DE102012209790A1

DE102012209790A1 - Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102012209790A1
Application number: DE102012209790A
Authority: DE
Inventors: Brian P. Gilmartin; Liang-Bih Lin; Jeanne M. Koval; Jin Wu; Aaron M. Stuckey
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: DE102012209790B4; JP5789222B2; JP2013003577A; US20120321850A1; US8753735B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung. Das Aufladungselement umfasst eine äußere Oberflächenbeschichtung, die eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kombination mit einem Polymer oder mehreren Polymeren enthält und die dem Aufladungselement die gewünschten Oberflächeneigenschaften sowie verbesserte elektrische und/oder mechanische Eigenschaften verleiht. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines Aufladungselements zum Übertragen einer Vorspannung.

Description

In einer gewöhnlichen elektrofotografischen Apparatur wird ein Lichtbild eines Originals, das reproduziert werden soll, in Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem lichtempfindlichen Element aufgezeichnet. Das elektrostatische latente Bild wird dann unter Verwendung von elektroskopischen Teilchen, die ein thermoplastisches Harz umfassen und die gewöhnlich als ”Toner” bezeichnet werden, sichtbar gemacht. Genauer gesagt, das lichtempfindliche Element wird aufgeladen und danach mit Licht aus einem optischen System oder einem Bildeingabegerät belichtet, wobei ein elektrostatisches latentes Bild auf dem lichtempfindlichen Element erzeugt wird. Nachdem die Tonerteilchen auf der Oberfläche des lichtempfindlichen Elements aufgebracht wurden, werden sie auf ein Bildaufzeichnungsmaterial, auf dem das Bild letztendlich verbleibt, oder auf ein Zwischenübertragungselement und danach auf ein Bildaufzeichnungsmaterial übertragen. Durch anschließendes Aufschmelzen (Fixieren) des Toners auf dem Bildaufzeichnungsmaterial wird ein permanentes Bild erhalten.
Aufladungswalzen zum Übertragen einer Vorspannung werden häufig zum Aufladen von lichtempfindlichen Elementen verwendet, weil sie weniger Ozon bilden und umweltfreundlicher sind als Scorotron-Aufladevorrichtungen. Beim Aufladen unter Verwendung solcher Walzen kommen die Walzen jedoch in direkten Kontakt mit dem lichtempfindlichen Element und mit anderen Elementen des Druckers. Durch diesen direkten Kontakt werden die Oberflächen der Walzen und die Oberflächen der anderen Elemente des Druckers beansprucht. Diese Beanspruchung führt zu einer Beschädigung der Oberflächen, wie beispielsweise zu einer Streifenbildung oder zur Bildung von oberflächlichen Löchern, oder die Oberflächen werden abgerieben, was letztendlich zu Druckfehlern führt. Diese Beschädigungen und/oder die Ansammlung von Abriebteilchen an den Oberflächen der Aufladungswalzen können zum Beispiel dazu führen, dass der erhaltene Ausdruck dunkle Streifen und helle/dunkle Punkte aufweist. Die Beanspruchung führt auch dazu, dass die Lebensdauer der Aufladungswalzen sowie die der anderen Elemente des Druckers verkürzt werden.
Es besteht deshalb ein Bedarf an Aufladungselementen zum Übertragen einer Vorspannung, die verbesserte Oberflächeneigenschaften, elektrische Eigenschaften und/oder mechanische Eigenschaften sowie eine lange Lebensdauer haben.
Die vorliegende Erfindung betrifft:

(1) Ein Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung (biss charging member), umfassend: ein leitfähiges Substrat, das eine elektrische Vorspannung aufnimmt; und eine äußere Oberflächenbeschichtung, die auf dem leitfähigen Substrat angeordnet ist, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNT) in Kombination mit einem Polymer oder mehreren Polymeren umfasst und wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Oberflächenrauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm hat, wobei das Polymer oder die Polymere ausgewählt ist/sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Polycaprolacton (PCL); einem Polyurethan; einem Polyharnstoff; einem Polyolefin; einem Polyimid; einem Phenolharz; einem Aminoplastharz; Copolymeren mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren; einem Fluorpolymer; und Gemischen davon.
(2) Ein Aufladungselement gemäß Punkt (1), wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen mittleren äußeren Durchmesser im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 90 nm oder eine spezifische Oberfläche im Bereich von etwa 20 m²/g bis etwa 1000 m²/g haben.
(3) Ein Aufladungselement gemäß Punkt (1) oder (2), wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen ein mittleres Aspektverhältnis im Bereich von etwa 10 bis etwa 300 haben.
(4) Ein Aufladungselement gemäß einem der Punkte (1) bis (3), wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer Wand (SWCNT), Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit mehreren Wänden (MWCNT) und Gemischen davon.
(5) Ein Aufladungselement gemäß einem der Punkte (1) bis (4), wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer Menge im Bereich von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 4 Gewichtsprozent enthalten sind, bezogen auf das Gewicht der äußeren Oberflächenbeschichtung.
(6) Ein Aufladungselement gemäß einem der Punkte (1) bis (5), wobei das Polycaprolacton ein thermoplastisches Material mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht im Bereich von etwa 10000 bis etwa 80000 ist.
(7) Ein Aufladungselement gemäß einem der Punkte (1) bis (6), wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Polymermatrix umfasst, die aus dem Polymer oder aus den mehreren Polymeren gebildet wird, und wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Polymermatrix dispergiert sind.
(8) Ein Aufladungselement gemäß einem der Punkte (1) bis (6), wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Vielzahl von Polymerteilchen umfasst, die aus dem Polymer oder aus den mehreren Polymeren gebildet werden, und wobei die Polymerteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 10 μm haben.
(9) Ein Aufladungselement gemäß Punkt (8), wobei die äußere Oberflächenbeschichtung weiterhin eine Polymermatrix umfasst, die aus einem Teil des Polymers oder der mehreren Polymere oder aus einem anderen Polymer gebildet wird, und wobei sowohl die Polymerteilchen als auch die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Polymermatrix dispergiert sind.
(10) Ein Aufladungselement gemäß einem der Punkte (1) bis (9), wobei die äußere Oberflächenbeschichtung einen Komplex aus mindestens einem der Kohlenstoff-Nanoröhrchen und dem Polymer oder den mehreren Polymeren enthält.
(11) Ein Aufladungselement gemäß einem der Punkte (1) bis (10), wobei die äußere Oberflächenbeschichtung einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁵ Ohm/Flächenquadrat (ohm/square; Q/☐) bis etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat hat.
(12) Ein Verfahren zum Herstellen eines Aufladungselements zum Übertragen einer Vorspannung, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen einer Dispersion, die eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ein Polymer oder mehrere Polymere umfasst, wobei das Polymer oder die mehreren Polymere ausgewählt ist/sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Polycaprolacton; einem Polyurethan; einem Polyharnstoff; einem Polyolefin; einem Polyimid; einem Phenolharz; einem Aminoplastharz; Copolymeren mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren; einem Fluorpolymer; und Gemischen davon, das Aufbringen der Dispersion auf einer äußeren Grundschicht, die auf einem leitfähigen Substrat angeordnet ist, und das Verfestigen der aufgebrachten Dispersion, um eine äußere Oberflächenbeschichtung auf der äußeren Grundschicht zu bilden, so dass die äußere Oberflächenbeschichtung eine Oberflächenrauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm hat.
(13) Ein Verfahren gemäß Punkt (12), wobei die Dispersion, welche die Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ein Polymer oder mehrere Polymere umfasst, einen Gehalt an Feststoffen im Bereich von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent hat, bezogen auf das Gewicht der Dispersion.
(14) Ein Verfahren gemäß Punkt (12) oder (13), wobei das Polymer oder die mehreren Polymere eine Vielzahl von Polymerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 10 μm umfasst/umfassen, die in der äußeren Oberflächenbeschichtung dispergiert sind.
(15) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (12) bis (14), wobei die äußere Oberflächenbeschichtung so hergestellt wird, dass sie eine Dicke im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 100 μm hat.
(16) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (12) bis (15), wobei die äußere Grundschicht eine Dicke im Bereich von etwa 10 mm bis etwa 20 cm hat.
(17) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (12) bis (16), wobei die äußere Grundschicht einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁶ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹³ Ohm/Flächenquadrat hat.
(18) Ein Verfahren gemäß einem der Punkte (12) bis (17), wobei die äußere Grundschicht aus einem Material hergestellt ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Isopren, einem Chloropren, einem Epichlorhydrin, einem Butylelastomer, einem Polyurethan, einem Silikonelastomer, einem Fluorelastomer, einem Styrol-Butadien-Elastomer, einem Butadienelastomer, einem Nitrilelastomer, einem Ethylen-Propylen-Elastomer, einem Epichlorhydrin-Ethylenoxid-Copolymer, einem Epichlorhydrin-Ethylenoxid-Allylglycidylether-Copolymer, einem Ethylen-Propylen-Dien(EPDM)-Elastomer, einem Acrylnitril-Butadien-Copolymer (NBR), natürlichen Kautschukmaterialien, und Gemischen davon.
(19) Eine Aufladungsvorrichtung zum Übertragen einer Vorspannung, umfassend: ein Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung, umfassend ein leitfähiges Substrat und eine äußere Oberflächenbeschichtung, die auf dem leitfähigen Substrat angeordnet ist, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kombination mit einem Polymer oder mehreren Polymeren umfasst, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁵ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat und eine Oberflächenrauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm hat, wobei das Polymer oder die Polymere ausgewählt ist/sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Polycaprolacton; einem Polyurethan; einem Polyharnstoff; einem Polyolefin; einem Polyimid; einem Phenolharz; einem Aminoplastharz; Copolymeren mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren; einem Fluorpolymer; und Gemischen davon, und wobei das Polymer oder die mehreren Polymere in Form einer Polymermatrix, in Form einer Vielzahl von Polymerteilchen oder in Form einer Kombination davon vorliegt/vorliegen.
(20) Eine Aufladungsvorrichtung gemäß Punkt (19), wobei das leitfähige Substrat in einer Form vorliegt, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einer Walze, einem Band und einer Mischform zwischen einem Band und einer Trommel.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Aufladungsverfahren, bei dem ein Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung verwendet wird. Das Aufladungselement umfasst ein leitfähiges Substrat und eine äußere Oberflächenbeschichtung, die auf dem leitfähigen Substrat angeordnet ist. Die äußere Oberflächenbeschichtung umfasst eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kombination mit einem Polymer oder mehreren Polymeren und hat eine Oberflächenrauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm. Die äußere Oberflächenbeschichtung kann einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁵ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat haben. An das elektrisch leitfähige Substrat des Aufladungselements zum Übertragen einer Vorspannung kann eine elektrische Vorspannung angelegt werden, um ein licht-empfindliches Element aufzuladen, das sich in Kontakt mit dem Aufladungselement befindet.
Die 1A bis 1C zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Aufladungsvorrichtungen zum Übertragen einer Vorspannung.
Die 2A und 2B zeigen verschiedene Ausführungsformen der äußeren Oberflächenbeschichtungen für die erfindungsgemäßen Aufladungselemente zum Übertragen einer Vorspannung.
Die 1A bis 1C zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Aufladungsvorrichtungen zum Übertragen einer Vorspannung. Jede der Vorrichtungen, die in den 1A bis 1C gezeigt sind, kann ein lichtempfindliches Element umfassen, wie beispielsweise eine fotoleitfähige Trommel 110, deren Oberfläche mit einer Aufladungsvorrichtung, die über eine Stromquelle 108 mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, aufgeladen wird. Die Aufladungsvorrichtung, die in den 1A bis 1C gezeigt ist, umfasst das erfindungsgemäße Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung in Form einer Aufladungswalze 120A–C. Das erfindungsgemäße Aufladungselement kann jedoch auch in einer beliebigen anderen Form vorliegen, wie zum Beispiel als Band, als Blatt, als Film oder als sogenannter ”Drelt” (eine Mischform zwischen einem Band und einer Trommel). Die erfindungsgemäßen Aufladungsvorrichtungen zum Übertragen einer Vorspannung können folglich leitfähige Substrate umfassen, die beispielsweise die Form einer Walze, eines Bandes oder eines Drelts haben.
Jede der Aufladungswalzen 120A–C umfasst eine äußere Oberflächenbeschichtung 129, die auf einem elektrisch leitfähigen Substrat, wie beispielsweise einem leitfähigen Kern 121, aufgebracht ist. Während die Aufladungswalze 120A–C rotiert, wird eine Gleichspannung und gegebenenfalls eine Wechselspannung aus der Stromquelle 108 an den leitfähigen Kern 121 der Aufladungswalze 120A–C angelegt, so dass die fotoleitfähige Trommel 110 mit der Aufladungswalze 120A–C aufgeladen werden kann.
Die Aufladungselemente 120A–C, die in den 1A bis 1C gezeigt sind, sind in Kontakt mit einer fotoleitfähigen Trommel 110 angeordnet. Die erfindungsgemäßen Aufladungselemente können jedoch auch zum Aufladen eines dielektrischen Materials oder zum Aufladen anderer geeigneter Elemente, die aufgeladen werden sollen, verwendet werden. Anstelle einer fotoleitfähigen Trommel kann auch ein anderes fotoleitfähiges Element verwendet werden, wie beispielsweise ein fotoleitfähiges Band, ein fotoleitfähiger Film oder ein fotoleitfähiger Drelt.
Die Aufladungswalze 120A, die in der 1A gezeigt ist, umfasst den leitfähigen Kern 121 und die äußere Oberflächenbeschichtung 129, die in direktem Kontakt mit dem leitfähigen Kern 121 angeordnet ist.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in der 1B gezeigt ist, kann die äußere Oberflächenbeschichtung 129 eine Schutzschicht sein, die auf einem herkömmlichen Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung mit einem leitfähigen Kern 121 und einer auf dem Kern aufgebrachten äußeren Grundschicht 123 aufgebracht ist. Die Aufladungswalze 120B, die in der 1B gezeigt ist, umfasst alle Elemente der Aufladungswalze der 1A, und zusätzlich eine äußere Grundschicht 123, die zwischen dem inneren leitfähigen Kern 121 und der äußeren Oberflächenbeschichtung 129 angeordnet ist. Die äußere Grundschicht 123 kann die Oberflächenschicht einer herkömmlichen Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung sein.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können zusätzliche Schichten, wie zum Beispiel Zwischenschichten und/oder Haft- beziehungsweise Klebstoffschichten, zwischen den in den 1A und 1B gezeigten Schichten angeordnet sein, beispielsweise zwischen dem leitfähigen Kern 121 und der äußeren Grundschicht 123, zwischen der äußeren Grundschicht 123 und der äußeren Oberflächenbeschichtung 129 und/oder zwischen dem leitfähigen Kern 121 und der äußeren Oberflächenbeschichtung 129 (im zuletzt genannten Fall umfasst das Aufladungselement keine äußere Grundschicht 123). Die Aufladungswalze 120C, die in der 1C gezeigt ist, umfasst einen leitfähigen Kern 121; eine zusätzliche Schicht 125, die auf dem Kern 121 aufgebracht ist und die eine Zwischenschicht oder eine Haft- beziehungsweise Klebstoffschicht sein kann; eine äußere Grundschicht 123, die auf der zusätzlichen Schicht 125 aufgebracht ist; und eine äußere Oberflächenbeschichtung 129, die auf der äußeren Grundschicht 123 aufgebracht ist. Die zusätzliche Schicht 125 kann jedoch zwischen beliebigen benachbarten Schichten der Aufladungswalze angeordnet sein.
Der leitfähige Kern 121, der in den 1A bis 1C gezeigt ist, dient als Elektrode und als Schichtträger in den Aufladungswalzen 120A–C. Der leitfähige Kern 121 kann aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, das beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, eine Kupferlegierung, Edelstahl oder dergleichen; mit Chrom oder Nickel beschichtetes Eisen; oder ein elektrisch leitfähiges Harz sein kann. Der Durchmesser des elektrisch leitfähigen Trägers kann beispielsweise etwa 1 mm bis etwa 20 cm, etwa 3 mm bis etwa 10 cm oder etwa 5 mm bis etwa 2 cm betragen. Der erfindungsgemäß verwendete leitfähige Schichtträger kann aus geeigneten leitfähigen Kernen oder Substraten ausgewählt werden, die dem Fachmann bekannt sind.
Die äußere Grundschicht 123 kann aus einem Material hergestellt sein, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Isoprenen, Chloroprenen, Epichlorhydrinen, Butylelastomeren, Polyurethanen, Silikonelastomeren, Fluorelastomeren, Styrol-Butadien-Elastomeren, Butadienelastomeren, Nitrilelastomeren, Ethylen-Propylen-Elastomeren, Epichlorhydrin-Ethylenoxid-Copolymeren, Epichlorhydrin-Ethylenoxid-Allylglycidylether-Copolymeren, Ethylen-Propylen-Dien(EPDM)-Elastomeren, Acrylnitril-Butadien-Copolymeren oder -Gummis (NBR), natürlichen Kautschukmaterialien und dergleichen, sowie Gemischen davon. Die Dicke der äußeren Grundschicht 123 kann etwa 10 mm bis etwa 20 cm oder etwa 50 mm bis etwa 3 cm betragen. Die äußere Grundschicht 123 kann einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁵ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹³ Ohm/Flächenquadrat, im Bereich von etwa 10⁶ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹¹ Ohm/Flächenquadrat oder im Bereich von etwa 10⁷ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat haben. Die Dimensionen und/oder die elektrischen, mechanischen und/oder sonstigen Eigenschaften der äußeren Grundschicht 123 sind jedoch nicht auf bestimmte Werte beschränkt.
Das erfindungsgemäße Aufladungselement zum übertragen einer Vorspannung kann Zwischenschichten und/oder Haft- beziehungsweise Klebstoffschichten umfassen, mit denen die Eigenschaften und die Leistungsfähigkeit des Aufladungselements modifiziert werden können. Beispiele für die Zwischenschichten umfassen Elastomerschichten, wie zum Beispiel eine leitfähige Gummi-Zwischenschicht, die beispielsweise aus Silikon, EPDM, Urethan, Epichlorhydrin oder dergleichen hergestellt wurde. Beispiele für die Haft- beziehungsweise Klebstoffschichten umfassen Schichten, die aus einem Epoxyharz oder aus einem Polysiloxan hergestellt wurden. Die Haft- beziehungsweise Klebstoffe können handelsüblich erhältliche Materialien sein, wie beispielsweise THIXON 403/404, Union Carbide A-1100, Dow H41, Dow TACTIX 740, Dow TACTIX 741 oder Dow TACTIX 742.
Jede der Schichten des erfindungsgemäßen Aufladungselements 120A–C, wie zum Beispiel die äußere Grundschicht 123, die Zwischenschichten, die Haft- beziehungsweise Klebstoffschichten und/oder die äußere Oberflächenbeschichtung 129, kann einen geeigneten Füllstoff enthalten. Beispiele für solche Füllstoffe umfassen Ruße, wie beispielsweise Ketjen-Ruß oder Acetylenruß; pyrolytischen Kohlenstoff; Graphit; Metalle und Metalllegierungen, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Nickel oder Edelstahl; Metalloxide und dotierte Metalloxide, wie beispielsweise Zinnoxid, Indiumoxid, Titanoxid, feste Lösungen aus Zinnoxid-Antimonoxid oder feste Lösungen aus Zinnoxid-Indiumoxid; isolierende Materialien, die oberflächlich behandelt wurden, um deren Oberfläche elektrisch leitfähig zu machen oder um deren Oberfläche auf eine andere Art und Weise zu modifizieren; Tetraethylammoniumperchlorat oder -chlorat, Lauryltrimethylammoniumperchlorat oder -chlorat und dergleichen; Alkalimetallperchlorate und -chlorate, wie beispielsweise Salze von Lithium oder Magnesium; Salze von Alkali- oder Erdalkalimetallen; und dergleichen; sowie Gemische davon.
Das erfindungsgemäße Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung kann nicht nur eine Walze sein, sondern auch ein Band oder ein Blatt, das zum Aufladen des lichtempfindlichen Elements oder zum Aufladen von anderen Elementen verwendet werden kann und das die Materialien umfasst, die zuvor in Zusammenhang mit den Aufladungswalzen 120A–C beschrieben wurden.
Die äußere Oberflächenbeschichtung 129 der erfindungsgemäßen Aufladungselemente 120A–C umfasst eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kombination mit einem Polymer oder mehreren Polymeren. Die 2A und 2B zeigen verschiedene Ausführungsformen der äußeren Oberflächenbeschichtung 129A–B. Das Polymer oder die mehreren Polymere kann/können eine Polymermatrix 280A und/oder 280 bilden, wie in den 2A und 2B gezeigt, oder das Polymer oder die mehreren Polymere kann/können in Form von Polymerteilchen 280B vorliegen, wie in der 2B gezeigt. Die Polymerteilchen 280B können eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 10 μm, im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 2 μm oder im Bereich von etwa 300 nm bis etwa 1 μm haben und sind in der äußeren Oberflächenbeschichtung 129B dispergiert. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen können als leitfähiger Füllstoff verwendet werden.
Der Ausdruck ”Kohlenstoff-Nanoröhrchen”, der hier verwendet wird, bedeutet ein längliches Kohlenstoffmaterial, das mindestens eine kürzere Ausdehnung, wie beispielsweise eine Breite oder einen Durchmesser, von etwa 100 nm oder weniger hat. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen können einen mittleren äußeren Durchmesser im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 90 nm, im Bereich von etwa 15 nm bis etwa 70 nm oder im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 50 nm; eine mittlere spezifische Oberfläche im Bereich von etwa 20 m²/g bis etwa 1000 m²/g, im Bereich von etwa 100 m²/g bis etwa 800 m²/g oder im Bereich von etwa 200 m²/g bis etwa 600 m²/g; und ein mittleres Aspektverhältnis im Bereich von etwa 10 bis etwa 300, im Bereich von etwa 20 bis etwa 200 oder im Bereich von etwa 30 bis etwa 100 haben. Die Dimensionen der erfindungsgemäß verwendeten Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind jedoch nicht auf bestimmte Werte beschränkt.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung können die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 205 als Schichten von Graphit mit einer Dicke von nur einem Atom (sogenannte ”Graphen-Schichten”) angesehen werden, die zu Zylindern, Röhrchen oder anderen Formen mit einer Größe im Nanometerbereich zusammengerollt wurden. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung können die Kohlenstoff-Nanoröhrchen solche mit einer Wand (SWCNT), solche mit mehreren Wänden (MWCNT) oder verschiedenste funktionalisierte und derivatisierte Faserformen davon sein.
Die äußere Oberflächenbeschichtung 129 enthält ebenfalls ein Polymer oder mehrere Polymere. Beispiele für die Polymere umfassen Polycaprolactone; Polyurethane; Polyharnstoffe; Polyolefine; Polyimide; Phenolharze; Aminoplastharze; Copolymere mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren; Fluorpolymere; sowie Gemische davon.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polymer ein thermoplastisches Polycaprolacton mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht im Bereich von etwa 10000 bis etwa 80000, etwa 20000 bis etwa 50000 oder etwa 25000 bis etwa 45000. Beispiele für handelsüblich erhältliche thermoplastische Polycaprolactone umfassen Capa^®6250 und Capa^®6100 (Perstorp AB, Perstorp, Schweden, und/oder Perstorp USA, Toledo, Ohio).
Entsprechend einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polymer ein Copolymer mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren. Beispiele für solche Copolymere umfassen Styrol-Butadien(SB)-Copolymere, Acrylnitril-Butadien(NBR)-Copolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrol(ABS)-Terpolymere und dergleichen, sowie Gemische davon. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Polymer, das in der äußeren Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B verwendet wird, ein thermoplastisches Acrylnitril-Butadien-Styrol(ABS)-Terpolymer. Das ABS-Terpolymer enthält bevorzugt etwa 15 Gewichtsprozent bis etwa 35 Gewichtsprozent Acrylnitrileinheiten. Das ABS-Terpolymer enthält bevorzugt etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 30 Gewichtsprozent Butadieneinheiten. Das ABS-Terpolymer enthält bevorzugt etwa 40 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent Styroleinheiten. Beispiele für handelsüblich erhältliche ABS-Copolymere umfassen Blendex^®200 von Chemtura Corp., Middlebury, CT.
Das thermoplastische oder thermisch aushärtbare Polymer, das in der äußeren Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B verwendet wird, kann ein Polyurethan sein. Geeignete Polyurethane umfassen Verbindungen, die von Polyacrylaten und Polyisocyanaten abgeleitet sind. Beispiele für geeignete Polyurethane umfassen Reaktionsprodukte von Polyasparaginsäureester und Isocyanat (”2K Urethan”); Reaktionsprodukte von Hydroxy-funktionellen Polyacrylaten und Isocyanat; und dergleichen, sowie Gemische davon. Beispiele für handelsüblich erhältliche Polyacrylate umfassen Desmophen^®NH 1120 und Desmophen^®A 450 BA (Bayer Material Science AG, Leverkusen, Deutschland). Beispiele für handelsüblich erhältliche Isocyanate umfassen Desmodur^®BL 3175A (Bayer Material Science AG, Leverkusen, Deutschland).
Das Polymer, das in der äußeren Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B verwendet wird, kann ein Phenolharz sein. Der Ausdruck ”Phenolharz”, der hier verwendet wird, bedeutet ein Produkt, das bei der Kondensation eines Aldehyds mit einer Phenolquelle in Gegenwart eines sauren oder basischen Katalysators erhalten wurde.
Beispiele für die Phenolquellen umfassen Phenol; Alkyl-substituierte Phenole, wie beispielsweise Kresole oder Xylenole; Halogen-substituierte Phenole, wie beispielsweise Chlorphenol; Phenole mit mehreren Hydroxygruppen, wie beispielsweise Resorzin oder Brenzcatechin; polycyclische Phenole, wie beispielsweise Naphthol oder Bisphenol A; Aryl-substituierte Phenole; Cycloalkyl-substituierte Phenole; Aryloxy-substituierte Phenole; und dergleichen, sowie Gemische davon. Beispiele für spezifische Phenolquellen umfassen Phenol, 2,6-Xylenol, o-Kresol, p-Kresol, 3,5-Xylenol, 3,4-Xylenol, 2,3,4-Trimethylphenol, 3-Ethylphenol, 3,5-Diethylphenol, p-Butylphenol, 3,5-Dibutylphenol, p-Amylphenol, p-Cyclohexylphenol, p-Octylphenol, 3,5-Dicyclohexylphenol, p-Phenylphenol, p-Crotylphenol, 3,5-Dimethoxyphenol, 3,4,5-Trimethoxyphenol, p-Ethoxyphenol, p-Butoxyphenol, 3-Methyl-4-methoxyphenol, p-Phenoxyphenol, Phenole mit mehreren Ringen wie beispielsweise Bisphenol A, und Gemische davon.
Beispiele für die Aldehyde, die für die Herstellung der Phenolharze verwendet werden können, umfassen Formaldehyd, Paraformaldehyd, Acetaldehyd, Butyraldehyd, Paraldehyd, Glyoxal, Furfuraldehyd, Propionaldehyd, Benzaldehyd und Gemische davon. Ein bevorzugter Aldehyd ist Formaldehyd.
Beispiele für die Phenolharze umfassen Phenolharze vom Dicyclopentadien-Typ, Phenol-Novolak-Harze, Kresol-Novolak-Harze, Phenol-Aralkyl-Harze und Gemische davon. Beispiele für andere Phenolharze umfassen alkohollösliche Phenolharze vom Resol-Typ, wie zum Beispiel PHENOLOTE^®J-325 (DIC Corp., Tokyo, Japan); Formaldehydpolymere mit Phenol, p-tert-Butylphenol und Kresol, wie zum Beispiel VARCUM^TM29159 und 29101 (OxyChem Co.) und DURITE^®97 (Borden Chemical); oder Formaldehydpolymere mit Ammoniak, Kresol und Phenol, wie zum Beispiel VARCUM^®29112 (OxyChem Co.); oder Formaldehydpolymere mit 4,4'-(1-Methylethyliden)bisphenol, wie zum Beispiel VARCUM^®29108 und 29116 (OxyChem Co.); oder Formaldehydpolymere mit Kresol und Phenol, wie zum Beispiel VARCUM^TM29457 (OxyChem Co.), DURITE^®SD-423A, SD-422A (Borden Chemical); oder Formaldehydpolymere mit Phenol und p-tert-Butylphenol, wie zum Beispiel DURITE^®ESD 556C (Border Chemical).
Die Phenolharze können als solche oder in modifizierter Form verwendet werden. Die Phenolharze können beispielsweise mit geeigneten Weichmachern modifiziert werden, und Beispiele dafür umfassen Polyvinylbutyral, Nylonharze, thermische aushärtbare Acrylharze, Polyvinylformal, Alkydverbindungen, Epoxyharze, Phenoxyharze (Bisphenol A, Epichlorhydrinpolymere oder dergleichen), Polyamide, Polyacrylate, Öle und dergleichen, sowie Gemische davon. Verschiedenste bekannte Modifizierungsmittel sind unter den Handelsnamen DESMOPHEN^®, DESMODUR^®, BUTVAR^®, ELVAMIDE^®, DORESCO^®, SILCLEAN^® oder PARALOID^® erhältlich.
Das Polymer, das in der äußeren Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B verwendet wird, kann ein Aminoplastharz sein. Der Ausdruck ”Aminoplastharz”, der hier verwendet wird, bedeutet ein Aminoharz, das aus einer Stickstoff-enthaltenden Substanz und Formaldehyd hergestellt wurde, wobei wie Stickstoff-enthaltende Substanz zum Beispiel Melamin, Harnstoff, Benzoguanamin und/oder Glycoluril sein kann. Die Aminoplastharze können hochgradig oder partiell alkyliert sein. Die Aminoplastharze können als solche oder in modifizierter Form verwendet werden. Die Aminoplastharze können beispielsweise mit geeigneten Weichmachern modifiziert werden, und Beispiele dafür umfassen Polyvinylbutyral, Nylonharze, thermische aushärtbare Acrylharze, Polyvinylformal, Alkydverbindungen, Epoxyharze, Phenoxyharze (Bisphenol A, Epichlorhydrinpolymere oder dergleichen), Polyamide, Polyacrylate, Öle und dergleichen, sowie Gemische davon. Verschiedenste bekannte Modifizierungsmittel sind unter den Handelsnamen DESMOPHEN^®, DESMODUR^®, BUTVAR^®, ELVAMIDE^®, DORESCO^®, SILCLEAN^® oder PARALOID^® erhältlich.
Wenn Melamin verwendet wird, dann wird das erhaltene Aminoplastharz als ”Melaminharz” bezeichnet. Verschiedenste Melaminharze sind unter den Handelsnamen CYMEL^®, BEETLE^®, DYNOMIN^®, BECKAMINE^®, UFR^®, BAKELITE^®, ISOMIN^®, MELAICAR^®, MELBRITE^®, MELMEX^®, MELOPAS^®, RESART^® oder ULTRAPAS^® erhältlich.
Das Melaminharz kann eine Verbindung sein, die durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ und R₆ jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylkette mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen) bedeuten.
Das Melaminharz kann eine Verbindung sein, die wasserlöslich, dispergierbar oder nicht dispergierbar ist. Das Melaminharz kann hochgradig alkyliert/alkoxyliert, partiell alkyliert/alkoxyliert oder sowohl alkyliert als auch alkoxyliert sein. Das Melaminharz kann beispielsweise methyliert, n-butyliert oder isobutyliert sein. Das Melaminharz kann wenig Methylolgruppen und viele Iminogruppen enthalten. Das Melaminharz kann eine oligomere Verbindung sein, die als wesentliche funktionelle Gruppen Methoxymethyl- und Iminogruppen enthält. Beispiele für die Melaminharze umfassen methylierte Melaminharze mit einem hohen Gehalt an Iminogruppen (partiell methylolierte und hochgradig alkylierte Verbindungen), wie beispielsweise CYMEL^®323, 325, 327, 328, 385; hochgradig methylierte Melaminharze, wie beispielsweise CYMEL^®350, 9370; partiell methylierte Melaminharze (hochgradig methylolierte und partiell methylierte Verbindungen), wie beispielsweise CYMEL^®373, 370; gemischte Ether-Melaminharze mit einem hohen Feststoffanteil, wie beispielsweise CYMEL^®1130, 324; n-butylierte Melaminharze, wie beispielsweise CYMEL^TM1151, 615; n-butylierte Melaminharze mit einem hohen Gehalt an Iminogruppen, wie beispielsweise CYMEL^®1158; und isobutylierte Melaminharze, wie beispielsweise CYMEL^®255-10. Melaminharze mit dem Handelsnamen CYMEL^® sind handelsüblich erhältlich von Cytec Industries Inc., Woodland Park, NJ.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Melaminharze ausgewählt aus methylierten Formaldehyd-Melamin-Harzen, methoxymethylierten Melaminharzen, ethoxymethylierten Melaminharzen, propoxymethylierten Melaminharzen, butoxymethylierten Melaminharzen, Hexamethylolmelaminharzen, alkoxyalkylierten Melaminharzen wie beispielsweise methoxymethylierten Melaminharzen, ethoxymethylierten Melaminharzen, propoxymethylierten Melaminharzen, butoxymethylierten Melaminharzen, und Gemischen davon.
Wenn Harnstoff verwendet wird, dann wird das erhaltene Aminoplastharz als ”Harnstoffharz” bezeichnet. Verschiedenste Harnstoffharze sind unter den Handelsnamen CYMEL^®, BEETLE^®, DYNOMIN^®, BECKAMINE^® oder AMIREME^® erhältlich.
Das Harnstoffharz kann eine Verbindung sein, die durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin R₁, R₂, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylkette mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen) bedeuten.
Das Harnstoffharz kann eine Verbindung sein, die wasserlöslich, dispergierbar oder nicht dispergierbar ist. Das Harnstoffharz kann hochgradig alkyliert/alkoxyliert, partiell alkyliert/alkoxyliert oder sowohl alkyliert als auch alkoxyliert sein. Das Harnstoffharz kann beispielsweise methyliert, n-butyliert oder isobutyliert sein. Beispiele für die Harnstoffharze umfassen methylierte Harnstoffharze, wie beispielsweise CYMEL^®U-65, U-382; n-butylierte Harnstoffharze, wie beispielsweise CYMEL^®U-1054, UB-30-B; und isobutylierte Harnstoffharze, wie beispielsweise CYMEL^®U-662, UI-19-I. Harnstoffharze mit dem Handelsnamen CYMEL^® sind handelsüblich erhältlich von Cytec Industries Inc., Woodland Park, NJ.
Wenn Benzoguanamin verwendet wird, dann wird das erhaltene Aminoplastharz als ”Benzoguanaminharz” bezeichnet. Verschiedenste Benzoguanaminharze sind unter den Handelsnamen CYMEL^®, BEETLE^® oder UFORMITE^® erhältlich.
Das Benzoguanaminharz kann eine Verbindung sein, die durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin R₁, R₂, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylkette mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen) bedeuten.
Das Benzoguanaminharz kann eine Verbindung sein, die wasserlöslich, dispergierbar oder nicht dispergierbar ist. Das Benzoguanaminharz kann hochgradig alkyliert/alkoxyliert, partiell alkyliert/alkoxyliert oder sowohl alkyliert als auch alkoxyliert sein. Das Benzoguanaminharz kann beispielsweise methyliert, n-butyliert oder isobutyliert sein. Beispiele für die Benzoguanaminharze umfassen CYMEL^®659, 5010, 5011. Benzoguanaminharze mit dem Handelsnamen CYMEL^® sind handelsüblich erhältlich von Cytec Industries Inc., Woodland Park, NJ.
Wenn Glycouracil verwendet wird, dann wird das erhaltene Aminoplastharz als ”Glycolurilharz” bezeichnet. Verschiedenste Glycolurilharze sind unter den Handelsnamen CYMEL^® oder POWDERLINK^® erhältlich.
Das Glycolurilharz kann eine Verbindung sein, die durch die folgende Formel dargestellt wird:
worin R₁, R₂, R₃ und R₄ jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder eine Alkylkette mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen (bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen) bedeuten.
Das Glycolurilharz kann eine Verbindung sein, die wasserlöslich, dispergierbar oder nicht dispergierbar ist. Das Glycolurilharz kann hochgradig alkyliert/alkoxyliert, partiell alkyliert/alkoxyliert oder sowohl alkyliert als auch alkoxyliert sein. Das Glycolurilharz kann beispielsweise methyliert, n-butyliert oder isobutyliert sein. Beispiele für die Glycolurilharze umfassen CYMEL^®1170, 1171. Glycolurilharze mit dem Handelsnamen CYMEL^® sind handelsüblich erhältlich von Cytec Industries Inc., Woodland Park, NJ.
Die Fluor-enthaltenden Polymere oder Fluorpolymere, die in der äußeren Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B verwendet werden können, können zum Beispiel in Form von Fluorpolymerteilchen vorliegen. Diese Fluorpolymere können beispielsweise sich wiederholende Monomereinheiten enthalten, die von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen, Perfluoralkylvinylethern und Gemischen davon abgeleitet sind. Die Fluorpolymere können geradkettige oder verzweigte Polymere oder vernetzte Fluorelastomere sein. Beispiele für die Fluorpolymere umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE); Perfluoralkoxypolymerharze (PFA); Copolymere aus Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP); Copolymere aus Hexafluorpropylen (HFP) und Vinylidenfluorid (VDF oder VF2); Terpolymere aus Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VDF) und Hexafluorpropylen (HFP); Tetrapolymere aus Tetrafluorethylen (TFE), Vinylidenfluorid (VF2), Hexafluorpropylen (HFP) und einem weiteren Monomer; und Gemische davon. Die Fluorpolymere und/oder die Fluorpolymerteilchen haben eine niedrige Oberflächenenergie und verleihen der äußeren Oberflächenbeschichtung chemische und thermische Beständigkeit. Die Fluorpolymere und/oder die Fluorpolymerteilchen können eine Schmelztemperatur im Bereich von etwa 255°C bis etwa 360°C oder im Bereich von etwa 280°C bis etwa 330°C haben. Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung können die Fluorpolymere und/oder die Fluorpolymerteilchen geschmolzen werden, um die äußere Oberflächenbeschichtung herzustellen.
Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 205, die in den 2A und 2B gezeigt sind, können chemisch und/oder physikalisch an die Polymermatrix 280A der 2A, an die Polymerteilchen 280B der 2B und/oder an die Polymermatrix 280 der 2B gebunden sein.
Der Ausdruck ”die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind chemisch an die Polymermatrix oder an die Polymerteilchen gebunden” bedeutet, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen über eine chemische Bindung, wie beispielsweise über eine ionische oder kovalente Bindung, gebunden sind. Dieser Ausdruck bedeutet nicht, dass die Kohlenstoff-Nanoröhrchen über eine schwächere Bindung, wie zum Beispiel über eine physikalische Bindung, wie beispielsweise über eine Wasserstoffbindung oder durch physikalisches Einschließen von Molekülen (was möglich ist, wenn zwei chemisch unterschiedliche Materialien nahe beieinander vorliegen), gebunden sind. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 205 können zum Beispiel chemisch und/oder physikalisch sowohl an die Polymermatrix 280A, 280 als auch an die Polymerteilchen 280B gebunden sein, so dass in der äußeren Oberflächenbeschichtung 129A/B ein CNT-Polymer-Komplex gebildet wird.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 205 physikalisch in den Polymerteilchen 280B und/oder in der Polymermatrix 280A und/oder 280 dispergiert, ohne dass sie chemisch (beispielsweise über eine Vernetzung) an die Polymere gebunden sind, welche die Polymerteilchen und/oder die Polymermatrix bilden. Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die Kohlenstoff-Nanoröhrchen chemisch an die Polymerketten der Polymere gebunden, welche die Polymerteilchen und/oder die Polymermatrix bilden. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind einige der Kohlenstoff-Nanoröhrchen physikalisch mit den Polymerteilchen und/oder mit der Polymermatrix vermischt (dispergiert), während andere Kohlenstoff-Nanoröhrchen chemisch an die Polymerteilchen und/oder an die Polymermatrix gebunden sind. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 205 und die Polymerteilchen 280B können unabhängig voneinander in der Polymermatrix 280 der äußeren Oberflächenbeschichtung 129B dispergiert sein. Die Polymermatrix 280 und die Polymerteilchen 280B können aus den gleichen Polymeren oder aus unterschiedlichen Polymeren bestehen.
Die äußere Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B kann unter Anwendung eines geeigneten Filmbildungsverfahrens hergestellt werden, das beispielsweise einen Beschichtungsprozess und einen anschließenden Verfestigungsprozess (beispielsweise einen Aushärtungsprozess, einen Trocknungsprozess, einen Schmelzprozess und/oder einen Abkühlprozess) umfasst, wobei die Polymere physikalisch oder chemisch vernetzt werden und eine Polymermatrix gebildet wird.
Eine Dispersion, umfassend die Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ein Polymer oder mehrere Polymere (beispielsweise PCL), kann zum Beispiel hergestellt werden, indem die Bestandteile in einem Lösungsmittel (beispielsweise Toluol) in einer Kugelmühle miteinander vermischt werden. Dieser Prozess kann mehrere Tage lang dauern. Die Dispersion kann einen Feststoffgehalt von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent, etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent oder etwa 20 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent haben. Die Dispersion kann dann auf dem leitfähigen Kern 121 einer Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung, auf einer Zwischenschicht einer Aufladungswalze, auf einer Haft- beziehungsweise Klebstoffschicht einer Aufladungswalze oder auf einer herkömmlichen äußeren Grundschicht einer herkömmlichen Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung aufgebracht werden. Beispiele für geeignete Beschichtungsverfahren umfassen das Eintauchbeschichten, das Beschichten mit einer Walze, das Sprühbeschichten, das Beschichten mit einem Rotationszerstäuber, das Beschichten mit einem Ring, das Schmelzbeschichten, das Fließbeschichten und dergleichen. Die aufgebrachte Dispersion kann dann verfestigt werden (beispielsweise durch Aushärten oder Trocknen); die Bedingungen beim Verfestigen hängen von der Art der verwendeten Polymere ab.
Es kann auch eine Dispersion hergestellt werden, welche die Kohlenstoff-Nanoröhrchen und eine Vielzahl von Polymerteilchen enthält. Die Dispersion mit den Polymerteilchen kann mit einem leitfähigen Füllstoff vermischt werden. Das Gemisch mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen und den Polymerteilchen kann so hergestellt werden, dass der Feststoffgehalt innerhalb der zuvor angegebenen Bereiche liegt.
Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung kann die Dispersion mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen und den Polymerteilchen auf einem leitfähigen Substrat, auf einer Zwischenschicht, auf einer Haft- beziehungsweise Klebstoffschicht oder auf einer äußeren Grundschicht einer Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung aufgebracht werden. Die Polymerteilchen in der aufgebrachten Dispersion können dann zumindest teilweise geschmolzen werden, und danach kann der Überzug abgekühlt werden. Dieses teilweise Schmelzen der Polymerteilchen führt zur Bildung einer Polymermatrix 280, wie in der 2B gezeigt.
Entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Dispersion mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen und den Polymerteilchen mit einem zweiten Polymer vermischt werden. Dieses Vermischen kann in einer Kugelmühle in einem geeigneten Lösungsmittel durchgeführt werden. Das zweite Polymer und die Polymerteilchen können aus den gleichen oder aus unterschiedlichen Polymeren bestehen. Die Dispersion mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen, den Polymerteilchen und dem zweiten Polymer kann einen Feststoffgehalt von etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 60 Gewichtsprozent, etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent oder etwa 20 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent haben. Die Dispersion kann dann auf einem leitfähigen Substrat, auf einer Zwischenschicht, auf einer Haft- beziehungsweise Klebstoffschicht oder auf einer äußeren Grundschicht einer Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung aufgebracht werden. Beispiele für geeignete Beschichtungsverfahren umfassen das Eintauchbeschichten, das Beschichten mit einer Walze, das Sprühbeschichten, das Beschichten mit einem Rotationszerstäuber, das Beschichten mit einem Ring, das Schmelzbeschichten, das Fließbeschichten und dergleichen. Die aufgebrachte Dispersion kann dann verfestigt werden (beispielsweise durch Aushärten oder Trocknen); die Bedingungen beim Verfestigen hängen von der Art der verwendeten Polymere ab. Auf diese Weise wird eine äußere Oberflächenbeschichtung 129B erhalten, die sowohl einen leitfähigen Füllstoff 205 als auch die Polymerteilchen 280B enthält, die in der Polymermatrix 280 dispergiert sind.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Dispersion mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen und den Polymeren mit einem bestimmten Feststoffgehalt auf der Oberfläche eines separaten Substrats aufgebracht werden. Die aufgebrachte Dispersion wird dann verfestigt, und die erhaltene Schicht wird danach vom Substrat entfernt und dann als äußere Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B auf einem Bestandteil eines Aufladungselements zum Übertragen einer Vorspannung (beispielsweise auf dem leitfähigen Kern oder auf einer äußeren Grundschicht) aufgebracht.
Die äußere Oberflächenbeschichtung 129, 129A/B, die in den 1A bis 1C und in den 2A und 2B gezeigt ist, kann eine Dicke im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 100 μm, im Bereich von etwa 3 μm bis etwa 40 μm oder im Bereich von etwa 4 μm bis etwa 20 μm haben; die Dicke der äußeren Oberflächenbeschichtung kann jedoch auch außerhalb dieser Bereiche liegen.
Die Oberflächeneigenschaften sowie die elektrischen, mechanischen und/oder strukturellen Eigenschaften der erhaltenen Aufladungselemente zum Übertragen einer Vorspannung hängen von der Art und von der Menge der verwendeten Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Polymere ab. Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen können in der äußeren Oberflächenbeschichtung in einer Menge von weniger als etwa 10 Gewichtsprozent oder weniger als etwa 5 Gewichtsprozent, beispielsweise in einer Menge von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 4 Gewichtsprozent, etwa 0,2 Gewichtsprozent bis etwa 3 Gewichtsprozent oder etwa 0,3 Gewichtsprozent bis etwa 2 Gewichtsprozent enthalten sein, bezogen auf das Gesamtgewicht aller Feststoffe in der äußeren Oberflächenbeschichtung. Das heißt, die erfindungsgemäße äußere Oberflächenbeschichtung hat die für ein Aufladungselement erforderlichen Eigenschaften (wie beispielsweise einen geeigneten spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand), obwohl die Menge an Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Oberflächenbeschichtung relativ gering sein kann. Im Gegensatz dazu müssen herkömmliche leitfähige Füllstoffe gewöhnlich in einer Menge von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent verwendet werden, damit ein Aufladungselement mit einem vergleichbaren spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand erhalten wird. Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer relativ geringen Menge an Kohlenstoff-Nanoröhrchen wird eine äußere Oberflächenbeschichtung mit verbesserten strukturellen Eigenschaften erhalten.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen äußeren Oberflächenbeschichtung kann ein Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung 120A–C mit einer Oberfläche mit einem spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁵ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat, etwa 10⁶ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10⁹ Ohm/Flächenquadrat oder etwa 10⁷ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10⁸ Ohm/Flächenquadrat erhalten werden, dessen Eigenschaften durch verschiedenste Umwelteinflüsse und mechanische Beanspruchungen kaum beeinträchtigt werden.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen äußeren Oberflächenbeschichtung kann ein Aufladungselement 120A–C erhalten werden, dessen Oberfläche eine Rauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm, etwa 4 μm bis etwa 15 μm oder etwa 6 μm bis etwa 10 μm hat.
Die Oberflächenrauhigkeit R_z ist ein Wert, der mit einer 10-Punkte-Messung entsprechend dem Standard JIS B 0601-1982 bestimmt wird. Die Begriffe ”Oberflächenrauhigkeit”, ”Profil”, ”Referenzlänge des Profils”, ”Rauhigkeitskurve”, ”cut-off Wert”, ”Mittenlinie des Profils”, ”Profilpeak” und ”Profiltal” werden in diesem Standard definiert. Die 10-Punkte-Mittenrauhigkeit (R_z) wird aus der absoluten mittleren Höhe der fünf höchsten Profilpeaks und der absoluten mittleren Tiefe der fünf tiefsten Profiltäler, jeweils gemessen von einer gemäß dem Standard definierten Mittenlinie innerhalb des vermessenen Profilbereichs aus, berechnet. Das Profil kann beispielsweise unter Verwendung eines Standard-Profilmessgeräts vermessen werden.
Die zuvor beschriebene äußere Oberflächenbeschichtung dient ebenfalls als Schutzschicht für das erfindungsgemäße Aufladungselement, wodurch die Probleme gelöst werden, die aus dem direkten Kontakt des Aufladungselements mit anderen Elementen des Druckers resultieren, Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen äußeren Oberflächenbeschichtung kann das lichtempfindliche Element gleichmäßig aufgeladen werden, was mit einem herkömmlichen Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung ohne die erfindungsgemäße Beschichtung nicht möglich ist.
Die Druckqualität kann folglich verbessert werden, wenn die erfindungsgemäße äußere Oberflächenbeschichtung 129 verwendet wird. Die äußere Oberflächenbeschichtung 129 kann auch zum Erneuern einer herkömmlichen Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung oder zum Erneuern der erfindungsgemäßen Aufladungswalzen 120A–C verwendet werden. Wenn die äußere Oberfläche einer Aufladungswalze so beschädigt ist, dass keine akzeptablen Ausdrucke mehr erhalten werden, kann die Aufladungswalze erneuert werden. Das Erneuern kann das Aufbringen der erfindungsgemäßen äußeren Oberflächenbeschichtung 129 umfassen. Wenn die schützende äußere Oberflächenbeschichtung 129 auf eine Aufladungswalze mit einer beschädigten Oberfläche, die bereits eine Schutzschicht umfassen kann, aufgebracht wird, kann die Aufladungswalze über einen längeren Zeitraum hinweg verwendet werden.
Beispiele
Es wurde eine Dispersion hergestellt, indem Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit mehreren Wänden (MWCNT; erhältlich von Nanostructured & Amorphous Materials, Inc., Houston, TX) mit einem Durchmesser von etwa 20 bis 40 nm, einer Länge von etwa 1 bis 2 μm und einer spezifischen Oberfläche von etwa 40 bis etwa 600 m²/g und CAPA 6250 Polycaprolacton (erhältlich von Perstorp, Schweden) in Toluol als Lösungsmittel in einer Kugelmühle miteinander vermischt wurden. Die erhaltene Dispersion enthielt etwa 3 Gewichtsprozent Kohlenstoff-Nanoröhrchen und hatte einen Feststoffgehalt von etwa 18 Gewichtsprozent. Für die Herstellung der Dispersion wurden etwa 200 g 1/8'' Edelstahlkügelchen als Mahlmedium zu dem Gemisch gegeben und das Gemisch wurde dann etwa 4 Tage lang gemahlen. Danach wurden die Edelstahlkügelchen mit einem Baumwollfilter entfernt, und die Dispersion wurde dann unter Verwendung eines Tsukiage-Beschichters in einer Dicke von etwa 6 μm auf einer Imari-Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung aufgebracht. Die beschichtete Walze wurde dann etwa 15 Minuten lang bei etwa 140°C in einem Heißluftstromofen getrocknet, wobei eine Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung mit einer äußeren Oberflächenbeschichtung, welche die Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit mehreren Wänden enthielt, erhalten wurde.
Die erhaltene Aufladungswalze zum Übertragen einer Vorspannung wurde unter Verwendung einer Prüfvorrichtung mit einer Druckerpatrone einem Verschleißtest unterworfen. Der Test umfasste ein erstes Screening (Zeit = 0), bei dem der Widerstand und die Gleichmäßigkeit der elektrischen Ladung gemessen wurden und die Qualität der Ausdrucke bewertet wurde. Dann wurde die Aufladungswalze etwa 50000 Zyklen lang in der Verschleiß-Prüfvorrichtung getestet, und danach wurde ein weiteres Screening mit den gleichen Messungen und Bewertungen wie beim ersten Screening (Zeit = 0) durchgeführt. Diese Prozedur (das heißt ein Screening nach jeweils weiteren 50000 Zyklen in der Verschleiß-Prüfvorrichtung) wurde so lange durchgeführt, bis die ersten Druckstreifen auftraten.
Es zeigte sich, dass die Gleichmäßigkeit der elektrischen Ladung der hergestellten Aufladungswalze mit einer äußeren Oberflächenbeschichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen sowohl vor als auch nach dem 50000 Zyklen-Verschleißtest in einer Hodaka-Prüfvorrichtung besser war als die einer Vergleichsaufladungswalze, die keine Beschichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfasste. Eine Ansammlung von elektrischer Ladung oder eine Verschlechterung der Ladungskapazität wurde bei der hergestellten Aufladungswalze mit einer äußeren Oberflächenbeschichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen ebenfalls nicht beobachtet. Die gemessenen Werte für das Anlaufmoment und für das Laufmoment der hergestellten erfindungsgemäßen Aufladungswalze deuteten auf einen einwandfreien Betrieb der Aufladungswalze hin, während bei der Vergleichsaufladungswalze, die keine Beschichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfasste, Probleme auftraten.
Wenn eine herkömmliche Aufladungswalze oder die Vergleichsaufladungswalze mit der erfindungsgemäßen äußeren Oberflächenbeschichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschichtet worden war, wurden ebenfalls qualitativ hochwertige Ausdrucke erhalten. Wenn solch eine beschichtete Aufladungswalze beispielsweise einem 50000 Zyklen-Verschleißtest mit einer Hodaka-Prüfvorrichtung unterworfen wurde und danach für die Reproduktion eines eingescannten Bildes in einer Imperia-Maschine verwendet wurde, waren die erhaltenen Ausdrucke fehlerfrei. Wenn jedoch die Vergleichsaufladungswalze ohne die erfindungsgemäße Beschichtung verwendet wurde, hatten die erhaltenen Ausdrucke deutliche Druckstreifen. Durch das Beschichten der Aufladungswalzen mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurde die Lebensdauer der Aufladungswalzen ebenfalls verlängert.
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 Nicht-Patentliteratur

Standard JIS B 0601-1982 [0059]

Claims

Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung, umfassend: ein leitfähiges Substrat; und eine äußere Oberflächenbeschichtung, die auf dem leitfähigen Substrat angeordnet ist, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kombination mit einem Polymer oder mehreren Polymeren umfasst und wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Oberflächenrauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm hat, wobei das Polymer oder die Polymere ausgewählt ist/sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Polycaprolacton; einem Polyurethan; einem Polyharnstoff; einem Polyolefin; einem Polyimid; einem Phenolharz; einem Aminoplastharz; Copolymeren mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren; einem Fluorpolymer; und Gemischen davon.
Aufladungselement nach Anspruch 1, wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen einen mittleren äußeren Durchmesser im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 90 nm oder eine spezifische Oberfläche im Bereich von etwa 20 m²/g bis etwa 1000 m²/g haben.
Aufladungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen ein mittleres Aspektverhältnis im Bereich von etwa 10 bis etwa 300 haben.
Aufladungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in einer Menge im Bereich von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 4 Gewichtsprozent enthalten sind, bezogen auf das Gewicht der äußeren Oberflächenbeschichtung.
Aufladungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Vielzahl von Polymerteilchen umfasst, die aus dem Polymer oder aus den mehreren Polymeren gebildet werden, und wobei die Polymerteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 10 μm haben.
Aufladungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁵ Ohm/Flächenquadrat (Ω/☐) bis etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat hat.
Verfahren zum Herstellen eines Aufladungselements zum Übertragen einer Vorspannung, umfassend die folgenden Schritte: das Bereitstellen einer Dispersion, die eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und ein Polymer oder mehrere Polymere umfasst, wobei das Polymer oder die mehreren Polymere ausgewählt ist/sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Polycaprolacton; einem Polyurethan; einem Polyharnstoff; einem Polyolefin; einem Polyimid; einem Phenolharz; einem Aminoplastharz; Copolymeren mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren; einem Fluorpolymer; und Gemischen davon, das Aufbringen der Dispersion auf einer äußeren Grundschicht, die auf einem leitfähigen Substrat angeordnet ist, und das Verfestigen der aufgebrachten Dispersion, um eine äußere Oberflächenbeschichtung auf der äußeren Grundschicht zu bilden, so dass die äußere Oberflächenbeschichtung eine Oberflächenrauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm hat.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Polymer oder die mehreren Polymere eine Vielzahl von Polymerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von etwa 20 nm bis etwa 10 μm umfasst/umfassen, die in der äußeren Oberflächenbeschichtung dispergiert sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die äußere Grundschicht einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁶ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹³ Ohm/Flächenquadrat hat.
Aufladungsvorrichtung zum Übertragen einer Vorspannung, umfassend: ein Aufladungselement zum Übertragen einer Vorspannung, umfassend ein leitfähiges Substrat und eine äußere Oberflächenbeschichtung, die auf dem leitfähigen Substrat angeordnet ist, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung eine Vielzahl von Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Kombination mit einem Polymer oder mehreren Polymeren umfasst, wobei die äußere Oberflächenbeschichtung einen spezifischen elektrischen Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 10⁵ Ohm/Flächenquadrat bis etwa 10¹⁰ Ohm/Flächenquadrat und eine Oberflächenrauhigkeit R_z im Bereich von etwa 2 μm bis etwa 20 μm hat, wobei das Polymer oder die Polymere ausgewählt ist/sind aus der Gruppe, bestehend aus einem Polycaprolacton; einem Polyurethan; einem Polyharnstoff; einem Polyolefin; einem Polyimid; einem Phenolharz; einem Aminoplastharz; Copolymeren mit Monomereinheiten, abgeleitet von konjugierten Dienmonomeren, aromatischen Vinylmonomeren und/oder ethylenisch ungesättigten Nitrilmonomeren; einem Fluorpolymer; und Gemischen davon, und wobei das Polymer oder die mehreren Polymere in Form einer Polymermatrix, in Form einer Vielzahl von Polymerteilchen oder in Form einer Kombination davon vorliegt/vorliegen.