DE102012202114A1

DE102012202114A1 - Endlose, elastische, zweischichtige und phosphorhaltige Bauteile für Bilderzeugungsgeräte

Info

Publication number: DE102012202114A1
Application number: DE102012202114A
Authority: DE
Inventors: Jin Wu; Yuhua Tong; Brian P. Gilmartin; Robert J. Meyer
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: US20120207521A1; JP2012168524A

Abstract

Elastische Bauteile zur Verwendung in Bilderzeugungsgeräten umfassen zwei Schichten, wobei die obere bzw. zweite Schicht ein phosphorhaltiges Polyamidimid umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung eines elastischen Transferelements, insbesondere eines Zwischentransferbands (Intermediate Transfer Belt, ITB), 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 schließlich das Tonerbild an einer vorbestimmten Übertragungsposition auf ein Aufzeichnungsmedium bzw. aufnehmendes Medium, wodurch auf diesem ein Bild erzeugt wird.
In einer solchen Bilderzeugungsvorrichtung wird im Prozess der Bilderzeugung und Bildentwicklung ein elastisches Bauteil, insbesondere 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 oder 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 US 7,677,848 und US 2010/0279217 .
Bilderzeugungsgeräte mit hoher Lebensdauer, die in der Lage sind, beispielsweise Temperaturschwankungen und intensiver Benutzung zu widerstehen, sind wünschenswert. Deshalb sind Materialien, mit denen die Leistungsfähigkeit elastischer Bauteile verbessert werden kann, wünschenswert.
Ein Ansatz zum Verlängern der Lebensdauer und zum Erweitern der Funktionen eines elastischen Bauteils ist, mehrere Schichten zu verwenden, von denen jede eine andere und jeweils dem Erreichen eines bestimmten Ziels dienende Funktion hat. Beispielsweise kann eine untere Oberfläche eines elastischen Bauteils die Eigenschaft haben, sich ohne weiteres von einer Form, einem Dorn oder einem Formenwerkzeug zu lösen und die obere Oberfläche des Bauteils, die beispielsweise ein Bild oder ein Teilbild aufnehmen kann, kann einen hohen spezifischen Widerstand haben. Eine solche Verteilung der Funktionen kann erreicht werden, indem man eine erste oder untere Schicht mit der Eigenschaft, sich leicht von einer Form zu lösen und eine darauf angeordnete zweite oder obere Schicht mit hohem spezifischen Widerstand verwendet.
Polyamidimide und Polyimide werden häufig zur Herstellung elastischer Bauteile verwendet, da diese Polymere günstige mechanische Eigenschaften haben. Diese Polymere sind jedoch hydrophil und die damit verbundenen feuchtigkeitsanziehenden Eigenschaften können negative Auswirkungen auf den Bildtransfer haben.
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, regelmäßig ist und möglichst geringe Unvollkommenheiten, die beispielsweise wegen der feuchtigkeitsanziehenden Eigenschaften einer Oberflächenschicht oder Oberfläche entstehen können, aufweist. Eine stärkere wasserabweisende Wirkung der Oberflächenschicht kann die Bildqualität verbessern.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein elastisches Bauteil, das eine weniger feuchtigkeitsanziehende Oberfläche hat als die bisher verwendeten elastischen Bauteile, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein elastisches Bauteil, das eine Oberfläche mit flammenhemmenden Eigenschaften hat, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen.
Ein elastisches Zwischentransferelement gemäß der Erfindung umfasst die in Anspruch 1 definierten Merkmale.
Ein Verfahren zu Herstellung eines Zwischentransferbands für ein elektrofotografisches Bilderzeugungsgerät gemäß der Erfindung umfasst die in Anspruch 6 definierten Merkmale.
Auführungsformen der Erfindung können die in den abhängigen Ansprüchen definierten Merkmale aufweisen.
Gemäß hierin beschriebenen Aspekten der Erfindung wird eine filmbildende Zusammensetzung für die Herstellung elastischer Bauteile zur Verwendung in der Elektrofotografie bereitgestellt, insbesondere ein elastisches Bildtransferelement, insbesondere ein Zwischentransferband (ITB), das eine erste oder untere Schicht, die ein Polyimid oder ein Polyamidimid enthält und eine oberhalb dieser angeordnete zweite oder obere Schicht, die ein phosphorhaltiges Polyamidimid enthält, aufweist.
Eine andere beschriebene Ausführungsform umfasst eine Bilderzeugungs- oder Druckvorrichtung mit einem elastischen Bauteil, das eine erste oder untere Schicht, die ein Polyimid oder ein Polyamidimid enthält, und eine auf dieser angeordnete zweite oder obere Schicht, die ein phosphorhaltiges Polyamidimid enthält, aufweist.
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 Teil des Bilderzeugungsgeräts oder ein austauschbares Teil oder Modul des Bilderzeugungsgeräts sein kann, ein Lichtbild 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 Bauteil sein.
Ein elastisches Bauteil 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 ein oder mehrere Schichten, beispielsweise eine Trägerschicht und ein oder mehrere Schichten mit einer bestimmten Funktion umfassen.
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 eines fotoaktiven Teils des Bilderzeugungsgeräts verändert wird und darauf ein elektrostatisches latentes Bild 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 Bilderzeugungsbauteils aufgebracht werden. Das erhaltene sichtbare Bild auf dem Fotorezeptor wird auf ein ITB übertragen, um es 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 einem Mehrfachbilderzeugungssystem 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 .
Es kann wünschenswert sein, die Übertragung von überschüssigem Entwickler oder überschüssigem Entwicklerträgermedium auf das Aufzeichnungsmedium, das beispielsweise Papier sein kann, zu minimieren. Es kann deshalb vorteilhaft sein, das entwickelte Bild auf dem Fotorezeptor auf eine Zwischentransferbahn, ein Zwischentransferband, eine Zwischentransferrolle bzw. ein Zwischentransferelement zu übertragen, und anschließend das entwickelte Bild von dem Zwischentransferelement auf ein dauerhaftes bzw. endgültiges Substrat zu übertragen.
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 umfasst ein elastisches Bauteil von Interesse eine erste Schicht, die ein Polyimid oder Polyamidimid enthält, wobei in der Technik bekannte Materialien und Verfahren verwendet werden können, siehe beispielsweise US 6,489,020 , US 6,733,943 und US 7,139,519 . Zusätzlich zu dieser bzw. darauf angebracht ist eine zweite Schicht bzw. Oberflächenschicht vorhanden, die ein phosphorhaltiges Polyamidimid enthält, das zur Verwendung als ein elastisches Bauteil in einem Bilderzeugungsgerät geeignet ist, und das zusätzliche den Vorteil hat, dass es flammenhemmend ist.
Geeignete Polyimide, die in der ersten Schicht verwendet werden können, sind kommerziell erhältlich, beispielsweise KAPTON^®, erhältlich von E. I. DuPont und IMIDEX^® von Boedeker Plastics, Inc. Geeignete Polyimide sind unter anderem solche, die aus verschiedenen Diaminen und Dianhydriden hergestellt sind; ein SILTEM-Kunststoff, beispielsweise STM-1300, erhältlich von SABIC; aromatische Polyimide, die durch eine Reaktion von beispielsweise einer Pyromellitsäure und einem Diaminodiphenylether hergestellt sind; durch Imidisierung von Copolymersäuren, beispielsweise Biphenyltetracarbonsäure und Pyromellitsäure mit zwei aromatischen Diaminen, beispielsweise p-Phenylendiamin und Diaminodiphenylether, oder Pyromellitsäuredianhydrid und Benzophenontetracarboxyldianhydrid-Copolymersäuren, die man mit 2,2-Bis[4-(8-aminophenoxy)phenoxy]-hexafluorpropan reagieren lässt; solche, die 1,2,1',2'-Biphenyltetracarboximid und p-Phenylengruppen enthalten, wie beispielsweise ein UPILEX^®-Polymer, erhältlich von UBE Industries; solche, die eine Biphenyltetracarboximid-Funktionalität mit einer Diphenylether-Endspacercharakteristik (biphenyltetracarboximide functionality with a diphenylether end spacer characterization) aufweisen; und dergleichen. Mischungen aus Polyimiden können ebenfalls verwendet werden. Geeignete Polyamidimide, die in der ersten Schicht verwendet werden können, sind kommerziell erhältlich, beispielsweise ein VYLOMAX^®, insbesondere HR-11N, HR-16N und HR-66N, Toyobo, Japan. Mischungen aus Polyamidimiden können verwendet werden. Eine Mischung aus Polyimid und einem Polyamidimid kann ebenfalls verwendet werden.
Ein Ausgangsstoff, der ein oder mehrere Phosphoratome und mehrere Amingruppen enthält, und zur Herstellung einer zweiten Schicht aus einem Polyamidimid verwendet werden kann, kann kommerziell erhalten oder synthetisiert werden. Beispielsweise werden ein Amin, ein Amin mit einer Carbonylgruppe, beispielsweise ein Aminophenon oder eine Aminosäure und eine phosphorhaltige Verbindung, beispielsweise ein Phosphat, in Anwesenheit einer starken organischen Säure zusammengebracht, um ein phosphorhaltiges Amin zu bilden, das in einer Polyamidimid-Polymerisationsreaktion als Ausgangsstoff verwendet werden kann. Das genaue Amin, das genaue Amin mit einer Carbonylgruppe und die genaue phosphorhaltige Verbindung, die für die Reaktion ausgewählt werden, stellen eine Wahlmöglichkeit für die Ausführung dar, da die anderen Teile von jedem der Ausgangsstoffe, die R-Gruppen, zur Struktur des gebildeten Polyamidimids beitragen.
Das Amin kann ein primäres Amin, aber, als eine Wahlmöglichkeit für die Ausführung, auch ein sekundäres oder tertiäres Amin sein. Die Aminogruppen werden so ausgewählt, dass sichergestellt ist, dass die Polymerisationsreaktion nicht übermäßig erschwert wird. Die R-Gruppen können beispielsweise eine aliphatische Gruppe, eine aromatische Gruppe oder eine Kombination davon enthalten, und Heteroatome aufweisen. Ein Beispiel ist Anilin, das einen Benzolring für das endgültige Polyamidimid bereitstellt.
Das Amin mit der Carbonylgruppe kann wiederum ein primäres Amin sein, aber als eine Wahlmöglichkeit für die Ausführung kann auch ein sekundäres oder tertiäres Amin verwendet werden. Die Aminogruppen werden so ausgewählt, dass sichergestellt ist, dass die Polymerisationsreaktion nicht unnötig behindert wird. Auch die Positionen der Amingruppe bzw. der Amingruppen und der Carbonylgruppe bzw. der Carbonylgruppen werden so ausgewählt, dass die anschließende Polymerisationsreaktion nicht unnötig behindert wird. Ein Beispiel ist eine Aminosäure oder, als ein Beispiel für ein Aminphenon, 4-Aminoacetophenon. Letzteres steuert zu dem endgültigen Polyamidimid eine Ethylbenzolgruppe bei.
Die phosphorhaltige Verbindung kann jede Verbindung sein, die ein oder mehrere Phosphoratome enthält und für die beabsichtigte Verwendung geeignet ist. Da Phosphor mehrwertig ist, ist ein geeigneter Ausgangsstoff einer, das eine funktionelle Gruppe enthält, beispielsweise ein Halogen oder einen Sauerstoff. Ein Beispiel ist das kommerziell erhältliche 9,10-Dihydro-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO), dessen polyzyklische Phenanthrenringe zu dem endgültigen Polyamidimid beitragen.
Die drei Ausgangsstoffe werden in Anwesenheit einer starken organischen Säure zusammengebracht, beispielsweise einer Sulfonsäure, wie beispielsweise p-Toluolsulfonsäureanhydrid, und während eines geeigneten Zeitraums bei einer geeigneten Reaktionstemperatur inkubiert, damit sich die drei Ausgangsstoffe zu einem Amin mit einem oder mehreren Phosphoratomen verbinden können, das dann als ein Ausgangsstoff in einer Polymerisationsreaktion verwendet werden kann, um ein Polyamidimid zu bilden, beispielsweise in einer Reaktion, in der ein Säurechlorid oder ein Diisocyanat verwendet wird. Der erhaltene Ausgangsstoff wird isoliert, kann gewässert und/oder ausgefällt werden, und wird anschließend getrocknet.
Um das phosphorhaltige Polyamidimid zu bilden, wird der Ausgangsstoff von Interesse in einer Polymerisationsreaktion verwendet. So kann beispielsweise ein vorliegender Ausgangsstoff, der mehrere Amingruppen und mindestens ein Phosphoratom enthält, mit einem Säurechlorid gemischt werden, beispielsweise einem, das mehrere Carbonylgruppen enthält, wie beispielsweise Trimellitsäurechlorid, wobei oft eine Amidsäure als Zwischenprodukt gebildet wird. Die Reaktion wird im Allgemeinen in einem dipolaren, aprotischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Dimethylformamid oder Dimethylsulfoxid ausgeführt, um das Polymer von Interesse zu erhalten.
Alternativ lässt man ein Diisocyanat mit einem Anhydrid reagieren, und zu der Reaktion wird eine phosphorhaltige Verbindung von Interesse, die mehrere Amingruppen enthält, hinzugefügt. Die Ausgangsstoffe werden im Allgemeinen in einem dipolaren, aprotischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Dimethylformamid (DMF) oder Dimethylsulfoxid (DMSO) gemischt. Nach der Polymerisation wird das Produkt isoliert.
Ein Transferelement bzw. eine Transfervorrichtung ist im Allgemeinen eines bzw. eine, bei dem bzw. der eine Oberfläche, die dafür vorgesehen ist, ein Bild zu tragen, eine niedrige Oberflächenenergie hat, 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 einer der Schichten oder zu beiden Schichten 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 oder 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 des 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. Kugelige 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 um ungefähr eine Größenordnung verändern, 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 der Schicht. Die beiden Parameter können unabhängig voneinander gewählt werden. Für jeden bestimmten spezifischen Widerstand der Teilchen kann der spezifische Widerstand des Verstärkungsbauteils 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 Verstärkungsbauteils bei sich vergrößerndem Gehalt proportional zu diesem abnehmen. Eine Feinabstimmung des endgültigen spezifischen Widerstands kann auf Grundlage dieser proportionalen Zunahme des spezifischen 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 Größe des Zwischenraums 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 des Zwischenraums 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. Materialien, die eine elektrische Eigenschaft beeinflussen, umfassen Pigmente, quaternäre Ammoniumsalze, Kohlenstoffe, Farbstoffe, leitfähige Polymere und dergleichen, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
Ein Rußteilchen von Interesse ist eines mit einem Teilchendurchmesser von ungefähr 10 nm bis ungefähr 30 nm, von ungefähr 12 nm bis ungefähr 25 nm oder von ungefähr 15 nm bis ungefähr 20 nm. Ein Ruß von Interesse ist einer mit einer BET-Oberfläche von ungefähr 100 m²/g bis ungefähr 600 m²/g, von ungefähr 200 m²/g bis ungefähr 500 m²/g oder von ungefähr 300 m²/g bis ungefähr 400 m²/g. Ein Ruß von Interesse ist einer mit einem DBA-Absorptionswert von ungefähr 1 ml/g bis ungefähr 7 ml/g, von ungefähr 1,5 ml/g bis ungefähr 6 ml/g oder von ungefähr 2 ml/g bis ungefähr 5 ml/g. Ein Beispiel für einen kommerziell erhältlichen Ruß ist Special Black 4, Special Black 5, Color Black FW1, Color Black FW2 oder Color Black FW200 (Evonik Industries).
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.
Der DBA-Absorptionswert kann durch ein Standardverfahren gemäß ASTM D3493-09 zur Bestimmung der Ruß-Ölabsorptionszahl einer verdichteten Probe bestimmt werden.
Die Materialien, die eine elektrische Eigenschaft beeinflussen, wie beispielsweise Ruß, können in Mengen im Bereich von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% des Gesamtgewichts des Trägers oder der Schicht, in Mengen von ungefähr 7 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%, oder in Mengen im Bereich von ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% des Gesamtgewichts des Trägers oder der Schicht zugefügt werden.
Ruß-Systeme können auch 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 kein 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 elektrische Leitfähigkeit zu erhalten. Beispielsweise kann ein Ruß oder Graphit mit einer kugeligen Form zusammen mit einem Ruß oder Graphit mit einer Plättchenform 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.
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 anderen Füllstoff mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 10³ bis ungefähr 10⁷ Ohm cm verwendet werden.
Außer Rußen können zu dem Polymer, dem Kunststoff 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 10¹¹ Ω/☐ 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 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 erste Schicht, die ein Polyimid oder ein Polyamidimid enthält, wird wie in der Technik bekannt angefertigt. Dabei werden die Reagenzien in einem Dispergiergerät oder einem Mischgefäß gemischt und dispergiert, und anschließend wird die Mischung auf eine Form, einen Dorn oder ein Formenwerkzeug aufgetragen, beispielsweise eine Form, einen Dorn oder ein Formenwerkzeug, das aus einem Kunststoff, einem Glas, einem Keramikmaterial, Edelstahl usw. besteht. Dabei können beispielsweise Techniken wie in der US 4,747,992 , der US 7,593,676 oder der US 4,952,293 beschrieben verwendet werden. Andere Techniken zum Auftragen von Materialien umfassen flüssiges und trockenes Pulverbeschichten, Tauchbeschichten, Beschichten mittels eines drahtumwickelten Rundstabs (wire wound rod coating), Wirbelsinterbeschichten, Pulverbeschichten, Fluten, 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. Den Film lässt man bei einer geeigneten Temperatur trocknen, und er kann auch bei einer geeigneten Temperatur ausgehärtet oder teilweise ausgehärtet werden.
Die zweite Schicht aus dem phosphorhaltigen Polyamidimid wird angefertigt, indem die Bestandteile in einer Dispergiermaschine oder einem Mischgefäß gemischt und dispergiert werden, und wird wie hierin gelehrt auf die bereits gebildete erste oder untere Schicht aufgetragen. Man lässt den Film bei einer geeigneten Temperatur trocknen und anschließend bei einer geeigneten Temperatur aushärten. Anschließend wird das hergestellte Doppelschicht-Bauteil von der Form entfernt.
Die erste bzw. untere Schicht kann eine Dicke von ungefähr 50 μm bis ungefähr 200 μm, von ungefähr 60 μm bis ungefähr 150 μm, oder von ungefähr 70 μm bis ungefähr 100 μm haben. Die zweite oder obere Schicht kann eine Dicke von ungefähr 1 μm bis ungefähr 50 μm, von ungefähr 10 μm bis ungefähr 40 μm oder von ungefähr 15 μm bis ungefähr 30 μm haben.
Die beiden Schichten sind chemisch miteinander verwandt und verträglich, so dass die Schichten gut aneinander haften. Die obere Schicht enthält Phosphor, der flammenhemmend ist, und dazu führt, dass das Polymer weniger feuchtigkeitsanziehend ist, wodurch es leichter zu handhaben und zu bearbeiten ist.
Die Folie kann nahtlos sein oder dazu verwendet werden, ein Bauteil mit einer Naht herzustellen, wie in der Technik bekannt.
Beispiel 1
9,10-Dihydro-oxa-10-phosphaphenanthren-10-oxid (DOPO, 108,1 g, ungefähr 0,5 mol), 4-Aminoacetophenon (67,6 g, ungefähr 0,5 mol), p-Toluolsulfonsäure-monohydrat (2,56 g, ungefähr 0,135 mol) und Anilin (232,8 g, ungefähr 2,5 mol) wurden durch Magnetrühren gemischt und 18 Stunden lang unter Stickstoffgas auf 120°C erhitzt. Nach Abkühlen des Reaktionsgemischs auf Raumtemperatur wurden 150 ml Methanol hinzugefügt. Das leicht gelbliche Fällungsprodukt wurde durch Filtrieren gesammelt, mit 3 × 250 ml Methanol gewaschen und getrocknet.
Beispiel 2
Das getrocknete Pulver aus Beispiel 1 wurde zu einer Mischung aus 1,2,4-Benzoltricarbonsäureanhydrid (19,2 g, ungefähr 0,01 mol) und Hexamethylendiisocyanat (8,7 g, ungefähr 0,05 mol) in dem Lösungsmittel DMF (70 g) hinzugefügt. Nachdem sie ungefähr 4 Stunden lang bei Raumtemperatur umgerührt wurde, wurde die klare, bräunliche Lösung 2,5 Stunden lang auf 90°C erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur erhielt man eine zähflüssige bräunliche Flüssigkeit, die das beschriebene phosphorhaltige Polyamidimid enthielt.
Beispiel 3
Eine Dispersion für die erste Schicht des ITB, die VYLOMAX^® HR-11N (Toyobo) und Color Black FW1 (Evonik) in N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) bei einem Gewichtsverhältnis von 90/10 enthielt, wurde kugelgemahlen, ein Edelstahlsubstrat wurde mit der Lösung beschichtet, und die Lösung wurde getrocknet und teilweise ausgehärtet.
Es wurde eine Dispersion für die zweite Schicht des ITB hergestellt, die das phosphorhaltige Polyamidimid gemäß Beispiel 2, VYLOMAX^® HR-11N und Color Black FW1 in NMP/DMF bei einem Gewichtsverhältnis von 30/60/10 enthielt. Nachdem sie kugelgemahlen wurde, wurde die erste Schicht mit der Lösung beschichtet, und die Lösung wurde 30 Minuten lang bei 160°C getrocknet und ausgehärtet.
Das entfernte doppelschichtige Bauteil enthielt eine erste Polyamidimidschicht mit einer Dicke von ungefähr 75 μm und eine zweite Schicht aus einem phosphorhaltigen Polyamidimid mit einer Dicke von ungefähr 20 μm. Das doppelschichtige Bauteil war flach und wies keine Kräuselung oder Dehnung auf.
Beispiel 4
Eine Dispersion für ein ITB, die VYLOMAX^® HR-11N (Toyobo) und Color Black FW1 (Evonik) in NMP bei einem Gewichtsverhältnis von 90/10 enthielt, wurde kugelgemahlen, ein Edelstahlsubstrat wurde mit der Lösung beschichtet, und die Lösung wurde 30 Minuten lang bei 160°C getrocknet und ausgehärtet. Das entnommene einschichtige Bauteil umfasste eine Polyamidimidschicht mit einer Dicke von ungefähr 100 μm.
Beispiel 5
Das doppelschichtige Bauteil aus Beispiel 3 wurde untersucht, und wies einen Young'schen Elastizitätsmodul von ungefähr 3700 MPa und einen spezifischen Oberflächenwiderstand von ungefähr 6,3 × 10⁹ Ohm/☐ auf, was mit den entsprechenden Werten des Bauteils aus einer einzigen Polyamidimidschicht gemäß Beispiel 4 vergleichbar ist, das einen Young'schen Elastizitätsmodul von ungefähr 3600 MPa und einen spezifischen Oberflächenwiderstand von ungefähr 3,5 × 10⁹ Ohm/☐ aufwies.
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.
Folglich ist die Anwesenheit von Phosphor in dem Polyamidimid den gewünschten physikalischen Eigenschaften eines ITB aus Polyamidimid nicht abträglich. Die flammenhemmenden Eigenschaften und die stärkere wasserabweisende Wirkung des oberflächennahen bzw. oberen Polymers, durch die das Polymer weniger feuchtigkeitsanziehend wird, sind im Vergleich zu einem elastischen Band, das nur aus Polyamidimid besteht, vorteilhaft.
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 [0021]
US 5119140 [0021]
US 5099286 [0021]
US 6489020 [0024]
US 6733943 [0024]
US 7139519 [0024]
US 4747992 [0058]
US 7593676 [0058]
US 4952293 [0058]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Scher et al., J Chem Phys, 53(9)3759–3761, 1970 [0035]
DIN 66132 [0043]
DIN EN ISO 9277 [0043]
ASTM D3493-09 [0044]
ASTM D882-97 [0071]

Claims

Elastisches Zwischentransferelement, das eine erste Schicht, die ein Polyimid und/oder ein Polyamidimid enthält, und eine zweite Schicht, die ein phosphorhaltiges Polyamidimid enthält, umfasst.
Elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 1, das zusätzlich in der ersten Schicht, der zweiten Schicht oder beiden Schichten ein Material zum Beeinflussen einer elektrischen Eigenschaft enthält.
Elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 2, in dem das Material zum Beeinflussen einer elektrischen Eigenschaft einen Ruß umfasst.
Elastisches Zwischentransferelement gemäß Anspruch 2, in dem das Material in einer Menge von ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 25 Gew.-% vorhanden ist.
Bilderzeugungsvorrichtung, die das Zwischentransferelement gemäß Anspruch 1 enthält.
Verfahren zu Herstellung eines Zwischentransferbands für ein elektrofotografisches Bilderzeugungsgerät mit: Bilden mindestens einer ersten Schicht einer Folie auf einer Form, wobei die erste Schicht ein Polyimid und/oder ein Polyamidimid enthält; Bereitstellen einer filmbildenden Zusammensetzung, die ein phosphorhaltiges Polyamidimid in einem Lösungsmittel umfasst; Auftragen der filmbildenden Zusammensetzung auf die erste Schicht, wobei die filmbildende Zusammensetzung einen Film auf der ersten Schicht bildet; Trocknen und/oder Aushärten des Films, um eine zweite Schicht der Folie zu bilden; und Ablösen der Folie von der Form.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Bereitstellen der filmbildenden Zusammensetzung umfasst: Zusammenbringen eines Amins, eines Amins mit einer Carbonylgruppe und einer phosphorhaltigen Verbindung in Anwesenheit einer organischen Säure, um ein phosphorhaltiges Amin zu bilden; Isolieren des phosphorhaltigen Amins; und Durchführen einer Polymerisationsreaktion, in der das phosphorhalige Amin als Ausgangsstoff verwendet wird, wobei die Polymerisationsreaktion in dem Lösungsmittel durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das Bereitstellen der filmbildenden Zusammensetzung ein Hinzufügen eines Rußes umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei zwei Arten von Ruß mit unterschiedlicher Teilchengröße hinzugefügt werden.
Zwischentransferband für ein elektrofotografisches Bilderzeugungsgerät, erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9.