بررسی تأثیرکاربرد نانوذرات رنگدانه در فرمولاسیون تونرهای رنگی بر ویژگیهای کاربردی چاپ رنگی کاغذ

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 اندازه 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 اندازه ذرات تونر عامل تعیین کننده ای در کیفیت تصاویر چاپ شده است و با توجه به این که اندازه 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 اندازه کمتر از 100 نانومتر تبدیل شدند. سپس این نانوذرات رنگدانه در سنتز تونر مورد استفاده قرار گرفتند. پس از مرحله 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 اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات، تعیین دمای انتقال شیشه ای، ارزیابی رنگی تصویر، ثبات نوری، ثبات مرطوب و ثبات سایشی بود. در همه آزمایشات اثر تغییر در اندازه ذرات در تونر سنتزی مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه 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 اندازه ذرات تونر در محدوده 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 اندازه 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 اندازه ذرات بر ثبات سایشی، اختلاف رنگ بالاتر فام های تونر سنتزشده با نانوذرات رنگدانه در مقایسه با تونر رایج را می توان به اندازه 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.