CN110872466B - 水性涂料组合物、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

水性涂料组合物、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

本发明提供一种水性涂料组合物、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。其中该水性涂料组合物包括如下重量份的组分：水性成膜材料、固化剂、导电填料、助剂以及水，其中：水性成膜材料为第一水性树脂与第二水性树脂按重量比大于1：1的混合；第一水性树脂选自水性聚氨酯树脂和/或水性聚氨酯树脂的改性产物；第二水性树脂选自以下至少一种类型的水性树脂：水性氟树脂、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、以及这些类型水性树脂的改性产物。该水性涂料组合物在用于导电弹性体辊时，具有良好的附着力、优异的耐磨性，并能够适应于高温高湿和低温低湿的工作环境。

Description

水性涂料组合物、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
本发明涉及一种水性涂料组合物、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
在激光打印机、复印机等各种图像形成装置中，广泛使用了各种导电弹性体辊作为带电部件参与显影剂的成像，例如，在激光打印机所使用的显影盒中，显影辊作为接触式显影的重要部件，将显影盒中的显影剂携带至其表面并对显影剂进行充电，再将具有预定电量的显影剂传送至感光构件的表面。又如，在显影盒中使用的充电辊，对与其相对设置的感光构件进行充电，使感光构件表面带有均匀的电量，激光束的照射使感光构件上形成静电潜像，静电潜像所在部位的电位与显影辊表面电位形成电势差，从而将上述位于显影辊表面的具有预定电量的显影剂传送至感光构件的表面。上述的显影辊和充电辊即为导电弹性体辊，被要求具有稳定的电性能、特定的表面粗糙度、以及抗压缩永久变形等性能。
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，以及，在弹性层和表面层之间还可以设置一层或多层的中间层。表面层以及中间层往往采用喷涂、浸涂或辊涂等方式将树脂涂料施设在弹性层的圆周表面。传统的树脂涂料通常使用有机溶剂溶解和混合各个组分，而在表面层的施设过程中，有机溶剂等排放出的VOC属于现代社会中重要的污染物质，对环境和人体能够造成严重的污染和伤害。
为解决上述污染问题，近年来发展出了将水性涂料应用于表面层和/或中间层的技术，但是水性涂料所形成的表面层在导电弹性体辊的弹性层外周上的附着能力、耐磨性以及最终用于图像形成装置时的图像质量、图像均匀性等，都对水性涂料的性能提出了更严格的要求；除此之外，水性涂料中的组分往往不能保持均匀的分散状态，尤其是在批量生产时，会出现沉淀及分层的现象，不仅不利于表面层的施设，而且也会导致形成涂层表面的电阻分布不均匀，影响导电弹性体辊的性能，这就需要不断推出更加完善的水性涂料配方体系。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种水性涂料组合物，该水性涂料组合物在用于导电弹性体辊时，在弹性层表面形成的表面层具有良好的附着力和优异的耐磨性，并能够适应于高温高湿以及低温低湿的工作环境，从而使导电弹性体辊在最终用于图像形成装置时，能够保证图像质量和图像均匀性。
本发明提供上述水性涂料组合物的制备方法，该制备方法具有步骤简单、生产可行的特点，并能够实现各组分的均匀混合。
本发明提供一种导电弹性体辊，其表面层是由上述水性涂料组合物形成，从而使该导电弹性体辊的表面层具有良好的附着力和优异的耐磨性，并能够适应高温高湿以及低温低湿的工作环境；同时还能确保该表面层具有优异的电阻性能，所以该导电弹性体辊在用于图像形成装置时，能够保证图像品质。
本发明提供一种导电弹性体辊的制造方法，该制备方法简单可行，生产效率高。
本发明提供一种处理盒及装设有该处理盒的图像形成装置，由于其显影辊和/或充电辊为上述导电弹性体辊，使该处理盒具有良好的使用性能，并有效提升所形成图像的品质。
为实现上述目的，本发明提供的水性涂料组合物，包括如下重量份的组分：水性成膜材料100份、固化剂0～10份、导电填料0.5～150份、助剂大于或等于0.05份以及使水性涂料组合物的固含量为5％～60％(重量百分比)的水，其中：
水性成膜材料为第一水性树脂与第二水性树脂按重量比大于1：1的混合；第一水性树脂选自水性聚氨酯树脂和/或水性聚氨酯树脂的改性产物；第二水性树脂选自以下至少一种类型的水性树脂：水性氟树脂、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、以及上述这些类型的水性树脂的改性产物。
本发明中使用的水性成膜材料中，第一水性树脂和第二水性树脂均指的是能够以水代替有机溶剂作为分散介质、且能够固化成膜的水性聚合物体系。
本发明对于第一水性树脂和第二水性树脂的固化形式不做特别限制，可以是自身固化，也可以是需配合固化剂固化成膜。相应的，水性成膜材料既可以是能够自身固化成膜的水性树脂材料，也可以是需要配合固化剂固化的水性树脂材料，因此可根据水性成膜材料的实际情况选择是否加入固化剂。
具体对于第一水性树脂，其可以是一种水性聚氨酯树脂或两种以上水性聚氨酯树脂的混合物，也可以是一种水性聚氨酯树脂的改性产物或两种以上水性聚氨酯树脂的改性产物的混合物，还可以是水性聚氨酯树脂与水性聚氨酯树脂的改性产物的混合物。
本发明中所使用的水性聚氨酯树脂，其具体可以是以聚氨酯分散液、聚氨酯乳液或聚氨酯水溶液的形式存在。
水性聚氨酯树脂具体可以是由含有活泼氢的多元醇化合物(水性聚氨酯树脂的羟基组分)与异氰酸酯(含有活泼异氰酸基团的交联剂)交联获得。常用的多元醇化合物可以包括如下类型：聚醚多元醇、聚烯烃多元醇、聚酯多元醇等。其中，聚醚多元醇比如可以是聚乙二醇、聚四氢呋喃(聚四亚甲基醚二醇)、聚丁二醇醚多元醇(PBD)、聚环氧丁烷多元醇(PBO)、聚环氧丙烷多元醇(PPO) 等，还可以是引入了亲水性链段的水溶性聚醚多元醇。聚烯烃多元醇比如可以是聚丁二烯二醇(HTPB)、聚丁二烯-丙烯腈共聚物二醇(HTBN)等。聚酯多元醇比如可以是端基为羟基的聚酯多元醇、聚ε-己内酯多元醇、聚碳酸酯多元醇等。
根据涂料领域通常的理解，涂料中含有水性聚氨酯树脂组分，是指在涂料固化成膜时能够生成水性聚氨酯树脂。因此，本发明所述的“第一水性树脂选自水性聚氨酯树脂”，指的在涂料固化时，第一水性树脂为能够自身固化生成水性聚氨酯树脂的单组分水性聚氨酯或与需要配合固化剂(比如异氰酸酯)生成水性聚氨酯树脂的双组分水性聚氨酯。基于此，在实际水性涂料的配制过程中，一般将上述多元醇化合物的重量视为第一水性树脂的重量。
本发明中所述的水性聚氨酯树脂的改性产物，例如可以是环氧树脂改性的水性聚氨酯、有机硅改性的水性聚氨酯、丙烯酸改性的水性聚氨酯、有机硅丙烯酸酯双改性水性聚氨酯等。可以理解，不同基团的改性会为改性产物的相应性能带来改进：
丙烯酸改性的水性聚氨酯可以是先合成水性聚氨酯分散液作为种子乳液，然后加入丙烯酸酯类单体进行自由基聚合，从而获得丙烯酸改性的水性聚氨酯。采用丙烯酸改性的水性聚氨酯树脂作为第一水性树脂，能够进一步提高表面层的硬度、耐磨性、耐候性、耐水性以及附着力。
采用环氧树脂改性的水性聚氨酯树脂作为第一水性树脂，能够进一步提高表面层的硬度、耐水性、耐溶剂性以及力学强度。
采用有机硅改性的水性聚氨酯树脂作为第一水性树脂，能够使获得的表面层具有耐低温和耐气候老化性能、赋予表面层良好的热稳定性、优异的耐水性、并进一步提高表面层与弹性层之间的附着力。
因此，本发明的水性成膜材料还可以进一步采用丙烯酸改性的水性聚氨酯树脂、环氧树脂改性的水性聚氨酯树脂和有机硅改性的水性聚氨酯树脂中至少之一作为第一水性树脂，具体可以根据实际对导电弹性体辊的功能需求选择合适的改性产物。
本发明中，第二水性树脂选自以下至少一种类型的水性树脂：水性氟树脂、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂、以及这些类型的水性树脂(即水性氟树脂、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂)的改性产物。
发明人研究发现，在水性涂料组合物中，采用上述类型的水性树脂作为第二水性树脂，能够进一步确保所形成的表面层与弹性层/中间层之间的附着力。同时，上述类型的水性树脂，还使得表面层的耐磨和耐刮擦性得以改善。特别是，当第二水性树脂选自水性氟树脂和/或水性环氧树脂，还能够使表面层具有自清洁性，避免打印过程中出现调色剂粘附在导电弹性体辊表面的现象发生。
第二水性树脂既可以是自身能够固化的单组份水性树脂，也可以是需要配合固化剂固化的双组份水性树脂。
上述水性氟树脂可以是以水作为介质的氟树脂水性分散液，例如水乳性氟树脂、水分散性氟树脂或者水溶性氟树脂。在本发明具体实施过程中，通常选用水乳性氟树脂(氟树脂乳液)或水分散性氟树脂(氟树脂水分散体)作为第二水性树脂材料。
具体的，该水性氟树脂的固化形式可以是能够自身固化的热塑性水性氟树脂，也可以是需要配合固化剂固化的双组份水性氟树脂。
具体的，水性氟树脂可以是由含氟单体单元共聚或者改性后聚合得到，常用的含氟单体例如：四氟乙烯(TFVE)、三氟乙烯(CTFE)、偏氟乙烯(VDF) 等，聚合后分别获得水性聚四氟乙烯(PTFE)、水性聚三氟乙烯(PCTFE)、水性聚偏氟乙烯(PVDF)以及它们的改性产物。
水性丙烯酸树脂是指通过在原本不溶于水的丙烯酸树脂上接枝一定量的亲水基团或通过醇解、成盐等方法制成的水溶性树脂。水性丙烯酸树脂具体可以包括丙烯酸树脂乳液、丙烯酸树脂水分散体及丙烯酸树脂水溶液。
水性环氧树脂是指通过物理或化学方法使环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而获得的稳定分散体系。本发明中所使用的水性环氧树脂，具体可以是水性环氧树脂乳液或水性环氧树脂悬浮液。
在本发明的水性成膜材料中，第一水性树脂作为水性树脂主体材料，其用量大于第二水性树脂的用量，即第一水性树脂与第二水性树脂的重量比大于1： 1。具体的，以水性成膜材料总重量为100重量份计，一般控制第一水性树脂为 55～95重量份，则相应的，第二水性树脂为45～5重量份。在本发明具体实施过程中，以水性成膜材料总重量为100重量份计，通常控制第一水性树脂为 60～85重量份，相应的，第二水性树脂为40～15重量份。
如上所述，本发明中所使用的水性成膜材料，既可以是自身能够固化成膜的水性树脂材料，也可以是需配合固化剂固化成膜的水性树脂材料，因此可根据水性成膜材料的具体情况不使用固化剂或者使用适配的固化剂。
在本发明具体实施过程中，所使用的固化剂通常选自较难与水发生反应的固化剂，以有效参与水性树脂材料的固化成膜，具体可以选自以下至少一种类型的固化剂：多元胺类固化剂、氨基树脂类固化剂、环氧化合物类固化剂、异氰酸酯类固化剂以及经亲水改性的异氰酸酯类固化剂。
其中，多元胺类固化剂例如乙二胺、多亚乙基多胺等。氨基树脂类固化剂，例如二羟甲基脲、二甲氧基乙基脲、三羟甲基三聚氰胺、三甲氧基三聚氰胺、六羟甲基三聚氰胺、六甲氧基亚甲基三聚氰胺等。环氧化合物类固化剂，例如双酚A环氧树脂、山梨醇多缩水甘油醚、三羟甲基丙烷多缩水甘油醚等。异氰酸酯类固化剂，如甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)、以及这些种类的异氰酸酯经亲水改性的多异氰酸酯、封闭型异氰酸酯乳液等。
本发明的一个具体实施方案中，当第一水性树脂选择水性聚氨酯，例如分子结构中带有醚基、羟基、氨基的水性聚氨酯(多元醇化合物)时，采用亲水改性的多异氰酸酯作为水性成膜材料的固化剂。
可以理解，固化剂的用量可根据该固化剂的分子结构以及水性成膜材料的种类、质量等情况合理确定。在本发明具体实施过程中，以100重量份的水性成膜材料为基准，一般控制固化剂的用量约为1～20重量份，进一步可控制在 5～15重量份。
根据本发明的技术方案，通过加入导电填料，使该水性涂料组合物在形成涂层后具有良好的导电性能，以满足导电弹性体辊的功能需求。
具体的，导电填料可以选自一种或多种电子导电剂，或者一种或多种离子导电剂，还可以是电子导电剂与离子导电剂的混合。
电子导电剂具体可以选自以下电子导电剂类型中的至少一种：碳系材料、金属粉末、金属氧化物或其掺杂物、导电性聚合物或该导电聚合物作为主体聚合物被掺杂剂掺杂所得到的掺杂物。
其中，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被掺杂剂掺杂得到的掺杂物，其掺杂剂可选自如下物质或含如下元素的物质：AsF5、I2、Br2、SO3、Na、K、ClO4、FeCl3、F、Cl、Br、I、 Kr、Li等。
离子导电剂具体可以选自以下类型离子导电剂中的至少一种：电解质、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂以及离子性液体(离子液体)。
其中，电解质如周期表第IA族或第IIA族的金属盐。阳离子表面活性剂如高氯酸四乙基铵、高氯酸四丁基铵、十二烷基三甲基铵、十六烷基三甲基铵等季铵盐。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。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。
进一步的，以水性成膜材料为100份计，导电填料具体包括如下重量份的组分：
第一导电填料0.5～50份、第二导电填料0～50份和第三导电填料0～50份，其中：
第二导电填料的一次粒径的长径比大于等于3；
第三导电填料为具有多孔结构的微粒；
第一导电填料为不满足上述两组分(即第二导电填料和第三导电填料)所限定的其它电子导电剂和/或离子导电剂。
在本发明具体实施过程中，将导电填料中一次粒径的长径比大于等于3的组分称为第二导电填料，将具有多孔结构的微粒组分称为第三导电填料，其它既不属于第二导电填料也不属于第三导电填料的组分称为第一导电填料。
对于第一导电填料，本发明对其具体形态不做特别限定，只要不是上述第二导电填料及第三导电填料所限定的形态即可，比如可以是球形(非多孔球形)、米粒形、片状甚至其它不规则的固态颗粒，也可以呈液态，比如离子性液体。在本发明具体实施过程中，所使用的第一导电填料可以是导电炭黑、ATO等固态导电填料，也可以是季氨盐等液态导电填料。特别地，第一导电填料中的部分或者全部为中空导电微粒，例如空心碳球。
对于第二导电填料，即导电填料中一次粒径的长径比大于等于3的组分，其一次粒径具有长径比大于等于3的长形结构，例如可以是条状、针状、线状 (晶须、纳米线)等形状的导电填料。
在本发明具体实施过程中，可选择的第二导电填料包括但不限于：针状导电性二氧化钛、碳纳米管、碳晶须、石墨晶须、碳化钛晶须、氮化硅晶须、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、碳化硅晶须、银纳米线、铜纳米线等的一种或者多种的组合。
以100重量份的水性成膜材料为基准，第二导电填料具体可以为6～50重量份，一般为6～35重量份，进一步为6～10重量份。
对于第三导电填料，其为具有多孔结构的微粒组分。一般情况下，所选用的第三导电填料的平均粒径为1～30μm，孔隙度为10～50％，孔径为0.01～ 10μm。
具体的，第三导电填料可以是自身导电的微粒(包括由不导电微粒改性获得)，或者是导电微粒与不导电微粒的组合。具体的，第三导电填料可以是聚合物多孔微粒、无机多孔微粒或者无机/有机复合多孔微粒，比如可以是多孔石墨微球、多孔碳微球、环氧树脂多孔微球、聚苯乙烯多孔微球等聚酯多孔微球、多孔二氧化硅、氧化铝多孔微球、以及金属化合物多孔微球等。
具体的，当第三导电填料是导电微粒与不导电微粒的组合时，导电微粒与不导电微粒的重量比大于0.5：1，最好大于1：1，以形成良好的导电通路。
以100重量份的水性成膜材料为基准，第三导电填料的加入量一般控制在 5～20重量份，比如5～10重量份。
此外，上述第一导电填料、第二导电填料和第三导电填料还均可以经过亲水处理，使其更好的分散于水性涂料组合物中。
本发明中的导电填料至少应包括第一导电填料。或者，也可以在此基础上，选择性的加入第二导电填料和/或第三导电填料。导电填料均匀地分散在水性涂料组合物中，在该涂料组合物固化成膜后，导电填料在涂层中形成了连续的导电路径以及导电网络。尤其是，当导电填料同时含有第一导电填料、第二导电填料和第三填料时，第二导电填料的细微结构使得第二导电填料能够穿插或插入第三导电填料的微孔中；在此基础上，若第一导电填料进一步为非液体的导电微粒，在成膜过程中，第一导电填料的微粒能够在长度方向上吸附在第二导电填料的表面，以及吸附在第三导电填料的微孔表面，从而最终在涂层中形成更牢固的导电路径以及更完整的导电网络。
因此，当该水性涂料组合物用于形成导电弹性体辊的表面层时，该导电路径以及导电网络完整分布在表面层中，且在一定程度上能够阻止微粒的团聚，使表面层各个位置具有均匀的电阻。
可以理解，第二导电填料的长度不宜过长，否则会使其不易进入第三导电填料的微孔中，甚至第二导电填料自身发生缠结，从而不利于形成理想的导电网络。一般情况下，第二导电填料的一次粒径的长度不宜超过10μm。合理控制第二导电填料的尺寸，有利于整体导电填料功能的发挥，在本发明具体实施过程中，第二导电填料一次粒径的长度尺寸为0.005～10μm；径向尺寸一般为 0.001～5μm，优选为0.005～2μm，更优选为0.01～1μm。
相应的，第三导电填料的粒径及孔径最好与第二导电填料的尺寸相匹配，比如第三导电填料的平均粒径具体可以为5～18μm，孔径可以为0.05～3μm，孔隙度为10～50％。
特别地，当第一导电填料为中空微粒时，由于第一导电填料具有较小的比重，在水性导电涂料组合物中保持悬浮状态，第二导电填料和第三导电填料通过与第一导电填料之间的互相吸附的力的作用下也能够保持良好的悬浮状态，从而赋予水性导电涂料组合物优异的贮存稳定性。
根据本发明的技术方案，用于配制水性涂料组合物的溶剂为水。实际上，水性涂料组合物，尤其是本领域用于制备导电弹性体辊的水性涂料组合物的浓度不做特别限定，只要能够与相应的涂覆工艺相适配、且在加热固化后能够获得规定厚度的表面层即可。基于目前的涂覆工艺，一般水的加入量以水性涂料组合物中固含量达到5％～60％(重量百分比)为宜。进一步考虑到加热固化工艺实施的便利性，一般水的加入量以水性涂料组合物中固含量达到10％～50％(重量百分比)为佳。
本发明对于用于配置水性涂料组合物中所使用的水不做特别限定，可以是去离子水或者蒸馏水。
本发明的水性涂料组合物中不含有挥发性有毒物质的有机溶剂。其中，甲醇、乙醇、正丙醇等同族的醇类、或者有机酸不包括在本发明所述的含有挥发性有毒物质的有机溶剂的范畴内。
本发明提供的水性涂料组合物中的助剂比如可以是扩链剂、消泡剂、pH调节剂、助溶剂等，以赋予水性涂料组合物更为突出的加工性能及使用吸能。以 100重量份的水性成膜材料为基准，助剂可以包括以下种类助剂中的至少一种：扩链剂0.1～2重量份、消泡剂0.1～5重量份、pH调节剂0.05～5份以及助溶剂 0.1～5重量份。
扩链剂用以调节水性树脂材料成膜后的力学性能，本发明中所使用的扩链剂，尤其可以选择亲水性扩链剂，例如，常用的可以是乙二醇、1,4-丁二醇 (1,4-BD)、甲基丙二醇、二甘醇、1,2-丙二醇、三羟甲基丙烷(TMP)、2,3- 丁二醇(2,3-BD)、新戊二醇、1,4-环己烷二甲醇、1,6-己二醇(1,6-HD)、3,3’ -二氯-4,4’-二氨基-二苯基甲烷(MOCA)、乙二胺、二乙基二胺、二正丁胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、异佛尔酮二胺(IPDA)、三甲基己二胺、N-甲基二乙醇胺等。
以100重量份的水性成膜材料为基准，扩链剂的加入量一般为0.1～2重量份，通常为0.5～1.5重量份。
消泡剂具体可以选择醇类、磷酸酯类、金属皂类、有机硅类、矿物油类、以及有机极性化合物等类型的消泡剂，避免在水性涂料组合物调配、涂覆甚至干燥固化过程中产生气泡而影响最终表面层的性能。
以100重量份的水性成膜材料为基准，消泡剂的加入量约为0.1～5重量份，优选0.2～2.5重量份。
顾名思义，pH调节剂用于调节水性涂料组合物的pH值，具体可以使用本领域常规的pH调节剂，比如有机胺化合物等，以保持体系pH值长期稳定，提高水性涂料组合物的贮存稳定性。
以100重量份的水性成膜材料为基准，pH调节剂的加入量约为0.01～5重量份，一般为0.01～2重量份，优选0.1～2重量份。
当然，本发明的水性涂料组合物中，还可以根据实际情况，选择性地加入成膜助剂、增稠剂、流平剂、稳定剂、偶联剂、润湿剂等其它助剂，其加入量可参考目前涂料的常规加入量，不做特别限定。
在本发明中，上述水性成膜材料、固化剂、导电填料、溶剂，以及消泡剂、 pH调节剂、扩链剂等助剂，均可通过商购获得。
本发明还提供上述水性涂料组合物的制备方法。
该制备方法分为所用原料组分是否含有固化剂两种情况。
当所用原料组分包含固化剂时，即固化剂大于0重量份时，可以按照如下两种方案任选其一进行制备：
方案一：首先将水性成膜材料、导电填料以及助剂分散到水中，制得待固化混合液，然后将上述待固化混合液与固化剂混合，得到水性涂料组合物。也就是说，首先将除固化剂以外的组分分散到水中，制得待固化混合液，然后将上述待固化混合液与固化剂混合，得到水性涂料组合物。
方案二：首先将导电填料与第二水性树脂分散到部分水中，得到混合液；然后将上述混合液、第一水性树脂和助剂分散到剩余部分的水中，制得待固化混合液；最后将上述待固化混合液与固化剂混合，得到水性涂料组合物。
上述方案一，尤其适合导电填料中不含有第二导电填料和第三导电填料的情况，或者导电填料加入量较少的情况。
上述方案二，尤其适合导电填料中同时含有第一导电填料、第二导电填料和第三导电填料的情况，首先将导电填料与第二水性树脂分散到部分水中，实现导电填料与第二水性树脂的预混，然后再将其与其它组分进一步混合，有利于得到分布均匀、性能稳定的水性涂料组合物。避免将多种粉末状的填料分散在水性涂料组合物的所有组分中造成耗时过长和能耗过高，从而提高分散效率。
当然，在实施方案二时，还可以首先将第一导电填料、第二导电填料和第三导电填料混合均匀，然后再将得到的导电填料混合物与第二水性树脂分散到部分水中。
如上所述，在上述方案二中，是将水分成了两部分，一部分用于实现导电填料(或导电填料混合物)和第二水性树脂的预混和分散，剩余部分用于实现所有组分的均匀混合。本发明对于两部分水的比例不做特别限定，只要能够保证导电填料与第二水性树脂的均匀分散以及最终所有组分的均匀混合即可。
进一步的，在方案一和方案二中，对导电填料进行分散时，还可以根据实际情况选择加入分散剂或表面活性剂，以帮助导电填料与各组分之间分散均匀。
当固化剂为0重量份时，即原料组分中不使用固化剂的情况下，同样可以选择地按照上述方案一或者方案二的方法进行制备水性涂料组合物。可将水性成膜材料、导电填料以及助剂分散到水中，即得到水性涂料组合物。或者，首先将导电填料与第二水性树脂分散到部分水中，得到混合液；然后将上述混合液、第一水性树脂和助剂分散到剩余部分的水中，得到水性涂料组合物。
上述制备方法工艺简单，生产效率高；并且采用该制备方法，使制得的水性涂料组合物在施设过程中具有理想的贮存时间，避免浪费。
本发明还提供一种导电弹性体辊，其至少具有从内至外依次设置的导电轴芯、弹性层和表面层，其中表面层是由上述水性涂料组合物形成。
进一步的，在所述弹性层和表面层之间还可以设有一层或多层的中间层，即导电弹性体辊从内至外依次设置有导电轴芯、弹性层、一层或多层的中间层以及表面层，其中表面层是由上述水性涂料组合物形成。
具体的，可以将水性涂料组合物通过喷涂、浸涂或辊涂等常规涂覆方式涂覆于弹性层或中间层的外围，以使水性涂料组合物在弹性层或中间层外表面涂布成膜，然后再经干燥和固化处理，即形成了表面层。
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。
在上述干燥和固化处理过程中，水性成膜材料固化交联，最终在弹性层外形成厚度为4～50μm的表面层。其中，通过对涂覆工艺做适当调整，例如喷涂或辊涂的次数，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。
本发明还提供上述导电弹性体辊的制造方法，包括：将上述水性涂料组合物涂覆于弹性层的外围后，再经干燥和固化处理，形成表面层。
具体的，可以将水性涂料组合物通过喷涂、浸涂或辊涂等常规涂覆方式涂覆于弹性层的外围，以使水性涂料组合物在弹性层外表面涂布成膜，然后再经干燥和固化处理，即形成了表面层。
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，形成表面层。
此外，在表面层与弹性层之间还可以设置有中间层，可以为一层或者多层的底涂层和/或电阻层，以利于表面层更好地附着在弹性层上，或者提供导电弹性体辊各层更加良好地电传导能力。
本发明还提供一种处理盒，其至少包括粉仓、显影辊、感光构件和充电辊等装置或部件，其中，该处理盒的显影辊和/或充电辊为上述导电弹性体辊。
具体的，上述处理盒的结构可以与常规图像形成装置的结构相同或相近，只是其中的显影辊和充电辊中至少之一为上述导电弹性体辊。
进一步的，上述处理盒还可以包括送粉辊、废粉仓以及清洁刮板等部件。
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。本发明的图像形成装置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 CLP 510”、“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。
本发明提供的水性涂料组合物，在用于导电弹性体辊时，在弹性层表面具有良好的附着力、优异的耐磨性。同时，该水性涂层组合物能够适应于高温高湿和低温低湿的工作环境，因此具有良好的耐水性、热稳定性和耐气候老化性能。并且，该水性涂料组合物还具有良好的贮存稳定性。
并且，该水性涂料组合物不含挥发性有害物质，其配置和产品生产过程中无VOC等有毒物质释放，环境友好且不会危害人体健康。
本发明提供的水性涂料组合物的制备方法，具有工艺简单的特点，并能实现水性涂料组合物各组分的均匀混合。
本发明提供的导电弹性体辊，其表面层是上述水性涂料组合物形成的水性涂层，从而使该导电弹性体辊的表面层具有优异的电阻性能，且表面层在弹性层表面具有良好的附着力，优异的耐磨性、能够适应于高温高湿/低温低湿的工作环境。
本发明提供的导电弹性体辊的制造方法，该制备方法简单可行，生产效率高。
本发明提供的处理盒及装设有该处理盒的图像形成装置，由于其显影辊和/ 或充电辊为上述导电弹性体辊，因而使该处理盒具有良好的使用性能，并有效提升所形成图像的品质。
附图说明
图1为本发明实施例提供的图像形成装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的处理盒的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的显影辊的立体示意图；
图4为本发明实施例提供的显影辊的径向截面示意图；
图5为本发明实施例提供的另一结构显影辊的径向截面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供的彩色电子照相图像形成装置10，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该彩色电子照相图像形成装置10中，其分别是为了黄色 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和图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。以及，还可以如图5所示，在弹性层42和表面层43之间增设一层或者多层的中间层44。
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。
本实施例中，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的基础材料包括橡胶，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。
本实施例对弹性层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的导电弹性体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。
本实施例的中间层44可以为底涂层或者电阻层，对其形成方法不做限制，可以是水性涂料所形成，也可以是溶剂型涂料所形成，通过喷涂、浸涂或辊涂等常规涂覆方式涂覆于弹性层的外围，然后固化成膜。
根据本发明的技术方案，形成导电弹性体辊表面层43的涂料组合物为水性涂料组合物。
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的水性涂料组合物的主要组成如表1所示。
在固化处理过程中，水性成膜材料固化交联，最终在弹性层42外形成厚度为4～50μm的表面层43。其中，通过对涂覆工艺做适当调整，例如喷涂或辊涂的次数，涂覆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。
实施例1
将5重量份的导电炭黑(商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司) 作为第一导电填料、8重量份的针状导电性二氧化钛(商品名：TIPAQUE FT-3000；石原产业株式会社)作为第二导电填料、5重量份的多孔碳微球(商品名： JCAC-1800；南京吉仓纳米科技有限公司)作为第三导电填料混合，搅拌均匀分散0.5小时后，制得导电填料混合物；
将上述导电填料混合物与40重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)分散于水中，搅拌均匀分散1小时，制得混合液；
随后，将上述得到的混合液与60重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体ACURE T213；上海源禾化工有限公司；水性聚醚多元醇固化后为水性聚氨酯膜，以下实施例相同)、0.5重量份氨甲基丙醇作为pH调节剂(商品名：AMP-95；美国陶氏DOW公司)、1.0重量份消泡剂(商品名： Foamstar A 10；巴斯夫公司生产)、2.5重量份的丙二醇甲醚作为助溶剂(美国陶氏DOW公司)一同分散于水中，搅拌均匀分散2.5小时，制得待固化混合液。
最后，向上述待固化混合液中加入8重量份的固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)，混合均匀，制得水性涂料组合物，其中，该水性涂料组合物中的固含量为15wt％。
将上述水性涂料组合物通过浸渍的方法涂覆在事先成型的橡胶辊上，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12μm。
实施例2
除了第一导电填料为5重量份的空心碳球(商品名：JCHCS-99-550；南京吉仓纳米科技有限公司)，获得的水性涂料组合物中的固含量为12wt％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例3
除了不添加第二导电填料和第三导电填料，获得的水性涂料组合物中的固含量为8wt％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例4
不添加第二导电填料和第三导电填料，将5重量份的导电炭黑(商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司)作为第一导电填料、40重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)、60重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体ACURE T213；上海源禾化工有限公司)、0.5重量份氨甲基丙醇作为pH调节剂(商品名：AMP-95；美国陶氏DOW公司)、1.0重量份消泡剂(商品名：Foamstar A10；巴斯夫公司)、2.5重量份丙二醇甲醚作为助溶剂(美国陶氏DOW公司)一同分散于水中，搅拌均匀分散2.5小时，制得待固化混合液。
向上述待固化混合液中加入8重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)混合均匀，制得固含量为8wt％的水性涂料组合物。
按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例5
不添加第二导电填料和第三导电填料，将5重量份的空心碳球(商品名： JCHCS-99-550；南京吉仓纳米科技有限公司)作为第一导电填料、40重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)、60 重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体ACURE T213；上海源禾化工有限公司)、0.5重量份氨甲基丙醇作为pH调节剂(商品名：AMP-95；美国陶氏DOW公司)、1.0重量份消泡剂(商品名：Foamstar A 10；巴斯夫公司)、2.5重量份丙二醇甲醚作为助溶剂(美国陶氏DOW公司)一同分散于水中，搅拌均匀分散2.5小时，制得待固化混合液。
向上述待固化混合液中加入8重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)混合均匀，制得固含量为8wt％的水性涂料组合物。其余按照与实施例2同样的方法得到显影辊。
实施例6
除了第一导电填料为2.5重量份的离子导电剂(商品名：季氨盐；北京华美互利生物化工公司)，第二导电填料为5重量份的碳化硅晶须(商品名：碳化硅晶须；北京德科岛金科技有限公司)，第三导电填料为3重量份的多孔碳微球(商品名：JCAC-1800；南京吉仓纳米科技有限公司)和2重量份的多孔二氧化硅(商品名：SOLESPHERE；日本旭硝子公司)，制得的水性涂料组合物中的固含量为15wt％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例7
除了以85重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体 ACURET213；上海源禾化工有限公司)、15重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)、10重量份固化剂(商品名： Bayhydur XP 2655；拜耳公司)作为水性成膜材料，制得的水性涂料组合物中的固含量为20wt％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
除了第一导电填料为2.5重量份的离子导电剂(商品名：季铵盐；北京华美互利生物化工公司)，制得的水性涂料组合物中的固含量为6wt％以外，其余按照与实施例3同样的方法得到显影辊。
实施例9
除了第一导电填料为5重量份的ATO(商品名：
Figure BDA0001783857550000191
ATO纳米颗粒；新加坡纳米材料科技公司)，制得的水性涂料组合物中的固含量为10wt％以外，其余按照与实施例3同样的方法得到显影辊。
实施例10
除了第三导电填料为4重量份的多孔碳微球(商品名：JCAC-1800；南京吉仓纳米科技有限公司)和1重量份的多孔二氧化硅(商品名：SOLESPHERE；日本旭硝子公司)，制得的水性涂料组合物中的固含量为20wt％以外，其余按照与实施例6同样的方法得到显影辊。
实施例11
除了第一水性树脂为60重量份的聚碳酸酯多元醇(商品名：TAKELACTM WS5100；日本三井化学株式会社)、第二水性树脂为40重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)，制得待固化混合液后与8重量份固化剂(商品名：BayhydurXP 2655；拜耳公司)混合均匀，制得固含量为25wt％的水性涂料组合物。其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例12
除了第一水性树脂使用60重量份的丙烯酸改性的水性聚氨酯(商品名： BY-40D水性聚氨酯；东莞市逸宝树脂有限公司)、第二水性树脂材料为40重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)，制得待固化混合液后与8重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司) 混合均匀，制得固含量为30wt％的水性涂料组合物。其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例13
除了第一水性树脂使用60重量份的有机硅改性的水性聚氨酯(商品名：水性聚氨酯分散体ACURE 109；上海源禾化工有限公司)、第二水性树脂材料为 40重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)，制得待固化混合液后与8重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)混合均匀，制得固含量为35wt％的水性涂料组合物。其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例14
除了第二水性树脂材料为40重量份的水性聚偏氟乙烯(商品名：PVDF乳液M531；日本大金工业株式会社)，制得的水性涂料组合物中的固含量为 40wt％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例15
将5重量份的导电炭黑(商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司) 作为第一导电填料、8重量份的针状导电性二氧化钛(商品名：TIPAQUE FT-3000；石原产业株式会社)作为第二导电填料和5重量份的多孔碳微球(商品名： JCAC-1800；南京吉仓纳米科技有限公司)作为第三导电填料混合，搅拌均匀分散0.5小时后，制得导电填料混合物；
将上述导电填料混合物与40重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)分散于水中，搅拌均匀分散1小时，制得混合液；
随后，将混合液与60重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体ACURE T213；上海源禾化工有限公司)、0.5重量份氨甲基丙醇作为pH 调节剂(商品名：AMP-95；美国陶氏DOW公司)、1.0重量份消泡剂(商品名： Foamstar A 10；巴斯夫公司)、2.5重量份丙二醇甲醚作为助溶剂(美国陶氏 DOW公司)一同分散于水中，搅拌均匀分散2.5小时，制得待固化混合液。
最后，向上述待固化混合液中加入8重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)、2重量份扩链剂(商品名：Vestamin A95；德国赢创工业集团)混合均匀，制得固含量为50wt％的水性涂料组合物。其余按照与实施例1 同样的方法得到显影辊。
实施例16
除了以70重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体 ACURET213；上海源禾化工有限公司)、30重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)、9重量份固化剂(商品名： Bayhydur XP 2655；拜耳公司)作为水性成膜材料，制得的水性涂料组合物中的固含量为20％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例17
除了以65重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体 ACURET213；上海源禾化工有限公司)、35重量份的水性丙烯酸树脂(商品名：
Figure BDA0001783857550000211
XK-12；荷兰皇家帝斯曼集团)、8重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)作为水性成膜材料，制得的水性涂料组合物中的固含量为15wt％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例18
除了以65重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体 ACURET213；上海源禾化工有限公司)、35重量份的水性环氧树脂(商品名： F0707；深圳吉田化工)、8重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)作为水性成膜材料，制得的水性涂料组合物中的固含量为20wt％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例19
除了将0.5重量份的导电炭黑(商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司)作为第一导电填料，制得的水性涂料组合物中的固含量为6wt％以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
实施例20
除了将20重量份的导电炭黑(商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司)作为第一导电填料，制得的水性涂料组合物中的固含量为40wt％以外，其余按照与实施例3同样的方法得到显影辊。
实施例21
除了将50重量份的导电炭黑(商品名：Ketjenblack EC-300J；阿克苏诺贝尔公司)作为第一导电填料，制得的水性涂料组合物中的固含量为55wt％以外，其余按照与实施例3同样的方法得到显影辊。
比较例1
除了第二导电填料选择8重量份的径向尺寸为20μm的银纳米线(商品名： JCSW-995-50；南京吉仓纳米科技有限公司)以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
比较例2
除了以10重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体ACURE T213；上海源禾化工有限公司)作为第一水性树脂、90重量份的水性聚四氟乙烯(商品名：PTFE乳液D210C；日本大金工业株式会社)作为第二水性树脂、以及使用5重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
比较例3
除了不添加第二水性树脂材料以外，以100重量份的水性聚醚多元醇(商品名：水性聚醚聚氨酯分散体ACURE T213；上海源禾化工有限公司)作为第一水性树脂，以及使用17重量份固化剂(商品名：Bayhydur XP 2655；拜耳公司)以外，其余按照与实施例1同样的方法得到显影辊。
表1实施例及比例较中水性涂料组合物的主要组分
Figure BDA0001783857550000231
表1(续)
Figure BDA0001783857550000241
对上述实施例和比较例中所得到的显影辊进行性能评价测试。为了便于对比，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 LaserjetCP1518ni”)，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。
1、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。
2、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。
3、贮存稳定性评价
按照上述各实施例和比较例分别制备5条显影辊I和5条显影辊II。显影辊I为根据上述各实施例和比较例直接获得的显影辊，其中施设表面层时采用水性涂料的上层涂液进行喷涂。显影辊II为将上述各实施例和比较例中的水性涂料组合物放置72小时后制得的显影辊，施设表面层时采用与显影辊I同样厚度的水性涂料上层涂液进行喷涂。
针对各实施例和比较例中的5根显影辊I和5根显影辊II分别进行打印测试并比较显影辊I和显影辊II打印出的图像的色密度，在常温常湿环境(N/N) 下分别用装有上述10根显影辊的处理盒进行打印形成色密度评价图像，采用色密度仪分别测量出各全黑图像的色密度，获得显影辊I和显影辊II各5个数据并进行比较，抽取显影辊I和显影辊II对应的色密度值相差最大的一组数据。根据该组数据中的差值判断标准如下：
A+：差值小于等于0.04，贮存稳定性优异；
A：差值大于0.04，小于0.1，贮存稳定性良好；
B：差值大于0.1，贮存稳定性不良。
4、耐磨性评价
使用上述各实施例和比较例中制造的显影辊，安装在未添加调色剂的处理盒中进行打印测试，在常温常湿环境(N/N)下打印20页后，再将处理盒中灌入调色剂继续打印，观察打印页面是否有条纹的打印缺陷出现。
〇：未出现条纹的打印缺陷，耐磨性优良；
×：出现条纹的打印缺陷，耐磨性差。
5、自清洁性评价
评价上述各实施例和比较例的显影辊上的显影剂成膜情况，在常温常湿环境(N/N)下进行2000张、5000张、10000张出图后，以下述的基准判断显影辊上是否有显影剂成膜。
A：完全无显影剂成膜。
B：在显影辊上出现显影剂成膜，但不影响实际打印要求。
C：在显影辊上出现显影剂成膜，该显影剂膜已经导致打印图像缺陷。
以上各实施例和比较例的评价测试结果示于表2。
表2实施例及比较例的水性涂料组合物的评价测试结果
Figure BDA0001783857550000271
Figure BDA0001783857550000281
通过各评价测试可知，对由实施例1与比较例1的配方制备的导电弹性体辊，比较其打印测试的图像均匀性，选择长度尺寸较大的第二导电填料用于形成表面层后，会对图像的均匀性造成影响，推测是由于第二导电填料过长而不易进入第三导电填料的微孔，以及第二导电填料自身发生缠结，不利于形成理想的导电微粒区域，从而造成打印图像不均匀。
对由实施例1与比较例2的配方制备的导电弹性体辊比较可知，当水性氟树脂添加量过大时，可能使得附着力降低，从而造成耐磨性及耐刮擦性变差的不良影响。
对由实施例1与比较例3的配方制备的导电弹性体辊比较可知，不添加第二水性树脂，表面层的附着力、耐磨性、自清洁性均较差，推测也不利于各导电填料的分散，因而对打印图像的均匀性也会产生一定的不利影响。
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 (12)

1.一种水性涂料组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：水性成膜材料100份、固化剂1～10份、导电填料0.5～150份、助剂0.05份以上以及使所述水性涂料组合物的固含量为5～60wt%的水，其中：
所述水性成膜材料为第一水性树脂与第二水性树脂按重量比大于1：1的混合；所述第一水性树脂选自水性聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇和/或水性聚氨酯树脂的改性产物；所述第二水性树脂选自以下至少一种类型的水性树脂：水性氟树脂、水性丙烯酸树脂、水性环氧树脂；以所述水性成膜材料为100份计，所述导电填料包括如下重量份的组分：
第一导电填料0.5～50份、第二导电填料6～50份和第三导电填料5～20份，其中：
所述第一导电填料中至少部分为空心碳球；
所述第二导电填料的一次粒径的长径比大于等于3，其中径向尺寸为0.001～5μm、长度为0.005～10μm；
所述第三导电填料的平均粒径为1～30μm、孔隙度为10～50%、孔径为0.01～10μm；
所述第二导电填料选自针状导电性二氧化钛、碳纳米管、碳晶须、石墨晶须、碳化钛晶须、氮化硅晶须、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、碳化硅晶须、银纳米线、铜纳米线中的一种或者多种的组合；
所述第三导电填料选自多孔碳微球、环氧树脂多孔微球、聚苯乙烯多孔微球、多孔二氧化硅、氧化铝多孔微球。
2.根据权利要求1所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂的改性产物为环氧树脂改性的水性聚氨酯、有机硅改性的水性聚氨酯、丙烯酸改性的水性聚氨酯或有机硅丙烯酸酯双改性水性聚氨酯。
3.根据权利要求1或2所述的水性涂料组合物，其特征在于，以所述水性成膜材料为100份计，所述第一水性树脂为55～95份。
4.根据权利要求1或2所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。
5.根据权利要求1或2所述的水性涂料组合物，其特征在于，所述第三导电填料为自身导电的微粒，或者由自身导电的微粒与不导电微粒以大于0.5：1的重量比组合而成。
6.根据权利要求1或2所述的水性涂料组合物，其特征在于，以100重量份的水性成膜材料为基准，所述助剂包括以下至少一种：
扩链剂0.1～2重量份、消泡剂0.1～5重量份、pH调节剂0.05～5份和助溶剂0.1～5重量份。
7.一种权利要求1-6任一项所述水性涂料组合物的制备方法，其特征在于，包括：
首先将水性成膜材料、导电填料和助剂分散到水中，制得待固化混合液；然后将上述待固化混合液与所述固化剂混合，得到所述水性涂料组合物；或者，
将所述导电填料与第二水性树脂分散到部分水中，得到混合液；然后将该混合液、第一水性树脂和助剂分散到剩余部分的水中，制得待固化混合液；最后将上述待固化混合液与固化剂混合，得到所述水性涂料组合物。
8.一种导电弹性体辊，其至少具有从内至外依次设置的导电轴芯、弹性层和表面层，其特征在于，所述表面层是由权利要求1-6任一项所述水性涂料组合物形成。
9.一种权利要求8所述导电弹性体辊的制造方法，其特征在于，包括：
将权利要求1-6任一项所述水性涂料组合物涂覆于所述弹性层的外围后，再经干燥和固化处理，形成所述表面层。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述干燥和固化处理过程为：在40～120℃的温度下处理10～120分钟后，在140～180℃下处理60～90分钟。
11.一种处理盒，至少包括粉仓、显影辊、感光构件和充电辊，其特征在于，所述显影辊和/或充电辊为权利要求8所述的导电弹性体辊。
12.一种图像形成装置，其特征在于，该图像形成装置可拆卸地安装有权利要求11所述的处理盒。
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