DE68906435T2

DE68906435T2 - Waermefixierbauteil.

Info

Publication number: DE68906435T2
Application number: DE1989606435
Authority: DE
Inventors: Che Chung Chow; Clifford O Eddy; Robert M Ferguson; Robert N Finsterwalder; Arnold W Henry; Lynn Lorenzo
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1988-03-10
Filing date: 1989-03-09
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2009-03-10
Also published as: EP0332438A3; JPH01310379A; JPH0776856B2; EP0332438A2; EP0332438B1; DE68906435D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmefixierbauteil und auf ein Verfahren, Tonerbilder in elektrostatographischen Reproduktionsapparaten zu schmelzen. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Wärmefixierbauteil mit langer Lebensdauer, das mit einem polymerischen Trennmittel, das funktionelle Gruppen besitzt, zu verwenden ist.
In einem typischen elektrostatographischen Reproduktionsapparat wird ein Bild eines zu kopierenden Originals durch Licht oder andere Strahlung in Form eines latenten elektrostatischen Bildes auf ein photosensitives Element aufgezeichnet, und das latente Bild wird anschließend durch Verwendung von elektroskopischen thermoplastischen Harzpartikeln, die man gewöhnlich als 'Toner' bezeichnet, sichtbar gemacht. Das sichtbare Tonerbild hat nun die Form eines losen Pulvers, so daß es leicht gestört oder zerstört werden kann. Das Tonerbild wird gewöhnlich auf einen Träger fixiert oder aufgeschmolzen, der das photosensitive Element selbst oder ein anderes Trägerblatt wie glattes Papier sein kann.
Die Verwendung von Wärmeenergie zur Fixierung von Tonerbildern auf ein Trägerelement ist wohlbekannt. Um elektroskopisches Tonermaterial mittels Wärme dauerhaft auf eine Trägeroberfläche aufzuschmelzen, ist es erforderlich, die Temperatur des Tonermaterials bis zu einem Punkt zu erhöhen, an dem die Bestandteile des Tonermaterials verschmelzen und klebrig werden. Dieses Erwärmen bewirkt, daß der Toner in gewissem Ausmaß in die Fasern oder Poren des Trägerelements fließt. Wenn sich das Tonermaterial abkühlt, bewirkt die Erstarrung des Tonermaterials, daß dieses fest an den Träger gebunden ist.
Typischerweise werden die thermoplastischen Harzpartikel auf das Substrat geschmolzen, indem man auf Temperaturen zwischen etwa 90ºC und etwa 160ºC oder höher erhitzt; dies hängt vom Erweichungsbereich des jeweiligen im Toner verwendeten Harzes ab. Trotzdem ist es nicht wünschenswert, die Temperatur des Substrats wesentlich über 200ºC zu erhöhen, da das Substrats bei derart hohen Temperaturen die Tendenz zur Verfärbung hat - besonders, wenn das Substrat Papier ist.
Verschiedene Ansätze des thermischen Schmelzens von elektroskopischen Tonerbildern wurden beschrieben. Diese Verfahren umfassen die im wesentlichen gleichzeitige Anwendung von Wärme oder Druck durch verschiedenartige Mittel: einem in Druckkontakt gehaltenen Walzenpaar, einer Riemenvorrichtung, die in Druckkontakt mit einer Walze ist, und dergleichen. Wärme kann durch Erhitzen einer oder beider Walzen, Plattenvorrichtungen oder Riemenvorrichtungen angewendet werden. Das Schmelzen der Tonerpartikel findet statt, wenn die korrekte Kombination von Wärme, Druck und Kontaktzeit eingehalten wird. Die Balance dieser Parameter, die das Schmelzen der Tonerpartikel bewirkt, ist wohlbekannt, und die Parameter können so abgestimmt werden, daß sie den Bedingungen spezieller Maschinen oder Verfahren entsprechen.
Bei einem in Betrieb befindlichen Schmelzsystem, in dem Wärme angewendet wird, um das thermische Schmelzen der Tonerpartikel auf einen Träger zu bewirken, werden beide, das Tonerbild und der Träger, durch einen Spalt, der zwischen Walzenpaar oder Platten- oder Riemenvorrichtung gebildet ist, hindurchgeschoben. Die Gleichzeitigkeit der Wärmeübertragung und Druckanwendung auf den Spalt bewirkt das Aufschmelzen des Tonerbildes auf den Träger. Im Schmelzprozeß ist es wichtig, daß während des normalen Betriebs kein Ablagern der Tonerpartikel von dem Träger auf das Wärmefixierbauteil stattfindet. Tonerpartikel, die sich auf dem Wärmefixierbauteil absetzen, können sich später auf anderen Teilen der Maschine oder auf dem Träger in daran anschließenden Kopierzyklen ablagern, wodurch der Untergrund verstärkt wird oder eine Störung mit dem dort zu kopierenden Materials staftfindet. Der sogenannte "hot offset" findet statt, wenn die Temperatur des Toners einen Grad erreicht, an dem die Verflüssigung der Tonerpartikel eintritt und eine Trennung des geschmolzenen Toners während des Schmelzprozesses stattfindet, wobei ein Teil des Toners auf dem Wärmefixierbauteil verbleibt. Die Hot-Offset-Temperatur oder die Erniedrigung der Hot-Offset-Temperatur dient als Maßstab für die Ablöse-Eigenschaften der Wärmefixierwalze, so daß es wünschenswert ist, eine wärmefixierende Oberfläche mit geringer Oberflächenenergie zu liefern, um das erforderliche Ablösen zu gewährleisten. Um gute Ablöse-Eigenschaften der Wärmefixierwalze zu garantieren und aufrecht zu erhalten, ist es üblich geworden, Trennmittel auf dem Wärmefixierbauteil zu verwenden, damit gewährleistet werden kann, daß der Toner während der Wärmefixierung vollständig von der Wärmefixierwalze entfernt wird. Typischerweise werden diese Materialien als dünne Filme, z.B. von Silikon-Ölen, verwendet, um das Ablagern des Toners zu verhindern.
Einige neuere Entwicklungen von Wärmefixierbauteilen, Trennmitteln und Wärmefixiersystemen sind in US-A-4264181, 4257699 und 4272179 geschildert. Diese Patente beschreiben Wärmefixierbauteile und Verfahren, thermoplastische Harz-Toner-Bilder auf ein Substrat zu schmelzen, wobei ein polymerisches Trennmittel, das funktionelle Gruppen besitzt, auf die Oberfläche des Wärmefixierbauteils aufgebracht wird. Das Wärmefixierbauteil umfaßt eine Basisvorrichtung mit einer elastomeren Oberfläche mit einem darin enthaltenen Metall enthaltenden Füllstoffe der mit einem Nucleophile-Additions-Vulkanisationsmittel vulkanisiert wurde. Exemplarisch für solch ein Wärmefixierbauteil ist eine Aluminium-Basisvorrichtung mit einem Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen)-Copolymer, das mit einem Bisphenol Vulkanisationsmittel, in dem ein Bleioxid-Füllstoff dispergiert ist, vulkanisiert ist, und die Verwendung eines mercaptofunktionellen Polyorganosiloxan-Öls als Trennmittel. In diesen Schmelzverfahren besitzen die polymerischen Trennmittel funktionelle Gruppen (ebenfalls als chemisch-reaktive funktionelle Gruppen bezeichnet), die mit dem Metall enthaltenden Füllstoff, der in dem Elastomer oder dem harzigen Material an der Oberfläche des Wärmefixierbauteils dispergiert ist, wechselwirken, um einen thermisch stabilen Film zu bilden, der thermoplastischen Harztoner ablöst und der verhindert, daß der thermoplastische Harztoner das elastomere Material selbst berührt. Das in dem Elastomer oder Harz auf der Oberfläche des Wärmefixierbauteils dispergierte Metalloxid, Metallsalz, die Metallegierung oder andere geeignete Metallverbindungstüllstoffe wechselwirken mit den funktionellen Gruppen des polymeren Trennmittels. Vorzugsweise bewirkt das Metall enthaltende Füllstoftmaterial keine Zersetzung oder irgendeine andere nachteilige Veränderung des polymeren Trennmittels, das funktionelle Gruppen besitzt. Aufgrund dieser Reaktion zwischen dem Elastomer, das einen Metall enthaltenden Füllstoff enthält, und dem polymerischen Trennmittel, das funktionelle Gruppen besitzt, werden - selbst bei hohen Geschwindigkeitsraten der elektrostatographischen Reproduktionsmaschinen - ein ausgezeichnetes Ablösen und die Herstellung von Kopien mit hoher Qualität erzielt.
Obwohl der beteiligte Mechanismus nicht vollständig verstanden wird, wurde folgendes beobachtet: wenn bestimmte polymerische Flüssigkeiten, die funktionelle Gruppen besitzen, auf die Oberfläche eines wärmefixierenden Bauteils mit einer Elastomeroberfläche aufgetragen werden, in der Metalloxid, Metallsalz, Metall, Metallegierung oder eine andere geeignete Metallverbindung dispergiert ist, findet eine Wechselwirkung (chemische Reaktion, Koordinationskomplex, Wasserstoff-Brücken-Bindung oder ein anderer Mechanismus) zwischen dem Metall des Füllstoffs in dem Elastomer und der polymerischen Flüssigkeit, die funktionelle Gruppen besitzt, statt, so daß das in flüssiger Form oder als Flüssigkeit vorliegende polymerische Trennmittel eine ausgezeichnete Oberfläche für das Ablösen liefert, die ihrerseits eine ausgezeichnete Neigung zum Verbleiben auf der Oberfläche des Wärmefixierbauteils besitzt. Ungeachtet des Mechanismus scheint die Bildung eines Films auf der Elastomeroberfläche stattzufinden, wobei die Zusammensetzung des Films von der Zusammensetzung des Elastomers und der Zusammensetzung des polymeren Trennmittels abweicht. Dieser Film besitzt dennoch eine größere Affinität zu dem eine Metallverbindung enthaltenden Elastomer als der Toner, so daß auf diese Weise eine ausgezeichnete Beschichtung mit ablösenden Eigenschaften auf der Elastomeroberfläche zustandekommt. Die Beschichtung mit ablösenden Eigenschaften hat eine Kohäsionskraft, die geringer ist als die Adhäsionskräfte zwischen dem erhitzten Toner und dem Substrat, auf das der Toner aufgebracht wird, und geringer als die Kohäsionskräfte des Toners. Die Wechselwirkung zwischen den funktionellen Gruppen des polymerischen Trennmittels und dem Metall des Metall enthaltenden Elastomers führt zu einer Gesamtverringerung der kritischen oder hohen Oberflächenenergie des Metalls in dem Metall enthaltenden Füllstoff.
Die bevorzugten Elastomere sind die Fluorelastomere: Die am meisten bevorzugten Fluorelastomere sind die auf Vinylidenfluorid basierenden Fluorelastomere, die Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen als Comonomere enthalten. Zwei der am meisten bevorzugten Fluorelastomere sind (1) eine Klasse von Copolymeren aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, die kommerziell als 'Viton A' bekannt sind, und (2) eine Klasse von Terpolymeren von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, die kommerziell als 'Viton B' bekannt sind. 'Viton A' und 'Viton B' (und andere 'Viton'-Bezeichnungen) sind Warenzeichen von E. I. DuPont deNemours and Company. Andere kommerziell erhältliche Materialien umfassen 'Fluorel' von 3M Company, 'Viton GH', 'Viton E60C', 'Viton B 910' und 'Viton E 430'. Das bevorzugte Vulkanisationssystem ist ein nucleophiles System mit einem Bisphenol vernetzenden Mittel, das man verwendet, um ein kovalent vernetztes Netzwerkpolymer herzustellen, das durch Wärmeanwendung, die auf eine basische Dehydrofluorierung des Copolymers folgt, erhalten wird. Das nucleophile Vulkanisationssystem umfaßt ebenfalls einen Organophosphoniumsalz-Beschleuniger. Einige der kommerziell erhältlichen Fluorelastomer-Polymere, die mit dem nucleophilen System vulkanisiert werden können, sind 'Viton E 60C', 'Viton B 910', 'Viton E 430', 'Viton A' und 'Viton B'. Beispiel 4 der beiden US-A-4264181 und 4272179 veranschaulicht, daß 'Viton B', ein Elastomer aus Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) mit Kupferpartikeln ausgezeichnetes Ablösen gegenüber dem thermoplastischen Harz-Toner zeigt, wenn es mit dem mercaptofunktioneilen Polyorganosiloxan-Öl als Trennmittel verwendet wird. Beispiel 3 in US-A-4257699 liefert entsprechende Ergebnisse mit einem Bisphenol-Vulkanisationssystem. Nicht zufriedenstellende Ergebnisse wurden sowohl in Beispiel 7 aus US-A- 4264181 und 4272179 als auch in Beispiel 6 aus US-A-4257699 erhalten, wobei 'Viton GH', ein Terpolymer aus Poly(vinylidentluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen), das ein copolymerisiertes Vulkanisationsstellen-Monomer hat und einen Metall enthaltenden Füllstoff in Spuren enthält, mit einem aliphatischen Peroxid-Vulkanisationsmittel vulkanisiert wurde. Beispiel 12 aus US-A-4272179 und Beispiel 13 aus US-A-4257699 veranschaulichen eine gleichartige Wärmefixierwalze, die ebenfalls mit einem herkömmlichen aliphatischen Peroxid-Vulkanisationsmittel vulkanisiert wurde und beträchtliche Mengen von Bleioxid enthält.
Der Gebrauch von polymerischen Trennmitteln mit funktionellen Gruppen, die mit einem Warmefixierbauteil wechselwirken, um eine thermisch beständige, erneuerbare, selbstreinigende Schicht zu bilden, die bessere Ablöse-Eigenschatten gegenüber elektroskopischen thermal-plastischen Harztonern aufweist, ist in US-A-4029827, 4101686 und 4185140 beschrieben. Insbesondere weist US A4029827 auf die Verwendung von Polyorganosiloxanen, die Mercapto Funktionalitaten besitzen, als Trennmittel hin. US-A-4101686 und 4185140 beziehen sich aut polymerische Trennmittel die funktionelle Gruppen besitzen, wie Carboxy-, Hydroxy-, Epoxy-, Amino-, Isocyanato-, Thioether- oder Mercaptogruppen besitzen, als Trennflüssigkeiten. Einige dieser Wärmefixiersysteme haben sich vielfacher kommerzieller Verwendung erfreut. Beispielsweise konnte eine Wärmefixierwalze aus 'Viton E 45' (ein Copolymer aus 77 Molprozent Vinylidenfluorid und 23 Molprozent Hexafluorpropylen), gefüllt mit Bleioxid, erfolgreich in einem Wärmefixiersystem, in dem ein mercaptofunktionelles Polyorganosiloxan-Trennmittel eingesetzt wurde, verwendet werden.
Obwohl diese Materialien erfolgreich in verschiedenen kommerziellen Verfahren eingesetzt werden, treten Schwierigkeiten bei bestimmten Anwendungen auf Beispielsweise, und in bezug auf die vorher beschriebene, aus 'Viton E45' und Bleioxid hergestellte Wärmefixierwalze, die mit einem mercaptofunktionellen Polyorganosiloxan verwendet wird, wird das Trennmittel normalerweise in einer Menge von etwa 8 Mikroliter pro 216 x 280 mm Kopie aufgebracht. Für einige Anwendungen kann dies zur Folge haben, daß sich eine übermäßige Menge Öl auf dem Kopierblatt befindet, so daß ein anschließendes Schreibmaschineschreiben auf dem Blatt schwierig wird, weil die einzelnen Buchstaben nicht auf dem Kopierpapier haften. Außerdem besteht allgemein der Wunsch, die Menge des auf dem Kopierpapier vorhandenen Trennmittels einfach im Rahmen einer Reduzierung der gesamten Kopierkosten zu verringern. Außerdem ist der Bleioxid-Füllstoff - obwohl er in der Wärmefixierwalze in der Tat als Verankerungsstelle für das funktionelle Trenmnittel wirkt und mit ihm eine Grenzschicht bildet - ebenfalls eine starke Base, so daß er als Vulkanisationsmittel für das Elastomer füngiert. Mit zunehmendem Altern kann das Bleioxid mit dem 'Viton' reagieren, wodurch die Vernetzungsdichte erhöht wird und was zu einer härteren Wärmefixierwalze, die glanzende Bilder herstellt, führt. Obwohl nucleophile Vulkanisation bei Fluorelastomeren angewendet wurde, sind einige der Fluorelastomere normalerweise peroxid-vulkanisiert. Solch ein Vulkanisationssystem ist jedoch sehr schwierig zu verwenden, wenn das Wärmefixierbauteil aus einer Lösungsmittel-Lösung des Elastomers, die auf ein Substrat gesprüht wird und dieses beschichtet, hergestellt ist. Schwierigkeiten liegen darin, eine sauerstoff-freie Atmosphäre zu erhalten, da sonst die Reaktion des Sauerstoffs mit dem Peroxid gegenüber der Reaktion des Peroxids mit dem Fluorelastomer bevorzugt ist, wodurch keine ordnungsgemaße Vulkanisation stattfindet, so daß eine vollständige Entfernung des Lösungsmittels notwendig ist, um Kettenübertragungsreaktionen, die die Vernetzung hemmen, zu verhindern. Folglich wird der Gebrauch eines nucleophilen Vulkanisationssystems bevorzugt, wenn das Wärmefixierbauteil durch Aufsprühen einer Lösungsmittel-Lösung des Elastomers hergestellt wird. In solchen nucleophilen Vulkanisationssystemen werden normalerweise relativ große Mengen an anorganischer Base verwendet, die die Dehydrofluorierung von Vinylidenfluorid-Gruppen des Moleküls bewirken, so daß Doppelbindungen gebildet werden, die reaktive Stellen für eine spätere Vernetzung darstellen. Die Folge ist, daß die überschüssige Base mit dem Fluorelastomer nach der anfänglichen Dehydrofluorierung weiter reagieren und das Fluorelastomer zersetzen wird; dies geschieht durch die Bildung von zusätzlichen Doppelbindungen, die oxidiert werden, wodurch die Oberflächenenergie steigt und die Ablöse-Charakteristik vermindert wird.
Weiterhin beinhalten viele Tonerzusammensetzungen geringe Mengen von ladungsverstärkenden Additiven, die die gewünschte Ladung wirkungsvoller auf die Toner-Harzpartikel geben. Ein besonders wirksames ladungsverstärkendes Additiv ist Distearyl-dimethyl-ammonium-methyl-sulfat (DDAMS), wie in US-A-4560635 beschrieben. Werden Toner, die solche ladungsverstärkenden Additive enthalten, in Wärmefixiersystemen mit Fluorelastomeren verwendet, wie oben beschriebenen, so hat man beobachtet, daß der basische Charakter des ladungsverstärkenden Additivs zu einer Bildung von Doppelbindungen im Fluorelastomer führt, was eine Verhärtung des Wärmefixierbauteils bewirken kann, und eine nachfolgende Oxidation zur Erhöhung der Oberflächenenergie des Wärmefixierbauteils sowie zu einer unregelmäßigen Abnutzung der Wärmefixieroberfläche führt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine einmalige Kombination von Fluorelastomer, Metalloxid und Vulkanisationssystem, das die anfangs beschriebenen Schwierigkeiten beseitigt oder zumindest verringert. Insbesondere liefert sie ein Wärmefixierbauteil mit langer Lebensdauer mit einer wärmefixierenden Oberfläche, die Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) mit einem Vinylidenfluorid-Anteil von weniger als 40 Molprozent umfaßt, ein Metalloxid in ausreichender Menge vorhanden ist, um mit dem polymerischen Trennmittel, das funktionelle Gruppen besitzt, wechselzuwirken und eine Grenzflächen-Sperrschicht zwischen der wärmefixierenden Oberfläche und dem Substrat zu bilden, wobei das Metalloxid gegenüber dem Elastomer in hohem Maße unreaktiv ist, das Elastomer aus einer trockenen Lösungsmittel-Lösung des Elastomers mit einem nucleophilen, in der Lösungsmittel-Lösung löslichen Vulkanisationsmittel in Gegenwart von weniger als 4 Gewichtsteilen von anorganischer Base pro 100 Teile Polymer vulkanisiert wird, wobei die anorganische Base das Vinylidenfluorid zumindest teilweise wirksam dehydrofluoriert.
In einer besonderen Ausführungsförm der vorliegenden Erfindung ist das nucleophile Vulkanisationsmittel ein Bisphenol vernetzendes Mittel und ein Organophosphoniumsalz-Beschleuniger.
Folglich liefert die vorliegende Erfindung ein Wärmefixierbauteil, das gemäß der angefügten Ansprüche beansprucht wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen beschrieben, die sich auf die begleitenden Zeichnungen beziehen, in denen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Wärmefixiersystems ist, in dem die Wärmefixierwalze der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
Fig. 2 eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform des Wärmefixierbauteils der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer anderen Ausführungsform des Wärmefixierbauteils der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 4 eine Teilschnittansicht einer anderen Ausführungsform des Wärmefixierbauteils der vorliegenden Erfindung ist.
Die früher als wärmefixierende Oberflächen verwendeten Fluorelastomere enthalten im allgemeinen beträchtliche Mengen des Vinylidentluorid-Monomers. Beispielsweise enthält 'Viton E 45' 77 Molprozent Vinylidenfluorid und 23 Molprozent Hexafluorpropylen, das Terpolymer 'Viton B 50' enthält 61 % Vinylidenfluorid, 17% Hexafluorpropylen und 22 % Tetrafluorethylen. Die Anwesenheit so beträchtlicher Mengen von Vinylidenfluorid stellt im Überschuß vorhandene Stellen zur Dehydrofluorierung bereit und führt zur Bildung von Doppelbindungen. Obwohl Dehydrofluorierung in gewissem Maße für eine angemessene Vernetzung notwendig ist, liefert die Anwesenheit von Vinylidenfluorid zusätzliche Stellen für einen nachfolgenden Angriff durch andere stark basische Materialien wie beispielsweise durch den Metalloxidfüllstoft, der zur Bildung der Grenzschicht mit dem polymerischen Trennmittel, das funktionelle Gruppen besitzt, verwendet wird; weiterhin durch die in dem nucleophilen Vulkanisationssystem verwendete Base, oder durch irgendein im Toner vorhandenes basisches Additiv. Solche Angriffe tühren zu einer Dehydrofluorierung des Elastomers und zur Bildung von Doppelbindungen, die kondensieren, so daß zusätzliche Vernetzungen gebildet werden, was zu einer Verhärtung der Elastomeroberfläche führt und durch nachfolgende, durch den Metalloxidfüllstoff katalysierte Oxidation der restlichen Doppelbindungen die Oberflächenenergie erhöht. All dies ist unerwünscht. Um eine spätere Dehydrofluorierung durch basische Materialien zu vermeiden, wäre es wünschenswert, ein so vollständig wie möglich fluoriertes Elastomer zu haben. Auf der anderen Seite wäre es sehr schwierig, die notwendige Vernetzung zu bilden, wenn die Monomere vollständig fluoriert wären. Daher muß es zu einer Balance zwischen dem Fluorierungsgrad und der Fähigkeit zur Vernetzung kommen.
Um die Möglichkeit einer Dehydrofluorierung durch einen Metall enthaltenden Füllstoff zu verringern, verwendet die Erfindung einen Füllstoffe der gegenüber dem Elastomer in hohem Maße unreaktiv ist und der gleichzeitig mit dem polymerischen Trennmittel ausreichend wechselwirkt, um eine Grenzflächen-Sperrschicht zu bilden. Da man vorzugsweise das Wärmefixierbauteil durch Aufsprühen einer Lösungsmittel-Lösung des Elastomers herstellt, verwendet man ein nucleophiles Vulkanisationssystem und umgeht auf diese Weise Probleme, die eine freie radikalische Vulkanisation des Polymers mit sich bringt Beispielsweise müßte das Lösungsmittel entfernt werden, damit Radikale nicht durch eine Kettenübertragung auf das Lösungsmittel verschwendet werden, wodurch die Vernetzungsdichte reduziert oder sogar lösliches Polymer entstehen würde. Im Gegensatz zu einigen anderen nucleophilen Vulkanisationssystemen wird ein Vulkanisationsmittel verwendet, das in der Lösung des Elastomers löslich ist. Durch die Löslichkeit in der Lösungsmittel-Lösung wird sichergestellt, daß das vernetzende Mittel in nächster Nähe der aktivierten Vernetzungsstellen ist. Das nucleophlle Vulkanisationssystem liegt normalerweise in Anwesenheit von 8 bis 10 Gewichtsteilen von Base auf 100 Gewichtsteile Polymer vor. Dennoch wird die Menge an anorganischer Base auf weniger als 4 Gewichtsteile auf 100 Teile Polymer beschränkt, um eine anhaltende Reaktion zwischen überschüssiger Base und dem vulkanisierten Elastomer -
durch Dehydrofluorierung und die Bildung von Doppelbindungen, die im folgenden oxidiert werden, was zu einer Zunahme der Oberflächenenergie und einer Verringerung der Ablösungsleistung führt - auf ein Mindestmaß zu beschränken.
Die Erfindung liefert folglich ein Wärmeftxierbauteil mit einem Vinylidenfluorid-Gehalt, der - in einer guten Balance zwischen einer so vollständig wie möglichen Fluorierung und der noch vorhandenen Vernetzungsmöglichkeit des Vinylidenfluorids - einem Wärmefixierbauteil mit einem Füllstoff, der mit dem funktionellen Trennmittel wechselwirkt und hierfür Verankerungsstellen liefert, angemessen ist, wobei der Füllstoff gegenüber dem Elastomer unreaktiv ist. Zusätzlich kann das Elastomer, das gegenüber einem Angriff durch basische Mittel, einschließlich des DDAMS, resistenter ist, aus einem nucleophllen Vulkanisationssystem gesprüht werden, wobei das Vulkanisationsmittel des Vulkanisationssystems in einer Lösungsmittel-Lösung des Elastomers löslich ist; auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich das Vulkanisationsmittel in der Nähe der aktivierten Vernetzungsstellen befindet. Darüber hinaus wird die Menge an anorganischer Base reguliert, um aktivierte Vernetzungsstellen herzustellen; die Base sollte jedoch nicht in Mengen vorhanden sein, die eine wesentliche Erhöhung der Oberflächenenergie möglich machen.
Diese Balance wird durch eine wärmefixierende Oberfläche erreicht, die Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) umfaßt, worin das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 Molprozent vorhanden ist, ein Metalloxid in ausreichender Menge vorhanden ist, um mit dem polymerischen Trennmittel, das funktionelle Gruppen besitzt, wechselzuwirken und eine Grenzflächen-Sperrschicht zwischen der wärmefixierenden Oberfläche und dem Substrat zu bilden; dabei ist das Metalloxid gegenüber dem Elastomer in hohem Maße unreaktiv, das Elastomer wird aus einer Lösungsmittel-Lösung des Elastomers mit einem in der Lösungsmittel-Lösung löslichen Nucleophile-Additions-Vulkanisationsmittel in Gegenwart von weniger als 4 Gewichtsteilen anorganischer Base auf 100 Teile Polymer vulkanisiert, und die anorganische Base dehydrofluoriert das Vinylidenfluorid wenigstens teilweise wirksam.
Ein typisches Wärmefixierbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Verbindung mit einer Wärmefixieranordnung beschrieben, die in Fig. 1 dargestellt ist: Eine Wärmefixierwalze (1) umfaßt eine Elastomeroberfläche (2), in der ein Metalloxidfüllstoff (nicht dargestellt) dispergiert ist und sich die Elastomeroberfläche auf einer geeigneten Basisvorrichtung (4) befindet; diese Basisvorrichtung ist ein hohler Zylinder oder Kern (hergestellt aus irgendeinem geeigneten Metall wie Aluminium, eloxiertem Aluminium, Stahl, Nickel, Kupfer oder dergleichen), in dessen hohlem Teil sich ein geeignetes Heizelement (6) befindet, das dieselbe Ausdehnung wie der Zylinder hat. Stütz- oder Andruckwalze (8) kooperieren mit Wärmefixierwalze (1), um einen Spalt oder einen Kontaktbogen (10) zu bilden, durch den ein Kopierpapier oder ein anderes Substrat (12) geführt wird, so daß das darauf befindliche Tonerbild (14) die Elastomeroberfläche (2) der Wärmefixierwalze (1) berührt. Wie Fig. 1 zeigt, besitzt die Stützwalze (8) einen starren Stahlkern (16), auf dem sich eine Elastomeroberfläche oder Schicht (18) befindet. Der Sammelbehälter(20) enthält das polymerische Trennmittel (22), das chemisch reaktive funktionelle Gruppen besitzt; diese sind fähig, mit dem in der Elastomeroberfläche (2) dispergieren Metalloxidfüllstoff wechselzuwirken. Das polymerische Trennmittel (22) kann bei Raumtemperatur fest oder flüssig sein, bei der Betriebstemperatur ist es jedoch eine Flüssigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform sind bei chemisch reaktiven Gruppen des polymerischen Trennmittel-Materials (22) im Sammelbehälter (20) Mercapto-, Carboxy-, Hydroxy-, Isocyanato-, Epoxy- oder Aminogruppen. Die am stärksten bevorzugten polymerischen, funktionelle Gruppen besitzenden Trennmittel, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, sind mercaptofunktionelle Polyorganosiloxane.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform zum Aufbringen des polymerischen Trennmittels (22) auf die Elastomeroberfläche (2) werden zwei Trennmittel-Beschickungswalzen (17) und (19) bereitgestellt, die montiert wurden, um in der angegebenen Richtung zu rotieren, so daß das Trennmittel (22) aus dem Sammelbehälter (20) auf die Elastomeroberfläche transportiert wird. Wie in Fig. 1 dargestellt, taucht die Walze (17) teilweise in den Sammelbehälter (20) ein und transportiert auf ihrer Oberfläche das Trennmittel aus dem Sammelbehälter auf die Beschickungswalze (19). Durch den Gebrauch einer Dosierschraube (24) kann eine Schicht von polymerischer Trennflüssigkeit zunächst auf die Beschickungswalze (19) und anschließend auf das Elastomer (2) in kontrollierter Dicke aufgetragen werden, wobei die Dicke von einer Submikron-Dicke bis zu einer Dicke von einigen Mikrometern reichen kann. So kann durch die Dosiervorrichtung (24) Trennflüssigkeit mit einer Dicke von ca. 0,1 bis 2 um oder größere auf die Oberfläche des Elastomers (2) aufgetragen werden.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird ein Teilschnittbild eines Teils des Wärmefixierbauteils der vorliegenden Erfindung gezeigt, das mehrfach vergrößert ist, um die dünnen Schichten der Wärmefixierbauteil-Oberfläche darzustellen. In Fig. 2 hat die Basisvorrichtung (70) oder eine andere feste Struktur, auf der das Elastomer aufgebracht ist, eine Elastomerschicht (64), die auf der Basisvorrichtung auf irgendeine geeignete Weise so abgelagert ist, als wenn das einen Metalloxidfüllstoff (66) enthaltende Elastomer (64) direkt auf die Basisvorrichtung (70) aufgesprüht worden wäre. Die Metalloxidtüllstoff-Partikel (66) sind in Fig. 2 dargestellt, als wenn sie eine unregelmäßige Form aufweisen würden; dennoch kann jede Form des Metalloxids, einschließlich Pulvern, Flocken, Plättchen, Sphäroiden, Fasern, eiförmigen Teilchen oder dergleichen im Elastomer (64) verwendet werden. Ein Film (60) des polymerischen Trennmittels, das funktionelle Gruppen besitzt, ist auf der Oberfläche des Elastomers (64) dargestellt.
Die Dicke des Elastomers, in dem ein Metall enthaltender Füllstoff dispergiert ist, ist in der Praxis der vorliegenden Erfindung nicht entscheidend. Im allgemeinen ist, wenn das Wärmefixierbauteil von innen beheizt wird, das einen Metalloxidfüllstoff enthaltende Elastomer vorzugsweise von so einer Dicke, daß eine minimale thermische Barriere für die Wärmestrahlung aus dem Innern des Wärmefixierbauteils auf die äußerste Schicht des einen Metalloxidfüllstoff enthaltenden Elastomers existiert. Empfohlene Dicken sind im allgemeinen größer als 0,012 mm (0,5 mil); sie können jedoch von 0,025 mm (1 mil) bis etwa 5,0 mm (200 mil) betragen; der besonders bevorzugte Bereich liegt zwischen ca. 0, 1 mm (4 mil) und ca. 2,5 mm (100 mil). Die bevorzugte Dicke hängt von der Konfiguration des Wärmefixierbauteils und der speziellen Stütz- oder Andruckvorrichtung (hart oder nachgiebig), die im Zusammenhang mit dem Wärmefixierbauteil Anwendung findet, ab.
Figuren 3 und 4 zeigen alternative Teilschnittbilder alternativer Ausführungsformen des Wärmefixierbauteils, in dem sich eine Zwischenschicht (68) zwischen der Basisvorrichtung (70) und dem Elastomer (64) befindet. Wie in Fig. 3 dargestellt, kann die Zwischenschicht nicht mit einem Füllstoff gefüllt sein oder, wie in Fig. 4 dargestellt, kann die Zwischenschicht (68) mit einem Metalloxidfüllstoff (72) gefüllt sein. Die Zwischenschichten können auf der Basisvorrichtung (70) durch irgendeine geeignete Methode abgelagert sein. Die Zwischenschichten können wahlweise verwendet werden, um Festigkeit und Anpassungsfähigkeit oder Kompressibilität zu unterstützen, wenn sie in Verbindung mit einer Stütz- oder Andruckwalze benutzt werden.
Das Trennmittel kann mittels irgendeiner geeigneten Methode appliziert werden. Eine Anordnung von Sammelbehälter und Beschickungswalze ist in der Zeichnung dargestellt; das funktionelle Gruppen besitzende polymerische Trennmittel kann durch Sprühen aus einer Düse oder einer anderen Austrittsöffnung, durch Auftragen mit einem flachen, konturierten oder anders geformten Kissen, das aus Gewebe, Schwamm, Filz oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist, durch Dosieren mit einer Auftragwalze oder einer Reihe von Auftragwalzen, mittels eines Riemens, mittels Wischen mit einer massiven Stange oder einem Blatt des Trennmittel-Materials über das Wärmefixierbauteil, oder durch irgendein anderes geeignetes Auftragemittel oder Gerät appliziert werden. Ebenso können eine Auftragwalze oder ein Auftragriemen mit elastomerer Oberfläche und einem darin dispergierten Metalloxidfüllstoff verwendet werden, um das polymerische Trennmittel aufzutragen.
Die Elastomere, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, müssen hitzestabilisierte elastomere Harzmaterialien sein, die höheren Temperaturen - in Abhängigkeit von der erwünschten Schmelz oder Fixiertemperatur des thermoplastischen Harzpulvers auf dem Substrat im allgemeinen von 90ºC bis 200ºC oder höher - widerstehen. Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Elastomere müssen gegen Zersetzung oder Angriff durch das spezielle polymerische Trennmittel resistent sein, das verwendet wird, um das Ablösen des geschmolzenen plastischen Harzpulvers oder Toners von dem Wärmefixierbauteil zu unterstützen. Die bevorzugten Elastomere sind Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen), wobei das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 Molprozent vorhanden ist. Durch die Beschränkung des Vinylidenfiuorid-Anteils ist der Fluorid-Anteil der Terpolymere und Tetrapolymere relativ hoch, wodurch weniger einer Dehydrofluorierung zugängliche Stellen geliefert werden, und die Bildung von Doppelbindungen, die zu einer nachfolgenden Verhärtung der Oberfläche und einer Zunahme der Oberflächenenergie der wärmefixierenden Schicht führen, wird verhindert. Typischerweise sind die kommerziell erhältlichen Materialien peroxid-vulkanisierbar, so daß sie Vulkanisationsstellen-Monomere besitzen, die für einen freien radikalischen Angriff anfällig sind, die in die Materialien gegeben werden, um die Vulkanisierbarkeit mit aliphatischen Peroxidsystemen zu erhöhen. Typische Monomere umfassen Bromtrifluorethylen, 1-Brom-2,2-difluorethylen, 3-Brom-tetrafluor-1-propen, 4-Brom-1,1,3-Trifluorbuten und 4-Brom-3,3,4,4- tetrafluor-1-buten. Kommerziell erhältliche Fluorelastomere weisen relativ geringe Mengen von Vinylidenfluorid auf, einschließlich des 'Viton GF' mit 35 Molprozent Vinylidenfluorid, 34 Prozent Hexafluorpropylen, 29 Prozent Tetrafluorethylen und mit 2 Prozent Vulkanisationsstellen-Monomer. 'Viton GF' wird im allgemeinen mit einem herkömmlichen aliphatischen peroxidischen Vulkanisationsmittel vulkanisiert. Dennoch wird es erfindungsgemäß mittels eines nucleophilen Vulkanisationssystems in Gegenwart von relativ geringen Mengen von anorganischem basischen Material vulkanisiert, wie weiter unten beschrieben wird.
Es ist entscheidend, daß das Metalloxid, das in dem Elastomer auf der Wärmefixierbauteil-Oberfläche dispergiert ist, imstande ist, mit den funktionellen Gruppen des polymerischen Trennmittels wechselzuwirken, um einen thermisch stabilen Film zu bilden, der thermoplastischen Harztoner ablöst und verhindert, daß der thermoplastische Harztoner das elastomere Material selbst berührt. Ferner ist es wichtig, daß das Metalloxid gegenüber dem Elastomer in hohem Maße unreaktiv ist. Aufgrund der im wesentlichen nicht vorhandenen Reaktivität gegenüber dem Elastomer ist beabsichtigt, die Abwesenheit von signifikanten Wechselwirkungen zwischen dem Metalloxid und dem Elastomer, in dem jede wesentliche Dehydrofluorierung von Vinylidenfluorid im Polymer stattfinden kann, zu definieren. Außerdem wird die Zusammensetzung durch das Metalloxid im Laufe der Zeit eher weicher als härter, wodurch die unerwünschte Verhärtung und die sich daraus ergebende Verschlechterung der Kopierqualität, d.h. die Entwicklung von glänzenden vollen Flächen, verhindert wird. Demnach erfolgt die Auswahl des Metalloxids in striktem Gegensatz zu der bekannten Verwendung von Bleioxid; Bleioxid ist ja neben seiner Funktion als Verankerungsstelle für die funktionellen Gruppen des polymerischen Trennmittels auch eine starke Base, weshalb es auf das Vinylidenfluorid dehydrofluorierend wirkt; hierbei werden Doppelbindungen für eine nachfolgende Oxidation gebildet. Es wurde beobachtet, daß Kupferoxid eine schwache Base ist und folglich in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sehr wirksam ist. Kupferoxid bewirkt mit der Zeit eher ein Weicherwerden als eine Verhärtung des Elastomers, wodurch eine gute Kopierqualität - im Gegensatz zu Bleioxid, das das Elastomer verhärtet und zu einer schlechten Kopierqualität führt - erhalten bleibt. Jede geeignete Menge von Metalloxid kann verwendet werden, vorausgesetzt, daß eine hinreichende Menge vorhanden ist, um mit dem funktionellen Trennmittel den thermisch stabilen Grenzflächenfilm zwischen der Elastomeroberfläche und dem thermoplastischen Harztoner zu bilden. Typischerweise ist das Metalloxid in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Teile Polymer vorhanden, obwohl zwischen 10 und 20 Gewichtsteile des Metalloxids bevorzugt sind. Die Teilchengröße des Metalloxids ist insofern wichtig, als sie nicht so klein sein sollte, daß sie die Vulkanisation des Polymers behindert, oder auch nicht so groß, daß sie eine unzureichende Anzahl von Partikeln, die überall in der elastomeren Oberfläche dispergiert sind, für gute Ablöse-Eigenschaften bereitstellt. Typischerweise beträgt die Teilchengröße zwischen 4 und 8 um, bevorzugt 6 um.
Jedes geeignete polymerische Trennmittel-Material, das funktionelle Gruppen besitzt, kann verwendet werden. Typische polymerische Trennmittel sind in US-A-4101686, das Polyorganosiloxan-Flüssigkeiten als Trennmittel beschreibt, geschildert. Die Polyorganosiloxan-Flüssigkeiten und andere polymerische Flüssigkeiten, die funktionelle Gruppen besitzen, wechselwirken mit den Metalloxid Partikeln in dem Wärmefixierbauteil in der Weise, daß sie eine Grenzflächenbarriere auf der Oberfläche des Wärmefixierbauteils bilden, wobei als äußere Filmschicht nichtreagierte Trennflüssigkeit mit einer niederen Oberflächenenergie verbleibt. Andere exemplarische polymerische Trennmittel, die funktionelle Gruppen besitzen, sind in US-A-4046795, 4029827 und 4011362 beschrieben.
Andere Hilfsstoffe und Füllstoffe können gemäß der vorliegenden Erfindung in dem Elastomer enthalten sein, solange sie die Unversehrtheit des Elastomers oder die Wechselwirkung zwischen dem Metalloxid und dem polymerischen Trennmittel nicht beeinträchtigen, oder die angemessene Vernetzung des Elastomer verhindern. Solche Füllstoffe, auf die man normalerweise in dem Elastomerverbund trifft, umfassen Färbungsmittel, Verstärkungsfüllstoffe, Vernetzungsmittel, Verarbeitungshilfsstoffe, Beschleuniger und Polymerisationsinitiatoren.
Das nucleophile Vulkanisationssystem mit dem Bisphenol vernetzenden Mittel und Organophosphoniumsalz-Beschleuniger ist in US-A-4272179 beschrieben. Dennoch ist das nucleophile Vulkanisationssystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger) gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Lösungsmittel-Lösung des Polymers löslich und wird in Gegenwart von weniger als 4 Gewichtsteilen anorganischer Base pro 100 Gewichtsteile Polymer verwendet. Normalerweise sind die Terpolymere und Tetrapolymere aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen peroxid-vulkanisiert. Das bevorzugte Herstellungsverfahren eines Wärmefixierbauteils besteht darin, wie vorher beschrieben, eine Lösungsmittel-Lösung des Polymers auf ein Substrat zu sprühen, wodurch Peroxid-Vulkanisation in Luft erschwert wird, da ja das Peroxid vorzugsweise eher mit dem Sauerstoff in der Luft reagiert, als daß es das Polymer vulkanisiert. Das bevorzugte alternative Vulkanisationssystem ist ein nucleophiles Vulkanisationssystem wie ein Bisphenol vernetzendes Mittel und ein Organophosphoniumsalz-Beschleuniger. Typischerweise findet der Vulkanisationsprozeß in Gegenwart von 8 bis 10 Gewichtsteilen von anorganischer Base pro 100 Teile Polymer statt. Die anorganische Base dehydrofluoriert das Vinylidenfluorid im Polymer und erzeugt Doppelbindungen, die als reaktive Stellen für die Vernetzung füngieren. Die Anwesenheit von überschüssiger Base führt jedoch zu einer langfristigen Zersetzung des Elastomers, und wenn die überschüssige Base die Dehydrofluorierung des Vinylidenfluorids fortsetzt, werden Doppelbindungen gebildet, die eine Verhärtung des Wärmefixierbauteils und in einer nachfolgenden Oxidation auch eine Zunahme der Oberflächenenergie sowie eine Verschlechterung der Ablöseleistung bewirken. Folglich bevorzugt man die Vulkanisation des Polymers in Gegenwart von relativ geringen Basenmengen, um die Reaktivität des Vinylidenfiuorids zu kontrollieren. Typische Vulkanisationsmittel wie z.B. 'Viton' Curativ No. 30, das aus etwa 50 Gewichtsprozent Bisphenol AF und 50 Gewichtsprozent Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen) besteht, und 'Viton' Curativ No. 20, das aus etwa einem Drittel Triphenyl-benzyl-phosphoniumchlorid und zwei Drittel Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen) besteht, werden als Vulkanisationsmittel bei geringen Basenmengen nicht wirksam funktionieren. Obwohl die genaue Ursache hierfür nicht geklärt ist, wird angenommen, daß dies zumindest teilweise darauf zurückzuführen ist, daß Curativ No. 20 nicht in der Lösungsmittel-Lösung des Polymers löslich ist, weshalb es sich nicht in nächster Nähe von vielen der nur in geringer Anzahl vorhandenen Reaktionsstellen für die Vernetzung befindet, die durch die Dehydrofluorierung des Vinylidenfluorids gebildet werden. Obwohl die Curative No. 20 und 30 bei niederem Basenanteil nicht wirksam funktionieren, wurde überraschenderweise beobachtet, daß ein anderes 'Viton' Curativ, No. 50, das normalerweise bei einem hohen Basenanteil verwendet wird, benutzt werden kann, um Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) bei weniger als der Hälfte seines normalen Basengehalts (oder weniger als etwa 4 Gewichtsteile auf 100 Teile Polymer) zu vulkanisieren. Da das Curativ No. 50 in der Lösungsmittel-Lösung des Polymers bei geringem Basengehalt löslich ist, ist es an den Reaktionsstellen der Vernetzung leicht verfügbar. In 'Viton' Curativ No. 50 sind ein Beschleuniger (ein quartäres Phosphoniumsalz oder Salze) und ein Vernetzungsmittel, Bisphenol AF, in einem einzigen Vulkanisationssystem vereinigt.
Die Oberfläche des Wärmefixierbauteils der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Walze, am besten eine, die hergestellt wird, indem eine oder mehrere dünne Beschichtungen des Elastomers, in dem Metalloxidfüllstoff dispergiert ist - entweder in einer Anwendung oder in aufeinanderfolgenden Anwendungen - auf die mit dem Elastomer zu beschichtende Oberfläche aufgetragen werden. Das Beschichten wird am besten durch Sprühen, Tauchen oder dergleichen ausgeführt, wobei man eine Lösung oder homogene Suspension des Elastomers, das den Füllstoff enthält, verwendet. Obwohl Gieß-, Extrudier- und Einhüllverfahren alternative Methoden sind, die angewendet werden können, wird vorzugsweise in aufeinanderfolgenden Anwendungen eine Lösungsmittel-Lösung von Polymer und Metalloxidfüllstoff auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht. Typische, hierfür zweckmäßige Lösungsmittel schließen Methylethylketon, Methylisobutylketon und dergleichen ein. Wenn aufeinanderfolgende Auftragungen auf der zu beschichtenden Oberfläche durchgeführt werden, ist es im allgemeinen notwendig, die filmbedeckte Oberfläche auf eine Temperatur zu erhitzen, die ausreicht, jedes in dem Film enthaltene Lösungsmittel zu verdunsten. Wird beispielsweise eine Wärmefixierwalze mit einer Metalloxid enthaltenden Elastomerschicht beschichtet, so wird das Elastomer, in dem Metalloxid dispergiert ist, nacheinander in dünnen Schichten auf die Walze aufgebracht. Zwischen jedem Auftragen wird das in dem die Walze bedeckenden Film enthaltene Lösungsmittel bei Temperaturen von mindesten 25ºC bis etwa 90ºC oder höher verdampft, so daß der größte Teil des in dem Film enthaltenen Lösungsmittels verdunstet. Wenn die gewünschte Dicke der Beschichtung erreicht ist, wird die Beschichtung vulkanisiert und dadurch an die Walzenoberfläche gebunden.
Die folgenden Beispiele erklären und beschreiben durch die Erfindung hergestellte Wärmefixierwalzen ausführlicher und erläutern bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teil- und Prozentangaben auf das Gewicht. Von den Beispielen sind die Beispiele VI, VII, VIII und IX erfindungsgemäße Beispiele, wohingegen die Beispiele I bis V zu Vergleichszwecken dargestellt sind, um die erfindungsgemäßen Verbesserungen zu erläutern.

Beispiel I

Wärmefixierwalzen wurden durch die Verwendung von zylindrischen aluminiumbeschichteten Kupfer-Basisvorrichtungen oder Kernen (75 mm im Durchmesser und 425 mm lang) hergestellt. Der Kern wurde entfettet, putzgestrahlt, entfettet und mit einem Epoxyadhesiv, 'Thixon' 300/301, bedeckt. 'Thixon' ist ein Warenzeichen der Dayton Chemical Products Laboratories. Durch Aufsprühen einer Lösungsmittel-Lösung/Dispersion von 100 Gewichtsteilen 'Viton E60C', 30 Teilen Ruß, 15 Teilen Magnesiumoxid in 50/50 (Gewicht) Methylethylketon und Methylisobutylketon auf den Kern wurde eine Zwischenschicht gebildet. 'Viton E60C' ist ein Copolymer aus 77 Molprozent Vinylidenfluorid und 23 Molprozent Hexafluorpropylen plus genügend Curativ, 20 und 30. Der elastomer-beschichtete Kern wurde bei 77ºC für eine Stunde in einem Ofen heißluftvulkanisiert, daran anschließend eine Stunde bei 177ºC, worauf die Oberfläche bis auf eine nominelle Dicke von 0,12 mm abgeschmirgelt wurde. Die wärmefixierende Schicht wurde aus einer Lösungsmittel-Lösung/Dispersion hergestellt, die 100 Gewichtsteile 'Viton E45' - ein Copolymer aus 77 Molprozent Vinylidenfiuorid und 23 Molprozent Hexafluorpropylen - und 15 Gewichtsteile Bleioxid, 1,4 Teile Curativ No. 20, 2,8 Teile Curativ No. 30 in einer Mischung aus Methylethylketon und Methylisobutylketon enthielt, und auf die mehrfach beschichtete Kupferwalze bis zu einer Dicke von 0,075 bis 0,125 mm aufgesprüht. Das Fluorelastomer wurde im Ofen vulkanisiert, eine Stunde bei 75ºC, daran anschließend eine Stunde bei 175ºC und 16 Stunden bei 230ºC, worauf man es erkalten ließ und schmirgelte. Die Wärmefixierwalze wurde in Xerox 9500 Dublizierern verwendet und in einem-Wärmefixiersystem getestet, in welchem ein mercaptofunktionelles Polyalkylsiloxan-Trennmittel mit einer Durchschnittsmenge von 8 Miktoliter / 216 x 280 mm Kopie aufgetragen wurde. Der Toner enthielt kein DDAMS. Mehr als 100.000 Walzen wurden verwendet, um Tonerbilder auf Kopierblätter zu schmelzen, wobei eine mittlere Lebensdauer von etwa einer 1.000.000 Kopien ermittelt wurde; Störungen waren auf verschiedene Ursachen zurückzuführen, einschließlich physischer Beschädigung, Ablösedefekten und Verhärtung der Walze, was glänzende Kopien erzeugt.

Beispiel II

Das Verfahren aus Beispiel I wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das mercaptofunktionelle Trennmittel in einer Menge von ca. 3 - 4 Mikrolitern / 216 x 280 mm Kopie, bzw. ungefähr der Hälfte der in Beispiel 1 benutzen Menge, verwendet wurde. Sieben Walzen wurden getestet, wobei in jedem Fall vor der 200.000 Kopie Abstreifdefekte ermittelt wurden. Abstreifdefekte wurde durch das Unvermögen bestimmt, von der Walze seriatim 100 Kopien abzustreifen, auf denen das Bild eine 12 mm breite geschlossene Führungskante mit einer Reflexionsdichte von 1,3 bis 1,4 war.

Beispiele III und IV

Das Verfahren aus Beispiel II wurde mit zwei Walzen wiederholt, wobei das Bleioxid in der Wärmefixierwalze durch 15 Gewichtsteile Kupferoxid in Beispiel III und 45 Gewichtsteile Kupferoxid in Beispiel IV ersetzt wurde. Zusätzlich wurden ein Teil Calciumhydroxid und zwei Teile Magnesiumoxid zu dem 'Viton' gegeben, bevor eine Lösungsmittel-Lösung/Dispersion hergestellt wurde. Beide Walzen wurden getestet, wobei Abstreifstörungen, wie in Beispiel II definiert, bei etwa 500.000 Kopien für beide Walzen festgestellt wurden.

Beispiel V

Das Verfahren aus Beispiel III wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Toner ein Gewichtsprozent DDAMS enthielt. In einem für Umkehrentwicklung modifizierten Xerox 9500 wurde ein Versuch mit 250.000 Kopien durchgeführt, wobei jede Kopie einen 25 mm breiten Bildstreifen aufwies, der im Bereich der Streifenfiäche 90% des Papiers mit einer Reflexionsdichte von 1,0 bedeckte. Zu Beginn des Versuchs betrug die ahfängliche Oberflächenrauhigkeit, die mit einem Federal Surfanalyzer 1200 gemessen wurde, 500 um. Nach 250.000 Kopien betrug die Oberflächenrauhigkeit 2,75 mm. Diese drastische Zunahme der Oberflächenrauhigkeit wies darauf hin, daß das Elastomer mit dem DDAMS reagiert hatte und die Oberflächenschicht von der Oberfläche unregelmäßig abgetragen worden war, was zu einer unregelmäßigen Ausführung der Wärmefixierung sowie Kopierqualitätsdefekten, Glänzen und Sprenkeln führte.

Beispiel VI

Das Verfahren aus Beispiel III wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß das 'Viton E45' durch 'Viton GF', einem Polymer aus 35 Molprozent Vinylidenfluorid, 34 Molprozent Hexafluorpropylen, 29 Molprozent Tetrafluorethylen und 2 Molprozent eines copolymerisierten Vulkanisationsstellen-Monomers, ersetzt wurde. Curativ 20 und 30 wurden durch 5 Teile 'Viton' Curativ 50 ersetzt und es wurden nur 2 Gewichtsteile Magnesiumoxid, 'Maglite' D (erhältlich bei C. P. Hall, Chicago, Illinois) und ein Teil Calciumhydroxid auf 100 Teile Polymer verwendet. Die Lösungsmittel-Lösung/Dispersion wurde auf eine mehrfach beschichtete Kupferwalze bis zu einer Dicke von etwa 0,075 bis 0,125 mm aufgesprüht, und das beschichtete Wärmefixierbauteil wurde durch schrittweises Erhitzen in Luft, zwei Stunden bei 95ºC, dann zwei Stunden bei 150ºC, zwei Stunden bei 175ºC, zwei Stunden bei 205ºC und 16 Stunden bei 230ºC vulkanisiert. Die vulkanisierte Wärmefixierwalze wurde in einem Xerox 9500 durch Schmelzen von Tonerbildern getestet. Abstreifdefekte, wie in Bsp. II definiert, wurden, bis mindestens 1.000.000 Kopien zufriedenstellend wärmefixiert und abgestreift worden waren, nicht festgestellt.

Beispiel VII

Das Verfahren aus Beispiel VI wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Toner ein Gewichtsprozent DDAMS enthielt. Der gleiche Versuch wie in Beispiel V wurde in einem modifizierten Xerox 9500 wie in Beispiel V mit 250.000 Kopien durchgeführt. Die Oberflächenrauhigkeit änderte sich von anfangs 500 um auf 1 mm nach 250.000 Kopien; trotzdem waren keine Kopierqualitätsmängel zu verzeichnen.

Beispiel VIII

Das Verfahren aus Bsp. VI wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß der Toner 0,5 Prozent DDAMS enthielt. 50 Walzen wurden in einer Maschinenkonfiguration getestet, die eine dem Xerox 9500 Gerät gleichartige Wärmefixieranordnung aufwies. Walzendefekte traten im allgemeinen aufgrund von Zwischenschichtablösung auf, es wurden aber nach der Herstellung von 400.000 bis 800.000 Kopien keinerlei Abstreifdefekte verzeichnet. Es fand keine Verminderung der Kopierqualität statt.

Beispiel IX

Das Verfahren aus Bsp. VIII wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Zwischenschicht durch Aufsprühen einer Lösungsmittel (Methylisobutylketon) -Lösung/Dispersion von 100 Teilen 'Viton GF', 30 Teilen Ruß ('Thermax' N880, erhältlich bei R. T. Vanderbilt Company, Norwalk, Connecticut), 15 Teilen Magnesiumoxid ('Maglite Y', erhältlich bei C. P. Hall) und 5 Teilen 'Viton' Curativ No. 50 auf einen zylindrischen Aluminiumkern, der entfettet, putzgestrahlt, entfettet und mit 'Thixon' 300/301 beschichtet war, hergestellt wurde. Die Zwischenschicht wurde in warmer Luft schrittweise vulkanisiert - zunächst zwei Stunden bei 38ºC, anschließend 4 Stunden bei 77ºC und zwei Stunden bei 177ºC - und dann bis auf eine endgültige Dicke von etwa 0,12 mm geschmirgelt. Danach wurde die Wärmefixierschicht gemäß Beispiel VI verwendet. Zwei Walzen wurden in der Maschinenkonfiguration aus Bsp. VIII betrieben, wobei beide eine Lebensdauer von 1.000.000 Kopien erreichen, ohne daß Zwischenschichtablösungs- oder Abstreifdefekte auftraten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden ein neues und verbessertes Wärmefixierbauteil und ein Wärmefixiersystem geschaffen. Insbesondere wurde ein Wärmefixiersystem mit einem Wärmefixierbauteil, das bei einer reduzierten Menge von funktionellem Öl eine sehr lange Lebensdauer besitzt und eines, das gegenüber einem Angriff von DDAMS beständig ist, geschaffen. Dies wird durch Kontrolle des Vinylidenfluorid-Gehalts des Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) erreicht, so daß eine Balance zwischen einem so vollständig wie möglich fluorierten Polymer, das noch hinreichend vernetzt werden kann, besteht. Zusätzlich werden nachfolgende Verhärtung, Zunahme der Oberflächenenergie sowie Verringerung der Ablöse-Eigenschaften verhindert, indem ein Metalloxidfüllstoff ausgewählt wird und dieser in hinreichender Menge zur Verfügung gestellt wird, um mit dem polymerischen Trennmittel, das funktionelle Gruppen besitzt, wechselzuwirken und eine Grenzflächen-Sperrschicht zwischen der wärmefixierenden Oberfläche und dem Substrat zu liefern, wobei der Metalloxidfüllstoff gegenüber dem Elastomer in hohem Maße unreaktiv ist. Überdies und erstaunlicherweise reicht die bei der Vulkanisation von Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) bei relativ geringen Basenmengen mit einem nucleophilen, in einer Lösungsmittel-Lösung des Polymers löslichen Vulkanisationsmittel zur Verfügung stehende Menge an anorganischer Base aus, um aktive Stellen zur Vernetzung zu bilden; sie reicht jedoch nicht für eine anschließende Dehydrofluorierung des Vinylidenfluorids aus, um zusätzliche aktive Stellen zu schaffen, die zu einer Verhärtung des Wärmefixierbauteils und, nach einer späteren Oxidation, zu einer Zunahme der Oberflächenenergie sowie einer Verschlechterung der Ablöse-Eigenschaften führen würden.
Obwohl die Erfindung in bezug auf eine Wärmefixierwalze veranschaulicht wurde, kann sie selbstverständlich genauso auf anderer Wärmefixierbauteile, wie eine ebene oder gekrümmten Plattenvorrichtung in Druckkontakt mit einer Walze Anwendung finden.

Claims

1. Wärmefixierbauteil (1) zum Schmelzen von thermoplastischen Harz-Toner Bildern (14) auf ein Substrat (12) in einem Wärmefixiersystem des Typus, gemäß dem ein polymerisches Trennmittel (60), das funktionelle Gruppen besitzt, auf die Oberfläche des Wärmefixierbauteils aufgetragen wird, das Wärmefixierbauteil (1) eine Basisvorrichtung (70) und eine elastomere wärmefixierende Oberfläche (64) umfaßt, die Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) umfaßt, worin das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 Molprozent vorhanden ist, ein Metalloxid (66) in ausreichender Menge vorhanden ist, um mit dem polymerischen Trennmittel (60) wechselzuwirken, eine Grenzflächen-Sperrschicht zwischen der wärmefixierenden Oberfläche (64) und dem Toner zu liefern, und das Metalloxid gegenüber dem Elastomer in hohem Maße unreaktiv ist, das Elastomer aus einer Lösungsmittel-Lösung des Elastomers mit einem nucleophilen, in der Lösung löslichen Vulkanisationsmittel in Gegenwart von weniger als 4 Gewichtsprozent anorganischer Base auf 100 Teile Polymer vulkanisiert wurde, und die anorganische Base das Vinylidenfluorid wenigstens teilweise wirksam dehydrofluoriert.

2. Wärmefixierbauteil (1) gemäß Anspruch 1, worin das nucleophile Vulkanisationsmittel ein Bisphenol vernetzendes Mittel ist.

3. Wärmefixierbauteil (1) gemäß Anspruch 2, worin das nucleophile Vulkanisationsmittel ferner einen Organophosphoniumsalz-Beschleuniger umfaßt.

4. Wärmefixierbauteil (1) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Metalloxid (66) Kupferoxid ist, das in eine Menge von 5 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Polymers vorhanden ist.

5. Wärmefixierbauteil (1) gemäß Anspruch 4, worin die Kupferoxidpartikel einen Durchmesser von 4 bis 8 um aufweisen.

6. Wärmefixierbauteil (1) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Elastomer ein copolymerisiertes Vulkanisationsstellen-Monomer enthält.

7. Wärmefixierbauteil (1) gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Basisvorrichtung (70) zylindrisch ist und die wärmefixierende Elastomeroberfläche (64) eine zylindrische äußere Schicht auf der Basisvorrichtung ist, wobei die äußere Schicht durch Aufsprühen der Lösungsmittel-Lösung auf die Basisvorrichtung gebildet wurde.

8. Wärmefixierbauteil (1) gemäß Anspruch 7, das ferner mindestens eine Elastomerschicht (68) zwischen der Basisvorrichtung (70) und der äußeren Schicht (64) umfaßt.

9. Wärmefixierbauteil (1) gemäß Anspruch 8, wobei die oder jede Elastomerschicht (68) aus Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) ist, worin das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 Molprozent vorhanden ist.

10. Verfahren zur Wärmefixierung von thermoplastischen Harz-Toner-Bildern (14) auf einem Substrat (12), das die Bildung eines Films von einem polymerischen Trennmittel (60), das funktionelle Gruppen besitzt, auf der Oberfläche eines erhitzten Wärmefixierbauteils umfaßt; das Wärmefixierbauteil (1) umfaßt: eine Basisvorrichtung (70) und ein elastomere, wärmefixierende Oberfläche (64), die Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) umfaßt, worin das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 Molprozent vorhanden ist; ein Metalloxid (66), das in ausreichender Menge vorhanden ist, um mit dem polymerischen, funktionelle Gruppen besitzenden Trennmittel (60) wechselzuwirken und eine Grenzflächen-Sperrschicht zwischen der wärmefixierenden Oberfläche (64) und dem Toner zu bilden, und das Metalloxid gegenüber dem Elastomer in hohem Maße unreaktiv ist, das Elastomer aus einer Lösungsmittel-Lösung des Elastomers mit einem nucleophilen, in der Lösung löslichen Vulkanisationsmittel in Gegenwart von weniger als 4 Gewichtsprozent anorganischer Base auf 100 Teile Polymer vulkanisiert wurde, die anorganische Base das Vinylidenfluorid wenigstens teilweise wirksam dehydrofluoriert; so daß das Tonerbild auf dem Substrat die erhitzte Elastomeroberfiäche für eine Zeitdauer berührt, die ausreicht, um den Toner zu erweichen und dem Toner erlaubt, abzukühlen.

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, worin der Toner Distearyl-dimethyl-ammonium-methylsulfat als ladungsverstarkendes Additiv enthält.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, worin das Wärmefixierbauteil (1) eine drehbare zylindrische Walze ist, und der Film auf der wärmefixierenden Oberfläche gebildet wird, indem das Trennmittel hierzu in einer Menge aufgebracht wird, daß durchschnittlich weniger als ca. 4 Mikroliter auf die Oberfläche eines 216 x 280 mm großen Substrats übertragen werden.