CN1130290C - 高表面电阻的聚氨酯辊 - Google Patents

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Abstract

充电辊由聚氨酯、聚丁二烯、聚醚二醇、氯化铁、锑掺杂的氧化锡和可有可无的炭黑制成。通过烘烤辊使聚丁二烯氧化使辊有很高电阻的外表面。用低的生产费用制得充电辊，甚至通过用交流电势叠加的直流电势充电有很好的功能。

Description

高表面电阻的聚氨酯辊
技术范围
本发明涉及用于电摄影的辊，更具体地说，涉及特别适合用作充电辊的有高电阻表面的电导辊。
发明背景
用于电摄影复印的功能辊常常需要在受控电导性的芯上有高电阻的外表面层。本发明的现有技术US 5707743公开了这样一种辊和制造方法，其中将聚丁二烯加到芯材料中，然后烘烤，使聚丁二烯在芯的表面处氧化，从而在芯上产生高电阻的表面。
上述专利5707743的实施方案是显影辊应用。显影辊接触光电导表面，并将调色剂输送到光电导表面。本发明是这样的显影辊实施方案的改进，用以降低芯的电阻以及最后辊的硬度。这样的辊与显影辊是一致的，但这一规格的特定实施方案是充电辊，充电辊与光电导元件接触，并加以高电压，从而它将电势转移到光电导元件。施加给充电辊的这一电压通常为叠加到直流电压上的交流电压，为使操作优化，认为峰值交流电压应至少为直流电压的2倍。这是可通过电晕放电设备和其他已知的技术达到的功能，但因与充电辊接触，接触充电具有产生最小间接放电的特殊优点，间接放电可使环境恶化。
根据本发明，加入填充料使芯的电阻降低，加入聚醚二醇使芯的硬度和芯的电阻降低。
发明公开
本发明提供了一种无接缝电摄影元件，它含有聚己内酯甲苯聚氨酯、第一种颗粒状导电填充料、聚二烯烃和催化所述的聚二烯烃氧化的第二种颗粒状填充料的本体，所述的元件有氧化的聚二烯烃的外表面。
本发明还提供了一种无接缝电摄影元件，它含有聚己内酯甲苯二异氰酸酯和聚醚多醇的聚合产物、第一种颗粒状导电的填充料、聚二烯烃和催化所述的聚二烯烃氧化的第二种颗粒状填充料的本体；所述的元件有氧化的聚二烯烃的外表面。
本发明的辊为一铸塑或模塑的电导聚合物辊，有高电阻的表面层。这一辊与涂覆辊的电性质极为相似。辊由聚二烯烃例如聚异戊二烯或更具体为聚丁二烯与聚氨酯预聚物、三官能的聚醚多醇、颗粒填充料例如氯化铁(它为电导添加剂和催化剂)、第二种电导添加剂和聚醚二醇组成。辊的体电阻相对于典型的聚氨酯数值是低的。将经固化的辊的表面氧化，生成有高电阻的材料的表面层。这一经氧化的辊的表面有很高电阻。与加一层或多层单独的外层相比，生产费用是低的。当与交流电势叠加的直流电势作为它们的电压源施加到它们上时，本发明的充电辊能在低温和低湿度环境中很好地充电，它对应于电阻层涂覆的充电辊的作用。通常只有当单独施加直流电压时，单电阻性的充电辊才能在低温和低湿度环境中很好地进行。
优选实施方案的描述
使用在本说明书中描述的各种材料的组合，通过在空气中在高温下烘烤来生产有高电阻表面层的铸塑聚氨酯辊。在氯化铁存在下，聚丁二烯的氧化在表面上生成高电阻层，而除了氯化铁外，线性双官能多元醇以及电导填充料的加入使辊主体具有所需的硬度和电导性。
聚己内酯聚氨酯预聚物例如Vibrathane 6060(Uniroyal Chemical的商标产品)是所用的聚氨酯，由于它随温度和湿度变化有稳定电阻。Vibrathane 6060为聚己内酯甲苯二异氰酸酯预聚物。氯化铁、锑掺杂的氧化锡和/或碳黑使辊芯的电阻降到小于IE7(1×107)欧姆-厘米。聚己内酯聚氨酯、聚醚三醇、聚醚二醇、氯化铁、掺杂的氧化锡和/或炭黑的组合生成从辊表面到中心有单一低电阻的辊。为了生产有高电阻表面层的辊，聚二烯烃例如聚丁二烯必需包含在配方中。
聚丁二烯可以预聚物或二醇形式加入。通过使用聚丁二烯二醇与聚醚三醇固化剂例如Simusol TOIE(SEEPIC，Inc.的一种产品，SimusolTOIE为不同商标的产品，但据认为与用于上述专利5707743实施方案中的Varanol 234-630(Dow Chemical Co.，Inc.的商品产品)在化学上基本上相同)的组合可固化聚己内酯聚氨酯。聚丁二烯二醇对于聚氨酯起聚合物扩链剂的作用，象Poly-G 55-37(Olin Corp.的商标产品，一种高分子量聚醚二醇，数均分子量3000)一样。随着在混合物中的相对数量增加，Poly-G 55-37使生成的材料软化。
为了在各种环境条件下长时期保持辊的物理性质的和电性质，使用水解稳定剂是需要的。加入TIPA(Dow Chemical Co.的商标)(在化学上为三异丙醇胺)起到使所述的聚氨酯为基础的显影辊水解稳定的作用。此外，还将2-二叔丁基对甲酚(Naugard BHT：Uniroyal Chemical的商标产品)或其他抗氧化剂加到材料中，以便控制氧化老化。典型的用量是变化的。但是，为了这一目的，3000ppm(百万分之一份)是有效的。
然后将聚氨酯配方铸塑在围绕中心金属轴的模具中，然后以在模具中和模具外的组合方式在约93℃下固化至多1小时，来生产橡胶辊。然后研磨辊到正确尺寸。这一辊表面上没有电阻层。通过在空气中在高温下将研磨过的辊烘烤一段时间来生成电阻层。这一烘烤步骤使聚丁二烯氧化。聚丁二烯是高度不饱和的(60％反式-1，4-、20％顺式-1，4和20％1，2-乙烯基结构)，使它十分易于氧化。为了催化氧化过程，氯化铁的存在是必要的。可催化这一氧化过程的另外的离子盐是氯化亚铁、氯化钙和六氟乙酰基丙酮钴。
在氯化铁存在下聚丁二烯的氧化生成高电阻表面层。这一表面层的厚度和电阻可通过改变氯化铁的浓度、聚丁二烯的浓度、烘烤温度、氧浓度和烘烤时间来控制。对于用作充电辊的辊来说，对于具体施加的电压，优选改变这些数据来优化辊的特性。
实施例1
按如下描述加工以下配万。
1)在75℃下预热：Vibrathane 6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和TIPA
2)在93℃(200°F)下预热辊模具；为了脱模可能需要用脱模剂
3)用低温加热和搅拌将FeCl3和Simunol TOIE的溶液混合
4)使V6060充分脱气；使多元醇/FeCl3混合物和poly bd R45HT脱气
5)将轴放在模具中和在93℃下预热约10分钟
6)仔细混合如下：
将V6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和SnO2合并然后混合；加入多元醇/FeCl3混合物，加入TIPA然后混合并装入模具中
注：用气动混合器小心混合，避免在混合过程中充气，使气泡的产生减到最小
7)在93℃下固化
8)在15-20分钟后检查固化，当触摸膜感到硬度适合时脱模(记录时间)
9)在93℃下后固化1.5小时，使辊的外表面氧化
组分 份数 重量(克) ％(重量)
Vibrathane 6060* 100.00 64.19 64.19
Simunol TOIE** 3.51 2.25 2.25
Poly bd R-45HT树脂*** 20.47 13.14 13.14
Poly-G 55-37**** 30.51 19.58 19.58
SnO2 0.78 0.50 0.50
FeCl3，无水 0.40 0.26 0.257
TIPA 0.12 0.08 0.08
合计 155.79 100.00 100.00
*％NCO V6060＝                  3.42
**OH数＝                        618.00
-当量重量(克/当量)＝            90.78
***OH数＝                       0.83
一当量重量(克/当量)＝           1204.82
TIPA当量重量(克/当量)＝         63.70
****OH数＝                       37.00
-当量重量(克/当量)＝            1516.22
化学计量                        0.95(异氰酸酯官能基定为
                                1；因此这一化学计量表示
                                100个异氰酸酯/95个羟基)
批量(克)                        100.00
TOIE的表观当量分数              0.50
Poly bd R-45HT的表观当量分数    0.22
TIPA的表观当量分数              0.02
Poly-G 55-37的表观当量分数      0.26
当量分数为一种组分与提供的总官能基团的比。因为最后四个材料提供了全部羟基，它们的当量分数合计为1。正如熟悉聚氨酯配方技术的技术人员已知的，对于基于各原料组的重量百分数变化和适当调节是可预期的。
只使用锑掺杂的氧化锡和氯化铁的配方得到体电阻不低于约2E7欧姆-厘米的芯(在-100伏直流电压下测量)。
以下的实施例得到更低的芯体电阻，它可能是在某些应用中需要的。
实施例2
以下配方按如下加工。
1)在75℃下预热：Vibrathane 6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和TIPA
2)在93℃(200°F)下预热辊模具；为了脱模可能需要用脱模剂
3)用低温加热和搅拌下将FeCl3和Simunol TOIE的溶液混合
4)使V6060充分脱气；使多元醇/FeCl3混合物和poly bd R45HT脱气
5)将轴放在模具中，并在93℃下预热约10分钟
6)仔细混合如下：
合并V6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和炭黑/SnO2，然后混合；加入多元醇/FeCl3混合物、TIPA，然后混合并装入模具中
注意：用气动混合器仔细进行混合，避免在混合过程中充气，使气泡的产生减到最小
7)在93℃下固化
8)在15-20分钟后检查固化情况，当触摸膜感到硬度适合时脱模(记录时间)
9)在93℃下后固化1.5小时，使辊的外表面氧化
组分 份数  重量(克)  ％(重量)
Vibrathane 6060* 100.00 62.94 62.94
Simunol TOIE** 3.51 2.21 2.21
Polybd R-45HT树脂*** 13.97 8.80 8.80
Poly-G 55-37**** 38.69 24.35 24.35
炭黑 1.59 1.00 1.00
SnO2 0.79 0.50 0.50
FeCl3，无水 0.20 0.13 0.13
TIPA 0.12 0.08 0.08
合计 158.87 100.00 100.00
*％NCO V6060＝                  3.42
**OH数＝                        618.00
-当量重量(克/当量)＝            90.78
***OH数＝                       0.83
-当量重量(克/当量)＝            1204.82
TIPA当量重量(克/当量)＝         63.70
****OH数＝                       37.00
-当量重量(克/当量)＝            1516.22
化学计量                        0.95
批量(克)                        100.00
TOIE的表观当量分数              0.50
Poly bd R-45HT的表观当量分数    0.15
TIPA的表观当量分数              0.02
Poly-G 55-37的表观当量分数      0.33
这一配方得到体电阻为8E6至8E7欧姆-厘米的芯(在-100伏直流电压下测量)。
为了确保化学反应充分完成，化学计量为95个羟基官能基/100个异氰酸酯官能基。
辊可用各种电技术表征。通常先用异丙醇清洗辊，然后在辊下方用导电的炭或银涂料喷涂10毫米长条。然后将辊放在特别制作的试验夹具中，沿辊的整个长度均匀施加2.0-2.4千克力。为了确保得到适合的氧化层厚度，在氧化固化前后在100伏下测量辊的交流电阻。
充电辊芯的体电阻的典型希望数值为2E6至8E7欧姆-厘米，其氧化涂层的电阻为2E7至1E12欧姆-厘米，它与辊的特定应用有关。(所有这样的测量都在-100伏直流电压下进行)。对于特定的应用，可通过增加模具外固化时间来提高氧化涂层的电阻，使氧化涂层的厚度和成品充电辊的总电阻增加。
各种变化是显而易见的和可以预期的。

Claims (32)

1.一种无接缝电摄影元件，它含有聚己内酯甲苯聚氨酯、第一种颗粒状导电填充料、聚二烯烃和催化所述的聚二烯烃氧化的第二种颗粒状填充料的本体，所述的元件有氧化的聚二烯烃的外表面。
2.根据权利要求1的电摄影元件，其中所述的第一种导电的填充料为锑掺杂的氧化锡。
3.根据权利要求1的电摄影元件，其中所述的第二种导电的填充料为氯化铁。
4.根据权利要求1的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
5.根据权利要求2的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
6.根据权利要求3的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
7.根据权利要求2的电摄影元件，其中所述的第二种导电的填充料为氯化铁。
8.根据权利要求7的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
9.一种无接缝电摄影元件，它含有聚己内酯甲苯二异氰酸酯和聚醚多醇的聚合产物、第一种颗粒状导电的填充料、聚二烯烃和催化所述的聚二烯烃氧化的第二种颗粒状填充料的本体；所述的元件有氧化的聚二烯烃的外表面。
10.根据权利要求9的电摄影元件，其中所述的第一种颗粒状导电的填充料是锑掺杂的氧化锡。
11.根据权利要求10的电摄影元件，其中所述的元件还含有炭黑作为颗粒状的导电填充料。
12.根据权利要求9的电摄影元件，其中所述的第二种导电的填充料为氯化铁。
13.根据权利要求10的电摄影元件，其中所述的第二种导电的填充料为氯化铁。
14.根据权利要求11的电摄影元件，其中所述的第二种导电的填充料为氯化铁。
15.根据权利要求9的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
16.根据权利要求10的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
17.根据权利要求11的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
18.根据权利要求12的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
19.根据权利要求13的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
20.根据权利要求14的电摄影元件，其中所述的聚二烯烃为聚丁二烯。
21.根据权利要求9的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
22.根据权利要求10的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
23.根据权利要求11的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
24.根据权利要求12的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
25.根据权利要求13的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
26.根据权利要求14的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
27.根据权利要求15的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
28.根据权利要求16的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
29.根据权利要求17的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
30.根据权利要求18的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
31.根据权利要求19的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
32.根据权利要求20的电摄影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
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