Модифицирование тонеров для получения электропроводящих покрытий в электрофотографическом цифровом печатном процессе (1095064), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Также в качестве добавок использовались смеси чистогографита с ОСУНТ-99 и ОСУНТ-99 с наночастицами серебра.МСУНТ и ОСУНТ 90% и 99% чистоты были получены методом дуговогоразряда и очищены методом кислотного рефлюкса (нагревание в колбе собратным холодильником, орошение, конденсирование).Также ипользовались ОСУНТ 80% чистоты, изготовленные в ООО«Углерод Чг». Эта компания производит ОСУНТ в виде порошка чистотойтолько 80%. ОСУНТ-80 были синтезированы электродуговым способом скатализатором Ni/Y.PEDOT:PSSВыбранный полимер использовался в качестве добавки к тонеру примеханическом перетирании, а также с помощью него была произведенадополнительная обработка некоторых тонерных покрытий, а именно егонанесение сверху тонким слоем.
Можно отметить хорошее распределение12данного полимера на изготовленном тонерном слое, а также его быстроевысыхание.Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) илиполи(3,4-этилендиокситиофен)-поли(стиролсульфонат) (ПЭДОТ:ПСС) – этоэлектропроводящее вещество, композиция, состоящая из ПЭДОТ (0,5%) и ПСС(0,8%), диспергированная в водной среде (общая массовая доля в воде –1,3%).Запрещенная энергетическая зона составляет 1,6 эВ, электрическаяпроводимость 1 См/см, допустимая температура хранения 2-8 ºC.
Являетсяэлектропроводящей полимерной композицией. Был закуплен в компании SigmaAldrich.2. Механическая обработка. В качестве такой обработки использовалосьперетирание тонера или тонерной смеси в агатовой ступке в течение 30 минут сцелью улучшения сцепления тонерных частиц друг с другом, а, следовательно,увеличения электрической проводимости.Для такой механической обработки были выбраны следующие вещества:– перетирание тонеров;– перетирание тонера с графитом (грифелем);– перетирание тонера с графитом (грифелем) и полимером PEDOT:PSS(фирмы Sigma-Aldrich);– перетирание тонера с чистым графитом;– перетирание тонера с сажей (продукт горения);– перетирание тонера с углем (активированным);– перетирание тонера с ОСУНТ-99.3.
Дополнительная обработка. Химическая (это либо обработкарастворителем для конкретного полимера в составе тонера, что позволит убратьполимерную оболочку, либо обработка подложек веществами с хорошейпроводимостью). И второй вид обработки это радиационное или ИК-облучение.Для повышения электрической проводимости тонерных покрытийиспользовалась предварительная обработка самих добавок, обработка тонерныхсмесей, а также обработка уже готовых тонерных покрытий. Были выбраныследующие виды обработки:– нанесение раствора наночастиц серебра в АОТ-изооктане тонерныхподложек, а также подложек из смеси тонера и графита (грифеля) споследующей промывкой и нагревом;– обработка ультразвуком смесей тонера с раствором наночастиц серебрав АОТ-изооктане и тонера с графитом (грифелем) и дисперсией наночастицсеребра (для этой цели использовалась ультразвуковая ванна, в которойвещества подвергались обработке в течение 30 минут);– нанесение на тонерные покрытия электропроводящего полимераPEDOT:PSS;– нанесение полимера PEDOT:PSS на готовую подложку из перетертойсмеси тонера и графита (грифеля);13– обработка тонерной смеси с МСУНТ-99 ультразвуком;– обработка ОСУНТ-80 радиационным излучением (20 КГр или 2 Мрада),изготовление тонерной смеси, нанесение дисперсии серебра;– обработка тонерных покрытий ацетоном (он служит растворителем длявходящего в состав тонера полимера – сополимера стирол-акрилата);– нанесение дисперсии серебра на покрытие из тонерной смеси с ОСУНТ80;– ИК облучение тонерных покрытий лазером (использовался лазермощностью 100 мВт, диаметр пучка 2 мм, длина волны 1066 нм; облучениепроизводилось в течение 30 минут в трех точках).В таблице 5 представлены значения электрической проводимости длясмесей, у которых было отмечено значительное повышение электрическойпроводимости.
Также показаны их ВАХ характеристики (рис. 2).Рис.2. ВАХ для тонерных покрытий со значительным повышениемэлектрической проводимости после введения добавок:1 – омическая зависимость; 2 –тонер фирмы Xerox с ОСУНТ-99 (10%); 3 – тонер фирмы Xerox с ОСУНТ-99 (30%); 4– тонер фирмы HP с ОСУНТ-99 (30%); 5 – тонер фирмы Xerox с чистым графитом(15%) и ОСУНТ-99 (15%); 6 – тонер фирмы HP с чистым графитом (15%) и ОСУНТ99 (15%); 7 – тонер фирмы Xerox с ОСУНТ-80 (10%); 8 – тонер фирмы Xerox сОСУНТ-80 (15%); 9 – тонер фирмы Xerox с графеном2 (7%); 10 – тонер фирмы Xeroxс графеном2 (15%)14Таблица 5. Результаты со значительным повышением электрическойпроводимости тонерных покрытий после введения добавокТонерфирмыXeroxXeroxXeroxXeroxXeroxXeroxXeroxHPHPДобавка, масс.
доляОСУНТ-99, 10%Графен2, 15%ОСУНТ-99, 30%ОСУНТ-80, 15%ОСУНТ-80, 10%ОСУНТ-99, 15%+чистый графит, 15%Графен2, 7%ОСУНТ-99, 30%ОСУНТ-99, 15%+чистый графит, 15%σ ·10-3, См/м41,84016,2146,374,51,770,030,07Наилучшие результаты показал тонер фирмы Xerox с одностенныминанотрубками 80% чистоты и 90% чистоты, а также с графеном. У данныхсмесей отмечено повышение электрической проводимости на 4 порядка посравнению с тонерными покрытиями без использования добавок.В качестве механической обработки использовалось перетирание тонераили тонерной смеси в агатовой ступке в течение 30 минут с целью улучшениясцепления тонерных частиц друг с другом, а, следовательно, увеличенияэлектрической проводимости.В таблице 6 представлены результаты рассчитанных значений созначительным повышением электрической проводимости тонерных покрытийпосле механической обработки.
На рисунке 3 – их вольтамперные зависимости.Таблица 6. Результаты со значительным повышением электрическойпроводимости тонерных покрытий после механической обработкиТонерфирмы1HPXeroxHPXeroxHPXeroxДобавка, масс. доля2ОСУНТ-99, 30%ОСУНТ-99, 30%Графит (грифель), 30%PEDOT:PSS, 15%+графит (грифель), 15%PEDOT:PSS, 15%+графит (грифель), 15%Чистый графит, 30%σ ·10-3, См/м314,113,15,484,442,171,49151XeroxXeroxHPHPXerox2Графит (грифель), 30%Графит (грифель), 10%Чистый графит, 30%Чистый графит, 20%Чистый графит,20%30,140,140,80,280,03Рис.3.
ВАХ для тонерных покрытий со значительным повышениемэлектрической проводимости после механической обработки: 1 – омическаязависимость; 2 – тонер фирмы Xerox с графитом (грифелем) (10%); 3 – тонерфирмы Xerox с графитом (грифелем) (10%) и PEDOT:PSS (10%); 4 – тонерфирмы HP с графитом (грифелем) (10%) и PEDOT:PSS (10%); 5 – тонерфирмы Xerox с графитом (грифелем) (30%); 6 – тонер фирмы HP с графитом(грифелем) (30%); 7 – тонер фирмы HP с чистым графитом (20%); 8 – тонерфирмы Xerox с чистым графитом (20%); 9 – тонер фирмы HP с чистымграфитом (30%); 10 – тонер фирмы Xerox с чистым графитом (30%); 11 –тонер фирмы Xerox с ОСУНТ-99 (30%); 12 – тонер фирмы HP с ОСУНТ-99(30%)16Наилучшие результаты показал процесс перетирание тонеров содностенными углеродными нанотрубками 99% чистоты в количестве 30%.Заметно увеличение электрической проводимости на 4 порядка.
Следовательно,перетирание действительно увеличивает контакт между частицами и,соответственно, электрическую проводимость.Из полученных значений электрической проводимости тонерныхпокрытий после дополнительной обработки также были выбраны наилучшие(таблица 7). Ниже представлены ВАХ для наилучших значений электрическойпроводимости (рисунок 4).Рис.4.
ВАХ для тонерных покрытий со значительным повышениемэлектрической проводимости после различной обработки: 1 – омическаязависимость; 2 – тонер фирмы Xerox с ОСУНТ-80 (10%), облученнымирадиацией; 3 – тонер фирмы Xerox с ОСУНТ-80 (10%), облученными радиацией,нанесение дисперсии наночастиц серебра; 4 – тонер фирмы Xerox с ОСУНТ-80(10%), нанесение дисперсии наночастиц серебра; 5 – тонер фирмы Xerox сграфитом (грифелем) (10%), нанесение PEDOT:PSS17Таблица 7.
Результаты со значительным повышением электрическойпроводимости тонерных покрытий после различной обработкиТонерфирмыДобавка, массовая доляXeroxXeroxXeroxXeroxОСУНТ-80, 10%ОСУНТ-80, 10%ОСУНТ-80, 10%Графит (грифель), 10%ОбработкаРадиация (добавка), Ag(дисперсия)Ag (дисперсия)Радиация (добавка)Перетир, PEDOT:PSSσ ·10-3, См/м6,413,333,140,86Такой способ модифицирования тонера показал худшие результаты,нежели первые два.
Из предложенных вариантов повышение электрическойпроводимости было отмечено лишь у 4 образцов. Плюс такая обработкапредполагает дополнительный технологический процесс, что требует большевремени и энергозатрат. Видно, что электрическая проводимость увеличиласьлишь на 3 порядка при использовании тонерной смеси с ОСУНТ-80 иобработке. Эти показания хуже, чем при простом введении этой добавки.Для печати в электрофотографическом устройстве был выбран способ изтех, что дал наилучшие результаты.
Это тонерная смесь тонера фирмы Xerox содностенными углеродными нанотрубками 80% чистоты в количестве 15% оттонерной массы. Для контрольного эксперимента необходимо поместитьтонерную смесь в печатную машину, а именно в картридж. Количество тонера вкартридже должно быть достаточное, чтобы печатная машина распозналаналичие первого. Такое количество для выбранного экспериментальногооборудования, а именно для многофункционального устройства (МФУ) XeroxWorkcentre M15i, приблизительно равно 20 граммам.
Следовательно, дляизготовления тонерной смеси потребуется 3 г нанотрубок. Было решенозаказать нанотрубки в необходимом количестве у организации ООО «УглеродЧг». Эта компания производит ОСУНТ в виде порошка чистотой только 80%.На выбранном оборудовании был получен напечатанный тест-объект,построена ВАХ (рис. 5) и измерена электрическая проводимость тонерногопокрытия. Она составила σ = 3,2·10 2 См/м.Данное значение ниже проводимости чистого углерода, но все же мыдобились значительного увеличения электропроводимости по сравнению сисходными значениями (увеличение на 4 порядка). А это доказываетвозможность повышения электрической проводимости тонерных покрытий и,как следствие, печати электропроводящих покрытий.18Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
