CN1174040C - 橡胶组合物及使用该组合物的导电辊 - Google Patents

Abstract

本发明提供了能够制造具备低电阻值、非污染性、低硬度及低成本等全部优点的导电辊的橡胶组合物。在EO比为50摩尔%以上80摩尔%以下的表氯醇类聚合物及/或NBR中混入化学发泡剂及发泡助剂，发泡成型就可获得橡胶组合物的发泡体，对应于100重量%聚合物，将前述化学发泡剂记为a重量%、发泡助剂记为b重量%时，它们的配比量满足3＜a/b＜10，且4＜a+b＜20。

Description

橡胶组合物及使用该组合物的导电辊

技术领域

本发明涉及使用化学发泡剂及发泡助剂形成发泡体的橡胶组合物、以及使用该组合物的导电辊。

背景技术

激光打印机、复印机、传真机等电子摄影装置的导电性部分都使用了使感光鼓均匀充电的充电辊、供给色粉的色粉供给辊、使色粉附着在感光体上的显影辊及将色粉图像从感光体转印到纸上的转印辊等各种辊。这些辊都是对导电性有所要求的导电辊。

以往，这种导电辊都是将炭黑或金属氧化物等导电剂混入橡胶中，然后通过分散来控制辊的电阻。

日本专利公开公报昭58-87572号揭示了不使用导电剂、而覆盖了聚合物本身就具备导电性的表氯醇橡胶的转印辊。日本专利公开公报平1-142569号揭示了将表氯醇橡胶作为表面弹性层使用的充电辊。

此外，日本专利公开公报平11-190928号揭示了使用表氯醇橡胶和NBR的导电辊。

为了使前述导电辊的电特性充分发挥，必须在一定程度上要增加挤压(nip)宽度。因此，为了增加挤压宽度，以往都在导电辊用橡胶组合物中使用DBP(邻苯二甲酸二丁酯)或DOP(邻苯二甲酸二辛酯)等软化剂，或采用发泡剂作为发泡体来降低硬度。

但是，将导电剂混合分散在橡胶中的导电辊存在的问题是，对导电剂的分散性控制较难，由于导电剂的分散不均匀会导致局部电阻差异。

另一方面，即使是使用表氯醇橡胶的导电辊，也由于电阻调节范围有限，另外必须使用导电剂来使电阻下降，所以就出现和以上同样的局部电阻差异的问题。此外，以往使用表氯醇橡胶的导电辊，由于表氯醇橡胶的价格较高，所以还存在成本较高的问题。

使用DBP或DOP等软化剂时，存在软化剂析出在辊表面污染感光体的问题。此外，使用发泡体时，由于发泡剂的不同用量很难获得肖氏E硬度在40以下的导电辊。

揭示使用表氯醇橡胶和NBR的导电辊的日本专利公开公报平11-190928号对化学发泡剂及发泡助剂的配比量要满足的一定关系未作任何揭示和建议。

以往的导电辊很难同时满足低电阻、非污染性及低硬度的要求，所以希望开发出性能更好的导电辊。除了上述性能之外，还希望降低导电辊的制造成本。

发明的内容

本发明是鉴于以上问题完成的发明。提供了能够制造具备低电阻、非污染性、低硬度及低成本等全部优点的导电辊的橡胶组合物，以及使用该橡胶组合物的导电辊。

为了解决上述问题，本发明1提供了橡胶组合物，该组合物是在以EO比为50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物及/或NBR为主成分的聚合物中混入化学发泡剂及发泡助剂，成型为发泡体的橡胶组合物，对应于100重量％聚合物，将前述化学发泡剂记为a重量％、发泡助剂记为b重量％时，前述化学发泡剂及发泡助剂的配比量满足3＜a/b＜10，且4＜a+b＜20。

上述表氯醇类聚合物是表氯醇和氧化乙烯及烯丙基缩水甘油醚的共聚物，该聚合物本身具有导电性。通过使用该聚合物可赋予橡胶组合物以导电性，这样就不需要分散导电剂。

上述表氯醇类聚合物的EO比(氧化乙烯对应于表氯醇类聚合物的摩尔％)在50摩尔％以上80摩尔％以下，是因为如果EO比在50摩尔％以下，则表氯醇类聚合物的用量较多，成本较高，如果超过80摩尔％，则促进氧化乙烯的晶化，使其失活，破坏离子导电性，导致电阻增加。

此外，使用NBR的优点是能够调整电阻值。

上述化学发泡剂包括偶氮二酰胺、N，N’-二硝基五亚甲基四胺、4，4’-氧二(苯磺酰肼)等。

上述发泡助剂为尿素等。

对应于100重量％聚合物，将化学发泡剂记为a重量％、发泡助剂记为b重量％时，上述化学发泡剂及发泡助剂的配比量满足3＜a/b＜10，且4＜a+b＜20。

上述a和b的关系如图1所示。图1中，斜线部分是满足上述条件的范围。在该范围内，能够实现橡胶组合物的低硬度化，在成型为辊时能够获得适当的挤压宽度。

这样，本发明使用了以EO比为50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物及/或NBR为主成分的聚合物，由于无需分散导电剂，所以不会出现局部电阻差异，能够实现橡胶组合物的低电阻化和低成本化。此外，由于发泡剂和发泡助剂的用量在一定范围内，所以，不必使用会污染感光体的软化剂，获得具备适当低硬度的橡胶组合物。

使用表氯醇类聚合物的情况下，由于在硫化反应时会产生氯化氢，所以会阻碍硫化反应的进行并污染感光体，因此使用氧化镁和四氧化三铅等受酸剂除去氯化氢，但又存在氧化镁分散不良的问题，而由于四氧化三铅为重金属，所以存在使用受到限制的问题。

另外，使用水滑石作为受酸剂时，它和氯化氢中的氯离子反应生成水不溶物，由于其分散性良好，所以处于混合状态，且加工后对物性产生的影响较少。

水滑石是以结构式Mgl-xAlx(OH)²(CO₃)x/2·mH₂O(0＜x≤0.5，m为实数)表示的碱性镁·铝·过氧化氢·自然焦煤·水化物的含水层状化合物。

此外，所用硫化剂为硫，所用填充剂为1～50重量％的碳酸钙。

由于本发明的橡胶组合物具备低电阻、非污染性、低硬度及低成本等全部优点，所以能够被广泛使用。尤其是充分发挥出上述良好特性，能够作为导电性橡胶辊非常适合应用于激光打印机、静电复印机、传真机和ATM等。

本发明的导电辊可按照常规方法制得。即，按照规定配比将混合物装入敞开式轧辊、班伯里混合机和捏合机等橡胶混合装置中，在100℃的温度下搅拌1～20分钟后，用单轴挤压机预成型为管状。在160℃对该预成型品进行30分钟的硫化处理后，在其中插入芯轴并进行表面研磨后，按照规定尺寸切割形成。

上述导电辊的硬度以肖氏E硬度表示较好的是在20以上40以下，最好在25以上35以下。在此范围内，挤压宽度足够。

上述导电辊的电阻值较好的是在1×10^5.0Ω以上1×10^9.0Ω以下。

导电辊成型为圆筒状状态下，其壁厚为2mm～10mm，较好的为3mm～6mm。如果壁厚在2mm以下，则不能够获得适当的挤压，如果壁厚在10mm以上，则部件过大，影响小型轻量化。

附图说明

图1表示化学发泡剂a和发泡助剂b的配比量。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式进行说明。

本发明的导电辊是以下组合物构成的橡胶组合物成型而成的圆筒状辊，其中空部分压入了导电轴(轴芯)，或两者用粘合剂粘合固定。

上述橡胶组合物是在以EO比为50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物及/或NBR为主成分的聚合物中混入化学发泡剂及发泡助剂，成型为发泡体的橡胶组合物，对应于100重量％聚合物，将前述化学发泡剂记为a重量％、发泡助剂记为b重量％时，前述化学发泡剂及发泡助剂的配比量满足3＜a/b＜10，且4＜a+b＜20。

所用聚合物为EO比在50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物时，使用水滑石作为受酸剂。

所用化学发泡剂和发泡助剂分别为偶氮二酰胺和尿素。

实施例

按照表1所示配比制得实施例1～3及比较例1～4的组合物，对该组合物注射成型为辊状(圆管状)后切割，在其中装入导电轴(轴芯)，制得导电辊。

具体来讲，按照表1所示配比，将表1所示的(丁腈橡胶)、表氯醇类聚合物、化学发泡剂(永和化成制ビニホ-ルAC#R)、发泡助剂(永和化成制セルペ-スト101)、水滑石(协和化学制DHT-4A-2)装入捏合机中，于100℃混合1～20分钟后，从橡胶混合装置中挤出。

接着，在160℃的温度下对预成型体进行30分钟的硫化处理后，插入金属制轴(Φ6)，研磨切割，制得导电性橡胶辊(外径Φ12，长220mm)。

                                         表1

	实施例1	比较例1	实施例2	比较例2	实施例3	比较例3	比较例4	备注
NBR	100	100	70	50	-	-	-
									表氯醇共聚物	-	-	30	50	100	100	100
氧化乙烯比例(摩尔％)	-	-	70	45	70	70	45
									发泡剂/发泡助剂(a/b)	5	2	5	5	7	14	8
发泡剂/发泡助剂(a+b)	12	12	12	12	16	15	18
									水滑石	-	-	○	○	○	○	○	○有-无
导电剂(LiClO4)	-	-	-	-	-	-	○	○有-无
硬度	24	41	28	28	24	44	24	＜40
									电阻值(logΩ)	8.8	8.7	7.5	7.5	5.5	5.2	5.5	*
感光体污染	○	○	○	○	○	○	×	○无污染×污染
									成本	○	○	○	×	○	○	×	*
判定	○	×	○	×	○	×	×	○好×不好

实施例1～实施例3

实施例1～实施例3都是由橡胶组合物成型而得的导电辊，橡胶组合物是在以EO比为50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物及/或NBR为主成分的聚合物中混入化学发泡剂及发泡助剂，成型为发泡体的橡胶组合物，对应于100重量％聚合物，将化学发泡剂和发泡助剂的配比量记为a重量％和b重量％时，满足3＜a/b＜10，且4＜a+b＜20。使用表氯醇类聚合物时(实施例2和3)，以水滑石为受酸剂。

另一方面，比较例1～比较例4是由本发明范围以外的橡胶组合物成型而得的导电辊。即，化学发泡剂和发泡助剂的配比量未满足3＜a/b＜10的例子(比较例1和3)，EO比未满足50摩尔％以上条件的例子(比较例2和4)。

按照以下方法对上述实施例1～实施例3、比较例1～比较例4的导电辊的硬度、电阻值、有无感光体污染、成本等情况进行试验及/或评估。

(硬度测定)

在23℃55％的环境中，负载500g的重量，用肖氏E硬度计测定硬度。

(电阻值测定)

在23℃55％的环境中，在金属制圆筒和导电辊的轴两端都负载500g的重量，然后，一边在轴和金属圆筒间施加1KV的电压，一边使金属圆筒转动，这样就可间接地使导电辊旋转。此时在圆周方向进行36次电阻测定，求其平均值。

(感光体的污染测定)

以500g负荷将导电辊与感光体压紧，在温度40℃和湿度90％的室内放置2周，目视确认感光体表面的污染情况，进行以下评估。上述感光体是内置于复印机的感光体，以聚碳酸酯为主要原料。

表中，○表示有污染，×表示无污染。

表中，成本低于以往时用○表示，与以往一样或更高时用×表示。

进行综合评估时，各方面都优于以往用○表示，与以往一样或比以往更差时用×表示。

化学发泡剂和发泡助剂的配比量a/b小于3的比较例1的导电辊存在硬度问题，实际不能使用。使用EO比低于50摩尔％的表氯醇类聚合物及NBR的等量混合物的比较例2存在成本过高的问题。

此外，化学发泡剂和发泡助剂的配比量a/b大于10的比较例3存在硬度问题，实际不能使用。使用EO比低于50摩尔％的仅以表氯醇类聚合物为聚合物的比较例4，为了获得适当的电阻，必须混合作为导电剂的LiClO₄，这样成本就会提高，而且感光体被污染，实际不能使用。

仅以NBR为聚合物时，将化学发泡剂和发泡助剂的配比量分别记为a重量％和b重量％时，满足3＜a/b＜10、且4＜a+b＜20的实施例1的导电辊是具备低电阻值、非污染性、低硬度和低成本的高性能导电辊。此外确认，实施例2和3的导电辊也同样是高性能导电辊。

如上所述，本发明在以EO比为50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物及/或NBR为主成分的聚合物中混入化学发泡剂及发泡助剂，成型为发泡体，且所用化学发泡剂和发泡助剂的配比量满足一定关系，所以不仅能够获得具备低电阻值、非污染性及低硬度的高性能橡胶组合物，还可降低成本。上述导电辊作为本发明的橡胶组合物成型加工品的一个例子，非常适合于激光打印机、复印机、传真机、ATM等办公设备中电子摄影装置的导电性部分使用的导电辊等。

Claims (10)

1.橡胶组合物，所述组合物是在以氧化乙烯比为50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物及/或丁腈橡胶为主成分的聚合物中混入化学发泡剂及发泡助剂，成型为发泡体的橡胶组合物，其特征在于，对应于100重量％聚合物，将前述化学发泡剂记为a重量％、发泡助剂记为b重量％时，前述化学发泡剂及发泡助剂的配比量满足3＜a/b＜10，且4＜a+b＜20。

2.如权利要求1所述的橡胶组合物，其中，聚合物含有氧化乙烯比在50摩尔％以上80摩尔％以下的表氯醇类聚合物和作为受酸剂的水滑石。

3.如权利要求1所述的橡胶组合物，其中，表氯醇类聚合物是表氯醇和氧化乙烯及烯丙基缩水甘油醚的共聚物形成的具有导电性的聚合物。

4.如权利要求1所述的橡胶组合物，其中，化学发泡剂由偶氮二酰胺，发泡助剂由尿素组成。

5.如权利要求1所述的橡胶组合物，其中，混入了作为硫化剂的硫和作为填充剂的碳酸钙。

6.导电辊，由权利要求1所述的橡胶组合物成型而得。

7.导电辊，由权利要求2所述的橡胶组合物成型而得。

8.如权利要求6所述的导电辊，其特征还在于，辊的肖氏E硬度在20以上40以下。

9.如权利要求6所述的导电辊，其特征还在于，电阻值在1×10^5.0Ω以上1×10^9.0Ω以下。

10.如权利要求7所述的导电辊，其特征还在于，辊的肖氏E硬度在20以上40以下。