CN104745060B - 涂层组合物、导电弹性体辊及其制造方法、使用其的处理盒以及图像形成装置 - Google Patents

涂层组合物、导电弹性体辊及其制造方法、使用其的处理盒以及图像形成装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种涂层组合物、导电弹性体辊及其制造方法、使用其的处理盒以及图像形成装置。该涂层组合物的组成包括：成膜材料100质量份；表面具有羟基的导电微粒1‑50质量份；第一硅烷偶联剂0.01‑10质量份，第一硅烷偶联剂的分子结构中至少含有一个烯基官能团；第二硅烷偶联剂0‑2质量份，第二硅烷偶联剂的分子结构中含有氨基、环氧基和氟原子中的一种或几种；含氢硅油0.01‑20质量份；硅氢加成催化剂0.0001‑0.05质量份。由上述涂层组合物形成的导电性弹性体辊表面层在弹性层表面具有良好的附着力，避免导电性弹性体辊在工作中出现表面层开裂、起皱或与弹性层剥离等现象。

Description

涂层组合物、导电弹性体辊及其制造方法、使用其的处理盒以 及图像形成装置
技术领域
本发明涉及一种涂层组合物、导电弹性体辊及其制造方法、使用其的处理盒以及图像形成装置，属于图像形成技术领域。
背景技术
近年来，随着彩色化、轻量化和小型化的发展，接触式显影方式已广泛应用于复印机、激光打印机等各种图像形成装置。上述图像形成装置中，显影辊、充电辊和转印辊均为导电弹性体辊，其性能对于显影质量有重要影响。
例如，接触式显影通常使用的单组分调色剂则要求显影辊有控制调色剂静电性能的功能。即，要求显影辊给调色剂均匀充电，保持调色剂的静电性。如果调色剂的充电量不足，其具有的静电力则不足，因此将不能很好地将调色剂传输到感光构件的静电潜像上，从而产生各种有缺陷的图像。例如，随着显影辊的旋转而产生的各种打印图像密度的变化、显影重像等等。
目前，导电弹性体辊一般具有如下结构：位于中心的导电轴芯、包覆于导电轴芯外的一层或多层弹性层以及包覆于弹性层外的表面层。表面层的施设能够起到保护弹性层、防止弹性层内低分子物质渗出污染其他部件、承载调色剂层并使调色剂摩擦带电等效果。然而，由于长期在打印工作中与感光构件等部件的接触和摩擦，会使表面层与弹性层发生一定程度的剥离。并且，当导电弹性体辊的使用环境（如温度和湿度）突然发生变化时，由于表面层和弹性层的膨胀率和/或收缩率不同，表面层不完全跟随弹性层发生膨胀或收缩，使表面层发生开裂或者起皱。这些严重影响导电弹性体辊的使用性能和使用寿命。
为解决上述问题，现有方法是在形成表面层时采用紫外线照射，使表面层发生交联反应，同时改进表面层和弹性层之间的粘附。然而，经紫外线照射交联形成的表面层可能由于光引发剂等助剂的残留，在使用过程中由于受到光的作用继续发生化学反应而破坏已有的交联结构，因此耐候性较差。
或者，在弹性层外围预设一层由硅烷偶联剂形成的底涂层，然后在其外围设置表面层。硅烷偶联剂在弹性层和表面层之间起着化学桥（chemical bridge）的作用，能够提高表面层在弹性层表面的附着力。但这种方法操作繁琐，增加了产品施工的复杂程度和生产周期。并且，在导电弹性体辊工作过程中，该底涂层往往会在弹性层与表面层之间作为弱电阻层使该处出现电荷停滞，产生残余电荷，从而引发图像缺陷。例如，该残余电荷将导致显影辊表面的显影区域与非显影区域之间产生电势差，在预期的图像上形成残像，从而可能发生重影的图像缺陷。
发明内容
本发明针对现有导电性弹性体辊在工作中出现的表面层开裂、起皱或与弹性层剥离的问题，提供一种涂层组合物，由其形成的表面层在弹性层表面具有良好的附着力。
本发明还提供一种导电弹性体辊及其制备方法，使用新的表面层材料，在确保表面层在弹性层表面良好附着的同时，无需预设底涂层，不仅简化了工艺，而且避免了残余电荷的产生，从而提高图像质量。
本发明还提供一种处理盒及装设有该处理盒的图像成型装置，通过使用上述导电弹性体辊，可延长部件的使用寿命，并有效提升所形成图像的品质。
为达上述目的，本发明提供一种涂层组合物，其组成包括：
成膜材料100质量份；
表面具有羟基的导电微粒1-50质量份；
第一硅烷偶联剂0.01-10质量份，所述第一硅烷偶联剂的分子结构中至少含有一个烯基官能团；
第二硅烷偶联剂0-2质量份，所述第二硅烷偶联剂的分子结构中含有氨基、环氧基和氟原子中的一种或几种；
含氢硅油0.01-20质量份；
硅氢加成催化剂0.0001-0.05质量份。
进一步地，所述第一硅烷偶联剂的含量为0.05-1.25质量份。
进一步地，所述第二硅烷偶联剂的含量为0.05-1质量份。
进一步地，还包括硅氢加成抑制剂，所述括硅氢加成抑制剂的含量为0.001-2质量份。
进一步地，所述含氢硅油的含量为0.1-10质量份。
进一步地，还包括固化剂，所述固化剂的含量为20-100质量份。
进一步地，所述固化剂的含量为20-45质量份。
进一步地，所述固化剂为至少三官能团的封闭型多异氰酸酯类化合物或其聚合物。
进一步地，所述表面具有羟基的导电微粒包括表面本身具有羟基的或者表面经羟基化处理的导电微粒。
进一步地，所述表面具有羟基的导电微粒为电子导电剂和/或离子导电剂。
本发明还提供一种导电弹性体辊，其至少具有导电轴芯和在该导电轴芯外围依次设置的弹性层和表面层，其中，所述表面层由上述涂层组合物形成，且形成弹性层外表面的基础材料包括橡胶，所述橡胶中含有能与烯基官能团发生硅氢加成反应的基团。
本发明还提供一种制造上述导电弹性体辊的方法，包括在导电轴芯外围依次设置弹性层和表面层的过程，其中，设置所述表面层的过程包括以下步骤：
将表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物；
将所述混合物、成膜材料、含氢硅油和硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料；
将所述涂料涂覆于所述弹性层外围，再进行干燥和固化处理。
进一步地，将所述表面具有羟基的导电微粒和所述第一硅烷偶联剂混合并均匀分散4-8小时，制得混合物。
进一步地，所述干燥和固化处理过程为：在40℃-120℃的条件下处理10-120分钟后，在100℃-200℃的条件处理30-120分钟。
进一步地，将固化剂和/或硅氢加成抑制剂与所述混合物、成膜材料、含氢硅油、硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料。
本发明还提供一种处理盒，其至少包括粉仓、送粉辊、显影辊、感光构件、废粉仓、清洁刮板和充电辊，其中，所述显影辊和/或充电辊为上述导电弹性体辊。
本发明还提供一种图像形成装置，其可拆卸地安装有上述处理盒。
本发明方案的实施，至少具有以下优势：
1、本发明提供的涂层组合物形成的表面层在弹性层表面具有良好的附着力；
2、本发明提供的导电弹性体辊，其表面层在弹性层表面具有良好的附着力，能够避免因使用环境（如：温度和湿度）的突然变化而引起的表面层起皱或开裂；
3、本发明提供的导电弹性体辊表面层与弹性层之间具有良好的电传导性，避免打印过程中出现的重影现象，使打印图像均匀；
4、本发明的导电弹性体辊的制造方法，简化了表面层的施设工艺，生产效率高；并且能普遍适用于通过多种成膜材料制备表面层。
附图说明
图1是本发明提供的图像形成装置的结构示意图。
图2是本发明提供的处理盒的结构示意图。
图3是本发明提供的显影辊的立体示意图。
图4是本发明提供的显影辊的截面图。
具体实施方式
以下参照本发明实施例的附图来更充分地描述本发明。然而，本发明可以许多不同形式来体现，不应理解为限于本文陈述的实施例。
如图1所示的彩色电子照相图像形成装置10，其中包括四个处理盒1、激光扫描器11、供纸单元12、供给辊13、传送辊14、转印辊15、输送带16、定影单元17、一对排出辊18和排出盘19。其中，四个处理盒1以串联形式可拆卸地安装于彩色电子照相图像形成装置10中，其分别为了黄色Y、品红M、青色C和黑色K的彩色调色剂而设置。
如图2所示，处理盒1内设置有作为潜像承载体的感光构件2，并可沿箭头方向旋转。在感光构件2周围设置用于使感光构件2均匀地充电的充电辊3，从激光扫描器11发出的激光束L照射在已均匀充电的感光构件2上，以在其上形成静电潜像。位于粉仓1a中的送粉辊9将粉仓1a中贮存的调色剂（未示出）传送至显影辊4，在出粉刀8的作用下使显影辊4上的调色剂形成薄膜，并赋予调色剂以摩擦带电的电荷。带电的调色剂在电场力的作用下附着于感光构件2的静电潜像上形成可视图像。其中，显影辊4露出粉仓1a的部分与感光构件2相对并在预定的抵接压力下彼此接触，在感光构件2与显影辊4接触的位置沿相同方向旋转。上述可视图像再通过转印辊15转印至记录介质如纸张（未示出）上，经定影单元17定影后由排出辊18和排出盘19排出至电子照相图像形成装置之外。此外，位于废粉仓1b中的清洁刮板7用于去除未转印至记录介质而残留在感光构件2上的转印残留调色剂并贮存于废粉仓1b中，使清洁过的感光构件2能够继续准备形成下一图像。
在上述彩色电子照相图像形成装置10中，充电辊3和显影辊4均为导电弹性体辊，以下详细描述本发明中的导电弹性体辊及其形成方法。
如图3、4所示，本发明的导电弹性体辊由以下三部分构成：导电性金属轴芯41、弹性层42和表面层43。
<导电轴芯>
导电轴芯41可用作电极和支撑构件，与公知技术可以完全相同，其形状可以为棒状或管状轴。可以使用金属（例如，铁、铝、铝合金或不锈钢等）、树脂、或陶瓷等材料制成，导电轴芯41的长度、直径、厚度等尺寸设定在公知范围内，本发明均不做特别限定。导电轴芯41的表面可以根据具体辊类产品的工艺需要进行电镀、喷砂等表面处理，均属于公知技术。
<弹性层>
本发明的导电弹性体辊在结构上与现有技术类似，也可以具有一层或多层的弹性层42。形成弹性层42的最外层（即与表面层43相接触的弹性层外表面）的基础材料包括橡胶，上述橡胶含有能够发生硅氢加成反应的基团，例如烯基、炔基和硅氢键等。上述橡胶可以选自不饱和橡胶或者分子结构中引入上述基团的饱和橡胶，例如可以是天然橡胶、顺式丁二烯橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、氯醚橡胶、顺丁橡胶、三元乙丙橡胶或者它们的改性橡胶等中的一种或多种的混合物。
本发明对弹性层42的形成方法不做限制，可以是将硅橡胶挤出成为胶管后穿入上述导电轴芯41，随后对其进行硫化处理；也可以是在预先设置有上述导电轴芯41的模具中，将液体硅橡胶注射成型，随后对其进行硫化处理。对由以上方法得到的具有弹性层42的辊是否进行表面处理也不作限制，均属于本领域的常规技术。例如，若对所述辊进行表面处理，可以对其表面进行研磨或其它机械处理，也可以对其表面进行化学处理，如进行光化学改性或电化学改性等。
<表面层>
根据本发明的技术方案，形成所述导电弹性体辊表面层43的涂层组合物至少包括：成膜材料、表面具有羟基的导电微粒、硅烷偶联剂、含氢硅油以及硅氢加成催化剂。以下对各组分进行详细说明。
[成膜材料]
所述成膜材料可以是本领域公知的用于表面层的成膜材料，例如是能够固化成膜的树脂材料，本发明对其固化形式不做限制，可以是能够自身固化的树脂材料，也可以是需要配合固化剂固化的树脂材料或者两者的混合物。例如可以选自以下一种或几种类型的树脂材料：聚氨酯树脂（可由多元醇经固化形成）、氟树脂、丙烯酸酯树脂、环氧树脂、聚酯树脂、醇酸树脂和有机硅树脂。具体可列举含氟聚氨酯树脂、含氟丙烯酸树脂、环氧聚氨酯树脂、环氧有机硅树脂、有机硅聚氨酯树脂/丙烯酸树脂、MQ树脂、甲基乙烯基MQ树脂等。所述表面层中还可以含有其它含硅材料，例如硅溶胶或水玻璃等。在本发明具体实施方式中，优选采用聚氨酯树脂（可由多元醇经固化形成）作为成膜材料。
[固化剂]
本发明中，与成膜材料配合的固化剂为至少三官能团的封闭型多异氰酸酯或其共聚物。封闭型固化剂为一种活性基团在较低温度下被封闭剂封闭的固化剂，其能在较高的温度下解封闭，释放出固化剂活性基团和封闭剂。例如使用酚类、酰胺类、无机酸类、活泼亚甲基类进行封闭的固化剂。例如，本发明使用的固化剂可以是封闭型的基于以下种类的多异氰酸酯：六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、2，6-甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯甲基二异氰酸酯（MDI）、苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）、四甲基苯二甲基二异氰酸酯（TMXDI）、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯（H6XDI）等。以100质量份的成膜材料为基准，所述固化剂的含量约为20-100质量份，优选20-45质量份。考虑到固化剂的使用稳定性，优选基于HDI、IPDI等的封闭型脂肪族多异氰酸酯。
[表面具有羟基的导电微粒]
本发明中，所述表面具有羟基的导电微粒的粒径和形状不做限制，可以是球形、米粒形、晶须状、片状或者不规则颗粒等；所述表面具有羟基的导电微粒可以包括表面本身具有羟基的或者表面经羟基化处理的导电微粒，也可以是表面不含羟基的导电微粒与表面具有羟基的其它微粒的组合，其质量比例如可以为2:8-8:2。以100质量份的成膜材料为基准，表面具有羟基的导电微粒的含量可以为约1-50质量份。
所述导电微粒可以为电子导电剂和/或离子导电剂的微粒。
所述电子导电剂包括：碳系材料如炭黑、石墨、碳纳米管等；金属粉末如镍、铜、银、锗、铝等；金属氧化物或其掺杂物如氧化锡、氧化钛、钛酸钾、氧化锌、掺铝氧化锌(ZAO)、掺铟氧化锡(ITO)、掺锑二氧化锡(ATO)等；导电性聚合物如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯醚、聚对苯硫醚、聚对苯乙炔、聚(2，6-二甲基亚苯醚)、聚(双酚A碳酸酯)、聚乙烯咔唑、聚二乙炔、聚(N-甲基-4-乙烯基吡啶)、聚苯胺、聚喹啉和聚(苯醚砜)等，或由上述导电性聚合物作为主体聚合物时与掺杂剂的掺杂物，其掺杂剂可选自：AsF5、I2、Br2、SO3、Na、K、ClO4、FeCl3、F、Cl、Br、I、Kr、Li等；导电性晶须如碳晶须、石墨晶须、碳化钛晶须、导电性钛酸钾晶须、导电性钛酸钡晶须、导电性氧化钛晶须、导电性氧化锌晶须等；以及其它无机导电材料如导电云母粉、导电钛白粉等。
所述离子导电剂包括：电解质如周期表第1族或第2族的金属盐；阳离子表面活性剂如四乙铵、四丁铵、十二烷基三甲铵、十六烷基三甲铵等季铵盐；阴离子表面活性剂如脂肪族磺酸盐、高级醇硫酸酯盐、高级醇环氧乙烷加成硫酸酯盐、高级醇磷酸酯盐等；以及离子性液体如1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、1-丁基-3-乙基咪唑鎓(三氟甲基磺酰基)酰亚胺等。在本发明中，表面具有羟基的导电微粒优选炭黑、导电云母粉、导电钛白粉等表面本身具有羟基的导电材料。
所述表面具有羟基的不导电微粒例如淀粉、纤维素、蒙脱土、高岭土、埃洛石、二氧化硅、碳酸钙等的一种或几种的混合物。
[其他有机微粒]
另外，本发明的涂层组合物中可选择的含有表面具有羟基的导电微粒以外的其他有机微粒，用以增强表面层的其他性能，对有机微粒的材料、形状及表面是否含有羟基不做限制，可以是球形有机硅树脂、聚氨酯微粉、聚丙烯微粉、硫化橡胶微粉、环氧树脂微球、聚酯微球、聚苯乙烯微球等，例如，与聚氨酯微粉配合使用，以改进表面层的硬度或粗糙度。以100质量份的成膜材料为基准，其他有机微粒配合使用的含量可以为0-50质量份。
[硅烷偶联剂]
所述第一硅烷偶联剂为分子结构中含有至少一个烯基官能团的硅烷偶联剂，例如其可以具有如下通式（1）：Y-SiX3，其中，X为可水解基团，例如氯基、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等；Y为含有烯基的官能团，例如可以为乙烯基、辛烯基、丙烯酸烷酯基等。例如可以是具有如下结构式的硅烷偶联剂：CH2=CHSi(OCH3)3（乙烯基三甲氧基硅烷）、CH2=CHSi(OC2H5)3（乙烯基三乙氧基硅烷）、CH2=CHSi(OCH2CH2OCH3)3（乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷）、CH2=CHC6H4Si(OCH3)3、CH2=CHCOOCH2CH2CH2Si(OCH3)3等。以100质量份的成膜材料为基准，第一硅烷偶联剂的含量为0.01-10质量份。
上述第一硅烷偶联剂也可以与第二硅烷偶联剂混合使用，第二硅烷偶联剂的分子中含有能够与成膜材料形成良好键合的基团，例如上述通式（1）中Y为经氨基、环氧基和氟原子中的一种或几种官能团取代的含有烯基的官能团。添加第二硅烷偶联剂有利于提高表面具有羟基的导电微粒与成膜材料的结合强度，使表面层获得更加牢固的附着力。第二硅烷偶联剂可列举：γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-（2,3-环氧丙氧基）丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷等。以100质量份的成膜材料为基准，第二硅烷偶联剂的含量为0-2质量份，例如可以为0.05-1质量份。
本发明中，也可以使用同时具有乙烯基官能团和氨基、环氧基和氟原子中的一种或几种官能团的硅烷偶联剂，即上述通式（1）中Y也可以同时经氨基、环氧基和氟原子中的一种或几种和烯基官能团取代，使用这种硅烷偶联剂时，其用量不超过上述第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的总用量。
所述硅烷偶联剂与所述表面具有羟基的导电微粒的含量比例优选控制在1:100-20:100。
[含氢硅油]
所述含氢硅油可以为全氢型或部分含氢型，可以是甲基含氢硅油、乙基含氢硅油、环状全氢硅油等。以100质量份的成膜材料为基准，含氢硅油的含量约为0.01-20质量份，优选0.1-10质量份。
[硅氢加成催化剂]
所述硅氢加成催化剂是对Si-H键与不饱和化合物的硅氢加成反应具有催化活性的物质。例如可以为Ⅷ族金属及其化合物或络合物，或者ⅦB族金属化合物和稀土金属化合物等的均相催化剂，例如铂、钯、铱、铑、锇、钌等金属的络合物；也可以是将上述金属催化剂负载到活性炭、氧化镁、三氧化二铝、聚钛胺、二氧化硅、聚硅氧烷或树脂等多孔固体材料上的多相催化剂。以100质量份的成膜材料为基准，硅氢加成催化剂的含量约为0.0001-0.05质量份。
本发明人的研究证明，铂金催化剂因其反应活性好，显示了较高的催化效率而优选使用，例如氯铂酸或其与醇类、酯类、酮类、醚类、环戊二烯或者硅氧烷等不饱和化合物形成的络合物。
[硅氢加成抑制剂]
所述硅氢加成抑制剂是使硅氢加成催化剂在较低温度下失去催化活性的物质。硅氢加成抑制剂可以是易挥发性的，通过其挥发使催化剂恢复活性，例如2-乙烯基异丙醇、丙烯腈、吡啶、全氯乙烯等；也可以是难挥发或不挥发性的，在低温下使催化剂中毒，并通过加热使催化剂恢复活性，如金属盐、有机膦化合物、烯基硅氧烷、苯并三氮唑、不饱和氨基化合物等。
对于铂金催化剂，可选择的硅氢加成抑制剂例如Sn、Pb、Hg、Bi、As等重金属离子化合物，非金属（如N、P、S）及其化合物，或者含炔基及多烯基的不饱和化合物。以100质量份的成膜材料为基准，硅氢加成抑制剂的含量约为0.001-2质量份。
当使用胶囊型硅氢加成催化剂时，可以不添加硅氢加成抑制剂。例如使用微胶囊型铂金催化剂，由于其为将铂金催化剂包封于较低软化点的树脂内，在室温或者较低温度下树脂使其内部的催化剂与外部的其它组分隔离，催化作用得到抑制。当温度升高至树脂的软化点后，可释放出铂金催化剂，继而能够催化硅氢加成反应。
[有机溶剂]
在配制涂料时，所述有机溶剂的种类不做限定，只要可以使涂层组合物各组分在其中均匀分散的单组分溶剂或复合溶剂均可使用，所述复合溶剂是二种及以上不同的溶剂的组合。例如，有机溶剂可以是四氯化碳、乙酸甲酯、丙酮、正己烷、二氯乙烷、环已烷、乙酸乙酯、丁酮、四氢呋喃、正庚烷、乙酸丁酯、二甲苯、环已酮、二甲基甲酰胺、乙酸戊酯、石脑油等中的一种或几种的混合物。
在本发明中，上述成膜材料、固化剂、表面具有羟基的导电微粒、其他有机微粒、硅烷偶联剂、含氢硅油、硅氢加成催化剂、硅氢加成抑制剂和有机溶剂均可通过商购获得。
根据本发明，在弹性层42外围设置表面层43的过程如下：
首先将表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂混合并均匀分散，分散时间例如为4-8个小时，制得混合物；
将上述混合物与成膜材料、含氢硅油及硅氢加成催化剂分散于有机溶剂中并混合，根据成膜材料和硅氢加成催化剂的种类，还可以选择性的加入固化剂和/或硅氢加成抑制剂与上述材料一并分散于有机溶剂中并混合，制得涂料；
然后将涂料涂覆于弹性层42的外围，可以采用喷涂、浸涂或滚涂等常规方法，以使涂料在弹性层42外表面涂布成膜，再进行干燥和固化处理。
其中干燥和固化处理具体可以为：在40℃-120℃的条件下干燥10-120分钟后，在100℃-200℃的条件下固化30-120分钟，优选为60℃-100℃的条件下干燥20-40分钟后，在140℃-180℃的条件下固化60-90分钟以使涂料充分干燥和固化。
本发明人研究发现，先将表面具有羟基的导电微粒与第一硅烷偶联剂混合能够使他们之间发生化学键合，使该混合物中分散有由第一硅烷偶联剂包覆或部分包覆的表面具有羟基的导电微粒，这样在表面具有羟基的导电微粒表面引入了一定数量的烯基。将所述涂料涂覆于所述弹性层的外表面后，在加热处理过程中伴随着涂料中溶剂的挥发与硅氢加成抑制剂的失效，在硅氢加成催化剂的作用下，引入表面具有羟基的导电微粒表面的烯基和弹性层表面能发生硅氢加成反应的基团通过化学键合形成具有一定长度的柔性分子链，能很好的吸收膨胀和收缩时产生的变形，提高表面层43在弹性层42表面的附着力。
在固化处理过程中，成膜材料固化交联，最终在弹性层42外形成厚度为4-50微米的表面层43。其中，通过对涂覆工艺做适当调整，例如喷涂或滚涂的次数，浸涂的时间以及涂料的固含量等，就可以得到所要求厚度的表面层43。
本发明提供的图像形成装置10，其可拆卸地安装有上述处理盒1，本发明的图像形成装置10能够提供品质显著提高的图像产品，其可以是复印机或彩色激光打印机，例如可将本发明提供的导电弹性体辊或上述处理盒应用于以下产品中：兄弟公司制造的“BrotherHL-4040CN”、“Brother HL-4150CDN”、“Brother HL-3040CN”等；三星公司制造的“SamsungCLP-310N”、“Samsung CLP510”、“Samsung CLP-350”等；惠普公司制造的“HP ColorLaserjet CP1518ni”、“HP Color Laserjet CP2025”、“HP Color Laserjet CP1215”等，但不限于这些。
下面以本发明的导电弹性体辊用于彩色激光打印机（由惠普公司制造的“HPColor Laserjet CP1518ni”）的显影辊4为例，通过以下具体实施例来详细说明本发明的技术方案。以下各实施例和比较例中，形成表面层43的涂层组合物的组成如表1所示。
实施例1
将5质量份的导电炭黑（商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司生产）、10质量份的纳米导电钛白粉（商品名：DZC-03；广州市德昭化工有限公司生产）和0.5质量份的第一硅烷偶联剂（商品名：A-171；迈图高新材料集团）混合，加入玻璃珠做分散介质，用分散机均匀分散6小时后，制得混合物；将上述混合物与100质量份聚酯多元醇（商品名：1652；拜耳公司生产；聚酯多元醇固化后为聚氨酯膜，以下实施例相同）、40质量份的封闭型多异氰酸酯固化剂（商品名：BL3175；拜耳公司生产）、2.5质量份含氢硅油（商品名：202甲基高含氢硅油；信越化学工业株式会社）、0.008质量份铂金催化剂（商品名：DX-8030高性能铂金催化剂；广州大熙化工原材料有限公司）以及0.2质量份的硅氢加成抑制剂（商品名：环己炔醇；广州大熙化工原材料有限公司）分散于甲乙酮（MEK）中并通过机械力混合，制得涂料。将上述涂料通过浸渍的方法涂覆在事先成型的硅橡胶辊上，在80℃的烘箱内干燥处理30分钟后，在160℃的烘箱内固化处理90分钟，得到显影辊，其表面层厚度为12微米。
实施例2
除了第一硅烷偶联剂的含量为0.2质量份，含氢硅油1.15质量份，铂金催化剂0.004质量份，硅氢加成抑制剂0.12质量份外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例3
除了第一硅烷偶联剂的含量为0.9质量份，含氢硅油4.5质量份，铂金催化剂0.011质量份，硅氢加成抑制剂0.28质量份外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例4
除了第一硅烷偶联剂的含量为1.25质量份，含氢硅油6.0质量份，铂金催化剂0.013质量份，硅氢加成抑制剂0.33质量份外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例5
除了第一硅烷偶联剂的含量为1.5质量份，含氢硅油6.8质量份，铂金催化剂0.015质量份，硅氢加成抑制剂0.45质量份外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例6
将20质量份的导电炭黑（商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司生产）、25质量份的纳米导电钛白粉（商品名：DZC-03；广州市德昭化工有限公司生产），和9质量份的第一硅烷偶联剂（商品名：A-171；迈图高新材料集团）混合，加入玻璃珠做分散介质，用分散机均匀分散8小时后，制得混合物；将上述混合物与100质量份聚酯多元醇（商品名：1652；拜耳公司生产）、40质量份的封闭型多异氰酸酯固化剂（商品名：BL3175；拜耳公司生产）、10质量份含氢硅油（商品名：202甲基高含氢硅油；信越化学工业株式会社）、0.04质量份铂金催化剂（商品名：DX-8030高性能铂金催化剂，广州大熙化工原材料有限公司）以及1.8质量份的硅氢加成抑制剂（商品名：环己炔醇；广州大熙化工原材料有限公司）分散于甲乙酮（MEK）中并通过机械力混合，制得涂料。将上述涂料通过浸渍的方法涂覆在事先成型的硅橡胶辊上，在80℃的烘箱内干燥30分钟后，在160℃的烘箱内固化90分钟，得到显影辊，其表面层厚度为12微米。
实施例7
除了将氟树脂（商品名：ZB-F100；大连振邦氟涂料有限公司生产）作为成膜材料以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例8
除了将氟树脂（商品名：ZB-F100；大连振邦氟涂料有限公司生产）作为成膜材料以外，其余按照与实施例2同样的方法得到显影辊。
实施例9
除了将氟树脂（商品名：ZB-F100；大连振邦氟涂料有限公司生产）作为成膜材料以外，其余按照与实施例4同样的方法得到显影辊。
实施例10
除了将丙烯酸树脂（商品名：TCA-837B-1；台昌树脂有限公司生产）作为成膜材料以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例11
除了将丙烯酸树脂（商品名：TCA-837B-1；台昌树脂有限公司生产）作为成膜材料以外，其余按照与实施例3同样的方法得到显影辊。
实施例12
除了将MQ树脂（商品名：HL-MQ100；信越化学工业株式会社生产）作为成膜材料以及不添加固化剂以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例13
除了以100质量份氟树脂（商品名：ZB-F100；大连振邦氟涂料有限公司生产）和40质量份MQ树脂（商品名：HL-MQ100；信越化学工业株式会社生产）混合作为成膜材料，溶剂为乙酸丁酯和二甲苯以1:1的体积比组成的复合溶剂外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例14
将8质量份的导电炭黑（商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司生产）、12质量份的纳米导电钛白粉（商品名：DZC-03；广州市德昭化工有限公司生产），和0.8质量份的第一硅烷偶联剂（商品名：A-171；迈图高新材料集团）以及0.2质量份的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷作为第二硅烷偶联剂（商品名：KH-550；南京曙光化工集团有限公司）混合，加入玻璃珠做分散介质，用分散机均匀分散6小时后，制得混合物；将上述混合物与100质量份聚酯多元醇（商品名：1652；拜耳公司生产）、40质量份的封闭型多异氰酸酯固化剂（商品名：BL3175；拜耳公司生产）、3.5质量份含氢硅油（商品名：202甲基高含氢硅油；信越化学工业株式会社）、0.009质量份铂金催化剂（商品名：DX-8030高性能铂金催化剂；广州大熙化工原材料有限公司）以及0.25质量份的硅氢加成抑制剂（商品名：环己炔醇；广州大熙化工原材料有限公司）分散于甲乙酮（MEK）中并通过机械力混合，制得涂料。将上述涂料通过浸渍涂覆在事先成型的硅橡胶辊上，在80℃的烘箱内干燥30分钟后，在160℃的烘箱内固化90分钟，得到显影辊，其表面层厚度为12微米。
实施例15
除了第一硅烷偶联剂的含量为1.0质量份，作为第二硅烷偶联剂的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷含量为1.0质量份，含氢硅油5.5质量份，铂金催化剂0.012质量份，硅氢加成抑制剂0.3质量份外，其余按照与实施例14同样的方法得到显影辊。
实施例16
除了使用氯醚橡胶作为弹性层的基础材料外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例17
除了使用丁腈橡胶作为弹性层的基础材料外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例18
除了将8质量份的导电炭黑（商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司生产）、10质量份的纳米导电钛白粉（商品名：DZC-03；广州市德昭化工有限公司生产）、12质量份的聚氨酯微粉（商品名：5070D；日本旭化成）作为其他有机微粒和0.9质量份的第一硅烷偶联剂（商品名：A-171；迈图高新材料集团）混合，其余按照与实施例3同样的方法得到显影辊。
比较例1
除了不加入第一硅烷偶联剂外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
比较例2
除了第一硅烷偶联剂的含量为14质量份外，其余按照与实施例6同样的方法得到显影辊。
比较例3
除了第一硅烷偶联剂的含量为10质量份以及作为第二硅烷偶联剂的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷含量为2.5质量份外，其余按照与实施例6同样的方法得到显影辊。
比较例4
除了不加入含氢硅油、铂金催化剂以及硅氢加成抑制剂外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
比较例5
不预先混合导电炭黑、纳米导电钛白粉和第一硅烷偶联剂，而是将它们直接与聚酯多元醇、封闭型多异氰酸酯固化剂、含氢硅油、铂金催化剂以及硅氢加成抑制剂共同分散于甲乙酮（MEK）中并通过机械力混合，制得涂料，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
比较例6
除了使用的固化剂为40质量份的非封闭性固化剂HDI缩二脲固化剂（商品名：Desmodur N75；拜耳公司生产）外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
<评价测试>
为了便于对比，本发明在各打印评价测试中均使用彩色激光打印机（由惠普公司制造的“HP Color Laserjet CP1518ni”），将上述各实施例和比较例制造的显影辊依次安装在黄色、品红、青色和黑色四种处理盒中，输出图像，并将实验环境定义为：
低温低湿环境（L/L）：10℃，20%RH，
常温常湿环境（N/N）：25℃，55%RH，
高温高湿环境（H/H）：35℃，80%RH。
[表面层附着力的评价]
在上述各实施例和比较例中制造的显影辊表面的任意位置处制造缺口，并从缺口处使用电子万能试验机（岛津AGS-X系列）以4N的力为标准剥离表面层，记录剥离情况。
将上述评价中在4N的力下未发生表面层剥离的显影辊依次安装在黄色、品红、青色和黑色四种处理盒中，使用彩色激光打印机置于低温低湿环境（L/L）与高温高湿环境（H/H）两种环境中交替打印，具体为：设置输出图像6000页，每隔500页暂停打印并做一次环境替换，在每次环境替换前取出显影辊目视观察其表面层的附着情况，发现表面层有起皱或开裂现象即为表面层附着力不良的显影辊，并终止对其打印测试；未发现表面层起皱或开裂现象的显影辊则安装回处理盒继续另一环境的500页打印测试。经历环境交替变化并打印完6000页仍未发现表面层存在起皱或开裂现象即为表面层附着力良好的显影辊。
判断标准如下：
A：4N的力难以使表面层剥离，并且6000页打印环境测试中也未发生表面层起皱或开裂，附着力良好；
B：4N的力难以使表面层剥离，但6000页打印环境测试中发生表面层起皱或开裂，附着力不良；
C：4N的力能使表面层剥离，附着力较差。
[图像重影评价]
将上述各实施例和比较例中制造的显影辊依次安装在黄色、品红、青色和黑色四种处理盒中，在安装于彩色激光打印机中，打印2000页，观察输出图像有无出现重影。
评价标准如下：
○：不会发生重影；
×：图像发生重影。
[飞雾评价]
飞雾评价是将上述各实施例和比较例中制造的显影辊分别在低温低湿环境（L/L）、常温常湿环境（N/N）、高温高湿环境（H/H）下，形成覆盖率5%的连续图像。在每种环境下，进行2000页、5000页和10000页出图后，形成飞雾判定图案。根据下述基准进行飞雾评价，其中飞雾值为使用色密度仪测定。
A：飞雾值为0，即基本无飞雾现象；
B：飞雾值为0.01，即有极轻微飞雾现象，通过目视难以辨别；
C：飞雾值为0.02，即有轻微飞雾现象，通过目视可辨别，但不明显；
D：飞雾值大于0.02，有明显飞雾现象，目视可明显辨别，存在实用性方面的问题。
[图像均匀性评价]
使用上述各实施例和比较例中制造的显影辊，在低温低湿环境（L/L）、常温常湿环境（N/N）、高温高湿环境（H/H）下分别进行全黑图像形成。在每种环境下，进行1000张、2000张、3500张出图后形成均匀性判断图像。
A：图像清晰，不存在图像的不均匀；
B：图像良好，轻微出现图像的不均匀性，但不影响实际打印要求；
C：明显的图像不均匀现象。
以上各实施例和比较例的评价测试结果示于表2。
表1
表2
从以上评价测试结果可知，通过分散于表面层中的至少部分表面具有羟基的导电微粒与弹性层表面化学键的形成，可以使整个表面层与弹性层产生较强的附着力，从而完成本发明无需底涂层也能保证表面层在弹性层表面具有较高附着力的目的。
一方面，表面层与弹性层中的分子通过化学键合形成具有一定长度的柔性分子链，能很好的吸收膨胀和收缩时产生的变形能量，从而不会因为表面层与弹性层膨胀率和/或收缩率的差异造成两者的脱离，即使显影辊的使用环境（如温度和湿度）突然变化，表面层也能充分地随弹性层膨胀或收缩，不会出现表面层的起皱和开裂。并且，在表面层紧贴弹性层的界面处，导电剂等表面具有羟基的导电微粒与弹性层之间通过化学键接合，确保了弹性层与表面层间电传导均匀良好，不会出现图像重影问题。并且适合于多种成膜材料的选用。
另一方面，本发明导电弹性体辊的表面层中，表面具有羟基的导电微粒能够更均匀地分散，这是因为包覆于表面具有羟基的导电微粒表面的偶联剂降低了表面具有羟基的导电微粒的表面能，有效减少表面具有羟基的导电微粒的团聚现象，改善表面具有羟基的导电微粒与涂料基质部分（成膜材料）的相容性，避免出现图像不均匀的问题。（参见实施例1-实施例18）
此外，本发明对实施例1、实施例14和实施例15在上述表面层附着力评价测试的基础上做了进一步的评价，即在打印6000页后增加打印至8000页，观察在此期间实施例1的显影辊表面发生开裂现象，而实施例14、实施例15表面完好无损，说明在预先混合表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂时，还加入分子中具有氨基、环氧基和/或氟原子等官能团的第二硅烷偶联剂，可以提高表面具有羟基的导电微粒与成膜材料的结合强度，获得更加牢固的附着力（实施例14、实施例15）。本评价方法仅为进一步说明本发明方案取得的更有益的技术效果，上述表面层附着力评价测试已能够适用于生产合格的产品。
未加入含烯基的第一硅烷偶联剂（比较例1），则会出现附着力差，以及表面具有羟基的导电微粒分布不均的情况。
硅烷偶联剂(第一硅烷偶联剂或者第二硅烷偶联剂)的含量过高（比较例2、比较例3），可能造成对表面具有羟基的导电微粒包覆过厚，阻碍表面层的电传导，导致调色剂带电不良而引起图像飞雾现象和图像重影。
采用未预先混合表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂的方法制备的表面层（比较例5）无法实现本发明的效果，这可能是由于在形成表面层的过程中，第一硅烷偶联剂与涂层组合物中的其它组分过早发生硅氢加成反应，则表面层与弹性层的分子中不能通过化学键合形成具有一定长度的柔性分子链。
本发明人研究发现，使用非封闭型固化剂（比较例6）时，在室温下难以保持涂料在适用期内的稳定性，可能是由于涂料中的固化剂会与第一硅烷偶联剂、含氢硅油等含活性氢化合物发生化学反应，使涂料在涂覆之前失效，故未进行评价测试。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (23)

1.一种导电弹性体辊，其至少具有导电轴芯和在该导电轴芯外围依次设置的弹性层和表面层，其中，所述表面层由涂层组合物形成，且形成弹性层外表面的基础材料包括橡胶，所述橡胶中含有能发生硅氢加成反应的基团；所述涂层组合物的组成包括：
成膜材料100质量份；
表面具有羟基的导电微粒1-50质量份；
第一硅烷偶联剂0.01-10质量份，所述第一硅烷偶联剂的分子结构中至少含有一个烯基官能团；
含氢硅油0.01-20质量份；
硅氢加成催化剂0.0001-0.05质量份；
设置所述表面层的过程包括：先将表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物。
2.一种导电弹性体辊，其至少具有导电轴芯和在该导电轴芯外围依次设置的弹性层和表面层，其中，所述表面层由涂层组合物形成，且形成弹性层外表面的基础材料包括橡胶，所述橡胶中含有能发生硅氢加成反应的基团；所述涂层组合物的组成包括：
成膜材料100质量份；
表面具有羟基的导电微粒1-50质量份；
第一硅烷偶联剂0.01-10质量份，所述第一硅烷偶联剂的分子结构中至少含有一个烯基官能团；
第二硅烷偶联剂大于0且小于等于2质量份，所述第二硅烷偶联剂的分子结构中含有氨基、环氧基和氟原子中的一种或几种；
含氢硅油0.01-20质量份；
硅氢加成催化剂0.0001-0.05质量份；
设置所述表面层的过程包括：先将表面具有羟基的导电微粒、第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物。
3.根据权利要求1或2所述的导电弹性体辊，其中，所述涂层组合物中第一硅烷偶联剂的含量为0.05-1.25质量份。
4.根据权利要求2所述的导电弹性体辊，其中，所述涂层组合物中第二硅烷偶联剂的含量为0.05-1质量份。
5.根据权利要求1所述的导电弹性体辊，其中，所述涂层组合物还包括硅氢加成抑制剂，所述硅氢加成抑制剂的含量为0.001-2质量份。
6.根据权利要求2所述的导电弹性体辊，其中，所述涂层组合物还包括硅氢加成抑制剂，所述硅氢加成抑制剂的含量为0.001-2质量份。
7.根据权利要求1或2所述的导电弹性体辊，其中，所述涂层组合物中含氢硅油的含量为0.1-10质量份。
8.根据权利要求1所述的导电弹性体辊，其中，所述涂层组合物还包括固化剂，所述固化剂的含量为20-100质量份。
9.根据权利要求2所述的导电弹性体辊，其中，所述涂层组合物还包括固化剂，所述固化剂的含量为20-100质量份。
10.根据权利要求8或9所述的导电弹性体辊，其中，所述固化剂的含量为20-45质量份。
11.根据权利要求8或9所述的导电弹性体辊，其中，所述固化剂为至少三官能团的封闭型多异氰酸酯类化合物。
12.根据权利要求1或2所述的导电弹性体辊，其中，所述表面具有羟基的导电微粒包括表面本身具有羟基的或者表面经羟基化处理的导电微粒。
13.根据权利要求12所述的导电弹性体辊，其中，所述表面具有羟基的导电微粒为电子导电剂和/或离子导电剂。
14.一种制造权利要求1所述的导电弹性体辊的方法，包括在导电轴芯外围依次设置弹性层和表面层的过程，其中，设置所述表面层的过程包括以下步骤：
将表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物；
将所述混合物、成膜材料、含氢硅油和硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料；
将所述涂料涂覆于所述弹性层外围，再进行干燥和固化处理。
15.一种制造权利要求5所述的导电弹性体辊的方法，包括在导电轴芯外围依次设置弹性层和表面层的过程，其中，设置所述表面层的过程包括以下步骤：
将表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物；
将硅氢加成抑制剂与所述混合物、成膜材料、含氢硅油、硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料；
将所述涂料涂覆于所述弹性层外围，再进行干燥和固化处理。
16.一种制造权利要求8所述的导电弹性体辊的方法，包括在导电轴芯外围依次设置弹性层和表面层的过程，其中，设置所述表面层的过程包括以下步骤：
将表面具有羟基的导电微粒和第一硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物；
将固化剂与所述混合物、成膜材料、含氢硅油、硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料；
将所述涂料涂覆于所述弹性层外围，再进行干燥和固化处理。
17.一种制造权利要求2所述的导电弹性体辊的方法，包括在导电轴芯外围依次设置弹性层和表面层的过程，其中，设置所述表面层的过程包括以下步骤：
将表面具有羟基的导电微粒、第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物；
将所述混合物、成膜材料、含氢硅油和硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料；
将所述涂料涂覆于所述弹性层外围，再进行干燥和固化处理。
18.一种制造权利要求6所述的导电弹性体辊的方法，包括在导电轴芯外围依次设置弹性层和表面层的过程，其中，设置所述表面层的过程包括以下步骤：
将表面具有羟基的导电微粒、第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物；
将硅氢加成抑制剂与所述混合物、成膜材料、含氢硅油、硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料；
将所述涂料涂覆于所述弹性层外围，再进行干燥和固化处理。
19.一种制造权利要求9所述的导电弹性体辊的方法，包括在导电轴芯外围依次设置弹性层和表面层的过程，其中，设置所述表面层的过程包括以下步骤：
将表面具有羟基的导电微粒、第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂混合并均匀分散，制得混合物；
将固化剂与所述混合物、成膜材料、含氢硅油、硅氢加成催化剂均匀分散于有机溶剂中，制得涂料；
将所述涂料涂覆于所述弹性层外围，再进行干燥和固化处理。
20.根据权利要求14-16任一所述的方法，其中，将所述表面具有羟基的导电微粒和所述第一硅烷偶联剂混合并均匀分散4-8小时，制得混合物。
21.根据权利要求14-19任一所述的方法，其中，所述干燥和固化处理过程为：在40℃-120℃的条件下处理10-120分钟后，在100℃-200℃的条件处理30-120分钟。
22.一种处理盒，其至少包括粉仓、送粉辊、显影辊、感光构件、废粉仓、清洁刮板和充电辊，其中，所述显影辊和/或充电辊为权利要求1-13任一所述的导电弹性体辊。
23.一种图像形成装置，其可拆卸地安装有权利要求22所述的处理盒。
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