不知道關(guān)注粉體圈的朋友們是否還記得粉體圈曾經(jīng)發(fā)表過的兩篇文章，一篇是《打印耗材之碳粉基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介》，一篇是《超臨界流體技術(shù)在粉體制備領(lǐng)域的應(yīng)用淺析》。在此，本文給大家獻(xiàn)上的是關(guān)于碳粉生產(chǎn)工藝改進(jìn)方向——用超臨界流體技術(shù)生產(chǎn)碳粉的探討。

一、碳粉傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的不足

之前我們給大家介紹了碳粉的主要生產(chǎn)方法有二種，一種是機(jī)械法（產(chǎn)品為粉碎碳粉），是當(dāng)今黑色的主流生產(chǎn)方法。第二種是化學(xué)聚合法（產(chǎn)品為聚合碳粉），主要用于生產(chǎn)彩色墨粉。

機(jī)械法已被公認(rèn)為是當(dāng)今生產(chǎn)碳粉最成熟的技術(shù)，與此方法相依的原料、加工設(shè)備已形成完善的配套體系，產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成本穩(wěn)定，核心技術(shù)也走向普及。但用此方法生產(chǎn)的墨粉也不足之處。其中最主要的缺點(diǎn)就是此法生產(chǎn)出的碳粉均一性不足。復(fù)印打印設(shè)備不斷追求打印高分辨率圖像，這就要求碳粉粒徑越來越小。但是當(dāng)碳粉顆粒小到一定程度，要每一墨粉粒子的組成成份實(shí)現(xiàn)理想的均一化，將會(huì)遇到極大的技術(shù)障礙。要實(shí)現(xiàn)對(duì)多組份成分的每一種成分的分散分配效果達(dá)到0.5～1.0um以下均一，是現(xiàn)有主流混煉機(jī)加工能力的不可逾越的門檻。由于碳粉是用機(jī)械粉碎方法成形的，所以顆粒形狀是無規(guī)則，非均勻的，這也照成碳粉的流動(dòng)性不夠理想。正是由于上述兩個(gè)原因，用機(jī)械法生產(chǎn)的碳轉(zhuǎn)印率也只能達(dá)到85%左右。產(chǎn)生的廢粉不僅造成資源的浪費(fèi)，也是污染環(huán)境的元兇。

采用化學(xué)法直接集合的碳粉具有良好的均一性，而且顆粒呈球形。以此方法生產(chǎn)的碳粉流動(dòng)性好，轉(zhuǎn)印率高。理想轉(zhuǎn)印率可達(dá)95%以上。廢粉率很低。但是這種工藝在生產(chǎn)過程中需要大量純凈淡水。一般每生產(chǎn)一噸墨粉會(huì)產(chǎn)生幾十到一百噸廢水，排放這么多的洗滌廢水，將直接造成對(duì)環(huán)境的污染。除此之外，對(duì)洗滌過的墨粉還需干燥除水，為防止墨粉在干燥過程中結(jié)塊，干燥過程要在低溫的條件下進(jìn)行，通常需60小時(shí)以上，這樣一來，不僅生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且也消耗更多的能量。生產(chǎn)成本也自然提高。正是由于上述缺陷，化學(xué)聚合法生產(chǎn)工藝普及率不高。

二、超臨界流體技術(shù)在碳粉制造領(lǐng)域應(yīng)用探討

我們能否找到一種理想制造墨粉的新方法來克服機(jī)械法及化學(xué)聚合法的不足？一些行業(yè)專家認(rèn)為“超臨界流體技術(shù)”將可能是未來生產(chǎn)墨粉的理想方法。我們?cè)凇冻R界流體技術(shù)在粉體制備領(lǐng)域的應(yīng)用淺析》一文中已經(jīng)介紹過超臨界流體技術(shù)（SCF）制備超微粉體是一項(xiàng)新技術(shù)。利用超臨界流體較好的溶解、擴(kuò)散和傳質(zhì)能力,能制備出性能優(yōu)異的超微粉體。CO2資源廉價(jià)，安全性好，而且方便于在常溫條件下用，沒有污染環(huán)境問題，是目前應(yīng)用超臨界流體技術(shù)的首選材料。美國(guó)已經(jīng)把CO2超臨界流體溶噴技術(shù)已應(yīng)用于制造粉末涂料，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。我國(guó)正在開展把CO2超臨界流體做為加工介質(zhì)，應(yīng)用于制造碳粉的研究工作。下面給大家介紹幾種構(gòu)想中的超臨界流體技術(shù)制造碳粉方法。

1、溶噴法

如附圖所示，首先把構(gòu)成墨粉組份原料（樹脂、CCA、顏料、促溶濟(jì)等）加到高壓溶融釜內(nèi)，再把容器中的空氣抽空，然后用高壓泵注入二氧化碳，控制t＞31.1℃,當(dāng)Ps>7.4Mpa后的某一壓力時(shí)，使其處于能溶解熱熔樹脂的超臨界態(tài)，啟動(dòng)攪拌裝置，將不能溶于超臨界流體的顏料等懸浮在流體中，從理論上，可認(rèn)為顏料與CCA在樹脂溶液中的分布可達(dá)到理想的均一化，控制溶融釜與噴霧室的壓力關(guān)保持衡定，就可得到球形墨粉。由于溶噴法工藝已在粉末涂料行業(yè)取得成功，相信在制造碳粉生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用也是可期待的。

2、抗溶法（GAS）

由于CO2超臨界流體直接溶解苯丙聚合物有一定困難，在沒有找到理想促溶劑的情況下，可以把苯丙樹脂或聚脂先溶解在某種溶劑中，并對(duì)同時(shí)加入的顏料及CCA在高壓釜中攪拌，控制溶液濃度，溫度使體系成為均勻的懸俘液體，然后再與超臨界CO2的流體混合，由于溶劑是可溶于超臨界體的，而溶質(zhì)是不溶于CO2超臨界流體，于是樹脂攜帶顏料及CCA會(huì)析出形成球形微粒，有機(jī)溶劑和超臨界流體形成的溶液經(jīng)過解吸裝置使二者分離，然后各自給予循環(huán)使用。可直接制造出微粉的球形粉體。該技術(shù)雖然還未在墨粉制造中有成功的前例，但在制藥行業(yè)已有成功先例。

3、聚合法

該方法就是把超臨界流體作為聚合反應(yīng)介質(zhì)使苯乙烯，甲基丙烯酸酯等單體，在超臨界流體中進(jìn)行聚合的方法。參考目前化學(xué)聚合墨粉的成功經(jīng)驗(yàn)，采用適合超臨界二氧化碳流體的引發(fā)劑與表面活性劑是可以找到適合聚合墨粉的工藝條件的，可以實(shí)現(xiàn)制造出D50為6u左右的球形潔凈的粉體。用此方法實(shí)現(xiàn)的聚合物無需用水清洗與長(zhǎng)時(shí)間的干燥，克服了化學(xué)聚合發(fā)以水為介質(zhì)生產(chǎn)碳粉的所遇到高耗水、干燥過程周期長(zhǎng)、耗能大的缺點(diǎn)。

小結(jié)：采用CO2為介質(zhì)的超臨界流體技術(shù)制造碳粉工藝創(chuàng)新一旦成功，那將順利克服機(jī)械法與化學(xué)聚合法的技術(shù)短板。在保障碳粉產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到化學(xué)聚合法的高水平的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)碳粉生產(chǎn)的無污染，低能耗，符合未來技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。大家期待著中國(guó)打印耗材企業(yè)在碳粉生產(chǎn)工藝水平的創(chuàng)新和突破，讓我們拭目以待吧。

（粉體圈 作者：敬之）