DE69312999T2

DE69312999T2 - Schmelzelement, das eine Klebschicht auf Basis von Aminosilan umfasst

Info

Publication number: DE69312999T2
Application number: DE69312999T
Authority: DE
Inventors: Patrick J Finn; George J Heeks; Arnold W Henry; Alan R Kuntz
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2013-04-21
Also published as: JP3292400B2; US5332641A; JPH0619350A; EP0568245A2; EP0568245A3; DE69312999D1; EP0568245B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmelzelement und ein Verfahren zum Schmelzen von Tonerbildern in einem elektrostatographischen Wiedergabegerät. Insbesondere betrifft sie ein Langzeit-Schmelzelement, das eine Aminosilanhaftschicht aufweist, zur Verwendung mit einem polymere funktionelle Gruppen aufweisenden Trennmittel.
In der US-A-5,017,432 sind ein Schmelzelement und ein Schmelzsystem beschrieben, wobei ein funktionelle Gruppen aufweisendes Trennmittel auf die Oberfläche eines Schmelzelements aufgebracht wird, das ein Poly(vinylidenfluoridhexafluorpropylen-tetrafluorethylen) umfaßt, worin das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% vorliegt, ein Metalloxid in einer Menge vorliegt, die um eine Grenzflächentrennschicht zwischen der Schmelzoberfläche und dem Toner zu bilden, für eine Wechselwirkung mit dem funktionelle Gruppen aufweisenden polymeren Trennmittel ausreichend ist, wobei es gegenüber dem Elastomer im wesentlichen nicht reaktiv ist und wobei das Elastomer aus dessen Lösungsmittellösung mit einem in der Lösung löslichen nucleophilen Aushärtungsmittel und in Gegenwart von weniger als 4 Gewichtsteilen einer anorganischen Base auf 100 Gewichtsteile Polymer mit der für eine mindestens partielle Dehydrofluorierung des Vinylidenfluorids wirksamen Base ausgehärtet wurde. Die US-A-5,017,432 ist zusammen mit denjenigen Patenten, die im Abschnitt Stand der Technik in dieser Patentoffenbarung beschrieben sind, hierdurch spezifisch und durch Bezugnahme vollständig in der gegenwärtigen Beschreibung enthalten. Bei der in der US-A- 5,017,432 beschriebenen praktischen Anwendung des Schmelzelementes wird mindestens eine Elastomerschicht zwischen dem Trägerelement und der äußeren Schicht angeordnet und diese ist typischerweise auch ein Poly(vinylidenfluoridhexafluorpropylen-tetrafluorethylen), wobei das Vinylidenfluorid, das in einigen Fällen adhesiv an einen Aluminium beschichteten Kupferträger gebunden ist, und in anderen Fällen durch einen Epoxykleber wie Thixon 300/301 an einen reinen Aluminiumträger adhesiv gebunden ist, in einer Menge von weniger als 40 mol% anwesend ist. Thixon ist eine Handelsmarke der Dayton Chemical Products Laboratories. Während solch ein Schmezelement im Mittel eine relativ hohe Lebensdauer mit einer Kopienzahl von 1,9 bis 2,1 Millionen Kopien für jeden Fehlermodus der Xerox 5090 Printing- Maschine liefert, leidet es an einem besonderen Versagen hinsichtlich einer Lockerung der Fluorelastomer-Schmelzoberfläche vom Aluminiumsubstrat. Es wurde festgestellt, daß die Bindung zwischen der Aluminiumoberfläche und der Fluorelastomer-Schmelzschicht in Abhängigkeit von der Zeitspanne der beim Schmelzvorgang involvierten höheren Temperaturen, die 400 ºF (204 ºC) übersteigen können, sich lockert. Das Thixon Epoxy-Haftmittel baut an dem Punkt ab bei dem es nicht länger als Haftmittel wirkt; der Fehler wird beim weitgehenden Ablösen der Schmelzschicht vom Aluminiumsubstrat dadurch erkennbar, daß die Schmezoberfläche manuell vom Aluminiumsubstrat abgezogen werden kann.
Bei der US-A-5,049,444 schließt die Haftschicht ein Copolymer von Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen und mindestens 20 Gewichtsprozent eines Kupplungsmittels ein, welches ein organofunktionelles Silan und einen Aktivator umfaßt. Bei einer speziellen Ausführungsform ist das organofunktionelle Silan eine Mischung von etwa 4 Gewichtsteilen Ethylentriethoxysilan auf ein Gewichtsteil 3-(Triethoxysilyl)- 1-propanamin, wie es von der Minnesota Mining and Manufacturing Company unter der Bezeichnung Dynamar 5150 erhältlich ist. Es handelt sich dabei um eine 6 Prozent Mischung der aktiven Bestandteile und Benzyltriphenylphosphoniumchlorid als Härtungsaktivator in 94 % Methanol mit einer kleinen Menge Wasser. Während dieses organofunktionelle Silan-Kupplungsmittel beim Vermischen mit einem Vinylidenfluoridlhexafluorpropylen-Copolymer mit relativ niedrigem Molekulargewicht eine gute Haftung zwischen dem Basis-Trägerelement und der verbundenen aufgetragenen Schicht oder der elastomeren Schmelzoberfläche liefert, ist es ungeeignet für eine Verwendung mit Fluorelastomeren von höherem Molekulargewicht wie Viton GF, einem Polymeren aus 35 mol% Vinylidenfluorid, 34 mol% Hexafluorpropylen und 29 mol% Tetrafluorethylen. Es wird angenommen, daß dies auf den Umstand zurückzuführen ist, daß das organofunktionelle Kupplungsmittel und das Fluorelastomere von hohem Molekulargewicht das Aluminiumsubstrat nicht gleichmäßig beschichten, sondern eine eher diskontinuierliche (bei der weniger als 50 % der Oberfläche bedeckt sind) Schicht auf dem Aluminiumsubstrat bilden. Es wird angenommen, daß dies auf die hochpolare Natur des Wassers und des Alkohols zurückzuführen ist, was bewirkt, daß das Viton GF von relativ hohem Molekulargewicht aus der Lösung ausfällt, sogar unter Bildung von Fluorpolymerklumpen, wodurch das Substrat nicht gleichmäßig beschichtet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Schmelzelement entsprechend Anspruch 1 der anhängenden Ansprüche zur Verfügung.
Entsprechend einem prinzipiellen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zwischen dem Aluminium-Basiselement und der Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) umfassenden Elastomer-Schmelzoberfläche eine einzige Haftschicht angeordnet, in der das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% vorliegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Haftschicht aus einer Lösungsmittellösung von Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylentetrafluorethylen) angewendet, worin das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% und auf 100 Gewichtsteile Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylentetrafluorethylen) etwa 6 bis 20 Gewichtsteile eines durch die Formel
wiedergegebenen Aminosilans vorliegen, wobei R eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen sein kann; R' eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen oder eine Polyalkoxyalkylgruppe mit weniger als 7 Kohlenstoffatomen sein kann; Y eine Aminogruppe oder eine Amino-substituierte Alkyl-, oder eine Polyamino-substituierte Alkyl- oder eine Alkenylalkoxyamino- oder eine Arylaminogruppe mit weniger als 15 Kohlenstoffatomen ist, h 1 bis 3, b 0 bis 2, q 1 oder 2 und h+b=3 ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in der Elastomer-Schmelzoberfläche ein Metalloxid, das mit dem Elastomer im wesentlichen nicht reaktiv ist, in einer Menge vorliegen, die, um eine Grenzflächentrennschicht zwischen der Schmelzoberfläche und dem Toner zu bilden, ausreichend für eine Wechselwirkung mit dem funktionelle Gruppen aufweisenden polymeren Trennmittel ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das Schmelzelement mindestens eine Elastomerschicht der Basisbeschichtung zwischen der Haftschicht und der Elastomer-Schmelzoberfläche, welche aus Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) sein kann, wobei das Vinyfidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% vorliegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke der Haftschicht etwa 0,4 bis 10 Mil (10,2 bis 25,4 µm), die Dicke der Elastomerschicht der Basisbeschichtung etwa 4,5 bis etwa 6,5 Mil (114 bis 165 µm) und die Dicke der Trennschicht etwa 1,5 bis etwa 2,5 Mil (38 bis 63,5 µm)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Aminosilan gamma-Aminopropyltriethoxysilan.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Elastomer-Schmelzoberfläche aus der Lösungsmittellösung des Elastomeren mit einem in der Lösung löslichen Aushärtungsmittel und in Gegenwart von bis zu 9 Gewichtsteilen anorganischer Base auf 100 Gewichtsteile Polymer angewendet, wobei die anorganische Base zum mindestens teilweisen Dehydrofluorieren des Vinylidenfluorids wirksam ist.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das nucleophile Aushärtungsmittel ein fluoriertes Bisphenol-Vernetzungsmittel und einen Organophosphoniumsalz-Beschleuniger.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Metalloxid Kupfer(II)oxid, das in einer Menge von etwa 5 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Polymer vorliegt und einen mittleren Partikeldurchmesser von etwa 4 bis 8 µm aufweist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Abbildungen beschrieben, in welchen
Figur 1 die Teilansicht eines Abschnitts eines Schmelzsystems ist, in welchem das Schmelzelement der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Figur 2 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Teilansicht einer Ausführungsform des Schmelzelementes der vorliegenden Erfindung.
Ein typisches Schmelzelement der vorliegenden Erfindung ist in Verbindung mit der in Figur 1 veranschaulichten Schmelzanordnung beschrieben, worin das Zahlensymbol 10 eine vielschichtige Schmelzwalze veranschaulicht, die in fortlaufen der Anordnung ein Träger-Basiselement 18, eine Haftschicht 16, eine Basisbeschichtung 14 und eine elastomere Schmelzoberfäche 12 mit einem (nicht gezeigten) Metalloxid-Füllstoff aufweist. Das Träger-Basiselement 18 welches typischerweise ein Hohlzylinder oder Kern ist, hat ein in dessen Höhlungsteil angeordnetes Heizelement 11, welches den Zylinder ausfüllt. Eine Stütz- oder Presswalze 20 kooperiert mit der Schmelzwalze 10 zur Bildung einer Schmelz-Berührungsstelle oder Kontaktbogens 26, die vom Kopierpapier oder vom Substrat 38 passiert wird, so daß darauf befindliche Tonerbilder 36 mit der elastomeren Schmelzoberfläche 12 der Schmelzwalze 10 in Kontakt kommen. Wie in Figur 1 gezeigt, hat die Stützrolle 20 einen unelastischen Stützkern 22 mit einer darauf befindlichen elastomeren Oberfläche oder Schicht 24. Der Sammelbehälter 34 enthält das polymere Trennmittel 32 mit daran befindlichen polymeren Gruppen, das bei Raumtemperatur fest sein kann, bei Arbeitstemperaturen jedoch flüssig ist. Das Trennmittel ist ein funktionelle Gruppen aufweisendes Mittel, welches eine Grenzflächentrennschicht zwischen der Schmelzfläche und dem Toner liefert. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform sind für die Zuführung des Trennmittels 32 vom Sammelbehälter 34 zur elastomeren Schmelzoberfläche 12 zwei das Trennmittel zuführenden Walzen 28 und 30 vorgesehen. Diese zwei das Trennmittel zuführende Walzen sind in der angezeigten Richtung drehbar montiert, so daß sie das Trennmittel vom Sammelbehälter zur elastomeren Schmelzoberfläche transportieren. Wie durch Figur 1 veranschaulicht, taucht die Walze 28 teilweise in den Sammelbehälter 34 ein und transportiert das Trennmittel auf seiner Oberfläche vom Sammelbehälter zur Zuführungswalze 30. Bei Verwendung eines Dosierblattes 31 kann anfangs eine Schicht der polymeren Trennflüssigkeit auf die Zuführungswalze 30 und nachfolgend auf die elastomere Schmelzoberfläche in einer kontrollierten Dicke aufgetragen werden, die von einer sub-µm-Dicke bis zu einer Dicke in der Größenordnung von einigen Mikron der Trennflüssigkeit reicht. Demgemäß kann mit dem Dosierbatt 31 eine Schicht der Trennflüssigkeit, mit einer Dicke von 0,1 bis 2 µm oder größer, auf die Oberfläche der elastomeren Schmelzschicht aufgebracht werden.
Bezugnehmend nun auf die Figur 2 ist dort eine mehrfach vergrößerte bruchstückhafte Ansicht des Schmelzelementes gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, um deren vielschichtigen Aufbau zu veranschaulichen. In Figur 2 haben die gezeigten Metalloxid-Füllstoffpartikel 40 irreguläre Formen, in der elastomeren Schmelzoberfläche 12 kann jedoch Metalloxid jeder Form verwendet werden, Pulver, Plättchen, Sphäroide, Fasern, ovale Partikel und ähnliche. Darüberhinaus ist der Film des funktionelle Gruppen aufweisenden polymeren Trennmittels auf der Oberfläche der Schmelzfläche 12 veranschaulicht und mit der Bezugsziffer 42 bezeichnet. Figur 2 veranschaulicht die in Figur 1 dargestellte Ausführungsform, bei der die Haftschicht direkt an ein geeignetes Träger-Basiselement und eine Träger-Basisschicht gebunden ist. Die Oberfläche des Träger-Basiselementes ist aus Aluminium, welches ein Aluminiumrohr, eine anodisierte Aluminiumoberfläche oder alternativ ein flammengespritztes oder anderweitig beschichtetes Stahl-, Kupfer- oder anderes Metallrohr ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bindet die Haftschicht das Aluminium- Basiselement an eine Schmelz- oder Trennschicht und bei einer bevorzugten Ausführungsform an eine intermediare Schicht der Basisbeschichtung, welche wiederum an die Schmelz- oder Trennschicht gebunden ist. Die Haftschicht, die Basisbeschichtung und die Schmelz- oder Trennschicht basieren auf dem Polymer Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen), wobei das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% anwesend ist, um die Verträglichkeit und die maximale Bindungswirkung zwischen den anliegenden Schichten sicherzustellen.
Das in der Haftschicht der vorliegenden Erfindung verwendbare Aminosilan wird durch die Formel
dargestellt, worin R eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen sein kann; R' eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen oder eine Polyalkoxyalkylgruppe mit weniger als 7 Kohlenstoffatomen sein kann; Y eine Aminogruppe oder eine Aminosubstituierte Alkyl-, oder eine Polyamino-substituierte Alkyl-, oder eine Alkenylalkoxyarnino- oder eine Arylaminogruppe mit weniger als 15 Kohlenstoffatomen ist, h 1 bis 3, b 0 bis 2, q 1 oder 2 und h+b=3 ist.
Besonders wirksame Materialien schließen das von der Union Carbide unter dem Produktnamen Union Carbide Organofunctional Silan 1100 erhältliche gamma- Aminopropyltriethoxysilan und andere geeignete Materialien einschließlich N-(2 Aminoethyl-3-aminopropyl)trimethoxysilan, 6-(Aminohexylaminopropyl)trimethoxysilan, p-Aminophenyltrimethoxysilan, 3-(1-Aminopropoxy)-3,3-dimethyl-1-propenyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltris(methoxyethoxyethoxy)silan und N-(2-Aminoethyl)- 3-aminopropylmethyldimethoxysilan ein.
Das als Oberflächen-Schmelzschicht verwendete Fluorelastomer ist beschrieben in der oben angezeigten Eddy. et al., US-A-5,017,432, die eine aus Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) hergestellte Oberflächen- Schmelzschicht beschreibt wobei das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% anwesend ist. Im Handel erhältliche Fluorelastomere mit niedrigen Mengen Vinylidenfluorid schließen das von der E.I. Du Pont de Nemour, Inc. erhältliche Viton GF, welches etwa 35 mol% Vinylidenfluorid, 34 mol% Hexafluorpropylen und 29 mol% Tetrafluorethylen mit 2% Härtungsstellen-Monomer aufweist, ein. Während Viton GF im allgemeinen mit einem üblichen aliphatischen Peroxid-Härtungsmittel gehärtet wird, wird es gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem nucleophilen Härtungssystem in Gegenwart relativ geringer Mengen anorganischer Basenmaterialien gehärtet. Typischerweise sind bis zu 9 Gewichtsteile anorganischer Base auf hundert Gewichtsteile Polymer und vorzugsweise etwa drei Teile anorganischer Base auf hundert Gewichtsteile Polymer anwesend, um das Vinylidenfluorid zumindestens teilweise zu Dehydrofluorieren. Wie im Eddy. et al., Patent weiter beschrieben, wird das Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) mit dem von der E.I. Du Pont de Nemour erhältlichen Viton Curative Nr.50 gehärtet, das in einer Lösungsmittellösung des Polymeren bei niedrigen Basenspiegeln löslich ist und für eine Vernetzung der reaktiven Stellen schnell verfügbar ist. Curative Nr.50 bringt einen Beschleuniger, ein quaternäres Phosphoniumsalz oder -salze und ein Vernetzungsmittel, Bisphenol AF, in ein einziges Härtungssystem ein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Metalloxid in dem Fluorelastomer verteilt, welches zu einer Wechselwirkung mit den funktionellen Gruppen des polymeren Trennmittels befähigt ist, unter Bildung eines thermisch stabilen Filmes, welcher den thermoplastischen Harztoner abgibt und verhindert, daß der Toner mit dem elastomeren Material selbst in Berührung kommt. Darüberhinaus ist es wichtig, daß das Metalloxid gegenüber dem Elastomer im wesentlichen nicht reaktiv ist, so daß keine wesentliche Dehydrofluorierung des Vinylidenfluorids im Polymer stattfindet. Das bevorzugte Metalloxid ist Kupfer(II)oxid, welches als schwache Base befunden wurde, die das Elastomer mit der Zeit eher erweicht als aushärtet und dadurch eine gute Kopierqualität aufrecht erhält. Typischerweise ist es in einer Menge von etwa 5 bis 30 Gewichtsteilen auf hundert Gewichtsteile Polymer anwesend, obwohl etwa 10 bis 20 Gewichtsteile Metalloxid bevorzugt sind. Darüberhinaus ist die Teilchengröße des Metalloxids wichtig, sie sollte nicht so klein sein, daß die Härtung des Polymeren gestört wird und auch nicht so groß sein, daß eine für gute Trenneigenschaften ungenügende Anzahl von Teilchen durchgehend in der Elastomeroberfläche verteilt wird. Typischerweise haben die Metalloxidpartikel einen mittleren Durchmesser von etwa 4 bis 8 µm, vorzugsweise 6 µm.
Andere Hilfs- und Füllstoffe können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung im Elastomer untergebracht sein, solange sie nicht die Unversehrtheit des Elastomeren und die Wechselwirkung zwischen dem Metalloxid und dem polymeren Trennmittel mit funktionellen Gruppen beeinträchtigen oder eine angemessene Vernetzung verhindern. Derartige, bei der Zusammenstellung von Elastomeren einem normalerweise begegnende Füllstoffe schließen Färbemittel, verstärkende Füllstoffe, Vernetzungsmittel, Verarbeitungshilfen, Beschleuniger und Polymerisationsinhibitoren ein.
Die Oberfläche des Schmelzelementes der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise von einer Walze gebildet, vorzugsweise einer, bei deren Herstellung auf die zu beschichtende Oberfläche entweder mit einer Aufbringung oder durch aufeinanderfolgendes Aufbringen eine dünne Beschichtung oder Beschichtungen des Elastomeren mit dem darin verteilten Metalloxid-Füllstoff aufgetragen wurden. Am praktischsten erfolgt das Beschichten durch Besprühen, Tauchen oder ähnlichem mit einer Lösung oder einer homogenen Suspension des den Füllstoff enthaltenden Elastomeren. Während Schmelz- und Extrusionstechniken alternative Mittel sind, die verwendet werden können, bevorzugen wir aufeinanderfolgende Aufbringungen einer Lösungsmittellösung des Polymeren und des Metalloxid-Füllstoffes auf die zu beschichtende Oberfläche. Typische Lösungsmittel, die für diesen Zweck eingesetzt werden können, schließen Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon und ähnliche ein. Wenn aufeinanderfolgende Aufbringungen auf die zu beschichtende Oberfläche durchgeführt werden, ist es im allgemeinen erforderlich, die beschichtete Oberfläche bei Raumtemperatur stehen zu lassen, um sämtliches in der Beschichtung enthaltenes Lösungsmittel abdampfen zu lassen. Wenn zum Beispiel eine Schmelzwalze mit einer, ein Metalloxid enthaltenden Elastomerschicht beschichtet wird, wird das Elastomer mit dem darin dispergierten Metalloxid nach und nach in dünnen Schichten auf die Walze aufgetragen und zwischen jeder Auftragung eine Verdampfung des Lösungsmittels aus der auf die Walze aufgetragenen Schicht bei Umgebungstemperaturen bis zu etwa 90 ºC oder höher durchgeführt, so daß die Hauptmenge des in der Schicht enthaltenen Lösungsmittels entfernt wird. Wenn die gewünschte Schichtdicke der Beschichtung erreicht ist, wird die Beschichtung gehärtet und dadurch an die Oberfläche der Walze gebunden.
Typischerweise ist das Aminosilan in einer Lösungsmittellösung von Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen), in der das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% anwesend ist, in einer Menge von 2 bis 20 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile des Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen- tetrafluorethylen) vorhanden. Wie schon festgestellt, sind die für die Bildung der Haftlösung verwendeten Lösungsmittel, typischerweise schwach polare Lösungsmittel, wie Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon und ähnliche. Typischerweise wird die Lösung, aus der die Haftschicht gebildet wird, bis zu einer Dicke von etwa 0,4 bis 1 Mil (10,2 bis 25,4 µm) aufgesprüht und bei Raumtemperatur für mindestens eine halbe Stunde trocknen gelassen, gefolgt vom nachfolgenden Auftrag der Basisbeschichtung und/oder der abgegebenen Schmelzschicht.
Die Basisbeschichtung basiert typischerweise auf dem Poly(vinylidenfluoridhexafluorpropylen-tetrafluorethylen) mit relativ hohen Gehalten an Ruß um eine relativ preiswerte, genügend dicke Fluorelastomer-Oberfläche zu erhalten, die eine ausreichende Formanpassungsfähigkeit um die Tonerpartikel und Papierfasern herum aufweist, um geschmolzene Tonerbilder mit niedrigem und gleichmäßigen Glanz zu ermöglichen, die bessere Kopierqualitäten liefern. Typischerweise wird die Basisbeschichtung auf das Schmelzelement aufgesprüht und mit der Haftschicht bis zu einer Dicke von etwa 4,5 bis etwa 6,5 Mil (114 bis 165 µm) aufgetragen, gefolgt von einer Härtung durch eine Warmluftstufe von 2 Stunden bei 100 ºF (38 ºC), 3 Stunden bei 170 ºF (77 ºC), 2 Stunden bei 350 ºF (177 ºC), 1 Stunde bei 400 ºF (204 ºC), gefolgt von Kühlen und Schleifen. Nachfolgend wird die Lösungsmittellösung des Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) zusammen mit Metalloxid- Verankerungsstellen, dem nucleophilen Härtungsmittel und anorganischer Base zur Bildung einer Trennschicht von etwa 1,5 bis etwa 2,5 Mil (38 bis 63,5 µm) Dicke auf die Walze aufgesprüht, gefolgt von einer Härtung durch schrittweises Erhitzen auf 95 ºC für 2 Stunden, 150 ºC für 2 Stunden, 175 ºC für 2 Stunden, 205 ºC für 2 Stunden und 230ºC für 16 Stunden, nachfolgend Abkühlen und Schleifen.
Jedes geeignete polymere Trennmaterial, das funktionelle Gruppen aufweist, kann verwendet werden. Typische polymere Trennmittel sind in der US-A4,101,686 beschrieben, welche Polyorganosiloxanflüssigkeiten als Trennmittel beschreibt. Die Polyorganosiloxanflüssigkeiten und andere Polymerflüssigkeiten weisen funktionelle Gruppen auf, die mit den Metalloxidpartikeln im Schmelzelement derart in Wechselwirkung treten, daß sich auf der Oberfläche eine Grenzflächentrennschicht bildet, während nicht umgesetzte Trennflüssigkeit niedriger Oberflächenenergie als äußerer Film zurückbleibt. Andere exemplarische polymere Trennmittel mit funktionellen Gruppen sind in den US-A4,046,795, 4,029,827 und 4,011,362 beschrieben. Die polymeren Trennmittel mit funktionellen Gruppen daran können sich in flüssiger oder bei Raumtemperatur fester Form befinden, bei Arbeitstemperaturen jedoch als Flüssigkeit vorliegen. In bevorzugten Ausführungsformen sind die chemisch reaktiven Gruppen Mercapto-, Carboxy-, Hydroxy-, Isocyanat-, Epoxy- und Aminogruppen. Die am meisten bevorzugten polymeren Trennmittel mit funktionellen Gruppen daran, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind die Mercapto-funktionellen Polyorganosiloxane, die in der US-A- 4,101,686 und 4,029,827 beschrieben sind.
Die folgenden Beispiele erklären und beschreiben die bei der vorliegenden Erfindung hergestellten Schmelzwalzen weiter und veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Soweit nicht anders angegeben beziehen sich alle Teile- und Prozentangeben auf das Gewicht.

BEISPIEL 1

Schmelzwalzen wurden hergestellt, indem zylindrische Aluminiumkerne mit einem Durchmesser von 3 inch und eine Länge von 17 inch (43,2 cm) verwendet wurden. Der Kern war entfettet, sandgestrahlt, entfettet und mit einem Epoxyhaftmittel, Thixon 300/301 bedeckt. Thixon ist eine Handelsmarke der Dayton Chemical Products Laboratories. Eine Basisbeschichtung wurde gebildet, indem eine Lösungsmittel Lösung/Dispersion von 100 Gewichtsteilen Viton GF, 30 Gewichtsteilen Ruß (Thermax N 880, erhältlich bei R.T. Vanderbilt Co., Norwalk, Conneticut) 15 Gewichtsteilen Magnesiumoxid (Maglite Y, erhältlich bei C. P. Hall) und 5 Gewichtsteilen Du Pont Curative 50 in Methylethylketon und Methylisobutylketon, 50/50 bezogen auf das Gewicht, auf einen Kern gesprüht wurde. Der Elastomer-beschichtete Kern wurde in einer Warmluftstufe ausgehärtet, 2 Stunden bei 38 ºC, 4 Stunden bei 77 ºC gefolgt von 2 Stunden bei 177 ºC, wonach die Oberfläche abgeschliffen wurde um eine nominale Dicke von 5 Mil (127 µm) zu erreichen. Die Schmelzschicht wurde hergestellt aus einer Lösungsmittel Lösung/Dispersion, enthaltend 100 Gewichtsteile Viton GF, ein Polymer aus 35 mol% Vinylidenfluorid, 34 mol% Hexafluorpropylen und 29 mol% Tetrafluorethylen und 2 mol% copolymerisiertes Härtungsstellenmonomer, 2 Gewichtsteile Magnesiumoxid (Maglite D, erhältlich bei C. P. Hall, Chicago, Illinois) und 1 Gewichtsteil Calciumhydroxid pro 100 Gewichtsteile Polymer und 15 Gewichtsteile Kupfer(II)oxid, 5 Teile Curative Nr.50, in einer Mischung von Methylethylketon und Methylisobutylketon, die über die mehrfachbeschichtete Aluminiumwalze bis zu einer Dicke von 3 bis 5 Mil (76 bis 127 µm) gesprüht wurde. Das Fluorelastomer wurde ausgehärtet durch schrittweises Erhitzen für 2 Stunden bei 95 ºC, gefolgt von 2 Stunden bei 150 ºC, 2 Stunden bei 175 ºC, 2 Stunden bei 205 ºC und 16 Stunden bei 230 ºC, gefolgt von Kühlen und Abschleifen bis zu einer gesamten Nominaldicke des Gummis von etwa 8 Mil (203 µm). Die Schmelzwalze wurde in einem Xerox 5090 Vervielfätiger verwendet und in einem Schmelzsystem getestet, in welchem ein Mercapto-funktionelles Polyalkylsiloxantrennmittel mit einem mittleren Verhältnis von 4 Mikroter pro 8 1/2 x 11 inch (21,6 x 28 cm) Kopie aufgebracht wurde. Von 29 getesteten Walzen erfuhren 15 einen auf das Lösen der Bindung beruhenden Fehler bei einer mittleren Lebensdauer von 2,06 Millionen Kopien. Die restlichen 14 Walzen scheiterten, bei verschiedenen Kopieständen aus anderen Gründen, wie Abgabeproblemen, usw..

BEISPIEL II

Die Vorgangsweise des Beispiels I wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Thixon 300/301 Epoxy-Haftmittelschicht durch ein Silanhaftsystem ersetzt wurde, das wie folgt hergestellt wurde: Für jeden der Teile A und B wurden 8 %ige Lösungen in Methylisobutylketon jeweils durch 3 Stunden langes Schütteln und Walzenvermahlen über Nacht hergestellt.
Eine Lösung aus 12 Gewichtsteilen Aminosilan (Union Carbide A 1100), 24 Teilen Methylisobutylketon und 168 Teilen 2-Propanol wurde dem Teil B zugesetzt. Gleiche Anteile dieser Mischung wurden mit Teil A vermischt, gefolgt von Aufsprühen der Haftschicht auf das entfettete Aluminiumsubstrat bis zu einer Dicke von 0,5 Mil (12,7 µm). Die Basisbeschichtungsschicht und die Schmelzschicht wurden nachfolgend wie in Beispiel 1 aufgebracht. Die Schmelzwalzen wurden in einem Xerox 5090 Vervielfältiger wie in Beispiel 1 verwendet. Von 10 getesteten Walzen erfuhren 7 einen auf das Lösen der Bindung beruhenden Fehler bei einer mittleren Lebensdauer von über 2,4 Millionen Kopien. Die anderen drei Walzen versagten aus anderen Gründen.
Zusätzliche Bewertungen der Haftung des Thixon 300/301-Haftmittels und des Aminosilan-Haftsystems gemäß der vorliegenden Erfindung durch Bewerten der durch heiße Luft gealterten Aluminiumscheiben mit der entsprechenden Haftmittelbindung der Basisbeschichtung zur Aluminiumscheibe wurden verglichen. Es ergab sich keine Abgabe oder Schmelzschicht auf der Basisbeschichtung. Die Scheiben wurden wie folgt hergestellt:
Aluminiumscheiben der Klasse 6160 1"X 6"X.060" (2,54 cm x 15,2 cm x 1,52 mm) wurden mit Methylethylketon entfettet, mit Dynablast 80-Strahlsand sandgestrahlt, mit Luft verblasen und mit Methylethylketon entfettet. Die folgenden Formulierungen wurden in einer Zweiwalzenmühle für eine, zur Sicherung einer adequaten Dispersion genügenden Zeitspanne, vermischt.
8%ige Lösungen von 1085 und 1086A in Methylisobutylketon wurden hergestellt durch drei Stunden Schütteln zum Auflösen und durch Wälzen über Nacht in einer Walzenmühle hergestellt. Das Aminosilan Union Carbide A1100, das Keton und 2-Propanol wurden in den folgenden Mengen vermischt und für 20 Stunden stehengelassen.

Gewichtsteile

A 1100 12
MIBK 24
2-Propanol 168
Die A1100/Keton/Propanol-Lösung wurde der 1085-Lösung zugesetzt. Gleiche Anteile der 1086A- und der 1085/A1100-Lösungen wurden zusammengemischt. Das Silanhaftmittel wurde auf die rotierenden Scheiben bis zu einer Dicke von 0,8 Mil gesprüht und mindestens 0,5 Stunden bei Raumtemperatur stehengelassen. Eine 0,2 bis 0,4 Mil (5,1 bis 10,2 µm) dicke Basisbeschichtung wurde aus einer 12 Gew.-%igen Lösung/Dispersion aus 100 Gewichtsteilen Viton GF, 30 Gewichtsteilen Ruß (Thermax N880), 15 Gewichtsteilen Magnesiumoxid (Maglite Y) und 5 Gewichtsteilen Du Pont Curative 50 in Methylisobutylketon auf das Silanhaftmittel gesprüht. Die Basisbeschichtung wurde für 24 bis 30 Stunden einer Desolvatation unter Umgebungsbedingungen unterworfen. Die Basisbeschichtung wurde schrittweise für 2 Std. @ 100 F (38 ºC), 3 Std. @ 170 F (77 ºC), 2 Std. @ 350 F (177 ºC), 1 Std. @ 400 F (204 º) ausgehärtet. Die zweimal beschichteten Aluminiumscheiben wurden mit der Gummiseite nach oben in eine Scheibenform mit 6 Vertiefungen gelegt. Ein zusätzlicher Teil der oben beschriebenen Verbindung der Basisbeschichtung wurde ohne Lösungsmittel durch Wiedervermahlen in einer Zweiwalzenmühle aufgefrischt und bis zu einer Dicke von 60 bis 70 Mil ausgewalzt. Diese wurde in 6" X 6" (15,2 cm x 15,2 cm) Gummiplatten geschnitten und oben auf die, in der Scheibenform mit 6 Vertiefungen liegenden Scheiben gelegt, die dann in eine hydraulische Presse gelegt wurden. Die Temperatur der Gummi formenden hydraulischen Presse wurde auf 270 ºF (132 ºC) gehalten. Die Form wurde auf 260 ºF-280 ºF (127-138ºC) erhitzt und einem Druck von 1 Min. @ 5 Tonnen, 1 Min. @ 10 Tonnen, 0,5 Min. @ 15 Tonnen, 1,5 Min. @ 30 Tonnen ausgesetzt. Die obige Temperatur- und Druckbehandlung erweicht den Gummi in der Form während sich der maximale Druck aufbaut. Die Scheiben wurden aus der Form genommen und einem 24 Stunden-Nachbehandlungsschritt unterworfen durch schrittweises Erhitzen auf 95 ºC für 2 Stunden, gefolgt von 2 Stunden bei 150 ºC, 2 Stunden bei 175 ºC, 2 Stunden bei 205 ºC und sechzehn Stunden bei 230 ºC.
Die Scheiben mit dem Thixon 300/301 Haftmittel wurden hergestellt, indem das Silan-Haftsystem entfiel und die Aluminiumscheiben mit einem Epoxyhaftmittel Thixon 300/301 beschichtet wurden.
Die Scheiben wurden bewertet, indem sie über einen Zeitraum bis zum Fehlerauftreten bei 193 ºC, 215 ºC und 240 ºC gealtert wurden, wobei die Scheiben periodisch auf Raumtemperatur abgekühlt wurden und einem Finger-Schältest, bei dem das manuelle Abziehen des Fluorelastomers von der Aluminiumscheibe versucht wird unterworfen. Daraufhin folgte das Erhitzen der Scheiben auf einer heißen Platte bis sie sich für ein Anfassen zu heiß anfühlten. Zu dieser Zeit wurde der Finger-Schältest wiederholt. Die gleiche Probe wurde bewertet bis zum Fehlerauftreten. Die Tage bis zum Versagen der Haftung, wonach kein Gummi auf dem Aluminium zurückblieb sind in der Tabelle unten gezeigt.
Auf diese Weise wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung eines einheitlichen Aminosilan-Haftsystems zwischen dem Aluminiumschmelzelement-Substrat und der Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen- tetrafluorethylen) umfassenden Schmelzoberfläche ein Langzeit-Schmelzelement bereitgestellt, wobei das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% anwesend ist.

Claims

1. Schmelzelement zum Schmelzen eines thermoplastischen Harztonerbildes auf ein Substrat in einem Schmelzsystem des Typs, bei dem ein funktionelle Gruppen aufweisendes polymeres Trennmittel (42) auf die Oberfläche des Schmezelementes aufgetragen wird, das Schmelzelement eine, ein Aluminium-Basiselement (18) und eine Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) umfassende Schmelzoberfläche (12) umfaßt, wobei das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% vorliegt, das genannte Elastomer aus dessen Lösungsmittellösung mit einem in der genannten Lösung löslichen nucleophilen Aushärtungsmittel in Gegenwart von bis zu 9 Gewichtsteilen anorganischer Base auf 100 Gewichtsteile Polymer ausgehärtet worden war, die genannte anorganische Base zum mindestens teilweisen Dehydrofluorieren des Vinylidenfluorids wirksam ist und eine Haftschicht (16) zwischen der Oberfläche des genannten Aluminium-Basiselementes (18) und der genannten Elastomer-Schmelzoberfläche (12) umfaßt ist und die genannte Schmelzoberfläche (12), die genannte Haftschicht (16) aus einer Lösungsmittellösung eines Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylens) ausgehärtet worden waren, worin das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% vorliegt und auf 100 Gewichtsteile des genannten Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen-tetrafluorethylen) etwa 6 bis 20 Gewichtsteile eines durch die Formel

dargestellten Aminosilans vorliegen, wobei R eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen sein kann; R' eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen oder eine Polyalkoxyalkylgruppe mit weniger als 7 Kohlenstoffatomen sein kann; Y eine Aminogruppe oder eine Amino-substituierte Alkyl-, oder eine Polyamino-substituierte Alkyl-, oder eine Alkenylalkoxyamino- oder eine Arylaminogruppe mit weniger als 15 Kohlenstoffatomen ist, h 1 bis 3, b 0 bis 2, q 1 oder 2 und h+b=3 ist.

2. Schmelzelement nach Anspruch 1 das weiterhin mindestens eine Elastomerschicht der Basisbeschichtung (14) zwischen der Haftschicht (16) und der Elastomer-Schmelzoberfläche (12) einschließt.

3. Schmelzelement nach Anspruch 2 worin die mindestens eine Elastomerschicht der Basisbeschichtung (14) aus Poly(vinylidenfluorid-hexafluorpropylen- tetrafluorethylen) ist, wobei das Vinylidenfluorid in einer Menge von weniger als 40 mol% vorliegt.

4. Schmelzelement nach Anspruch 3 worin die Dicke der Haftschicht (16) etwa 0,4 bis 1 Mil (10,2 bis 25,4 µm) beträgt die Dicke der Elastomerschicht der Basisbeschichtung (14) etwa 4,5 bis etwa 6,5 Mil (114 bis 165 µm) und die Dicke der Trennschicht etwa 1,5 bis etwa 2,5 Mil (38 bis 63,5 µm) beträgt.

5. Schmelzelement nach Anspruch 1, worin das Aminosilan gamma-Aminopropyltriethoxysilan ist.

6. Schmelzelement nach Anspruch 1, worin das nucleophile Aushärtungsmittel ein fluoriertes Bisphenol-Vernetzungsmittel ist.

7. Schmelzelement nach Anspruch 2, worin das nucleophile Aushärtungsmittel weiterhin einen Organophosphoniumsalz-Beschleuniger umfaßt.

8. Schmelzelement nach Anspruch 1, worin die Elastomer-Schmelzoberfläche (12) weiterhin ein Metalloxid (40) umfaßt, das in einer Menge vorliegt, die, um eine Grenzflächentrennschicht zwischen dem Schmelzelement und dem Toner zu bilden, für eine Wechselwirkung mit dem funktionelle Gruppen aufweisenden polymeren Trennmittel (42) ausreichend ist, wobei das Metalloxid gegenüber dem Elastomer im wesentlichen nicht reaktiv ist.

9. Schmelzelement nach Anspruch 8, worin das Metalloxid (40) Kupfer(II)oxid ist, das in einer Menge von etwa 5 bis 30 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Polymer vorliegt, und/oder worin die Kupfer(II)oxidpartikel einen mittleren Durchmesser von etwa 4 bis 8 µm aufweisen.

10. Verfahren zum Schmelzen von thermoplastischen Harztonerbildern auf ein Substrat, umfassend die Bildung eines Films (42) aus einem funktionelle Gruppen aufweisenden polymeren Trennmittel auf der Oberfläche eines beheizten Schmelzelements, wobei das Schmelzelement mit jedem der Ansprüche 1 bis 9 in Übereinstimmung ist, in Kontakt bringen der Tonerbilder auf dem Substrat mit der beheizten Elastomeroberfläche für eine für das Weichmachen des Toners geeigneten Zeitspanne, und dem Abkühlenlassen des Toners.