DE102011088269B4

DE102011088269B4 - Aufschmelzelement und Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes

Info

Publication number: DE102011088269B4
Application number: DE102011088269.3A
Authority: DE
Inventors: Jin Wu; Dante M. Pietrantoni; Yuhua Tong; David W. Martin
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: US8906513B2; US20120148816A1; JP5859832B2; DE102011088269A1; JP2012128415A

Abstract

Aufschmelzelement, umfassend eine Substratschicht, die ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol enthält;eine Zwischenschicht, die auf der Substratschicht aufgebracht ist; undeine Trennschicht, die auf der Zwischenschicht aufgebracht ist.

Description

Diese Erfindung betrifft ein Aufschmelzelement, wie zum Beispiel ein Aufschmelzband, und ein Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes. Genauer gesagt, die Erfindung betrifft ein Aufschmelzelement, das in elektrofotografischen Apparaturen zum Erzeugen eines Bildes, wie zum Beispiel digitalen Apparaturen, Bild-auf-Bild-Apparaturen und dergleichen, verwendet werden kann. Das Aufschmelzelement, das hier beschrieben wird, kann auch in einer Vorrichtung zum Übertragen und Aufschmelzen (Fixieren) einer festen Tinte in einem Tintenstrahldrucker verwendet werden.
In der Wärme aushärtbare Polyimide (PI), die im Folgenden auch als „wärmehärtbare Polyimide“ bezeichnet werden, zeichnen sich durch bestimmte Eigenschaften aus und werden deshalb gewöhnlich als Substratmaterial für ein Aufschmelzband verwendet. Wärmehärtbare Polyimide haben eine hohe Glasübergangstemperatur (Tg) (etwa 370 °C) und einen hohen Modul. Wärmehärtbare Polyimide sind jedoch sehr teuer und der Härtungsprozess dauert lange (mindestens 3 Stunden) und verbraucht viel Energie (das Aushärten muss bei einer Temperatur von mehr als 300 °C durchgeführt werden). Aufschmelzbänder aus wärmehärtbarem Polyimid sind deshalb teuer und schwierig herzustellen. Es besteht deshalb ein Bedarf an einem Verfahren, mit dem Aufschmelzbänder kostengünstiger hergestellt werden können.
Es wurde untersucht, ob andere polymere Materialien für die Herstellung von Aufschmelzelementen verwendet werden können. Es wurde zum Beispiel Polyamidimid (PAI) verwendet; die Tg von PAI beträgt jedoch maximal 340 °C. Aufgrund dieser niedrigen Tg ist PAI als Material für Aufschmelzelemente weniger geeignet.
Polybenzimidazol (PBI) hat eine Tg von etwa 400 °C; PBI ist jedoch spröde und kann deshalb nicht als Material für Aufschmelzelemente verwendet werden. Es besteht deshalb ein Bedarf an neuen Materialien, die PI als Substratmaterial für ein Aufschmelzband ersetzen können und die schneller (kürzere Aushärtungszeit) und kostengünstiger (geringere Aushärtungstemperatur) hergestellt werden können.
US 2004/0033431 A1 beschreibt ein Aufschmelzelement mit einer Oberflächenschicht, die aus einem wärmebeständigen Harz gebildet wurde. Beispiele für die wärmebeständigen Harze umfassen Polyimide, Polyamidimide, Polyamide und Polybenzimidazole.
US 5,549,946 A beschreibt eine Aufschmelzwalze, die eine Metallwalze und eine darauf aufgebrachte Oberflächenbeschichtung mit einem Polybenzimidazol umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt bereit:

(1) Ein Aufschmelzelement, wie zum Beispiel ein Aufschmelzband, umfassend eine Substratschicht, die ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol enthält; eine Zwischenschicht, die auf der Substratschicht aufgebracht ist; und eine Trennschicht, die auf der Zwischenschicht aufgebracht ist.
(2) Ein Aufschmelzelement gemäß Punkt (1), wobei das Polyamidimid durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin n eine Zahl von 20 bis 1000 ist, und Ar ist eine Arylgruppe mit 6 bis 42 Kohlenstoffatomen.
(3) Ein Aufschmelzelement gemäß Punkt (1) oder (2), wobei das Polybenzimidazol durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin n eine Zahl von 30 bis 500 ist.
(4) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (3), wobei das Polyamidimid und das Polybenzimidazol in einem Gewichtsverhältnis von 20:80 bis 99:1 vorliegen.
(5) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (4), wobei die Substratschicht weiterhin einen Füllstoff enthält.
(6) Ein Aufschmelzelement gemäß Punkt (5), wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Aluminiumoxid, Graphit, Graphen, Kupferflocken, Nanodiamanten, Ruß, Kohlenstoff-Nanoröhren, Metalloxiden, dotierten Metalloxiden, Metallflocken und Gemischen davon.
(7) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (6), wobei die Substratschicht eine Dicke von 20 µm bis 400 µm hat.
(8) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (7), wobei die Substratschicht einen Modul von 3000 MPa bis 12000 MPa hat.
(9) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (8), wobei die Zwischenschicht eine Silikonverbindung umfasst.
(10) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (1) bis (9), wobei die Trennschicht ein Fluorpolymer umfasst.
(11) Ein Aufschmelzelement, wie zum Beispiel ein Aufschmelzband, umfassend:
- eine Substratschicht, die ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol enthält;
- eine Zwischenschicht, die ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silikonverbindungen und Fluorelastomeren; und
- eine Trennschicht, die auf der Zwischenschicht aufgebracht ist und die ein Fluorpolymer enthält.
(12) Ein Aufschmelzelement gemäß Punkt (11), wobei die Trennschicht weiterhin einen Füllstoff enthält.
(13) Ein Aufschmelzelement gemäß Punkt (12), wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Aluminiumoxid, Graphit, Graphen, Kupferflocken, Nanodiamanten, Ruß, Kohlenstoff-Nanoröhren, Metalloxiden, dotierten Metalloxiden, Metallflocken und Gemischen davon; und wobei das Fluorpolymer ein Fluorelastomer oder einen Fluorkunststoff umfasst.
(14) Ein Aufschmelzelement gemäß einem der Punkte (11) bis (13), weiterhin umfassend:
- eine Klebstoffschicht, die auf der Zwischenschicht oder auf der Substratschicht aufgebracht ist.
(15) Ein Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes, wie zum Beispiel eines Aufschmelzbandes, das in einer Apparatur zum Erzeugen eines Bildes verwendet werden kann, umfassend die folgenden Schritte:
- Aufbringen einer Zusammensetzung, umfassend ein Polyamidimid, ein Polybenzimidazol und ein Lösungsmittel, auf einer Oberfläche; und
- Aushärten der Zusammensetzung bei einer Temperatur von 150 °C bis 290 °C über einen Zeitraum von 30 Minuten bis 90 Minuten, um ein Aufschmelzelement zu erhalten.
(16) Ein Verfahren gemäß Punkt (15), wobei das Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Methylisobutylketon, N,N'-Dimethylformamid, N,N'-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon und Methylenchlorid; und wobei die Zusammensetzung 5 Gewichtsprozent bis 40 Gewichts-prozent Polyamidimid/Polybenzimidazol und 95 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent des Lösungsmittels enthält.
(17) Ein Verfahren gemäß Punkt (15) oder (16), weiterhin umfassend:
- Aufbringen einer Zwischenschicht auf einer äußeren Schicht des ausgehärteten Aufschmelzelementes, wobei die Zwischenschicht eine Silikonverbindung umfasst.
(18) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (15) bis (17), weiterhin umfassend:
- Aufbringen einer Trennschicht auf der Zwischenschicht, wobei die Trennschicht einen Füllstoff und ein Fluorpolymer enthält.
(19) Ein Verfahren gemäß Punkt (18), wobei der Füllstoff ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Aluminiumoxid, Graphit, Graphen, Kupferflocken, Nanodiamanten, Ruß, Kohlenstoff-Nanoröhren, Metalloxiden, dotierten Metalloxiden, Metallflocken und Gemischen davon; und wobei das Fluorpolymer ein Fluorelastomer oder einen Fluorkunststoff umfasst.

Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Aufschmelzelement, wie zum Beispiel ein Aufschmelzband. Das Aufschmelzelement umfasst eine Substratschicht (Trägerschicht), die ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol enthält. Das Aufschmelzelement umfasst weiterhin eine Zwischenschicht, die auf der Substratschicht aufgebracht ist; und eine Trennschicht, die auf der Zwischenschicht aufgebracht ist.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Aufschmelzelement, das eine saumbeziehungsweise nahtlose Substratschicht umfasst, die ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol enthält. Eine Zwischenschicht, die ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silikonverbindungen und Fluorelastomeren, ist auf der Substratschicht aufgebracht. Eine Trennschicht (Release-Schicht), die ein Fluorpolymer enthält, ist auf der Zwischenschicht aufgebracht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes, wie zum Beispiel eines Aufschmelzbandes, das in einer Apparatur zum Erzeugen eines Bildes verwendet werden kann. Das Verfahren umfasst das Aufbringen einer Zusammensetzung, umfassend ein Polyamidimid, ein Polybenzimidazol und ein Lösungsmittel, auf einer Oberfläche. Die Zusammensetzung wird bei einer Temperatur von 150 °C bis 290 °C über einen Zeitraum von 30 Minuten bis 90 Minuten ausgehärtet, wobei ein Band erhalten wird.

Die 1 zeigt ein Aufschmelzelement mit einem bandförmigen Substrat entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Die 2A und 2B zeigen Aufschmelzvorrichtungen, in denen das Aufschmelzelement verwendet wird, das in der 1 gezeigt ist.
Die 3 zeigt eine Ausführungsform einer Übertragungs- und Fixiervorrichtung, mit der ein Bild übertragen und aufgeschmolzen (fixiert) wird.

Das Aufschmelz- oder Fixierelement entsprechend der vorliegenden Erfindung kann ein Substrat und mehrere funktionelle Zwischenschichten, die auf dem Substrat angeordnet sind, umfassen. Das Substrat kann in einer beliebigen Form vorliegen, wie zum Beispiel in Form eines Bandes oder eines Films, und es kann, abhängig vom beabsichtigten Verwendungszweck, geeignete nicht-leitfähige oder leitfähige Materialien enthalten. Das Substrat, das in der 1 gezeigt ist, ist ein bandförmiges Substrat. Die Zwischenschicht beziehungsweise die Zwischenschichten umfassen Dämpfungsschichten und/oder Trennschichten. Solche Fixierelemente können als ölfreie Aufschmelzelemente in einem elektrofotografischen Hochgeschwindigkeitsdrucker zum Erzeugen qualitativ hochwertiger Ausdrucke verwendet werden und ermöglichen eine problemlose Übertragung des Tonerbildes auf ein Übertragungsmaterial wie zum Beispiel ein Blatt Papier, ohne dass das Papier an der Fixiervorrichtung kleben bleibt.
Das Aufschmelz- oder Übertragungs- und Fixierelement 200, das in der 1 gezeigt ist, umfasst ein bandförmiges Substrat 210, auf dem mindestens eine funktionelle Schicht 220 sowie eine äußere Oberflächenschicht 230 aufgebracht sind. Die äußere Oberflächenschicht 230 wird hier auch als „Trennschicht (Release-Schicht)“ bezeichnet. Das bandförmige Substrat 210, das im Folgenden genauer beschrieben wird, umfasst ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol.
Funktionelle Schicht
Beispiele für die Materialien, die für die Herstellung der funktionellen Schicht 220 (die hier auch als „Dämpfungsschicht“ oder als „Zwischenschicht“ bezeichnet wird) verwendet werden können, umfassen Fluorsilikone sowie Kautschukpolymere auf Silikon-Basis, wie zum Beispiel bei Raumtemperatur vulkanisierbare (RTV) Kautschukpolymere auf Silikon-Basis, bei hoher Temperatur vulkanisierbare (HTV) Kautschukpolymere auf Silikon-Basis oder bei niedriger Temperatur vulkanisierbare (LTV) Kautschukpolymere auf Silikon-Basis. Diese Kautschukpolymere sind bekannt und zum Beispiel handelsüblich erhältlich unter den Namen SILASTIC® 735 black RTV und SILASTIC® 732 RTV, beide erhältlich von Dow Corning; 106 RTV Silicone Rubber und 90 RTV Silicone Rubber, beide erhältlich von General Electric; und JCR6115CLEAR HTV und SE4705U HTV Silicone Rubber, erhältlich von Dow Corning Toray Silicones. Beispiele für andere geeignete Silikonmaterialien umfassen Siloxane (wie zum Beispiel Polydimethylsiloxane); Fluorsilikone, wie zum Beispiel Silicone Rubber 552, erhältlich von Sampson Coatings, Richmond, Virginia; flüssige Kautschukpolymere auf Silikon-Basis, wie zum Beispiel Vinyl-vernetzte wärmehärtbare Kautschukpolymere oder bei Raumtemperatur vernetzte Materialien vom Silanol-Typ; und dergleichen. Ein anderes spezifisches Beispiel ist Dow Corning Sylgard 182. Beispiele für handelsüblich erhältliche LSR-Kautschukpolymere umfassen Dow Corning Q3-6395, Q3-6396, SILASTIC® 590 LSR, SILASTIC® 591 LSR, SILASTIC® 595 LSR, SILASTIC® 596 LSR und SILASTIC® 598 LSR von Dow Corning. Die funktionelle Schicht verleiht Elastizität und kann, falls erforderlich, anorganische Teilchen wie zum Beispiel SiC oder Al₂O₃ enthalten.
Beispiele für andere Materialien, die für die Herstellung der funktionellen Schicht 220 verwendet werden können, umfassen Fluorelastomere. Beispiele für Fluorelastomere umfassen (1) eine Klasse von Copolymeren aus zwei Monomeren, ausgewählt aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen; (2) eine Klasse von Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen; und (3) eine Klasse von Tetrapolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und einem Härtungsmonomer. Diese Fluorelastomere sind zum Beispiel unter den Handelsnamen VITON A®, VITON B®, VITON E®, VITON E 60C®, VITON E430®, VITON 910®, VITON GH®, VITON GF® und VITON ETP® erhältlich. VITON® ist ein Handelsname von E.I. DuPont de Nemours, Inc. Beispiele für geeignete Härtungsmonomere umfassen Produkte von DuPont, wie zum Beispiel 4-Bromperfluorbuten-1, 1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1, 3-Bromperfluorpropen-1 und 1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1; und andere geeignete, bekannte und handelsüblich erhältliche Härtungsmonomere. Beispiele für andere handelsüblich erhältliche Fluorpolymere umfassen FLUOREL 2170®, FLUOREL 2174®, FLUOREL 2176®, FLUOREL 2177® und FLUOREL LVS 76®; FLUOREL® ist ein registrierter Handelsname von 3M Company. Zusätzliche Beispiele für handelsüblich erhältliche Materialien umfassen AFLAS™, ein Poly(propylen-tetrafluorethylen), und FLUOREL II® (LII900), ein Poly(propylen-tetrafluorethylenvinylidenfluorid), beide ebenfalls erhältlich von 3M Company, sowie die Tecnoflon-Produkte FOR-60KIR®, FOR-LHF®, NM® FOR-THF®, FOR-TFS®, TH®, NH®, P757®, TNS®, T439®, PL958®, BR9151® und TN505®, erhältlich von Ausimont.
Beispiele für drei bekannte Fluorelastomere sind (1) eine Klasse von Copolymeren aus zwei Monomeren, ausgewählt aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, handelsüblich erhältlich unter dem Namen VITON A®; (2) eine Klasse von Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, handelsüblich erhältlich unter dem Namen VITON B®; und (3) eine Klasse von Tetrapolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und einem Härtungsmonomer, wie zum Beispiel VITON GH® oder VITON GF®.
Die Fluorelastomere VITON GH® und VITON GF® enthalten relativ geringe Mengen an Vinylidenfluorid. Die Produkte VITON GF® und VITON GH® enthalten etwa 35 Gewichtsprozent Vinylidenfluorid, etwa 34 Gewichtsprozent Hexafluorpropylen und etwa 29 Gewichtsprozent Tetrafluorethylen, sowie 2 Gewichtsprozent eines Härtungsmonomers.
Die Dicke der funktionellen Schicht 220 beträgt 30 µm bis 1000 µm, 100 µm bis 800 µm oder 150 µm bis 500 µm.
Trennschicht
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann die Trennschicht 230 Fluorpolymerteilchen enthalten. Beispiele für Fluorpolymerteilchen, die in der erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzung verwendet werden können, umfassen Polymere, die Fluor enthalten. Beispiele für solche Polymere umfassen Fluorpolymere, die eine sich wiederholende Monomereinheit umfassen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen, Perfluoralkylvinylethern und Gemischen davon. Diese Fluorpolymere können geradkettige oder verzweigte Polymere, oder vernetzte Fluorelastomere sein. Beispiele für die Fluorpolymere umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE); Perfluoralkoxy-Polymerharze (PFA); Copolymere von Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP); Copolymere von Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VDF oder VF2); Terpolymere von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP); und Tetrapolymere von Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VF2), und Hexafluorpropylen (HFP), und Gemische davon. Die Zugabe der Fluorpolymerteilchen führt dazu, dass die Trennschicht chemisch und thermisch beständig ist und eine geringe Oberflächenenergie hat. Die Fluorpolymerteilchen haben eine Schmelztemperatur von 255 °C bis 360 °C oder eine Schmelztemperatur von 280 °C bis 330 °C. Diese Teilchen werden geschmolzen, wobei die Trennschicht erhalten wird.
Die Dicke der äußeren Oberflächenschicht oder Trennschicht 230 des Aufschmelzelementes 200 kann 10 µm bis 100 µm, 20 µm bis 80 µm oder 40 µm bis 60 µm betragen.
Klebstoffschicht
Zwischen der Trennschicht 230, der funktionellen Zwischenschicht 220 und dem Substrat 210 können Klebstoffschichten angeordnet werden. Beispiele für geeignete Klebstoffe umfassen Silane wie zum Beispiel Aminosilane (wie zum Beispiel HV Primer 10 von Dow Corning), Titanate, Zirkonate, Aluminate und dergleichen, sowie Gemische davon. Entsprechend einer Ausführungsform liegt der Klebstoff in Form einer 0,001 bis 10 prozentigen Lösung vor, die durch Wischen auf dem Substrat aufgebracht werden kann. Die Klebstoffschicht kann auf dem Substrat oder zwischen den Schichten in einer Dicke von 2 nm bis 2000 nm oder in einer Dicke von 2 nm bis 500 nm aufgebracht werden. Die Klebstoffschicht kann unter Anwendung bekannter Verfahren aufgebracht werden, wie zum Beispiel durch Sprühbeschichten oder durch Wischen.
Die 2A und 2B zeigen Beispiele für Aufschmelzvorrichtungen, die entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Aufschmelzvorrichtungen 300B und 400B, die jeweils in den 2A und 2B gezeigt sind, sind lediglich schematische Ansichten von Aufschmelzvorrichtungen, und der Fachmann weiß, dass die gezeigten Vorrichtungen durch Zufügen anderer Teile, Schichten und Substrate oder durch Weglassen solcher Teile, Schichten und Substrate modifiziert werden können. Obwohl hier ein elektrofotografischer Drucker gezeigt wird, weiß der Fachmann, dass das erfindungsgemäße Aufschmelzelement auch in anderen Druckern verwendet werden kann. Beispiele dafür umfassen Offset-Drucker sowie Tintenstrahldrucker und Übertragungs- und Fixiervorrichtungen, in denen (bei Raumtemperatur) feste Tinten verwendet werden.
Die 2A zeigt eine Aufschmelzvorrichtung 300B, in der das Aufschmelzelement 200 verwendet wird, das in der 1 gezeigt ist. Die Aufschmelzvorrichtung 300B kann das Aufschmelzband 200 der 1 umfassen, das in Kombination mit einem Mechanismus 335, der einen Druck auf das Bildträgermaterial 315 ausübt, wie zum Beispiel einem Druckband, eine Schmelzzone bildet. Der Mechanismus 335, der einen Druck ausübt, kann in Kombination mit einer Heizlampe (nicht gezeigt) verwendet werden, so dass der Druck und die Wärme, die zum Aufschmelzen der Tonerteilchen auf das Bildträgermaterial 315 erforderlich sind, erzeugt werden. Die Aufschmelzvorrichtung 300B kann eine oder mehrere externe Heizwalzen 350 und zum Beispiel ein Reinigungsgewebe 360 umfassen, wie in der 2A gezeigt.
Die 2B zeigt eine Aufschmelzvorrichtung 400B, in der das Aufschmelzelement 200 verwendet wird, das in der 1 gezeigt ist. Die Aufschmelzvorrichtung 400B kann ein Aufschmelzband (das Aufschmelzelement 200, das in der 1 gezeigt ist) umfassen, das in Kombination mit einem Mechanismus 435, der einen Druck auf das Bildträgermaterial 415 ausübt, wie zum Beispiel einem Druckband, eine Schmelzzone für das Bildträgermaterial 415 bildet. Der Mechanismus 435, der einen Druck ausübt, kann in Kombination mit einer Heizlampe verwendet werden, so dass der Druck und die Wärme, die zum Aufschmelzen der Tonerteilchen auf das Bildträgermaterial 415 erforderlich sind, erzeugt werden. Die Aufschmelzvorrichtung 400B kann ein mechanisches System 445 umfassen, mit dem das Aufschmelzband 200 bewegt wird und mit dem die Tonerteilchen auf dem Bildträgermaterial 415 aufgeschmolzen werden, so dass ein Bild erzeugt wird. Das mechanische System 445 kann eine oder mehrere Walzen 445a-c umfassen, die ebenfalls, falls erforderlich, als Heizwalzen verwendet werden können.
Die 3 zeigt eine Ausführungsform einer bandförmigen Übertragungs- und Fixiervorrichtung 7, mit der ein Bild übertragen und aufgeschmolzen (fixiert) wird. Die Übertragungs- und Fixiervorrichtung kann auch in der Form eines Blattes, eines Films oder dergleichen vorliegen. Die Übertragungs- und Fixiervorrichtung 7 entspricht in etwa dem Aufschmelzband, das zuvor beschrieben wurde. Das entwickelte Bild 12, das sich auf einem Zwischenübertragungselement 1 befindet, wird mit Hilfe der Walzen 4 und 8 mit der Übertragungs- und Fixiervorrichtung 7 in Kontakt gebracht und auf diese übertragen. Die Walze 4 und/oder die Walze 8 können Heizwalzen sein. Die Übertragungs- und Fixiervorrichtung 7 bewegt sich in Richtung des Pfeils 13. Das entwickelte Bild wird dann auf ein Substrat 9 übertragen und auf diesem aufgeschmolzen, während das Substrat 9 zwischen den Walzen 10 und 11 transportiert wird. Die Walze 10 und/oder die Walze 11 können Heizwalzen sein.
Substratschicht
Die Erfindung betrifft ein Aufschmelzelement mit einem Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol, das für die Herstellung der Substratschicht 210 verwendet wird, die in der 1 gezeigt ist.
Das Polyamidimid (PAI) kann ein Polymer sein, das durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin n die Anzahl an sich wiederholenden Einheiten ist, wie zum Beispiel eine Zahl von 20 bis 1000, eine Zahl von 100 bis 750, eine Zahl von 300 bis 700 oder eine Zahl von 200 bis 500, und Ar ist eine Arylgruppe, die zum Beispiel 6 bis 42 Kohlenstoffatome, 6 bis 36 Kohlenstoffatome, 6 bis 30 Kohlenstoffatome, 6 bis 24 Kohlenstoffatome, 6 bis 18 Kohlenstoffatome oder 6 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten kann.
Das zahlengemittelte Molekulargewicht (Mn) des Polyamidimids beträgt zum Beispiel 5000 bis 50000, 10000 bis 25000, 15000 bis 35000 oder 7000 bis 20000, und das gewichtsgemittelte Molekulargewicht (Mw) des Polyamid-imids beträgt zum Beispiel 10000 bis 200000, 50000 bis 325000, 100000 bis 300000 oder 30000 bis 100000, bestimmt mit Hilfe bekannter Verfahren wie beispielsweise GPC-Analyse.
Beispiele für spezifische PAI-Polymere umfassen Verbindungen, die durch die folgenden Formeln dargestellt werden:

worin n die Anzahl an sich wiederholenden Einheiten ist, wie zum Beispiel eine Zahl von 20 bis 1000 oder eine Zahl von 100 bis 500.
Die Polyamidimide können zum Beispiel unter Anwendung der folgenden zwei Verfahren hergestellt werden: (1) unter Anwendung eines Isocyanat-Verfahrens, bei dem ein Isocyanat mit Trimellithsäureanhydrid umgesetzt wird; oder (2) unter Anwendung eines Säurechlorid-Verfahrens, bei dem ein Diamin mit Trimellithsäureanhydridchlorid umgesetzt wird. Wenn in dem Verfahren (1) mehr als ein Isocyanat, wie zum Beispiel zwei, drei oder vier Isocyanate mit Trimellithsäureanhydrid umgesetzt werden, wird ein PAI-Copolymer erhalten, das zur Herstellung des Aufschmelzelementes verwendet werden kann; und wenn in dem Verfahren (2) mehr als ein Säurechlorid, wie zum Beispiel zwei oder drei Säurechloride mit Trimellithsäureanhydridchlorid umgesetzt werden, wird ein PAI-Copolymer erhalten, das zur Herstellung des Aufschmelzelementes verwendet werden kann. PAI-Homopolymere, PAI-Copolymere und Gemische davon können ebenfalls in das erfindungsgemäße Aufschmelzelement eingebracht werden.
Beispiele für handelsüblich erhältliche Polyamidimide umfassen VYLOMAX® HR-11NN (15 gewichtsprozentige Lösung in N-Methylpyrrolidon, Tg = 300 °C und Mw = 45000), HR-16NN (14 gewichtsprozentige Lösung in N-Methylpyrrolidon, Tg = 320 °C und Mw = 100000) und HR-66NN (13 gewichtsprozentige Lösung in N-Methylpyrrolidon, Tg = 340 °C), alle handelsüblich erhältlich von Toyobo Company of Japan. In dem Beispiel dieser Anmeldung wird das PAI-Polymer mit dem höchsten Tg-Wert (VYLOMAX® HR-66NN; Tg = 340 °C) verwendet.
Das Polybenzimidazol (PBI) kann ein Polymer sein, das durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin n die Anzahl an sich wiederholenden Einheiten ist, wie zum Beispiel eine Zahl von 30 bis 500, eine Zahl von 100 bis 400 oder eine Zahl von 200 bis 300.
Das zahlengemittelte Molekulargewicht des Polybenzimidazols beträgt zum Beispiel 2000 bis 40000, 5000 bis 20000 oder 7000 bis 15000, und das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des Polybenzimidazols beträgt zum Beispiel 9000 bis 150000, 30000 bis 120000 oder 60000 bis 90000, bestimmt mit Hilfe bekannter Verfahren wie beispielsweise GPC-Analyse.
Die PBI-Polymere werden gewöhnlich über die folgende Reaktion hergestellt:
worin n eine Zahl von 30 bis 1500, eine Zahl von 100 bis 400 oder eine Zahl von 200 bis 300 ist.
Beispiele für handelsüblich erhältliche Polybenzimidazole umfassen die Produkte mit dem Handelsnamen Celazole®, die von Boedeker Plastics, Inc., Shiner, TX erhältlich sind. In dem Beispiel dieser Anmeldung wird eine 26 gewichtsprozentige Lösung von PBI mit einem Tg-Wert von etwa 399 °C in DMAc verwendet.
Das Gewichtsverhältnis von Polyamidimid (PAI) zu Polybenzimidazol (PBI) kann im Bereich von 20:80 bis 99:1, im Bereich von 30:70 bis 95:5 oder im Bereich von 40:60 bis 90:10 liegen. Die Zusammensetzung kann ebenfalls Additive enthalten, die im Folgenden beschrieben werden.
Die zuvor beschriebene Zusammensetzung und/oder die unterschiedlichen Schichten des Aufschmelzelementes, beispielsweise eines Aufschmelzbandes, können Additive und zusätzliche leitfähige oder nicht-leitfähige Füllstoffe enthalten. Beispiele für die zusätzlichen Füllstoffe und Additive umfassen anorganische Teilchen, die in den Zusammensetzungen für die Herstellung der unterschiedlichen Schichten und des Substrats verwendet werden können. Beispiele für die Teilchen umfassen Teilchen aus Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Bornitrid, Aluminiumoxid, Graphit, Graphen, Kupferflocken, Nanodiamanten, Ruß, Kohlenstoff-Nanoröhren, Metalloxiden, dotierten Metalloxiden, Metallflocken und Gemischen davon, und/oder andere Arten von leitfähigen und halbleitfähigen Pulvern. Bestimmte Polymere, wie zum Beispiel Polyaniline, Polythiophene, Polyacetylen, Poly(p-phenylenvinylen), Poly(p-phenylensulfid), Pyrrole, Polyindol, Polypyren, Polycarbazol, Polyazulen, Polyazepin, Poly(fluor) oder Polynaphthalin, Salze von organischen Sulfonsäuren, Ester von Phosphorsäure, Ester von Fettsäuren, Ammonium- oder Phosphoniumsalze und Gemische davon können als leitfähige Füllstoffe verwendet werden. Die erfindungsgemäß verwendete Substratschicht kann weitere Additive enthalten, die dem Fachmann bekannt sind.
Eine Beschichtungszusammensetzung kann hergestellt werden, indem das PAI und das PBI und gegebenenfalls weitere Additive in einem Lösungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Methylisobutylketon, N,N'-Dimethylformamid, N,N'-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon und Methylenchlorid, gelöst werden, wobei die Zusammensetzung 5 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent oder 10 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent Polyamidimid/Polybenzimidazol und 95 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent oder 90 Gewichtsprozent bis 75 Gewichtsprozent des Lösungsmittels enthält.
Die Zusammensetzung wird unter Anwendung eines bekannten Verfahrens auf einem Substrat aufgebracht. Bekannte Verfahren zum Aufbringen der Zusammensetzung auf einem Substrat umfassen das Fließbeschichten, das Beschichten mit einem flüssigen Spray, das Eintauchbeschichten, das Drahtstabbeschichten, das Beschichten in einem Fließbett, das Pulverbeschichten, das elektrostatische Sprühbeschichten, das Beschichten unter Anwendung von Ultraschall, das Beschichten mit einer Rakel, das Formbeschichten, das Laminieren und dergleichen.
Nach dem Aufbringen der Zusammensetzung aus Polyamidimid, Polybenzimidazol, Lösungsmittel und optionalen Additiven auf einer Oberfläche wird die Zusammensetzung ausgehärtet. Das Aushärten der PAI/PBI-Zusammensetzung erfolgt bei einer niedrigeren Temperatur und über einen kürzeren Zeitraum als im Fall von Polyimiden. Die PAI/PBI-Zusammensetzung wird bei einer Temperatur von 150 °C bis 290 °C, bei einer Temperatur von 160 °C bis 200 °C oder bei einer Temperatur von 170 °C bis 190 °C über einen Zeitraum von 30 Minuten bis 90 Minuten, über einen Zeitraum von 40 Minuten bis 80 Minuten oder über einen Zeitraum von 50 Minuten bis 70 Minuten ausgehärtet, wobei ein Band erhalten wird.
Die Dicke des PAI/PBI-Substrats beträgt 20 µm bis 400 µm, 50 µm bis 300 µm oder 70 µm bis 150 µm. Der Youngsche Modul des PAI/PBI-Substrats beträgt 3000 MPa bis 12000 MPa, 5000 MPa bis 9000 MPa oder 6000 MPa bis 8000 MPa. Die Temperatur, bei der die Zersetzung des PAI/PBI-Substrats beginnt, liegt bei 400 °C bis 650 °C, bei 450 °C bis 600 °C oder bei 500 °C bis 580 °C.
Im Folgenden wird die Herstellung eines Substrats für ein erfindungsgemäßes Aufschmelzband beschrieben. Alle Teilangaben sind Gewichtsprozente der Feststoffe, wenn nicht anders angegeben.
Beispiel
Es wurde eine etwa 13 gewichtsprozentige Lösung von PAI/PBI (Gewichtsverhältnis etwa 50/50) in N-Methylpyrrolidon/N,N'-Dimethylacetamid (Gewichtsverhältnis 75/15) hergestellt, wobei das Polyamidimid VYLOMAX® HR-66NN (eine 13 gewichtsprozentige Lösung in N-Methylpyrrolidon; Tg = 340 °C) von Toyobo Company und das Polybenzimidazol Celazole® (eine 26 gewichtsprozentige Lösung in N,N'-Dimethylacetamid; Tg = 399 °C und Mw = 30000) von Boedeker Plastics, Inc., Shiner, TX war. Die Lösung wurde unter Verwendung einer Ziehbalken-Beschichtungsvorrichtung (draw bar coater) auf einer Glasplatte aufgebracht und dann 1 Stunde lang bei 190 °C ausgehärtet. Der erhaltene PAI/PBI-Film hatte eine Dicke von etwa 80 µm.
Der Modul und die Temperatur, bei der die Zersetzung des PAI/PBI-Films begann, wurden bestimmt. Der Modul betrug etwa 5500 bis 6500 MPa, und die Temperatur, bei der die Zersetzung des Films begann, betrug etwa 561 °C. Im Vergleich dazu haben die Nitto Denko KUC Polyimidbänder einen Modul von etwa 6000 MPa und eine Zersetzungstemperatur von etwa 530 °C. Die erfindungsgemäßen PAI/PBI-Substrate für ein Aufschmelzband hatte Eigenschaften, die in etwa mit denen herkömmlicher Polyimid-Substrate für Aufschmelzbänder vergleichbar waren.
Das erfindungsgemäße PAI/PBI-Substrat für ein Aufschmelzband kann innerhalb von 1 Stunde bei 190 °C ausgehärtet werden, verglichen mit dem teuren Verfahren zum Aushärten eines Polyimid-Substrats für Aufschmelzbänder (mindestens 3 Stunden bei einer Aushärtungstemperatur von mehr als 320 °C), wodurch die Herstellungskosten deutlich verringert werden können und die Herstellungszeit deutlich verkürzt werden kann. Das erfindungsgemäß verwendete PAI/PBI-Gemisch für ein Substrat für ein Aufschmelzband ist deshalb eine kostengünstige Alternative zu Polyimid, und die Herstellungskosten können deutlich verringert werden und die Herstellungszeit kann deutlich verkürzt werden.

Claims

Aufschmelzelement, umfassend eine Substratschicht, die ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol enthält; eine Zwischenschicht, die auf der Substratschicht aufgebracht ist; und eine Trennschicht, die auf der Zwischenschicht aufgebracht ist.
Aufschmelzelement nach Anspruch 1, wobei das Polyamidimid durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin n eine Zahl von 20 bis 1000 ist, und Ar ist eine Arylgruppe mit 6 bis 42 Kohlenstoffatomen.
Aufschmelzelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polybenzimidazol durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin n eine Zahl von 30 bis 500 ist.
Aufschmelzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zwischenschicht eine Silikonverbindung umfasst.
Aufschmelzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Trennschicht ein Fluorpolymer umfasst.
Aufschmelzelement, umfassend: eine Substratschicht, die ein Polymergemisch aus Polyamidimid und Polybenzimidazol enthält; eine Zwischenschicht, die ein Material umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Silikonverbindungen und Fluorelastomeren; und eine Trennschicht, die auf der Zwischenschicht aufgebracht ist und die ein Fluorpolymer enthält.
Verfahren zum Herstellen eines Aufschmelzelementes, das in einer Apparatur zum Erzeugen eines Bildes verwendet werden kann, umfassend die folgenden Schritte: Aufbringen einer Zusammensetzung, umfassend ein Polyamidimid, ein Polybenzimidazol und ein Lösungsmittel, auf einer Oberfläche; und Aushärten der Zusammensetzung bei einer Temperatur von 150 °C bis 290 °C über einen Zeitraum von 30 Minuten bis 90 Minuten, um ein Aufschmelzelement zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: Aufbringen einer Zwischenschicht auf einer äußeren Schicht des ausgehärteten Aufschmelzelementes, wobei die Zwischenschicht eine Silikonverbindung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: Aufbringen einer Trennschicht auf der Zwischenschicht, wobei die Trennschicht einen Füllstoff und ein Fluorpolymer enthält.