CN102002239B - 用于高导热性的热定影辊或热定影带的硅橡胶组合物、定影辊及定影带 - Google Patents

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Abstract

提供了一种具有高导热性、低压缩永久变形以及改进的耐热性,并非常适于用作定影辊或定影带中涂料的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物。还提供了一种通过使用该组合物形成的定影辊和定影带。形成热定影辊或定影带的硅橡胶细合物包括:100重量份的可热固化硅橡胶组合物,以及50至800重量份的碳化硅,该碳化硅在其表面上具有最高0.2重量%的铁含量,并且平均粒度为1至50μm。

Description

用于高导热性的热定影辊或热定影带的硅橡胶组合物、定影辊及定影带
技术领域
本发明涉及一种高导热性硅橡胶组合物,以及使用该组合物制备的高导热性热定影辊和高导热性热定影带。更特别地,本发明涉及一种高导热性硅橡胶组合物,其在具有高导热性的同时,呈现出了低压缩永久变形,并且很适合用作复印机和激光束打印机中的例如热辊和压力辊等定影辊和定影带的涂料。本发明还涉及一种通过使用这种组合物制备的高导热性热定影辊和高导热性热定影带。
背景技术
硅橡胶在电绝缘、耐热性、耐气候性和阻燃性上性能优良,并且已被用作复印机或激光束打印机中包括热辊和压力辊的定影辊上的涂料。随着复印速度的增加和彩色复印的普及,需要具有更低硬度的定影辊。如今,常常使用由涂布氟树脂的高导热性硅橡胶制备的辊来替代传统的、不能处理高速与彩色复印的金属或氟树脂辊。更特别地,用作热辊的橡胶需要有高导热性,从而减少预热时间并且节约机器运行所需的能量。由于辊经常暴露于150至230℃的高温下,这种辊也应具有低压缩永久变形。
同时,也已降低了该橡胶层的厚度,从而减少升温所需的预热时间和打印机尺寸。在这样的情况下,除了通过在心轴上形成橡胶层来制备传统的辊之外,也已使用包括由薄金属片或耐热树脂片制成的环形带的定影带,该薄金属片或耐热树脂片之上形成有橡胶层和离型层。
然而,硅橡胶不具有高导热性,和已经将具有高导热性的填料加入到该硅橡胶中,从而满足这种需求。示例性的硅橡胶包括JP-A S58-219259、JP-AH03-221982和JP-A H10-39666中所公开的那些。这些硅橡胶通过将例如二氧化硅、氧化铝或氧化镁等导热性填料添加至传统硅橡胶中而制成。然而,当填料含量升高或者在高温下使用该产物时,则这些填料引起了硅橡胶劣化的问题。作为一种替代填料,JP-A 2003-208052中公开了将碳化硅用于导热性填料的用途。然而,碳化硅的使用存在这样的问题,即所生成产物的压缩永久变形的变化过度依赖于颗粒尺寸和处理方法。
因此,对开发具有高导热性的硅橡胶组合物存在需求,所述硅橡胶组合物可形成表现出高导热性,同时具有低压缩永久变形的硅橡胶,和其在高温条件下还具有较小的物理性质变化。
发明内容
鉴于上述情况已完成了本发明,和本发明的一个目的在于提供一种高导热性硅橡胶组合物,其在呈现出高导热性,同时具有低压缩永久变形和改善的耐热性,并且很适合用作定影辊或定影带中的涂料。本发明的另一个目的在于提供一种采用该组合物形成的高导热性热定影辊和高导热性热定影带。
为了实现这样的目的,本发明的发明人对具有高导热性和低压缩永久变形、并且具有改善的耐热性的材料作了充分的研究。发明人随后发现,如果将具有平均粒度为1至50μm、且其表面的铁含量为0.2%(“%”指代“重量百分数”,并且其同样应用于随后的描述)的碳化硅加入到可热固化硅橡胶组合物中,则可制造出一种具有高导热性、低压缩永久变形和改善的耐热性的非常适于用作定影辊涂料的高导热性硅橡胶组合物。发明人还发现,如果使用所述高导热性硅橡胶细合物形成定影辊或定影带的硅橡胶层,则可以高质量地生产高导热性热定影辊或高导热性热定影带。基于这些发现完成了本发明。
需要注意的是,JP-A 2005-70409公开了一种具有不同PH值的粉末浆料混合物的用途,并且作为粉末的一个实例提及了碳化硅。然而,这篇文献不包括任何实际上利用了碳化硅的实施方案,更未提及表面上铁含量的内容。这篇文件也未谈及浆料的PH值。
因此,本发明提供了一种用于如下所述的高导热性热定影辊或高导热性热定影带的硅橡胶组合物。本发明还提供了如下所述的定影辊和定影带。
[1]一种用于形成高导热性热定影辊或高导热性热定影带的硅橡胶组组合物,包括
100重量份的可热固化硅橡胶组合物,以及
50至800重量份的碳化硅,该碳化硅在其表面具有最高0.2重量%的铁含量,和平均粒度为1至50μm。
[2]根据[1]的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物,其中,该碳化硅通过采用酸水溶液洗涤已粉碎的碳化硅而制备。
[3]根据[2]的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物,其中,该酸水溶液的酸选自盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸中的一种。
[4]根据[1]至[3]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物,其中,碳化硅是平均粒度至少为5μm的颗粒和平均粒度低于5μm的颗粒按99/1至50/50重量比的混合物。
[5]根据[1]至[4]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物,基于每100重量份的可热固化硅橡胶组合物,进一步包括
0.1至20重量份的平均粒度为0.01至0.5μm的氧化铁。
[6]根据[1]至[5]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物,其中,固化橡胶具有至少为0.5W/m·℃的导热率。
[7]根据[1]至[6]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物,其中,该可热固化硅橡胶组合物是一种可加成固化的硅橡胶组合物或可有机过氧化物固化的硅橡胶组合物。
[8]根据[7]的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物,其中,可加成固化的硅橡胶组合物组成如下:
(A)100重量份的一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷;
(B)一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的氢原子的有机氢聚硅氧烷,其用量使得键接至硅原子上的氢原子与在组分(A)中的烯基的摩尔比在0.4至5范围内,以及
(C)催化量的加成催化剂。
[9]一种包括心轴和在该心轴外表面上的硅橡胶层的定影辊,其中,该硅橡胶层是在[1]至[8]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物的固化产物。
[10]一种氟树脂涂布的定影辊,包括心轴、在该心轴的外表面上的硅橡胶层,以及在该硅橡胶层上的氟树脂层,其中,该硅橡胶层是[1]至[8]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物的固化产物。
[11]一种包括基片和在该基片的正面和背面上的硅橡胶层的定影带,该基片包括耐热树脂或金属,其中,该硅橡胶层是[1]至[8]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物的固化产物。
[12]一种氟树脂涂布的定影带,包括基片、在该基片的正面和反面上的硅橡胶层,以及在硅橡胶层上的氟树脂层,该基片包括耐热树脂或金属,其中,该硅橡胶层是[1]至[8]中任何一项的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物的固化产物。
发明的有益效果
用于形成本发明的热定影辊或带的高导热性硅橡胶组合物能够制造出这样性质的硅橡胶,即尽管其具有高导热性,但仍呈现出低压缩永久变形;在高温条件下,具有降低的物理性质变化;并且非常适合用作定影辊和定影带的涂料。具有由本发明的高导热性硅橡胶组合物形成的硅橡胶层的高导热性热定影辊和高导热性热定影带非常适于用作复印机或激光束打印机中的例如热辊和压力辊等定影辊及定影带。
具体实施方式
本发明的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物(高导热性硅橡胶组合物)是通过将共混的可热固化硅橡胶组合物与具有特定范围的表面铁含量和平均粒度的碳化硅共混制备的组合物。
该可热固化硅橡胶组合物优选是可加成固化的硅橡胶组合物或可有机过氧化物固化的硅橡胶组合物。该可加成固化的硅橡胶组合物是更加优选的。
可加成固化的硅橡胶组合物组成如下:
(A)100重量份的一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷;
(B)一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的氢原子(即SiH基)的有机氢聚硅氧烷,其用量为使得直接键接至硅原子上的氢原子与在组分(A)中烯基的摩尔比在0.4至5的范围内,以及
(C)催化量的加成催化剂。
组分(A)的有机聚硅氧烷是在一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷,并且在室温(25℃)下为液体或类似生橡胶的状态。该有机聚硅氧烷优选具有以下平均组成式(1):
R1 aSiO(4-a)/2                        (1)
其中,R1独立地为具有1至10个碳原子,优选具有1至8个碳原子的取代或未取代单价烃基;和a是在1.5至2.2,优选1.8至2.1,更优选1.95至2.05,并且更进一步优选1.98至2.02范围内的正数。
在式(1)中,至少2个(典型地为2至大约50个),优选2至约20个R1是优选具有2至8个碳原子,更优选具有2-6个碳原子的烯基。
在这种情况下,示例性的烯基包括乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、己烯基、环己烯基和辛烯基,并且最优选乙烯基。
在有机聚硅氧烷中的烯基含量优选为1.0×10-6至5.0×10-3mol/g,更优选为5.0×10-6至1.0×10-3mol/g。当该烯基含量低于1.0×10-6mol/g时,由于交联不足,该组合物可变为凝胶,而该含量超过5.0×10-3mol/g时,又可能引起交联密度过大,从而形成脆性橡胶。该烯基可在分子链的末端或在分子链中间、亦或同时在以上两处键接至碳原子上。鉴于组合物的固化速度和组合物的物理性质,本发明中使用的有机聚硅氧烷优选为包含在分子链末端键接至硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷。
除烯基外,R1表示的示例性的具有1至10个碳原子的取代或未取代单价烃基还包括烷基,如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、辛基、壬基和癸基;芳基,如苯基、甲苯基、二甲苯基和萘基;芳烷基,如苯甲基、苯乙基和苯丙基,以及在上述任何一种基团中的一个或多个氢原子被卤素原子如氟、溴或氯或者氰基取代的基团,例如氯甲基、氯丙基、溴乙基、三氟丙基和氰乙基。优选地,除烯基外,至少90%摩尔,更优选所有R1表示的基团均为甲基。
该有机聚硅氧烷典型地具有基本为直链的结构,其中主链包含二有机基硅氧烷重复单元((R1)2SiO2/2单元),并且主链的两端用三有机基甲硅烷氧基((R1)3SiO1/2单元)封端。其可部分地具有包含R1SiO3/2单元或SiO4/2单元的支化或环状结构。R1如上文所定义。
含烯基的有机聚硅氧烷组分(A)可具有至少约100(典型为100至100,000)的聚合度(或分子中的硅原子数),所述聚合度优选为约150至50,000,并且更优选为约200至20,000。该聚合度可按通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定以聚苯乙烯计算的数均分子量确定(其同样适用于以下描述)。
组分(A)的实例包括通过以下通式表示的化合物:
Figure BSA00000347553700061
Figure BSA00000347553700062
Figure BSA00000347553700063
Figure BSA00000347553700064
在上述通式中,R独立地为除烯基以外的具有1至10个碳原子的取代或未取代单价烃基。R的实例包括上述R1基团中除烯基外的那些。m、m′和n分别是m≥1、m′≥2且n≥0的整数,并且[m(m′)+n]是达到上述有机聚硅氧烷聚合度的数值。
组分(B)有机氢聚硅氧烷在一个分子中具有至少两个键接至硅原子的氢原子(即Si-H基),并且其优选是在25℃下粘度最大为1,000mPa.s,典型地为0.5至1,000mPa.s,并且特别地为1至500mPa.s的液体。该有机氢聚硅氧烷用作固化剂,并且更具体地说,其通过有机氢聚硅氧烷中Si-H基与有机聚硅氧烷组分(A)中键接至硅原子上的烯基间的氢化甲硅烷化加成反应的交联来促进所述组合物的固化。在本发明中,该粘度是通过旋转粘度计测量的值(并且这也适用于以下的描述)。
组分(B)有机氢聚硅氧烷优选地具有以下平均组成式(2):
R2 bHcSiO[4-(b+c)]/2                            (2)
其中,R2是独立地为具有1至10个碳原子,优选1至8个碳原子的,取代或未取代单价烃基,b和c分别是这样的正数,即b是0.7至2.1,优选是0.8至2.0,c是0.001至1.0,优选是0.01至1.0,并且b+c是0.8至3.0,优选是1.0至2.5;和其在一个分子中具有至少2个,典型地2至约300,优选至少3个(例如,3至约150),并且更优选4至约100个键接至硅原子上的氢原子(或Si-H基)。
单价烃基R2的实例包括上述关于平均组成式(1)的R1中提及的那些。然而,该单价烃基R2优选不包含不饱和脂肪族基团。该有机氢聚硅氧烷不限于其分子结构,并且其可具有直链、环状、支化或三维网状结构。该有机氢聚硅氧烷在室温下(25℃)优选为液体,并在一个分子中具有典型地为2至约300,优选3至约150,和更优选4至约100的硅原子数(或聚合度)。键接至硅原子的氢原子可位于分子链的末端或在分子链中间,亦或同时位于两者处。
示例性的有机氢聚硅氧烷包括:
1,1,3,3-四甲基二硅氧烷,
1,3,5,7-四甲基环四硅氧烷,
甲基氢环状聚硅氧烷,
甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷环状共聚物,
三(二甲基氢甲硅烷氧基)甲基硅烷,
三(二甲基氢甲硅烷氧基)苯基硅烷,
在两端采用三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢聚硅氧烷,
在两端采用三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物,
在两端采用二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷,
在两端采用二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢聚硅氧烷,
在两端采用二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物,
在两端采用三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
在两端采用二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
在两端采用三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,
在两端采用二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,
由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元组成的共聚物,
由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元及(C6H5)SiO3/2组成的共聚物,
以及上述的化合物中,部分或全部的甲基被其他烷基等取代的化合物。
该组分(B)的有机氢聚硅氧烷可以使得键接至硅原子的氢原子与在组分(A)中的烯基的摩尔比在0.4至5的范围内,并且优选为0.5至2.5范围内的量引入。当该摩尔比低于0.4时,硅橡胶的交联密度将过低,从而降低耐热性。另一方面,该摩尔比超过5可能通过脱氢作用引起不需要的泡沫,并且这样的摩尔比还会不利地影响耐热性。因为相同的原因,相对于100重量份的组分(A),组分(B)的有机氢聚硅氧烷可典型地以0.1至30重量份,优选0.3至10重量份的量引入。
组分(C)的加成催化剂实例包括铂族金属催化剂,如铂催化剂(例如,铂黑、氯化铂(II)、氯铂酸、氯铂酸与一元醇的反应产物、氯铂酸与烯烃的络合物,以及双乙酰乙酸铂)、钯催化剂,以及铑催化剂。该加成催化剂优选以催化量引入,即,该催化量是固化所述组合物所需的量,相对于该组分(A)和组分(B)的总量,以铂族金属重量计,典型地为0.5至约1,000ppm,并且更为优选地为1至约500ppm。
可有机过氧化物固化的硅橡胶组合物由以下组分组成:
(D)100重量份的一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷,以及
(E)催化量的有机过氧化物。
组分(D)的有机聚硅氧烷通过以下平均组成式(3)来表示:
R3 dHcSiO(4-d)2                (3)
其中,R3独立地为取代或未取代的单价烃基,并且d是1.98至2.02的正数,和优选1.99至2.005的正数。
在该式中,R3可以为具有1至12个,优选1至8个碳原子的取代或未取代单价烃基。R3的实例包括烷基如甲基、乙基、丙基和丁基,环烷基如环己基,烯基如乙烯基、烯丙基、丁烯基和己烯基,芳基如苯基和甲苯基,芳烷基如β-苯丙基,以及这些基团中一个或多个键接至该基团碳原子上的氢原子被卤原子如氟、溴或氯,或氰基取代的基团,例如氯甲基、三氟丙基和氰乙基。优选地,至少90%摩尔,并且更优选所有的如下所述通过R3表示除烯基外的基团都是甲基。
字母d是在1.98至2.02,优选1.99至2.005范围内的正数,并且该有机聚硅氧烷可以是用三甲基甲硅烷基、二甲基乙烯基甲硅烷基、二甲基羟基甲硅烷基、三乙烯基甲硅烷基等封端的有机聚硅氧烷。在本发明中,所述有机聚硅氧烷每分子应具有至少2个,典型地为2至50个,优选为2至约20个烯基,并且0.001至10%摩尔,优选0.01至5%摩尔R3是烯基,特别是乙烯基。该烯基可在分子链的末端或在分子链当中键接至硅原子,亦或在同时在以上两处键接至硅原子上。
该有机聚硅氧烷典型地具有主要为直链的结构,其中,主链包含二有机基硅氧烷重复单元((R3)2SiO2/2单元),并且主链的两端用三有机甲硅烷氧基((R3)3SiO1/2单元封端)。其可部分地具有包含R1SiO3/2单元或SiO4/2单元的支化或环状结构。R3如上所定义。
组分(D)的有机聚硅氧烷对于其分子量无特别限制,并且使用的有机聚硅氧烷可以是低粘度的液体有机聚硅氧烷或高粘度的生橡胶类有机聚硅氧烷(一种非液体且在室温下不是可自流动的有机聚硅氧烷)。组分(D)的含烯基有机聚硅氧烷可具有至少约100,典型地为100至100,000,优选约150至50,000,并且更优选约200至20,000的聚合度(或在分子中的硅原子的数目),从而该有机聚硅氧烷在固化之后变成橡胶弹性体。
对组分(E)的有机过氧化物没有特别限制,可使用任何已知的有机过氧化物,只要其可用作促进组分(D)交联的催化剂即可。示例性的有机过氧化物包括无氯有机过氧化物,例如酰基有机过氧化物等(例如,过氧化苯甲酰,过氧化对甲基苯甲酰,以及过氧化邻甲基苯甲酰),以及非酰基有机过氧化物(例如,2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧己烷,叔丁基过氧苯甲酸酯,过氧化二异丙苯,以及异丙苯基叔丁基过氧化物)。更具体地说,对于常压热空气硫化,优选酰基有机过氧化物,例如过氧化苯甲酰、过氧化对甲基苯甲酰,以及过氧化邻甲基苯甲酰。上述有机过氧化物即可以单独使用,也可以两个或多个结合使用。
有机过氧化物可以根据组合物的固化速率选择的催化量引入。典型地,该有机过氧化物基于100重量份的组分(D)的有机聚硅氧烷,以0.1至10重量份,更优选0.3至5重量份引入。当以小于0.1重量份引入时,有时交联不足,而以超过10重量份引入时,由于固化速变不再提高,因此,在经济上是不利的。
在本发明中,将碳化硅引入到上述可热固化的硅橡胶组合物中以制备形成热定影辊或带的组合物(即,高导热性硅橡胶)。该硅橡胶是在本发明的组合物固化之后,添加以用于提高获得的硅橡胶的导热性的微粉组分。该碳化硅不因为其形状而受限制,并且其可具有球形,粉末,或不规则形状,同时该碳化硅的平均粒度典型地在1至50μm的范围内,优选为2至30μm,并且更优选地为3至20μm。当平均粒度小于1μm时,用于提高导热性所需的大量碳化硅的引入变得困难,同时超过50μm的平均粒度可能不利地影响该橡胶的物理性质。
在本发明中,使用的碳化硅可以包括具有特殊平均粒度的单一类型的碳化硅,或分别具有不同平均粒度的两种或更多种类型的碳化硅的混合物。当混合时,具有至少5μm的平均粒度的颗粒与具有小于5μm的平均粒度的颗粒的混合物是优选的,因为这样的混合物可在对组合物的模压加工性能无不良作用的情况下,以较高量引入该组合物中。在这种情况下,该颗粒可以99/1至50/50,更优选95/5至70/30,和最优选90/10至75/25的[平均粒度至少为5μm的颗粒]/[平均粒度小于5μm的颗粒]的比率(重量比)混和。还可将三种或更多种分别具有不同粒度的碳化硅,并且在这种情况下,在这三种或更多种颗粒中至少一种颗粒优选地具有至少5μm的平均粒度,并且至少一种其它类型的颗粒优选地具有小于5μm的平均粒度。
该平均粒度可以通过采用激光衍射测量分析法的粒度分布计,依据累计重均粒度(D50)(或中值粒径)测定(这同样适用于以下的描述)。
在本发明中,同样重要的是基于全部碳化硅微粉,碳化硅微粉表面附近的铁含量最高为0.2%重量(也就是说,0至0.2%重量),优选地最高0.15%重量(0至0.15%重量),并且更为优选最高0.1%重量(0至0.1重量)。当表面上的铁含量超过0.2%重量时,具有如此引入其中的碳化硅的硅橡胶组合物会呈现出降低的压缩永久变形。需要注意的是,表面上的铁含量可为0%。用以测量表面铁含量的方法在JIS R6124“Method for chemical analysis of silicon carbideabrasives(用于碳化硅磨料的化学分析的方法)”的“Method for measuringsurface iron content(测量表面铁含量的方法)”中有所描述。
具有这样低的表面铁含量的碳化硅可以通过粉碎碳化硅以制造碳化硅微粉,并且在例如盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸等无机酸水溶液中洗涤该粉末而制备。
使用的碳化硅还可以是使用有机硅化合物如有机烷氧基硅烷、有机硅氮烷、硅烷醇或含烷氧基的有机聚硅氧烷表面处理的碳化硅。表面被处理的碳化硅可以是已预先实施了表面处理的碳化硅,或者替代地,碳化硅的表面处理可在混和碳化硅和组分(A)的过程中,通过同时添加如上所述的表面处理剂而实施。
在本发明中,基于100重量份的可热固化硅橡胶组合物,碳化硅可以50至800重量份,更优选100至600重量份的量引入。当以低于50重量份引入时,得到的组合物不具有足够的导热性,然而以超过800重量份引入时,不仅导致橡胶的物理性质显著恶化,还导致混和困难。
优选地,本发明的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物还包含具有特殊平均粒度的铁氧化物。该铁氧化物的引入改善了本发明的组合物固化之后所得到的硅橡胶的耐热性。更具体地说,当具有特殊平均粒度的铁氧化物和本发明的碳化硅一起使用时,可抑制由于碳化硅的添加而导致的耐热性降低,并且当将高导热性硅橡胶组合物用于涂布有氟树脂的定影辊或定影带时,可以改善在硅橡胶和氟树脂层之间的粘合耐久性。
铁氧化物优选具有0.01至0.5μm,优选0.02至0.3μm,并且更优选0.05至0.2μm的平均粒度。使用平均粒度小于0.01μm的铁氧化物将引起共混和分散困难,而超过0.5μm的铁氧化物可能导致无法实现足够的耐热性。
该铁氧化物可以是氧化亚铁或氧化铁,或包含二者的氧化物。使用的铁(ion)氧化物还可以是用有机硅化合物如有机烷氧基硅烷、有机硅氮烷、硅烷醇或含烷氧基的有机聚硅氧烷表面处理的铁氧化物。表面处理的铁氧化物可以是预先表面处理的铁氧化物,或替代地,铁氧化物的表面处理可在混和铁氧化物和组分(A)的过程中,通过同时添加如上所述的表面处理剂而实施。
该铁氧化物是依照要求引入的可选组分。当引入时,基于100重量份的可热固化硅橡胶组合物,其可以0.1至20重量份,优选0.5至15重量份范围内的量使用。以低于0.1重量份引入铁氧化物可能不足以改进耐热性,而超过20重量份的引入可能导致橡胶组合物流动性的损失以及固化橡胶物理性质的不足。
例如碳化硅和铁氧化物等无机粉末组分可在室温下利用例如行星式混合器或捏合机等设备引入到可热固化硅橡胶组合物中。这一混合可在室温下或加热环境下实施,并且该组分可在组分(B)的有机氢聚硅氧烷和组分(C)或(E)的固化催化剂的添加之前,在100至200℃的高温下混合。
除碳化硅外,本发明的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物可具有除为改进导热性而添加的碳化硅之外的组分。示例性的这种组分包括粉碎的石英、氧化铝和氧化锌。相对于100重量份的可热固化硅橡胶组合物,这些附加的给予导热性的组分可以最高500重量份(0至500重量份),优选20至约300重量份的量添加。
若需要,可以引入干燥二氧化硅(热解硅石)以防止沉淀和增强固化橡胶。该干燥二氧化硅优选为通过BET法测定具有50至约400m2/g,和优选100至350m2/g,比表面积的颗粒形式的干燥二氧化硅,其实例有亲水性二氧化硅和疏水性二氧化硅。
相对于100重量份的可热固化硅橡胶组合物,该干燥二氧化硅可以最高20重量份(0至20重量份),优选0.5-15重量份范围内的量混合。超过20重量份的引入量可能引起该橡胶组合物流动性的损失和固化产物的压缩永久变形的损失。当引入如下所述例如湿二氧化硅等二氧化硅填料时,相对于100重量份的该可热固化硅橡胶组合物,在该组合物中引入的二氧化硅填料总量优选地在1至50重量份的范围内,更优选1至20重量份。
若需要,该形成热定影辊或带的硅橡胶组合物还可以包含填料,所述填料例如为包括湿二氧化硅(沉淀二氧化硅)和硅藻土的二氧化硅填料、粘土、碳酸钙、二氧化钛;耐热性改进剂,例如二氧化铈和氢氧化铈;用于改进粘附力和模压加工性能的碳官能硅烷;用于提供阻燃性的氮化合物或卤素化合物。
本发明的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物用于在心轴外表面上具有硅橡胶层的定影辊中硅橡胶层的形成,或在基片如包含耐热树脂薄膜或金属的环形带的主表面(正和反面)上具有硅橡胶层的定影带中硅橡胶层的形成,和用于具有由含氟树脂涂料或含氟树脂管作为硅橡胶层上的表层形成的含氟树脂涂覆的定影辊或含氟树脂涂覆的定影带中硅橡胶层的形成。具有由本发明的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物形成的硅橡胶层的定影辊和定影带具有高导热性、低压缩永久变形和高耐热性,并因此在复印机、激光束打印机等中使用是适用的。
这种情况下,定影辊或定影带的心轴或基片的原料和尺寸可根据该辊或带的类型而适宜地选择。在定影辊中的硅橡胶层可以优选地具有0.1至5.0mm,和更优选0.3至3.0mm的厚度。具有薄于0.1mm的硅橡胶层的辊可能导致辊的弹性不足,而厚度超过5.0mm可能导致较差的导热性。
另一方面,在定影带中的硅橡胶层可以优选地具有0.05至2.0mm,更优选0.1至1.0mm的厚度。当厚度小于0.05mm时,难以形成具有均匀厚度的硅橡胶层,而厚度超过1.0mm可能导致较差的导热性,由此,在经济上存在缺陷。
用于模塑和固化形成热定影辊或带的硅橡胶组合物的方法可从该领域通常使用的那些方法中适宜地选择。可通过封装模塑、转移模塑、注塑、涂布等实施模塑,并且该组合物可通过加热而固化。
对于用于固化本发明的形成热定影辊或带的硅橡胶组合物的条件没有特别限制。然而,该硅橡胶组合物优选地在120至200℃下,更优选在130至180℃下固化3分钟至1小时,并且在180至220℃下后固化1至12小时。
在本发明中,硅橡胶在固化之后优选具有至少0.5W/m·℃(例如,0.5至5W/m·℃),并且更优选具有0.6至3W/m·℃的导热性。低于0.5W/m·℃的导热性可能引起调色剂定影不足。
具有该范围的导热性的固化硅橡胶例如可以通过固化形成热定影辊或带的硅橡胶组合物来生产,所述硅橡胶组合物基于每100重量份的可热固化硅橡胶组合物,包含100至500重量份的碳化硅粉末,或者部分(例如,最高50%重量的碳化硅粉末)被至少一种选自石英粉、氧化铝、和氧化锌中的导热性填料所代替的碳化硅粉末。
该硅橡胶的导热性例如可以通过利用导热计QTM-3(由Kyoto ElectronicsManufacturing Co.Ltd.制造)来测量。
在介入的硅橡胶层的外部上形成的氟树脂外层可通过使用氟树脂涂料或氟树脂管而形成。当使用氟树脂涂料时,可将例如聚四氟乙烯树脂(PTFE)胶乳或DAI-EL胶乳(由Daikin Industries LTD.制造的氟胶乳)的材料层沉积在该硅橡胶层的外部上。
使用的示例性氟树脂管是可商购获得的管,包括由聚四氟乙烯树脂(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物树脂(PFA)、氟化乙烯-丙烯共聚物树脂(FEP)、聚偏二氟乙烯树脂(PVDF)或聚氟乙烯树脂制成的那些。当利用氟树脂管来制备定影辊时,硅树脂层例如可通过在心轴和管之间引入本发明的硅橡胶组合物并且固化该引入的硅树脂层来形成。本发明的硅树脂层最优选使用PFA管形成。
与硅橡胶层接触的氟树脂涂料或氟树脂管层的表面优选通过例如电晕放电处理、萘钠法、液氨法、溅射蚀刻,或准分子激光处理等方法处理,从而有益于与硅橡胶的接触。粘附耐久性可以通过采用底漆处理表面而得到进一步改善。
可将该氟树脂层形成至适宜地选择的厚度,该厚度优选地在0.1至100μm的范围内,并且更优选为1至50μm。当该氟树脂层薄于0.1μm时,定影辊将硬度不足,并且这可能引起供给到该辊的纸张的滑移。另一方面,当氟树脂层的厚度超过100μm时,得到的定影辊将过硬,并且这种情况下由于夹持空间(nipspace)不足,可能形成较差的定影图像。
实施例
接下来,将参照实施例和比较例详细描述本发明,这些实施例和比较例不以任何方式限定本发明的范围。在以下的实施例中,″份″是“重量份”,并且“%”是“重量%”;平均粒径是通过激光衍射法测定的累计重均粒度(D50);并且聚合度是依据通过凝胶渗透色谱法(GPC)测定的聚苯乙烯而计算的数均分子量。
[碳化硅]
将碳化硅分别研磨至10μm、4μm和1μm的平均粒度。在磨碎之后,通过下述程序洗涤该碳化硅。
首先,将该碳化硅添加到盐酸水溶液(30重量%)中,并将该混合物在加热的条件下搅拌6小时。接下来,通过水洗和倾析除去溶解于酸溶液中的杂质。重复洗涤和倾析,直到上层清液的pH值为4.0。在100℃下干燥二氧化硅并研磨以制备粉末。
通过在JIS R6124中规定的程序来评价洗涤的碳化硅表面的铁含量。结果在表1中显示。
表1
  碳化硅   洗涤前表面的铁含量   洗涤后表面的铁含量
  10μm   0.22%   0.01%
  4μm   0.45%   0.02%
  1μm   0.70%   0.04%
实施例1
将100份采用二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(聚合度为280)、1份通过BET法测量的比表面积为110m2/g的增强二氧化硅填料(由NipponAerosil Co.Ltd.制造的亲水化(hydrophibicized)热解硅石R-972),以及250份平均粒度为4μm且表面铁含量为0.02%的洗涤的碳化硅放到行星式混合器中,并且搅拌该混合物30分钟。
将该混合物通过三根辊捏合以分散填料,并将该混合物返回至行星式混合器中。在添加了2.1份在两端和侧链上具有Si-H基的甲基氢聚硅氧烷(聚合度为25;Si-H基含量,0.0070mol/g)、0.05份乙炔基环己醇(反应控制剂)和0.1份铂催化剂(Pt浓度为1%)之后,搅拌该混合物15分钟,从而获得硅橡胶组合物(1)。
使用该硅橡胶组合物(1),通过在120℃下在压机中固化10分钟,并在200℃下在烘箱中固化4小时制备固化的硅橡胶样品。该样品通过在JIS K6249中规定的程序来评价其硬度和压缩永久变形,并通过导热计QTM-3(由KyotoElectronics Manufacturing Co.Ltd.制造)来测量其导热性。其结果在表2中列出。固化的橡胶样品还在230℃下放入烘箱炉中300小时,之后评价其硬度和压缩永久变形。其结果也在表2中列出。
接着,在其内表面涂有适用于可加成固化的液体硅橡胶的底漆(由ShinEtsu Chemical Co.,Ltd.制造的No.101A/B)的PFA树脂管(直径14mm;长度250mm;厚度50μm)中,插入并固定其表面层涂布有相同的底漆的铝轴(直径10mm;长度300mm),以使得该轴与管的内表面之间具有恒定的距离。在管和轴之间的空间内填充硅橡胶组合物(1)之后,将该组合物在150℃下加热30分钟而固化,并且在200℃下进行4小时的后固化,从而制得包括铝轴、在该铝轴的外表上的硅橡胶层,以及在该硅橡胶层的外部上的氟树脂层的定影辊。该硅橡胶层具有2.0mm的厚度。将该定影辊安装在电子照相复印机上,并且在A4复印纸上复印10,000份之后,图像未出现任何问题。
实施例2
将80份两端以三甲基甲硅烷氧基封端并在侧链中具有乙烯基的二甲基聚硅氧烷(聚合度420;乙烯基含量0.000072mol/g),20份两端具有二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷(聚合度250),0.5份通过BET法测量的比表面积为110m2/g的亲水化(hydrophibicized)热解硅石(由Nippon Aerosil Co.Ltd.制造的R-972),5份通过以下通式(I)表示的硅氧烷化合物:
Figure BSA00000347553700161
240份具有平均粒度为10μm且表面铁含量为0.04%的洗涤的碳化硅、80份具有平均粒度为1μm且表面铁含量为0.04%的洗涤的碳化硅,以及6份具有平均粒度为0.16μm的铁氧化物放置于行星式混合器中,并且将该混合物在室温下(23℃)搅拌1小时。通过三辊捏合该混合物以分散填料,并且将该混合物返回至行星式混合器中。在添加了2.7份在侧链上具有S i-H基的甲基氢聚硅氧烷(聚合度为38;Si-H基含量,0.0045mol/g)、0.05份乙炔基环己醇(反应控制剂)和0.1份的铂催化剂(Pt浓度为1%)之后,搅拌该混合物15分钟,从而获得硅橡胶组合物(2)。使用这一硅橡胶组合物(2),通过在120℃下在压机中固化10分钟,并在200℃下在烘箱中固化4小时而制备固化的硅橡胶样品。通过重复实施例1的程序,评价样品的硬度、压缩永久变形、导热性,以及样品在耐热性试验之后的硬度和压缩永久变形。其结果在表2中列出。
接着,通过环涂将该硅橡胶组合物(2)在已经采用底漆处理的聚酰亚胺树脂薄膜环形带(宽度250mm;周长150mm;厚度100μm)上涂覆至0.4mm厚度,并将该组分加热至150℃固化30分钟。然后将具有硅橡胶涂层的聚酰亚胺树脂薄膜带插入到已经底漆处理的PFA管(厚度25μm)中,在120℃下加热60分钟,并在200℃烘箱中后固化4小时,从而制备定影带。将该定影带安装在电子照相复印机上,并且在A4复印纸上复印10000份之后图像未出现问题。
实施例3
将100份的包括99.825%摩尔二甲基硅氧烷单元、0.15%摩尔甲基乙烯基硅氧烷单元和0.025%摩尔二甲基乙烯基硅氧烷单元且平均聚合度约为5,000的生橡胶状有机聚硅氧烷与5份的通过BET法测量比表面积为200m2/g的热解硅石(由Nippon Aerosil Co.,Ltd.制造的Aerosil200)、以及10份在其两端具有羟基的二甲基聚硅氧烷(聚合度10)混合,并且将该混合物在捏合机中均匀混和,然后在150℃下进行热处理2小时,从而制成基础胶料。向100份该基础胶料中,采用双辊添加120份平均粒度为10μm且表面铁氧化物含量为0.01%的洗涤碳化硅、40份平均粒度为1.5μm的粉碎石英和3份平均粒度为0.10μm的铁氧化物,并且通过使用双辊,向该混合物中进一步添加0.8份的C-25A(铂催化剂)和作为可加成交联固化剂的2.0份C-25B(有机氢聚硅氧烷)(均由Shin-EtsuChemical Co.,Ltd.制造)。通过在170℃下在压机中固化10分钟,并在200℃下在烘箱中固化4小时而制备固化的硅橡胶样品。通过重复实施例1的程序,评价样品的硬度、压缩永久变形、导热性,以及样品在耐热性试验之后的硬度和压缩永久变形。其结果在表2中列出。
接着,在其内表面涂有适用于可加成固化的液体硅橡胶的底漆(No.101a/Bmanufactured by Shin Etsu Chemical Co.,Ltd.)的PFA树脂管(直径13mm;长度250mm;厚度50μm)中,插入并固定其表面层涂布有相同的底漆的铝轴(直径10mm;长度300mm),以使得该轴与管的内表面具有恒定的距离。在管和轴之间的空间内填充硅橡胶组合物(3)之后,将该组合物在150℃下加热30分钟而固化,并且在200℃下进行4小时的后固化,从而制得包括铝轴、在该铝轴的外表上的硅橡胶层,以及在该硅橡胶层的外部上的氟树脂层的定影辊。该硅橡胶层具有1.5mm的厚度。将这样的定影辊安装在电子照相复印机上,并且在A4复印纸上复印10000份。在复印了10000份之后,图像未出现问题。
比较例1
重复实施例1中硅橡胶组合物的生产程序,以生产硅橡胶组合物(4),除了用等量的未洗涤的、平均粒度为4μm的碳化硅(表面铁含量0.45%)来替代洗涤的、平均粒度为4μm的碳化硅(表面铁含量0.02%)。使用硅橡胶组合物(4),通过在120℃下在压机中固化10分钟,并在200℃下在烘箱中固化4小时而制备固化的硅橡胶样品。通过重复实施例1的程序,评价样品的硬度、压缩永久变形、导热性,以及样品在耐热性试验之后的硬度和压缩永久变形。其结果在表2中列出。
使用硅橡胶组合物(4),通过重复实施例1的程序来制备定影辊。将该定影辊安装在电子照相复印机上,并且在A4复印纸上进行复印。在复印了约6,000份之后,部分图像变得略微不清楚,并且在复印了10,000份之后,检验已安装在复印机上的定影辊,可注意到定影辊表面上有无数皱褶。
比较例2
重复实施例2中硅橡胶组合物(2)的生产程序,生产硅橡胶组合物(5),除了用等量未洗涤的、平均粒度为10μm的碳化硅(表面铁含量0.22%)来替代洗涤的、平均粒度为10μm的碳化硅(表面铁含量0.01%),并且用等量未洗涤的、平均粒度为1μm的碳化硅(表面铁含量0.70%)来替代已洗涤的、平均粒度为1μm的碳化硅(表面铁含量0.04%)。使用硅橡胶组合物(5),通过在120℃下在压机中固化10分钟,并在200℃下在烘箱中固化4小时而制备固化的硅橡胶样品。通过重复实施例1的程序,评价样品的硬度、压缩永久变形、导热性,以及样品在耐热性试验之后的硬度和压缩永久变形。其结果在表2中列出。
使用硅橡胶组合物(5),通过重复实施例2的程序来制备定影带。将该定影带安装在电子照相复印机上,并且在A4复印纸上进行复印。在复印了大约8,100份之后,部分图像变得扰乱,并且在复印了10,000份之后,检验已安装在复印机上的定影带,可注意到定影带表面上有条纹图案。
比较例3
重复实施例3中硅橡胶组合物(3)的生产程序,生产硅橡胶组合物(6),除了用等量未洗涤的、平均粒度为10μm的碳化硅(表面铁含量0.22%)来替代已洗涤的、平均粒度为10μm的碳化硅(表面铁含量0.01%)之外。使用硅橡胶组合物(6),通过在120℃下在压机中固化10分钟,并在200℃下在烘箱中固化4小时而制备固化的硅橡胶样品。通过重复实施例1的程序,评价样品的硬度、压缩永久变形、导热性,以及样品在耐热性试验之后的硬度和压缩永久变形。其结果在表2中列出。
使用硅橡胶组合物(6),通过重复实施例3的程序来制备定影辊。这些定影辊被安装在电子照相复印机上,并且在A4复印纸上进行复印。在复印了大约3,800份之后,图像变得扰乱,并且在复印了5,000份之后,检验已安装在复印机上的定影辊,可发现辊表面某些部分表面不规则。
表2
Figure BSA00000347553700181

Claims (11)

1.一种用于形成导热性热定影辊或导热性热定影带的硅橡胶组合物,包括:
100重量份的可热固化硅橡胶组合物,以及
50至800重量份的碳化硅,该碳化硅在其表面上具有最高0.2重量%的铁含量,并且其平均粒度为1至50μm,该碳化硅是平均粒度为至少5μm的颗粒和具有平均粒度小于5μm的颗粒按99/1至50/50的重量比的混合物。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物,其中,该碳化硅是通过使用酸水溶液来洗涤粉碎的碳化硅而制备的碳化硅。
3.根据权利要求2所述的硅橡胶组合物,其中,该酸水溶液的酸是选自盐酸、硫酸、硝酸和氢氟酸中的一种酸。
4.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物,还包括:
基于每100重量份的可热固化硅橡胶组合物,0.1-20重量份的平均粒度为0.01至0.5μm的铁氧化物。
5.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物,其中,所述组合物的固化橡胶产物具有至少为0.5W/m·℃的导热率。
6.根据权利要求1所述的硅橡胶组合物,其中,该可热固化硅橡胶组合物是一种可加成固化的硅橡胶组合物或一种可有机过氧化物固化的硅橡胶组合物。
7.根据权利要求6所述的硅橡胶组合物,其中,可加成固化的硅橡胶组合物由以下组分组成:
(A)100重量份的一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的烯基的有机聚硅氧烷;
(B)使得键接至硅原子上的氢原子与组分(A)中烯基的摩尔比在0.4-5范围内的量的一个分子中具有至少两个键接至硅原子上的氢原子的有机氢聚硅氧烷,以及
(C)催化量的加成催化剂。
8.一种包括心轴和在该心轴外表面的硅橡胶层的定影辊,其中,该硅橡胶层是权利要求1的硅橡胶组合物的固化产物。
9.一种氟树脂涂布的定影辊,包括心轴、在该心轴的外表面上的硅橡胶层,以及在该硅橡胶层上的氟树脂层,其中,该硅橡胶层是权利要求1的硅橡胶组合物的固化产物。
10.一种包括基片和在该基片的正面和反面上的硅橡胶层的定影带,该基片包括耐热树脂或金属,其中,该硅橡胶层是权利要求1的硅橡胶组合物的固化产物。
11.一种氟树脂涂布的定影带,包括基片、在该基片的正面和反面上的硅橡胶层,以及在硅橡胶层上的氟树脂层,该基片包括耐热树脂或金属,其中,该硅橡胶层是权利要求1的硅橡胶组合物的固化产物。
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