DE2506668C3

DE2506668C3 - Metallträger mit carboxyfunktionellen Siloxantrennüberzügen auf seiner Oberfläche

Info

Publication number: DE2506668C3
Application number: DE19752506668
Authority: DE
Inventors: Howard Franklin Midland Mich. Stewart (V.St.A.)
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1974-04-01
Filing date: 1975-02-17
Publication date: 1979-05-03
Also published as: CA1025294A; FR2265830A1; DE2506668A1; DE2506668B2; JPS5148790A; FR2265830B1; GB1453578A; JPS54239B2

Description

und aus 50 bis 99,9 Molprozcnt

I)

R.'SiO^.-Einheiten

besteht, worin R ein carboxyfunktioneller Rest ist, a einen Mittelwert von 1 bis 3 hat, R' Kohlenwasser- 2» stoff oder Halogenkohlenwasserstoff mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet, b einen Mittelwert von 0 bis 2 besitzt, die Summe aus a + b \ bis 3 ausmacht, R" Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet und c r, einen Mittelwert von 0 bis 3 besitzt.

2. Metallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siloxan aus 0,25 bis 10 Molprozent

il)

_A ,,-Einheiten

und 90 bis 99,75 Molprozcnt

i) R₁ ¹SiO₄^, -Einheiten

chende Menge eines carboxyfunktionellen Siloxans befindet, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Oberflächenüberzug um eine Zubereitung handelt, die (1) aus 1 bis 99 Gewichtsprozent einer Siloxanflüssigkeit der allgemeinen Formel

(CH₃)3SiO[(CH3)2SiO]_lSi(CH3)3

worin χ für eine ganze Zahl steht, und (2) aus 1 bis 99 Gewichtsprozent eines Siloxans aus 0,1 bis 50 Molprozent

R₁₁RjSiO ₄-., ,,-Einheiten

und 50 bis 99,9 Molprozenl

R;.'SiO₄-..-Einheilen

besteht, worin der Substituent R ein carboxyfunktioneller Rest ist, a einen Mittelwert von 1 bis 3 hat, der Substituent R' Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet, das Symbol b einen Mittelwert von 0 bis 2 besitzt, die Summe aus a + b \ bis 3 ausmacht, der Substituent R" Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt und das Symbol ceinen Mittelwert von 0 bis 3 hat.

8. Metallträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (1) eine Viskosität im Bereich von 100 bis lOOOOOcSt bei 25°C hat und die Komponente (2) wenigstens 50 Gewichtsprozent der Zubereitung ausmacht.

besteht, der Substituent R die Formel HOOC-Q-hat, worin Q eine an das Siliciumatom übor eine Silicium-Kohlenstoff-Bindung gebundene zweiwertige Brücke ist, a einen Mittelwert von 1 hat, R' ein Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen ist, b einen Mittelwert von 0 bis 1 besitzt und R" einen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen bedeutet.

3. Metallträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Q ein Alkylenrest mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen ist, R' Methyl bedeutet, b einen Mitielwertvon 1 hat, R" für Methyl steht und ceinen Mittelwert von 2 besitzt.

4. Metallträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Q aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel zusammengesetzt ist, wobei die Schwefelatome in Form von Thioätherbrücken vorliegen und der Brückenrest Q 2 bis 10 Kohlenstoffatome enthält, der Subi;tituent R' für Methyl steht, b einen Mittelwert von 1 hat, der Substituent R" Methyl bedeutet und c einen Mittelwert von 2 besitzt.

5. Metallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

6. Metallträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich dabei um eine Fuser-Walze bei einem Xerographiergerät handelt.

7. Metallträger, auf dessen Oberfläche sich zur Verbesserung der Trenneigenschaften eine ausrei-4» Die Erfindung bezieht sich auf Metallträger, die auf ihrer Oberfläche eine zur Verbesserung der Trenneigenschaften wirksamen Menge eines Siloxans aufweisen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Siloxan aus 0,1 bis 50 Molprozent

Vl R₁₁Rj₁SiO ₄-,,-,,-Einheilen

und aus 50 bis 99,9 Molprozcnl

R,'.'SiO₄^₁.-Einheilcn

besteht, worin R ein carboxyfunktioneller Rest ist, a « einen Mittelwert von 1 bis 3 hat, R' Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff bedeutet, b einen Mittelwert von 0 bis 2 besitzt, die Summe aus a + b 1 bis ausmacht, R" Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff bedeutet und ceinen Mittelwert von 0 bis w) 3 besitzt.

In obiger Formel kann der Substituent R irgendein carboxyfunktioneller Rest sein. In seiner breitesten Bedeutung ist ein carboxyfunktioneller Rest ein solcher, der eine — COOH-Gruppe enthält und an das b') Siliciumatom über eine Silicium-Kohlenstoff(Si — C)-Bindung gebunden ist. Soweit bisher bekannt ist, sind diese beiden Charakteristiken die einzig erfindungsgemäß wesentlichen. Der Substituent R ist vorzugsweise

ein carboxyfunktioneller Rest der Formel HOOC-Q—, worin Q eine über eine Silicium-Kohlenstoff-Bindung an das Siliciumatom gebundene zweiwertige Brücke bedeutet Bevorzugte Bedeutungen des Substituenten Q sind Alkylenreste mit zwei bis 10 Kohlenstoffatomen sowie Reste mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel zusammengesetzt sind, wobei die Schwefelatome in Form von Thioätherbrücken vorliegen. Typische Bedeutungen für den Rest Q sind in der folgenden Aufzählung und den Beispielen enthalten. Zu speziellen Beispielen geeigneter Substituenten R gehören:

CH₂ CH₂COOH

-CH₂CH(CHj)COOH

—(CH₂)„COOH

-(CH₂I₁₁COOH

-(CH₂I₁₈COOh

- CH₂CH₂SCH₂COOH

-C₁₁H₄-CH₂-C₁₁H₄COOH

-CH₂CH₄Q₁H₄CH₂COOH

-CM₂CH₂OCH₂COOh
—Q₁H₄-S C„H₄ COOH
CH₂CH(Ch₁)CO-CH₂CH₂COOH

rest sein. Bezüglich typischer Bedeutungen des Restes R" wird auf die oben für den Substituenten R' angegebenen Beispiele verwiesen, die genauso auch für den Substituenten R" gelten und daher nicht mehr aufgezählt werden. Das Symbol ckann einen Mittelwert von O bis 3 haben, d. L, es kann 0,1,2 oder 3 bedeuten.

Vorzugsweise steht das Symbol c für einen Mittelwert von 2.

Die erfindungsgemäßen Siloxane können aus 0,1 bis

ίο 50 Molprozent der carboxyfunktionellen Siloxaneinheiten und aus 50 bis 99,9 Molprozent der anderen Siloxaneinheiten zusammengesetzt sein. Obigen Ausführungen zufolge kann das Siloxan zwar bis zu 50 Molprozent carboxyfunktioneile Siloxaneinheiten ent- -, halten, doch wird es augenblicklich bevorzugt, daß diese carboxyfunktionellen Siloxaneinheiten 0,25 bis 10 Molprozent der gesamten vorhandenen Siloxaneinheiten ausmachen. Alle bisher hinsichtlich ihrer Trenneigenschaften untersuchten Metallträger scheinen mit diesem bevorzugten Bereich die gewünschten Trenneigenschaften am wirtschaftlichsten zu ergeben.

Die obengenannten carboxyfunktionellen Siloxane können auf den Metallträger zwar allein aufgebracht werden, und dies wird auch bevorzugt, man kann diese

2Ή Siloxane auf den Metallträger jedoch auch im Gemisch mit einer Polydimethylsiloxanflüssigkeit der allgemeinen Formel

-(CH₂I₁CS -CH₂CH₂COOH

Der Substituent R enthält vorzugsweise nicht mehr als 18 Kohlenstoffatome. Es können 1,2 oder 3 Reste R an die Siliciumatome gebunden sein, d. h., das Symbol a hat einen Mittelwert von 1 bis 3. Im allgemeinen wird jedoch nur ein einziger Substituent R (a=\) an den Großteil der Siliciumatome gebunden sein, da sich solche Siloxane momentan am besten herstellen lassen.

Der Substituent R' kann irgendein Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffrest sein, der mit dem carboxyfunktionellen Rest verträglich ist. So kann R' beispielsweise für Alkyl, wie Methyl, Äthyl, Propyl, Butyl, Octyl, Dodecyl, Octadecyl und Myricyl, Alkenyl, wie Vinyl, Allyl und Hexenyl, Cycloalkyl, wie Cyclobutyl oder Cyclohexyl, Aryl, wie Phenyl, Xenyl und Naphthyl, Aralkyl, wie Benzyl oder 2-Phenyläthyl, Alkaryl, wie ToIyI, XyIyI und Mesityl, oder einen entsprechenden Halogenkohlenwasserstoff, wie 3-Chlorpropyl, 4-Brombutyl, 3,3,3-Trifluorpropyl, Chlorcyclohexyl, Bromphenyl, Chlorphenyl, alpha,alpha,alpha-Trifluortolyl und die Dichlorxenylreste, stehen. Der Substituent R' enthält vorzugsweise 1 bis 18 Kohlenstoffatome, und er steht insbesondere für Methyl. Es können O, 1 oder 2 Substituenten R' an jedes Siliciumatom gebunden sein, d. h., das Symbol b kann einen Mittelwert von O bis 2 haben, sofern die Summe aus a + b (die Gesamtmenge der an je ein Siliciumatom gebundenen Reste R und R') nicht über 3 hinausgeht (d. h. die Summe aus a + b von 1 bis 3 reicht). Das Symbol b hat vorzugsweise einen Wert von O bis 1.

Der Substituent R" in obiger Formel kann irgendein Kohlenwasserstoff- oder Halogenkohlenwasserstoffworin χ für eine ganze Zahl steht, aufbringen. Die Viskosität dieser Flüssigkeit ist allem Anschein nach nicht kritisch und kann von 0,65 bis 1 000 000 cSt bei 25° C reichen, wobei aus Zweckmäßigkeitsüberlegungen jedoch ein Viskositätsbereich von 100 bis lOOOOOcSt bei 25°C bevorzugt wird. Die Verhältnismengen aus dem carboxyfunktionellen Siloxan und dem Polydimethylsiloxan können jeweils von 1 bis 99 Gewichtsprozent reichen, vorzugsweise macht das carboxyfunktioneile Siloxan jedoch wenigstens 50 Gewichtsprozent des Gemisches aus.

Das carboxyfunktioneile Siloxan, sei es allein oder in Kombination mit dem Polydimethylsiloxan, kann als solches oder in Lösung in einem geeigneten organischen Lösungsmittel, beispielsweise einem aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff oder Halogenkohlenwasserstoff, auf den Metallträger aufgebracht werden. Die jeweils angewandte Auftragtechnik ist nicht kritisch, und sie kann von einem einfachen Aufgießen des Siloxans auf den Metallträger bis zu einem Auftrag mit einer Bürste reichen. Andere geeignete Auftragtechniken bestehen in einem Aufsprühen, einem Aufwischen oder einem Tauchen. Es braucht nur so viel aufgetragen zu werden, daß auf der Metalloberfläche ein dünner Film oder Überzug des Siloxans zurückbleibt, und jeder über diese Menge hinausgehende Überschuß sollte zur Erzielung bester Ergebnisse entfernt werden.

Nach der Auftragung des Siloxans sind im allgemeinen keine weiteren Schritte mehr erforderlich, damit man zu den verbesserten Trenneigenschaften gelangt. Ein Erhitzen des Metallträgers nach erfolgtem Auftrag des Siloxans könnte jedoch zu einer dauerhaften Bindung des Siloxans auf der Metalloberfläche führen, was möglicherweise durch einen gewissen Bindemechanismus über die carboxyfunktioneile Gruppe erfolgen könnte. Eine Alternative zu dieser Technik würde ein Auftrag des Siloxans auf einen vorerhitzten Metallträger sein. Bei den vorstehenden Ausführungen handelt es

sich momentan jedoch noch um eine Theorie, die dem Fachmann unabhängig von eventuell damit verbundenen Vorteilen angeboten wird, jedcch sollte die vorliegende Erfindung in keiner Weise hierdurch beschränkt sein.

Die erfindungsgemäßen Siloxane dürften sich auf jeden Metallträger aufbringen lassen, sei es, daß er aus reinem Metall oder irgendeiner Legierung hiervon besteht Selbstverständlich schwanken die Trenneigenschaften in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Träger, so daß für besondere Träger eher der Wunsch oder die Notwendigkeit der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Trennmittel besteht Die erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich beispielsweise auf Aluminium, Messing, Kupfer, Zinn, Zink, Blei, Stahl, Eisen, Platin, Gold, Silber, Bronze, Monelmetall, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Vanadium, Chrom oder Nickel erreichen.

Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile sind im Moment technisch besonders interessant bei einem 2« Auftrag auf Kupfer oder Kupferlegierungen. Insbesondere ist die Erfindung auf solche Metalle in Form von Fuser-Walzen in Kopier- oder Vervielfältigungsmaschinen, wie einer Xerographiermaschine, gerichtet. Die meisten der heutigen Fuser-Walzen bestehen aus einer Metallwalze mit einem äußeren Polytetrafluoräthylenmantel oder einer entsprechenden Hülse und einem inneren Heizkörper. Diese Fuser-Walzen arbeiten bei hohen Temperaturen von etwa 190 bis 205° C, da das Polytetrafluorethylen als Wärmeschranke wirkt und jo zwischen der Walze und seiner Oberfläche einen Temperaturabfall von etwa 24° verursacht Auf das Polytetrafluorethylen wird eine Polydimethylsiloxanflüssigkeit (»Fuser-Öl«) aufgebracht, die während des Kopierverfahrens als Trennmittel wirkt. Durch Verwen- j-, dung der erfindungsgemäßen carboxyfunktionellen Siloxane kann diese Polytetrafluoräthylenhülse auf der Walze nun weggelassen werden, und man kann daher die Arbeitstemperatur der Fuser-Walze erniedrigen, ohne dabei eine schlechtere Abtrennung des Tonerpul- w vers zu erhalten.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.

Betspiel

Stahlplatten (2,54 cm χ 10,16 cm χ 0,15 cm) werden durch Ultraschall zweimal je eine Minute in Toluol und dann einmal eine Minute in Aceton gereinigt. Sodann werden die Platten auf Papiertücher gelegt und 15 Minuten bei 121°C in einem Ofen getrocknet. Nach ,0 erfolgter Trocknung werden die Platten etikettiert und dann in einem Abstand von 30,48 cm etwa eine Sekunde mit der im folgenden angegebenen Lösung besprüht. Nach Trocknen der Lösung an der Luft untersucht man die Trenneigenschaften der Platten, indem man etwa 15 bis 30 Plätzchen eines handelsüblichen polymeren Kondensationsproduktes aus Adipinsäure und Hexamethylendiamin auf das 2,54 cm breite F.nde der Platte legt und auf die Polymerplätzchen dann in einem Winkel von 180° unter Bildung einer Überlappung von 2,54 cm bo eine weitere behandelte Platte legt. Das so hergestellte Laminat wird dann in eine mit Dampf geheizte Presse gebracht, die durch Druckluft geschlossen wird, und nach 45 Sekunden hebt man den hydraulischen Druck auf 703 kg/cm² an und beläßt das Ganze 60 Sekunden in diesem Zustand. Nach öffnen der Presse wird das Laminat sorgfältig entnommen und in Wasser abgeschreckt, worauf man es in ein Papiertuch gibt und auf einem Instron-Testgerät auseinanderzieht, wobei die zum Trennen erforderliche Kraft aufgezeichnet wird. Nach Durchführung des Instrontests wird die Polymerschicht von Hand von der zurückbleibenden Platte abgezogen, und man bestimmt die Adhäsionskraft nach einer Skala von 0 bis 4, wobei 0 eine schwache Adhäsion bedeutet und 4 für eine sehr starke Adhäsion steht

Die bei diesem Beispiel auf die Platte aufgebrachte Lösung besteht aus einer eingewichtsprozentigen Dispersion eines trimethylsiloxyendblockierten carboxyfunktionellen Siloxans aus

etwa 5 Molprozent

(CH3)HOOCCH₂SCH2CH₂SiO-Einheiten,

etwa 1 Molprozent

(CH₃)CH₂=CHSiO-Einheiten

und etwa 94 Molprozent

(CH₃J₂SiO-Einheiten

in Hexan. Die Lösung wird hergestellt, indem man das Siloxan mit einem Ultraschallmischer in etwa 10 bis 20 ml Hexan einmischt und dann zur entsprechenden Verdünnung das restliche Hexan zugibt.

Im Instrontest ist zum Trennen der Platte eine Kraft von etwa 0,352 kg/cm² erforderlich, und der Abschältest ergibt einen Wert von 0 bis 1.

Das obige Verfahren wird wiederholt, wobei man anstelle der obigen Lösung jedoch folgende Lösungen verwendet:

Die Lösung (A) besteht aus einer eingewichtsprozentigen Dispersion eines trimethylsiloxyendblockierten carboxyfunktionellen Siloxans aus

etwa 1 Molprozent

(CH₃)HOOCCH₂SCH₂CH₂SiO-Einheiten,

etwa 5 Molprozent

(CH₃)CH₂ = CHSiO-Einheiten

und etwa 94 Molprozent

(CH₃)₂Si0-Einheiten
in Hexan.

Die Lösung (B) ist eine eingewichtsprozentige Dispersion aus einem trimethylsiloxyendblockierten carboxyfunktionellen Siloxan aus

etwa 2,5 Molprozent

(CH₃)HOOCCH₂SCH₂CH₂SiO-Einheiten,

etwa 3,5 Molprozent

(CH₃)CH₂ = CHSiO-Einheiten

und etwa 94 Molprozent

(CH₃)₂SiO-Einheiten
in Hexan.

Die Lösung (C) ist eine eingewichtsprozentige Dispersion eines trimethylsiloxyendblockierten Siloxans mit einer Viskosität von 35OcSt aus 100 Molprozent (CH₃)₂SiO-Einheiten in Hexan.

Die Lösung (c) dient zu Vergleichszwecken.
Ergebnisse des Instron Versuchs wurden für obige Lösungen nicht ermittelt. Im Abschälversuch ergaben sich für die Lösungen (A) und (B) Werte von 0 bis 1, während man mit der Lösung (C) einen Wert von 3 bis 4 erhielt.

Claims

Patentansprüche:

1. Metallträger, auf dessen Oberfläche sich zur Verbesserung der Trenneigenschaften eine ausreichende Menge eines Siltxans befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Siloxan ein carboxyfunktionelles Siloxan ist, das aus 0,1 bis 50 Molprozent

,,-Einheiten