CN1755551A - 清洁刮刀元件 - Google Patents
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Abstract
一种清洁刮刀元件，其含有通过使用下述物质所形成的聚氨酯：多羟基化合物，其包括至少一种聚酯型多羟基化合物、己内酯基二醇和聚碳酸酯二醇，其中该聚酯型多羟基化合物是通过己二酸和二醇组分的脱水缩合获得的，聚异氰酸酯，和交联剂，其包含短链二醇和具有120－2,500分子量的三元醇，其中短链二醇是丙二醇和丁二醇的至少一种，和其中该聚氨酯具有0℃或更低的损耗正切(1Hz)的峰值温度。
Description
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种清洁刮刀元件。更具体地，本发明涉及一种用于除去调色剂影像承载体上的调色剂的清洁刮刀元件，其中在该承载体上形成调色剂影像，以便随后传输至传输物质上，诸如电子照相术中的光电导体或传输带。
2.相关技术领域的描述
在电子照相法中，为了重复使用电子照相光电导体或传输带，通常采用清洁刮刀来清除调色剂。就清洁刮刀元件而言，使用聚氨酯，是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添加增强剂、并且是非污染性的。然而，聚氨酯的物理属性却造成了它们对温度依赖的问题。
含有聚氨酯的清洁刮刀之一是一种由固化的聚氨酯组成的清洁刮刀，该固化的聚氨酯在50℃下具有12MPa或更高的抗张强度、15℃或更低的损耗正切(tanδ)峰值温度，和80°或更低的硬度。这样的清洁刮刀在研究中是旨在有效地防止在高温环境下的破碎和在宽温度范围下显示令人满意的清洁性能，而不损害其在低温环境下的清洁性能(参见日本专利申请公开号(kokai)2001-265190)。
用于电子照相设备的刮刀也是可获得的，其中该刮刀采用通过下列步骤获得的聚氨酯片：将具有1,000-3,000数均分子量的双官能多羟基化合物和具有92-980数均分子量的三官能多羟基化合物，按照提供2.02-2.20平均官能团数的比例混合，从而形成混合多羟基化合物；将混合多羟基化合物与可提供5-20％异氰酸酯基团含量的量的二异氰酸酯化合物混合形成预聚物；将可提供0.90-1.05OH基团/NCO基团当量比的量的交联剂，和基于100重量份预聚物的0.01-1.0重量份的反应促进剂，与预聚物混合；并使该混合物反应(参见日本专利申请公开号(kokai)9-274416)。
但是，这些刮刀例如在耐磨性方面还不能令人满意的，并且其性能需要进一步的改进。
根据上述情况完成了本发明。本发明的目的是提供一种在耐磨性等方面优异的、并长期可用的清洁刮刀元件。
发明内容
为了达到上述目的，本发明的第一个方面是清洁刮刀元件，其含有通过使用下述物质形成的聚氨酯：
多羟基化合物，其包括至少一种聚酯型多羟基化合物、己内酯基二醇和聚碳酸酯二醇，其中该聚酯型多羟基化合物是通过己二酸和二醇组分的脱水缩合获得的，
聚异氰酸酯，和
交联剂，其包含短链二醇和具有120-2,500分子量的三元醇，其中该短链二醇是至少一种丙二醇和丁二醇，和
其中聚氨酯具有0℃或更低的损耗正切(1Hz)峰值温度。
本发明的第二个方面是根据第一个方面的清洁刮刀元件，其特征在于：该聚氨酯在25℃下和300％伸长率下的抗张强度为250kg/cm2或更高。
本发明的第三个方面是根据第一或第二个方面的清洁刮刀元件，其特征在于：该聚氨酯在25℃下的回弹性是35％或更低，并且在0-50℃范围内该回弹性的最低值是在0℃。
本发明的第四个方面是根据第一至第三任意一个方面的清洁刮刀元件，其中进一步使用固化延迟剂。
本发明的第五个方面是根据第一至第四任意一个方面的清洁刮刀元件，其特征在于：该聚氨酯的永久伸长率是2.5％或更低。
根据本发明，可获得耐磨性等优异的、并长期有用的清洁刮刀元件，其中该清洁刮刀元件含有通过伴随地使用下述物质所形成的聚氨酯：至少一种聚酯型多羟基化合物、己内酯基二醇和聚碳酸酯二醇，其中该聚酯型多羟基化合物是通过己二酸和二醇组分的脱水缩合获得的；并且该聚氨酯具有0℃或更低的损耗正切(1Hz)峰值温度。更优选地，该聚氨酯具有高于-80℃的损耗正切(1Hz)峰值温度。
附图说明
根据下文所给出的详述和附图，将会更充分地理解本发明，其中该附图仅以阐述的方式给出，因此并不限制本发明，和其中：
图1是显示测试例1结果的图示；和
图2是显示测试例1结果的图示。
具体实施方式
现通过具体实施方式详细地描述根据本发明的清洁刮刀元件。
本发明基于下述发现：本发明的清洁刮刀元件含有通过使用多羟基化合物、聚异氰酸酯和交联剂所形成的聚氨酯。该多羟基化合物包括至少一种聚酯型多羟基化合物、己内酯基二醇和聚碳酸酯二醇，其中该聚酯型多羟基化合物通过己二酸和二醇组分的脱水缩合获得。该交联剂含有短链二醇和具有120-2,500分子量的三元醇，其中该短链二醇是至少一种丙二醇和丁二醇。由于这些特征，该清洁刮刀元件具有在0℃或更低的损耗正切(1Hz)峰值温度，甚至能在低温低湿的环境下维持橡胶的特性，和最低程度地出现破碎。上述特征也赋予了低的回弹性和高的强度，并因此该清洁刮刀元件具有优异的耐磨性，以及确保它的长使用期。如果仅用聚酯型多羟基化合物或己内酯基多羟基化合物而不用聚碳酸酯二醇，形成低回弹性的聚氨酯，那么就不能获得低的损耗正切峰值温度或高强度，其中该聚酯型多羟基化合物是通过诸如己二酸等的二元酸和二醇组分脱水缩合获得的。
优选地，使用固化延迟剂制备聚氨酯。这是因为聚碳酸酯二醇反应快速，并且固化延迟剂的使用导致长的可操作期、提高的操作性和稳定的质量。在本发明中，由于使用聚碳酸酯二醇，因此不能使用反应促进剂。对固化延迟剂没有限制，但可以提到诸如磷酸单丁酯等的磷酸酯和诸如胺基化合物等的具有延迟作用的催化剂。使用的固化延迟剂的比例没有限制，但优选以0.01-1重量份的量使用固化延迟剂，基于100重量份的多羟基化合物。
聚氨酯在25℃下和300％伸长率下优选具有250kg/cm2或更高的抗张强度。如果该抗张强度小于250kg/cm2，耐磨性趋向变差，和经过少数传输片后，清洁刮刀的边缘会破碎，或者图象失真，诸如会出现白斑。更优选地，聚氨酯在25℃下和300％伸长率下具有700kg/cm2或更低的抗张强度。
在25℃下聚氨酯的回弹性优选为35％或更低，以及在0-50℃范围内该最低值优选是在0℃。更优选地，在25℃下该回弹性高于3％。低回弹性会导致清洁刮刀具有优异的耐磨性。如果在0-50℃范围内没有回弹性的最小值，即不存在玻璃化转变温度，那么甚至在低的温度下也可维持橡胶的特性。
聚氨酯的永久伸长率优选为2.5％或更低。如果永久伸长率大于2.5％，在使用期间，清洁刮刀的边缘部分的永久变形会很大，以至于线性压力下降，从而降低该清洁性能。更优选地，聚氨酯的永久伸长率高于0％。
本发明的清洁刮刀元件是通过使用多羟基化合物、聚异氰酸酯和包含短链二醇和具有150-2,500分子量的三元醇的交联剂所形成的。作为多羟基化合物使用的，有至少一种聚酯型多羟基化合物、己内酯基二醇和聚碳酸酯二醇，其中该聚酯型多羟基化合物是通过己二酸和二醇组分的脱水缩合获得的。聚碳酸酯二醇是通过二醇组分和碳酸二烷基酯反应获得的。用作聚碳酸酯二醇和聚酯型多羟基化合物的原料的二醇组分(基二醇)没有限制，但可包括例如，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)。这些二醇的两种或多利可混合使用。己内酯基二醇可以是由ε-己内酯合成并具有1,000-4,000数均分子量的二醇。聚碳酸酯二醇在多羟基化合物中的含量优选为100-30wt％。在不损害本发明效果的范围内，也可以伴随使用其它多羟基化合物。
加入的多羟基化合物在聚氨酯中的比例优选为60-80wt％。
与多羟基化合物反应的聚异氰酸酯优选是具有相对非刚性的分子结构的那些。聚异氰酸酯的例子是4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(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。加入的聚异氰酸酯的比例优选为30-80重量份，基于100重量份的聚氨酯。如果该比例小于30重量份，会导致抗张强度不足。如果该比例大于80重量份，永久伸长率会过大。
α值优选为0.7-1.0。α值是由以下所述等式表示的值。如果α值大于1.0，交联剂的羟基基团保留，因此会污染与清洁刮刀相接触的光电导体或类似物。如果α值小于0.7，交联密度过低，因而导致强度不够、或剩余异氰酸酯的减活化会费时、污染光电导体。
α值＝(交联剂的羟基基团的摩尔数)/(在多羟基化合物与聚异氰酸酯间的反应后所剩余的异氰酸酯基基团的摩尔数)
在本发明中用作交联剂的短链二醇是丙二醇(PD)和丁二醇(BD)的至少一种。典型地，丙二醇是1，3-丙二醇，以及丁二醇是1，4-丁二醇。虽然在性能和成本方面，1，3-丙二醇和1，4-丁二醇是优选的，但它们不是限制性的。在另一方面，与短链二醇一起用作交联剂的三元醇是具有120-2,500分子量的三元醇，优选是具有120-1,000分子量的三元醇。三元醇的例子包括：短链三元醇，诸如三羟甲基乙烷(TME)和三羟甲基丙烷(TMP)，和由下式表示的、并具有比短链三元醇分子量大的己内酯基三元醇(例如，由ε-己内酯所合成的三元醇)。短链二醇和三元醇可以各自是两种或多种上述二醇和三元醇的混合物。所加入的交联剂的这些主要组分的比例没有限制，但这些组分的重量比优选为短链二醇∶三元醇＝50∶50-95∶5。如果三元醇的含量低，永久伸长率会过大。如果三元醇的含量太高，易出现破碎。
(R：烷基)
将上述聚碳酸酯二醇及交联剂与聚异氰酸酯及固化延迟剂混合，随后使它们反应制备聚氨酯。该反应可使用一般制备聚氨酯的方法进行，诸如预聚合法或一步法。对于本发明来说，预聚合法是优选的，因为它可获得强度和耐磨性优异的聚氨酯。然而，对制备方法没有限制。
根据本发明，可生产耐磨性等优异的、并长期有用的清洁刮刀元件，该清洁刮刀元件含有聚氨酯，其中该聚氨酯是通过伴随使用至少一种聚酯型多羟基化合物、己内酯基二醇和聚碳酸酯二醇所形成的，并具有0℃或更低的损耗正切(1Hz)峰值温度，其中该聚酯型多羟基化合物是通过己二酸和二醇组分的脱水缩合获得的。
现根据下述实施例进一步详细描述本发明，其中该实施例决不限制本发明。
实施例1：
将下述组分混合：具有2,000分子量的聚碳酸酯二醇和具有2,000分子量的聚酯型二醇的等量混合物(100重量份)，其中该聚碳酸酯二醇是通过用1，6-己二醇作基醇获得的，该聚酯型二醇是由1，9壬二醇/2-甲基-1，8-辛二醇混合物和己二酸获得的；40重量份的MDI；和1，3-丙二醇/三羟甲基乙烷混合物(80/20)，其按照产生如0.95的α值的量作为交联剂。进一步，添加0.05重量份DAIHACHI CHEMICAL INDUSTRY的MP-4(磷酸单丁酯)作为固化延迟剂。使这些物质反应从而形成聚氨酯，其中由该聚氨酯制备测试样品和清洁刮刀。聚碳酸酯二醇在聚氨酯中的含量约为60wt％。
实施例2：
与实施例1相同的方法制备测试样品和清洁刮刀，除了用800分子量的己内酯基三元醇代替三羟甲基乙烷，并将MDI的量改为50重量份。
实施例3：
与实施例1相同的方法制备测试样品和清洁刮刀，除了用2,000分子量的己内酯基三元醇代替聚酯型二元醇。
实施例4：
与实施例3相同的方法制备测试样品和清洁刮刀，除了用800分子量的己内酯基三元醇代替三羟甲基乙烷，并将MDI的量改为50重量份。
对比例1：
与实施例1相同的方法制备测试样品和清洁刮刀，除了用2,000分子量的聚-ε-己内酯基二醇代替该聚碳酸酯二醇和聚酯型二醇的等量混合物、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)、并将MDI的量改为50重量份。
对比例2：
与实施例1相同的方法制备测试样品和清洁刮刀，除了用由1，9-壬二醇和己二酸获得的2,000分子量的聚酯型二醇代替该聚碳酸酯二醇和聚酯型二醇的等量混合物。
对比例3：
将下述组分混合：100重量份以1，6-己二醇为基醇的2,000分子量的聚碳酸酯二醇；60重量份MDI；和1，3-丙二醇/三羟甲基乙烷混合物(85/15)，其以获得如0.95的α值的量作为交联剂。进一步，添加0.05重量份DAIHACHICHEMICAL INDUSTRY的MP-4(磷酸单丁酯)作为固化延迟剂。使这些物质反应从而形成聚氨酯，其中由该聚氨酯制备测试样品和清洁刮刀。聚碳酸酯二醇在聚氨酯中的含量约为60wt％。
测试例1：
将实施例和对比例的测试样品各自在23℃下测量，根据JIS K6253测量橡胶硬度(Hs)，根据JIS K6254测量在25％伸长率下的杨氏模量，在100％伸长率(100％模量)下的抗张强度，在200％伸长率(200％模量)下的抗张强度，在300％伸长率(300％模量)下的抗张强度，根据JIS K6251测量断裂抗张强度和断裂伸长率，根据JIS K6252测量撕裂强度，和根据JIS K6262在100％永久伸长率下测量撕裂强度，以及还根据JIS K6255在25℃下通过Lupke回弹性试验机测量回弹性(Rb)。通过Seiko Instruments热分析设备EXSTAR 6000 DMS粘弹性分光计，测量在1Hz下损耗正切，从而确定峰值温度。而且，还在0℃-50℃下测量硬度和回弹性。结果显示在表1和图1和2中。
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |||
| 组成 | 多羟基化合物 | 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 | 己内酯 | 1，9-ND己二酸酯 | 1，6-HD碳酸酯 |
| B | 1，9-NDMOD己二酸酯 | 1，9-NDMOD己二酸酯 | 己内酯 | 己内酯 | - | - | - | ||
| 比例 | 50％ | 50％ | 50％ | 50％ | 100％ | 100％ | 100％ | ||
| 异氰酸酯(MDI) | 份数 | 40 | 50 | 40 | 50 | 50 | 40 | 60 | |
| 交联剂 | 二醇 | PD | PD | PD | PD | BD | PD | PD | |
| 三元醇 | TME | 800 | TME | 800 | TMP | TME | TME | ||
| 比率 | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 | 80∶20 | 85∶15 | ||
| 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 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |||
| 一般属性 | 硬度 | .JIS A° | 74 | 76 | 72 | 75 | 77 | 75 | 90 |
| 回弹性(25℃) | ％ | 29 | 28 | 31 | 35 | 51 | 53 | 14 | |
| 杨氏模量 | Kg/cm2 | 80 | 86 | 70 | 78 | 87 | 81 | 158 | |
| 100％模量 | Kg/cm2 | 60 | 80 | 50 | 60 | 40 | 60 | 200 | |
| 200％模量 | Kg/cm2 | 130 | 160 | 110 | 120 | 80 | 40 | 430 | |
| 300％模量 | Kg/cm2 | 330 | 380 | 280 | 280 | 150 | 230 | * | |
| 抗张强度 | Kg/cm2 | 490 | 560 | 510 | 470 | 340 | 400 | 540 | |
| 伸长率 | ％ | 330 | 330 | 340 | 330 | 330 | 360 | 240 | |
| 撕裂强度 | kg/cm | 60 | 66 | 58 | 64 | 70 | 90 | 90 | |
| 100％永久伸长率 | ％ | 1.3 | 1.5 | 1.7 | 1.4 | 2.2 | 1.5 | 3.0 | |
| 损耗正切峰值(1Hz) | ℃ | -2 | -7 | -1 | -6 | -6 | -12 | 30 | |
表1(续)
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | |||
| 对温度的依从关系 | 硬度 | 0℃ | 75 | 77 | 73 | 75 | 78 | 75 | 96 |
| 10℃ | 75 | 76 | 72 | 75 | 77 | 75 | 93 | ||
| 20℃ | 74 | 76 | 72 | 75 | 77 | 75 | 91 | ||
| 25℃ | 74 | 76 | 72 | 75 | 77 | 75 | 90 | ||
| 30℃ | 74 | 76 | 72 | 75 | 77 | 75 | 89 | ||
| 40℃ | 74 | 76 | 72 | 74 | 76 | 75 | 87 | ||
| 50℃ | 74 | 76 | 71 | 74 | 75 | 74 | 85 | ||
| 回弹性 | 0℃ | 9 | 8 | 11 | 7 | 8 | 18 | 30 | |
| 10℃ | 13 | 13 | 15 | 16 | 15 | 31 | 22 | ||
| 20℃ | 23 | 22 | 25 | 27 | 40 | 46 | 16 | ||
| 25℃ | 29 | 28 | 31 | 35 | 51 | 53 | 14 | ||
| 30℃ | 36 | 35 | 37 | 44 | 61 | 60 | 15 | ||
| 40℃ | 48 | 54 | 52 | 60 | 74 | 70 | 18 | ||
| 50℃ | 62 | 70 | 66 | 73 | 79 | 75 | 24 | ||
| 加速性能试验 | 磨损宽度(μm) | ≤5 | ≤5 | ≤5 | ≤5 | 40 | 25 | 10 | |
| 破碎 | 无 | 无 | 无 | 无 | 有 | 无 | 非常严重 | ||
| 边缘状况 | 好 | 好 | 好 | 好 | ** | *** | **** | ||
*：不能测量，因为断裂发生在达到最多300％伸长率之前。
**：磨损非常厉害，并且没有边缘残留。
***：不出现破碎，但磨损宽度宽
****：出现非常严重的破碎，并且发生边缘的塑性形变。
测试例2：
将实施例和对比例的清洁刮刀各自固定在加速测试设备上(在该设备中，刮刀以与实际机械中相似的接触压力和角度安置在有机光电导体上，不包含调色剂，并且该设备是以100-300rpm的圆周速度连续旋转的)，并使刮刀开始接触光电导体。加速测试设备在室温下(约25℃)运行，相当于经过30,000张纵向印刷(portrait orientation)的A4尺寸的PPC的一段时间片(即约10小时)。然后，在视频显微镜的放大下观察清洁刮刀的边缘。结果显示在表1中，
发现实施例1-4的清洁刮刀的磨损宽度最小并且没有破碎。在另一方面，使用己内酯基多羟基化合物的对比例1发生破碎，并显示宽大的磨损宽度。与使用聚酯型多羟基化合物的对比例2相比，不出现破碎，但是观察到宽大的磨损宽度。与使用短链三元醇的对比例3相比，出现非常严重的破碎，并且边缘是塑性变形的。
当用上述实施方案描述本发明时，应理解成本发明不受其限制，但可用其他方式改变或变型。不应认为这样的改变或变型背离了本发明的精神和范围，并且对本领域技术人员来说显而易见的所有这些改变和变型，是包含在附加的权利要求范围之内的。
Claims (5)
1、一种清洁刮刀元件，其含有通过使用下述物质所形成的聚氨酯：
多羟基化合物，其包括至少一种聚酯型多羟基化合物、己内酯基二醇和聚碳酸酯二醇，所述的聚酯型多羟基化合物通过己二酸和二醇组分的脱水缩合获得，
聚异氰酸酯，和
交联剂，其包含短链二醇和具有120-2,500分子量的三元醇，其中短链二醇是丙二醇和丁二醇的至少一种，和
其中所述的聚氨酯具有在0℃或更低的损耗正切(1Hz)的峰值温度。
2、根据权利要求1的清洁刮刀元件，其中所述的聚氨酯在25℃下和300％的伸长率下的抗张强度是250kg/cm2或更高。
3、根据权利要求1的清洁刮刀元件，其中所述的聚氨酯在25℃下的回弹性是35％或更低，并且在0-50℃范围内该回弹性的最低值是出现在0℃。
4、根据权利要求1的清洁刮刀元件，其中进一步使用固化延迟剂。
5、根据权利要求1的清洁刮刀元件，其中所述的聚氨酯的永久伸长率为2.5％或更低。
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