CN101794104A

CN101794104A - 含氟化纳米复合材料涂层的印刷装置及其制备方法

Info

Publication number: CN101794104A
Application number: CN201010003450A
Authority: CN
Inventors: K-Y·罗; H·赵
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-08-04
Also published as: US20100183348A1; EP2210859A1; CA2690278A1; JP2010170132A; CA2690278C; US8285184B2

Abstract

根据本发明，提供印刷装置、定影器元件，以及制备定影器元件的方法。所述印刷装置可包括一个定影器元件，所述定影器元件包括基材。所述定影器元件也可包括位于基材上的一个或多个功能层，和位于所述一个或多个功能层上的包含氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料包含分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。

Description

含氟化纳米复合材料涂层的印刷装置及其制备方法

技术领域

本发明总体上涉及印刷设备，更具体地说，涉及无油(oil-less)定影子系统和使用它们的方法。

背景技术

在电子照相印刷装置中，无油定影器表层涂层通常由

系的聚合物，例如PTFE或PFA制备，这是由于其具有热稳定性和化学稳定性、较低的表面能以及良好的剥离性质。然而，在定影温度(约200℃)下，

系聚合物的机械强度比在室温下低，这会限制定影器寿命。

-on-Silicone(TOS)材料的常见失效形式有表层涂层磨损、折皱，以及边缘磨损引起的碎线。向

系聚合物中加入填充剂，例如碳纳米管(CNT)，预期可改进其机械强度、导热性和导电性。然而，已知很难在

系聚合物中分散CNT，因为CNT具有原子性光滑的非反应性表面，并且含氟聚合物具有较低的基质表面张力。因此，CNT和聚合物链之间缺少界面结合。此外，由于范德华引力，CNT牢固地一起结合成束和捆，因此CNT在溶剂中的溶解度很低，易于保持缠结的聚集体，不能充分分散于聚合物、特别是含氟聚合物中。在复合材料应用中有效使用CNT作为填充剂取决于将CNT均匀分散于基质而不降低其长径比的能力。为克服脱落和分散的困难，文献中已研究了机械/物理方法如超声处理、高剪切混合、添加表面活性剂、熔融掺混，和通过官能化进行化学改性。CNT的化学该性和官能化已显示可为聚合物基质提供结合点，可能是将CNT分散于聚合物基质中的可行方法。用氟或氟化的侧链对CNT进行官能化是已知的，生成的氟化CNT已显示出可改进在聚合物中的分散性。然而，几乎没有做将氟化CNT分散于含氟聚合物中的工作，所述含氟聚合物意欲用于定影器应用，如

系含氟聚合物、PTFE、PFA和FEP。

因此，需要克服现有技术的这些和其他问题，并提供用于无油定影技术的具有在

系聚合物中充分分散的CNT的定影器表面，以提高机械强度并延长定影器寿命。

发明内容

依照多个实施方案，提供一种印刷装置。所述印刷装置可包括一个定影器元件，所述定影器元件包括基材。所述定影器元件还可包括位于所述基材上的一个或多个功能层，和位于所述一个或多个功能层上的包括氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料包括分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。

依照多个实施方案，提供一种制备定影器子系统的元件的方法。所述方法可包括提供一个定影器元件，所述定影器元件包括基材。所述方法还可包括在所述基材上形成一个或多个功能层，和在所述一个或多个功能层上形成一个包括氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料可包括分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。

依照另一个实施方案，提供一种形成图像的方法。所述方法可包括在介质上提供色粉图像，并提供一个包括定影器元件的定影器子系统，所述定影器元件包括位于基材上的一个或多个功能层，和位于所述一个或多个功能层上的包括氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料可包括分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。所述方法还可包括使所述介质经过定影器辊隙，从而使所述色粉图像在定影器辊隙中接触定影器元件的表层涂层，并通过加热定影器辊隙将色粉图像定影在所述介质上。

所述实施方案另外的优势部分将在以下说明书中说明，部分从说明书中显而易见，或可通过实施本发明得知。所述优势可通过随附的权利要求中特别指出的要素和结合实现和获得。

应理解无论是前面的概述还是后面的详细说明都仅是示例性的和解释性的，并不限制所要求保护的发明。

包含在本说明书内并构成其一部分的附图说明本发明的实施方案，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

图1示意说明本发明的多个实施方案的示例性印刷装置。

图2示意说明本发明的多个实施方案的图1中所示的示例性定影器元件的横截面。

图2A示意说明本发明的多个实施方案的一种示例性氟化纳米复合材料。

图3示意说明本发明的多个实施方案的印刷装置中的一种带型示例性定影器子系统。

图4示意说明本发明的多个实施方案的固体喷墨印刷装置中的一种示例性转印固定系统。

图5示意说明本发明的多个实施方案的示例性显影子系统。

图6所示为本发明的多个实施方案的一种制备定影器子系统的元件的示例性方法。

图7所示为本发明的多个实施方案的一种形成图像的示例性方法。

具体实施方式

现将对本发明的实施方案做详细说明，其实例在附图中说明。只要可能，在附图中将使用相同的附图标记指代相同或类似的部分。

尽管给出本发明宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中给出的数值尽可能准确。然而，任何数值本身包含由其各自的测试中的标准偏差引起的某些必然误差。此外，本发明公开的所有范围应被理解为包含任意和所有包含于其中的子范围。例如，“小于10”的范围可包括介于(并包括)最小值0和最大值10之间的任意和所有子范围，即，具有等于或大于0的最小值和等于或小于10的最大值的任意和所有子范围，例如1至5。在某些情况下，参数的所述数值可为负值。在此情况下，表述为“小于10”的示例性数值范围可为负值，例如，-1、-2、-3、-10、-20、-30等。

图1示意说明一种示例性印刷装置100。所述示例性印刷装置100可以是静电印刷机，并且可包括电子照相感光体172和使电子照相感光体172均匀充电的充电装置174。所述电子照相感光体172可以是如图1所示的鼓式感光体或带式感光体(未示出)。所述示例性印刷装置100也可包括成像装置176，其中原始文件(未示出)可暴露于光源(也未示出)以在电子式照相感光体172上形成潜像。所述示例性印刷装置100还可包括将电子照相感光体172上的潜像转化成可视图像的显影子系统178，和将可视图像转印至介质120上的转印子系统179。所述印刷装置100还可包括将可视图像固定在介质120上的定影器子系统101。所述定影器子系统101可包括一个或多个定影器元件110，一个压力元件112，加油子系统(未示出)，和一个清洁用辊网(未示出)。在一些实施方案中，定影器元件110可以是定影辊110，如图1所示。在另一些实施方案中，定影器元件110可以是定影带315，如图3所示。在多个实施方案中，压力元件112可以是压力辊112，如图1所示，或是压力带(未示出)。

图2示意说明本发明的多个实施方案的示例性定影器元件110的横截面。所述示例性定影器元件110可包括位于基材102上的一个或多个功能层104。在一些实施方案中，所述的一个或多个功能层104之一可以是应力缓冲层(compliant layer)。所述应力缓冲层104可包括任意合适的材料，例如，硅树脂、含氟硅树脂、和含氟弹性体。在一些情况下，所述应力缓冲层104可具有约10μm至约10mm的厚度，在另一些情况下具有约100μm至约5mm的厚度。定影器元件110也可包括位于所述一个或多个功能层104上的包括氟化纳米复合材料106’的表层涂层106，如图2所示。图2A是包括分散于一种或多种含氟聚合物109中的多个氟化碳纳米管107的示例性氟化纳米复合材料106’的示意图。在一些情况下，所述氟化碳纳米管107可以以氟化纳米复合材料106’的总固体重量的约0.05至约20重量％的量存在，在另一些情况下以氟化纳米复合材料106’的总固体重量的约0.1至约15.0重量％的量存在。

在多个实施方案中，所述多个氟化碳纳米管107可包括多个氟化单壁碳纳米管(SWNT)、多个氟化双壁碳纳米管(DWNT)、以及多个氟化多壁碳纳米管(MWNT)中的一种或多种。在一些实施方案中，碳纳米管可以是半导体碳纳米管和金属性碳纳米管中的一种或多种。此外，碳纳米管可具有不同长度、直径和/或手性。碳纳米管可具有约0.5nm至约20nm的直径和约100nm至几mm的长度。制备氟化碳纳米管的各种方法可从文献中获知，例如，在Chen et al.，Macromolecules，2006，Vol.39，No.16，pp.5427-5437；Hattori et al， Carbon，1999，Vol.37，pp.1033-1038；Mickelson et al.，J.Phys.Chem.B，1999，Vol.103，pp.4318-4322；和Mickelson et.al.，Chem.Phys.Lett.，1998，Vol.296，pp.188-194，所述文献的全部内容通过引用纳入本文。在某些实施方案中，所述一种或多种含氟聚合物109可包括一种或多种聚(四氟乙烯)、氟-乙烯-丙烯共聚物、和全氟烷氧基共聚物。表层涂层106中存在的示例性氟化纳米复合材料106’可包括，但不局限于，多壁碳纳米管/全氟烷氧基共聚物(MWNT/PFA)纳米复合材料，和多壁碳纳米管/聚(四氟乙烯)(MWNT/PTFE)纳米复合材料。Chen等也公开了一种通过熔融掺混形成氟化多壁碳纳米管(MWNT)和氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)的纳米复合材料的方法，其全部内容通过引用纳入本文。本领域的普通技术人员可以使用Chen的方法来形成不同于出版物中公开的那些的其他氟化纳米复合材料106’。然而，也可以使用任意其他合适的方法形成氟化纳米复合材料106’。在一些情况下，包括氟化纳米复合材料106’的表层涂层106可具有约5微米至约150微米的厚度，在另一些情况下具有约10微米至约75微米的厚度。在多个实施方案中，如图1所示的压力元件112也可具有示例性定影器元件110的如图2所示的横截面。

在多个实施方案中，基材102可以是高温塑料基材，例如，聚酰亚胺、聚苯硫、聚酰胺酰亚胺、聚酮、聚邻苯二甲酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜、聚醚酰亚胺、和聚芳醚酮。在另一些实施方案中，基材102可以是金属基材，例如，钢、铁、和铝。基材102可具有任意合适的形状，例如，圆柱体和带。带型的基材102的厚度可为约25μm至约250μm，在一些情况下可为50μm至约125μm。圆柱体或辊型的基材102的厚度可为0.5mm至约20mm，在一些情况下可为1mm至约10mm。

在多个实施方案中，定影器元件110也可包括一个或多个任选的粘附层(未示出)；所述任选的粘附层(未示出)可位于基材102和所述一个或多个功能层104之间，和/或位于所述一个或多个功能层104和表层涂层106之间以确保每个层106、104彼此适当连接并达到性能目标。所述任选的粘附层的示例性材料可包括，但不局限于，环氧树脂和聚硅氧烷，例如，THIXON 403/404、Union Carbide A-1100、Dow TACTIX 740^TM、Dow TACTIX 741^TM、Dow TACTIX 742^TM、和Dow H41^TM。

图3示意说明静电印刷装置的一种带型示例性定影器子系统301。示例性定影器子系统301可包括定影器带315和可旋转压力辊312，可将所述压力辊固定形成定影辊隙311。在多个实施方案中，定影器带315和压力辊312可包括位于基材102上的一个或多个功能层104和位于所述一个或多个功能层104上的包括氟化纳米复合材料106’的表层涂层106，如图2所示，其中所述氟化纳米复合材料106’可包括分散于一种或多种含氟聚合物109中的多个氟化碳纳米管107。可将携带未定影色粉图像的介质320输送通过定影辊隙311来定影。

在某些实施方案中，印刷装置可以是包括如图4所示的示例性转印固定系统401的固体喷墨印刷机(未示出)。示例性转印固定系统401可包括固体油墨储存器430。固体油墨可通过加热至约150℃的温度被熔融，然后可将熔融油墨432从固体油墨储存器430中喷出至图像鼓410上。在多个实施方案中，所述图像鼓410可保持在约70℃至约130℃范围内的温度下以防止油墨432固化。可旋转图像鼓410，油墨可沉积在介质420上，介质420可被输送通过图像鼓410和压力辊412之间的转印固定(转印定影)辊隙411。在一些实施方案中，可将压力辊412保持在室温。在其他实施方案中，可将压力辊412加热至约50℃至约100℃范围内的温度。在多个实施方案中，压力辊412可具有示例性定影器元件110的如图2所示的横截面。压力辊412可包括位于基材102上的一个或多个功能层104和位于所述一个或多个功能层104上的包括氟化纳米复合材料106’的表层涂层106，如图2所示，其中氟化纳米复合材料106’可包括分散于一种或多种含氟聚合物109中的多个氟化碳纳米管107。

图5示例说明本发明的多个实施方案的静电转印固定型式的示例性显影子系统500。在该转印固定型式中，转印和定影同时发生。如图5所示，转印子系统579可包括通过两个驱动辊517和一个热辊519固定的转印固定带516，所述热辊519可包括加热元件529。在多个实施方案中，转印固定带516可包括位于基材102上的一个或多个功能层104和位于所述一个或多个功能层104上的包括氟化纳米复合材料106’的表层涂层106，如图2所示，其中氟化纳米复合材料106’可包括分散于一种或多种含氟聚合物109中的多个氟化碳纳米管107。转印固定带516可朝箭头530方向被驱动辊517驱动。当感光体572和转印固定带516之间发生接触时，获自感光体572——其被辊535朝方向573驱动——的显影图像可以被转印至转印固定带516。图像显影子系统500也可包括转印辊513，所述转印辊可辅助将显影图像从感光体572转印至转印固定带516。在转印固定型式中，介质520可穿过由热辊519和压力辊512形成的定影辊隙511，使显影图像同时转印并定影至介质520。任选地，在一些情况下可能是必须的，在转印固定带516与感光体572重新接触之前通过预先置于辊517之间的合适的装置冷却转印固定带516。

所公开的包括位于一个或多个功能层104上的表层涂层106的示例性定影器元件110、315、516和压力元件112、312、412、512，所述表层涂层106包括氟化纳米复合材料106’，据信与不含氟化纳米复合材料106’的常规定影器元件和压力元件相比，在定影温度下具有改进的机械性质。不囿于任何理论，但认为机械性质的改善是由于氟化碳纳米管和含氟聚合物之间的较高相容性所致的氟化纳米复合材料中纤维网络的形成所产生的。此外，机械性能的改进预计会延长定影器元件110、315、516和压力元件112、312、412、512的寿命。由于碳纳米管可将其导电性赋予纳米复合材料，因此，表层涂层106除了机械性强，也可导电和可消除定影过程中产生的任意电荷。此外，碳纳米管可提高纳米复合材料的导热性，初步模型研究已显示定影器的操作温度可因此降低。另外，在定影器元件110、315、516和压力元件112、312、412、512的表层涂层106中使用氟化纳米复合材料106’也可缩短定影时间，因此可提高整个印刷装置的速度。

根据多个实施方案，提供一种制备定影器子系统的元件的示例性方法600，如图6所示。所述方法600可包括提供定影器元件的步骤661，所述定影器元件包括基材；和形成一个或多个功能层，例如基材上的应力缓冲层的步骤662。在多个实施方案中，定影器元件可包括具有任意合适的形状，例如圆柱体和带的基材。所述方法600也可包括形成位于一个或多个功能层上的包括氟化纳米复合材料的表层涂层的步骤663，其中所述氟化纳米复合材料可包括分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。在多个实施方案中，形成位于一个或多个功能层上的表层涂层的步骤663可包括熔融掺混多个氟化碳纳米管和一种或多种含氟聚合物以形成氟化纳米复合材料，和在一个或多个功能层上熔融挤出氟化纳米复合材料。在某些实施方案中，熔融掺混氟化碳纳米管和一种或多种含氟聚合物的步骤可包括以氟化纳米复合材料的总固体重量的约0.1至约15.0重量％的量加入氟化碳纳米管。Chen et.al.，Macromolecules，2006，Vol.39，No.16，pp.5427-5437公开了一种熔融掺混氟化多壁碳纳米管(MWNT)和氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)以及熔融纺丝所述复合材料的方法，其全部内容通过引用纳入本文。本领域的普通技术人员可使用Chen等的熔融掺混和熔融纺丝方法形成其他氟化碳纳米管和含氟聚合物例如聚(四氟乙烯)和全氟烷氧基共聚物的氟化纳米复合材料。然而，可使用任意其他合适的熔融掺混和熔融纺丝/熔融挤出方法。

图7所示为本发明的多个实施方案的一种形成图像的示例性方法700。所述方法700可包括在介质上提供色粉图像，如步骤781。所述方法700也可包括提供包括定影器元件的定影器子系统的步骤782，所述定影器元件包括位于基材上的一个或多个功能层和位于所述一个或多个功能层上的包括氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料可包括分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。在一些实施方案中，提供定影器子系统的步骤782可包括提供辊型的定影器子系统。在其他实施方案中，提供定影器子系统的步骤782可包括提供带型的定影器子系统。在另一些实施方案中，提供定影器子系统的步骤782可包括提供转印固定型式的定影器子系统。在多个实施方案中，定影器子系统的定影器元件可包括定影辊、定影带、压力辊、压力带、转印固定辊和转印固定带中的一个或多个。所述方法700还可包括将介质输送通过定影辊隙以使色粉图像在定影辊隙中接触定影器元件的表层涂层的步骤783，以及通过加热定影辊隙将色粉图像定影至介质上的步骤784。

尽管针对一个或多个实施方案说明了本发明，但可在不背离随附的权利要求的实质和范围的情况下对所述实施例做变型和/或修正。另外，尽管本发明的一个特定特征可能仅在几个实施方案中的一个中进行了公开，但对于任意给定的或具体的功能，如果需要和有利，该特征可与其他实施方案中的一个或多个其他特征结合。此外，只要在说明书和权利要求中使用术语“包括”、“包含”、“具有”、“带有”、或其变型，这些术语意欲与术语“包含”类似，为开放式的。如本文中使用的，术语“一种或多种”，用于项目列举，例如，A和B中的一种或多种，是指单独的A、单独的B，或A和B。

考虑本说明书和此处公开的本发明的实施，本发明的其他实施方案对本领域的技术人员是显而易见的。说明书和实施例意欲被考虑为仅是说明性的，本发明的范围和实质由以下权利要求指出。

Claims

1.一种印刷装置，包括：

一个定影器元件，所述定影器元件包含基材；

位于所述基材上的一个或多个功能层；和

位于所述一个或多个功能层上的包含氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料包含分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。

2.权利要求1的印刷装置，其中所述多个氟化碳纳米管包括多个氟化单壁碳纳米管、多个氟化双壁碳纳米管和多个氟化多壁碳纳米管中的一种或多种。

3.权利要求1的印刷装置，其中所述一种或多种含氟聚合物包括聚(四氟乙烯)、氟-乙烯-丙烯共聚物和全氟烷氧基共聚物中的一种或多种。

4.权利要求1的印刷装置，其中所述氟化碳纳米管以氟化纳米复合材料的总固体重量的约0.1至约15.0重量％的量存在。

5.权利要求1的印刷装置，其中所述定影器元件选自定影辊、定影带、压力辊、压力带、转印固定辊和转印固定带。

6.权利要求1的印刷装置，其中所述的一个或多个功能层之一为应力缓冲层，所述应力缓冲层包括选自硅树脂、含氟硅树脂和含氟弹性体的材料。

7.一种制备定影器子系统的元件的方法，所述方法包含：

提供一个定影器元件，所述定影器元件包含基材；

在所述基材上形成一个或多个功能层；和

形成一个位于所述一个或多个功能层上的包含氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料包含分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管。

8.权利要求7的制备定影器子系统的元件的方法，其中形成一个位于所述一个或多个功能层上的包含氟化纳米复合材料的表层涂层的步骤包含：

熔融掺混多个氟化碳纳米管和一种或多种含氟聚合物以形成氟化纳米复合材料；和

在所述一个或多个功能层上熔融挤出所述氟化纳米复合材料。

9.权利要求8的制备定影器子系统的元件的方法，其中熔融掺混氟化碳纳米管和一种或多种含氟聚合物的步骤包含以氟化纳米复合材料的总固体重量的约0.1至约15.0重量％的量加入氟化碳纳米管。

10.一种形成图像的方法，包括：

在介质上提供色粉图像；

提供一个包含定影器元件的定影器子系统，所述定影器元件包含位于基材上的一个或多个功能层，和位于所述一个或多个功能层上的包含氟化纳米复合材料的表层涂层，其中所述氟化纳米复合材料包含分散于一种或多种含氟聚合物中的多个氟化碳纳米管；

将介质输送通过定影器辊隙，从而使色粉图像在定影器辊隙中接触定影器元件的表层涂层；和

通过加热定影器辊隙将色粉图像定影至介质上。