DE60019926T2

DE60019926T2 - Leitfähige rolle

Info

Publication number: DE60019926T2
Application number: DE60019926T
Authority: DE
Inventors: Thomas Will; Johannes Bernardus VAN ENGELSHOVEN; Leonardus Thomas BOTS; Joris Gilberts
Original assignee: Ten Cate Enbi BV
Current assignee: Ten Cate Enbi International BV
Priority date: 1999-07-03
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: DE60019926D1; EP1192508A1; ATE294966T1; TWI256530B; NL1012507C2; KR100766151B1; WO2001002911A1; EP1192508B1; JP2003504668A; KR20020015051A

Description

Die Erfindung betrifft einen leitfähigen Gegenstand, in dem um eine leitfähige Hülse eine Überzugsschicht, die mit einer Zusammensetzung gebildet wurde, die ein intrinsisch leitfähiges Polymer und ein Folien-bildendes Polymer enthält, vorhanden ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gegenstandes, umfassend die Auftragung einer Schicht aus der Zusammensetzung auf eine leitfähige Hülse.
Leitfähige Gegenstände dieser Art, insbesondere Walzen, Rakelmesser und flache oder gebogene Platten, werden im allgemeinen in elektrophotographischer und xerographischer Druck- und Kopierausrüstung, in Faxgeräten und anderer Büroausstattung, zum Beispiel als Ladungsübertragungswalze zum Zweck der elektrostatischen Ladung einer lichtempfindlichen-sensitiven Trommel, als eine Entwicklerwalze für die Entwicklung eines elektrostatischen latenten Bildes auf der Oberfläche der Trommel zur Erzeugung eines sichtbaren Tonerbildes, als eine Bildübertragungswalze zur Übertragung des Tonerbildes auf eine Kopie oder als ein Rakelmesser zur Kontrolle der Dicke einer Tonerschicht verwendet. Im Falle von Hohlwalzen kann die Innenseite außerdem mit einer leitfähigen Überzugsschicht beschichtet werden. Während des Betriebes können die Walzen, Messer oder Platten entweder in kontinuierlichem Kontakt mit einem co-arbeitenden Element, zum Beispiel einer lichtempfindlichen Trommel, sein, oder es kann ein kleiner Zwischenraum zwischen dem Gegenstand und dem co-arbeitenden Element vorhanden sein.
Wenn beispielsweise im Falle einer Walze letztere in kontinuierlichem Kontakt mit beispielsweise einer Trommel ist, besteht die Walze im allgemeinen aus einem leitfähigen Kern, oftmals ein Metallstab, um den eine ebenso leitfähige elastische Hülse befestigt ist. Die Hülse besteht aus einem elastischen Material, das eingedrückt wird, wenn die Walze gegen eine co-arbeitende Walze oder Seite, an die Ladung angelegt oder von der sie entfernt werden soll, gedrückt wird. Um die Ladung, die übertragen werden soll, zuzuführen, wird eine Spannung an die Walze angelegt. Um einerseits den Strom durch die Walze und die co-arbeitenden Elemente, mit denen die Walze in Kontakt gebracht wird, einzuschränken, um jedoch andererseits die gewünschte Menge an elektrischer Ladung ausreichend schnell zu übertragen, muß der elektrische Widerstand der Walze in bestimmten Grenzen liegen. Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine Überzugsschicht auf die Hülse aufgebracht, die der Walze im ganzen einen gewünschten Widerstand verleiht. Der elektrische Widerstand von Kern und Hülse, der mit dem Widerstand der Überzugsschicht in Reihe verbunden ist, wird bevorzugt so ausgewählt, daß er für die Überzugsschicht ausreichend klein ist, um den Gesamtwiderstand zu definieren. Der Widerstand der Walze wird als der Widerstand zwischen der Stelle, an der die Walze während des Betriebes mit der anzulegenden Spannung in Kontakt gebracht wird, in der Regel die Walzenwelle, und einem Punkt außerhalb der Walze gemessen.
Wenn die Walze während des Betriebes nicht mit einer co-arbeitenden Walze oder Oberfläche in Kontakt kommt, kann die Hülse ebenso aus einem nicht elastischen Material bestehen, und die Hülsen können zum Beispiel ebenso aus Metall bestehen. Dies ist zum Beispiel im Falle von magnetischen Entwicklerwalzen die Regel. In diesem Fall ist ebenso eine Überzugsschicht vorhanden, die den endgültigen elektrischen Widerstand der Walze definiert.
Was vorstehend über Walzen gesagt worden ist, trifft ebenso auf Rakelmesser und Platten zu, solange die wechselseitige Beziehung der verschiedenen Schichten berücksichtigt wird. Zu jeder Zeit ist mindestens eine Schicht, die Hülse, mit einer hohen Leitfähigkeit zusammen mit einer Überzugsschicht, die darauf aufgetragen wurde, die die endgültige elektrische Leitfähigkeit definiert, vorhanden. Es gibt Unterschiede bei deren Form und Gestaltung. Diese bilden jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung und sind in dem betreffenden Fachgebiet bekannt. Wird sich hierin nachstehend auf eine Walze bezogen, trifft die Offenbarung, die auch immer gewisse Unterschiede hinsichtlich der Gestaltung zuläßt, gleichermaßen auf Rakelmesser und flache oder gebogenen Platten zu.
Die Überzugsschichten werden in der Regel aus einer Zusammensetzung gebildet, die ein nicht leitfähiges Bindemittel und ein leitfähiges Material, das darin fein dispergiert ist, umfaßt.
US Patent Nr. 5597652 offenbart eine Zusammensetzung für eine Überzugsschicht von einer leitfähigen Walze, die aus Nylon, Urethan oder Gummi als ein Bindemittel und Metalloxiden oder Ruß als ein leitfähiges Material besteht. Der Widerstand einer Überzugsschicht, die aus dieser Zusammensetzung gebildet wurde, hängt von dem Verhältnis von Bindemittel zu leitfähigem Material ab.
Ein Nachteil dieser bekannten Zusammensetzung ist die schlechte Einstellbarkeit des elektrischen Widerstandes einer Überzugsschicht, die unter Verwendung der Zusammensetzung hergestellt wurde. Tatsächlich ist herausgefunden worden, daß der Widerstand der bekannten Zusammensetzung in Abhängigkeit der Konzentration des leitfähigen Materials zwischen zwei Werten, ausgehend von einer bestimmten Konzentration, die als die Durchlässigkeitsschwelle bezeichnet wird, eine steile Übergangszone annimmt. Das eine Extrem wird durch den Widerstand des Bindemittels bestimmt, der in der Regel sehr hoch ist. Das andere Extrem wird durch den Widerstand des leitfähigen Materials bestimmt, der, fortschreitend von einer bestimmten Konzentration in dem Bindemittel an, leitfähige Durchgänge darin bildet. Die Differenz zwischen den beiden Extremen, bestimmt aus dem spezifischen Widerstand, der nachstehend ausführlicher definiert wird, des Materials kann sehr groß sein und macht oftmals einen Faktor von 10⁸ bis 10¹¹ aus. Nunmehr befinden sich die Werte des Widerstandes der Überzugsschicht der leitfähigen Gegenstände, zum Beispiel den Walzen in elektrophotographischer Ausrüstung, zum Beispiel einer Ladungsübertragungswalze, die für die praktische Verwendung geeignet sind, genau zwischen diesen beiden Extremen und somit in der steilen Übergangszone. Dies macht es besonders schwierig, eine Überzugsschicht mit einem geeigneten, gewünschten elektrischen Widerstand reproduzierbar aus der bekannten Zusammensetzung herzustellen.
Der Widerstand einer Überzugsschicht könnte ebenso durch ihre Dicke beeinträchtigt werden. Die Dicke einer Überzugsschicht ist jedoch ebenso auf bestimmte enge Grenzen beschränkt. Einerseits muß ein Kurzschluß durch Poren oder Funkenüberschläge verhindert werden, wodurch der Dicke eine untere Grenze auferlegt wird. Andererseits muß insbesondere im Falle von Walzen, die eindrückbar sein müssen, die Überzugsschicht ausreichend flexibel sein, damit sie der Eindrückung der elastischen Hülse folgen kann, ohne daß sie sich ablöst oder bricht, wodurch der Dicke eine obere Grenze auferlegt wird. Variationen der Dicke werden daher in den meisten Fällen keine Option oder nur beschränkte Optionen für den Einfluß des Widerstandes der Überzugsschicht liefern.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Zusammensetzung bereitzustellen, aus der eine Überzugsschicht auf einer leitfähigen Walze mit einem elektrischen Widerstand in einem Bereich, der für die beschriebenen Überzugsschichten geeignet und wünschenswert ist, hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem die Überzugsschicht aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacetylen, Polyphenylen, Poly(para-phenylen-vinylen), Polypyrrol, Polyfuran, Poly-thiophen, Polyanilin, leitfähigen substituierten Formen dieser Polymere und Gemischen aus zwei oder mehr der Verbindungen, unsubstituiertes Polypyrrol, Polyacetylen und Polythiophen ausgeschlossen, und einem elektrisch inerten Folien-bildenden Polymer besteht, oder indem die Überzugsschicht aus dem intrinsisch leitfähigen Polymer und einem elektrisch inerten Folien-bildenden Polymer besteht, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Poly(vinylindenchlorid), Polymethacrylaten, Polyurethanen, Poly(vinylacetat) und Poly(vinylalkohol), oder indem die Überzugsschicht aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacetylen, Polyphenylen, Poly(para-phenylen-vinylen), Polypyrrol, Polyfuran, Polythiophen, Polyanilin, leitfähigen substituierten Formen dieser Polymere und Gemischen aus zwei oder mehr der Verbindungen, und einem elektrisch inerten Folien-bildenden Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Poly(vinylindenchlorid), Polymethacrylaten, Polyurethanen, Poly(vinylacetat) und Poly(vinylalkohol), besteht.
Es ist herausgefunden worden, daß der Widerstand dieser Zusammensetzung im Vergleich zu dem der bekannten Zusammensetzung sich viel gleichmäßiger verändert, wenn sich die Konzentration des leitfähigen Materials verändert, in diesem Fall des intrinsisch leitfähigen Polymers. Insbesondere zeigt die Zusammensetzung gemäß der Erfindung keine Übergangszone zwischen hohem und niedrigem elektrischen Widerstand. Unter Verwendung der Zusammensetzung gemäß der Erfindung ist es möglich, auf einfache und reproduzierbare Weise Überzugsschichten auf die Walze aufzutragen, deren elektrischer Widerstand bei einer Schichtdicke, die zwischen den in der Praxis akzeptierbaren Grenzwerten liegt, einen gewünschten Wert aufweist.
Aus US-A-5,572,294 ist eine Walze bekannt, bei der die Beschichtungsschicht aus leitfähigen Teilchen in einem Bindemittelharz besteht und eine 10%ige Dehnkraft von nicht mehr als 700 gf an einer 1 cm-breiten Zone aufweist. Von den leitfähigen Teilchen werden auch intrinsisch leitfähige Polymere genannt. Jegliche Lehre darüber, daß die spezielle Kombination gemäß der Erfindung von speziellen intrinsisch leitfähigen Polymeren mit speziellen Folien-bildenden Harzen im Gegensatz zu anderen möglichen Kombinationen zu Beschichtungsschichten mit einem kontrollierbaren elektrischen spezifischen Widerstand, der keine steile Durchlässigkeitsschwelle zeigt, führen, ist in diesem Dokument nicht vorhanden.
EP-A-594,366 offenbart eine Beschichtungsschicht, die zwangsweise, zusätzlich zu einem (optionalen) Polymerbindemittel und Teilchen, die die Ladungsinjektion ermöglichen (z. B. leitfähige Polymere), Ladungsübertragungsmoleküle einer speziellen Art enthalten. Die letzte Komponente ist in der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung, worin die leitfähigen Eigenschaften der Gegenwart des intrinsisch leitfähigen Polymers zuzuschreiben sind, nicht vorhanden.
In der Zusammensetzung agiert das Folien-bildende Polymer als ein Bindemittel, in dem das intrinsisch leitfähige Polymer dispergiert ist, wodurch die leitfähigen Merkmale bereitgestellt werden. Das Folien-bildende Polymer ist elektrisch inert, was bedeutet, daß es im wesentlichen nicht am Transport der elektrischen Ladung durch die Beschichtungsschicht beteiligt ist.
Neben üblichen Zusatzstoffen für das Folien-bildenden Polymer, wie zum Beispiel Fließverbesserer, Verdickungsmittel und Oberflächenspannungs-Verringerungsmittel, sind keine weiteren Komponenten, insbesondere keine Ladungstransportkomponenten, in der Beschichtungsschicht vorhanden.
Geeignete intrinsisch leitfähige Polymere zur Verwendung in der Zusammensetzung gemäß der Erfindung umfassen zum Beispiel Polyacetylen, Polyphenylen, Poly(paraphenylen-vinylen), Polypyrrol, Polyfuran, Polythiophen, Polyanilin und leitfähige substituierte Formen dieser Polymere und Gemische aus zwei oder mehr der Verbindungen. Überaus geeignet sind Polypyrrol, Polythiophen und leitfähige substituierte Formen dieser Polymere und Gemische aus zwei oder mehr der Verbindungen. Das intrinsisch leitfähige Polymer kann als solches in der Zusammensetzung gemäß der Erfindung vorhanden sein, kann jedoch ebenso an ein geeignetes Substrat gebunden sein. Überaus geeignete Zusammensetzungen sind die, worin das leitfähige Polymer an sich oder an einem Substrat und das organische Polymer in disperser Form in einem Dispergiermittel vorhanden sind. Für den Zweck der Erfindung ist eine Dispersion irgendein Gemisch aus einem Dispergiermittel mit einem leitfähigen und/oder Folien-bildenden Polymer, das darin für die beabsichtigte Anwendung in genügend feiner Form dispergiert ist, zum Beispiel eine Dispersion, eine Suspension oder sogar eine Lösung.
Als ein Folien-bildendes Polymer zur Verwendung als ein Bindemittel in der Zusammensetzung sind organische Polymere, die eine Folie bilden können, geeignet. Beispiele dieser umfassen Poly(vinylidenchlorid), Polymethacrylate, Polyurethane, Poly(vinylacetat) und Poly(vinylalkohol). Bevorzugt sind Polymere, die beispielsweise als ein Latex, in eine Dispersion in einem Dispergiermittel, vorzugsweise Wasser, umgewandelt werden können, und die während und/oder nach der Entfernung des Dispergiermittels eine Folie bilden können. Überaus geeignet sind Polyurethanharze, die einen hohen Grad an Abriebbeständigkeit aufweisen und oftmals sehr flexibel sind. Für den Zweck der Erfindung ist eine Folie eine kontinuierliche Schicht, die im wesentlichen für Bestandteile der darunterliegenden Hülse undurchlässig ist.
Überaus geeignet für die Verwendung in der Zusammensetzung gemäß der Erfindung sind die Folien-bildenden Polymere, die eine Folie mit ausreichender Flexibilität bilden, zum Beispiel mit einer reversiblen elastischen Dehnung von mindestens 50 %. Es sollte selbstverständlich sein, daß Folien-bildende Polymere auch Precursor hiervon umfassen, zum Beispiel Monomere, Oligomere oder Präpolymere, die polymerisieren können, um eine Folie zu bilden, zum Beispiel Zweikomponentensysteme, deren Komponenten reagieren können, zum Beispiel vernetzen, um eine polymere Folie zu bilden. Das Folien-bildende Polymer wird in der Regel in Form einer Lösung oder Dispersion aus Umweltgründen bevorzugt in Form einer wäßrigen Lösung oder Dispersion verwendet. Ein leitfähiges Polymer sollte ebenso in dieser Dispersion dispergierbar sein. Ein Fachmann ist ohne weiteres in der Lage, durch empirische Mittel, die praktikablen Kombinationen verschiedener Dispergiermittel für ein spezielles Folien-bildendes Polymer und ein spezielles leitfähiges Polymer auszuwählen. Dispersionen auf Wasserbasis, insbesondere aus den meisten organischen Polymeren, die genannt wurden, ebenso wie aus intrinsisch leitfähigen Polymeren sind weithin bekannt und erhältlich.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen Gegenstandes, insbesondere eine Walze, ein Rakelmesser oder eine flache oder gebogene Platte, der mindestens eine leitfähige Hülse und eine Überzugsschicht umfaßt, worin die Überzugsschicht durch das Auftragen eines Gemisches aus einem leitfähigen Polymer und einem Folien-bildenden Polymer auf die Hülse gebildet wurde.
Die Auftragung einer Überzugsschicht auf die leitfähige Hülse zur Herstellung einer leitfähigen Walze, eines Rakelmessers oder einer Platte kann durch an sich bekannte Verfahren bewirkt werden. Diese umfassen erstens die Herstellung einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung, bevorzugt einer Dispersion aus einem Folienbildenden Polymer und dem intrinsisch leitfähigen Polymer in einem geeigneten Dispergiermittel. Ein überaus geeigneter Ansatz ist, das intrinsisch leitfähige Polymer mit einer Dispersion aus dem Folien-bildenden Polymer zu mischen. Das dispergierte Gemisch kann dann auf die Hülse des Gegenstandes mittels für diesen Zweck an sich bekannter Techniken aufgetragen werden. Beispiele solcher Techniken umfassen das Tauchstreichverfahren, das Flow-Coat-Verfahren, das Luftspritzen oder luft loses Spritzen, sofern erforderlich, auf eine elektrostatisch geladene Oberfläche und Walzenauftragung oder Bürstenauftragung.
Zu einem gewissen Ausmaß wird die Wahl einer speziellen Technik durch wirtschaftliche Faktoren bestimmt, jedoch auch zu einem bemerkenswerten Ausmaß durch die Voraussetzung, daß die Überzugsschicht in der gewünschten Dicke und mit der kleinstmöglichen Streuung der Dicke anwendbar ist. Im Falle einer manuellen Arbeitsweise ist es möglich, eine Vielzahl dünner Schichten, zum Beispiel, durch das Tauchstreichverfahren in einer Zusammensetzung mit relativ niedriger Viskosität oder durch elektrostatisches Sprühen aufzutragen. Im Falle der industriellen Herstellung ist das Tauchstreichverfahren in einer relativ viskoseren Zusammensetzung eine geeignete Technik. Nach der Auftragung der Zusammensetzung wird die aufgetragene Schicht so behandelt, daß sie sich in eine Folie verwandelt. Dies kann zum Beispiel nicht nur die Entfernung des Lösungsmittels, sondern auch das Härten bei erhöhter Temperatur in der Gegenwart eines Vernetzungsmittels umfassen. Die Standardtechniken für diesen Zweck, die für die zuvor genannten Folien-bildenden Polymere geeignet und möglich sind, sind einem Fachmann bekannt.
Die Haftung der gebildeten Folie an die Hülse kann durch die Zugabe von an sich für diesen Zweck bekannten Primer verstärkt werden. Alternativ kann die Überzugsschicht, für den Fall, daß die Hülse aus Gummi besteht, auf eine Hülse, deren Material noch nicht vollständig gehärtet worden ist, aufgetragen werden. Nach der Auftragung der Überzugsschicht wird dann die vollständige Härtung des Hülsenmaterials bewirkt. Es ist herausgefunden worden, daß dies eine vorteilhafte Wirkung auf die Haftung der Überzugsschicht an die Hülse hat. Alternativ kann die Hülsenoberfläche einer Koronabehandlung unterzogen werden, um die Haftung zu verbessern. Gleichzeitig ist es möglich, die gewünschten Verarbeitungsmerkmale für die beizumischende Zusammensetzung zum Beispiel mit Fließverbesserern, Verdickungsmitteln und Oberflächenspannungs-Verringerungsmitteln zu erhalten. Die Gleichmäßigkeit der gebildeten Folie kann ebenso durch Oberflächenrauigkeit der Hülse beeinträchtigt werden. Die Oberflächenrauhigkeit liegt bevorzugt unter 15 um. Größere Rauhigkeiten führen zur Erhöhung der Unebenheit in der Überzugsschicht, was die Qualität beispielsweise von Kopien, die mit Hilfe eines Gegenstandes gemacht wurden, der mit der Überzugsschicht ausgestattet ist, insbesondere mit Hilfe einer Walze, nachteilig beeinträchtigt. Vorzugsweise beträgt die Oberflächenrauhigkeit höchstens 10 um und mindestens 3 um. Überzugsschichten mit kleineren Rauhigkeiten sind so glatt, daß die Kohäsion in der Dispersion, die auf die Hülse aufgetragen wurde, größer werden kann als die Haftung zwischen der Dispersion und dem Hülsenmaterial. Dies kann die Kontraktion der aufgetragenen Dispersion erhöhen und demzufolge die nicht-gleichmäßige Dicke der Überzugsschicht.
Die Erfindung betrifft ferner einen leitfähigen Gegenstand, insbesondere eine Walze, ein Rakelmesser oder eine flache oder gebogene Platte, wobei dieser mindestens eine leitfähige Hülse und eine Überzugsschicht umfaßt, die ein intrinsisch leitfähiges Polymer in einer Polymerfolie enthält.
Es ist herausgefunden worden, daß aufgrund der speziellen Überzugsschicht ein Gegenstand dieser Art eine gute elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Abriebbeständigkeit hat. Gleichzeitig ist herausgefunden worden, daß die Gegenwart der Überzugsschicht keine nachteilige Wirkung auf die Eindrückbarkeit der Hülse, wenn erforderlich, hat. Im Ergebnis hat der Gegenstand eine lange Haltbarkeit in einem Kopierer oder Drucker und kann dazu verwendet werden, hervorragende Kopien oder Ausdrucke zu erzeugen. Außerdem ist die Überzugsschicht in der Lage, dem Eindrücken des Gegenstandes standzuhalten, in Kontakt mit Walzen oder anderen Oberflächen, die damit zusammen arbeiten.
Der Mittelteil einer eindrückbaren leitfähigen Walze ist oftmals, jedoch nicht notwendigerweise, aus Metall. Mindestens ein Hülsenteil besteht aus einem elastischen, insbesondere eindrückbaren Material, zum Beispiel einem natürlichen oder synthetischen Gummi bzw. Kautschuk, einem thermoplastischen Polymer oder thermoplastischen Vulkanisat oder einem mikrozellulärem Gummi. Beispiele, die zur Verwendung in dem Gegenstand gemäß der Erfindung überaus geeignet sind, umfassen zum Beispiel EPDM und SBR. Dieses Material ist leitfähig, weil es in der Regel ein darin dispergiertes leitfähiges Material aufweist. Das verwendete leitfähige Material ist üblicherweise Ruß, jedoch können andere Materialien, die für diesen Zweck bekannt und üblich sind, in der Hülse des Gegenstands gemäß der Erfindung ebenso verwendet werden, wenn die Hülse aus einem Material besteht, das leitfähig gemacht worden ist, zum Beispiel Gummi bzw. Kautschuk. Der elektrische Widerstand der Hülse, die leitfähig gemacht worden ist, liegt in der Regel zwischen 100 und 10.000 Ω, wobei der Widerstand des Metallkerns, der vorhanden sein kann oder auch nicht, im Vergleich dazu unbedeutend klein ist. Leitfähige Gegenstände, zum Beispiel Walzen, die nicht mit einer coarbeitenden Walze oder einem anderen Element in Kontakt kommen, können vollständig aus Metall sein und haben dann einen unbedeutenden elektrischen Widerstand. Für magnetische Entwicklerwalzen werden in der Regel Nichteisenmetalle, zum Beispiel Aluminium, oder manchmal nicht-magnetische Materialien, zum Beispiel geeignete Arten von Edelstahl, verwendet. Solche Walzen und ihre Gestaltung und Zusammensetzung sind an sich bekannt.
Der Widerstand der Überzugsschicht sollte zwischen 10⁵ und 10⁷ Ω liegen, wenn eine Spannung zwischen 100 und 900 V angelegt wird, und ist in diesem Spannungsbereich bevorzugt so gut wie konstant und variiert stärker bevorzugt um weniger als 1 Dekade, und sogar weniger als 0,5 Dekaden, über den gesamten Spannungsbereich.
Die Dicke der Überzugsschicht sollte so sein, daß ein Kurzschluß verhindert wird. In der Praxis hat es sich erwiesen, daß eine Dicke von 20 μm für diesen Zweck ausreichend ist. Vorzugsweise ist die Dicke größer als 50 μm und stärker bevorzugt größer als 80 μm. Im Hinblick auf die möglicherweise wünschenswerten elastischen Merkmale ist eine Dicke von weniger als 400 μm wünschenswert. Vorzugsweise ist die Dicke kleiner als 200 μm und stärker bevorzugt kleiner als 150 μm. Die im Hinblick auf den Widerstand der Überzugsschicht und deren Dicke zu erfüllenden Erfordernisse definieren den gewünschten spezifischen Widerstand ρ in Ω · m des Überzugsschichtmaterials. Der spezifische Widerstand wird durch zwei Elektroden mit einer Oberfläche A, die auf dem Material positioniert sind, zur Messung eines Abstandes I von einander, und durch den Widerstand R, der aus dem Strom bestimmt wird, der gemessen wird, wenn eine Spannung angelegt wird, bestimmt.
Die spezifischen Widerstände werden wie folgt berechnet: ρ = ΩR·A/I[Ω·m]
Geeignete Überzugsschichtmaterialien haben einen spezifischen Widerstand zwischen 2 × 10⁵ und 10⁷ Ω · m oder 2 × 10⁷ und 10⁹ Ω · cm.
Die Erfindung wird in bezug auf die folgenden Beispiele erläutert.
Beispiele
Folgendes basiert auf einer leitfähigen Walze mit einer Länge von 225 mm und einem Gesamtdurchmesser von 11,5 mm. Die Walze besteht aus einem Stahlkern mit einem Durchmesser von 6,0 mm, umgeben von einer Hülse aus einem Styrol-Butadien-Gummi mit einer Härte von 30 Shore A und 20 Gew.-% eines leitfähigen Ruß (DENKA BLACK von Denki KK), der darin dispergiert ist.
Beispiel I
Vier Zusammensetzungen zur Auftragung einer leitfähigen Überzugsschicht wurden wie folgt hergestellt. Eine wäßrige Dispersion aus einem Gemisch aus Poly(ethylen-dioxythiophen) und Poly(styrolsulfonat) (Baytron P von Bayer, Gehalt an leitfähigem Polymer in der Dispersion 1,3 Gew.-%) wurde mit Hilfe von 5 Gew.-% Ammoniak auf einen pH von 7,5 eingestellt, und dann zu einer wäßrigen Dispersion aus einem Polyurethan als ein Bindemittel (Permutex EX-55-038 von Stahl Holland, Polyurethangehalt in der Dispersion 40 Gew.-%) gegeben und darin unter Rühren dispergiert.
Die Gewichtsverhältnisse der beiden Dispersionen und der Gehalt an leitfähigem Polymer in der Zusammensetzung waren wie in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Die Zusammensetzung wurde auf die äußere Umgebung der Walze aufgetragen, indem das Tauchstreichverfahren mehrmals wiederholt wurde, um eine Gesamtdicke von 80 bis 100 μm zu erreichen. Jede einzelne Schicht wurde bei Raumtemperatur getrocknet. Nachdem die gewünschte Dicke erreicht worden ist, wurde die Walze bei 80 °C 1 Stunden gehalten, um die Zusammensetzung zu härten.
Jede der Zusammensetzungen wurde zur Herstellung von drei Walzen verwendet. Für jede der Walzen wurde der Widerstand bei 800 V zwischen einem Ende des Metallkerns und einem Punkt auf dem Hülsenumfang bestimmt. In 1 wird der mittlere Widerstand der Walzen für jeden Prozentsatz des intrinsisch leitfähigen Polymers gegenüber dem Prozentsatz aufgezeichnet. Die durchgängige Linie stellt eine Anpassung der kleinsten Quadrate der experimentellen Punkte dar. Wie zu sehen ist, verändert sich der Widerstand stufenweise mit einer Steigerung des Prozentsatzes des intrinsisch leitfähigen Polymers, so daß ein gewünschter Widerstand durch die Einstellung des Prozentsatzes des intrinsisch leitfähigen Polymers in der Zusammensetzung genau eingestellt werden kann.
Beispiel II
Sechs Zusammensetzungen zur Auftragung einer leitfähigen Überzugsschicht wurden durch eine wäßrige Dispersion aus einem Polyurethan (Permutex RA-1035 von Stahl Holland, Polyurethangehalt in der Dispersion 40 Gew.-%), die zu einer wäßrigen Dispersion aus Polypyrrol-beschichteten Polyurethanteilchen (Conquest XP-1000 von DSM Solutech, Prozentsatz an leitfähigem Polymer + Substrat in der Dispersion 20 Gew.-%) zugegeben wird und darin unter Rühren dispergiert wird, herge stellt. Die Gewichtsverhältnisse der beiden Dispersionen in der Zusammensetzung und der Gehalt an leitfähigem Polymer in der Zusammensetzung waren wie in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Die Zusammensetzung wurde auf die Hülse der Walze aufgetragen, indem das Tauchstreichverfahren mehrmals wiederholt wurde, um eine Dicke von 85 bis 100 μm zu erzeugen. Zwischendurch wurde jede einzelne Schicht bei Raumtemperatur getrocknet. Nachdem die gewünschte Dicke erreicht worden ist, wurde die Walze bei 80 °C 1 Stunden gehalten, um die Zusammensetzung zu härten.
Jede der Zusammensetzungen wurde zur Herstellung von drei Walzen verwendet. Für jede der Walzen wurde der Widerstand bei 800 V zwischen einem Ende des Metallkerns und einem Punkt auf dem Hülsenumfang bestimmt. In 2 wird der mittlere Widerstand der Walzen für jeden Prozentsatz des intrinsisch leitfähigen Polymers gegenüber dem Prozentsatz aufgezeichnet. Die durchgängige Linie stellt eine Anpassung der kleinsten Quadrate der experimentellen Punkte dar.
Wie zu sehen ist, verändert sich der Widerstand mit einer Steigerung des Prozentsatzes des intrinsisch leitfähigen Polymers relativ langsam, so daß ein gewünschter Widerstand durch die Einstellung des Prozentsatzes des intrinsisch leitfähigen Polymers in der Zusammensetzung genau eingestellt werden kann.
Beispiel III
Auf die in Beispiel I beschriebene Art und Weise wurden sechs Walzen mit einer leitfähigen Überzugsschicht ausgestattet. Auf diese Weise wurde die Zusammensetzung aus Beispiel I mit einer Konzentration von 2,17 % für einen ersten Satz von drei Walzen verwendet, und eine entsprechende Zusammensetzung wurde für einen zweiten Satz von drei Walzen verwendet, außer daß das verwendete Bindemittel das Urethanharz Impranil 85UD von Bayer ist.
Der Widerstand jeder Walze, gemessen zwischen einem Ende des Metallkerns und einem Punkt auf dem Hülsenumfang der Walze, wurde als eine Funktion der angelegten Spannung gemessen. Die Ergebnisse werden in 3 gezeigt. Die gepunkteten Linien stellen die Ergebnisse des ersten Satzes von drei Walzen dar, die durchgängigen Linien die des zweiten Satzes von drei.
Es ist herausgefunden worden, daß die Variierung als eine Funktion der angelegten Spannung des Widerstandes für die beabsichtigte Verwendung der Walzen ausreichend gering ist. Die Reproduzierbarkeit ist zur Verwendung der Walzen in elektrophotographischer und xerographischer Ausrüstung ebenso genügend ausreichend.
Beispiel IV
Acht Walzen wurden mittels des Verfahrens aus Beispiel I unter Verwendung einer Dispersion aus Baytron P (Bayer) und Impranil 85 UD (Bayer) mit einem Gehalt an leitfähigem Polymer in der Endüberzugsschicht von 2,17 Gew.-% hergestellt. Die Dicke der Überzugsschicht lag zwischen 85 und 97 μm. Unter einer angelegten Spannung von 800 V wurde der Widerstand entlang der Längsrichtung der Walzen jedesmal in Abständen von 1 cm gemessen. Die Mittelwerte des Widerstandes und die Standardabweichung als eine Funktion der Position auf der Walze werden in 4 gezeigt. Es wurde herausgefunden, daß der mittlere Widerstand über die gesamte Hülsenoberfläche so gut wie konstant ist, und auch die Streuung bleibt gut zwischen den Grenzwerten, die zur Verwendung der Walzen in elektrophotographischer und xerographischer Ausrüstung vorgeschrieben sind.

Claims

Leitfähiger Gummigegenstand, mindestens umfassend eine leitfähige Gummihülse und eine Überzugsschicht, welche ein intrinsisch leitfähiges Polymer umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacetylen, Polyphenylen, Poly(para-phenylen-vinylen), Polypyrrol, Polyfuran, Polythiophen, Polyanilin, leitfähigen substituierten Formen dieser Polymere und Gemischen aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen, unsubstituiertes Polypyrrol, Polyacetylen und Polythiophen ausgeschlossen, und einem elektrisch inerten Folien-bildenden Polymer besteht.
Gegenstand gemäß Anspruch 1, wobei das Folien-bildende Polymer aus der Gruppe, bestehend aus Poly(vinylidenchlorid), Polymethacrylaten, Polyurethanen, Poly(vinylacetat) und Poly(vinylalkohol), ausgewählt ist.
Leitfähiger Gummigegenstand, mindestens umfassend eine leitfähige Gummihülse und eine Überzugsschicht, welche ein intrinsisch leitfähiges Polymer umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polyacetylen, Polyphenylen, Poly(para-phenylen-vinylen), Polypyrrol, Polyfuran, Polythiophen, Polyanilin, leitfähigen substituierten Formen dieser Polymere und Gemischen aus zwei oder mehreren dieser Verbindungen, und einem elektrisch inerten Folien-bildenden Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Poly(vinylidenchlorid), Polymethacrylaten, Polyurethanen, Poly(vinylacetat) und Poly(vinylalkohol), besteht.
Gegenstand gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das leitfähige Polymer aus der Gruppe, bestehend aus Polypyrrol, Polythiophen und leitfähigen substituierten Formen dieser Polymere und Gemischen von zwei oder mehreren dieser Verbindungen, ausgewählt ist.
Gegenstand gemäß einem der Ansprüche 2–4, wobei das Folien-bildende Polymer ein Polyurethan ist.
Gegenstand gemäß einem der Ansprüche 1–5, wobei die Gummihülse eine Oberflächenrauigkeit von zwischen 3 und 10 μm aufweist.
Gegenstand gemäß einem der Ansprüche 1–6, wobei die Dicke der Überzugsschicht zwischen 50 und 150 μm ist.
Gegenstand gemäß einem der Ansprüche 1–7, wobei der Gegenstand eine Walze oder ein Rakelmesser ist.
Verfahren zum Fertigen eines leitfähigen Gegenstands gemäß einem der Ansprüche 1–8, mindestens umfassend die Auftragung einer Überzugsschicht auf eine leitfähige Gummihülse, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht durch die Auftragung von einem Gemisch aus einem intrinsisch leitfähigen Polymer und einem Folien-bildenden Polymer auf die Hülse gebildet wird, wobei das leitfähige Polymer und das Folien-bildende Polymer gemäß einem der Ansprüche 1–6 definiert sind.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Gemisch in Form einer Dispersion aufgetragen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Gemisch in Form einer wässrigen Dispersion aufgetragen wird.