CN1737703A - 清洁刀片组件 - Google Patents
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Abstract
一种清洁刀片，包括由使用基本上由聚碳酸酯二醇，聚异氰酸酯，和包含短链的二元醇和三元醇的交联剂组成的多元醇所形成的聚氨酯，该聚氨酯的拉伸强度在60℃是200kg/cm2或者更大，且拉伸强度保持率ΔT由下面的等式来表示，为40％或者更大：ΔT(％)＝T60/T10×100其中T10表示10℃时的拉伸强度，T60表示60℃时的拉伸强度。
Description
1.技术领域
本发明涉及一种清洁刀片组件。更具体地，本发明涉及一种清除存在于调色剂图像承载体上的调色剂的清洁刀片组件，在该承载体上形成调色剂图像是为了连续转印至转印材料，例如电子照相中的转印带或者光电导体。
2.背景技术
在电子照相制版术中，为了电子照相光电导体或转印带的反复使用，一般采用清洁刀片来剥离调色剂。。使用聚氨酯作为清洁刀片组件，因为聚氨酯具有令人满意的耐磨性，具有足够的机械强度而无需附加的增强剂，并且无污染。然而，聚氨脂的物理特性对温度的依赖性是公知的，由此提出了在高温时，这种清洁刀片的损耗问题。
在众多种由聚氨酯构成的清洁刀片中有一种清洁刀片是由在50℃具有12MPa或更大的拉伸强度，tanδ峰值温度为15℃或更小，和硬度为80°或更小的固化聚氨酯构成的。这种正在研制的清洁刀片致力于在高温环境下可以有效地防止边缘部分的碎裂并且在宽泛的温度范围内表现出令人满意的清洁特性，而不会影响其在低温环境下的清洁特性(参见公开号为2001-265190的日本专利申请)。
还可以获得的用于电子照相设备的刀片是使用聚氨酯片的，该聚氨酯片是通过以下方式获得的，以能够提供平均官能团数为2.02到2.20的比率来混合具有1000到3000的数均分子量的双官能团多元醇和具有92到980的数均分子量的三官能团多元醇，由此形成混合的多元醇，将所混合的多元醇与具有5到20％含量的异氰酸酯基团的二异氰酸酯化合物相混合以形成预聚物，，以能够提供当量比为0.90到1.05的OH基团/NCO基团的量混入交联剂，并以基于100重量份的预聚物的0.01到1.0重量份的量混入反应促进剂，并反应该混合物(参见公开号为1997-274416的日本专利申请)。
然而，这些种刀片并不令人满意，特别是，高温环境下的耐磨性，因此希望对其性能做进一步的改进。
根据上述介绍完成了本发明。本发明的一个目的是提供一种清洁刀片组件，即使在高温环境下也具有优越的耐磨性。
发明内容
本发明实现上述目的的第一个方面是：一种清洁刀片组件，由使用基本上由聚碳酸酯二醇，聚异氰酸酯，和包含短链的二元醇和三元醇的交联剂组成的多元醇所形成的聚氨酯构成，该聚氨酯在60℃时具有200kg/cm2或者更大的拉伸强度，且拉伸强度保持率ΔT由下面的等式来表示，为40％或者更大：
ΔT(％)＝T60/T10×100
其中T10表示10℃时的拉伸强度，T60表示60℃时的拉伸强度。
本发明的第二方面是根据第一方面的清洁刀片组件，其特征在于所述聚氨酯在60℃、300％拉伸率时具有200kg/cm2或者更大的拉伸强度。
本发明的第三方面是根据第一或第二方面的清洁刀片组件，其特征在于所述聚氨酯在tanδ(1Hz)的峰值温度为10℃或更小。
本发明的第四方面是根据第一到第三方面任一的清洁刀片组件，其特征在于短链的二元醇和三元醇是以短链二元醇∶三元醇＝50∶50到95∶5的重量比率。
本发明的第五方面是根据第一到第四方面任一的清洁刀片组件，其特征在于具有0.7到1.0的α值。
本发明的第六方面是：根据第一到第五方面任一的清洁刀片组件，其特征在于还使用固化延迟剂。
根据本发明，一种即使在高温环境下(60℃)也具有优越的耐磨性并且可以使用很长时间的清洁刀片组件可由通过使用聚碳酸酯二醇具有预定拉伸强度的聚氨酯构成的。
具体实施方案
根据本发明的清洁刀片组件将通过实施方案来详细描述。
本发明基于以下发现：本发明的清洁刀片组件由使用基本上由聚碳酸酯二醇，聚异氰酸酯，和包含短链的二元醇和三元醇的交联剂组成的多元醇所形成的聚氨酯构成。该聚氨酯在60℃具有200kg/cm2或者更大的拉伸强度，优选地，250kg/cm2或者更大，并且由前面的等式所表示的拉伸强度保持率ΔT，为40％或者更大，将10℃时的拉伸强度表示为T10，且60℃时的拉伸强度表示为T60。由于这些特征，该清洁刀片组件即使在高温下也具有优越的耐磨性，并且可以保证长的寿命。如果60℃时的拉伸强度小于200kg/cm2，或者ΔT小于40％，则耐磨性就会变差。
形成具有预定拉伸强度的聚氨酯的方法并不限制。例如，能通过增加三元醇在交联剂中的比例，或者通过增加所结合的聚异氰酸酯比例来形成这种聚氨酯。
优选地，该聚氨酯通过使用固化延迟剂来形成。这是因为聚碳酸酯二醇的反应速度很快，使用固化延迟剂可以延长它的有效时间，由此改善其工作性能并稳定其质量。对该固化延迟剂没有限制，但是可以指定磷酸酯例如磷酸一丁酯和具有延迟剂活性的催化剂，例如胺基化合物。固化延迟剂的比例没有限制，但是优选使用基于100重量份的多元醇为0.01到1重量份的固化延迟剂。
该聚氨酯优选在60℃、300％伸长率下具有200kg/cm2或更高的拉伸强度。如果所述拉伸强度小于200kg/cm2，则耐磨性就会很差以致于少量的转印片经过后，该清洁刀片的边缘就会碎裂或者出现成像失败，例如产生白斑。
该聚氨酯优选在tanδ(1Hz)具有10℃或者更低的峰值温度。如果该峰值温度高于10℃，那么在低温，低湿度的环境中其橡胶性特性就会丧失，且该清洁刀片就更易碎裂。
聚氨酯的永久伸长率优选是2.5％或者更少。如果永久伸长率大于2.5％，则在使用的过程中清洁刀片的边缘部分的永久应变非常大以致于线性压力下降，由此清洁性能变差。
本发明的清洁刀片组件是由使用基本上由聚碳酸酯二醇，聚异氰酸酯，和包含短链二元醇和三元醇的交联剂所组成的多元醇形成。使用聚碳酸酯二醇作为多元醇。该聚碳酸酯二醇是通过将二元醇组分与二烷基碳酸酯反应来获得的。不限制该二元醇组分(基于二元醇)，但包括，例如丁二醇，戊二醇，己二醇(HD)，甲基戊二醇，壬二醇(ND)，和甲基辛二醇(MOD)。可以混合使用这些二元醇中的两个或多个。
在本发明中，在不会影响到本发明的效果的范围内同时还可以使用除了聚碳酸酯二醇以外的多元醇。如果同时使用，那么该聚碳酸酯二醇在该多元醇中的含量为100到30％重量。其它多元醇的实例是通过二元酸，例如己二酸，和上述二元醇组分，和己内酯基多元醇之间进行脱水缩聚反应所获得的聚酯型多元醇。
所合成的多元醇的比例优选是聚氨酯重量的60到80％。
将与多元醇反应的聚异氰酸酯优选具有相对不刚性的分子结构。聚异氰酸酯的实例是4，4′-联苯甲烷二异氰酸酸(MDI)，2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)，和1，6-己烷二异氰酸酯(HDI)。特别优选的是MDI。所引入的聚异氰酸酯的比例优选是基于100重量份聚氨酯计为30到80重量份。如果其比例小于30重量份，则拉伸强度不够。如果其比例大于80重量份，则tanδ时的峰值温度就会过高，或者永久伸长率过大。
α值优选为0.7到1.0。α值是由下述等式所表示的数值。如果α值大于1.0，则该交联剂的羟基保留，使得与该清洁刀片接触的光电导体等受到污染。如果α值小于0.7，则交联密度过低，由此导致强度不足，或者残留的异氰酸酯的钝化耗费时间，污染了该光电导体。
α值＝(交联剂羟基基团的摩尔数)/(多元醇与聚异氰酸酯之间反应后异氰酸酯基团保留的摩尔数)
此处对短链的二元醇没有限制，但是优选地是至少存在丙二醇(PD)和丁二醇(BD)中的一种。典型地，该丙二醇是1，3-丙二醇，且丁二醇是1，4-丁二醇。尽管考虑到性能和成本，1，3-丙二醇和1，4-丁二醇是优选的，但是并不局限为它们。对三元醇也没有任何的限制，且其实例包括短链的三元醇例如三羟甲基乙烷(TME)和三羟甲基丙烷(TMP)，以及由下面通式表示的并具有比短链三元醇更大分子量的己内酯基三元醇(即，由ε-己内酯合成的三元醇，例如那些具有400到1000的数均分子量的)。当然，短链二元醇和三元醇每一种都可以是上述二元醇和三元醇的两种或多种的混合。不限制所引入的交联剂的基本成分比例，但优选的是这些成分的重量比是短链二元醇∶三元醇＝50∶50到95∶5。如果三元醇的含量低，则永久伸长率就会很大。如果三元醇的含量过高，则tanδ就会过度增加，碎裂就会很容易发生。
(R：烷基)
将上述聚碳酸酯二醇和交联剂与聚异氰酸酯和固化延迟剂混合，随后使它们反应，以产生聚氨酯。可以使用常规的制备聚氨酯的方法来进行该反应，例如预聚物方法或者一步法。对于本发明预聚物方法是优选的，因为该方法所得的聚氨酯在强度和耐磨性上具有优越性。然而，对制备方法并没有限制。
依据下面的实施例将更加详细地描述本发明，所述实施例并无意限制本发明。
实施例1：
将使用1，6-己二醇(1，6HD)作为基础二元醇的分子量为2000的聚碳酸酯二醇(100重量份)，40重量份MDI，和作为交联剂的1，3-丙二醇/三羟甲基乙烷混合物(80/20)，以能得到0.95的α值的量相混合。此外，添加0.05重量份的DAIHACHI CHEMICAL INDUSTRY的MP-4(磷酸-单丁酯)作为固化延迟剂。使该混合物反应以形成聚氨酯，由此生产测试样品和清洁刀片。聚氨酯中聚碳酸酯二醇的含量为大约60％重量。
实施例2：
以实施例1中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用分子量为500的己内酯基三元醇代替三羟甲基乙烷。
实施例3：
以实施例1中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用分子量为800的己内酯-基三元醇代替三羟甲基乙烷。
实施例4：
以实施例1中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用使用1，6-己二醇作为基础二元醇的分子量为2000的聚碳酸酯二醇和分子量为2000的聚酯二元醇的等量混合物代替聚碳酸酯二醇，其中聚酯二元醇由1，9-壬二醇/2-甲基-1，8-辛二醇混合物与己二酸所获得。
实施例5：
以实施例4中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用分子量为800的己内酯基三元醇代替三羟甲基乙烷，且MDI为50重量份。
实施例6：
以实施例1中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用使用1，6-己二醇作为基础二元醇的分子量为2000的聚碳酸酯二醇和分子量为2000的聚-ε-己内酯基二元醇的等量混合物代替聚碳酸酯二醇，且MDI的量为50重量份。
实施例7：
以实施例6中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用分子量为800的己内酯-基三元醇代替三羟甲基乙烷。
比较例1：
以实施例1中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用分子量为2000的聚-ε-己内酯基二元醇代替聚碳酸酯二醇，并用1，4-丁二醇/三羟甲基丙烷混合物(80/20)代替1，3-丙二醇/三羟甲基乙烷混合物(80/20)。
比较例2：
以实施例1中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了用从1，9-壬二醇与己二酸获得的分子量为2000的聚酯二醇代替聚碳酸酯二醇。
比较例3：
以实施例1中相同的方式来生产测试样品和清洁刀片，除了MDI的量为35重量份。
测试例1：
在23℃时对每个实施例和比较例的测试样品进行如下测量：根据JIS K6253测量橡胶硬度(Hs)，根据JIS K6254在25％的伸长率测量杨氏模量，测量在100％伸长率的拉伸强度(100％模量)，测量在200％伸长率的拉伸强度(200％模量)，测量在300％伸长率的拉伸强度(300％模量)，根据JIS K6251测量拉伸强度和断裂伸长率，根据JIS K6252测量磨损强度，以及根据JIS6262测量100％永久伸长率，且同时用Lupke回弹测试器根据JIS K6255测量25℃时回弹性(Rb)。用Seiko仪的热分析设备EXSTAR 6000 DMS粘弹性分光计(ViscoelasticitySpectrometer)在1HZ测量tanδ以便确定峰值温度。而且，同时在10℃到60℃测量拉伸强度和300％伸长率的拉伸强度以便评估它们的温度依赖性。结果在表1和表2中示出。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |||
| 组合物 | 多元醇 | A | 1，6-HD碳酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 |
| B | - | - | - | 1，9-ND MOD己二酸酯 | 1，9-ND MOD己二酸酯 | 己内酯 | 己内酯 | ||
| 比例 | 100％ | 100％ | 100％ | 50％ | 50％ | 50％ | 50％ | ||
| 异氰酸酯(MDI) | 份数 | 40 | 40 | 40 | 40 | 50 | 50 | 50 | |
| 交联剂 | 二元醇 | PD | PD | PD | PD | PD | PD | PD | |
| 三元醇 | TME | 500 | 800 | TME | 800 | TME | 800 | ||
| α值 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | ||
表1(续)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |||
| 常规特性 | 硬度 | JIS A° | 76 | 74 | 73 | 74 | 76 | 77 | 75 |
| 回弹性(25℃) | ％ | 14 | 17 | 24 | 29 | 28 | 20 | 35 | |
| 杨氏模量 | Kg/cm2 | 80 | 77 | 69 | 80 | 86 | 91 | 78 | |
| 100％模量 | Kg/cm2 | 70 | 60 | 50 | 60 | 80 | 80 | 60 | |
| 200％模量 | Kg/cm2 | 200 | 155 | 110 | 130 | 160 | 180 | 120 | |
| 300％模量 | Kg/cm2 | ** | ** | 370 | 330 | 380 | 440 | 280 | |
| 拉伸强度 | Kg/cm2 | 480 | 530 | 550 | 490 | 560 | 530 | 470 | |
| 伸长率 | ％ | 280 | 300 | 330 | 330 | 330 | 320 | 330 | |
| 磨损强度 | Kg/cm | 85 | 75 | 70 | 60 | 66 | 71 | 64 | |
| 100％永久伸长率 | ％ | 2.0 | 1.6 | 1.9 | 1.3 | 1.5 | 1.7 | 1.4 | |
| tanδ峰值(1Hz) | ℃ | 11 | 4 | -1 | -2 | -7 | 6 | -6 | |
表1(续)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |||
| 温度依赖性 | 300％模量(Kg/cm2)* | 10℃ | ** | ** | 508 | 543 | 623 | 591 | 495 |
| 20℃ | ** | ** | 463 | 473 | 509 | 525 | 444 | ||
| 30℃ | ** | 463 | 355 | 396 | 428 | 511 | 386 | ||
| 40℃ | ** | 399 | 314 | 332 | 385 | 487 | 332 | ||
| 50℃ | 384 | 332 | 225 | 285 | 311 | 400 | 270 | ||
| 60℃ | 250 | 235 | 204 | 242 | 263 | 296 | 232 | ||
| 保持率 | - | - | 40％ | 45％ | 42％ | 50％ | 47％ | ||
| 拉伸强度(Kg/cm2） | 10℃ | 500 | 573 | 508 | 610 | 705 | 616 | 594 | |
| 20℃ | 479 | 519 | 489 | 536 | 642 | 589 | 542 | ||
| 30℃ | 462 | 456 | 378 | 524 | 577 | 583 | 510 | ||
| 40℃ | 402 | 398 | 387 | 494 | 524 | 558 | 430 | ||
| 50℃ | 334 | 307 | 288 | 368 | 438 | 521 | 388 | ||
| 60℃ | 282 | 274 | 270 | 327 | 385 | 382 | 293 | ||
| ΔT | 56％ | 48％ | 53％ | 54％ | 55％ | 62％ | 49％ | ||
| 加速试验 | 破损宽度(μm) | 0 | 5-10 | 5-10 | ≤5 | 5-10 | ≤5 | 5-10 | |
| 碎裂 | 良好 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | 无 | ||
| 边缘情况 | *** | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | 好 | ||
*：保持率(％)＝(60℃时300％模量/10℃时300％模量)×100
**：由于在伸长率到达300％以前，发生了破裂，所以没有测量。
***：轻微的碎裂出现，但是观察不到破损。
表2
| 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | |||
| 成份 | 多元醇 | A | 己内酯 | 1，6-HD己二酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 |
| B | - | - | - | ||
| 比例 | 100％ | 100％ | 100％ | ||
| 异氰酸酯(MDI) | 份数 | 50 | 40 | 35 | |
| 交联剂 | 二元醇 | BD | PD | PD | |
| 三元醇 | TMP | TME | TME | ||
| α值 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | ||
表2(续)
| 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | |||
| 常规特性 | 硬度 | JIS A° | 77 | 75 | 67 |
| 回弹性(25℃) | ％ | 51 | 53 | 20 | |
| 杨氏模量 | Kg/cm2 | 87 | 81 | 57 | |
| 100％模量 | Kg/cm2 | 40 | 60 | 40 | |
| 200％模量 | Kg/cm2 | 80 | 40 | 100 | |
| 300％模量 | Kg/cm2 | 150 | 230 | 280 | |
| 拉伸强度 | Kg/cm2 | 340 | 400 | 450 | |
| 伸长率 | ％ | 330 | 360 | 330 | |
| 磨损强度 | Kg/cm | 70 | 90 | 60 | |
| 100％永久伸长率 | ％ | 2.2 | 1.5 | 1.8 | |
| tanδ峰值(1Hz) | ℃ | -6 | -12 | 4 | |
表2(续)
| 比较例1 | 比较例2 | 比较例3 | |||
| 温度依赖性 | 300％模量(Kg/cm2)* | 10℃ | 427 | 394 | 483 |
| 20℃ | 335 | 330 | 378 | ||
| 30℃ | 277 | 292 | 285 | ||
| 40℃ | 238 | 243 | 248 | ||
| 50℃ | 203 | 206 | 211 | ||
| 60℃ | 165 | 150 | 180 | ||
| 保持率 | 39％ | 38％ | 37％ | ||
| 拉伸强度(Kg/cm2) | 10℃ | 626 | 467 | 552 | |
| 20℃ | 535 | 466 | 438 | ||
| 30℃ | 479 | 430 | 355 | ||
| 40℃ | 400 | 358 | 294 | ||
| 50℃ | 329 | 276 | 253 | ||
| 60℃ | 205 | 179 | 211 | ||
| ΔT | 33％ | 38％ | 38％ | ||
| 加速试验 | 破损宽度(μm) | 40 | 25 | 35 | |
| 碎裂 | 是 | 否 | 否 | ||
| 边缘情况 | 严重破损且边缘残缺 | 没有碎裂，但破损宽度大 | 没有碎裂，但破损宽度大 | ||
将实施例和比较例中的清洁刀片每种都设置在加速检测装置上(一种装置，其中刀片安装在有机光电导体上，而不牵涉调色剂，以比拟实际机器中的那些压力和角度来接触，且以100到300rpm圆周速度连续旋转)，并与光电导体相接触。该加速检测装置在室温下(大约25℃)工作一段对应于30,000A4大小的PPC纸件在纵向方向通过的时间(即，大约10小时)。随后，由视频显微镜在放大的情况下观察该清洁刀片的边缘。结果在表1和2中示出。
实施例1到7的清洁刀片，其拉伸强度在60℃是200kg/cm2或更大，拉伸强度保持率ΔT为40％或者更大，发现该清洁刀片的破损宽度最小并且几乎没有碎裂，并由此发现可以令人满意的使用很长时间。另一方面，ΔT小于40％的比较例1在经历碎裂的情况下，显示出大的破损宽度。在60℃时拉伸强度小于200kg/cm2而ΔT小于40％的比较例2中，以及在使用聚碳酸酯二醇作为多元醇，且ΔT小于40％的比较例3中，没有碎裂发生，但是可以观察到大的破损宽度。
尽管通过上述实施方案描述了本发明，但是应该了解本发明并不限制于此，可以以各种方式变化或改进。所述的变化或改进不会被看作脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域的技术人员来说是显而易见的所有的这些变化和改进意在包含于所附权利要求的范围之内。
Claims (9)
1.一种清洁刀片组件，包括由使用基本上由聚碳酸酯二醇，聚异氰酸酯，和包含短链的二元醇和三元醇的交联剂组成的多元醇所形成的聚氨酯，所述聚氨酯的拉伸强度在60℃是200kg/cm2或者更大，且拉伸强度保持率ΔT由下面的等式来表示，为40％或者更大：
ΔT(％)＝T60/T10×100
其中T10表示10℃时的拉伸强度，T60表示60℃时的拉伸强度。
2.根据权利要求1所述的清洁刀片组件，其中该聚氨酯在60℃300％的伸长率时的拉伸强度为200kg/cm2或者更大。
3.根据权利要求1所述的清洁刀片组件，其中该聚氨酯在tanδ(1Hz)时的峰值温度为10℃或者更低。
4.根据权利要求1所述的清洁刀片组件，其中短链二元醇和三元醇的重量比为短链二元醇∶三元醇＝50∶50到95∶5。
5.根据权利要求1所述的清洁刀片组件，其α值为0.7到1.0。
6.根据权利要求1所述的清洁刀片组件，其进一步使用固化延迟剂。
7.根据权利要求2所述的清洁刀片组件，其中该聚氨酯在tanδ(1Hz)时的峰值温度为10℃或者更低。
8.根据权利要求2所述的清洁刀片组件，其中短链二元醇和三元醇的重量比为短链二元醇∶三元醇＝50∶50到95∶5。
9.根据权利要求3所述的清洁刀片组件，其中短链二元醇和三元醇的重量比为短链二元醇∶三元醇＝50∶50到95∶5。
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