CN101628479A

CN101628479A - 抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法

Info

Publication number: CN101628479A
Application number: CN200810040731A
Authority: CN
Inventors: 瞿林达
Original assignee: Shanghai Se Jin Import & Export Trading Co Ltd
Current assignee: Shanghai Se Jin Import & Export Trading Co Ltd
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2010-01-20

Abstract

本发明是关于抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法，是根据模具成型方式制造的、添加导电性反应型离子化合物的、高密度(100~250kg/m³)聚氨酯泡沫所构成的。它是由多元醇、异氰酸酯、导电性反应型离子化合物、泡沫稳定剂、催化剂等混合的聚氨酯发泡原料而构成。本发明为了改善在大气压条件下的自由发泡方式(块状泡沫)中的泡孔粗糙和破裂等问题，根据模具成型方式，在聚氨酯泡沫制造过程中添加了高分子导电性反应型离子化合物。根据本发明制造的抗静电滚轮能产生微孔泡沫，还具有半永久的导电性、优秀的耐磨性、弹性、复原力等。因此适用于复印机、打印机、传真机等，特别是打印机等的结构装置，如供纸滚轮最符合导电性滚轮及它的制造方式。

Description

抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法

所属技术领域

本发明是关于抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法，其特点是有始终维持聚氨酯泡沫基本性质和微孔的结构，无需浸泡等候处理，具有均匀的导电性、优秀的耐磨性、弹性、复员力、可用于制作高密度导电性供墨滚轮。根据本发明制造的抗静电滚轮可以产生微孔泡沫，还具有半永久的导电性、优秀的耐磨性、弹性、复原力等功能。因此，适用于复印机、打印机、传真机等的抗静电滚轮。

明细

抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法

1.打印机滚轮用聚氨酯泡沫的制造方法

2.激光打印机滚轮用抗静电聚氨酯泡沫的制造方法

背景技术

近期，对于利用电子照相技术制成的复印机、打印机、传真机等随着出纸速度的大大提高和高端产品需求量的增大，从而对产品质量也提出了更高的要求。为了满足这些物性，进化清洗、供纸、搬送等各过程中带电滚轮(charge roller)、供墨滚轮(toner supply roller)、进化滚轮(development roller)、供纸滚轮、传送滚轮(transfer roller)等起重要作用，对于这些滚轮的要求不仅是随着快速连续出纸而要求的耐磨性和表面照度等的优秀的机械物性，还要求滚轮随着出纸速度高速化而具有的优秀导电性。需要导电性的滚轮包括进化滚轮、带电滚轮、供墨滚轮等。原有的导电性滚轮的材料包括：含有碳黑、金属氧化物、离子化合物等的丁腈橡胶，三元乙丙橡胶(EPDM)、硅橡胶、聚氨酯弹性体或泡沫等。

发泡聚氨酯的原料中配合碳黑后产生泡沫时，在基质树脂中分散导电性碳黑。由亲水性多元醇和异氰酸酯制成的预聚物里用过量的水加上导电性碳黑发泡后，干燥和除去未反应的水。这是制造导电性聚氨酯类泡沫的方法(日本专利公告第2855335号)。上述方法为了得到所需要的导电性增加了导电性碳黑的添加量。这时因混合液的粘度上升导致发泡不圆滑，泡沫里形成大气泡，潮湿的环境下不能满足质量稳定性的充分品质等问题。为了解决上述问题使用了各种聚氨酯技术。为了寻找导电性碳黑以外的离子性导电添加剂，使导电性添加剂能均匀分散和泡沫稳定，在特定的多元醇及异氰酸酯所制成的预聚物里使用了各种分散剂和催化剂(日本专利公开第2003-98786号及第2000-320536号)。

为了得到导电性聚氨酯泡沫滚轮一般使用以下两个方法。一是使用发泡机连续浇注形成聚氨酯块状泡沫的方式生产聚氨酯滚轮，二是浇注聚氨酯泡沫在一定的金属模具内的成型方式。

美国专利第6,776,745号是根据块状泡沫方式制造密度为40-80Kg/m³的泡沫滚轮，然后通过再次浸泡而形成导电性的方式制造导电性聚氨酯泡沫。上述专利具有不均匀的导电性，因此导致长时间通电时电阻率稳定性的变化，电阻率的上升。由于再次浸泡下降了永久压缩率等的内部构成等问题。块状泡沫方式符合大量生产低密度泡沫的方式，但不容易制造100Kg/m³以上的高密度泡沫。因大量损耗的出现下降了泡沫的生产率。

本发明就是为了解决上述问题所发明的。发明的目的就是提供了制作高密度的导电性供墨滚轮的方法，其具有以下特点：始终维持聚氨酯泡沫的基本物性和微孔结构、无须浸泡等后加工工序、具有均匀的导电性、优秀的耐磨性、弹性复原力等。

发明的构成及详细说明

本发明为了达到上述的目的提供了包括无需添加导电性碳粉、在聚氨酯发泡过程中通过模具成型方式制成滚轮、并且在滚轮中心安装滚轴，以及对滚轮泡沫进行修整为特征的抗静电滚轮的制造方法。

上述的高分子导电性反应型离子化合物的形态为离子化合物。可以是碱金属，碱土金属，过渡金属，至少跟一种离子导电有机化合物配位结合而形成的阳离子-离子导电物质或阴离子-离子导电物质。

以下是对本发明的详细说明。

抗静电聚氨酯泡沫滚轮的制造方法是由根据模具成型方式制造的、添加导电性反应型离子化合物的、高密度(100～250Kg/m³)聚氨酯泡沫所构成的。它是由多元醇、异氰酸酯、导电性反应型离子化合物、泡沫稳定剂、催化剂等混合的聚氨酯发泡原料而制成的。

模具成型方式与块状泡沫方式相比，能制作100Kg/m³以上的高密度泡沫，还能得到微孔的结构。块状方式是大气压条件下的自由发泡方式，有可能发生泡孔粗糙和破裂的问题。模具成型方式是在密封模具内成型，模具内产生的是高压而不是常压，因此加压成型的模具内能得到泡孔细密的高密度泡沫。模具成型方式适合于制作无需后加工的、均匀优秀的导电性抗静电滚轮。

附图图1是根据本发明的举例所表现的聚氨酯泡沫滚轮的制造方法过程图

本发明首先维持聚氨酯泡沫的基本物性和微孔的结构，添加高分子导电性反应型离子化合物，通过模具成型方式，调节聚氨酯发泡液的过量填充率。然后，吐出成型后熟化形成滚轮。把制造出来的导电性聚氨酯泡沫按滚轮的尺寸、大小、形态切割后在中心部安装滚轴，对滚轮泡沫进行修整，才能制造出始终维持聚氨酯泡沫的基本物性、具有优秀的导电性、耐磨性能、弹性、复原力等高密度导电性的打印机用抗静电滚轮。滚轴使用普通商用金属材质。

添加高分子导电性反应型离子化合物的聚氨酯泡沫的制做过程中：多元醇为50～80％重量，异氰酸酯为10～30％重量，催化剂为0.1～2％重量，反应性泡沫稳定剂为2～5％重量，颜料为0.5～3％重量，发泡剂为0.1～2.0％重量，高分子导电性反应型离子化合物为5～40％重量。使用模具成型方式制造的聚氨酯泡沫的密度为100～250Kg/m³，根据TM D257方法测得的表面电阻率为10⁵～10⁸Ω/sq。

上述的高分子导电性反应型离子化合物的形态为离子化合物。由碱金属，碱土金属，过渡金属，至少跟一种离子导电有机化合物配位结合而形成的阳离子-离子导电物质或阴离子-离子导电物质。阳离子-离子导电物质时具体使用碱金属阳离子，过渡金属阳离子。为了配位结合使用了像氧，氮，硫，磷一样的具有单电子对(lone pair electron)的沸点为140℃以上的阳离子导电有机化合物。

阳离子导电有机化合物有碳酸酯(carbonate)、酮(ketone)，、砜(sulfone)、氨基化合物(amide)、醚类(ether)、多羟基化合物(polyol)、腈(nitrile)，亚硝酸盐(nitrite)，膦酸酯(phosphonate)，醋酸盐(acetate)等。同时辅助地单独或混合使用乙二醇(EG)，二甘醇等多羟基化合物。特别是跟本发明中金属盐的阳离子容易形成多种形态的有EG，DMF，DMA，PC及NMP等。

导电性阴离子-离子导电物质是跟碱金属盐的一对阴离子和过渡金属盐的一对阴离子能结合的、分子内具有吸电子功能的、沸点在140℃以上的阴离子导电有机化合物。例如，亚砜(sulfoxide)，酯类(ester)，硫酸盐(sulfate)，磷酸盐(phosphate)，亚磷酸盐(phosphite)，硫亚氨(imide)等化合物。具体使用triraunyl亚磷酸盐，丙二醇亚磷酸盐，多丙二醇磷酸盐，磷酸三羟甲氯乙基酯，三异癸(triisodesyl)亚磷酸盐，二氯丙醇磷酸盐，二苯基氢磷酸，三羟氯甲烷酯，二甲亚砜(DMSO)等的单独或混合物。在高分子树脂里添加沸点低于140℃的抗静电剂在高温时会导致分子量降低，抗静电效果的减少和制品的物性降低等问题。

在本发明所使用的金属盐包括碱金属盐(锂，钠，钾等)和碱土金属盐(镁，钙等)。具体是LiPF_6，LiBF4，LiSbF₆，LiClO₄，LiCF₃SO₃，LiAsF₆，LiC(CF₃SO₃)₃，LiN(CF₃SO₃)₂，LiI，LiBr，LiCl，liF，NaPF₆，NaClO₄，NaI，NaSCN，KSCN，KPF₆，KClO₄等。过渡金属盐是Fe，Ni，Cu，Zn等金属盐。具体是Zn(CH₃COO)₃等的单独或混合物。一般使用的量是5~40％重量，最好是20~35％重量。如果使用未满5％重量时因导电度低而得不到抗静电效果。如果使用超过40％重量会导致物性的变化。

具体说明一下反应型离子化合物导电性高分子的制造方法。首先把金属盐放在导电性化合物里激烈搅拌和加热形成配位化合物。反应时间为1~24小时。反应生成物理性结合的阴离子导电有机化合物再激烈搅拌和加热1~24小时后通过真空减压和完全配位结合反应得到最终溶液。将反应化合物冷却在常温下后使用过滤器过滤掉未反应的金属盐。

导电型离子化合物能跟聚氨酯高分子链中的聚醚或者聚酯链节形成配位键，因而具有更加均匀和稳定的抗静电的性能。

构成聚氨酯原料的多羟基化合物的成分包括聚醚多元醇，聚酯多元醇，聚四亚甲基醚乙二醇(polytetramethylene ether glycol)，THF-氧化稀烃共聚多元醇，丙烯酸酯多元醇(acryl polyol)，聚烯烃多元醇(polyolefin polyol)等。异氰酸酯(isocynate)成分使用至少2官能度以上的多异氰酸酯类，如甲苯二异氰酸酯(toluene diisocynate：TDI)，邻位的甲苯二异氰酸酯(ortho toluidi diisocynate：TODI)，萘二异氰酸酯(naphthalene diisocynate：NDI)，苯二亚甲基二异氰酸酯(xylenediisocynate：XDI)，二苯基甲烷二异氰酸酯(methylene diphenyl diisocynate：MDI)及碳化二亚胺改性MDI等的芳香族异氰酸酯，脂肪族异氰酸酯，置换异氰酸酯及它们的衍生物等。

在模具成型方式中正好填充满模具时(类似于自由发泡)的填充率若为100％，则模具的过量填充率应为105～250％，最好是110～150％。模具填充率过大、压力过高时(250％以上)时出现泡孔被挤压以及闭孔率变化，导致供墨性能的下降。因此不符合本发明所需要的目的。过度的加压需要很长时间才能解除压力，因此模具的设计困难、生产速率也不好。过量填充率150％以下的时候不能得到高密度的泡沫。

以下是通过举例详细说明本发明的，但此例不限于本发明的技术范围。

[例1]

抗静电聚氨酯泡沫的制造方法是首先混合主原料的多元醇(分子量为4000～6000聚醚多元醇(EO含量为10～30％)68％重量，多异氰酸酯(M-MDI，NCO含量28％)为20.7％重量，扩链剂(1，4丁二醇)为1.4％重量，锡金属催化剂(Stannous octoate)为0.1％重量，匀泡剂(有机硅类)为1.3％重量，高分子导电性反应型离子化合物(SR6005，Nanochemtech Co)为7％重量，颜料为1％重量值，发泡剂(H₂O)为0.5％重量制造了聚氨酯发泡液。

根据模具成型方式在温度设定为60℃的金属模型(长度36cm×宽度50cm×高度6cm)里浇入过量填充率为130％的聚氨酯发泡液。在两分钟左右脱模，成型熟化后切割加工得到了抗静电聚氨酯泡沫。在抗静电聚氨酯泡沫上安装滚轴，以及对泡沫滚轮进行修整制造了抗静电滚轮。硬化后的泡沫密度为115Kg/m³，泡孔的大小为90PPI及永久变形率为10％，根据ASTM D257方式测量的抗静电滚轮表面电阻率为10⁵Ω/sq。

[例2-4]

此例跟例一同样根据模具成型方式在温度设定为60℃的金属模型(长度25cm×宽度50cm×高度6cm)里浇入过量填充率为110％(例2)，150％(例3)，200％(例4)的聚氨酯发泡液。在两分钟左右脱模，成型熟化后切割加工得到了抗静电聚氨酯泡沫。

[比较例1]

此比较例的抗静电滚轮的制造方法是跟例一相同。根据常压条件下的自由发泡方式(块状泡沫方式)成型后通过硬化和切割加工得到了抗静电聚氨酯类泡沫。

表1表示了根据例1～5和比较例1制造出来的抗静电聚氨酯泡沫的物性。

[例5-7]

此例的抗静电滚轮的制造方法除了加入发泡剂(H₂O)的量为0.2％重量(例5)，1.0％重量(例6)，1.5％重量(例6)以外跟例1一样制造了聚氨酯发泡液。也同样根据模具成型方式在温度设定为60℃的金属模型(长度25cm×宽度50cm×高度6cm)里浇入过量填充率为130％的聚氨酯发泡液。在两分钟左右脱模，成型熟化后切割加工得到了抗静电聚氨酯泡沫。

表2表示了例1和例5-7中制造出来的抗静电聚氨酯类泡沫的物性。

测量方法

1.密度：测量泡沫的重量(300×300×50mm)，利用质量/容量的公式计算密度。

2.表面电阻率：先确认抗静电聚氨酯类泡沫的100V的DC电压，再测量电流后换算为电阻率。(ASTM D257)

3.孔径的大小：使用光学显微镜拍摄40～70倍后测量1英寸以内的直线上的泡孔。

4.永久压缩率(％)：测量压缩50％后在70℃的温度下放置22小时后的厚度变化率(JIS K6402)

压缩率(％)＝(试验前样品的厚度-试验后样品的厚度)/样品的厚度

表1根据过量填充率的变化比较抗静电聚氨酯类泡沫的物性

	例1	例2	例3	例4	例5
	例1	例2	例3	例4	例5	密度(Kg/m³)⁾	115	100	140	180	60
表面电阻率(Ω/sq)	10F5	10E6	10E5	10E5	10E8	密度(Kg/m³)⁾	115	100	140	180	60
表面电阻率(Ω/sq)	10F5	10E6	10E5	10E5	10E8	孔径(PPI)	90	80	100	100	60
永久压缩率(％)	10	10	15	20	15	孔径(PPI)	90	80	100	100	60

表2发泡剂添加比例变化相对应的抗静电聚氨酯泡沫物性比较

	例1	例5	例6	例7	比较例1
	例1	例5	例6	例7	比较例1	密度(Kg/m³)	115	180	80	50	60
表面电阻(Ω/sq)	10E5	10E5	10E7	10E8	10E8	密度(Kg/m³)	115	180	80	50	60
表面电阻(Ω/sq)	10E5	10E5	10E7	10E8	10E8	孔径(PPI)	90	100	70	60	60
永久压缩变形率(％)	10	10	12	15	15	孔径(PPI)	90	100	70	60	60

发明的效果

本发明为了改善在大气压条件下的自由发泡方式(块状泡沫)中的的泡孔粗糙和破裂等问题，根据模具成型方式，在聚氨酯泡沫制造过程中添加了高分子导电性反应型离子化合物。根据本发明制造的抗静电滚轮能产生微孔泡沫，还具有半永久的导电性、优秀的耐磨性、弹性、复原力等。因此适用于复印机、打印机、传真机等。特别是打印机等的结构装置，如供纸滚轮最符合导电性滚轮及它的制造方式。

Claims

1.在聚氨酯发泡过程中添加高分子导电性反应型离子化合物后，以模具成型方式制成抗静电聚氨酯泡沫滚轮、在滚轮中心安装滚轴，以及对泡沫进行修整为特征的抗静电滚轮的制造方法。

2.关于第1项，在添加高分子导电性反应型离子化合物的聚氨酯泡沫中，各组分所占重量比为：多元醇50～80％，异氰酸酯10～30％，催化剂0.1～2％，反应型硅匀泡剂2～5％，颜料0.5～3％，发泡剂0.1～2.0％，高分子导电性反应型离子化合物5～40％。

3.关于第2项，上述添加的导电性化合物的形态是离子化合物。由碱金属、碱土金属、过渡金属至少跟一种有机化合物配位结合而形成的阳离子-离子导电物质或阴离子-离子导电物质。

4.关于第3项，上述的离子导电有机化合物是沸点在140℃以上的阳离子导电有机化合物或阴离子导电有机化合物。

5.关于第4项，上述的阴离子导电有机化合物是丙烯碳酸盐(PC)，丙烷二醇循环碳酸盐，氢氧根的小山舔酸内酯(hydroxybutyrate)，乙腈，二苯基以太，二甲基甲酰胺(DMF)，N-甲醇乙酰胺(NMAA)，N-甲醇吡咯烷酮(NMP)，sulfinylbismethane，乙二醇(EG)，二甘醇中的一个或两个以上的混合物。

6.关于第4项，上述的阴离子导电有机化合物是被triraunyl亚磷酸盐，丙二醇亚磷酸盐，多丙二醇磷酸盐，磷酸三羟甲氯乙基酯，三异癸(triisodesyl)亚磷酸盐、二氯丙醇磷酸盐、二苯基氢磷酸盐、三羟氯甲烷酯、二甲亚砜(DMSO)选种的一个或两个以上的混合物为特征的抗静电聚氨酯类泡沫滚轮的制造方法。

7.关于第1项，在模具成型方式中，自由发泡时的体积为100％，则金属模具的过量填充率为自由发泡时的105～250％。