DE69912889T2

DE69912889T2 - Vernetzte Kautschuk-Zusammensetzung und Verfahren zur Herstellung von halbleitender Gummirolle

Info

Publication number: DE69912889T2
Application number: DE69912889T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Osaka-shi Uesaka; Kei Amagasaki-shi Tajima
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1998-07-21
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2019-06-29
Also published as: JP2971861B1; EP0974618A1; JP2000034375A; EP0974618B1; DE69912889D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung eine vernetzte Kautschukzusammensetzung hervorragender Ozonbeständigkeit und einen angemessenen Härtegrad sowie einen hohen Grad mechanischer Festigkeit aufweisend, mit einem Mischbestandteil, der kein Anlaufen zulässt. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung eine vernetzte Kautschukzusammensetzung, die geformt wird, um sie vorzugsweise für elektrische Teile, Umhüllungen von elektrischen Drähten, Packungen, Dichtungen, wasserfesten Schichten, Schläuche und Kautschukteile von Einrichtungen des Bürobedarfs zu verwenden. Auch betrifft die vorliegende Erfindung eine Kautschukwalze, welche als Papierzufuhrwalze für bildgebende Vorrichtungen wie elektrostatische Kopiergeräte, Laserdrucker und Faxgeräte dient.
Beschreibung des verwandten Fachgebiets
Kautschuk, welcher EPDM-Kautschuk (Copolymerkautschuk aus Ethylen-Propylen-Dien) als seine Hauptkomponente enthält, wird für viele Ozonbeständigkeit erfordernde Kautschukprodukte für die industrielle Verwendung und im täglichen Leben, wie in elektrischen Teilen, Umhüllungen von elektrischen Drähten, Packungen, Dichtungen, wasserfesten Schichten sowie Schläuchen verwendet. Dies liegt daran, dass die Hauptkette des EPDM-Kautschuks aus gesättigten Kohlenwasserstoffen besteht, welche chemisch stabil sind. Das heißt, dass die Hauptkette nicht leicht abgetrennt werden kann, wenn der EPDM-Kautschuk Sonnenlicht und hohen Ozonkonzentrationen für lange Zeit ausgesetzt wird, und somit zersetzt sich der EPDM-Kautschuk nicht leicht.
Die US 3887756 bezieht sich auf Anstriche auf der Basis von Polymeren, verwendet als Beschichtung auf Substraten elastomerer Zusammensetzungen; diese Zusammensetzungen umfassen mindestens ein Elastomer, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Butylkautschuk und einem EPDM-Kautschuk, ein hitzereaktives Phenolaldehydharz und ein Metalloxid oder -halogenid.
Bildgebende Vorrichtungen wie elektrostatische Kopiergeräte, Laserdrucker und Faxgeräte können auf Grund ihrer Konstruktion Ozon generieren. Folglich wird das ozonbeständige EPDM-Material für viele Papierzufuhrkautschukwalzen (nachfolgend nur als Papierzufuhrwalze bezeichnet) zur Verwendung in den bildgebenden Vorrichtungen eingesetzt.
Um die Härte von Kautschukprodukten für die industrielle Verwendung und die im täglichen Leben zu verringern, werden in vielen Fällen Öl, wie Prozeßöl und ein Weichmacher, dem Kautschuk zugesetzt, oder ölgestreckter Kautschuk wird verwendet. Kautschuk wird vernetzt (vulkanisiert), um die bleibende Druckverformung so weit wie nötig zu verringern.
Damit die Papierzufuhrwalze in den bildgebenden Vorrichtungen, wie elektrostatischen Kopiergeräten, Laserdruckern und Faxgeräten ihre Leistung lange Zeit erhalten kann, muss die Papierzufuhrwalze beweglich sein, so dass eine große Kontaktfläche zwischen ihr und dem Papier gewährleistet ist, und sie muss eine hohe Abriebbeständigkeit aufweisen, damit der schnelle Abrieb ihrer Oberfläche verhindert wird. Daher wird Öl, wie das Prozeßöl oder der Weichmacher dem Kautschuk zugesetzt, oder der ölgestreckte Kautschuk wird verwendet, und der Kautschuk wird vernetzt (vulkanisiert).
Normalerweise wird beim Vernetzen (Vulkanisieren) von Kautschuk Schwefel oder ein organisches Peroxid als Vulkanisationsmittel (Vernetzungsmittel) verwendet. In einer Mischung aus den Kautschuk, dem Öl und dem Weichmacher wird die Reaktion des organischen Peroxids durch das Öl oder den Weichmacher verhindert. Daher wird Schwefel verwendet. Bei der Vernetzung (Vulkanisation) des EPDM-Kautschuks befindet sich jedoch keine Doppelbindung in dessen Hauptkette. Die Doppelbindung befindet sich nur in tertiären Komponenten wie DCPD (Dicyclopentadien), 1,4-HD (1,4-Hexadien) sowie ENB (Ethylidennorbornen), welche im EPDM-Kautschuk als eine Dienkomponente enthalten sind. Weiterhin hat die Technik der Polymerisation der tertiären Polymerkomponente eine Einschränkung. So wird, obwohl der EPDM-Kautschuk mit der größten Jodzahl (Jodzahl: 35) mit Schwefel vulkanisiert wird, seine Vulkanisationsgeschwindigkeit kleiner als die eines Dienpolymers wie NR (Naturkautschuk) oder BR (Butadienkautschuk), und die mechanische Festigkeit des Kautschuks kann nicht ausreichend verbessert werden. Um die Vulkanisationsgeschwindigkeit des EPDM-Kautschuks zu steigern, ist bisher ein Vulkanisationsbeschleuniger zusätzlich zum Schwefel eingesetzt worden, indem ein geeigneter Vulkanisationsbeschleuniger und eine optimale Zugabemenge davon ausgewählt worden sind.
Da jedoch der Vulkanisationsbeschleuniger einen hohen Polaritätsgrad aufweist, ist es für den Vulkanisationsbeschleuniger schwierig, sich im EPDM-Kautschuk mit seinem niedrigen Polaritätsgrad zu verteilen. Daher wird der Vulkanisationsbeschleuniger im nicht vulkanisierten (vernetzten) EPDPM-Kautschuk nicht gleichmäßig dispergiert. Folglich bewirken in einer vulkanisierten Kautschukzusammensetzung der Vulkanisationsbeschleuniger und seine Reaktionsprodukte ein Anlaufen. Wenn die Kautschukzusammensetzung zu Kautschukprodukten (einschließlich Papierzufuhrwalze) gewünschter Form geformt wird, verhindert das Anlaufen der vulkanisierten Kautschukzusammensetzung, dass die Kautschukprodukte die geforderten Eigenschaften aufweisen. Zum Beispiel hat die Papierzufuhrwalze einen geringen Reibungskoeffizienten bezüglich Papier.
Ein Verfahren zur Unterdrückung des Anlaufens ist der Zusatz eines Füllstoffs wie Siliciumdioxid, welcher eine bevorzugt adsorbierende Eigenschaft gegenüber EPDM-Kautschuk als Hauptkomponente enthaltendem Kautschuk hat. Obwohl das Verfahren in der Lage ist, das Anlaufen des Vulkanisatiorsbeschleunigers und seiner Reaktionsprodukte zu unterdrücken, verursacht es, dass die Härte der Kautschukzusammensetzung mit steigender Zusatzmenge des Füllstoffes steigt. Somit kann sich die Biegsamkeit der Kautschukzusammensetzung verschlechtern.
In jeder der offengelegten japanischen Patentpublikationen Nr. 57-73035 und Nr. 57-180647 wird ein Verfahren zur Unterdrückung des Anlaufens des Vulkanisationsbeschleunigers durch Zusatz einer kleinen Menge Polyalkylenglykol oder Polyoxyethylen-alkylenether zum EPDM-Kautschuk vorgeschlagen. Diese Verfahren sind jedoch nicht in der Lage, eine ausreichende Unterdrückung des Anlaufens zu bewirken und verursachen zusätzlich, dass das Polyalkylenglykol oder der Polyoxyethylen-alkylenether von der vulkanisierten Kautschukzusammensetzung getrennt werden. Somit entsteht ein Problem.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorangehend beschriebenen Situation gemacht worden. Somit ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine vernetzte Kautschukzusammensetzung bereitzustellen, welche überragende Ozonbeständigkeit und einen geeigneten Grad von Biegsamkeit sowie einen hohen Grad mechanischer Festigkeit mit einem Mischbestandteil, der kein Anlaufen zulässt, aufweist.
In vielen Fällen werden Kautschukprodukte (einschließlich Papierzufuhrwalzen) in Kontakt mit Metallkomponententeilen verwendet. Es ist vorzuziehen, dass die Kautschukprodukte keine Korrosion des Metalls verursachen. Demzufolge ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer vernetzten Kautschukzusammensetzung, die verhindert, dass Metall rostet, wenn es in Kontakt kommt mit Metallkomponententeilen.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung einer Papierzufuhrwalze aus der vernetzten Kautschukzusammensetzung mit den vorangehend beschriebenen Eigenschaften mit hoher Produktivität.
Die vorliegende Erfindung, die zum Erreichen der vorangehend genannten Ziele durchgeführt wurde, ist:
eine vernetzte Kautschukzusammensetzung, umfassend 100 Gewichtsteile Kautschuk, enthaltend Copolymerkautschuk aus Ethylen-Propylen-Dien (EPDM-Kautschuk) als Hauptkomponente davon; 1– 20 Gewichtsteile eines Harzvernetzungsmittels; und 0,01–10 Gewichtsteile Zinkcarbonat.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 8 spezifiziert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass es möglich ist, eine vernetzte Kautschukzusammensetzung, die ozonbeständig ist, kein Anlaufen verursacht, einen geeigneten Flexibilitätsgrad und einen hohen Grad mechanischer Festigkeit aufweist, mit hoher Produktivität herzustellen, indem eine bestimmte Menge eines Harzvernetzungsmittels und Zinkcarbonat mit Kautschuk, enthaltend EPDM-Kautschuk als Hauptkomponente, vermischt und ein daraus bestehendes geknetetes Material vernetzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
Die 1 ist eine perspektivische Sicht auf ein Beispiel eines Verfahrens des Formens des gekneteten Materials einer Kautschukzusammensetzung zu der Form einer Walze und des darauf folgenden Vernetzens.
Die 2 zeigt einen Zustand, bei dem eine aus der vernetzten Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung geformte Zufuhrwalze als Papierzufuhrwalze eines elektrostatischen Kopiergerätes eingesetzt wird.
Die 3 zeigt einen Zustand, bei dem eine Papierzufuhrwalze, hergestellt durch Formen einer vernetzten Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, als Papierzufuhrwalze eines elektrostatischen Kopiergerätes eingesetzt wird, Papierblätter für einen vorbestimmten Bereich davon bereitstellend, indem ein Blatt Papier von den anderen Blättern Papier getrennt wird.
Die 4 ist ein Graph zur Erklärung einer Zeitdauer t10 (Minuten), die benötigt wird, um einen Drehmomentwert von T10 = Tmax × 0,1 (Tmax: maximaler Drehmomentwert) zu erreichen, ab einem Punkt, bei dem eine Vernetzung in einer Vernetzungskurve (Drehmomentkurve) beginnt, die in einer Vernetzungsreaktion einer vernetzten Kautschukzusammensetzung erhalten worden ist.
Die 5 zeigt ein Verfahren zur Messung des Reibungskoeffizienten einer Kautschukwalze.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bei der vernetzten Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung tritt, da das geknetete Material mit einem Harzvernetzungsmittel, welches mit dem EPDM-Kautschuk kompatibel ist, vernetzt ist, kein Anlaufen auf.
Als Harzvernetzungsmittel werden normalerweise Phenolharz und halogeniertes Phenolharz verwendet. Weiterhin können außer dem (halogenierten) Phenolharz Harze vom Additionskondensationstyp, wie Triazinformaldehydharz sowie Hexamethoxy-methylmelaminharz, verwendet werden. Der Grund, warum normalerweise das Phenolharz und das halogenierte Phenolharz verwendet werden, liegt darin, dass sie sehr kompatibel mit dem EPDM-Kautschuk sind; sie sind überragend in der Einheitlichkeit ihrer Molekulargewichte, ihrer physikalischen Eigenschaften und in ihren Reaktionen, und sie können den EPDM-Kautschuk als Hauptkomponente enthaltenden Kautschuk gleichmäßig vernetzen.
Das Phenolharz wird in einer zweistufigen Reaktion erhalten (Additions-Kondensations-Reaktion), des heißt, eine Additionsreaktion von Phenolen mit Aldehyden und deren Kondensationsreaktion. Das halogenierte Phenolharz hat Aldehydeinheiten des Phenolharzes und mindestens ein an jede Aldehydeinheit gebundenes Halogenatom. Das halogenierte Phenolharz wird durch die nachfolgend gezeigte Strukturformel (chemische Formel 1) gezeigt: [Chemische Formel 1]
(darin ist X ein Halogenelement, Z ist ein Halogenelement oder eine -OH-Gruppe und R ist eine Alkylgruppe mit 1–10 Wasserstoff- oder Kohlenstoffatomen).
Es ist möglich, Phenolharze zu verwenden, die durch die Reaktion (Additions- und Kondensationsreaktionen) von Phenolen, wie Phenol, Alkylphenol, Kresol, Xylenol und Resorcin sowie von Aldehyden wie Formaldehyd, Acetaldehyd und Furfural, synthetisiert werden.
Als Phenole sind vorzugsweise Alkylphenole zu verwenden, deren Alkylgruppe an die ortho- (o-) oder die para (p-)-Position eines Benzolrings gebunden ist. Dies liegt daran, dass das Alkylphenol sehr kompatibel mit dem EPDM-Kautschuk ist. Somit wird als Phenolharz Alkylphenolharz, Alkylphenol verwendend, vorzugsweise angewendet. Als Aldehyd ist Formaldehyd vorzuziehen. Dies liegt darin, dass das Phenolharz unter Verwendung des Formaldehyds reaktiv und kostengünstig ist, was niedrige Kosten für die Kautschukzusammensetzung (Kautschukprodukt) ermöglicht. Somit ist die Verwendung von Phenolharzen, gebildet durch die Additionskondensation des Alkylphenols und des Formaldehyds, weiter vorzuziehen. Die Alkylgruppe des Alkylphenols hat normalerweise 1–10 Kohlenstoffatome. Die Alkylgruppe schließt eine Methylgruppe, Ethylgruppe, Propylgruppe und Butylgruppe ein.
Das halogenierte Phenolharz ist reaktiver als das Phenolharz und liefert ein weiter vorzuziehendes Ergebnis. Somit ist in der vorliegenden Erfindung die Verwendung von halogenierten Phenolharzen, gebildet durch die Additionskondensation des Alkylphenols und des Formaldehyds, am meisten bevorzugt. Das halogenierte, wie nachfolgend beschrieben gebildete Phenolharz, kann verwendet werden: Nachdem das Phenolharz synthetisiert ist, lässt man die Aldehydeinheit des Phenolharzes und den halogenierten Wasserstoff (HX) miteinander reagieren, um die Hydroxylgruppe der Aldehydeinheit mit dem Halogenatom zu ersetzen, und das halogenierte Phenolharz zu bilden. Das halogenierte, wie nachfolgend beschrieben gebildete Phenolharz, kann ebenfalls verwendet werden: Nachdem das kein Halogenatom enthaltende Phenolharz und eine Halogendonorsubstanz, wie ein Metallhalogenid, mit einer Kautschukzusammensetzung vermischt sind, wird die Hydroxylgruppe der Aldehydeinheit des Phenolharzes mit dem Halogenatom während der Vulkanisation ersetzt. Das Halogenatom des halogenierten Phenolharzes kann aus Bromid, Fluor und Jod zusätzlich zu Chlor bestehen. Als Halogendonorsubstanz kann ein Metallhalogenid wie Zinnchlorid (Zinn(IV)-chlorid), Eisenchlorid (Eisen(III)-chlorid), Kupferchlorid (Kupfer(II)-chlorid); und als halogeniertes Harz kann ein solches wie chloriertes Polyethylen verwendet werden.
Der Polymerisationsgrad n (Anzahl der Verbindungen sich wiederholender Einheit) des Phenolharzes und des halogenierten Phenolharzes betragen normalerweise 1–10 und vorzugsweise 3–6. Dies liegt daran, dass bei zu niedrigem Polymerisationsgrad die Reaktivität zu hoch ist (Vernetzungs reaktionsgeschwindigkeit ist zu hoch), dagegen ist bei zu hohem Polymerisationsgrad die Reaktivität zu gering (Vernetzungsgeschwindigkeit ist zu klein). Dadurch ist es schwierig, ein günstiges Ergebnis zu erzielen.
Als Harzvernetzungsmittel der vorliegenden Erfindung kann ein modifiziertes Alkylphenolharz, gebildet durch die Additionskondensation von sulfatiertem p-tertiärem Butylphenol und Aldehyden sowie Alkylphenolsulfidharz, verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden 1–20 Gewichtsteile des Harzvernetzungsmittels mit 100 Gewichtsteilen des Kautschuks (Polymergehalt), welcher EPDM-Kautschuk als Hauptkomponente enthält, vermischt. Es ist vorzuziehen, das 5–15 Gewichtsteile des zuerst Genannten mit 100 Gewichtsteilen des als zweites Genannten gemischt werden. Dies liegt daran, dass bei Zumischen einer Menge des Harzvernetzungsmittels von mehr als 20 Gewichtsteilen die Vernetzung exzessiv voranschreitet. Als Ergebnis davon wird eine vernetzte Kautschukzusammensetzung zu hart. Wenn die zugemischte Menge des Harzvernetzungsmittels weniger als 1 Gewichtsteil beträgt, wird die Kautschukzusammensetzung nicht vollständig vernetzt. Als Ergebnis davon wird es schwierig, der vernetzten Kautschukzusammensetzung Abriebbeständigkeit zu geben, und den Druckverformungsrest zu verringern.
Zinkcarbonat (ZnCO₃) ist ein Reaktionskatalysator des Harzvernetzungsmittels. Die oben beschriebene spezifizierte Menge des Harzvernetzungsmittels und 0,01–10 Gewichtsteile Zinkcarbonat (ZnCO₃) werden mit 100 Gewichtsteilen Kautschuk, welcher EPDM-Kautschuk als Hauptkomponente enthält, vermischt. Folglich ist die Vernetzungsgeschwindigkeit hoch, und es ist möglich, eine vernetzte Kautschukzusammensetzung mit einheitlich vernetzter Struktur in kurzer Zeit zu erhalten.
Daher ist es möglich, die vernetzte Kautschukzusammensetzung mit verbesserter mechanischer Festigkeit (verbesserter Abriebbeständigkeit oder verminderter Grad an Druckverformungsrest) mit einer hohen Produktivität herzustellen. Wenn die zugemischte Menge des Zinkcarbonats weniger als 0,01 Gewichtsteile beträgt, ist es unmöglich, die vorangehend beschriebene Wirkung zu erzielen. Wenn die zugemischte Menge des Zinkcarbonats mehr als 10 Gewichtsteile beträgt, wird die Vernetzungsgeschwindigkeit zu hoch. Folglich gibt es, zum Beispiel, beim Formen einer gekneteten Kautschukzusammensetzung mit einer geheizten Form im Spritzgußverfahren oder im Preßverfahren und deren Vernetzung, um eine vernetzte Kautschukzusammensetzung zu erhalten, die Möglichkeit, dass die Vernetzungsreaktion beginnt, bevor die Kautschukzusammensetzung in die Form gefüllt wird, ohne die Bildung eines Spalts zwischen der Form und der Kautschukzusammensetzung. In diesem Fall wird die Formung der Kautschukzusammensetzung defekt. Es gibt eine weitere Möglichkeit bei Verwendung des halogenierten Phenolharzes als Harzvernetzungsmittel, dass bei einem Kontakt von Metall mit der vernetzten Kautschukzusammensetzung (daraus geformtes Produkt) Korrosion auftritt durch das in der vernetzten Kautschukzusammensetzung verbleibende Halogen. Die Verwendung des Zinkcarbonats mit 0,01–10 Gewichtsteilen verhindert das Auftreten dieser Nachteile. Folglich ist es vorteilhaft 0,1–8 Gewichtsteile Zinkcarbonat zuzumischen, noch weiter vorzuziehen ist das Mischen mit 1–5 Gewichtsteilen davon mit 100 Gewichtsteilen des Kautschuks (Polymergehalt), welcher den EPDM-Kautschuk als seine Hauptkomponente enthält.
Wenn der EPDM-Kautschuk ölgestreckt wird, so sind die vorangehend beschriebenen Mischmengen jeweils des Harzvernetzungsmittels und des Zinkcarbonats die Mischmengen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polymergehalt des gesamten Kautschuks, bestimmt durch Subtraktion des Ölgehalts vom ölgestreckten Kautschuk.
Vorzugsweise enthält der Kautschuk, den EPDM-Kautschuk als seine Hauptkomponente enthaltend (Polymergehalt), 50 Gew.-% oder mehr davon, weiter vorzuziehen sind 80 Gew.-% oder mehr, am meisten bevorzugt werden 95 Gew.-% oder mehr. Wenn der Kautschuk 50 Gew.-% oder mehr EPDM-Kautschuk enthält (Polymergehalt), ist es möglich, der vernetzten Kautschukzusammensetzung eine geeignete Ozonbeständigkeit zu übertragen. Die Dien-Komponente des EPDM-Kautschuks ist nicht auf eine bestimmte Komponente begrenzt, es können Ethylidennorbornen (ENB) und Dicyclopentadien (DCPD) verwendet werden.
Außer dem EPDM-Kautschuk können die folgenden Kautschuks zur Bildung der vernetzten Kautschukzusammensetzung eingesetzt werden: Butylkautschuk, Butadienkautschuk (BR), Isoprenkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Chloroprenkautschuk (CR), Naturkautschuk (NR), chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk (CSM), Copolymerkautschuk aus Epichlorhydrin und Ethylenoxid (CIIC), Homopolymerkautschuk aus Epichlorhydrin (CHR), hydrierter Nitrilkautschuk (NBR), chloriertes Polyethylen, Urethankautschuk, Mischung aus Siliconkautschuk und Ethylen-Propylenkautschuk, 1,2-Polybutadien, Acrylnitril-Butadienkautschuk, Ethylen-Propylenkautschuk (EPM), Acrylkautschuk sowie chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk. Diese Kautschuks können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Um die Härte der vernetzten Kautschukzusammensetzung zu verringern, darf die vernetzte Kautschukzusammensetzung Weichmacher wie Öl und weichmachende Zusatzstoffe enthalten. Als Öl kann Mineralöl (wie Paraffinöl, naphthenisches Öl, aromatisches Öl), synthetisches Öl, bestehend aus Kohlenwasserstoffoligomer oder Prozeßöl verwendet werden. Als synthetisches Öl kann das Oligomer eines α-Olefins, Oligomer von Buten oder das Oligomer von Ethylen und α-Olefin genutzt werden. Amorphes Oligomer aus Ethylen und α-Olefin ist bevorzugt günstig. Als Weichmacher kann beispielsweise Dioctylphthalat (DOP), Dibutylphthalat (DBP), Dioctylsebacat (DOS) oder Dioctyladipat (DOA) verwendet werden.
Wenn die vernetzte Kautschukzusammensetzung Öl enthält, werden davon 1–200 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Kautschuk eingesetzt. Wenn die vernetzte Kautschukzusammensetzung den Weichmacher enthält, werden davon 1–20 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Kautschuk eingesetzt.
Bei Verwendung des ölgestreckten Kautschuks als Teil oder als Gesamtmenge des Kautschuks, wird das Öl im ölgestreckten Kautschuk als Weichmacher. Daher kann bei Verwendung des ölgestreckten Kautschuks die Härte der vernetzten Kautschukzusammensetzung ohne das Öl oder den Weichmacher gesenkt werden. Es erübrigt sich anzumerken, dass das Öl oder der Weichmacher dem Kautschuk zusätzlich zum ölgestreckten Kautschuk zugesetzt werden können.
Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit der vernetzten Kautschukzusammensetzung darf diese, wenn nötig, Füllstoff enthalten. Als Füllstoff kann man Pulver verwenden wie Siliciumdioxid, Ruß, Ton, Talk, Calciumcarbonat, zweiwertiges Phosphit (DLP), basisches Magnesiumcarbonat sowie Aluminiumoxid. Es ist vorzuziehen, dass die Kautschukzusammensetzung weniger als 10 Gew.-% Füllstoff, bezogen auf die gesamte Kautschukzusammensetzung, enthält. Dies liegt daran, dass die Mischung des Füllstoffs mit der Kautschukzusammensetzung effektiv die Zug- und Reißfestigkeit des Kautschuks verbessert, aber die Verwendung einer sehr großen Menge davon verringert seine Biegsamkeit erheblich.
Zusätzlich zu den vorangehend beschriebenen Mischbestandteilen kann die vernetzte Kautschukzusammensetzung nach Notwendigkeit ein Antioxidationsmittel und ein Wachs enthalten. Als Antioxidationsmittel können die folgenden Stoffe verwendet werden: Imidazole wie 2-Mercaptobenzoimidazol; Amine wie Phenyl-α-naphthylamin, N,N'-Di-β-naphthyl-p-phenylendiamin sowie N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiamin und Phenole wie Di-tert-butyl-p-kresol, styrolisiertes Phenol.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird hergestellt, indem Kautschuk, EPDM-Kautschuk als Hauptkomponente enthaltend, ein Harzvernetzungsmittel, Zinkcarbonat und Mischbestandteile, verwendet wenn nötig, geknetet werden und das geknetete Material davon vernetzt wird. Das Kneten wird mittels eines bekannten Verfahrens durchgeführt. Zum Beispiel wird bevorzugt geknetet bei 80°C–150°C während 5–20 Minuten mit einer bekannten Kautschuk-Knetvorrichtung wie einer Gummiwalze oder einem Banbury-Mischer. Die vernetzte Kautschukzusammensetzung wird durch Formen des gekneteten Materials zu einer Form, geeignet für ein gewünschtes Produkt, vor der Vernetzung oder während das geknetete Material vernetzt wird, verwendet. Das geknetete Material wird zum Beispiel in die Form einer Walze, einer Platte, eines Schlauchs oder eines Rings mittels Strangpressen, Spritzgießen oder Pressformen geformt. Das geknetete Material kann vor oder nach dem Formen oder, um Betriebszeit zu sparen, während des Formens vernetzt werden.
Zwar können die Vernetzungstemperatur und die Vernetzungsdauer gemäß dem Harzvernetzungsmittel variiert werden, aber normalerweise wird das geknetete Material bei 150°C–180°C und während 5–40 Minuten vernetzt.
Zum Beispiel wird bei der Herstellung einer Papierzufuhrwalze für eine bildgebende Einrichtung durch ein Verfahren der Vernetzung des gekneteten Materials nach dem Formen, siehe 1, ein Stab S in ein hohles, walzenförmiges Produkt R eingeführt, hergestellt durch Formen des gekneteten Materials. Dann wird der Stab S drehbar mittels eines unterstützenden Bauteils C befestigt. Während das walzenförmige Produkt R mit vorher bestimmter Geschwindigkeit um den Stab S rotiert, wird es mit Elektronenstrahlen bestrahlt, welche eine vorher bestimmte Absorptionsdosis haben, emittiert von einer Elektronenstrahlquelle E, um die Oberfläche des walzenförmigen Produkts R vorzuvulkanisieren. Danach wird das walzenförmige Produkt R in eine Vulkanisiertrommel gesteckt, um das ganze geformte walzenförmige Produkt R zu vulkanisieren.
Bei der Herstellung der Papierzufuhrwalze des bildgebenden Gerätes mittels eines Verfahrens, worin das geknetete Material gleichzeitig geformt und, vernetzt wird, wird eine Form der gewünschten Walzenform erhitzt; ein vorgeformtes Produkt aus dem gekneteten Material wird in die vorgeheizte Form gefüllt, und das vorgeformte Produkt wird formgepresst (Pressformen). In diesem Fall beginnt die Vernetzung des gekneteten Materials gleichzeitig mit dem Befüllen des vorgeformten Produkts in die geheizte Form und endet vor der Fertigstellung des Formprozesses. Weiter wird die Form mit der gewünschten Walzenform erhitzt, und das geknetete Material wird in die Form eingespritzt. In diesem Fall beginnt die Vernetzung des gekneteten Materials am Punkt des Vorheizens des gekneteten Materials, bevor die Einspritzung des gekneteten Materials in die Form durchgeführt wird, und endet vor der Fertigstellung des Formprozesses.
Wenn die Papierzufuhrwalze der bildgebenden Vorrichtung aus der vernetzten Kautschuk zusammensetzung der vorliegenden Erfindung geformt wird, kann sie als Papierzufuhrwalze, als Papierförderwalze sowie als Papierabgabewalze, positioniert am Ende einer Fixierungseinrichtung genutzt werden. Ein ausgeprägter Effekt kann mit der Papierzufuhrwalze erzielt werden, wenn sie als Papierabgabewalze verwendet wird, da diese durch die Fluktuation ihres Reibungskoeffizienten in der Leistung als Papierbereitsteller stark beeinflusst wird, und ihre papierbereitstellende Leistung lange Zeit erhalten soll.
Die 2 zeigt eine Zufuhrwalze, geformt aus der vernetzten Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, die als Papierzufuhrwalze einer elektrostatischen Kopiereinrichturg verwendet wird. Ein Stab 2 wird in die Mitte einer Kautschukwalze 1 gegenüber einer Fläche 3 eingeführt. Wenn der Stab 2 in der mit einem Pfeil gezeigten Richtung rotiert, rotiert die Kautschukwalze 1 in dieser Richtung, wodurch ein Blatt Papier 4, welches sich nah an der Kautschukwalze 1 befindet, in den Spalt zwischen ihr und der Lagefläche 3 gerollt wird, und somit wird das Papier 4 dem Inneren der Kopiereinrichtung bereitgestellt.
Die 3 zeigt einen Zustand, bei dem die Papierzufuhrwalze, geformt aus der vernetzten Kautschukzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, als Papierzufuhrwalze (obere Walze und untere Walze) einer elektrostatischen Kopiereinrichtung verwendet wird, Papierblätter für das Innere dieser Einrichtung bereitstellend, indem ein Blatt Papier von den anderen Papierblättern getrennt wird. Ein Stab 2 wird in die Mitte einer unteren Kautschukwalze 10a eingeführt. Ein Drehmoment 11 wird auf die untere Kautschukwalze 10a und den Stab 2 in Gegenrichtung zu einer Papierzufuhrrichtung dauerhaft angelegt. Der Stab 2 wird in die Mitte einer oberen Kautschukwalze 10b eingeführt. Die obere Kautschukwalze 10b wird aufgrund der Rotation des Stabs 2 in der von Pfeil A gezeigten Richtung rotiert. Wenn die obere Kautschukwalze 10b in der von Pfeil A gezeigten Richtung rotiert, wird ein Blatt Papier 13, welches oben auf einem Papierstapel 12 liegt, vom nächstliegenden Papierblatt getrennt, da das Drehmoment 11 auf die untere Kautschukwalze 10a angelegt wird. Darm passiert das Papier 13 den Spalt zwischen der oberen Kautschukwalze 10b und der unteren Kautschukwalze 10a und wird dem Inneren des Kopiergeräts verfügbar gemacht.
Als der Stab 2 wird eine runde, aus Metall oder Harz hergestellte Stange verwendet. Der Stab 2 wird in eine durchgehende Öffnung der Kautschukwalze 10a (10b) eingeführt. Zwischen dem Stab 2 und der Kautschukwalze 10a (10b) darf eine haftfähige Schicht gebildet werden. In diesem Fall beträgt die Dicke der Kautschukwalze 10a (10b) vorzugsweise 0,5 mm–20 mm. Dies liegt daran, dass sie bei einer Dicke von weniger als 0,5 mm nicht genügend elastisch ist, und somit wird sich ihre Papierzufuhrleistung innerhalb kurzer Zeit verschlechtern.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend bezugnehmend auf Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
[Erstes Experiment]
Vernetzte Kautschukzusammensetzungen aus den ersten bis siebten Beispielen und den ersten bis fünften Vergleichsbeispielen, wobei jede die in Tabelle 1 gezeigte Zubereitungsform hatte, wurden hergestellt. Kautschukwalzen zur Verwendung in einem Papierfördertest und Kautschukplatten zur Verwendung in einem Anlauftest wurden aus den vernetzten Kautschukzusammensetzungen geformt. Zahlenwerte der Substanzen sind Gewichtsteile.
Ein hoch-cis-ständiger Butadienkautschuk BR11 (Handelsname), hergestellt von der Nippon Gossei Gomu Co. Ltd., wurde verwendet.
Als ölgestreckter EPDM-Kautschuk wurde KELTAN509 x 100 (Handelsname), bestehend aus Paraffinöl-gestrecktem EPDM-Kautschuk, hergestellt von Idemitsu DSM Co. Ltd., verwendet.
Als halogeniertes Alkylphenolharz wurde Tacky Roll 25 (hergestellt durch Additions-Kondensations-Reaktionen von halogeniertem Alkylphenol und Formaldehyd, Zahl der Kohlenstoffatome der Alkylgruppe des Alkylphenols: 5, Polymerisationsgrad: 4), hergestellt von der Taoka Kagaku Co. Ltd., verwendet.
Zinkcarbonat (ZnCO₃), hergestellt von der Sakai Kagaku Co. Ltd., wurde verwendet.
Schwefel, hergestellt von Tsurumi Kagaku Co. Ltd., wurde eingesetzt.
Als Vulkanisationsbeschleuniger wurden KnocksellerM (Handelsname) sowie KnocksellerTET (Handelsname), hergestellt von Ouchi Shinko Kagaku Co. Ltd., verwendet. KnocksellerM besteht aus Mercaptobenzothiazol. KnocksellerTET besteht aus Tetraethylthiuram-disulfid.
Der ölgestreckte EPDM-Kautschuk (KELTAN509 x 100) enthält 100 Gewichtsteile Prozeßöl auf 100 Gewichtsteile eines Polymergehalts. Daher ist die Hälfte jedes der Werte, die bei den Bestandteilen der ölgestreckten EPDM-Kautschuks gezeigt werden, der Gewichtsteil des Polymergehalts.
Alle Stoffe wurden mit einer Rührmaschine (55L Kneter) bei 100°C während 45 Minuten geknetet. Das erhaltene geknetete Material wurde formgepresst und während 30 Minuten bei 160°C und einem Druck von 196,1 N/cm² (20 kgf/cm²) vernetzt. Resultierend daraus wurden Kautschukwalzen mit einem Außendurchmesser von 20 mm, einem Innendurchmesser von 9 mm und einer Breite von 10 mm hergestellt.
Die gekneteten Materialien wurden formgepresst und während 20 Minuten bei 160°C und einem Druck von 980,6 N/cm² (100 kg/cm²) vernetzt. Resultierend daraus wurden Kautschukplatten mit je einer Länge von 100 mm, einer Breite von 100 mm und einer Dicke von 2 mm hergestellt.
Die folgenden Tests wurden mit jedem Probestück der Beispiele und Vergleichsbeispiele durchgeführt.
[Form-Verarbeitbarkeit]
Unter Verwendung eines Vulkanisationstestgerätes vom Vibrationstyp (Cure-Elastometer, v-Typ, hergestellt von Shimazu Seisakusho) wurden die Proben (geknetetes Material) bei einer Temperaturbedingung von 170°C vernetzt; Formen der Probestücke: Durchmesser 44 mm × Dicke 2 mm, Amplitudenwinkel ±1°, Zyklus 100 U/min (100 Umdrehungen pro Minute); gemessen wurde die Belastungsantwort (Drehmoment) auf Vibrationen , die an jedem Probestück angelegt wurden. Wie in der 4 gezeigt wird, wurde eine Drehmomentkurve (Vernetzungskurve) in einem Graphen gezeichnet, in welchem die Abszisse die Zeit und die Ordinate der Drehmomentwert sind. Ein maximaler, nach Vollendung der Vernetzung gemessener Drehmomentwer wird mit Tmax bezeichnet. Eine Zeitdauer t₁₀ (Minuten), die benötigt wird, damit der Drehmomentwert T10 = Tmax × 0,1 erreicht wird, wurde ab Beginn der Vernetzung gemessen. Basierend auf der Zeitdauer t₁₀ wurde jede Probe bewertet.
Die Zeitdauer t₁₀ beschreibt die Geschwindigkeit der Vernetzungsreaktion. Wenn die Zeitdauer t₁₀ zu klein ist, das heißt, die Vernetzungsreaktion zu schnell ist, wird beim Formen und Vernetzen des gekneteten Materials in der Form die Vernetzung vor Einfüllen des gekneteten Materials in die Form beginnen. Als Ergebnis davon werden die gekneteten Materialien wahrscheinlich fehlerhaft geformt sein.
Wenn die Zeitdauer t₁₀ zu groß ist, ist die Vernetzungsreaktion zu langsam, das heißt, es dauert zu lange, das geknetete Material zu vernetzen. Folglich wird die Vernetzungsreaktion bei niedrigem Produktivitätsgrad laufen.
Wenn die Vernetzungsdauer zugunsten hoher Produktivität verringert wird, wird das geknetete Material unzureichend vernetzt. Als Ergebnis davon hat die Kautschukzusammensetzung einen geringen Festigkeitsgrad und ihre Abriebbeständigkeit und andere ihrer Eigenschaften verschlechtern sich.
Im ersten Experiment, in welchem die Kautschukwalzen durch Pressformen in der vorangehend beschriebenen Bedingung geformt werden, ist der geeignete Bereich für die Zeitdauer t₁₀ 0,3– 1,0 Minuten. In diesem Bereich schreitet die Vernetzung in ausreichendem Grad voran, ohne das fehlerhaftes Formen auftritt. Folglich ist es möglich, geformte Produkte mit einem hohen Grad mechanischer Festigkeit unter hoher Reproduzierbarkeit, zu formen.
[Härtemessungstest]
Die Härte jeder Kautschukwalze wurde mit einem Härtemeter A-Typ von JIS-K-6301 gemessen.
[Abriebbeständigkeitstest]
Ein Papierdurchlauftest wurde bei einer Temperatur von 23°C und einer Feuchtigkeit von 55% mit einer Kautschukwalze, eingebaut in ein kommerziell erwerbbares Kopiergerät, durchgeführt. Im Test wurden 100 000 Papierblätter (PPC-Papier, hergestellt von Fuji Xerox Office Supply Co., Ltd.) der Größe A4 während 5 Stunden durch die Kautschukwalze geführt. Die Abriebmenge (mg) jeder Kautschukwalze wurde durch Messung ihres Gewichts vor und nach dem Papierdurchlauftest berechnet.
[Test zur Messung des Reibungskoeffizienten]
Im Papierdurchlauftest wurde der Reibungskoeffizient jeder Kautschukwalze mittels eines in 5 gezeigten Verfahrens gemessen. Das heißt, dass, wie in der 5 gezeigt, eine Papierladung von 250 g (schwarzer Pfeil in der 5) einem Rotationsstab 22 von einer Kautschukwalze 21 bereitgestellt wurde, indem PPC-Papier 24, Größe A4, aus einer Ladezelle 25 zwischen eine Kautschukwalze 21 und eine Platte 23 geschoben wurde. Die Kautschukwalze 21 wurde mit einer Geschwindigkeit von 300 mm/Sekunde in der von einem Pfeil (a), durchgezogene Linie, gezeigten Richtung bei Bedingungen von 23°C und 55% Feuchtigkeit rotiert. Eine in die Richtung von einem weißen Pfeil gezeigte gerichtete Kraft F (g) wurde von der Ladezelle 25 vor und nach Bereitstellung einer bestimmten Menge Papier für die Kautschukwalze 21 gemessen. Unter Verwendung der nachfolgend gezeigten Gleichung wurde der Reibungskoeffizient der Kautschukwalze 21 aus dem gemessenen Wert F (g) und der Ladung W (250 g) bestimmt.
[Gleichung 1]
ν = F(g)/W(g)
Um die Änderung des Reibungskoeffizienten unter Alterung zu bestimmen, wurde kein Papierzufuhrtest nach Messung des initialen Reibungskoeffizienten durchgeführt. Die Kautschukwalze wurde der Umgebungsluft bei 23°C und einer Feuchtigkeit von 55% ausgesetzt, um ihren Reibungskoeffizienten mit der gleichen, wie vorangehend beschriebenen Methode zu messen, nachdem sie der Umgebungsluft einen Monat, drei Monate sowie sechs Monate ausgesetzt war.
[Anlauf-Test]
Jede Kautschukwalze wurde während sechs Monaten bei 23°C und einer Feuchtigkeit von 55% gelagert, um visuell zu inspizieren, ob auf ihrer Oberfläche Ablagerungen erschienen sind. Die Note O in Tabelle 1 bedeutet, dass keine Ablagerung auf der Oberfläche der Kautschukwalze gefunden worden ist und sie somit exzellent war; die Note Δ bedeutet, dass eine kleine Menge Ablagerung oberflächlich festgestellt wurde, aber dadurch entstehen keine Probleme mit der Kautschukwalze, und die Note X bedeutet, das eine große Menge Ablagerungen darauf festgestellt wurde und somit die Kautschukwalze schlecht war.
[Ozonbeständigkeitstest]
Jede Kautschukwalze wurde vier Tage bei 40°C, einer Feuchtigkeit von 10% und einer Ozonkonzentration von 50 pphm gelagert, um visuell zu inspizieren, ob die Kautschukwalze Sprünge aufweist.
Die Note O in Tabelle 1 bedeutet, dass die Kautschukwalze keine Sprünge zeigt und somit exzellent war; die Note Δ bedeutet, das die Kautschukwalze etwas gesprungen war, aber keine Probleme verursacht, und die Note X bedeutet, dass die Kautschukwalze stark gesprungen war und somit schlecht war.
Die Tabelle 1 zeigt das Ergebnis jeden Tests.
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt, haben die vernetzten Kautschukzusammensetzungen aller Beispiele eine überragende Formbarkeit (t₁₀ liegt im Bereich von 0,3–1,0 Minuten), und es wurde kein Anlaufen auf den daraus geformten Produkten (Kautschukplatten) festgestellt. Die Kautschukwalzen der Beispiele hatten vergleichsweise niedrige Härten und waren von überragenden Abriebbeständigkeiten. Das heißt, dass sie hohe Reibungskoeffizienten während langer Zeit aufrecht erhielten. Somit zeigten sie bevorzugte Papierzufuhreigenschaften. Weiterhin traten keine Verringerungen der Reibungskoeffizienten im Laufe der Zeit ein. Betreffend ihre Ozonbeständigkeiten, wurden Sprünge auf der Oberfläche der Kautschukwalze des dritten Beispiels festgestellt, welche 40 Gew.-% EPDM-Kautschuk von der Gesamtkautschukkomponente enthält. Der Grad der Sprungbildung war jedoch so gering, dass er zu vernachlässigen war. In den Kautschukzusammensetzungen der anderen Beispiele, 50 Gew.-% oder mehr EPDM-Kautschuk enthaltend, hatten die Kautschukwalzen keine Sprünge auf ihren Oberflächen, und somit hatte jede eine bevorzugte Ozonbeständigkeit.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des ersten Vergleichsbeispiels wurde durch Vernetzen die gekneteten Materials mit Schwefel und einem Vulkanisationsbeschleuniger, ohne Verwendung eines Harzvernetzungsmittels, geformt. Die benötigte Zeit (t₁₀ = 1,8 Minuten) für die Vernetzungsdauer im ersten Vergleichsbeispiel war länger, als die in jedem Beispiel benötigte. Anlaufen trat in hohem Maße bei dem geformten Produkt aus dem ersten Vergleichsbeispiel auf. Weiterhin hat sich dir Reibungskoeffizient der Kautschukwalze nach Durchlauf von 100 000 Blatt Papier und mit längerer Zeitdauer stark verschlechtert.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des zweiten Vergleichsbeispiels wurde nach gleichem Rezept, wie die des ersten Beispiels hergestellt, außer dass Zinkcarbonat im zweiten Vergleichsbeispiel nicht verwendet wurde. Die Vernetzungszeit (t₁₀ = 1,5 Minuten), die im zweiten Vergleichsbeispiel benötigt wurde, war länger, als die in jedem Beispiel benötigte. Der Reibungskoeffizient der Kautschukwalze verschlechterte sich in vergleichsweise geringem Grad, nachdem 100 000 Papierblätter durchgelaufen waren und im Laufe der Zeit. Nachdem 100 000 Papierblätter durchgelaufen waren, war die Oberfläche der Kautschukwalze in hohem Maße abgenutzt. Somit war es schwierig, sie für mehr als 100 000 Blatt Papier zu verwenden.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des dritten Vergleichsbeispiels wurde nach gleichem Rezept, wie die des ersten Beispiels hergestellt, außer dass die zugesetzte Menge an Zinkcarbonat 15 Gewichtsteile betrug. Da die zugesetzte Menge des Zinkcarbonats so groß war, war die Zeit (t₁₀ = 0,1 Minuten) zu kurz. Daher war eine fehlerhafte Formung des gekneteten Materials wahrscheinlich.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des vierten Vergleichsbeispiels wurde nach gleichem Rezept, wie die des ersten Beispiels hergestellt, außer dass die zugesetzte Menge des halogenierten Alkylphenols 0,5 Gewichtsteile betrug. Da die zugesetzte Menge des halogenierten Alkylphenols so klein war, dass das geknetete Material nur unzureichend vernetzt wurde, wurde damit die Abriebbeständigkeit der Kautschukwalze schlecht. Somit wurde die Oberfläche der Kautschukwalze nach dem Durchlauf von 100 000 Papierblättern stark abgenutzt. Es wurde damit schwierig, sie für mehr als 100 000 Blatt Papier zu verwenden.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des fünften Vergleichsbeispiels wurde nach gleichem Rezept, wie die des ersten Beispiels hergestellt, außer dass die zugesetzte Menge des halogenierten Alkylphenols 22 Gewichtsteile betrug. Da die zugesetzte Menge des halogenierten Alkylphenols größer als 20 Gewichtsteile war, wurde das geknetete Material exzessiv vernetzt, und daher war die Härte der Kautschukwalze sehr hoch. Somit war der initiale Reibungskoeffizient der Kautschukwalze gering.
[Zweites Experiment]
Vernetzte Kautschukzusammensetzung des achten bis 17. Beispiels und des sechsten bis 10. Vergleichsbeispiels, jede mit dem in der Tabelle 2 gezeigten Rezept, wurden vorbereitet. Ein plattenförmiges Kautschukteil zur Verwendung in den Tests wurde aus der vernetzten Kautschukzusammensetzung für jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele hergestellt. Zahlenwerte der Stoffe sind Gewichtsteile.
Als ölgestreckter EPDM-Kautschuk wurde Esprene 670F (Handelsname), bestehend aus ENB EPDM-Kautschuk, hergestellt von Sumitomo Kagaku Kogyo Co. Ltd., verwendet.
Als nicht-ölgestreckter EPDM-Kautschuk wurde Esprene 505A (Handelsname), bestehend aus ENB- nicht ölgestrecktem-EPDM-Kautschuk, hergestellt von Sumitomo Kagaku Kogyo Co. Ltd., verwendet.
Als hochständiger-cis-Butadienkautschuk wurde BR11 (Handelsname), hergestellt von Nippon Gosei Gomu Co. Ltd., verwendet.
Als das halogenierte Alkylphenolharz wurde Tacky Roll 250III (hergestellt durch Additions-Kondensations-Reaktionen von halogeniertem Alkylphenol und Formaldehyd, Zahl der Kohlenstoffatome der Alkylgruppe des Alkylphenols: 5, Polymerisationsgrad 4), hergestellt von Taoka Kagaku Co. Ltd., verwendet.
Zinkcarbonat (ZnCO₃), hergestellt von Sakai Kagaku Co. Ltd. wurde eingesetzt.
Als Magnesiumoxid (MgO) wurde Kyowamagu (Handelsname), hergestellt von Kyowa Kagaku Co. Ltd., verwendet.
Calciumhydroxid, hergestellt von Inoue Sekkai Co. Ltd., wurde verwendet.
Ruß, hergestellt von Mitsubishi Kagaku Co. Ltd., wurde verwendet.
Schwefel, hergestellt von Tsurumi Kagaku Co. Ltd., wurde verwendet.
Als Vulkanisationsbeschleuniger wurden KnocksellerM (Handelsname) und KnocksellerTET (Handelsname), hergestellt von Ouchi Shinko Kagaku Co. Ltd., eingesetzt. KnocksellerM besteht aus Mercaptobenzothiazol, KnocksellerTET besteht aus Tetraethylthiuram-disulfid.
Der ölgestreckte EPDM-Kautschuk (Esprene 670F) enthält 100 Gewichtsteile Prozeßöl pro 100 Gewichtsteile Polymergehalt. Daher ist die Hälfte jedes der dargestellten Werte beim Bestandteil des ölgestreckten EPDM-Kautschuks der Gewichtsteil des Polymergehalts.
Alle Materialien wurden mit einem Rührgerät geknetet (55L Kneter).
Jedes der erhaltenen gekneteten Materialien wurde in die Form einer Platte stranggepresst und in Plattenform formgepresst (170°C × 20 Minuten × Druck von 980,6 N/cm² (100 kgf/cm²)). Auf diese Weise wurde ein plattenförmiges Kautschukkomponententeil (20 mm × 30 mm × 2 mm) zur Verwendung in den Tests für jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele geformt. Beim Pressformen wurde jedes der gekneteten Materialien vernetzt.
Die folgenden Tests wurden für das plattenförmige Kautschukkomponententeil jedes der Beispiele und Vergleichsbeispiele durchgeführt.
[Formverarbeitbarkeit]
Ähnlich wie im ersten Experiment wurde eine Zeitdauer t₁₀ (Minuten), die benötigt wird, damit ein Drehmomentwert T10 = Tmax × 0,1 ab Beginn der Vernetzung erreicht wird, gemessen. Basierend auf der Zeitdauer t₁₀ wurde jede Probe bewertet.
Im zweiten Experiment, in welchem die plattenförmigen Kautschukkomponententeile mittels Pressformen unter der vorangehend beschriebenen Bedingung geformt werden, ist der geeignete Bereich für die Zeitdauer t₁₀ 0,3–2,0 Minuten. In diesem Bereich schreitet die Vernetzung in ausreichendem Maße voran, ohne dass fehlerhaftes Formen auftritt. Folglich ist es möglich, geformte Produkte mit einem hohen Grad mechanischer Festigkeit mit hoher Reproduzierbarkeit herzustellen.
[Härtemesstest]
Die Härte (Hs) jeder der plattenförmigen Kautschukkomponententeile wurde mit einem Feder-Härtetester (A-Typ) getestet.
[Test zur Messung des Druckverformungsrests]
Jede der plattenförmigen Kautschukkomponententeile wurde zu 25% bei 70°C während 22 Stunden komprimiert, bei jeder wurde eine bleibende Verformung (%) gemessen.
[Test zur Rostbildung auf Metall]
Eine Metalloberfläche, die mit dem plattenförmigen Kautschukkomponententeil in Kontakt kommen kann, wurde Sandstrahlen unterzogen. Dann wurde die Metalloberfläche mit dem plattenförmigen Kautschukkomponententeil kontaktiert und in einen Geer-Ofen zur Hitzealterung gestellt. Danach wurde jedes plattenförmige Kautschukkomponententeil aus dem Geer-Ofen genommen und ruhte während sieben Tagen bei normalen Temperaturen, um visuell jede Metalloberfläche auf Rostbildung zu kontrollieren.
[Anlauf-Test]
Jede Kautschukwalze wurde während sechs Monaten bei 23°C und einer Feuchtigkeit von 55% gelagert, um visuell zu inspizieren, ob sich auf ihren Oberflächen eine Ablagerung zeigte.
[Ozonbeständigkeitstest]
Die plattenförmigen Kautschukkomponententeile wurden um 10% verlängert und ruhten während 300 Stunden bei 40°C und einer Ozonkonzentration von 50 pphm, um visuell zu inspizieren, ob die Kautschukwalzen gesprungen sind.
Die Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse jedes Tests.
Tabelle 2
Wie die Tabelle 2 zeigt, haben die vernetzten Kautschukzusammensetzungen der achten bis 10. Beispiele und der 12. bis 17. Beispiele überragende Formbarkeit (t₁₀ liegt im Bereich von 0,3–1,0 Minuten). Weiterhin wurde kein Anlaufen der plattenförmigen Kautschukkomponententeile, die geformte Produkte (Kautschukplatten) der vernetzten Kautschukzusammensetzungen sind, festgestellt. Darüberhinaus hat jedes der plattenförmigen Kautschukkomponententeile einen geringen Druckverformungsrest. Weiterhin ist das Metall in Kontakt mit jeder der plattenförmigen Kautschukkomponententeile nicht gerostet, und zusätzlich hatten die plattenförmigen Kautschukkomponententeile eine überragende Ozonbeständigkeit. Das plattenförmige Kautschukkomponententeil des 11. Beispiels war zu einem geringeren Grad vernetzt und hatte einen höheren Grad an Druckverformungsrest, als die der anderen Beispiele, da es 0,01 Gewichtsteile Zinkcarbonat (ZnCO₃) enthielt, was weniger war als bei den plattenförmigen Kautschukkomponententeilen der anderen Beispiele. Der Grad der Vernetzung und der Druckverformungsrest bilden jedoch kein Problem. Das plattenförmige Kautschukkomponententeil des 11. Beispiels konnte das Rosten von Metall, welches mit ihm kontaktiert war, nicht verhindern.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des sechsten Vergleichsbeispiels wurde mit dem gleichen Rezept, wie die des achten Beispiels geformt, außer dass die Mischmenge des Zinkcarbonats 15 Gewichtsteile betrug. Da die zugemischte Menge Zinkcarbonat so groß war, war die Zeitdauer (t₁₀ = 0,2 Minuten) zu kurz. Somit wurde das geknetete Material fehlerhaft geformt.
Die vernetzten Kautschukzusammensetzungen der siebten und achten Vergleichsbeispiele wurden mit dem gleichen Rezept, wie die des achten Beispiels geformt, außer dass die Mischmengen jeweils des Magnesiumhydroxids und des Calciumhydroxids (Metallverbindungen anders als Zinkcarbonat) fünf Gewichtsteile betrug. Die metallischen Verbindungen haben, anders als Zinkcarbonat, keine Vernetzung ermöglicht. Somit wurde der Druckverformungsrest des plattenförmigen Kautschukkomponententeils, das das geformte Produkt war, größer als 25%.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des neunten Vergleichsbeispiels wurde mit dem gleichen Rezept, wie des 14. Beispiels geformt, außer dass die Mischmenge des halogenierten Alkylphenols 0,5 Gewichtsteile betrug. Da die Mischmenge des halogenierten Alkylphenols so klein war, blieb der Druckverformungsrest des plattenförmigen Kautschukkomponententeils, welches das geformte Produkt war, bei mehr als 25%.
Die vernetzte Kautschukzusammensetzung des zehnten Vergleichsbeispiels wurde mit dem gleichen Rezept, wie jene des 14. Beispiels geformt, außer dass die zugemischte Menge des halogenierten Alkylphenols 25 Gewichtsteile betrug.
Da die Mischmenge des halogenierten Alkylphenols so groß war, wurde die Zeitdauer (t₁₀ = 0,1 Minuten) zu kurz. Daher wurde das geknetete Material fehlerhaft geformt.
Wie aus dem vorangehend beschriebenen Aufbau deutlich wird, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine vernetzte Kautschukzusammensetzung zu erhalten, welche eine überragende Ozonbeständigkeit und einen geeigneten Biegsamkeitsgrad sowie einen hohen Grad mechanischer Festigkeit aufweist, ohne dass Anlaufen beim Mischen ihrer Inhaltsstoffe auftritt. Weiterhin ist es möglich, eine vernetzte Kautschukzusammensetzung zu erhalten, die die vorangehend genannten bevorzugten Eigenschaften hat, und die eine rostverhindernde Eigenschaft hat, die darin besteht, das Metall in Kontakt mit ihr nicht rostet.
Ein geknetetes Material wird geformt, um eine Papierzufuhrwalze für die Verwendung in einer elektrostatischen Kopiereinrichtung zu formen. Die Papierzufuhrwalze ist in der Lage, zuverlässig eine große Menge Papier zuzuführen. Weiterhin verschlechtert sich die Papierförderleistung der Papierzufuhrwalze unter Alterung nicht viel. Des weiteren wird das geknetete Material zu Kautschukprodukten für die industrielle und die tägliche Verwendung geformt, wie in elektrischen Teilen, Umhüllungen von elektrischen Drähten, Packungen, Dichtungen, wasserfesten Schichten und Schläuchen. Diese Kautschukprodukte sind beständig und wetterfest.
Darüber hinaus ist es möglich, das geknetete Material mit hoher Vernetzungsgeschwindigkeit, ohne dass unzureichende Vernetzung auftritt, und unter einheitlicher Vernetzung der gesamten Kautschukzusammensetzung, zu vernetzen. Somit ist es möglich, die vernetzte Kautschukzusammensetzung bei geringen Kosten herzustellen.

Claims

Vernetze Kautschukzusammensetzung, umfassend 100 Gewichtsteile Kautschuk, enthaltend Copolymerkautschuk aus Ethylen-Propylen-Dien (EPDM-Kautschuk) als Hauptkomponente davon; 1–20 Gewichtsteile eines Harzvernetzungsmittels; und 0,01–10 Gewichtsteile Zinkcarbonat.
Vernetzte Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Menge an Zinkcarbonat 0,1–8 Gewichtsteile beträgt.
Vernetzte Kautschukzusammensetzung nach Ansprüchen 1 oder 2, worin die Menge an Zinkcarbonat 1–5 Gewichtsteile beträgt.
Vernetzte Kautschukzusammensetzung nach Ansprüchen 1 oder 2, worin das Harzvernetzungsmittel Phenolharz oder halogeniertes Phenolharz ist.
Vernetzte Kautschukzusammensetzung nach Anspruch 4, worin das Harzvernetzungsmittel Alkylphenolharz oder halogeniertes Alkylphenolharz ist.
Vernetzte Kautschukzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Kautschuk 50 Gew.-% oder mehr Copolymerkautschuk aus Ethylen-Propylen-Dien (EPDM-Kautschuk) enthält.
Papierzufuhrwalze, gebildet aus einer vernetzten Kautschukzusammensetzung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Herstellung einer Papierzufuhrwalze, umfassend die Schritte: Durchkneten von 100 Gewichtsteilen Kautschuk, enthaltend Copolymerkautschuk aus Ethylen-Propylen-Dien (EPDM-Kautschuk) als dessen Hauptkomponente, 1–20 Gewichtsteile eines Harzvernetzungsmittels sowie 0,01–10 Gewichtsteile Zinkcarbonat; und Einfüllen des gekneteten Materials in eine Form zum Formen des gekneteten Materials in die Form einer Walze, während das geknetete Material vernetzt wird.