DE102013223279A1

DE102013223279A1 - Fixierelement

Info

Publication number: DE102013223279A1
Application number: DE201310223279
Authority: DE
Inventors: Yu Ql; Nan-Xing Hu; Qi Zhang; Brynn Mary Dooley
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2014-06-05
Also published as: US20140147180A1; JP2014106536A; JP6096097B2; US8879975B2

Abstract

Es wird ein Fixierelement offenbart, das eine Substratschicht und eine Oberflächenschicht umfasst, die auf der Substratschicht angeordnet ist. Die Oberflächenschicht umfasst ein Fluorpolymer, in dem fluorierte Graphenpartikel dispergiert sind. Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Herstellen eines Fixierelements bereitgestellt.

Description

Diese Offenbarung ist im Allgemeinen auf Oberflächenschichten für Fixierelemente gerichtet, die bei elektrophotographischen Bildgebungsvorrichtungen, einschließlich digital, Bild-auf-Bild und dergleichen, nützlich sind.
Fluorkunststoffe wie Polytetrafluorethylen (PTFE, Handelsname Teflon^®) oder Perfluoralkylharz (PFA) werden derzeit als Topcoat-Materialien für Fixierelemente für eine ölfreie Fixierung verwendet werden. Kohlenstoffnanoröhrchen (CNT), die in einem Fluorkunststoffpolymer dispergiert sind, stellen Fixierelemente mit verbesserten mechanischen, elektrischen und thermischen Eigenschaften bereit. Eine CNT-haltige Fixierelement-Topcoat mit einer Fluorelastomerschalenschicht, die in einem Fluorkunststoff dispergiert ist, ist im US-Patent 7,991,340 beschrieben. Es bestehen jedoch Sicherheitsbedenken in Bezug auf die Handhabung von trockenem CNT-Pulver während der Beschichtungsformulierungszubereitung.
Eine Beschichtung mit niedriger Oberflächenenergie, die beständig und leicht herzustellen ist, ist wünschenswert.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Fixierelement bereitgestellt, das eine Substratschicht und eine Oberflächenschicht umfasst, die auf der Substratschicht angeordnet ist. Die Oberflächenschicht umfasst ein Fluorpolymer, in dem fluorierte Graphenpartikel dispergiert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Fixierelements bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Erhalten eines Fixierelements, das eine auf einem Substrat angeordnete Zwischenschicht umfasst. Eine Zusammensetzung aus Fluorpolymerpartikeln, fluorierten Graphenpartikeln, fluoriertem Tensid und Lösungsmittel ist auf die Zwischenschicht beschichtet, um eine beschichtete Schicht zu bilden. Die beschichtete Schicht wird auf eine Temperatur von ungefähr 300 °C bis ungefähr 380 °C erhitzt, wobei das Lösungsmittel entfernt wird und die Fluorpolymerpartikeln geschmolzen oder gehärtet werden, um die Trennschicht zu bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Fixierelement bereitgestellt, das ein Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete Zwischenschicht und eine auf der flexiblen Schicht angeordnete Oberflächenschicht umfasst. Die Oberflächenschicht umfasst ein Fluorpolymer, in dem fluorierte Graphenpartikel dispergiert sind.
1 zeigt ein beispielhaftes Fixierelement mit einem zylindrischen Substrat gemäß den vorliegenden Lehren.
2 zeigt ein beispielhaftes Fixierelement mit einem Bandsubstrat gemäß den vorliegenden Lehren.
Die 3A bis 3B zeigen beispielhafte Fixierkonfigurationen unter Verwendung der in 1 gezeigten Fixierwalzen gemäß den vorliegenden Lehren.
Die 4A bis 4B zeigen weitere beispielhafte Fixierkonfigurationen unter Verwendung des in 2 gezeigten Fixierbandes gemäß den vorliegenden Lehren.
5 zeigt eine beispielhafte Fixierelementkonfiguration unter Verwendung einer Transfixiervorrichtung.
6 zeigt das chemische Verfahren, das zur Herstellung von fluoriertem Graphen verwendet wird.
Bei diversen Ausführungsformen kann das Fixierelement beispielsweise ein Substrat aufweisen, auf dem eine oder mehrere funktionelle Schichten gebildet sind. Das Substrat kann unter Verwendung von geeigneten Materialien, die nicht-leitfähig oder leitfähig sind, je nach spezifischer Konfiguration, in verschiedene Formen gebildet werden, z. B. Zylinder (z. B. ein Zylinderrohr), zylindrische Trommel, Band oder Film, wie z. B. in den 1 und 2 gezeigt.
Im Spezifischen zeigt 1 ein beispielhaftes Fixier- oder Schmelzelement 100 mit einem zylindrischen Substrat 110 und 2 ein weiteres beispielhaftes Fixier- oder Schmelzelement 200 mit einem Bandsubstrat 210 gemäß den vorliegenden Lehren. Es sollte für den Fachmann mit durchschnittlichem Wissen auf dem Gebiet schnell ersichtlich sein, dass das in 1 gezeigte Fixier- oder Schmelzelement 100 und das in 2 gezeigte Fixier- oder Schmelzelement 200 verallgemeinerte schematische Darstellungen sind und dass andere Schichten/Substrate hinzugefügt oder bestehende Schichten/Substrate entfernt oder verändert werden können.
In 1 kann das beispielhafte Fixierelement 100 eine Fixierwalze mit einem zylindrischen Substrat 110 mit einer oder mehreren funktionellen Schichten 120 (auch als Zwischenschichten bezeichnet) und einer darauf gebildeten Außenschicht 130 sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das zylindrische Substrat 110 die Form eines zylindrischen Rohrs, das beispielsweise eine Hohlstruktur mit einer darin angeordneten Wärmelampe aufweist, oder einer festen zylindrischen Welle annehmen. In 2 kann das beispielhafte Fixierelement 200 ein Bandsubstrat 210 mit einer oder mehreren funktionellen Schichten, z. B. 220, und einer darauf gebildeten Außenschicht 230 enthalten.
Substratschicht
Das Bandsubstrat 210 und das zylindrische Substrat 110 können beispielsweise aus polymeren Materialien (z. B. Polyimid, Polyaramid, Polyetheretherketon, Polyetherimid, Polyphthalamid, Polyamidimid, Polyketon, Polyphenylensulfid, Fluorpolyimide oder Fluorpolyurethane) und metallischen Materialien (z. B. Aluminium oder Edelstahl) gebildet sein, um die Steifigkeit und strukturelle Integrität zu bewahren, wie dem Fachmann mit durchschnittlichem Wissen auf dem Gebiet bekannt.
Zwischenschicht
Beispiele für Zwischen- oder funktionelle Schichten 120 und 220 umfassen Fluorsilikone, Silikonkautschuke wie bei Raumtemperatur vulkanisierende (RTV-)Silikonkautschuke, bei hoher Temperatur vulkanisierende (HTV-)Silikonkautschuke und bei niedriger Temperatur vulkanisierende (LTV-)Silikonkautschuke. Diese Kautschuke sind bekannt und im Handel leicht erhältlich, z. B. SILASTIC^® 735 Black RTV und SILASTIC^® 732 RTV, jeweils von Dow Corning; 106 RTV Silicone Rubber und 90 RTV Silicone Rubber, jeweils von General Electric; und JCR6115CLEAR HTV und SE4705U HTV Silicone Rubbers von Dow Corning Toray Silicones. Andere geeignete Silikonmaterialien umfassen Siloxane (beispielsweise Polydimethylsiloxane); Fluorsilikone wie Silicone Rubber 552, erhältlich von Sampson Coatings, Richmond, Virginia; flüssige Silikonkautschuke wie vernetzte wärmehärtbare Vinylkautschuke oder bei Raumtemperatur vernetzte Silanolmaterialien; und dergleichen. Ein weiteres spezifisches Beispiel ist Dow Corning Sylgard 182. Im Handel erhältliche LSR-Kautschuke sind unter anderem Dow Corning Q3-6395, Q3-6396, SILASTIC^® 590 LSR, SILASTIC^® 591 LSR, SILASTIC^® 595 LSR, SILASTIC^® 596 LSR und SILASTIC^® 598 LSR von Dow Corning. Die funktionellen Schichten bieten Elastizität und können je nach Bedarf mit anorganischen Partikeln vermischt werden, beispielsweise mit SiC oder Al₂O₃. Beispiele für Zwischen- oderfunktionelle Schichten 120 und 220 umfassen darüber hinaus Fluorelastomere. Fluorelastomere sind aus der Klasse von 1) Copolymeren von zweien von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen; wie die im Handel als VITON A^® bekannten; 2) Terpolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, wie die im Handel als VITON B^® bekannten; und 3) Tetrapolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und einem Cure Site Monomer, wie die im Handel als VITON GH^® oder VITON GF^® bekannten. Diese Fluorelastomere sind im Handel unter diversen Bezeichnungen bekannt, wie die oben angeführten und VITON E^®, VITON E 60C^®, VITON E430^®, VITON 910^® sowie VITON ETP^®. Die Bezeichnung VITON^® ist eine Handelsmarke von E. I. DuPont de Nemours, Inc. Das Cure Site Monomer kann 4-Bromperfluorbuten-1, 1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1, 3-Bromperfluorpropen-1, 1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1 oder ein anderes bekanntes geeignetes Cure Site Monomer sein, wie die von DuPont im Handel erhältlichen. Andere im Handel erhältliche Fluorpolymere umfassen FLUOREL 2170^®, FLUOREL 2174^®, FLUOREL 2176^®, FLUOREL 2177^® und FLUOREL LVS 76^®, wobei FLUOREL^® eine eingetragene Handelsmarke der 3M Company ist. Weitere im Handel erhältliche Materialien sind unter anderem AFLAS^tm, ein Poly(propylentetrafluorethylen), und FLUOREL II^☐ (LII900), ein Poly(propylentetrafluorethylenvinylidenfluorid), jeweils von der 3M Company erhältlich, sowie die als FOR-60KIR^®, FOR-LHF^®, NM^® FOR-THF^®, FOR-TFS^®, TH^®, NH^®, P757^®, TNS^®, T439^®, PL958^®, BR9151^® und TN505^® bezeichneten Tecnoflons, erhältlich von Ausimont.
Die Fluorelastomere VITON GH^® und VITON GF^® weisen relativ geringe Mengen an Vinylidenfluorid auf. VITON GF^® und VITON GH^® weisen ungefähr 35 Gew.-% Vinylidenfluorid, ungefähr 34 Gew.-% Hexafluorpropylen und ungefähr 29 Gew.-% Tetrafluorethylen und ungefähr 2 Gew.-% Cure Site Monomer auf.
Für eine Walzenkonfiguration kann die Dicke der Zwischen- oder funktionellen Schicht ungefähr 0,5 mm bis ungefähr 10 mm oder ungefähr 1 mm bis ungefähr 8 mm oder ungefähr 2 mm bis ungefähr 7 mm betragen. Für eine Bandkonfiguration kann die funktionelle Schicht ungefähr 25 Mikrometer bis zu ungefähr 2 mm oder ungefähr 40 Mikrometer bis ungefähr 1,5 mm oder ungefähr 50 Mikrometer bis ungefähr 1 mm betragen.
Trennschicht
Es wird hier eine Trennschicht oder eine Oberflächenschicht offenbart, die einen Verbundstoff aus fluoriertem Graphen/Fluorpolymer enthält. Das Graphen ist teilweise fluoriert, wodurch die Dispergierungseigenschaften des Graphens in einer Zusammensetzung aus Fluorpolymer/fluoriertem Graphen verbessert werden. Auch wenn die fluorierten Bereiche einen viel höheren elektrischen Widerstand als natürliches Graphen aufweisen, bleibt das Basis-Kohlenstoff-Skelettnetzwerk des Materials intakt. Aus diesem Grund ist eine Fixierelement-Topcoat mit dem fluorierten Graphen und Fluorpolymer mechanisch beständig und elektrisch und thermisch leitfähig, um die Fixierelementspezifikationen zu erfüllen. Die Verbundstoff-Topcoat des Fixierelements kann durch Verlaufsbeschichten einer Dispersion aus Fluorpolymer, fluoriertem Graphen und Lösungsmittel und optional einem fluorierten Tensid wie GF400, gefolgt von Erhitzen auf über PFA-Schmelztemperatur, um die Zusammensetzung zu härten und eine Oberflächenschicht zu bilden, hergestellt werden.
Zusatzstoffe und weitere leitende oder nicht-leitende Füllstoffe können in den Substratschichten 110 und 210, den Zwischenschichten 220 und 230 und den Trennschichten 130 und 230 vorhanden sein. Bei diversen Ausführungsformen können andere Füllmaterialien oder Zusatzstoffe, z. B. anorganische Partikel, für die Beschichtungszusammensetzung und die nachfolgend gebildete Oberflächenschicht verwendet werden. Hier verwendete leitfähige Füllstoffe können Ruße wie Ruß, Graphit, Fulleren, Acetylenruß, fluorierter Ruß und dergleichen; Kohlenstoffnanoröhrchen; Metalloxide und dotierte Metalloxide wie Zinnoxid, Antimondioxid, antimondotiertes Zinnoxid, Titandioxid, Indiumoxid, Zinkoxid, Indiumoxid, indiumdotiertes Zinntrioxid und dergleichen; und Mischungen davon umfassen. Gewisse wie Polymere wie Polyaniline, Polythiophene, Polyacetylen, Poly(p-phenylenvinylen), Poly(p-phenylensulfid), Pyrrole, Polyindol, Polypyren, Polycarbazol, Polyazulen, Polyazepin, Poly(fluor), Polynaphthalen, Salze von organischer Sulfonsäure, Ester von Phosphorsäure, Ester von Fettsäuren, Ammonium- oder Phosphoniumsalze und Mischungen davon können als leitfähige Füllstoffe verwendet werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen können andere Zusatzstoffe, die einem Fachmann mit durchschnittlichem Wissen auf dem Gebiet bekannt sind, ebenfalls enthalten sein, um die offenbarten Verbundmaterialien zu bilden.
Haftschicht
Optional kann eine beliebige bekannte und verfügbare geeignete Haftschicht zwischen der Außenschicht oder Außenfläche, der Zwischenschicht und dem Substrat angeordnet werden. Die Haftschicht kann auf das Substrat oder auf die äußere Schicht in einer Dicke von ungefähr 2 nm bis ungefähr 10.000 nm oder von ungefähr 2 nm bis ungefähr 1.000 nm oder von ungefähr 2 nm bis ungefähr 5000 nm beschichtet werden. Das Haftmittel kann mithilfe eines geeigneten bekannten Verfahrens, einschließlich Sprühbeschichtung und Abstreifen, als Schicht aufgetragen werden.
Die 3A bis 3B und die 4A bis 4B zeigen beispielhafte Fixierkonfigurationen für das Fixierverfahren gemäß den vorliegenden Lehren. Es sollte für den Fachmann mit durchschnittlichem Wissen auf dem Gebiet schnell ersichtlich sein, dass die Fixierkonfigurationen 300A bis 300B in den 3A bis 3B und die Fixierkonfigurationen 400A bis 400B in den 4A bis 4B verallgemeinerte schematische Darstellungen sind und dass andere Elemente/Schichten/Substrate/Konfigurationen hinzugefügt oder bestehende Elemente/Schichten/Substrate/Konfigurationen entfernt oder verändert werden können. Auch wenn hier ein elektrophotographischer Drucker beschrieben ist, können die offenbarte Vorrichtung und das offenbarte Verfahren auf andere Drucktechnologien angewandt werden. Beispiele sind Offset-Druck und Tintenstrahl- sowie Festtransfixiermaschinen.
Die 3A bis 3B zeigen die Fixierkonfigurationen 300A bis 300B unter Verwendung einer in 1 gezeigten Fixierwalze gemäß den vorliegenden Lehren. Die Konfigurationen 300A bis 300B können eine Fixierwalze 100 (d. h. 100 in 1) enthalten, die einen Fixierspalt mit einem Druckbeaufschlagungsmechanismus 335, z. B. eine Druckwalze in 3A oder ein Druckband in 3B, für ein bildtragendes Material 315 bildet. Bei diversen Ausführungsformen kann der Druckbeaufschlagungsmechanismus 335 in Kombination mit einer Wärmelampe 337 verwendet werden, um sowohl Druck als auch Hitze für das Fixierverfahren der Tonerpartikel am bildtragenden Material 315 bereitzustellen. Darüber hinaus können die Konfigurationen 300A bis 300B eine oder mehrere externe Wärmewalzen 350 gemeinsam mit beispielsweise einer Reinigungsbahn 360 enthalten, wie in 3A und 3B gezeigt.
Die 4A bis 4B zeigen die Fixierkonfigurationen 400A bis 400B unter Verwendung eines in 2 gezeigten Fixierbandes gemäß den vorliegenden Lehren. Die Konfigurationen 400A bis 400B können ein Fixierband 200 (d. h. 200 in 2) enthalten, das einen Fixierspalt mit einem Druckbeaufschlagungsmechanismus 435, z. B. eine Druckwalze in 4A oder ein Druckband in 4B, für ein Mediensubstrat 415 bildet. Bei diversen Ausführungsformen kann der Druckbeaufschlagungsmechanismus 435 in Kombination mit einer Wärmelampe verwendet werden, um sowohl Druck als auch Hitze für das Fixierverfahren der Tonerpartikel am Mediensubstrat 415 bereitzustellen. Darüber hinaus können die Konfigurationen 400A bis 400B ein mechanisches System 445 enthalten, um das Fixierband 200 zu bewegen und somit die Tonerpartikel zu fixieren und Bilder am Mediensubstrat 415 zu bilden. Das mechanische System 445 kann eine oder mehrere Walzen 445a bis 445c enthalten, die bei Bedarf auch als Wärmewalzen verwendet werden können.
5 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform eines Transfixierelements 7, das in Form eines Bandes, Bogens, Films oder dergleichen vorliegen kann. Das Transfixierelement 7 ist ähnlich wie das oben beschriebene Fixierband 200 konstruiert. Das auf einem Zwischentransferelement 1 positionierte entwickelte Bild 12 wird über Walzen 4 und 8 mit einer Transfixierelement 7 in Kontakt gebracht und zu diesem befördert. Mit der Walze 4 und/oder der Walze 8 kann Hitze assoziiert. Das Transfixierelement 7 setzt in die Richtung des Pfeils 13 fort. Das entwickelte Bild wird zu einem Kopiersubstrat 9 befördert und an diesem fixiert, wenn das Kopiersubstrat 9 zwischen Walzen 10 und 11 passiert. Mit der Walze 10 und/oder der Walze 11 kann Hitze assoziiert sein.
Es wird hier eine Oberflächenbeschichtung aus fluoriertem Graphen/Fluorpolymer für ein Fixierelement beschrieben. Das Graphen ist teilweise fluoriert, wobei Fluor direkt auf den Graphenkohlenstoff gebunden ist. Das teilweise fluorierte Graphen verbessert die Dispergierungsqualität in der Beschichtungszusammensetzung und führt zu einer Oberflächenschicht mit verbesserten Eigenschaften, z. B. einer verbesserten Tonertrennleistung.
Die Dispergierungsqualität von Graphenpartikeln und Fluorpolymerpartikeln in einem Lösungsmittel ist für das Erreichen eines wahrhaftigen Nutzens von Graphen für Fixierelement-Topcoats entscheidend. Eine schlechte Dispergierung und Agglomeration kann aufgrund von Kontamination und mangelnder thermischer Leitfähigkeit zu Oberflächenschichten mit unausreichenden Tonertrenncharakteristika führen. Graphenpartikel neigen dazu, aneinander zu kleben und sind schwer abzuschälen. Es ist darüber hinaus wünschenswert, Graphen dahingehend einer Oberflächenmodifikation zu unterziehen, dass es hydrophober wird, um eine verbesserte Tonertrennleistung bereitzustellen. Das Fluor erhöht die Oberflächenenergie des Graphens, so dass Partikel, die an der Oberfläche der Trennschicht vorhanden sind, die Tonertrennung nicht negativ beeinflussen. Das fluorierte Graphen ist in einer Menge von ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% oder von ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% oder von ungefähr 1 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% der Beschichtung der Oberflächenschicht vorhanden.
Die fluorierten Graphenpartikel sind planare Partikel. Die Dicke der fluorierten Graphenpartikel beträgt ungefähr 0,34 nm bis ungefähr 100 nm oder ungefähr 0,5 nm bis ungefähr 75 nm oder ungefähr 0,7 nm bis ungefähr 50 nm. Die planare oder Längsdimension kann im Bereich von 0,3 µm bis ungefähr 10 µm oder ungefähr 0,4 µm bis ungefähr 7 µm oder ungefähr 0,5 µm bis ungefähr 5 mm liegen.
Fluoriertes Graphen kann unter Verwendung eines Fluorpolymers (d. h. Cytop^®, erhältlich von Bellex International Corporation) und eines Laserstrahls zum Fluorieren ausgewählter Graphenbereiche hergestellt werden (6). Da die Fluorierung nur in den Bereichen erfolgt, die vom Laser getroffen werden, bleibt das Basis-Kohlenstoff-Skelettnetzwerk des Materials intakt. Unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens befindet sich Fluor auf fluoriertem Graphen auf einer Seite des Partikels. Der gewichtsbezogene Prozentsatz des Fluors im fluorierten Graphenpartikel beläuft sich auf ungefähr 60 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% oder auf ungefähr 50 Gew.-% bis ungefähr 15 Gew.-% oder auf ungefähr 40 Gew.-% bis ungefähr 20 Gew.-%. Graphenpartikel sind von XGSciences oder Strem Chemicals Inc. erhältlich.
Fluorpolymere, die sich zur Verwendung bei der hier beschriebenen Formulierung eignen, beinhalten Fluorkunststoffe, die eine monomere Wiederholungseinheit umfassen, die aus der Gruppe, bestehend aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen, Perfluoralkylvinylether und Mischungen davon, ausgewählt ist. Beispiele für Fluorkunststoffe umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE); Perfluoralkoxypolymerharz (PFA); und Copolymer von Tetrafluorethylen (TFE) und Hexafluorpropylen (HFP) und Mischungen davon. Der Fluorkunststoff bietet chemische und thermische Stabilität und weist eine geringe Oberflächenenergie auf. Der Fluorkunststoff hat eine Schmelztemperatur von ungefähr 280 °C bis ungefähr 400 °C oder von ungefähr 290 °C bis ungefähr 390 °C oder von ungefähr 300 °C bis ungefähr 380 °C.
Fluorpolymere, die sich zur Verwendung bei der hier beschriebenen Formulierung eignen, umfassen Fluorelastomere, die sich zur Verwendung bei der beschriebenen Formulierung eignen, und sind aus der Klasse von 1) Copolymeren von zweien von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen; wie die im Handel als VITON A^® bekannten; 2) Terpolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, wie die im Handel als VITON B^® bekannten; und 3) Tetrapolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und einem Cure Site Monomer, wie die im Handel als VITON GH^® oder VITON GF^® bekannten. Diese Fluorelastomere sind im Handel unter diversen Bezeichnungen bekannt, wie die oben angeführten und VITON E^®, VITON E 60C^®, VITON E430^®, VITON 910^® sowie VITON ETP^®. Die Bezeichnung VITON^® ist eine Handelsmarke von E. I. DuPont de Nemours, Inc. Das Cure Site Monomer kann 4-Bromperfluorbuten-1, 1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1, 3-Bromperfluorpropen-1, 1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1 oder ein anderes bekanntes geeignetes Cure Site Monomer sein, wie die von DuPont im Handel erhältlichen. Andere im Handel erhältliche Fluorpolymere umfassen FLUOREL 2170^®, FLUOREL 2174^®, FLUOREL 2176^®, FLUOREL 2177^® und FLUOREL LVS 76^®, wobei FLUOREL^® eine eingetragene Handelsmarke der 3M Company ist. Weitere im Handel erhältliche Materialien sind unter anderem AFLAS^tm, ein Poly(propylentetrafluorethylen), und FLUOREL II^® (LII900), ein Poly(propylentetrafluorethylenvinylidenfluorid), jeweils von der 3M Company erhältlich, sowie die als FOR-60KIR^®, FOR-LHF^®, NM^® FOR-THF^®, FOR-TFS^®, TH^®, NH^®, P757^®, TNS^®, T439^®, PL958^®, BR9151^® und TN505^® bezeichneten Tecnoflons, erhältlich von Ausimont.
Die Fluorelastomere VITON GH^® und VITON GF^® weisen relativ geringe Mengen an Vinylidenfluorid auf. VITON GF^® und VITON GH^® weisen ungefähr 35 Gew.-% Vinylidenfluorid, ungefähr 34 Gew.-% Hexafluorpropylen und ungefähr 29 Gew.-% Tetrafluorethylen und ungefähr 2 Gew.-% Cure Site Monomer auf. Die Fluorelastomere werden bei einer Temperatur von ungefähr 80 °C bis ungefähr 250 °C gehärtet.
Um die Benetzbarkeit zwischen fluoriertem Graphen und Fluorpolymerpartikeln zu verbessern, wird ein fluoriertes Tensid GF300 oder 400 (im Handel von Toagosei erhältlich) als Benetzungsmittel hinzugefügt. GF-300 und GF-400 sind Fluortenside auf Methacrylatbasis, die als fluorierte Pfropfencopolymere bezeichnet werden. Andere fluorierte Tenside umfassen GF-150 von Toagosei Chemical Industries; MODIPER F-600 von Nippon Oil & Fats Company; SURFLON S-381 und S-382 von Asahi Glass Company; FC-430, FC-4430, FC-4432 und FC-129 von 3M. Die Menge im Pulver beträgt ungefähr 0,1 Gew.-% bis ungefähr 5 Gew.-% oder ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 3,0 Gew.-% oder ungefähr 1,0 Gew.-% bis ungefähr 2,0 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts des fluorierten Graphens und des Fluorpolymers.
Die Beschichtungszusammensetzung für die Trennschicht wird durch Schermischen des fluorierten Graphens und des Fluorpolymers, z. B. THVP210 von Dyneon, in einem geeigneten Lösungsmittel hergestellt. Lösungsmittel, die sich zum Dispergieren des fluorierten Graphens und Fluorpolymers eignen, umfassen Wasser; Alkohole wie Methanol, Ethanol oder Isopropanol; ein Keton wie Aceton, Methylethylketon (MEK), Methylisobutylketon (MIBK) oder ein anderes geeignetes Lösungsmittel.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Beschichtungszusammensetzung von fluoriertem Graphen und Fluorpolymerlösungsmittel und einem optionalen Tensid beispielsweise unter Verwendung von Beschichtungsverfahren, Extrusionsverfahren und/oder Formgebungsverfahren beschichtet werden. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Beschichtungsverfahren" auf ein Verfahren oder einen Prozess zum Auftragen, Bilden oder Ablagern einer Dispersion auf einem Material oder einer Oberfläche. Aus diesem Grund ist der Ausdruck "Beschichten" oder "Beschichtungsverfahren" bei den vorliegenden Lehren nicht besonders eingeschränkt und Tauchbeschichten, Anstreichen, Bürstenbeschichten, Walzenbeschichten, Kissenauftrag, Sprühbeschichten, Spin Coating, Gießen oder Verlaufsbeschichten kann verwendet werden.
Nach Beschichten wird die Zusammensetzung für einen Zeitraum auf eine Temperatur erhitzt, der ausreichend ist, um das Fluorpolymer zu schmelzen oder zu härten, um die beschichtete Schicht zu bilden. Fluorkunststoffe haben eine Schmelztemperatur von ungefähr 280 °C bis ungefähr 400 °C oder von ungefähr 290 °C bis ungefähr 390 °C oder von ungefähr 300 °C bis ungefähr 380 °C und werden für einen Zeitraum von ungefähr 1 Minute bis ungefähr 30 Minuten oder einen Zeitraum von ungefähr 2 Minuten bis ungefähr 25 Minuten oder einen Zeitraum von ungefähr 3 Minuten bis ungefähr 20 Minuten erhitzt. Fluorelastomere werden bei einer Temperatur von ungefähr 80 °C bis ungefähr 250 °C für einen Zeitraum von ungefähr 1 Minute bis ungefähr 30 Minuten oder einen Zeitraum von ungefähr 2 Minuten bis ungefähr 25 Minuten oder einen Zeitraum von ungefähr 3 Minuten bis ungefähr 20 Minuten gehärtet.
Alle Teile sind Prozentzahlen in Bezug auf das Feststoffgewicht, außer wenn anderweitig indiziert.
Eine Fixierelement-Verbund-Topcoat wird durch Verlaufsbeschichten einer lösungsmittelbasierten Dispersion von PFA, fluoriertem Graphen mit fluoriertem Tensid, gefolgt von Erhitzen auf über PFA-Schmelztemperatur, hergestellt und ist im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Herstellung einer Beschichtungsdispersion
Eine Lösungsmitteldispersion, enthaltend 0,5 Gew.-% fluoriertes Graphen, wurde durch Dispergieren von 0,6 Gramm fluoriertem Graphen in 120 Gramm Cyclohexanon (CHN) durch Ultraschallbehandlung für 2 Stunden mit 60 % Ausgangsleistung des Sonikators hergestellt. Die Dispersion wurde auf 3 Gew.-% konzentriert.
PFA-Pulver (MP320), erworben von DuPont, (9 Gramm) wurde durch Ultraschallbehandlung (30 Minuten mit 60 % Ausgangsleistung) in einem gemischten Lösungsmittel von Methylethylketon (MEK) (8 Gramm) und CHN (3 Gramm), enthaltend 0,36 Gramm GF400-Lösung, dispergiert. Die oben beschriebene Dispersion von fluoriertem Graphen (6,2 Gramm) wurde unter 30-minütiger Ultraschallbehandlung zur PFA/MEK-Dispersion hinzugefügt. 3,8 Gramm Poly(propylencarbonat)-(PPC, Empower QPAC^®40)-Bindemittel in CHN-Lösung (20 Gew.-%) wurden zur Verbunddispersion in einer Walzenmühle hinzugefügt, um eine einheitliche 2-Gew.-%-Verbunddispersion von fluoriertem Graphen/PFA zu bilden.
Herstellung einer Fixierelement-Topcoat
Die obige 2-Gew.-%-Verbunddispersion von fluoriertem Graphen/PFA wurde durch Verlaufsbeschichten bei einer Durchflussrate von 3 ml/min mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 2 mm/s auf die geprimte (klarer Primer CL990) Silikonwalze aufgetragen. Die verlaufsbeschichtete Verbundwalze wurde für eine Stunde im Ofen gebacken, um die Lösungsmittel zu entfernen, gefolgt von einem Backen für 15 min bei 340 °C, um die durchgehende Fixierelement-Verbund-Topcoat zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7991340 [0002]

Claims

Fixierelement, umfassend: eine Substratschicht; und eine Oberflächenschicht, die auf der Substratschicht angeordnet ist, wobei die Oberflächenschicht ein Fluorpolymer umfasst, in dem fluorierte Graphenpartikel dispergiert sind, wobei die fluorierten Graphenpartikel einen Fluorgehalt von ungefähr 60 Gew.-% bis ungefähr 10 Gew.-% aufweisen.
Fixierelement nach Anspruch 1, wobei die fluorierten Graphenpartikel eine planare Dimension von ungefähr 0,3 µm bis ungefähr 10 µm aufweisen.
Verfahren zum Herstellen eines Fixierelements, umfassend: Erhalten eines Fixierelements, das eine auf einem Substrat angeordnete Zwischenschicht umfasst; Beschichten einer Zusammensetzung von Fluorpolymerpartikeln, fluorierten Graphenpartikeln und einem Lösungsmittel auf die Zwischenschicht, um eine beschichtete Schicht zu bilden; und Erhitzen der beschichteten Schicht auf eine Temperatur von ungefähr 80 °C bis ungefähr 380 °C, wobei das Lösungsmittel entfernt wird und die Fluorpolymerpartikel geschmolzen oder gehärtet werden, um die Trennschicht zu bilden.
Fixierelement, umfassend: ein Substrat; eine Zwischenschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist; und eine Oberflächenschicht, die auf der Zwischenschicht angeordnet ist, wobei die Oberflächenschicht ein Fluorpolymer umfasst, in dem fluorierte Graphenpartikel dispergiert sind.