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Es sind verschiedene Zwischenübertragungselemente bekannt, wie Zwischenübertragungsbänder zur Übertragung eines entwickelten Bildes in xerographischen Systemen. So sind z.B. eine Anzahl von Zwischenübertragungselementen bekannt, die aus Materialien mit ungeeignet niedrigem Modul oder geringer Reißfestigkeit bestehen, die sich nur schwer von einem Metallsubstrat ablösen lassen, oder deren Herstellung teuer ist, weil die benötigten Ausgangsmaterialien teuer oder nur schwer zu beschaffen sind und weil lange Trocknungszeiten erforderlich sind. Ebenfalls sind Zwischenübertragungselemente mit Eigenschaften bekannt, die bewirken, dass diese Elemente spröde werden, so dass eine ungeeignete Aufnahme des entwickelten Bildes und anschließend eine nur teilweise Übertragung entwickelter xerographischer Bilder auf ein Substrat, wie Papier, resultiert. Ein Nachteil in Bezug auf die Präparation eines Zwischenübertragungselements ist, dass üblicherweise auf einem Metallsubstrat eine gesonderte Ablöseschicht aufgetragen ist, und danach sind die Komponenten des Zwischenübertragungselements auf die Ablöseschicht aufgetragen, wobei die Ablöseschicht ermöglicht, das resultierende Zwischenübertragungselement von dem Metallsubstrat durch Abschälen oder mechanische Vorrichtungen zu trennen. Die Verwendung einer Ablöseschicht steigert Kosten und Zeit für die Präparation, und eine solche Schicht kann eine Reihe von Eigenschaften des Zwischenübertragungselements verändern.
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Für xerographische Low End-Maschinen und -Drucker, die 30 Seiten oder weniger pro Minute produzieren, werden wegen der geringen Kosten üblicherweise thermoplastische Zwischenübertragungselemente verwendet. Die Modul-Werte thermoplastischer Materialien, wie bestimmter Polycarbonate, Polyester und Polyamide, können relativ niedrig sein, z.B. 1.000 bis 1.500 Megapascal (MPa).
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Zusätzlich sind bei einer Anzahl bekannter Zwischenübertragungselemente üblicherweise drei getrennte Komponenten erforderlich, ein Ablöseadditiv, ein Nivellierungsadditiv und ein Dispergiermittel, wobei die Komponenten Prozessprobleme verursachen können und auch die Kosten der Elemente erhöhen.
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Weiter besteht ein Bedarf für Zwischenübertragungselemente, bei denen eine einzige Komponente als Ablöseadditiv, Nivellierungsadditiv und Dispergiermittel wirken kann. Weiter besteht ein Bedarf für Zwischenübertragungselemente mit exzellenter Reißfestigkeit, wie über ihre Modulmaße bestimmt, die sich leicht von Substraten lösen lassen und hohe Glasübergangstemperaturen besitzen sowie verbesserte Stabilität ohne oder mit nur geringfügiger Degradation über längere Zeitabschnitte aufweisen.
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Weiter besteht ein Bedarf für Materialien für Zwischenübertragungselemente, die schnelle Ablöseeigenschaften von einer Vielzahl von Substraten aufweisen, die für das Präparieren solcher Elemente gewählt werden.
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Ein weiterer Bedarf beruht in dem Bereitstellen von Zwischenübertragungselementen, die durch Fluten-Verfahren erzeugt werden können und die über nicht-mahlende Verfahren präpariert werden können.
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Weiter besteht ein Bedarf für nahtlose Zwischenübertragungselemente, die Komponenten enthalten, die wirtschaftlich und effizient gefertigt werden können und bei denen eine einzelne Komponente gleichzeitig als Ablöseadditiv, Nivellierungsadditiv und Dispergiermittel wirken kann.
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US 2010/0 247 918 A1 betrifft ein Zwischenübertragungselement mit einer Schicht aus einem Polyimid, einer Fluorpolyetherphosphorsäure und Polyanilin.
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Es wird ein Zwischenübertragungselement offenbart, das eine Schicht eines Polyimids, eines Fluorpolyetherphosphats und einer Leitfähigkeitskomponente umfasst, wobei die Leitfähigkeitskomponente aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ruß, Metalloxiden und Mischungen davon besteht,
wobei das Fluorpolyetherphosphat in einer Menge von 0,01 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent der Feststoffe insgesamt enthalten ist durch folgende Formel/Struktur dargestellt ist:
wobei das Verhältnis p/q 0,5 bis 3 beträgt und s für 1 oder 2 steht, und
wobei das Polyimid durch mindestens eine der folgenden Formeln/Strukturen und Mischungen dargestellt ist:
und
wobei n für die Anzahl sich wiederholender Segmente steht und in einem Bereich von 20 bis 200 ist.
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- 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines einschichtigen Zwischenübertragungselements der vorliegenden Offenbarung.
- 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines zweischichtigen Zwischenübertragungselements der vorliegenden Offenbarung.
- 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines dreischichtigen Zwischenübertragungselements der vorliegenden Offenbarung.
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Das offenbarte Zwischenübertragungselement umfasst ein Gemisch aus einem Polyimid und einem Fluorpolyetherphosphat, wobei sich die Zusammensetzung selbstständig von einem Metallsubstrat, wie Edelstahl, löst, und wobei eine externe Ablöseschicht auf dem Metallsubstrat vermieden werden kann. Das offenbarte Beschichtungsgemisch ist kosteneffektiv, da z.B. nur eine Komponente für das Polyimid-enthaltende Zwischenübertragungselement-Gemisch erforderlich ist.
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In 1 ist ein Zwischenübertragungselement dargestellt, das eine Schicht 2 umfasst, die ein Fluorpolyetherphosphat 3, ein Polyimid 4, ein optionales Siloxanpolymer 5 und eine Leitfähigkeitskomponente 6 umfasst.
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In 2 ist ein zweischichtiges Zwischenübertragungselement dargestellt, das eine Bodenschicht 7 umfasst, die ein Fluorpolyetherphosphat 8, ein Polyimid 9, ein optionales Siloxanpolymer 10 und eine Leitfähigkeitskomponente 11 umfasst, und eine optionale obere oder äußere Toner-Ablöseschicht 13, die Ablösekomponenten 14 umfasst.
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In 3 ist ein dreischichtiges Zwischenübertragungselement dargestellt, umfassend ein Stützsubstrat 15, eine Schicht 16 darüber, umfassend F'luorpolyetherphosphat 17, ein Polyimid 18, ein optionales Siloxanpolymer 19 und eine Leitfähigkeitskomponente 21, und eine optionale Ablöseschicht 23, die Ablösekomponenten 24 umfasst.
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Polyimide
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Beispiele für Polyimid, gewählt für die offenbarten Zwischenübertragungselementschicht-Mischungen, werden durch mindestens eine der folgenden Formeln/Strukturen und Mischungen davon ausgewählt:
und
wobei n für die Anzahl sich wiederholender Segmente steht und von 20 bis 200 ist. Fluorpolyetherphosphate
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Beispiele für Fluorpolyetherphosphat, ausgewählt für die offenbaren Zwischenübertragungselemente sind Polyperfluorethoxymethoxydifluorethylpoly(ethylenglycol)phosphat, Perfluorpolyethersäurephosphat, Perfluorpolyetherpoly(ethylenglycol)phosphat, Diphosphorsäure, Polymere mit ethoxylierten reduzierten Ethylestern von reduziertem polymerisiertem oxidiertem Tetrafluorethylen und Mischungen davon.
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Die Fluorpolyetherphosphate, die als Dispergiermittel für die Leitfähigkeitskomponenten, wie Ruß, wenn vorhanden, und als Nivellierungsagens und Ablöseadditiv für die offenbarten Mischungen wirken können, können durch die folgenden Formeln/Strukturen dargestellt werden:
wobei s für die Anzahl von Gruppen und z.B. für 1 oder 2 steht, und wobei p/q das Verhältnis der entsprechenden Segmente ist, und wobei das Verhältnis abhängig z.B. von der Menge des gewählten Fluorpolyetherphosphats variiert, wobei Beispiele für das p/q-Verhältnis 0,5 bis 3, 0,7 bis 1, 0,8 bis 2,5 oder 0,5 bis 0,8 sind. In Ausführungsformen kann der Wert p z.B. 6 bis 12 und der Wert q z.B. 3 bis 11 sein. Bestimmte Beispiele für Fluorpolyetherphosphate für die offenbarte Zwischenübertragungselement-Mischung können aus der Gruppe ausgewählt werden, die durch folgende Strukturen/Formeln und Mischungen davon dargestellt wird:
(HO)2OP-O-CH2CH2O-CH2CF2O-(CF2CF2O)6-(CF2O)4-CF2CH2-OCH2CH2-O-PO(OH)2; (HO)2OP-O-CH2CH2O-CH2CF2O-(CF2CF2O)8-(CF2O)10-CF2CH2-OCH2CH2-O-PO(OH)2; (HO)2OP-O-(CH2CH2O)2-CH2CF2O-(CF2CF2O)10-(CF2O)8-CF2CH2-(OCH2CH2)2-O-PO(OH)2; (HO)2OP-O-(CH2CH2O)2-CH2CF2O-(CF2CF2O)10-(CF2O)8-CF2CH2-(OCH2CH2)2-O-PO(OH)2 und
(HO)2OP-O-(CH2CH2O)2-CH2CF2O-(CF2CF2O)12-(CF2O)6-CF2CH2-(OCH2CH2)2-O-PO(OH)2.
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Weitere bestimmte Beispiele für Fluorpolyetherphosphate, ausgewählt für die offenbarten Zwischenübertragungselement-Mischungen und umfasst durch die hier dargestellten Formeln/Strukturen umfassen FLUOROLINK® F10 (mittlere Molekularmasse = 2.400 bis 3.100) und FOMBLIN® HC/P2-1000 (mittlere Molekularmasse = 2.500), beide verfügbar von Solvay Solexis.
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Die Menge des Fluorpolyetherphosphats für die Zwischenübertragungselement-Zusammensetzungen beträgt 0,01 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent (der Feststoffe insgesamt), oder von 0,1 bis 1 Gewichtsprozent, von 0,1 bis 0,9 Gewichtsprozent, von 0,1 bis 1,5 Gewichtsprozent, von 0,03 bis 0,4 Gewichtsprozent, von 0,03 bis 0,1 Gewichtsprozent, von 0,01 bis 0,5 Gewichtsprozent, von 0,01 bis 0,05 Gewichtsprozent, von 0,01 bis 5 Gewichtsprozent oder weniger als 0,6 Gewichtsprozent oder 0,6 Gewichtsprozent. In Ausführungsformen, liegen Polyimid und das Fluorpolyetherphosphat in einem Gewichtsverhältnis von 99,99/0,01 bis 95/5 vor, wobei das Verhältnis von Polyimid/Leitfähigkeitskomponente/Fluorpolyetherphosphat 50/49,99/0,01 bis 94,9/5/0,1 oder 94,9/0,11/5 in der Zusammensetzung vor.
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Eine bestimmte offenbarte Zwischenstufenübertragungselement-Beschichtung umfasst eine Mischung eines Polyimids von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin, eine Leitfähigkeitskomponente und das offenbarte Fluorpolyetherphosphat, präpariert in einem hier dargestellten Lösungsmittel, von 10 bis 20 Gewichtsprozent der Feststoffe. Die offenbarte Polyimid/Fluorpolyetherphosphat-enthaltende Mischung besitzt z.B. ein Young-Modul von 4.000 bis 10.000 MPa, von 5.000 bis 10.000 MPa, von 6.500 bis 7.500 MPa, von 6.000 bis 10.000 MPa, von 7.800 bis 7.900 MPa und von ca.7.500 bis 8.000 MPa; und eine anfängliche Zersetzungstemperatur von über 150 °C, einschließlich von 400 °C bis 650 °C, von 500 °C bis 640 °C, von 600 °C bis 630 °C, von 160 °C bis 400 °C und von 170 °C bis 350 °C.
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Die offenbarten Glasübergangstemperaturen können mittels einer Vielzahl bekannter Verfahren bestimmt werden, insbesondere mittels dynamischer Differenzkalorimetrie (DDK) für die offenbarten Molekularmassen, wie als Mw (Massenmittel) und Mn (Zahlenmittel), sie können mittels einer Vielzahl bekannter Verfahren und insbesondere mittels Gel-Permeationschromatographie (GPC) gemessen werden.
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Die Fluorpolyetherphosphate, die gleichzeitig als Ablöseagens oder -additiv, Nivellierungsagens und als Dispergiermittel wirken können, anstatt drei verschiedene Substanzen zu nutzen, sind mit der Beschichtungslösung kompatibel, die die Polyimide und optionalen Komponenten enthält. Zusätzlich können die Polyimid/Fluorpolyetherphosphat-enthaltenden Mischungen oder Zusammensetzungen nach abschließendem Aushärten, selbstständigem Ablösen von einem Metallsubstrat, wie Edelstahl, und einer dicken glatten Polyimid/Leitfähigkeitskomponente, wenn vorhanden/Fluorpolyetherphosphat-Zusammensetzung-Zwischenübertragungselement erhalten werden.
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Optionale Leitfähigkeitskomponenten oder Füllstoffe
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Das offenbarte Zwischenübertragungselement kann optional ein oder mehrere Leitfähigkeitskomponenten oder Füllstoffe enthalten, die z.B. die Leitfähigkeit des Zwischenübertragungselements ändern oder einstellen. Wenn das Zwischenübertragungselement eine einschichtige Struktur ist, kann der leitfähige Füllstoff in der Mischung enthalten sein, die die hier offenbarten Fluorpolyetherphosphate enthält. Wenn das Zwischenübertragungselement jedoch eine mehrschichtige Struktur ist, kann der leitfähige Füllstoff in ein oder mehreren Schichten des Zwischenübertragungselements enthalten sein, wie in dem Stützsubstrat, der Polymerschicht oder Mischungen davon darauf geschichtet, oder sowohl in dem Stützsubstrat als auch der Polymerschicht, einschließlich in der Ablöseschicht, wenn vorhanden. Geeignete Füllstoffe umfassen z.B. Ruße, Metalloxide, Polyaniline, Graphit, Acetylen Black, fluorinierte Ruße, andere bekannte geeignete Füllstoffe und Mischungen davon.
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Beispiele für Ruß-Füllstoffe, die für die hier dargestellten Zwischenübertragungselemente ausgewählt werden können, umfassen Special Black 4 (B.E.T. Oberfläche = 180 m2/g, DBP-Absorption = 1,8 ml/g, primärer Partikeldurchmesser = 25 nm) verfügbar von Evonik-Degussa, Special Black 5 (B.E.T. Oberfläche = 240 m2/g, DBP-Absorption = 1,41 ml/g, primärer Partikeldurchmesser = 20 nm), Color Black FW1 (B.E.T. Oberfläche = 320 m2/g, DBP-Absorption = 2,89 ml/g, primärer Partikeldurchmesser = 13 nm), Color Black FW2 (B.E.T. Oberfläche = 460 m2/g, DBP-Absorption = 4,82 ml/g, primärer Partikeldurchmesser = 13 nm), Color Black FW200 (B.E.T. Oberfläche = 460 m2/g, DBP-Absorption = 4,6 ml/g, primärer Partikeldurchmesser = 13 nm), alle verfügbar von Evonik-Degussa; VULCAN® Ruße, REGAL® Ruße, MONARCH® Ruße und BLACK PEARLS® Ruße verfügbar von Cabot Corporation. Bestimmte Beispiele für leitfähige Ruße sind BLACK PEARLS® 1000 (B.E.T. Oberfläche = 343 m2/g, DBP-Absorption = 1,05 ml/g), 880 (B.E.T. Oberfläche = 240 m2/g, DBP-Absorption = 1,06 ml/g), 800 (B.E.T. Oberfläche = 230 m2/g, DBP-Absorption = 0,68 ml/g), L (B.E.T. Oberfläche = 138 m2/g, DBP-Absorption = 0,61 ml/g), 570 (B.E.T. Oberfläche = 110 m2/g, DBP-Absorption = 1,14 ml/g), 170 (B.E.T. Oberfläche = 35 m2/g, DBP-Absorption = 1,22 ml/g), VULCAN® XC72 (B.E.T. Oberfläche = 254 m2/g, DBP-Absorption = 1,76 ml/g), XC72R (flockige Form von VULCAN® XC72), XC605, XC305, REGAL® 660 (B.E.T. Oberfläche = 112 m2/g, DBP-Absorption = 0,59 ml/g), 400 (B.E.T. Oberfläche = 96 m2/g, DBP-Absorption = 0,69 ml/g), 330 (B.E.T. Oberfläche = 94 m2/g, DBP-Absorption = 0,71 ml/g), MONARCH® 880 (B.E.T. Oberfläche = 220 m2/g, DBP-Absorption = 1,05 ml/g, primärer Partikeldurchmesser = 16 nm) und 1000 (B.E.T. Oberfläche = 343 m2/g, DBP-Absorption = 1,05 ml/g, primärer Partikeldurchmesser = 16 nm); Channel Special Ruß 4 und Channel Special Ruß 5 verfügbar von Orion und Channel Ruße verfügbar von Evonik-Degussa. Andere bekannte geeignete Ruße, die hier nicht besonders offenbart sind, können für die hier offenbarten Zwischenübertragungselemente als Füllstoff oder Leitfähigkeitskomponente ausgewählt werden.
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Beispiele für Polyanilin-Füllstoffe, die zur Einbindung in die Zwischenübertragungselemente gewählt werden können, sind PANIPOL™ F, kommerziell verfügbar von Panipol Oy, Finnland; und bekannte Lignosulfonsäuregepfropfte Polyaniline. Diese Polyaniline besitzen üblicherweise einen relativ kleinen Partikeldurchmesser von z.B. 0,5 bis 5µm, von 1,1 bis 2,3 µm oder von 1,5 bis 1,9 µm. Metalloxid-Füllstoffe, die für die offenbarten Zwischenübertragungselemente gewählt werden können, umfassen z.B. Zinnoxid, Antimon-dotiertes Zinnoxid, Antimondioxid, Titandioxid, Indiumioxid, Zinkoxid, Indium-dotiertes Zinntrioxid, Indium-Zinnoxid und Titanoxid.
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Geeignete Antimon-dotierte Zinnoxid-Füllstoffe umfassen Antimon-dotierte Zinnoxide, geschichtet auf ein inertes Kernpartikel, wie ZELEC® ECP-S, M und T, verfügbar von DuPont Chemicals, Jackson Laboratories, Deepwater, N.J., und diese Antimon-dotierten nicht-Kern-enthaltenden Zinnoxide, wie ZELEC® ECP-3005-XC und ZELEC® ECP-3010-XC; verfügbar von DuPont Chemicals, Jackson Laboratories, Deepwater, N.J. Das Kernpartikel kann Glimmer, TiO2 oder ein nadelkristallförmiges Partikel mit hohlem oder festem Kern sein.
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Kommerziell von E.I. DuPont oder DuPont Chemicals verfügbare Beispiele für Antimon-dotierte Zinnoxid-Füllstoffe sind ZELEC® ECP 1610-S, 2610-S, 3610-S, 1703-S, 2703-S, 1410-M, 3005-XC, 3010-XC, 1410-T, 3410-T, S-X1, ZELEC® ECP-Pulver, die eine nadelkristallförmige hohle Hülle, ein äquiaxiales Titandioxid-Kernprodukt (ZELEC® ECP-T) und ein scheibenförmiges Glimmerkern-Produkt (ZELEC® ECP-M) umfassen.
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Die Antimon-dotierten Zinnoxid-Partikel können durch dichtes Schichten einer dünnen Schicht von Antimon-dotiertem Zinnoxid auf die Oberfläche einer Silica-Hülle oder ein Silica-basiertes Partikel präpariert werden, wobei die Hülle wiederum auf einem Kernpartikel aufgebracht wurde. Die Antimon-dotierten Zinnoxid-Partikel sind von der Größe her auch fein genug, um ausreichende Durchsichtigkeit bereitzustellen. Das Silica kann entweder eine hohle Hülle oder auf die Oberfläche eines inerten Kerns geschichtet sein, um eine feste Struktur zu bilden.
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Wenn vorhanden, kann der Füllstoff in einer Menge von z.B. 0,1 bis 50 Gewichtsprozent, von 1 bis 60 Gewichtsprozent, von 1 bis 40 Gewichtsprozent, von 3 bis 40 Gewichtsprozent, von 4 bis 30 Gewichtsprozent, von 10 bis 30 Gewichtsprozent, von 10 bis 25 Gewichtsprozent, von 5 bis 30 Gewichtsprozent, von 15 bis 20 Gewichtsprozent oder von 5 bis 20 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der festen Zutaten, in denen der Füllstoff umfasst ist, ausgewählt werden.
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Optionale Polysiloxanpolymere
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Die offenbarten Zwischenübertragungselement-Mischungen können also allgemein ein Polysiloxanpolymer umfassen. Beispiele für Polysiloxanpolymere, die für die hier offenbarten Zwischenübertragungselement-Mischungen gewählt werden können, umfassen bekannte geeignete Polysiloxane, wie ein Copolymer eines Polyethers und eines Polydimethylsiloxans, kommerziell verfügbar von BYK Chemical als BYK® 333, 330 (51 Gewichtsprozent in Methoxypropylacetat), und 344 (52,3 Gewichtsprozent in Xylol/Isobutanol, Verhältnis von 80/20); BYK®-SILCLEAN 3710 und 3720 (25 Gewichtsprozent in Methoxypropanol); ein Copolymer eines Polyesters und eines Polydimethylsiloxans, kommerziell verfügbar von BYK Chemical als BYK® 310 (25 Gewichtsprozent in Xylol), und 370 (25 Gewichtsprozent in Xylol/Alkylbenzolen/Cyclohexanon/Monophenylglycol, Verhältnis von 75/11/7/7); ein Copolymer aus einem Polyacrylat und einem Polydimethylsiloxan, kommerziell verfügbar von BYK Chemical als BYK®-SILCLEAN 3700 (25 Gewichtsprozent in Methoxypropylacetat); ein Copolymer aus Polyesterpolyether und einem Polydimethylsiloxan, kommerziell verfügbar von BYK Chemical als BYK® 375 (25 Gewichtsprozent in Dipropylenglycolmonomethylether); und Gemische davon.
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Das Polysiloxanpolymer, oder Copolymere davon, können in den offenbarten Beschichtungszusammensetzungen und Zwischenübertragungselementen davon in einer Menge von z.B. 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, von 0,01 bis 1 Gewichtsprozent, von 0,05 bis 1 Gewichtsprozent, von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, von 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent, von 0,2 bis 0,5 Gewichtsprozent oder von 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der vorhandenen festen Komponenten oder Zutaten, umfasst sein.
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Optionale Stützsubstrate
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Wenn gewünscht, kann in dem Zwischenübertragungselement ein Stützsubstrat umfasst sein, wie unter der offenbarten Fluorpolyetherphosphat-enthaltenden Mischungsschicht. Das Stützsubstrat kann umfasst sein, um dem Zwischenübertragungselement erhöhte Steifheit oder Festigkeit zu verleihen.
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Die offenbarte Fluorpolyetherphosphat-enthaltende Beschichtungsdispersion kann auf zahlreiche geeignete Stützsubstratmaterialien angewendet werden, um zweischichtige Zwischenübertragungselemente zu bilden. Beispielhafte Stützsubstratmaterialien umfassen Polyimide, Polyamidimide, Polyetherimide, Mischungen davon und Ähnliches. Insbesondere sind Beispiele für die Zwischenübertragungselement-Stützsubstrate Polyimide, umfassend bekannte Niedrigtemperatur- und schnell aushärtende Polyimide, wie VTEC™ PI 1388, 080-051, 851, 302, 203, 201 und PETI-5, alle verfügbar von Richard Blaine International, Incorporated, Reading, PA., Polyamidimide, Polyetherimide und Ähnliches. Die aushärtbaren Polyimide können bei Temperaturen von 180 °C bis 260 °C über eine kurze Zeitspanne ausgehärtet werden, wie von 10 bis 120 Minuten oder von 20 bis 60 Minuten, und besitzen allgemein Zahlenmittel-Molekularmassen von 5.000 bis 500.000 oder von 10.000 bis 100.000 und Massenmittel-Molekularmassen von 50.000 bis 5.000.000 oder von 100.000 bis 1.000.000. Auch für die Stützsubstrate können aushärtbare Polyimide gewählt werden, die bei Temperaturen oberhalb von 300 °C ausgehärtet werden können, wie PYRE M.L.® RC-5019, RC 5057, RC-5069, RC-5097, RC-5053 und RK-692, alle kommerziell verfügbar von Industrial Summit Technology Corporation, Parlin, NJ; RP-46, und RP-50, beide kommerziell verfügbar von Unitech LLC, Hampton, VA; DURIMIDE® 100, kommerziell verfügbar von FUJIFILM Electronic Materials U.S.A., Inc., North Kingstown, RI; und KAPTON® HN, VN, und FN, alle kommerziell verfügbar von E.I. DuPont, Wilmington, DE.
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Beispiele für Polyamidimide, die als Stützsubstrate für die hier offenbarten Zwischenübertragungselemente gewählt werden können, sind VYLOMAX® HR-11 NN (15 Gewichtsprozent Lösung in N-Methylpyrrolidon, Tg = 300 °C und Mw = 45,000), HR-12N2 (30 Gewichtsprozent Lösung in N-Methylpyrrolidon/Xylol/Methylethylketon = 50/35/15, Tg= 255 °C und Mw = 8.000), HR-13NX (30 Gewichtsprozent Lösung in N-Methylpyrrolidon/Xylol = 67/33, Tg = 280 °C und Mw = 10.000), HR-15ET (25 Gewichtsprozent Lösung in Ethanol/Toluol = 50/50, Tg = 260 °C und Mw = 10,000), HR-16NN (14 Gewichtsprozent Lösung in N-Methylpyrrolidon, Tg = 320 °C und Mw = 100,000), alle kommerziell verfügbar von Toyobo Company of Japan, und TORLON® Al-10 (Tg = 272 °C), kommerziell verfügbar von Solvay Advanced Polymers, LLC, Alpharetta, GA.
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Bestimmte Beispiele für Polyetherimid-Stützsubstrate, die für die hier offenbarten Zwischenübertragungselemente gewählt werden können, sind ULTEM® 1000 (Tg = 210 °C), 1010 (Tg = 217 °C), 1100 (Tg = 217 °C), 1285, 2100 (Tg = 217 °C), 2200 (Tg = 217 °C), 2210 (Tg = 217 °C), 2212 (Tg = 217 °C), 2300 (Tg = 217 °C), 2310 (Tg = 217 °C), 2312 (Tg = 217 °C), 2313 (Tg = 217 °C), 2400 (Tg = 217 °C), 2410 (Tg = 217 °C), 3451 (Tg = 217 °C), 3452 (Tg = 217 °C), 4000 (Tg = 217 °C), 4001 (Tg = 217 °C), 4002 (Tg = 217 °C), 4211 (Tg = 217 °C), 8015, 9011 (Tg = 217 °C), 9075 und 9076, alle kommerziell verfügbar von Sabic Innovative Plastics.
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Optionale Ablöseschichten
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Wenn gewünscht, kann in dem Zwischenübertragungselement eine optionale Ablöseschicht umfasst sein, so wie in der Konfiguration einer Schicht über der offenbarten Fluorpolyetherphosphatmischung-enthaltenden Schicht. Die Ablöseschicht kann umfasst sein, um bei Tonerreinigung und zusätzlich bei der Übertragungseffizienz entwickelter Bilder von einem Fotoleiter zu einem Zwischenübertragungselement zu unterstützen. Wenn ausgewählt, kann die Ablöseschicht eine beliebige geeignete Dicke aufweisen. Die Ablöseschicht kann z.B. eine Dicke von 1 bis 100 µm, von 10 bis 75 µm oder von 20 bis 50 µm aufweisen.
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Die optionale Ablöseschicht kann TEFLON®-artige Materialien umfassen, einschließlich fluorinierte Ethylenpropylen-Copolymer (FEP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyfluoralkoxypolytetrafluorethylen (PFA TEFLON®) und andere TEFLON®-artige Materialien; Silicon-Materialien, wie Fluorsilicone und Silicon-Gummis, wie Silicon-Gummi 552, verfügbar von Sampson Coatings, Richmond, Va., Polydimethylsiloxan/Dibutylzinndiacetat, 0,45 g DBTDA pro 100 g Polydimethylsiloxan-Gummimischung, mit einer Molekularmasse Mw von 3.500; und Fluorelastomer, wie solche, die als VITON® verfügbar sind, wie Copolymer und Terpolymer von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, die kommerziell unter verschiedenen Bezeichnungen bekannt sind, wie VITON® A, E, E60C, E45, E430, B910, GH, B50 und GF. Die Bezeichnung VITON® ist ein Markenname von E.I. DuPont de Nemours, Inc. Zwei bekannte Fluorelastomere sind umfasst von (1) einer Klasse von Copolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, kommerziell bekannt als VITON® A; (2) einer Klasse von Terpolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, kommerziell bekannt als VITON® B; und (3) einer Klasse von Tetrapolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und einem Aushärtungsmonomer, wie VITON® GF mit 35 Mol-Prozent Vinylidenfluorid, 34 Mol-Prozent Hexafluorpropylen und 29 Mol-Prozent Tetrafluorethylen mit 2% Aushärtungsmonomer. Die Aushärtungsmonomere können aus denen ausgewählt werden, die von E.I. DuPont de Nemours, Inc., verfügbar sind, wie 4-Bromperfluorbuten-1, 1,1 -Dihydro-4-bromperfluorbuten-1, 3-Bromperfluorpropen-1, 1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1 oder einem beliebigen anderen geeigneten, bekannten, kommerziell verfügbaren Aushärtungsmonomer.
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Zwischenübertragungselement-Präparation
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Die offenbarten Zwischenübertragungselement-Beschichtungsdispersionen können mittels einer Vielzahl bekannter Prozesse präpariert werden. Ein Verfahren zur Präparation der offenbarten Beschichtungszusammensetzungen umfasst mechanisches Rühren ohne Kugelmahlen, wobei das Fluorpolyetherphosphat-Ablöseadditiv/Nivellierungsagens/Dispergiermittel zu Anfang mit einer Leitfähigkeitskomponente gemischt werden kann, wie Ruß, und einem Lösungsmittel ohne Polyamidsäure-Störung. Anschließend kann dann eine Polyamidsäure zu der resultierenden Mischung gegeben werden.
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Insbesondere kann die offenbarte Zwischenübertragungselement-Beschichtung, wie eine Zwischenübertragungsband (ITB, Intermediate Transfer Belt)-Dispergiermittelmischung, gemäß folgenden Schemas präpariert werden, wobei eine Mischung von Ruß, der Fluorpolyetherphosphat-Kombination aus Ablöseadditiv/Nivellierungsagens/Dispergiermittel, verfügbar von Solvay Solexis, enthalten in den offenbarten Lösungsmitteln, wie NMP, gerührt werden kann, um eine Aufschlämmung davon zu erhalten. Anschließend kann zu der gebildeten Aufschlämmung eine Polyamidsäure gegeben werden, gefolgt von Rühren, wodurch eine Polyamidsäure/Ruß/Fluorpolyether/NMP-Beschichtungsdispersion resultiert, die dann filtriert werden kann.
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Die oben präparierte Zwischenübertragungsband (ITB, Intermediate Transfer Belt)-Beschichtungsdispersionsmischung kann dann auf ein Metallsubstrat, wie ein Edelstahlsubstrat, Aluminium, Nickel, Kupfer und Legierungen davon und Glasplatten, geflutet werden und anschließend durch Erhitzen auf z.B. 50 °C bis 75 °C für 25 bis 35 Minuten, gefolgt von Erhitzen auf 180 °C bis 195 °C für 25 bis 35 Minuten und weiterem Erhitzen auf 300 °C bis 325 °C für 50 Minuten bis 65 Minuten, ausgehärtet werden. Der resultierende Polyimid-Zwischenübertragungselement-Film mit einer flachen Konfiguration und ohne Einrollen löst sich nach Trocknen und Abkühlen auf Raumtemperatur, 22 °C bis 25 °C, leicht und ohne Hilfe durch irgendwelche externen Prozesse von dem Metallsubstrat. D.h., die erhaltenen Zwischenübertragungselement-Filme lösen sich sofort oder selbstständig, wie z.B. innerhalb von 1 bis 15 Sekunden, von 1 bis 10 Sekunden, von 5 bis 15 Sekunden, von 5 bis 10 Sekunden oder in 1 Sekunde, ohne jegliche externe Unterstützung von dem Metallsubstrat, wie dem Edelstahlsubstrat. Auch der effizient und wirtschaftlich gebildete Zwischenübertragungselement-Film trennt sich vollständig, wie z.B. mit einer Trennung von 90% bis 100% oder von 95% bis 99%, von Metallsubstraten, wobei Ablösematerialien und gesonderte Ablöseschichten vermieden werden können.
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Die offenbarte selbstablösende Zwischenübertragungselement-Film-Beschichtungsdispersionsmischung kann als ein Zwischenübertragungselement gewählt oder der resultierende Film kann auf die optionalen, hier dargestellten Stützsubstrate durch Flüssig-Sprühbeschichten, Tauchbeschichten, Beschichten mit drahtgewickeltem Stab („wire wound rod coating“), Wirbelsinter-Beschichten, elektrostatisches Spritzen, Sonic Spraying, Rakelstreichen, Pressen, Laminieren und Ähnliches geschichtet werden. Das optionale Stützsubstrat kann in verschiedenen Formen, wie ein Band oder ein Film, unter Verwendung geeigneter Materialien gebildet werden, die nicht-leitfähig oder leitfähig sind, wobei die Dicke des Zwischenübertragungselements z.B. 30 bis 1.000 µm, 100 bis 800 µm, 150 bis 500 µm, 100 bis 125 µm oder 75 bis 80 µm beträgt. In Ausführungsformen kann die Zwischenübertragungsfilm-Beschichtungsmischung nach Aushärten eine Dicke von z.B. 30 bis 400 µm, 15 bis 150 µm, 20 bis 100 µm, 50 bis 200 µm, 70 bis 150 µm oder 25 bis 75 µm aufweisen.
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Es kann ein Lösungsmittel in der Polyimid/Fluorpolyetherphosphate-enthaltenden Beschichtungsmischung umfasst sein. Beispiele für gewählte Lösungsmittel sind z.B. Toluol, Hexan, Cyclohexan, Heptan, Tetrahydrofuran, Methylethylketon, Methylisobutylketon, N,N'-Dimethylformamid, N,N'-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon (NMP), Methylenchlorid und Mischungen davon, wobei das Lösungsmittel z.B. in einer Menge von 70 Gewichtsprozent bis 95 Gewichtsprozent oder von 80 Gewichtsprozent bis 90 Gewichtsprozent basierend auf den Mengen der Komponenten in der Beschichtungsmischung gewählt wird.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL 1
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Es wurde eine Beschichtungsdispersion einer Polyamidsäure präpariert, wobei die Polyamidsäure nach Aushärten durch Erhitzen in das Polyimid von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin der folgenden Formel/Struktur umgewandelt wird:
wobei n 30 ist.
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Insbesondere wurde eine Zwischenübertragungselement-Dispersion durch Bereitstellen eine Mischung aus Special Ruß 4, verfügbar von Orion Chemicals, N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) 18 Gewichtsprozent der Feststoffe, der Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin und dem Nivellierungsagens NOVEC™ FC-4432, einem Fluor-Tensid, verfügbar von 3M, präpariert, wobei die Mischung gerührt und mit 2mm-Edelstahlschrot 18 Stunden in einer Attritor-Mahlanlage kugelgemahlen wurde. Es resultierte eine Beschichtungsdispersion der Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin/Ruß/Nivellierungsagens dispergiert in NMP, wobei das Gewichtsverhältnis von Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin/Ruß/Nivellierungsagens 88,8/11/0,2 betrug, und wobei die Dispersion durch einen 20 µm-Nylontuch-Filter filtriert wurde.
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Die oben präparierte flüssige Beschichtungsdispersion wurde auf ein Edelstahlsubstrat geflutet und anschließend 30 Minuten bei 75 °C, 30 Minuten bei 190 °C und 60 Minuten bei 320 °C ausgehärtet. Das resultierende Polyimid-enthaltende Zwischenübertragungselement, Dicke von 50 µm, löste sich nicht von dem Edelstahlsubstrat, bis es nicht für zwei Monate in Wasser getränkt wurde.
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Die Ruß-Partikelgröße der Dispersion wurde unter Verwendung eines dynamischen Lichtstreuungsgeräts MALVERN HPPS5001 zu 150 Nanometer mit einer engen Größenverteilung gemessen.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL 2
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Es wurde eine Beschichtungsdispersion von einer Polyamidsäure präpariert, wobei die Polyamidsäure nach Aushärten durch Erhitzen zu dem Polyimid von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin der folgenden Formel/Struktur umgewandelt wurde:
wobei n 30 ist.
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Insbesondere wurde eine Zwischenübertragungs-Beschichtungsdispersion durch Bereitstellen einer Mischung aus Special Ruß 4, verfügbar von Orion Chemicals, dem Lösungsmittel N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP), der Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin und dem Nivellierungsagens NOVEC™ FC-4432, einem Fluor-Tensid, verfügbar von 3M, 18 Gewichtsprozent der Feststoffe präpariert, wobei die Mischung 48 Stunden mechanisch mit einer Geschwindigkeit von 200 rpm gerührt wurde. Es resultierte eine Beschichtungsdispersion der Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin/Ruß/Nivellierungsagens enthalten in NMP, wobei das Gewichtsverhältnis von Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin/Ruß/Nivellierungsagens 88,8/11/0,2 betrug, wobei die Dispersion wegen der sehr großen Partikelgröße in der Dispersion nicht wirksam durch einen 20 µm-Nylontuch-Filter filtriert werden konnte.
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BEISPIEL I
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Es wurde eine Beschichtungsdispersion präpariert, die eine Polyamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin enthält, wobei die Polyamidsäure nach Aushärten durch Erhitzen in das Polyimid von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin der folgenden Formel/Struktur umgewandelt wurde:
wobei n 30 ist.
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Ohne Mahlen wurde eine Zwischenübertragungs-Beschichtungsdispersion gemäß des folgenden Schemas präpariert, wobei eine Mischung aus Special Ruß 4, verfügbar von Orion Chemicals, dem Fluorpolyetherphosphat Ablöseadditiv/Nivellierungsagens/Dispergiermittel FLUOROLINK® F10, gewichtsgemittelte Molekularmasse von 2.400 bis 3.100, verfügbar von Solvay Solexis, Gewichtsverhältnis von 100/5, enthalten in dem Lösungsmittel NMP, 18 Gewichtsprozent der Feststoffe, verwendet wurde. Die resultierende Mischung wurde drei Stunden gerührt, um eine Aufschlämmung davon zu bilden.
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Anschließend wurde zu der gebildeten Aufschlämmung die Poylamidsäure von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin gegeben, gefolgt von Rühren für 18 Stunden, wonach das Polyimid der obigen Formel/Struktur von Biphenyltetracarboxyldianhydrid/Phenylendiamin/Ruß/ Fluorpolyetherphosphat/NMP-Beschichtungsdispersion resultierte, wobei die Dispersion durch einen 20 µm-Nylontuch-Filter filtriert wurde. Das Gewichtsverhältnis des Polyimid/Ruß/Fluorpolyetherphosphat betrug 88,45/11/0,55.
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Die oben präparierte endgültige flüssige Beschichtungsdispersion wurde auf ein Edelstahlsubstrat geflutet und anschließend 30 Minuten bei 75 °C, 30 Minuten bei 190 °C und dann 60 Minuten bei 320 °C ausgehärtet, gefolgt von Trocknen bei Raumtemperatur, 25 °C. Das resultierende Zwischenübertragungselement-Polyimid/Ruß/Fluorpolyetherphosphat, mit einem Gewichtsverhältnis von 88,45/11/0,55, Dicke von 50 µm, mit einer flachen Konfiguration und ohne Einrollen, löst sich selbstständig und ohne Hilfe durch irgendwelche externen Prozesse von dem Edelstahlsubstrat in 5 Sekunden. Das Erzielen einer Selbstablösung in einem Bereich von 1 bis 10 Sekunden ist hochgradig wünschenswert.
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Die Ruß-Partikelgröße der Dispersion wurde unter Verwendung eines dynamischen Lichtstreuungsgeräts MALVERN HPPS5001 zu 100 Nanometer mit einer sehr engen Größenverteilung gemessen.
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Der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE, Coefficient of Thermal Expansion) der obigen Zwischenübertragungselemente von vergleichendem Beispiel 1 und Beispiel I wurde unter Verwendung eines Thermo-mechanischen Analysators (TMA) gemessen. Die Proben wurden mit einer Rasierklinge und Metallpresszeug in 4-Millimeter breite Stücke geschnitten, die dann unter Verwendung des 8-Millimeter-Abstands zwischen die TMA-Klemmen geklemmt wurden. Die Proben wurden mit einer Kraft von 0,05 N vorbelastet. Die CTE-Werte wurde als eine lineare Anpassung durch die Daten von -20 °C bis 50 °C mittels der TMA-Software erhalten.
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Das Young-Modul wurde gemäß des bekannten ASTM D882-97-Prozesses gemessen. Proben (0,5 Inch × 12 Inch) von jedem Zwischenübertragungselement wurden in einem kommerziell verfügbaren InstronTensile Tester-Messgerät plaziert, und dann wurden die Proben bis zum Reißen mit einer konstanten Zugrate elongiert. Während dieser Zeit wurde die resultierende Last gegen die Probenelongation aufgetragen. Der Young-Modulwert wurde berechnet, indem an einem beliebigen Punkt des anfänglich linearen Teils der aufgezeichneten Kurve die Zugbelastung durch die entsprechende Dehnung dividiert. Die Zugbelastung wurde durch Dividieren der Kraft durch die mittlere Querschnittsfläche von jeder der Testproben berechnet. Die Zugbelastung, bei der der Probenstreifen riss, wurde als Reißfestigkeit aufgezeichnet.
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Die obigen ITB-Elemente des vergleichenden Beispiels 1 und des Beispiels I wurden unter Verwendung eines hochohmigen Messgeräts (Hiresta-Up MCP-HT450 verfügbar von Mitsubishi Chemical Corp.) auf spezifischen Flächenwiderstand gemessen (Mitteln von vier bis sechs Messungen an verschiedenen Stellen, 72 °F/65% Raumfeuchte).
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Es wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:
Beispiel-Nummer | CTE (ppm/°K) | Young-Modul (MPa) | Reißfestigkeit (MPa) | Spezifischer Widerstand (Ohm/Square) |
Vergleichendes Beispiel 1 | 30 | 6.000 | 163 | 5,6 × 1010 |
Beispiel I | 24 | 7.860 | 196 | 4,5 × 1010 |
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Die Beschichtungsdispersion von Beispiel I wurde ohne Mahlen präpariert, primär weil das offenbarte Fluorpolyetherphosphat ein exzellentes Dispergiermittel für Ruß ist. Im Gegensatz dazu wurde die Beschichtungsdispersion in dem vergleichenden Beispiel 1 durch Kugelmahlen präpariert, einem komplexen und energieverbrauchenden Prozess.
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In dem vergleichenden Beispiel 2, bei dem kein Kugelmahlen und kein PFPE-Phosphat vorkommen, wurde keine geeignete Beschichtungsdispersion erzielt, dahingehend, dass der größte Anteil der Mischung nicht filtriert werden konnte und auf der Filteroberfläche zurückblieb.
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Zusätzlich zeigte das resultierende Zwischenübertragungselement von Beispiel I verbesserte Stabilität und mechanische Eigenschaften, so dass 30% höheres Modul, 20% höhere Reißfestigkeit und 20% geringerer CTE gegenüber dem vergleichenden Zwischenübertragungselement von vergleichendem Beispiel 1 erzielt wurden.