不知道關注粉體圈的朋友們是否還記得粉體圈曾經發表過的兩篇文章，一篇是《打印耗材之碳粉基礎知識簡介》，一篇是《超臨界流體技術在粉體制備領域的應用淺析》。在此，本文給大家獻上的是關于碳粉生產工藝改進方向——用超臨界流體技術生產碳粉的探討。

一、碳粉傳統生產工藝的不足

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

機械法已被公認為是當今生產碳粉最成熟的技術，與此方法相依的原料、加工設備已形成完善的配套體系，產品質量及生產成本穩定，核心技術也走向普及。但用此方法生產的墨粉也不足之處。其中最主要的缺點就是此法生產出的碳粉均一性不足。復印打印設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。但是當碳粉顆粒小到一定程度，要每一墨粉粒子的組成成份實現理想的均一化，將會遇到極大的技術障礙。要實現對多組份成分的每一種成分的分散分配效果達到0.5～1.0um以下均一，是現有主流混煉機加工能力的不可逾越的門檻。由于碳粉是用機械粉碎方法成形的，所以顆粒形狀是無規則，非均勻的，這也照成碳粉的流動性不夠理想。正是由于上述兩個原因，用機械法生產的碳轉印率也只能達到85%左右。產生的廢粉不僅造成資源的浪費，也是污染環境的元兇。

采用化學法直接集合的碳粉具有良好的均一性，而且顆粒呈球形。以此方法生產的碳粉流動性好，轉印率高。理想轉印率可達95%以上。廢粉率很低。但是這種工藝在生產過程中需要大量純凈淡水。一般每生產一噸墨粉會產生幾十到一百噸廢水，排放這么多的洗滌廢水，將直接造成對環境的污染。除此之外，對洗滌過的墨粉還需干燥除水，為防止墨粉在干燥過程中結塊，干燥過程要在低溫的條件下進行，通常需60小時以上，這樣一來，不僅生產周期長，而且也消耗更多的能量。生產成本也自然提高。正是由于上述缺陷，化學聚合法生產工藝普及率不高。

二、超臨界流體技術在碳粉制造領域應用探討

我們能否找到一種理想制造墨粉的新方法來克服機械法及化學聚合法的不足？一些行業專家認為“超臨界流體技術”將可能是未來生產墨粉的理想方法。我們在《超臨界流體技術在粉體制備領域的應用淺析》一文中已經介紹過超臨界流體技術（SCF）制備超微粉體是一項新技術。利用超臨界流體較好的溶解、擴散和傳質能力,能制備出性能優異的超微粉體。CO2資源廉價，安全性好，而且方便于在常溫條件下用，沒有污染環境問題，是目前應用超臨界流體技術的首選材料。美國已經把CO2超臨界流體溶噴技術已應用于制造粉末涂料，實現了產業化。我國正在開展把CO2超臨界流體做為加工介質，應用于制造碳粉的研究工作。下面給大家介紹幾種構想中的超臨界流體技術制造碳粉方法。

1、溶噴法

如附圖所示，首先把構成墨粉組份原料（樹脂、CCA、顏料、促溶濟等）加到高壓溶融釜內，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Ps>7.4Mpa后的某一壓力時，使其處于能溶解熱熔樹脂的超臨界態，啟動攪拌裝置，將不能溶于超臨界流體的顏料等懸浮在流體中，從理論上，可認為顏料與CCA在樹脂溶液中的分布可達到理想的均一化，控制溶融釜與噴霧室的壓力關保持衡定，就可得到球形墨粉。由于溶噴法工藝已在粉末涂料行業取得成功，相信在制造碳粉生產領域的應用也是可期待的。

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，并對同時加入的顏料及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，而溶質是不溶于CO2超臨界流體，于是樹脂攜帶顏料及CCA會析出形成球形微粒，有機溶劑和超臨界流體形成的溶液經過解吸裝置使二者分離，然后各自給予循環使用。可直接制造出微粉的球形粉體。該技術雖然還未在墨粉制造中有成功的前例，但在制藥行業已有成功先例。

3、聚合法

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

小結：采用CO2為介質的超臨界流體技術制造碳粉工藝創新一旦成功，那將順利克服機械法與化學聚合法的技術短板。在保障碳粉產品質量達到化學聚合法的高水平的同時，實現碳粉生產的無污染，低能耗，符合未來技術發展的趨勢。大家期待著中國打印耗材企業在碳粉生產工藝水平的創新和突破，讓我們拭目以待吧。

（粉體圈 作者：敬之）