CN112286016B - 一种单层正电性有机感光鼓及其制备方法 - Google Patents

一种单层正电性有机感光鼓及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单层正电性有机感光鼓及其制备方法，其中，单层正电性有机感光鼓包括有机感光鼓基体和设置在所述有机感光鼓基体表面的单层正电性有机感光的功能层。本发明通过采用均苯四甲酸二胺的衍生物作为电子传输材料，且均苯四甲酸二胺的衍生物与金属酞菁、N，N'‑二苯基‑N，N'‑二‑(3‑甲基苯基)‑1，1'‑联苯‑4，4'‑二胺(m‑TPD)复合后，使得三者之间兼容性好，能够有效均匀分散在单层膜中，从而赋予单层薄膜优异的膜层质量；同时，均苯四甲酸二胺的衍生物与m‑TPD具有相近的电荷传输性能，有利于电荷传输，其与金属酞菁、m‑TPD协同作用，显著提高了单层正电性有机感光鼓的光电性能。

Description

一种单层正电性有机感光鼓及其制备方法
技术领域
本发明属于感光鼓技术领域，具体涉及一种单层正电性有机感光鼓及其制备方法。
背景技术
有机感光鼓是激光打印机、静电复印件的核心部件，一般由有机光电材料涂覆在导电铝管表面制成。有机感光鼓无光时是绝缘体，采用充电辊对其充电，使其表面达到一定电位(一般为600-800V，正电或负电)；当适当波长的光(如780nm激光)照射到其表面时，感光材料产生电子空穴对，空穴或电子传输到有机感光鼓表面，中和掉表面的负电或正电，未光照部分电荷保持不变，从而在有机感光鼓表面形成静电潜像；然后经过显影、转印、定影等步骤，完成一次完整打印周期。
有机感光鼓通常采用功能分离的多层结构，包括电荷产生层、电荷传输层及其它保护层。原则上，采用充负电或充正电都能够实现静电成像。然而，目前市场上负电性OPC占90％以上，这是因为目前空穴传输材料的研究更加成熟，性能稳定。然而负电性OPC由于表面的高负电位会使空气中的氧电离成臭氧，破坏器件表面的空穴传输分子结构、恶化使用环境；多层结构有机感光鼓各层需要依次涂布，工艺过程复杂，成本较高。因此，单层结构正电性OPC成为近年来的研究热点。单层正电性OPC需要将电荷产生材料、电荷传输材料、成膜剂等共混之后成膜，由于材料兼容性差，导致共混后分散体系不稳定、成膜性差，从而影响OPC整体光电性能。同时，由于现有电子传输材料迁移率偏低，电子与空穴传输材料迁移率的极度不平衡，也使得单层结构正电性OPC感光度偏低、残余电位偏高。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种单层正电性有机感光鼓，解决了现有技术中有机感光鼓光电性能不佳的问题。
本发明的目的还在于提供一种单层正电性有机感光鼓及其制备方法；解决了现有技术中多层有机感光鼓制备工艺复杂、成本高、的问题。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种单层正电性有机感光鼓，包括有机感光鼓基体和设置在所述有机感光鼓基体表面的单层正电性有机感光的功能层；
所述功能层包括金属酞菁、N，N’-二苯基-N，N’-二-(3-甲基苯基)-1，1’-联苯-4，4’-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物及成膜剂；所述金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物及成膜剂的质量比为1：(2～15)：(1～10)：(10～30)。
优选地，所述功能层的厚度为5～25μm。
本发明的另一个技术方案是这样实现的：一种单层正电性有机感光鼓的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、配制成膜剂溶液；
S2、将金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物按照比例加入S1中所述的成膜剂溶液中进行混合处理，获得涂布溶液；
S3、将所述S2中获得的涂布溶液涂覆在有机感光鼓基体的表面形成膜层，并经干燥处理，获得单层正电性有机感光鼓。
优选地，所述S1中，所述成膜剂溶液的具体配制方法为：将聚碳酸酯PCZ-300溶于四氢呋喃中，所述成膜剂溶液质量浓度为5％～15％。
优选地，所述S2中，所述金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物、成膜剂的质量比为1：(2～15)：(1～10)：(10～30)；所述金属酞菁为Y型-酞菁氧钛。
优选地，所述S3中，所述干燥温度为50～100℃，所述干燥时间为1～3h；所述膜层的厚度为5～25μm。
优选地，所述S2中，所述均苯四甲酸二胺的衍生物的结构式为：
式中，R1选自氢、氘、甲基、乙基、丙基、异丙基中的至少一种；R2选自氢、氘、甲基、乙基、丙基、异丙基中的至少一种；R3选自氢、卤素、氰基中的至少一种。
优选地，所述R1和R2同为氢、氘、甲基中的一种。
优选地，所述均苯四甲酸二胺的衍生物是通过以下步骤制得的：
S1'、将结构式为的均苯四甲酸二胺化合物、乙酸锌与乙酸溶于第一有机溶剂中，得混合液；
S2'、向所述混合液中加入结构式为的4-三氟甲氧基卞胺化合物，并在20～100℃下进行一次搅拌，再在150～250℃下进行二次搅拌，然后冷却并倒入水中析出固体产物；
S3'、利用第二有机溶剂对所述固体产物进行重结晶提纯处理，获得均苯四甲酸二胺的衍生物。
优选地，所述均苯四甲酸二胺的衍生物的制备反应在惰性气氛下进行，所述第一有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基已酰胺，所述第二有机溶剂为甲苯或氯仿。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明单层正电性有机感光鼓功能层通过采用以均苯四甲酸二胺的衍生物作为电子传输材料，且均苯四甲酸二胺的衍生物与金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)复合后，使得三者之间兼容性好，能够有效均匀分散在单层膜中，从而赋予单层薄膜优异的膜层质量；同时，均苯四甲酸二胺的衍生物与m-TPD具有相近的电荷传输性能，有利于电荷传输，其与金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)协同作用，显著提高了单层正电性有机感光鼓的光电性能。
2)本发明单层正电性有机感光鼓的制备方法通过将金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物按一定质量比加入至成膜剂溶液中能够形成稳定的分散液，从而提高了单层薄膜的质量；此外，利用均苯四甲酸二胺的衍生物共轭芳环间形成有效的π-π堆积效应，使其在电子传输上具有较高的电子迁移率，能够与N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺空穴传输材料匹配，从而提高了单层正电性有机感光鼓光电性能；另外，本发明通过以均苯四甲酸二胺的衍生物为电子传输材料，弥补了目前电子感光鼓制备领域对电子传输材料研究的不足，为采用新型电子传输材料制备电子感光鼓提供新的思路；同时，本发明采用一步浸涂法来制备单层正电性有机感光鼓，克服了传统多层有机感光鼓制备工艺复杂、成本高的问题。
附图说明
图1是本发明实施例2中的所制得的均苯四甲酸二胺衍生物的核磁共振谱氢谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中所述的金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺均可通过购买或制备得到。
本实施例提供的一种单层正电性有机感光鼓，包括有机感光鼓基体和设置在所述有机感光鼓基体表面的单层正电性有机感光的功能层；
其中，功能层的厚度为5～25μm；功能层包括金属酞菁、N，N’-二苯基-N，N’-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物及成膜剂，且金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物及成膜剂的质量比为1：(2～15)：(1～10)：(10～30)。
本发明单层正电性有机感光鼓功能层通过采用以均苯四甲酸二胺的衍生物作为电子传输材料，且均苯四甲酸二胺的衍生物与金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)复合后，使得三者之间兼容性好，能够有效均匀分散在单层膜中，从而赋予单层薄膜优异的膜层质量；同时，均苯四甲酸二胺的衍生物与m-TPD具有相近的电荷传输性能，有利于电荷传输，其与金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)协同作用，显著提高了单层正电性有机感光鼓的光电性能。
本实施例还提供了上述单层正电性有机感光鼓的制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、将聚碳酸酯PCZ-300溶于四氢呋喃中，配制成质量浓度为5％～15％的膜剂溶液；
S2、将Y型-酞菁氧钛、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物按照质量比为1：(2～15)：(1～10)：(10～30)的比例加入上述成膜剂溶液中进行混合处理，获得涂布溶液；
其中，均苯四甲酸二胺的衍生物的结构式为：
式中，R1选自氢、氘、甲基、乙基、丙基、异丙基中的至少一种；R2选自氢、氘、甲基、乙基、丙基、异丙基中的至少一种；R3选自氢、卤素、氰基中的至少一种；此外，R1和R2还可同为氢、氘、甲基中的一种。
均苯四甲酸二胺的衍生物是通过以下步骤制得的：
S1'、在惰性气氛下，将结构式为的均苯四甲酸二胺化合物、乙酸锌与乙酸溶于N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基已酰胺中，得混合液；
S2'、向混合液中加入结构式为的4-三氟甲氧基卞胺化合物，并在20～100℃下进行一次搅拌，再在150～250℃下进行二次搅拌，然后冷却并倒入水中析出固体产物；
S3'、利用甲苯或氯仿对固体产物进行重结晶提纯处理，获得均苯四甲酸二胺的衍生物。
S3、将所述涂布溶液涂覆在有机感光鼓基体的表面形成厚度为5～25μm的膜层，并在50～100℃下干燥1～3h，获得单层正电性有机感光鼓。
以下为具体实施例：
实施例1
本实施例提供一种N，N'-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺(属于均苯四甲酸二胺的衍生物中的一种)通过以下步骤制得：
在惰性气氛下，将均苯四甲酸二胺、乙酸锌与乙酸按摩尔比加入装有150ml DMF的反应釜中；室温搅拌0.5h，加入4-三氟甲氧基卞胺，70℃搅拌3h，再升温至180℃并搅拌12h；冷却至室温后加入500ml水中，有固体析出，过滤干燥，用甲苯重结晶得到白色晶体，再通过纯化炉升华得到高纯度N，N'-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺晶体，经过计算，其产率为77.8％；该制备方法的反应式如下：
此外，需要注意的是，该反应式中的生成物，即为N，N'-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺的结构式。
为了验证制备得到的N，N’-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺的结构的准确性，现对其进行核磁共振检测，检测后得到的数据为：1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ8.25(s，2H，Ph-H)，7.50(d，J＝8.7Hz，4H，Ph-H)，7.34(d，J＝7.9Hz，4H，Ph-H)，4.86(s，4H，CH2).13CNMR(300MHz，CDCl3-d6)：δ165.67，149.10，137.25，134.12，130.46，121.32，118.64，41.52，29.71.
检测得到的核磁共振谱图如图1所示。
通过对核磁共振数据进行分析，可以看出制备得到的晶体确实为N，N'-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺。
实施例2
本实施例提供了一种单层正电性有机感光鼓通过以下步骤制得：
S1、将一定量的聚碳酸酯PCZ-300溶于四氢呋喃中形成质量浓度为10％的成膜剂溶液；
S2、取500g 10％PCZ-300溶液，加入5g Y-型酞菁氧钛，用球磨机分散均匀，后加入30g N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)，10g均苯四甲酸二胺的衍生物，充分搅拌溶解，形成涂布溶液；
S3、采用浸涂方式，将涂布液涂在的铝基表面，50℃烘干3h后，得到感光层厚度为15μm的单层有机感光鼓。
实施例3
本实施例提供了一种单层正电性有机感光鼓通过以下步骤制得：
S1、将一定量的聚碳酸酯PCZ-300溶于四氢呋喃中形成质量浓度为5％的成膜剂溶液；
S2、取1000g 5％PCZ-300溶液，加入5g Y-型酞菁氧钛，用球磨机分散均匀，后加入50g N，N'-二苯基-N，N’-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)，25g均苯四甲酸二胺的衍生物，充分搅拌溶解，形成涂布溶液；
S3、采用浸涂方式，将涂布液涂在的铝基表面，80℃烘干2h后，得到感光层厚度为20μm的单层有机感光鼓。
实施例4
本实施例提供了一种单层正电性有机感光鼓通过以下步骤制得：
S1、将一定量的聚碳酸酯PCZ-300溶于四氢呋喃中形成质量浓度为15％的成膜剂溶液；
S2、取1500g 5％PCZ-300溶液，加入5g Y-型酞菁氧钛，用球磨机分散均匀，后加入75g N，N’-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)，50g均苯四甲酸二胺的衍生物，充分搅拌溶解，形成涂布溶液；
S3、采用浸涂方式，将涂布液涂在的铝基表面，80℃烘干2h后，得到感光层厚度为10μm的单层有机感光鼓。
实施例5
本实施例提供了一种单层正电性有机感光鼓通过以下步骤制得：
S1、将一定量的聚碳酸酯PCZ-300溶于四氢呋喃中形成质量浓度为10％的成膜剂溶液；
S2、取1000g 5％PCZ-300溶液，加入5g Y-型酞菁氧钛，用球磨机分散均匀，后加入10g N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺(m-TPD)，30g均苯四甲酸二胺的衍生物，充分搅拌溶解，形成涂布溶液；
S3、采用浸涂方式，将涂布液涂在的铝基表面，100℃烘干2h后，得到感光层厚度为25μm的单层有机感光鼓。
对比例1
本对比例提供了一种单层有机感光鼓的制备方法与实施例2不同之处在于步骤2中不添加均苯四甲酸二胺的衍生物，其他步骤与实施例2相同。
对上述实施例2～实施例5及对比例1制备的有机感光鼓进行光电性能测试，结果如表1所示。
表1单层有机感光鼓光电性能参数表
从表1中可以看出，相比于对比例1，添加了均苯四甲酸二胺的衍生物作为电子传输材料制备的单层正电有机感光鼓，其各项光电性能参数得到了有效提高，感光度提升、残余电位明显下降。
综上所述，本发明制备方法通过将金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物加入至成膜剂溶液中能够形成稳定的分散液，从而提高了单层薄膜的质量；此外，利用均苯四甲酸二胺的衍生物共轭芳环间形成有效的π-π堆积效应，使其在电子传输上具有较高的电子迁移率，能够与N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺空穴传输材料匹配，从而提高了单层正电性有机感光鼓光电性能；另外，本发明通过以均苯四甲酸二胺的衍生物为电子传输材料，弥补了目前电子感光鼓制备领域对电子传输材料研究的不足，为采用新型电子传输材料制备电子感光鼓提供新的思路；同时本发明采用一步浸涂法来制备单层正电性有机感光鼓，克服了传统多层有机感光鼓制备工艺复杂、成本高的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种单层正电性有机感光鼓，其特征在于，包括有机感光鼓基体和设置在所述有机感光鼓基体表面的单层正电性有机感光的功能层；
所述功能层包括金属酞菁、N，N’-二苯基-N，N’-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物及成膜剂；所述金属酞菁、N，N'-二苯基-N，N'-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺、均苯四甲酸二胺的衍生物及成膜剂的质量比为1：10：10：25；
所述均苯四甲酸二胺的衍生物为N，N'-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺，其制备步骤为：
在惰性气氛下，将均苯四甲酸二胺、乙酸锌与乙酸按摩尔比加入装有150mlDMF的反应釜中；室温搅拌0.5h，加入4-三氟甲氧基苄胺，70℃搅拌3h，再升温至180℃并搅拌12h；冷却至室温后加入500ml水中，有固体析出，过滤干燥，用甲苯重结晶得到白色晶体，再通过纯化炉升华得到高纯度N，N'-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺晶体，经过计算，其产率为77.8％；该制备方法的反应式如下：
。
2.根据权利要求1所述的一种单层正电性有机感光鼓，其特征在于，该单层正电性有机感光鼓的制备方法包括以下步骤：
S1、将一定量的聚碳酸酯PCZ-300溶于四氢呋喃中形成质量浓度为5％的成膜剂溶液；
S2、取1000g5％PCZ-300溶液，加入5gY-型酞菁氧钛，用球磨机分散均匀，后加入50gN，N'-二苯基-N，N’-二-(3-甲基苯基)-1，1'-联苯-4，4'-二胺，25gN，N'-[4-(三氟甲氧基)苯基]-均苯四甲酸二胺，充分搅拌溶解，形成涂布溶液；
S3、采用浸涂方式，将涂布液涂在的铝基表面，80℃烘干2h后，得到感光层厚度为20μm的单层有机感光鼓。
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