مدور بوده و در مقایسه با تونرهای رایج، توزیع اندازة ذرات یکنواخت تری داشته باشند. همچنین تصاویر چاپ شده با این تونرها در مقایسه با تونرهای رایج کیفیت بالاتری دارند. به دلیل دمای انتقال شیشه ای پایین تر تونرهای سنتزشده با روش امولسیونی در مقایسه با تونرهای رایج، این تونرها دمای تثبیت پایین تری نسبت به تونرهای متداول دارند. در فاز اول این پروژه، تونر مورد استفاده در چاپگرها و دستگاه های کپی به روش پلیمریزاسیون امولسیونی سنتز شد. نتایج حاصل از ارزیابی تونر سنتز شده نشان داد که این تونر از نظر ریخت شناسی بسیار به تونر رایج (موجود در بازار) شباهت دارد. از آن جاکه اندازة ذرات تونر عامل تعیین کننده ای در کیفیت تصاویر چاپ شده است و با توجه به این که اندازة ذرات تونر کپسوله شده موجود در بازار 5 تا 7 میکرومتر است، در فاز دوم پروژه از نانو ذرات رنگدانه در سنتز تونر استفاده شد. بدین منظور ذرات رنگدانه با اندازه 300 تا 400 نانومتر با استفاده از آسیاب گلوله ای، به ذراتی با اندازة کمتر از 100 نانومتر تبدیل شدند. سپس این نانوذرات رنگدانه در سنتز تونر مورد استفاده قرار گرفتند. پس از مرحلة تولید تونر، تأثیرکاربرد این نانو ذرات در فرمولاسیون تونرهای رنگی، بر ویژگی های کاربردی چاپگرهای رنگی با انجام آزمایشات گوناگون مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات انجام شده شامل طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه، تعیین اندازة ذرات و توزیع اندازة ذرات، تعیین دمای انتقال شیشه ای، ارزیابی رنگی تصویر، ثبات نوری، ثبات مرطوب و ثبات سایشی بود. در همة آزمایشات اثر تغییر در اندازه ذرات در تونر سنتزی مورد بررسی قرار گرفت. مقایسة دمای انتقال شیشه ای تونر سنتزشده با مخلوط منومری استایرن- متیل متاکریلات با تونر سنتزشده با مخلوط منومری استایرن- ان بوتیل اکریلات، نشان داد که تونر سنتزشده با منومر ان بوتیل اکریلات دمای انتقال شیشه ای پایین تری دارد. با انجام طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه مشخص شد که واکنش پلیمریزاسیون با مشارکت منومرها انجام شده است. همچنین تونر سنتز شده با روش پلیمریزاسیون امولسیونی، از نظر ریخت شناسی کروی بوده و بسیار به تونر رایج شباهت دارد. اندازه ذرات تونر سنتزشده با نانوذرات رنگدانه 96 نانومتر بوده و توزیع اندازة ذرات تونر در محدودة 55 تا 175 نانومتر می باشد. در ارزیابی محرکه های رنگی تونر سنتزشده و تونر رایج، مشخص شد روشنایی فام های تونر رایج کمی بالاتر از روشنایی فام های تونر سنتزشده است. با ارزیابی محرکه های رنگی تونر سنتزشده با نانوذرات رنگدانه و تونر سنتزشده با رنگدانه ها، بیشترین اختلاف رنگ در فام فیروزه ای مشاهده شد. می توان نتیجه گرفت که فام فیروزه ای در مقایسه با فام های سرخابی و زرد، حساسیت بیشتری به کاهش اندازة ذرات نشان می دهد. فام های سرخابی و زرد تونر سنتزشده نسبت به فام فیروزه ای این تونر، در برابر نور، ثبات رنگ بهتری داشتند. در تونر رایج نیز بیشترین اختلاف رنگ ایجاد شده در اثر تابش نور، مربوط به فام فیروزه ای بود. در آزمون ثبات تری، اختلاف رنگ مشاهده شده در دو فام فیروزه ای و سرخابی تونر سنتزشده با نانوذرات، بسیار به هم نزدیک بوده و نسبت به اختلاف رنگ مشاهده شده در فام زرد بیشتر می باشد. در تونر رایج، فام فیروزه ای بیشترین اختلاف رنگ را داشته و فام های سرخابی و زرد کمتر در برابر رطوبت تغییر یافته اند. نتایج آزمون ثبات سایشی نشان داد که در بین تونرهای سنتزشده با نانوذرات رنگدانه ، فام فیروزه ای بیشترین تغییر رنگ را داشته است. تونرهای رایج در مقایسه با تونرهای سنتزشده با نانوذرات رنگدانه، ثبات نوری بهتر و ثبات های تری و سایشی ضعیف تری داشتند. به دلیل تأثیر اندازة ذرات بر ثبات سایشی، اختلاف رنگ بالاتر فام های تونر سنتزشده با نانوذرات رنگدانه در مقایسه با تونر رایج را می توان به اندازة ذرات کوچک تر تونر سنتزشده نسبت داد. همچنین میزان بیندر به کاررفته در فرمولاسیون تونر نیز بر ثبات سایشی تونر اثرگذار است. در کل با توجه به نتایج حاصل از آزمون های ثبات نوری، ثبات تری و ثبات سایشی، می توان از رنگدانه های به کار رفته در این پروژه در تولید تونر استفاده کرد.