DE102012202108A1

DE102012202108A1 - Endlose elastische Bauteile für Bilderzeugungsgeräte

Info

Publication number: DE102012202108A1
Application number: DE102012202108A
Authority: DE
Inventors: Jin Wu
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2011-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-08-16
Also published as: JP5721642B2; US8598263B2; JP2012168525A; US20120208907A1

Abstract

Elastische Bauteile zur Verwendung in Bilderzeugungsgeräten umfassen eine Polyamidocarbonsäure und ein internes Trennmittel, sowie wahlweise ein Polysiloxan-Tensid.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung eines elastischen Transferelements, insbesondere eines Zwischentransferbands (Intermediate Transfer Belt, ITB), weiter insbesondere eines Endlosbands mit einem ringförmigen Hauptteil zur Verwendung in einem elektrofotografischen Bilderzeugungsgerät. Das Bilderzeugungsgerät erzeugt ein fixiertes Tonerbild auf einem Aufzeichnungsmedium
In der Technik der elektrofotografischen Bilderzeugung erzeugt eine Bilderzeugungsvorrichtung durch Aussetzen der Oberfläche eines geladenen lichtempfindlichen Bauteils an Lichtmuster ein elektrostatisches latentes Bild, entwickelt das elektrostatische latente Bild, um ein Tonerbild zu erzeugen, und überträgt das Tonerbild schließlich an einer vorbestimmten Übertragungsposition auf ein Aufzeichnungsmedium, wodurch auf diesem ein Bild erzeugt wird.
In einer solchen Bilderzeugungsvorrichtung wird beim Prozess der Bilderzeugung und Bildentwicklung ein Endlosband verwendet, das um Halterollen gespannt ist, sich als Ganzes umlaufend bewegt, und dabei das erzeugte Tonerbild zu der Übertragungsposition trägt. Alternativ kann das Endlosband auch als eine Einheit, die das Aufzeichnungsmedium zu der Übertragungsposition bringt, dienen.
In einer Bilderzeugungsvorrichtung, die ein Farbbild erzeugt, indem Tonerbilder aus verschiedenen einzelnen Farben einander überlagert werden, kann als eine Einheit, welche die Tonerbilder unterschiedlicher Farbe trägt, die beim Aufbau des endgültigen zusammengesetzten Farbbilds nacheinander aufgetragen bzw. angenommen werden, ein Endlosband verwendet werden. Ein Endlosband kann auch als Einheit zum Transportieren eines Aufzeichnungsmediums, das nacheinander Tonerbilder unterschiedlicher Farbe aufnimmt, verwendet werden. Siehe hierzu beispielsweise die US 7,677,848 und die US 2010/0279217 .
Bilderzeugungsvorrichtungen mit hoher Lebensdauer, die in der Lage sind, beispielsweise Temperaturschwankungen und intensiver Benutzung zu widerstehen, sind wünschenswert. Deshalb sind Materialien, die die Leistung elastischer Bauteile und ihre Herstellung verbessern, wünschenswert.
Elastische Endlosbänder können hergestellt werden, indem auf einer Form, einem Dorn oder einem Formenwerkzeug, oder daran befestigt, eine Folie hergestellt wird. Eine filmbildende Lösung oder Zusammensetzung wird auf eine Form aufgetragen, beispielsweise durch Eintauchen, Aufsprühen, Fluten oder ein anderes bekanntes Verfahren, und die Lösung oder Zusammensetzung kann ausgebreitet bzw. verteilt werden, beispielsweise auf der Innenwand einer hohlen, insbesondere zylindrischen Form, was durch Zentrifugieren geschehen kann, um einen dünnen Film zu bilden.
Wenn derartige Herstellungsverfahren bzw. Abformungsverfahren verwendet werden, muss die Folie, die aus dem getrockneten oder ausgehärteten Film gebildet wird, von der Form getrennt werden, und zwar vorzugsweise so, dass die Folie minimaler Spannung, Verformung, Beschädigung und dergleichen ausgesetzt ist. Außerdem ist es wünschenswert, dass die Folie leicht von der Form entfernt werden kann.
In der Technik der Elektrofotografie ist es vorteilhaft, wenn nicht notwendig, dass eine Oberfläche eines elastischen Bauteils, die eine Ladung und ein latentes Bild trägt, ebenmäßig ist und möglichst wenig Unvollkommenheiten wie Vertiefungen, Rillen, Eindrücke, Wellen, Runzeln, Grübchen und dergleichen aufweist. Eine raue Oberfläche ist nicht günstig, wenn maximale Bildqualität gewünscht wird.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein elastisches Bauteil, das sich leicht von einer bei seiner Herstellung verwendeten Form löst, insbesondere ohne Verwendung eines zusätzlichen Trennmittels, und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein elastisches Bauteil mit einer ebenmäßigen Oberfläche, insbesondere einer mit wenig Unvollkommenheiten wie Vertiefungen, Rillen, Eindrücke, Wellen, Runzeln, Grübchen und dergleichen, und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Ein selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement gemäß der Erfindung umfasst die in Anspruch 1 definierten Merkmale.
Ein Verfahren zur Herstellung eines elastischen Bauteils für ein Bilderzeugungsgerät gemäß der Erfindung umfasst die in Anspruch 9 definierten Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung können die in den abhängigen Ansprüchen definierten Merkmale aufweisen.
Gemäß hierin beschriebenen Aspekten wird eine filmbildende Zusammensetzung für die Herstellung elastischer Bauteile, die in der Elektrofotografie verwendet werden können, beispielsweise zur Herstellung eines elastischen Bildtransferelements (Intermediate Transfer Belt, ITB), bereitgestellt, wobei eine Beschichtungslösung für die Herstellung der Bauteile eine Polyamidocarbonsäure und ein in der Lösung selbst enthaltenes internes Trennmittel, das das Entfernen der gebildeten Folie von einer Form, einem Dorn, einem Formenwerkzeug und dergleichen erleichtert, umfasst.
In Ausführungsformen kann ein internes Trennmittel einen Ester oder Ether eines Phosphats oder eine phosphorhaltige Säure enthalten, und das Phosphat oder die phosphorhaltige Säure, die derivatisiert sein kann, kann mit einem nichtaromatischen Amin stabilisiert sein und zusätzlich Schwefel oder eine schwefelhaltige Atomgruppe umfassen.
Eine Ausführungsform umfasst eine filmbildende Zusammensetzung, insbesondere eine Beschichtungslösung für die Herstellung eines elastischen Bildtransferelements, insbesondere eines Zwischentransferbands (ITB), die wahlweise ein Polysiloxan-Tensid enthält.
Eine andere beschriebene Ausführungsform umfasst ein Bilderzeugungsgerät bzw. einen Drucker, der eine Folie umfasst, die ein Polyimid enthält, das mittels einer Polyamidocarbonsäurezusammensetzung und einem inneren Trennmittel sowie wahlweise einem Polysiloxan-Tensid erzeugt wurde.
Hierin werden der Begriff ”elektrofotografisch” und grammatikalische Varianten davon austauschbar mit dem Begriff ”xerografisch” verwendet. In manchen Ausführungsformen, beispielsweise im Fall der Erzeugung eines Farbbilds, werden oft einzelne Farben eines Bilds nacheinander aufgetragen. Ein ”Teilbild” ist somit ein Bild vor dem Aufbringen der letzten Farbe, durch die man das endgültige oder zusammengesetzte Farbbild erhält, und das aus einer oder mehreren Farben besteht. ”Elastisch” ist so gemeint, dass es leichte Verformbarkeit bezeichnet, wie man sie beispielsweise bei einem Band, einer Papierbahn, einer Folie und ähnlichen Gegenständen beobachtet, die, beispielsweise, zum Funktionieren mit und zur Verwendung mit, beispielsweise, Rollen anpassbar sind.
Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist ”ungefähr” so gemeint, dass es eine Abweichung von nicht mehr als 20% von einem angegebenen Wert oder einem Mittelwert bezeichnet. Andere gleichbedeutende Begriffe umfassen ”im Wesentlichen” und ”hauptsächlich” oder grammatikalische Formen davon.
In elektrofotografischen (xerografischen) Kopiergeräten oder anderen Bilderzeugungsgeräten wird auf einem Teil des Bilderzeugungsgeräts, das ein fest eingebautes Bauteil des Bilderzeugungsgeräts oder ein austauschbares Bauteil oder Modul des Bilderzeugungsgeräts sein kann, ein Lichtbild eines Originals in Form eines elektrostatischen latenten Bilds aufgezeichnet und das latente Bild wird mit Hilfe von elektroskopischen, fein verteilten, farbigen oder pigmentierten Teilchen bzw. Tonerteilchen sichtbar gemacht. Das Teil des Bilderzeugungsgeräts kann ein elastisches Element sein.
Ein elastisches Element kann ein Zwischentransferelement, beispielsweise ein Zwischentransferband (ITB), ein Fixierband, ein Anpressband, ein Transfer- und Fixierband, ein Transportband, ein Entwicklerband oder dergleichen umfassen. Solche Bauteile können eine einzige Schicht oder mehrere Schichten umfassen, beispielsweise eine Trägerschicht und ein oder mehrere Schichten mit einer bestimmten Funktion.
Somit können solche Transferelemente in einem elektrofotografischen Bilderzeugungsgerät bzw. Drucker vorhanden sein. Im Fall eines ITB wird ein Fotorezeptor elektrostatisch aufgeladen und anschließend einem Muster aus aktivierender elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise Licht, ausgesetzt, wodurch die Ladung auf der Oberfläche des Teils des Bilderzeugungsgeräts verändert wird und ein elektrostatisches latentes Bild auf der Oberfläche zurückbleibt. Das elektrostatische latente Bild wird dann an einer oder mehreren Entwicklungsstationen entwickelt, um ein sichtbares Bild oder Teilbild zu erzeugen, indem fein verteilte farbige, gefärbte oder pigmentierte elektroskopische Teilchen bzw. Tonerteilchen, beispielsweise aus einer Entwicklermischung, auf die Oberfläche des Bilderzeugungselements aufgebracht werden. Das erhaltene sichtbare Bild auf dem Fotorezeptor wird auf ein ITB übertragen, um es von diesem auf ein Aufzeichnungsmedium zu übertragen, oder um das Bild noch weiter auszugestalten, beispielsweise indem zusätzliche Farben auf nacheinander aufgezeichneten Teilbildern aufgebaut werden. Das endgültige Bild wird dann auf ein Aufzeichnungsmedium, beispielsweise ein Papier, einen Stoff, ein Polymermaterial, ein Plastikmaterial, ein Metall usw. übertragen, das in verschiedenen Formen vorliegen kann, beispielsweise als flache Oberfläche, als Blatt oder als gekrümmte Oberfläche. Die übertragenen Teilchen werden mit einem von einer Vielzahl möglicher Mittel fixiert bzw. mit dem Aufzeichnungsmedium verschmolzen, beispielsweise durch Aussetzen an eine erhöhte Temperatur oder an einen erhöhten Druck.
Ein Zwischentransferelement wird auch in Farbsystemen und anderen Mehrfachbilderzeugungssystemen verwendet. In Mehrfachbilderzeugungssystemen wird mehr als ein Bild entwickelt, d. h. eine Serie von Teilbildern. Jedes Bild wird auf dem Fotorezeptor erzeugt, an einzelnen Stationen entwickelt und auf ein Zwischentransferelement übertragen. Die Bilder können nacheinander auf dem Fotorezeptor erzeugt und entwickelt und dann auf das Zwischentransferelement übertragen werden, oder es kann jedes einzelne Bild auf dem Fotorezeptor erzeugt, entwickelt und passgenau auf das Zwischentransferelement übertragen werden, siehe hierzu beispielsweise US 5,409,557 , US 5,119,140 und US 5,099,286 .
Um einen Bildtransfer hoher Qualität zu erhalten, das heißt, um Bildverzerrungen zu minimieren, kann die Verschiebung eines Transferelements auf Grund von Störungen beim Antrieb des Transferelements verringert werden, indem die Dicke des Trägers oder Substrats verringert wird, beispielsweise auf ungefähr 50 μm. Somit kann sich die Dicke des Substrats oder Trägers in einem Bereich von ungefähr 50 μm bis ungefähr 150 μm oder von 70 μm bis ungefähr 100 μm befinden.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung ist ein Substrat von Interesse ein Polyimid, das das aus einer Polyamidocarbonsäure erhalten wird, die ein Derivat eines Ausgangsstoffs, der ein Carboxylat ist, beispielsweise eines Ausgangsstoffs, der ein Polycarboxylat ist, und die bei einer Reaktion, beim Trocknen und/oder beim Aushärten ein Polyimid bildet, das zur Verwendung als elastisches Bauteil in einem Bilderzeugungsgerät geeignet ist.
Polyamidocarbonsäuren und ihre Derivate sind kommerziell erhältlich, beispielsweise U-VARNISH-A oder U-VARNISH-S (UBE America Inc.) und Pyre-ML^®, beispielsweise RC-5019 oder 5083 (Industrial Summit Technology Co.) oder können durch Ausführen von in der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden, siehe zum Beispiel US 7,812,084 .
Wenn eine Polyamidocarbonsäure synthetisiert wird, sind geeignete Carboxylate solche, die mehrere Carboxygruppen enthalten, die in einem polaren Lösungsmittel mit einem Polyamin reagieren können.
Geeignete aromatische Polycarboxylate umfassen eine Mellitsäure, beispielsweise Pyromellitsäure (BEYO Chemical Co., Ltd.), 3,3'4,4'-Benzophenontetracarbonsäure, 3,3'4,4'-Biphenylsulfontetracarbonsäure, 1,4,5,8-Naphtalintetracarbonsäure, 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäure, 3,3',4,4'-Biphenylethertetracarbonsäure, 3,3'4,4'-Dimethyldiphenylsilantetracarbonsäure, 3,3'4,4'-Tetraphenylsilantetracarbonsäure, 1,2,3,4-Furantetracarbonsäure, 4,4'-Bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylsulfid, 4,4'-Bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylsulfon, 4,4'-Bis(3,4-dicarboxyphenoxy)diphenylpropan, 3,3'4,4'-Perfluorisopropylidendiphthalsäure, 3,3'4,4'-Biphenyltetracarbonsäure, Bis(phthalsäure)phenylphosphanoxid, p-Phenylen-bis-(triphenylphthalsäure), m-Phenylen-bis(triphenylphthalsäure), Bis(triphenylphthalsäure)-4,4'-diphenylether, Bis(triphenylphthalsäure)-4,4'-diphenylmethan und dergleichen.
Beispiele aliphatischer Polycarboxylate umfassen aliphatische oder alizyklische Tetracarbonsäuren, beispielsweise Butantetracarbonsäure, 1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäure, 1,3-Dimethyl-1,2,3,4-Cyclobutantetracarbonsäure, 1,2,3,4-Cyclopentantetracarbonsäure, 2,3,5-Tricarboxycyclopentylessigsäure, 3,5,6-Tricarboxynorbornan-2-Essigsäure, 2,3,4,5-Tetrahydrofurantetracarbonsäure, 5-(2,5-Dioxotetrahydrofuranyl)-3-methyl-3-cyclohexen-1,2-dicarbonsäure und Bicyclo[2,2,2]-oct-7-en-2,3,5,6-tetracarbonsäure; eine aliphatische Tetracarbonsäure, die einen aromatischen Ring enthält und dergleichen.
Geeignete Beispiele eines Polyamins umfassen aromatische Diamine wie beispielsweise p-Phenylendiamin, m-Phenylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Diaminodiphenylethan, 4,4'-Diaminodiphenylether, 4,4'-Diaminodiphenylsufid, 4,4'-Diaminodiphenylsulfon, 1,5-Diaminonaththalin, 3,3-Dimethyl-4,4'-diaminobiphenyl, 5-Amino-1-(4'aminophenyl)-1,3,3-trimethylindan, 6-Amino-1-(4'-aminophenyl)-1,3,3-trimethylindan, 4,4'-Diaminobenzanilid, 3,5-Diamino-3'-trifluormethylbenzanilid, 3,5-Diamino-4'trifluormethylbenzanilid, 3,4'-Diaminodiphenylether, 2,7-Diaminofluoren, 2,2-Bis(4-aminophenyl)hexafluorpropan, 4,4'-Methylen-bis(2-chloranilin), 2,2',5,5'-Tetrachlor-4,4'-iaminobiphenyl, 2,2'-Dichlor-4,4'-diamino-5,5'-dimethoxybiphenyl, 3,3'-Dimethoxy-4,4'-diaminobiphenyl, 4,4'-Diamino-2,2'-bis(trifluormethyl)biphenyl, 2,2-bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]propan, 2,2-Bis[4-(4-aminophenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 1,4-Bis(4-aminophenoxy)benzen, 4,4'-Bis(4-aminophenoxi)-biphenyl, 1,3'-Bis(4-aminophenoxy)benzen, 9,9-Bis(4-aminophenyl)fluoren, 4,4'(p-Phenylenisopropyliden)bisanilin, 4,4'(m-Phenylenisopropyliden)bisanilin, 2,2'-Bis[4-(4-amino-2)trifluormethylphenoxy)phenyl]hexafluorpropan, 4,4'-Bis[4-(4-amino-2-trifluormethyl)phenoxy]-octafluorobiphenyl, 4,4'-Oxydianilin, aromatische Diamine, die zwei an einen aromatischen Ring gebundene Aminogruppen und ein Heteroatom, das kein Stickstoffatom in einer der Aminogruppen ist, enthalten, beispielsweise Diaminotetraphenylthiophen; aliphatische Diamine und alizyklische Diamine wie beispielsweise 1,1-m-Xylylendiamin, 1,3-Propandiamin, Tetramethylendiamin, Pentamethylendiamin, Octamethylendiamin, Nonamethylendiamin, 4,4-Diaminoheptamethylendiamin, 1,4-Diaminocyclohexan, Isophorondiamin, Tetrahydrodicyclopentadienylendiamin, Hexahydro-4,7-methanoindanylendiamin, Tricyclo[6,2,1,02.7]-undecylendimethyldiamin, 4,4'-Methylenbis(cyclohexylamin); und dergleichen.
Beispiele polarer organischer Lösungsmittel, die zur Herstellung einer Polyamidocarbonsäure von Interesse verwendet werden können, umfassen Sulfoxid-basierte Lösungsmittel wie beispielsweise Dimethylsulfoxid und Diethylsulfoxid, Formamid-basierte Lösungsmittel wie beispielsweise N,N-Dimethylformamid und N,N-Diethylformamid, Acetamid-basierte Lösungsmittel wie beispielsweise N,N-Dimethylacetamid und N,N-Diethylacetamid, Pyrrolidon-basierte Lösungsmittel wie beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon und N-Vinyl-2-pyrrolidon, Phenolbasierte Lösungsmittel wie beispielsweise Phenol, o-Kresol, m-Kresol, p-Kresol, Xylenol, halogenierte Phenole und Brenzcatechin, etherbasierte Lösungsmittel wie beispielsweise Tetrahydrofuran, Dioxan, und Dioxolan, Alkoholbasierte Lösungsmittel wie beispielsweise Methanol, Ethanol und Butanol, Cellosolve-Lösungsmittel wie beispielsweise Butylcellosolve, Hexamethylphosphoramid, γ-Butyrolacton und dergleichen. Das Lösungsmittel kann allein oder in einer Kombination von zwei oder mehr Lösungsmitteln verwendet werden.
Die Reaktionstemperatur während der Polymerisation einer Polyamidocarbonsäure kann sich im Bereich von ungefähr 0°C bis ungefähr 80°C befinden.
Die filmbildende Zusammensetzung, die eine Polyamidocarbonsäure und/oder ein Derivat einer Polyamidocarbonsäure enthält, enthält ein internes Trennmittel, beispielsweise ein nichtaromatisches Amin-neutralisiertes Phosphat, einen Amin-neutralisierten Phosphorsäureester, ein Amin-neutralisiertes Phosphat oder eine Phosphorsäure, die Schwefel oder eine schwefelhaltige Gruppe enthält usw. Beispiele geeigneter kommerziell verfügbarer Schmiermittel umfassen ein VANLUBE^®, beispielsweise 672 oder 9123 (R. T. Vanderbilt Co., Inc.) und ein ADDITIN^®, beispielsweise RC3740, RC3760 oder RC3775 (Rhein Chemie Corp.).
Das interne Trennmittel kann in der filmbildenden Zusammensetzung in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-%, von ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 3 Gew.-%, von ungefähr 0,8 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-%, oder ungefähr 1 Gew.-% vorhanden sein.
Die filmbildende Zusammensetzung, die eine Polyamidocarbonsäure und/oder ein Polyamidocarbonsäurederivat enthält, kann wahlweise ein Polysiloxan-Tensid enthalten, um die Gleichmäßigkeit, Glätte usw. der Oberfläche zu verbessern. Geeignete Beispiele umfassen polyethermodifizierte und/oder polyestermodifizierte Polydimethylsiloxane, die hydroxyliert sein können, oder silikonmodifizierte Polyacrylate. Beispiele kommerziell erhältlicher Silikontenside umfassen ein BYK^®-Additiv, beispielsweise 310, 330 und 375, und BYK^®-SILCLEAN 3700.
Das Polysiloxan-Tensid kann in der filmbildenden Zusammensetzung in einer Menge von ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-%, von ungefähr 0,01 Gew.-% bis ungefähr 1 Gew.-%, von ungefähr 0,02 Gew.-% bis ungefähr 0,5 Gew.-%, oder ungefähr 0,3 Gew.-% vorhanden sein.
Ein Transferelement bzw. Transferbauteil ist im Allgemeinen eines, bei dem die Oberfläche, die dafür vorgesehen ist, ein Bild zu tragen, eine niedrige Oberflächenenergie aufweist, das heißt, ein Material, das ein darauf verteiltes elektrisch leitfähiges Medium umfasst, das einen Kontaktwinkel von nicht weniger als ungefähr 70° oder zumindest ungefähr 70° mit einem Wassertropfen aufweist, was durch die Benetzbarkeit mit Wasser dargestellt wird. Der hierin verwendete Begriff ”Benetzbarkeit mit Wasser”, ist so gemeint, dass er den Kontaktwinkel eines Materials, das die Oberflächenschicht einer Probe bildet, mit einem Wassertropfen, der sich darauf befindet, bezeichnet.
Der Kontaktwinkel mit einem Wassertropfen kann bei Raumtemperatur (ca. 23°C) mit einem Kontaktwinkel-Messgerät des Modells OCA15 der Dataphysics Instruments GmbH gemessen werden. Kontaktwinkel mit anderen Flüssigkeiten können mit der gleichen Methode gemessen werden.
Zu dem Substrat oder zu einer Schicht, die sich auf dessen Oberfläche befindet, können Materialien hinzugefügt werden, die eine elektrische Eigenschaft beeinflussen, um elektrische Eigenschaften, wie beispielsweise den spezifischen Oberflächenwiderstand und den spezifischen Volumenwiderstand, die Dielektrizitätskonstante und die elektrische Ableitfähigkeit einzustellen. Im Allgemeinen können Materialien, die eine elektrische Eigenschaft beeinflussen, anhand des gewünschten spezifischen Widerstands der Folie gewählt werden. Es können hohe Volumenanteile bzw. Gehalte des eine elektrische Eigenschaft beeinflussenden Materials verwendet werden, so dass die Anzahl leitfähiger Pfade immer deutlich oberhalb der Perkolationsschwelle liegt, wodurch extreme Schwankungen des spezifischen Widerstands vermieden werden. Die Perkolationsschwelle einer Zusammensetzung ist eine Volumenkonzentration einer dispersen Phase, unterhalb derer so wenig Kontakt zwischen den Teilchen auftritt, dass die miteinander verbundenen Bereiche klein sind. Bei Konzentrationen, die größer sind als die Perkolationsschwelle, sind die miteinander verbundenen Gebiete groß genug, um sich durch das Volumen der Folie zu erstrecken, siehe beispielsweise Scher et al., J Chem Phys, 53(9)3759–3761, 1970, worin die Auswirkungen der Dichte bei Perkolationsprozessen diskutiert werden.
Die Teilchenform eines Materials, das eine elektrische Eigenschaft beeinflusst, kann den Volumengehalt beeinflussen. Der Volumengehalt kann davon abhängen, ob die Teilchen beispielsweise sphärisch, rund, unregelmäßig, kugelig, schwammartig oder eckig sind, oder die Form von Flocken oder Blättchen haben. Bei Teilchen mit einem großen Aspektverhältnis ist kein so hoher Gehalt erforderlich wie bei Teilchen mit einem relativ geringeren Aspektverhältnis. Teilchen, die relativ hohe Aspektverhältnisse aufweisen, umfassen Flocken und Blättchen. Sphärische und runde Teilchen sind Teilchen, die ein relativ geringeres Aspektverhältnis aufweisen.
In der Praxis befindet sich die Perkolationsschwelle innerhalb eines Bereichs von wenigen Volumenprozenten, abhängig vom Aspektverhältnis der vorhandenen Teilchen. Für jeden bestimmten spezifischen Widerstand der Teilchen kann man den spezifischen Widerstand der beschichteten Folie über ungefähr eine Größenordnung variieren, indem man den Volumenanteil der Teilchen mit elektrischem Widerstand in der Schicht verändert. Die Veränderung des Volumengehalts ermöglicht eine Feinabstimmung des spezifischen Widerstands.
Der spezifische Widerstand ändert sich ungefähr linear mit dem spezifischen Volumenwiderstand der einzelnen Teilchen und dem Volumenanteil der Teilchen in dem Träger oder der Schicht. Die beiden Parameter können unabhängig voneinander gewählt werden. Für jeden bestimmten spezifischen Widerstand der Teilchen kann der spezifische Widerstand des Bauteils um ungefähr eine Größenordnung verändert werden, indem der Volumenanteil der Teilchen verändert wird. Der spezifische Volumenwiderstand der Teilchen wird vorzugsweise so gewählt, dass er um bis zu drei Größenordnungen niedriger ist als der gewünschte spezifische Volumenwiderstand des Bauteils. Wenn die Teilchen in einer Menge, die oberhalb der Perkolationsschwelle liegt, in den Träger oder die Schicht gemischt werden, kann der spezifische Widerstand des erhaltenen Verstärkungselements bei sich vergrößerndem Gehalt proportional zu diesem abnehmen. Eine Feinabstimmung des endgültigen spezifischen Widerstands kann auf Grundlage dieser proportionalen Änderung des Widerstands erfolgen.
Der spezifische Volumenwiderstand eines Materials ist eine dem Material innewohnende Eigenschaft und kann anhand einer Probe mit gleichförmigem Querschnitt bestimmt werden. Den spezifischen Volumenwiderstand erhält man, indem man den elektrischen Widerstand einer solchen Probe mit der Querschnittsfläche multipliziert und durch die Länge der Probe dividiert. Der spezifische Volumenwiderstand kann bis zu einem gewissen Grad von der angelegten Spannung abhängen.
Der Oberflächen- oder Schichtwiderstand (ausgedrückt als Ohm/Quadrat, Ω/☐) ist keine einem Material innewohnende Eigenschaft, da diese Messgröße von der Dicke des Materials und von Verunreinigungen der Materialoberfläche, beispielsweise mit kondensierter Feuchtigkeit, abhängt. Wenn Oberflächeneffekte vernachlässigbar sind und der spezifische Volumenwiderstand isotrop ist, erhält man den spezifischen Oberflächenwiderstand, indem man den spezifischen Volumenwiderstand durch die Dicke des Verstärkungsbauteils dividiert. Der spezifische Oberflächenwiderstand einer Folie kann ohne Kenntnis der Foliendicke gemessen werden, indem man den elektrischen Widerstand zwischen zwei parallelen Kontakten, die auf der Oberfläche der Folie platziert sind, misst. Wenn man den spezifischen Oberflächenwiderstand unter Verwendung von parallelen Kontakten misst, verwendet man Längen der Kontakte, die um ein Mehrfaches länger als die Lücke zwischen den Kontakten sind, so dass Randeffekte im Wesentlichen keinen Fehler verursachen. Der spezifische Oberflächenwiderstand ist das Produkt aus dem gemessenen elektrischen Widerstand mit dem Verhältnis zwischen der Länge der Kontakte und der Größe der Lücke zwischen den Kontakten.
Es können Teilchen gewählt werden, die einen spezifischen Volumenwiderstand haben, der etwas kleiner als der gewünschte spezifische Volumenwiderstand des hergestellten Bauteils ist. Die Materialien, die eine elektrische Eigenschaft beeinflussen, umfassen Pigmente, quaternäre Ammoniumsalze, Kohlenstoffe, Farbstoffe, leitfähige Polymere und dergleichen, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Ein Beispiel für einen Ruß ist Special Black 4 (Evonik Industries). Die Materialien, die eine elektrische Eigenschaft beeinflussen, können in Mengen im Bereich von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 50 Gew.-% des Gesamtgewichts des Trägers oder der Schicht oder in Mengen im Bereich von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% des Gesamtgewichts des Trägers oder der Schicht zugefügt werden.
Auf diese Weise können beispielsweise Ruß-Systeme verwendet werden, um eine Schicht oder mehrere Schichten leitfähig zu machen. Das kann erreicht werden, indem mehr als eine Art Ruß verwendet wird, das heißt zum Beispiel, Ruße mit unterschiedlicher Teilchengeometrie, unterschiedlichem spezifischen Widerstand, unterschiedlicher Chemie, unterschiedlich großer Oberfläche und/oder unterschiedlicher Größe. Es können auch eine Art Ruß oder mehr als eine Art Ruß zusammen mit anderen leitfähigen Füllstoffen, die nicht Ruß sind, verwendet werden.
Ein Beispiel, in dem mehr als eine Art Ruß verwendet wird, wovon sich jede in mindestens einer charakteristischen Eigenschaft von der anderen Art Ruß unterscheidet, umfasst eine Mischung aus einem strukturierten Ruß, wie beispielsweise VULCAN^® XC72, der einen steil ansteigenden spezifischen Widerstand aufweist, mit einem niedriger strukturierten Ruß, wie beispielsweise REGAL^® 250R, der bei höherem Füllstoffgehalt einen geringeren spezifischen Widerstand aufweist. Der gewünschte Zustand ist eine Kombination aus zwei Arten von Ruß, die bei relativ geringem Füllstoffgehalt eine ausgewogen abgestimmte Leitfähigkeit ergibt, wodurch die mechanischen Eigenschaften verbessert werden können.
Ein anderes Beispiel, in dem Ruße gemischt werden, umfasst einen Ruß oder Graphit, der eine kugelförmige, flockenförmige, plättchenförmige, faserförmige, nadelkristallförmige oder rechteckige Teilchenform aufweist, und der in Kombination mit einem Ruß oder Graphit mit einer anderen Teilchenform verwendet wird, um eine gute Füllstoffdichte und damit eine gute Leitfähigkeit zu erhalten. Beispielsweise kann ein Ruß oder Graphit mit einer kugeligen Form zusammen mit einem Ruß oder Graphit mit einer Blättchenform verwendet werden. Das Verhältnis der Ruß- oder Graphit-Fasern zu den Kugeln kann ungefähr 3:1 betragen.
Entsprechend können sich bei Verwendung von Rußen oder Graphiten mit relativ kleiner Teilchengröße in Kombination mit Rußen oder Graphiten mit relativ großer Teilchengröße die kleineren Teilchen in den Packungshohlräumen des Polymer-Substrats anordnen und den Kontakt zwischen den Teilchen verbessern. Es kann beispielsweise ein Ruß mit einer relativ großen Teilchengröße im Bereich von ungefähr 1 μm bis ungefähr 100 μm oder von ungefähr 5 μm bis ungefähr 10 μm zusammen mit einem Ruß mit einer Teilchengröße von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 1 μm oder von ungefähr 0,05 μm bis etwa 0,1 μm verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform kann eine Rußmischung einen ersten Ruß mit einer BET-Oberfläche im Bereich von ungefähr 30 m²/g bis ungefähr 700 m²/g und einen zweiten Ruß mit einer BET-Oberfläche im Bereich von ungefähr 150 m²/g bis ungefähr 650 m²/g umfassen.
Zur Messung der BET-Oberfläche, die gemäß DIN 66132/DIN EN ISO 9277 erfolgen kann, wird eine Probe in ein Messgefäß abgewogen und es wird für jeden Zieldruck eine Menge von Stickstoff bestimmt, die zugeführt werden muss, damit der Zieldruck erreicht wird. Die Messung wird bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs (–196°C) durchgeführt. Aus den bei jedem Druck adsorbierten Gasmengen wird mit Hilfe der Erweiterung der Langmuir'schen kinetischen Adsorptionstheorie nach Brunauer, Emmett und Teller (BET-Theorie) die Oberfläche berechnet. Die mit dem Einpunkt-Verfahren erhaltenen Oberflächen werden als BET-Oberfläche angegeben.
Es können auch Kombinationen aus unterschiedlichen spezifischen Widerständen verwendet werden, um eine geringe Änderung des spezifischen Widerstands mit dem Füllstoffgehalt zu erhalten. Beispielsweise kann ein Ruß oder anderer Füllstoff mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 10^–1 bis ungefähr 10³ Ohm cm oder ca. 10^–1 bis etwa 10² Ohm cm in Kombination mit einem Ruß oder anderem Füllstoff mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 10³ bis ungefähr 10⁷ Ohm cm verwendet werden.
Bei der Herstellung eines Endlosbands aus Polyimid für eine Bilderzeugungsvorrichtung unter Verwendung einer Polyamidocarbonsäurezusammensetzung gemäß der vorliegenden Beschreibung kann sich die Menge des Rußes in einem Bereich von ungefähr 0 bis ungefähr 20 Gewichtsanteilen, oder ungefähr 5 bis ungefähr 10 Gewichtsanteilen, bezogen auf 100 Gewichtsanteile der Polyamidocarbonsäure in der polyamidocarbonsäurehaltigen filmbildenden Zusammensetzung, befinden.
Neben Rußen können zu dem Polymer, dem Kunstharz oder der filmbildenden Zusammensetzung andere Füllstoffe hinzufügt und darin verteilt werden. Geeignete Füllstoffe umfassen Metalloxide, wie beispielsweise Magnesiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Bariumoxid, Bariumtitanat, Berylliumoxid, Thoriumoxid, Siliziumoxid, Titandioxid und dergleichen; Nitride, wie beispielsweise Siliziumnitrid, Bornitrid und dergleichen; Carbide wie beispielsweise Titancarbid, Wolframcarbid, Borcarbid, Siliziumcarbid, und dergleichen; und zusammengesetzte Metalloxide, wie Zirkon (ZrO₂·Al₂O₃), Spinell (MgO·Al₂O₃), Mullit (3Al₂O₃·2SiO₂), Sillimanit (Al₂O₃·SiO₂) und dergleichen; Glimmer und Kombinationen davon. Optionale Füllstoffe können in der Beschichtung aus einer Mischung von Ruß und Polymer in einer Menge von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 75 Gew.-% des Gesamtfeststoffanteils oder von ungefähr 40 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% des Gesamtfeststoffanteils vorhanden sein.
Der spezifische Oberflächenwiderstand der Beschichtungsschicht kann im Bereich von ungefähr 10⁷ Ω/☐ bis ungefähr 10¹³ Ω/☐, von ungefähr 10⁸ Ω/☐ bis ungefähr 10¹² Ω/☐ oder von ungefähr 10⁹ Ω/☐ bis etwa 10¹¹Ω/☐ liegen.
In einer anderen Ausführungsform hat die Schicht eine dielektrische Dicke im Bereich von ungefähr 1 μm bis ungefähr 10 μm oder von ungefähr 4 μm bis ungefähr 7 μm.
Die dielektrische Dicke erhält man durch eine Messung der Dicke der Ladungstransportschicht eines Fotoleiters, die aus einer lichtinduzierten Entladungskurve (PIDC, die englische Abkürzung steht für „photoinduced discharge curve”) bestimmt werden kann. Die physikalische Dicke der Ladungstransportschicht ist unter der Annahme einer Dielektrizitätskonstante gleich 3 dreimal so groß wie die dielektrische Dicke. Die Dicke der dünnen isolierenden Schicht kann somit im Bereich von ungefähr 3 μm bis ungefähr 30 μm oder von ungefähr 12 μm bis ungefähr 21 μm liegen.
Die Härte der Beschichtung kann kleiner als ungefähr 85 Shore A sein, im Bereich von ungefähr 45 Shore A bis ungefähr 65 Shore A liegen, oder im Bereich von ungefähr 50 Shore A bis ungefähr 60 Shore A liegen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Oberfläche einen Wasser-Kontaktwinkel von mindestens ungefähr 60°, mindestens ungefähr 75°, mindestens ungefähr 90° oder mindestens ungefähr 95° aufweisen.
Transferelemente können unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren angefertigt werden. Die Polyamidocarbonsäurezusammensetzung wird durch Mischen und Dispergieren ihrer Bestandteile in einer Dispergiermaschine oder einem Mischgefäß zubereitet, und dann wird die Mischung unter Verwendung von Verfahren wie beispielsweise den in der US 4,747,992 , der US 7,593,676 , oder der US 4,952,293 beschriebenen Verfahren auf dem Formenwerkzeug, dem Dorn oder der Form, die aus einem Kunststoff, einem Glas, einem Keramikmaterial, Edelstahl usw. bestehen kann, aufgetragen. Weitere Techniken zum Auftragen von Material umfassen flüssige und trockene Pulverbeschichtung, Tauch-Beschichten, Beschichtung mittels eines drahtumwickelten Rundstabs (wire wound rod coating), Fluten, Wirbelsinterbeschichten, Pulverbeschichten, elektrostatisches Sprühen, Ultraschallsprühen, Rakelstreichverfahren und dergleichen. Wenn eine Beschichtung durch Sprühen aufgetragen wird, kann das Sprühen mechanisch und/oder elektrisch unterstützt werden, beispielsweise durch elektrostatisches Sprühen.
Man lässt den Film bei einer geeigneten Temperatur trocknen und/oder aushärten; dann wird die aus dem Film entstandene Folie aus der Form entfernt. Da die Folie von Interesse selbstablösend ist, ist es nicht notwendig, zu der Form, dem Dorn oder dem Formenwerkzeug ein Trennmittel wie beispielsweise eine silikonbasierte oder fluorbasierte Zusammensetzung hinzuzugeben, bevor die filmbildende Zusammensetzung darauf oder darin aufgetragen wird. Mit „selbstablösend” ist gemeint, dass sich eine ausgehärtete oder gebildete Folie ohne Bedienereingriffe oder mit minimalen Bedienereingriffen von der Form oder dem Formenwerkzeug löst.
In Fällen, in denen eine filmbildende Lösung oder Zusammensetzung auf eine Form, einen Dorn, einem Formenwerkzeug oder dergleichen aufgetragen wird, ist es wünschenswert, dass die gebildete Folie unversehrt und mit minimalen Beschädigungen, sowie mit geringen Schwierigkeiten, geringen Bedienereingriffen oder beidem entfernt werden kann. Durch den Polyamidocarbonsäure-Ausgangsstoff in der Lösung, die direkt auf die Form, den Dorn, das Formenwerkzeug oder dergleichen aufgetragen wird, wird das anschließende leichte Entfernen der getrockneten und/oder ausgehärteten Folie von diesem erleichtert oder verbessert.
Die Folie kann nahtlos sein oder verwendet werden, um, wie in der Technik bekannt, ein Bauteil mit einer Naht herzustellen.
Beispiel 1
Ruß Special Black 4 (Evotik Industries), Polyamidocarbonsäure aus Pyromellitsäure/4,4Oxydianilin, Pyre-ML RC5019 (Industrial Summit Technology Corp.), VANLUBE 672 (R. T. Vanderbilt Co.) und BYK 310 in einem Gewichtsverhältnis von 14/85,45/0,5/0,05 wurden mit einem Anteil von ungefähr 13 Gew.-% Feststoffen in N-Methyl-2-Pyrrolidon aufgelöst. Nach 120 Minuten Kugelmahlen wurde ein Edelstahlsubstrat mit Hilfe eines 10-mil Bird-Applikators mit der Lösung beschichtet, und die Lösung wurde 30 Minuten lang bei 125°C, 30 Minuten lang bei 190°C und anschließend 60 Minuten lang bei 320°C getrocknet und ausgehärtet.
Die Folie löste sich ohne weiteres von der Edelstahlform ab. Die Folie hatte eine Dicke von ungefähr 80 μm, eine glatte Oberfläche und es trat keine Kräuselung auf.
Beispiel 2

Das ITB aus Beispiel 1 und eine kommerziell erhältliche Vorrichtung wurden unter Verwendung von in der Technik bekannten Materialien und Verfahren auf verschiedene Eigenschaften hin getestet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben.

	spezifischer Oberflächenwiderstand (Ω/☐)	Youngscher Elastizizitätsmodul (Mpa)	Ablösen des ITB vom Metallsubstrat
ITB von Interesse	4,3 × 10¹⁰	3300	selbstablösend
Fuji Xerox ITB aus Polyimid und Ruß	1,6 × 10¹¹	3400	Auftragen von Trennmittel auf das Substrat erforderlich

Das ITB von Interesse wurde auch wie in der Technik bekannt auf die Wärmeausdehnung hin getestet. Das ITB von Interesse hatte einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 47 ppm, was mit dem des Fuji Xerox ITB vergleichbar ist.
Das Verfahren zur Messung des spezifischen Oberflächenwiderstands ist oben beschrieben.
Der Young'sche Elastizitätsmodul wurde mit dem Verfahren gemäß ASTM D882-97 gemessen. Es wurde eine Probe mit einer Größe von 50.8 mm (2 Inch) × 279.4 mm (11 Inch) in einem Messinstrument, einem Instron Tensile Tester, platziert und bei konstanter Ziehgeschwindigkeit in die Länge gezogen, bis sie riss. Währenddessen zeichnete das Instrument die Kraft in Abhängigkeit von der Längenänderung auf. Den Elastizitätsmodul erhält man, indem man eine Tangente an einem Punkt im anfänglichen, lineare Teil der Kurve bestimmt und die Zugspannung durch die Dehnung dividiert. Die Zugspannung erhält man, in dem man die Kraft durch die mittlere Querschnittsfläche der Probe dividiert.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient wurde mit Hilfe eines thermomechanischen Analysators (TMA, die englische Abkürzung steht für „thermo-mechanical analyzer”) gemessen. Die Probe wurde unter Verwendung einer Rasierklinge und eines Metall-Schneidwerkzeugs in 4 mm breite Stücke geschnitten. Ein Stück wurde in die Halterungen des TMA eingesetzt, wobei ein Abstand von 8 mm verwendet wurde. Die Probe wurde mit einer Kraft von 0,05 N vorgespannt. Den Wert des Wärmesausdehnungskoeffizienten erhält man durch einen linearen Fit der Daten im Temperaturbereich von –20°C bis 50°C, für den die Daten aus dem zweiten Erwärmungs- und Abkühlungszyklus verwendet wurden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7677848 [0004]
US 2010/0279217 [0004]
US 5409557 [0023]
US 5119140 [0023]
US 5099286 [0023]
US 7812084 [0026]
US 4747992 [0060]
US 7593676 [0060]
US 4952293 [0060]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Scher et al., J Chem Phys, 53(9)3759–3761, 1970 [0039]
DIN 66132 [0051]
DIN EN ISO 9277 [0051]
ASTM D882-97 [0069]

Claims

Selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement, das eine Polyamidocarbonsäure und ein Amin-neutralisiertes Phosphat oder eine Phosphorsäure enthält.
Selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 1, das zusätzlich ein Material zum Beeinflussen einer elektrischen Eigenschaft enthält.
Selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 1, wobei das Phosphat oder die Phosphorsäure in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% vorhanden ist.
Selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 2, wobei das Material zum Beeinflussen einer elektrischen Eigenschaft einen Ruß umfasst.
Selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 2, wobei das Material in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% vorhanden ist.
Selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 1, das zusätzlich ein Polysiloxan-Tensid enthält.
Selbstablösendes elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 6, wobei das Tensid in einer Menge von ungefähr 0,05 Gew.-% bis ungefähr 2 Gew.-% vorhanden ist.
Bilderzeugungsgerät, das das Zwischentransferelement gemäß Anspruch 1 umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines elastischen Bauteils für ein Bilderzeugungsgerät, umfassend: Auftragen einer filmbildenden Zusammensetzung, die eine Polyamidocarbonsäure sowie ein Amin-neutralisiertes Phosphat oder eine Phosphorsäure enthält, auf eine Form, um das Bauteil zu bilden; und Entfernen des Bauteils von der Form, wobei kein zusätzliches Trennmittel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Lösung zusätzlich ein Polysiloxan-Tensid enthält.