DE102011004754B4

DE102011004754B4 - Schmelzfixierelement und bilderzeugendes Gerät

Info

Publication number: DE102011004754B4
Application number: DE102011004754.9A
Authority: DE
Inventors: Nan-Xing Hu; Yu Qi
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2031-02-26
Also published as: RU2572408C2; GB201103539D0; RU2011107835A; US8178209B2; DE102011004754A1; GB2478827A; US20110217545A1; JP2011186461A; JP5767827B2; GB2478827B

Abstract

Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Schmelzfixierelement, umfassend ein Substrat und darüber eine Außenschicht, die ein vernetztes fluoriertes Polyimid mit einem Vernetzungsmittel umfasst, wobei genanntes fluoriertes Polyimid Folgendes umfasst:wobei Ar1 und Ar2 unabhängig voneinander für eine aromatische Gruppe mit 6 bis 60 Kohlenstoffatomen stehen, und mindestens eines von Ar1 und Ar2 des Weiteren eine fluorhaltige Seitenkette umfasst; wobei das fluorierte Polyimid eine aktive Stelle umfasst, die mit dem Vernetzungsmittel reagieren kann, wobei die aktive Stelle aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend auswobei R eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus der Gruppe bestehend aus ...

Description

Die Offenbarung hierin betrifft ein Schmelzfixierelement und ein bilderzeugendes Gerät. Die Offenbarung betrifft insbesondere eine bilderzeugende Vorrichtung und Schmelzfixierkomponenten davon zur Verwendung in elektrophotographischen, einschließlich digitalen, Bild-auf-Bild(image-on-image)- und ähnlichen Geräten. Die Schmelzfixierelemente sind für viele Zwecke von Nutzen, einschließlich des Fixierens eines Tonerbildes auf einem Kopiersubstrat. Genauer gesagt betrifft die Offenbarung Schmelzfixierkomponenten, die eine Außenschicht umfassen, die ein vernetztes fluoriertes Polyimid umfasst. Die Außenschicht aus vernetztem fluoriertem Polyimid befindet sich auf einem Substrat, das eine Vielzahl an Konfigurationen aufweisen kann, einschließlich einer Walze, eines Bandes, eines Films oder dergleichen. In Ausführungsformen befindet sich zwischen dem Substrat und der Außenschicht eine Zwischen- und/oder Haftschicht. In Ausführungsformen ist das Schmelzfixiersystem ölfrei, wodurch die Notwendigkeit eines Trennöls, eines Trennmittels, Fixieröls oder dergleichen beseitigt wird. Die Schmelzfixierelemente können in xerographischen Geräten von Nutzen sein, wie z. B. Kopierern, Druckern, Faxgeräten oder Multifunktionsgeräten, einschließlich Farbgeräten.
STAND DER TECHNIK
In einem typischen elektrophotographischen Reproduktionsgerät wird ein Belichtungsbild eines zu kopierenden Originals in Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem photosensitiven Element aufgenommen und das latente Bild wird anschließend durch Anwendung von elektroskopischen, thermoplastischen Harzpartikeln, die üblicherweise als Toner bezeichnet werden, sichtbar gemacht. Das sichtbare Tonerbild liegt dann in einer lose gepulverten Form vor und kann ohne Weiteres zerstört werden. Üblicherweise wird das Tonerbild auf einem Träger fixiert oder schmelzfixiert, wobei der Träger das photosensitive Element selbst oder ein Trägerbogen wie z. B. einfaches Papier sein kann.
Die Verwendung von thermischer Energie zur Fixierung von Tonerbildern auf einem Trägerelement ist wohlbekannt und Verfahren umfassen die im Wesentlichen gleichzeitige Anwendung von Hitze und Druck durch verschiedene Mittel: ein Walzenpaar, das in Druckkontakt gehalten wird, ein Bandelement in Druckkontakt mit einer Walze, ein Bandelement in Druckkontakt mit einem Heizer und dergleichen. Hitze kann durch Erhitzen von einer oder beiden Walzen, Plattenelementen oder Bandelementen aufgebracht werden. Bei einem Fixiergerät, bei dem eine Dünnschicht im Druckkontakt mit einem Heizer eingesetzt wird, ist der elektrische Stromverbrauch gering und die Aufwärmdauer wird beträchtlich verringert oder entfällt ganz.
Im Schmelzfixierverfahren ist es erwünscht, das während eines normalen Betriebs nur ein minimaler oder gar kein Offset der Tonerpartikel vom Träger auf das Schmelzfixierelement stattfindet. Tonerpartikel-Offset auf das Schmelzfixierelement kann anschließend auf andere Maschinenteile oder auf den Träger in nachfolgenden Kopierzyklen übertragen werden, was den Hintergrund verstärkt oder zu Störungen mit dem dort kopierten Material führt. Der Begriff „Heiß-Offset” tritt auf, wenn die Temperatur des Toners auf einen Punkt erhöht wird, an dem sich die Tonerpartikel verflüssigen, und während des Schmelzfixiervorgangs eine Aufteilung des geschmolzenen Toners stattfindet, bei der ein Teil auf dem Schmelzfixierelement verbleibt. Die Heiß-Offset-Temperatur oder Verschlechterung der Heiß-Offset-Temperatur ist ein Maß für die Trenneigenschaften des Schmelzfixierers und demzufolge ist es gewünscht eine Fixieroberfläche zu schaffen, die eine geringe Oberflächenenergie aufweist, um die notwendige Trennung zu gewährleisten. Um gute Trennungseigenschaften des Schmelzfixierers zu gewährleisten und aufrechtzuerhalten, wurde es üblich, während des Schmelzfixiervorgangs auf der Fixierwalze Trennmittel anzuwenden. Typischerweise werden diese Materialien als Dünnschichten angewandt, zum Beispiel Silikonöle zur Verhinderung von Toner-Offset.
Ein weiteres Verfahren zur Verringerung von Offset ist, dem Schmelzfixierer antistatische und/oder feldunterstützte Tonerüberführungseigenschaften zu verleihen. Um die elektrische Leitfähigkeit der Trennschicht zu steuern, werden jedoch häufig die Formanpassungsfähigkeit und Eigenschaften einer geringen Oberflächenenergie der Trennschicht beeinflusst.
Bei einem Schwerpunkt auf ölfreiem Schmelzfixieren, wird Energieeffizienz und schnelle Aufwärmzeiten (z. B. induktiv erhitzte Schmelzfixierer), Bandschmelzfixierkonfiguration und Zuverlässigkeit/Produktivität derzeit durch eine größere Fixierbandgröße und zusätzliche Systeme erreicht. Es gibt nur wenige Materiallösungen, welche die derzeitigen hohen Ansprüche an das Schmelzfixieren, insbesondere bei ölfreiem Schmelzfixieren erfüllen. Zwei wesentliche Materialwahlen umfassen ölfreies Schmelzfixieren auf PFA/PTFE sowie VITON-GF^®-Fluorelastomere (DuPont), die in Kombination mit Ölsystemen für eine High-End-Fertigung verwendet werden. Die Zugabe von Füllstoffen zur Verbesserung von mechanischen Eigenschaften und thermischer Leitfähigkeit ist ein allgemeiner Trend zur Verbesserung der Lebensdauer.
PFA steht für eine Art von Fluorkunststoff, der derzeit die einzige praktische Materialwahl für ölfreies Schmelzfixieren darstellt. Der Nachteil der Verwendung dieses Materials umfasst jedoch ein resultierendes mechanisch steifes Material, das durch Verbeulen oder durch ausgiebiges Drehen leicht beschädigt wird. Zudem ist PFA in der Verarbeitung schwierig und es besteht nur begrenzt Raum für Materialmodifizierungen. Darüber hinaus erfordert PFA hohe Härtungstemperaturen, wenn bekannte Beschichtungsverfahren eingesetzt werden.
Was nun VITON^® angeht, so ist dieses Material eines der populärsten Fluorelastomere zum Schmelzfixieren, da es mechanisch flexibel ist und aufgrund seiner Fähigkeit, Stoßenergie zu absorbieren, weniger Schädigungen erleidet. Das Material erfordert geringe Härtungstemperaturen und hat einen weiten Spielraum für Materialmodifizierungen. Dieses Fluorelastomer erfordert jedoch aufgrund des geringen Fluorgehalts des Materials Öl für das Trennen.
Während die oben genannten Polymere wünschenswerte Eigenschaften wie z. B. thermische und chemische Stabilität und geringe Oberflächenenergie aufweisen, versagen Schmelzfixierelemente, in denen diese Materialien eingesetzt werden, schon nach kürzerer Zeit als wünschenswert, hauptsächlich aufgrund von Abnutzung und schlechter Trennung von der Oberfläche (Offset).
So ist ein neues Materialsystem zum Schmelzfixieren erwünscht, das verbesserte Abnutzungs- und Trennungseigenschaften zeigt, ohne dass die Zugabe einer Trennflüssigkeit erforderlich ist (ölfrei). Zudem wird die Schaffung eines Materials für die Fixiereraußenschicht gewünscht, das einstellbar ist, um ein überlegenes Schmelzfixierverhalten mit weniger Systemteilen zu ermöglichen und das weniger Zeit für die Herstellung benötigt.
Die JP 2004-191546 A beschreibt ein Bildübertragungselement für die Verwendung in einer bilderzeugenden Vorrichtung wie beispielsweise einem elektrophotographischen Gerät. Das Bildübertragungselement umfasst ein Substrat, auf dem eine Außenschicht mit einem fluorierten Polyimid aufgebracht ist.
Die US 6010791 A beschreibt ein Schmelzfixierelement, das ein Substrat und eine Außenschicht umfasst, die ein Polyimid-Polydimethylsiloxan-Blockcopolymer enthält.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Schmelzfixierelement, umfassend ein Substrat und darüber eine Außenschicht, die ein vernetztes fluoriertes Polyimid mit einem Vernetzungsmittel umfasst, wobei genanntes fluoriertes Polyimid Folgendes umfasst:
wobei Ar₁ und Ar₂ unabhängig voneinander für eine aromatische Gruppe mit 6 bis 60 Kohlenstoffatomen stehen, und mindestens eines von Ar₁ und Ar₂ des Weiteren eine fluorhaltige Seitenkette umfasst;
wobei das fluorierte Polyimid eine aktive Stelle umfasst, die mit dem Vernetzungsmittel reagieren kann,
wobei die aktive Stelle aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus
wobei R eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe ausgewählt ist, und X eine Alkylgruppe oder fluorierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und
wobei das vernetzte Produkt aus einer nucleophilen Reaktion der aktiven Stelle des Segments mit dem Vernetzungsmittel resultiert.
Bevorzugte Ausführungsformen des Schmelzfixierelements sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ein bilderzeugendes Gerät zur Erzeugung von Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium, das eine ladungshaltende Oberfläche zu Empfangen eines elektrostatischen latenten Bildes darauf, eine Entwicklerkomponente zum Aufbringen von Toner auf die ladungshaltende Oberfläche zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes zur Bildung eines entwickelten Bildes auf der ladungshaltenden Oberfläche, eine Überführungskomponente zum Überführen des entwickelten Bildes von der ladungshaltenden Oberfläche auf ein Kopiersubstrat sowie ein ölfreies Schmelzfixierelement zum Schmelzfixieren von Tonerbildern auf einer Oberfläche des Kopiersubstrats umfasst, wobei genanntes ölfreies Schmelzfixierelement das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Schmelzfixierelement ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER
Die oben beschriebenen Ausführungsformen werden im Verlauf der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die Abbildungen offensichtlich, welche die folgenden Figuren umfassen:
1 ist eine Darstellung eines allgemeinen elektrophotographischen Geräts.
2 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Fixierwalze mit einer dreischichtigen Konfiguration.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Fluorierte Polyimide sind hochleistungsfähige Polymere, die chemische und thermische Stabilität bieten und ein ölfreies Schmelzfixieren ermöglichen. Relativ hoch fluorierte Polyimide sind hochleistungsfähige Polymere, die in Ausführungsformen chemische und thermische Stabilität bieten und ein ölfreies Schmelzfixieren ermöglichen können. Einstellbare mechanische, physikalische und/oder chemische Eigenschaften können erreicht werden, indem das Komponentenverhältnis des relativ steifen aromatischen Segments und des relativ weichen fluorierten aliphatischen Segments angepasst wird. Reaktive Stellen können eingeführt werden, um die Stelle zum Härten und/oder Vernetzen zugänglich zu machen. Das Polyimid kann mittels bekannter Reaktionen hergestellt werden, das heißt Polykondensation zwischen aromatischen Disäureanhydriden und Diaminen. Durch eine geeignete Anpassung der Struktur kann das resultierende Polyimid die gewünschten Eigenschaften aufweisen, die ölfreie Schmelzfixieranwendungen ermöglichen.
Unter Bezug auf 1 wird in einem typischen elektrophotographischen Vervielfältigungsgerät ein Belichtungsbild eines zu kopierenden Originals in Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem photosensitiven Element aufgezeichnet und das latenten Bild wird anschließend durch Anwendung von elektroskopischen, thermoplastischen Harzpartikeln, die üblicherweise als Toner bezeichnet werden, sichtbar gemacht. Genauer gesagt, wird ein Photorezeptor 10 auf der Oberfläche mittels eines Aufladegeräts 12, an das eine von der Stromversorgung 11 gelieferte Spannung angelegt wurde, aufgeladen. Der Photorezeptor 10 wird dann bildweise Licht von einem optisches System oder einer Bildeinspeisungsvorrichtung 13, wie z. B. einem Laser oder einer LED, ausgesetzt, um ein elektrostatisches latentes Bild darauf zu erzeugen. Im Allgemeinen wird das elektrostatische latente Bild entwickelt, indem eine Entwicklermischung aus Entwicklerstation 14 damit in Kontakt gebracht wird. Die Entwicklung kann durch die Verwendung einer Magnetbürste, Pulverwolke oder eines anderen bekannten Entwicklungsverfahrens bewirkt werden. Eine trockene Entwicklermischung umfasst im Allgemeinen Trägergranulat, auf dem triboelektrische Tonerpartikel haften. Die Tonerpartikel werden von dem Trägergranulat auf das latente Bild gezogen, wodurch darauf ein Tonerpulverbild erzeugt wird. Alternativ kann ein flüssiges Entwicklermaterial eingesetzt werden, das einen flüssigen Träger mit darin dispergierten Tonerpartikeln umfasst. Das flüssige Entwicklermaterial wird in Kontakt mit dem elektrostatischen latenten Bild befördert und die Tonerpartikel werden darauf in Bildkonfiguration abgeschieden.
Nachdem die Tonerpartikel auf der photoleitfähigen Oberfläche in Bildkonfiguration abgeschieden wurden, werden sie mittels der Überführungsmittel 15 auf den Kopierbogen 16 überführt, wobei es sich um eine Überführung mittels Druck oder eine elektrostatische Überführung handeln kann. Alternativ kann das entwickelte Bild auf ein Zwischenüberführungselement und anschließend auf einen Kopierbogen überführt werden.
Nachdem die Überführung des entwickelten Bildes abgeschlossen ist, wird Kopierbogen 16 zur Schmelzfixierstation 19 weiter befördert, die in 1 als Fixier- und Druckwalzen dargestellt ist, wobei das entwickelte Bild mittels Durchführen des Kopierbogens 16 zwischen dem Schmelzfixierelement 20 und dem Druckelement 21 auf dem Kopierbogen 16 schmelzfixiert wird, wodurch ein dauerhaftes Bild erzeugt wird. Im Anschluss an die Überführung gelangt der Photorezeptor 10 weiter zu einer Reinigungsstation 17, wo jeglicher auf dem Photorezeptor 10 verbliebener Toner unter Verwendung eines Abstreifers (wie in 1 dargestellt), einer Bürste oder eines anderen Reinigungsgeräts gereinigt wird.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Schmelzfixierelements 100, welche die verschiedenen möglichen Lagen zeigt. Wie in 2 gezeigt, liegt auf Substrat 110 eine Zwischenschicht 120. Die Zwischenschicht 120 kann zum Beispiel ein Kautschuk wie z. B. Silikonkautschuk oder ein anderes geeignetes Kautschukmaterial sein. Auf der Zwischenschicht 120 befindet sich die Außenschicht 130, welche ein im Folgenden beschriebenes Polymer umfasst.
Der Begriff „Schmelzfixierelement” wie hierin verwendet, bezieht sich auf Schmelzfixierelemente, die Fixierwalzen, Bänder, Filme, Folien und dergleichen umfassen, auf Donorelemente, die Donorwalzen, Bänder, Filme, Folien und dergleichen umfassen, und auf Druckelemente, die Druckwalzen, Bänder, Filme, Folien und dergleichen umfassen, sowie andere Elemente, die in einem Schmelzfixiersystem eines elektrophotographischen oder xerographischen Geräts, einschließlich eines digitalen Geräts von Nutzen sind.
Das Schmelzfixierelement der vorliegenden Offenbarung kamt in einer breiten Vielzahl an Geräten eingesetzt werden und ist nicht spezifisch auf die Anwendung der bestimmten, hierin beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. In Ausführungsformen ist das Schmelzfixiersystem ölfrei und es wird für das Schmelzfixieren keinerlei Trennmittel benötigt. Auf das Schmelzfixierelement wird kein Öl aufgebracht und es gibt in dem System keine Abgabewalzen für Trennmittel. In anderen Ausführungsformen könnte das System jedoch möglicherweise ein Trennmittel umfassen.
Beispiele für geeignete Substratmaterialien umfassen im Falle von Walzensubstraten Metalle wie z. B. Aluminium, Edelstahl, Stahl, Nickel und dergleichen. Im Falle von filmartigen Substraten (wenn das Substrat ein Fixierband, -film, Trommelband (eine Kreuzung aus Trommel und Band) oder dergleichen ist) umfassen geeignete Substrate Hochtemperaturkunststoffe, die geeignet sind, eine hohe Betriebstemperatur zu erlauben (d. h. mehr als 80°C oder mehr als etwa 200°C), und die eine hohe mechanische Festigkeit zeigen können.
Für Deckbeschichtungen für Schmelzfixierer wird ein fluoriertes Polyimid beschrieben. Das Fluorpolyimid enthält lange Fluoralkylseitenketten entlang des aromatischen Polyimidgerüsts und die Fluorphenylethereinheit kann einfach über Vernetzungsreaktionen vom Bisphenol-Typ vernetzt werden. Die Fluoralkylseitenketten bieten aufgrund ihrer Natur mit niedriger Oberflächenenergie Trennungseigenschaften.
Die Außenschicht umfasst ein fluoriertes Polyimid. Genauer gesagt, umfassen Beispiele für fluorierte Polyimide die folgende allgemeine Formel:
wobei Ar₁ und Ar₂ unabhängig voneinander für eine aromatische Gruppe mit etwa 6 Kohlenstoffatomen bis etwa 60 Kohlenstoffatomen stehen, und mindestens eines von Ar₁ und Ar₂ des Weiteren eine fluorhaltige Seitenkette umfasst; und wobei das fluorierte Polyimid eine aktive Stelle umfasst, die mit dem Vernetzungsmittel reagieren kann.
Ar₁ und Ar₂ können für ein Fluoralkyl mit etwa 6 Kohlenstoffatomen bis etwa 60 Kohlenstoffatomen oder von etwa 6 Kohlenstoffatomen bis etwa 40 Kohlenstoffatomen stehen. Zudem können Ar₁ und Ar₂ die aktive Stelle auf dem fluorierten Polyimid umfassen.
Beispiele für aromatisches Ar₁ umfassen
und
deren fluorierte oder perfluorierte Analoga sowie Mischungen davon. R ist eine Verknüpfungsgruppe, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe ausgewählt ist.
Beispiele für aromatische Ar₂-Gruppen umfassen
sowie deren fluorierte und perfluorierte Analoga sowie Mischungen davon. R ist eine Verknüpfungsgruppe, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe ausgewählt ist.
Die fluorhaltigen Seitenketten umfassen -C_mH_2mC_nF_(2n+1), -C_nF_(2n+1),
und
Mischungen davon. Rf steht für Fluor und eine fluorierte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit etwa 1 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen; L steht für eine Verknüpfungsgruppe, einschließlich Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe, m und n sind ganze Zahlen, die unabhängig voneinander aus etwa 1 bis etwa 18 ausgewählt werden, x und y sind Zahlen, die unabhängig voneinander aus etwa 1 bis etwa 5 ausgewählt werden.
Die aktiven Stellen umfassen
und
Mischungen davon, wobei eines der F als die aktive Stelle dient. R ist eine Verknüpfungsgruppe, die Hexafluormethylisopropyliden, eine Schwefelgruppe, eine Oxygruppe, eine Carbonylgruppe und eine Sulfonylgruppe umfasst; und X ist eine Alkylgruppe oder fluorierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen. Die aktive Stelle kann Teil von Ar₁ oder Ar₂ sein.
Das vernetzte Produkt resultiert aus einer nucleophilen Reaktion der aktiven Stelle des Segments mit dem Vernetzungsmittel.
Das Vernetzungsmittel umfasst ein Bisphenol, ein Diamin, ein Aminosilan und ein Phenolsilan. Genauer gesagt, umfasst das Vernetzungsmittel
und
Mischungen davon, wobei L₁ eine Verknüpfungsgruppe ist, die Hexafluormethylisopropyliden, Isopropyliden, Methylen, eine Sulfonylgruppe, eine Schwefelgruppe, eine Oxygruppe und eine Carbonylgruppe umfasst; L₂ eine Verknüpfungsgruppe ist, die eine Alkylengruppe mit 1 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen oder eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis etwa 30 Kohlenstoffatomen umfasst; L₃ eine Verknüpfungsgruppe ist, die eine Alkylengruppe mit 1 bis etwa 6 Kohlenstoffatomen oder -CH₂CH₂-NH-CH₂CH₂CH₂- umfasst, L₄ eine Verknüpfungsgruppe ist, die eine Alkylengruppe mit 1 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen oder eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis etwa 30 Kohlenstoffatomen umfasst, und R für eine Alkylgruppe steht, einschließlich Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Isopropyl, Isobutyl, und p eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
In Ausführungsformen kann das fluorierte Polyimid die folgende Formel aufweisen:

und Mischungen davon, wobei m eine ganze Zahl von 1 bis etwa 18 ist.
In Ausführungsformen umfasst das vernetzte Produkt eine Strukturformel, die aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus

und Mischungen davon.
Das vernetzte Produkt umfasst eine fluorierte Polyimidgruppe, die eine fluorhaltige Seitenkette enthält, in einer Menge von etwa 50 bis etwa 95 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe der Außenschicht. Das Vernetzungsmittel umfasst etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 15 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe der Außenschicht. Die aktive Stelle umfasst von etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe der Außenschicht.
In der Außenschicht kann ein Füllstoff vorhanden sein. Der Füllstoff kann ein Metall wie z. B. Kupfer, Aluminium oder dergleichen oder Mischungen davon, Metalloxide wie z. B. Magnesiumoxid, Manganoxid, Aluminiumoxid, Kupferoxid, Titanoxid, Siliciumdioxid, andere anorganische Füllstoffe wie z. B. Bornitrid, Siliciumnitrid, Glimmer oder ähnliche Oxide oder Mischungen davon, Kohlenstofffüllstoffe wie z. B. Kohlenstoffschwarz, Graphit, fluoriertes Kohlenstoffschwarz oder dergleichen oder Mischungen davon, polymere Füllstoffe wie z. B. Polytetrafluorethylen, Polyanilin oder ähnliche polymere Füllstoffe oder Mischungen davon oder ein anderer ähnlicher Füllstoff oder Mischungen davon sein. Der Füllstoff ist in der Außenschichtzusammensetzung in einer Menge von etwa 3 Prozent bis etwa 50 Prozent oder von etwa 5 Prozent bis etwa 30 Prozent oder von etwa 10 Prozent bis etwa 20 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe vorhanden.
Die Außenschicht ist bis zu einer Dicke von etwa 5 Mikrometer bis etwa 100 Mikrometer oder von etwa 20 Mikrometer bis etwa 40 Mikrometer oder von etwa 15 Mikrometer bis etwa 25 Mikrometer aufgetragen.
Die Zusammensetzung des Außenmaterials kann auf eine beliebige, bekannte, geeignete Weise auf das Substrat aufgetragen werden. Typische Techniken zum Auftragen solcher Materialien auf dem verstärkenden Element umfassen Flüssigkeitsfließbeschichten, Tauchbeschichten, drahtgewickeltes Stabbeschichten, Wirbelschichtbeschichten, Pulverbeschichten, elektrostatisches Sprühen, Schallbesprühen, Rakelbeschichten und dergleichen. In einer Ausführungsform wird die Beschichtung aus fluoriertem Polyimidmaterial auf das Substrat fließbeschichtet. Einzelheiten zu dem Fließbeschichtungsverfahren lassen sich im US-Patent Nr. 5,945,223 finden.
In einer Ausführungsform kann die Außenschicht mittels einer beliebigen bekannten Technik modifiziert werden, wie z. B. Schleifen, Polieren, Mahlen, Strahlen, Beschichten oder dergleichen. In Ausführungsformen hat die äußere fluorierte Polyimidschicht eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 0,02 Mikrometern bis etwa 1,5 Mikrometern oder von etwa 0,3 Mikrometern bis etwa 0,8 Mikrometern.
In Ausführungsformen kann sich zwischen dem Substrat und der Außenschicht eine Zwischenschicht befinden. In weiteren Ausführungsformen kann sich auf der Außenschicht eine äußere Trennschicht befinden, oder das Schmelzfixierelement kann ölfrei sein, d. h. es benötigt kein Trennmittel oder Fixieröl für eine geeignete Trennung.
Beispiele für geeignete Zwischenschichten oder geeignete optionale äußerer Trennschichten umfassen Silikonkautschuk, Fluorpolymer, Urethan, Acryl, Titamer, Ceramer, Hydrofluorelastomer, Polymere (wie z. B. Polymere, Copolymere, Terpolymere und dergleichen) oder Mischungen davon und Füllstoffe wie z. B. Kohlenstoffschwarz und/oder Aluminiumoxid. In Ausführungsformen umfasst die Zwischenschicht einen Silikonkautschuk.
Die optionale Zwischenschicht und/oder optionale äußere Trennschicht kann unter Verwendung einer beliebigen, bekannten, geeigneten Technik auf die Außenschicht gestrichen werden. In einer Ausführungsform können die zusätzlichen Schichten aufgesprüht oder fließbeschichtet werden.
Die Zwischenschicht kann eine Dicke von etwa 2 mm bis etwa 10 mm oder von etwa 3 mm bis etwa 9 mm oder von etwa 5 mm bis etwa 8 mm aufweisen.
Die Schmelzfixierkomponente kann eine beliebige, geeignete Konfiguration aufweisen. Beispiele für geeignete Konfigurationen umfassen ein Blatt, einen Film, eine Bahn, eine Folie, einen Streifen, eine Spule, einen Zylinder, eine Trommel, eine Walze, einen Endlosstreifen, eine runde Scheibe, ein Band einschließlich eines Endlosbands, ein flexibles, genahtetes Endlosband, ein Endlosband mit einer puzzleförmig geschnittenen Naht und dergleichen. In einer Ausführungsform ist das Schmelzfixierelement eine Schmelzfixierwalze. In Ausführungsformen ist das Substrat der Schmelzfixierwalze aus Metall, wie z. B. Aluminium oder Stahl. In Ausführungsformen ist das Substrat ein Schmelzfixierband.
Wie hierin verwendet kann das fluorierte Polyimid mittels einer beliebigen, bekannten Beschichtungstechnik aufgebracht werden, was sich auf eine Technik oder ein Verfahren zum Aufbringen, Formen oder Abscheiden einer Dispersion auf ein Material oder eine Oberfläche bezieht. Daher ist der Begriff „Beschichten” oder „Beschichtungstechnik” in den vorliegenden Lehren nicht besonders eingeschränkt und es kann Tauchbeschichten, Streichen, Bürstenbeschichten, Walzenbeschichten, Anwendung eines Pads, Sprühbeschichten, Schleuderbeschichten, Gießen oder Fließbeschichten eingesetzt werden.
Gegebenenfalls kann sich zwischen Außenschicht und dem Substrat und/oder zwischen der Außenschicht und der äußeren Trennschicht eine beliebige, bekannte und zur Verfügung stehende, geeignete Klebstoffschicht befinden. Beispiele für geeignete Klebstoffe umfassen Silane wie z. B. Aminosilane (wie zum Beispiel HV Primer 10 von Dow Corning), Titanate, Zirkonate, Aluminate und dergleichen sowie Mischungen davon. In einer Ausführungsform kann ein Klebstoff in einer 0,001%igen bis etwa 10%igen Lösung auf das Substrat gestrichen werden. Die Klebstoffschicht kann in einer Dicke von etwa 2 Nanometern bis etwa 2.000 Nanometern oder von etwa 2 Nanometern bis etwa 500 Nanometern auf das Substrat oder auf die äußere Schicht aufgetragen werden. Der Klebstoff kann mittels einer beliebigen, bekannten Technik aufgebracht werden, einschließlich Sprühbeschichten oder Aufstreichen.
Es versteht sich, dass verschiedene der oben beschriebenen und andere Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon auf wünschenswerte Weise in vielen weiteren anderen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Ebenso versteht es sich, dass verschiedene, derzeit unvorhergesehene und unerwartete Alternativen, Modifizierungen, Variationen oder Verbesserungen daran nachfolgend von Fachleuten auf dem Gebiet erfolgen können, die auch in den folgenden Ansprüchen enthalten sein sollen. Sofern nicht spezifisch im Anspruch angegeben, sollten Stufen oder Bestandteile von Ansprüchen in Bezug auf eine bestimmte Reihenfolge, Anzahl, Position, Größe, Form, Winkel, Farbe oder Material nicht aus der Beschreibung oder beliebigen anderen Ansprüchen vorausgesetzt oder eingebracht werden.
Die folgenden Beispiele sollen den Erfindungsbereich darstellen und diesen nicht einschränken. Des Weiteren beziehen sich alle Teile und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht.
BEISPIELE
Beispiel 1
Unten folgend ist die Synthese des Perfluoralkyldianhydrid-Monomers (I) dargestellt.
Herstellung von Diioddurol:
Eine Mischung aus Durol (40,27 g), Essigsäure (300 ml), Iod (68,53 g), Periodsäure (20,51 g), H₂SO₄ (15 ml) und H₂O (30 ml) wurde auf 80°C erhitzt und 5 Stunden lang bei 80°C gerührt. Nach Kühlen auf Raumtemperatur wurde die Reaktionsmischung auf Eiswasser gegossen. Der ausgefallene Feststoff wurde mittels Filtration aufgefangen, mit Wasser und dann mit Methanol gewaschen. Die Ausbeute an Diioddurol betrug 64,8 g (65%).
Herstellung von perfluoroctyl-substituiertem Durol:
Perfluoroctyliodid (14,19 g) wurde zu 25 ml Dimethylformamid (von Aldrich) gegeben. Zu dieser Lösung wurde aktiviertes Kupfer (3,8 g) und Diioddurol (3,86 g) gegeben. Die Mischung wird 50 Stunden lang unter Ar bei 130°C gerührt. Nach dem Abkühlen wurde Kupfer mittels Filtration entfernt. Die Lösung wurde in überschüssiges Wasser gegossen und der ausgefallene Feststoff wurde abfiltriert, mit Wasser gewaschen und getrocknet. Die Ausbeute betrug 5 g (51,5%).
Herstellung von perfluoroctyl-substituierter Benzoltetrasäure:
Perfluoroctyldurol (40 g) wurde in einer Mischung aus 700 ml Pyridin und 150 ml Wasser gelöst und die Mischung wurde mit 39,51 g Kaliumpermanganat versetzt und anschließend 12 Stunden lang auf Rückfluss erhitzt. Nach Entfernen von Pyridin wurden 28 g (0,7 mol) NaOH, 500 ml Wasser und 47,41 g (0,3 mol) KMnO₄ zugegeben und die Reaktionsmischung wurde 6 Stunden lang auf Rückfluss erhitzt. Nach Abkühlen und Filtrieren, wurde das Filtrat aufgefangen. Das restliche Mangandioxid wurde zweimal mit kochendem Wasser extrahiert. Nach der Behandlung mit überschüssiger, konzentrierter HCl wurde ein weißer fester Niederschlag mittels Filtration aufgefangen. Der Feststoff wurde unter Vakuum getrocknet. Die Ausbeute betrug 38 g (84%).
Herstellung von perfluoroctyl-substituiertem Dianhydrid:
Perfluoroctyltetrasäure wurde mit Pyridin behandelt, um die Tetrasäure in das Dianhydrid umzuwandeln.
Beispiel 2.
Synthese des Pentafluorphenylether-substituierten Dianhydrid-Monomers (II)
Herstellung von Pentafluorphenyletherdurol:
Dibromdurol (11,7 mol), Pentafluorphenol (100 g), Kaliumcarbonat (11,04 g) und Kupferbronze (8 g) wurden unter Ar zu DMSO (50 ml) gegeben und die Mischung wurde 12 Stunden lang bei 120°C gerührt. Die Mischung wurde in NaOH-Lösung gegossen und das Produkt wurde mittels Filtration aufgefangen.
Herstellung von Pentafluorphenyletherdianhydrid:
Die Schritte der Hydrolyse und Kondensation wurden entsprechend denen in Beispiel 1 durchgeführt.
Beispiel 3.
Synthese von fluorierten Polyimiden
Dianhydrid-Monomer (I) und Sulfonyldiamin wurden in gleichen Äquivalenten mit Isochinol enthaltendem m-Kresol vermischt. Die Lösung wurde 12 Stunden lang auf 200°C erhitzt. Nach Abkühlen auf 50°C wurde die Lösung in Methanol getropft. Die resultierenden Niederschläge wurden mittels Filtration aufgefangen. Trocknen ergibt das fertige Polyimidprodukt.
Beispiel 4.
Herstellung von vernetzten Polyimidbeschichtungen.
Das Fluorpolyimid aus Beispiel 3 wurde mit einem Bisphenol AF (VC50, erhalten von DuPont) und MgO in einer MIBK-Lösung vermischt. Die Lösung wurde auf ein Aluminiumpapiersubstrat gestrichen und die Beschichtung wurde 2 Stunden lang auf 200°C erhitzt, was zu einem gehärteten Polyimidfilm führte.

Claims

Schmelzfixierelement, umfassend ein Substrat und darüber eine Außenschicht, die ein vernetztes fluoriertes Polyimid mit einem Vernetzungsmittel umfasst, wobei genanntes fluoriertes Polyimid Folgendes umfasst:
wobei Ar₁ und Ar₂ unabhängig voneinander für eine aromatische Gruppe mit 6 bis 60 Kohlenstoffatomen stehen, und mindestens eines von Ar₁ und Ar₂ des Weiteren eine fluorhaltige Seitenkette umfasst; wobei das fluorierte Polyimid eine aktive Stelle umfasst, die mit dem Vernetzungsmittel reagieren kann, wobei die aktive Stelle aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus
wobei R eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe ausgewählt ist, und X eine Alkylgruppe oder fluorierte Alkylgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, und wobei das vernetzte Produkt aus einer nucleophilen Reaktion der aktiven Stelle des Segments mit dem Vernetzungsmittel resultiert.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei Ar₁ ein Netzwerk umfasst, das aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus
sowie deren fluorierte oder perfluorierte Analoga, wobei R eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe ausgewählt ist.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei das Netzwerk von Ar₂ aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus
sowie deren fluorierte und perfluorierte Analoga, wobei R eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe ausgewählt ist.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei die fluorhaltige Seitenkette aus einer Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus -C_mH_2mC_nF_(2n+1), -C_nF_(2n+1),
wobei Rf für Fluor oder eine fluorierte aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen steht; L für eine Verknüpfungsgruppe steht, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe, einer Carbonylgruppe und einer Sulfonylgruppe ausgewählt ist, m und n ganze Zahlen sind, die unabhängig voneinander aus 1 bis 18 ausgewählt werden, und x und y Zahlen sind, die unabhängig voneinander aus 1 bis 5 ausgewählt werden.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei das Vernetzungsmittel ein Bisphenol, ein Diamin, ein Aminosilan und ein Phenolsilan umfasst.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 5, wobei das Vernetzungsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus
wobei L₁ eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus der Gruppe bestehend aus Hexafluormethylisopropyliden, Isopropyliden, Methylen, einer Sulfonylgruppe, einer Schwefelgruppe, einer Oxygruppe und einer Carbonylgruppe ausgewählt ist; 12 eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus einer Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder einer aromatischen Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen ausgewählt wird; 13 eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus einer Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder -CH₂CH₂-NH-CH₂CH₂CH₂- ausgewählt ist, 14 eine Verknüpfungsgruppe ist, die aus einer Gruppe bestehend aus einer Alkylengruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder einer aromatischen Kohlenwasserstoffgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen ausgewählt ist, und R für eine Alkylgruppe steht, einschließlich Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Isopropyl, Isobutyl, und p eine ganze Zahl von 0 bis 2 ist.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei genanntes fluoriertes Polyimid aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus

und Mischungen davon, wobei m eine ganze Zahl von 1 bis 18 ist.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei genannte äußere Schicht eine Dicke von 5 bis 100 Mikrometer hat, oder wobei genannte Außenschicht des Weiteren einen Füllstoff umfasst, oder wobei Ar₁ oder Ar₂ die aktive Stelle enthalten, wobei die aktive Stelle gegebenenfalls von 0,5 bis 50 Gewichtsprozent des fluorierten Polyimids umfasst, oder das Element des Weiteren eine Zwischenschicht umfasst, die sich zwischen Substrat und Außenschicht befindet.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei genanntes vernetztes Produkt aus der Gruppe ausgewählt wird, bestehend aus:
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1, wobei das vernetzte Produkt eine fluorierte Polyimidgruppe, die eine fluorhaltige Seitenkette enthält, in einer Menge von 50 bis 95 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe der Außenschicht umfasst und das Vernetzungsmittel zu 1 bis 10 Gewichtsprozent der gesamten Feststoffe in der Außenschicht enthalten ist, oder wobei genanntes vernetztes Produkt des Weiteren ein mit dem fluorierten Polyimid cogehärtetes Fluorpolymer umfasst.
Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 10, wobei genanntes Fluorpolymer ein Fluorpolymer umfasst, das aus der Gruppe bestehend aus i) Copolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorpropylen und Tetrafluorethylen, ii) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und iii) Tetrapolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen, Perfluoralkoxy, fluoriertem Ethylen-Propylen und Tetrafluorethylen ausgewählt wird.
Bilderzeugendes Gerät zur Erzeugung von Bildern auf einem Aufzeichnungsmedium, das eine ladungshaltende Oberfläche zu Empfangen eines elektrostatischen latenten Bildes darauf, eine Entwicklerkomponente zum Aufbringen von Toner auf die ladungshaltende Oberfläche zur Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes zur Bildung eines entwickelten Bildes auf der ladungshaltenden Oberfläche, eine Überführungskomponente zum Überführen des entwickelten Bildes von der ladungshaltenden Oberfläche auf ein Kopiersubstrat sowie ein ölfreies Schmelzfixierelement zum Schmelzfixieren von Tonerbildern auf einer Oberfläche des Kopiersubstrats umfasst, wobei genanntes ölfreies Schmelzfixierelement das Schmelzfixierelement gemäß Anspruch 1 ist.