JP2006011453A - 定着器部材のためのアミノ−官能性シロキサンコポリマー離型剤 - Google Patents

定着器部材のためのアミノ−官能性シロキサンコポリマー離型剤 Download PDF

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Abstract

【課題】総合的な画像品質を改良することによって、定着器部材の寿命を延ばす定着器離型剤を提供する。
【解決手段】定着器部材は、基材1と、外側ポリマー層3と、外側ポリマー層の上の離型剤物質コーティングと、を含み、離型剤物質コーティングは、次の化学式を有するコポリマーを含む。
Figure 2006011453

コポリマーは、アミノプロピルメチルシロキシ基、またはN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルシロキシ基によって与えられるアミノ官能性を有してもよい。また、コポリマーは、トリアルキルシロキシ末端基を含んでもよい。
【選択図】図2

Description

本発明は、デジタル、イメージ・オン・イメージ、および接触静電印刷およびコピー装置、を含めた静電写真複製装置において有用な、定着器部材(fuser member(s))に関する。本発明は、それと共に液状離型剤または定着器オイルを有する定着器部材に関する。
高速カラー定着用途においては、環境条件への要請(demanding environmental conditions)、各種のレベルのトナー材料および添加剤への暴露、急速高温熱サイクルおよび各種媒体(media)の組成や重量など、に適合させるために、定着器部材表面を充分に覆っておく必要がある。そのような高速カラー定着システムにおいては、アミノシリコーン離型剤が典型的には使用されるが、その理由は、それらが、通常の定着器部材の構成成分組成物に使用されているフルオロエラストマー表面コーティングと充分に反応することが可能であるからである。定着器部材コーティングの性質、用紙の性質、トナー組成物および画像内容の間の、印刷システムのレベルのバランスと信頼性を保持するためには、故障モードにつながってその定着器部材が使用不可能となり、運転コストや維持コストを上げてしまうことになるような、特別なストレスがかかるケースの他、平均的な顧客の書類作成業務における混合故障モードに対して、堅牢性を有する(robust)離型流体(release fluid)を使用する必要がある。
ここで、それらの突発的な故障モードのいくつかの具体例を、概括する。電子写真定着システムにおけるストリッピングの故障とは、定着器の出口ニップを離れようとしている用紙が、ロール表面に付着したままで、その結果、用紙がフリーになってニップから放出される代わりに、定着器表面に付着して戻ってしまうような、故障と定義される。この故障は、定着器部材表面に塗布された離型剤が層の内部にまで分割されたことによる故障が原因であるか、または、定着器部材の表面に接触している画像が形成されたページの上のトナーが原因であって、その結果として、そのシートがニップを通過する際に、画像が形成されたページを、部材上に保持するような粘着力が生じている。これが起きると、用紙が長時間加熱され、トナーが定着器部材の表面と長時間接触したままになるので、回復不能な紙詰まり状態(jam situations)となる可能性あり、その場合、その定着器部材は、この特定の故障モードより先では使用することが不可能となる。高速カラー定着におけるオフセット故障の特徴は、未転写または未剥離の残存トナーが徐々に蓄積(gradual build−up)して、数千枚のコピーをすると、オイルの蓄積ゲル化(built−up gelation)が起きることである。これは、ストリッピングの故障とは異なった画像密度および画像条件下で観察され、また、定着器部材にとっての突発的な故障となる。コピー枚数が増えていって、ゲル化した定着器オイルおよびトナーからの物質の定着器表面上への蓄積が続き、その物質が遂にはあるレベルまで蓄積すると、それが次の画像にまで転写され、明らかな印刷品質の欠陥となってしまう。ロールの上の蓄積物質(built up material)が定在(location)するようになると、その欠陥を印刷物に転写し続けることになり、またそれを除去することが困難であるため、その故障の時点以降はその定着器部材は使用不可能となる。これらの故障モードそれぞれについて、加速試験を実施することは可能である。いくつかの場合においては、そのオフセットストリッピング欠陥は、ストリッピングストレス試験(stripping stress test)において起きる。しかしながら多くの場合、それぞれの加速ストレス試験は、それが試験目的としている故障モードにおける突発的な故障を示すにとどまる。したがって、異なった構造、製造方法および組成を有するシリコーン離型剤が、高速カラー定着用途におけるそれぞれの欠陥を軽減させるのに有用となるであろう、という可能性はある。
さらに、高速カラー用途において、顧客にとって好ましくない印刷物を与えるいくつかの印刷品質欠陥が観察される。印刷品質欠陥はいくつもあるが、その1つの例は、波状光沢(wavy gloss)と呼ばれているものである。波状光沢とは、単一の画像形成シートの中で、光沢度がランダムに変化する印刷品質欠陥である。この欠陥は、出現したりしなかったりすることがあるが、離型流体の性質と組成によって、出現レベルが変化する。
高速フルプロセスカラー定着には、3つの主な故障モード、すなわち、ストリッピング、高温オフセットおよび波状光沢がある。前の2つは、定着器の信頼性、基本的には定着器の寿命と紙詰まりに影響を与える。第3の故障モードは、光沢差による画像品質欠陥をもたらす。光沢差(differential gloss)というのは、単一の画像/ページの中の異なったスポットの間で、その光沢度に際だった違いがあるときに生じる現象である。通常これは、定着ロールまたはその他のハードウェアの上の、特徴的な摩耗パターンやその他の人為産物(artifacts)に伴って起きる。光沢差は典型的には、見かけ上明瞭な輪郭をもって現れる。波状光沢は波状であり、あるいは別の言い方をすれば、画像上のパターンの幅と長さが変化し、最も典型的な光沢差印刷産物(print artifacts)のようには、輪郭が明確ではない。
米国特許第4,101,686号明細書 米国特許第4,185,140号明細書 米国特許第5,157,445号明細書 米国特許第5,395,725号明細書 米国特許第5,512,409号明細書 米国特許第5,516,361号明細書 米国特許第5,531,813号明細書 米国特許第5,747,212号明細書 米国特許第6,183,929号明細書
したがって、フルオロエラストマー性定着器部材の外側層も含めた、ポリマー性の外側層のための、定着器部材に充分な濡れを与えることができる離型剤に対する具体的な必要性が存在する。紙のようなコピー用基材(copy substrate)との相互作用がほとんどあるいは全く無く、そのために、離型剤が、粘着剤や、紙のようなコピー基材に付着しているポストイット(POST−IT,登録商標)ノート(スリーエム(3M)社製)には関与しないような、定着器部材の離型剤が得られればさらに望ましい。そのオイルが、最終的なコピー基材に対するインキの付着を妨げなければ、さらに望ましい。さらに、その離型剤が、トナーの成分と反応しないのが望ましい。また、望ましくは、ゲル化(gelation)を抑制または無くすようなアミノ−官能性(amino−functional)離型剤を提供する。さらに、望ましくは、離型剤の広がり(spreading)を改良することによって、定着器部材の寿命を延ばすことを可能とするような離型剤を提供する。
さらに望ましい側面は、オフセット故障やストリッピング故障を減らし、紙詰まり回数を減らし、総合的な画像品質を改良することによって、定着器部材の寿命を延ばすような、定着器離型剤を提供することである。
本発明の定着器部材は、基材と、外側ポリマー層と、外側ポリマー層の上の離型剤物質コーティングと、を含み、離型剤物質コーティングは、次の化学式を有するコポリマーを含み、
Figure 2006011453
化学式中、AとBとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが−R−Xを表し、Rは、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し、Xは、−NH、または約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表すRを有する−NHRNH、を表し、RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、約1〜約25個の炭素を有するアルキルと、約4〜約10個の炭素を有するアリールと、アリールアルキルと、からなる群よりそれぞれ選択され、RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、約1〜約25個の炭素を有するアルキルと、約4〜約10個の炭素を有するアリールと、アリールアルキルと、約1〜約500個のシロキサン単位を有する置換ジオルガノシロキサン鎖と、からなる群よりそれぞれ選択され、bとcとは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、0≦b≦10および10≦c≦1,000および0≦f≦10の条件をそれぞれ満たすが、ただしbとcとfとは、同時に0であってはならず、dとd’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、2または3であり、eとe’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、0または1であり、d+e=3およびd’+e’=3であり、b+c+fは、約10〜約1,000である。
また、本発明の定着器部材において、コポリマーは、アミノプロピルメチルシロキシ基によって与えられるアミノ官能性を有する。
また、本発明の定着器部材において、コポリマーは、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルシロキシ基によって与えられるアミノ官能性を有してもよい。
また、本発明の定着器部材において、コポリマーは、トリアルキルシロキシ末端基を含んでもよい。
本発明の定着器部材は、定着器部材、加圧部材、染み込み(transfuse)部材または貫入(transfix)部材などとして使用することができる。実施の態様において、定着器部材は、ポリマーを含む外側層と、その上の液状離型剤とを含む。実施の態様において、その離型剤はアミノ官能性シロキサン離型剤である。実施の態様において、そのアミノ−官能性(amino−functional)シロキサン離型剤は、ペンダント官能性(pendant functional)アミノ基を含む。実施の態様において、1以上のアミノ−官能性離型剤をブレンド物として使用する。他の実施の態様において、アミノ−官能性離型剤は、アミノ−官能性離型剤物質のコポリマーを含む。
本明細書における実施の態様には、基材と、外側ポリマー層(polymeric layer)と、その外側ポリマー層の上の離型剤物質コーティングと、を含む定着器部材が含まれ、ここで前記離型剤物質コーティングには、次式を有するコポリマーが含まれ:
Figure 2006011453
ここで、AとBとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが−R−Xを表し、ここでRは、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し、Xは−NHまたは−NHRNHを表し、ここでRは、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有するアルキル、約4〜約10個の炭素を有するアリール、およびアリールアルキル(arylalkyl)、からなる群より選択され;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有するアルキル、約4〜約10個の炭素を有するアリール、アリールアルキル、および約1〜約500個のシロキサン単位を有する置換ジオルガノシロキサン鎖(diorganosiloxane chain)、からなる群より選択され;bとcとfとは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、0≦b≦10および10≦c≦1,000および0≦f≦10の条件を満たすが、ただしbとcとfとが同時に0であってはならず;dとd’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、2または3であり、そしてeとe’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、0または1であり、そしてd+e=3およびd’+e’=3、そしてb+c+fが約10〜約1,000であるという条件を満たす。
実施の態様にはさらに、基材と、フルオロエラストマーを含む外側ポリマー層と、その外側ポリマーフルオロエラストマー層の上の離型剤物質コーティングと、を含む定着器部材が含まれ、ここで前記離型剤物質コーティングは、次式を有するコポリマーを含み、
Figure 2006011453
ここでAとBとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが−R−Xを表し、ここでRは、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し、Xは−NHまたは−NHRNHを表し、ここでRは、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有するアルキル、約4〜約10個の炭素を有するアリール、およびアリールアルキル、からなる群より選択され;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有するアルキル、約4〜約10個の炭素を有するアリール、アリールアルキル、および約1〜約500個のシロキサン単位を有する置換ジオルガノシロキサン鎖、からなる群より選択され;bとcとfとは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、0≦b≦10および10≦c≦1,000および0≦f≦10の条件を満たすが、ただしbとcとfが同時に0であってはならず;dとd’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、2または3であり、そしてeとe’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、0または1であり、そしてd+e=3およびd’+e’=3、そしてb+c+fが約10〜約1,000であるという条件を満たす。
実施の態様にはさらに、記録媒体上に画像を形成させるための画像形成装置が含まれるが、それに含まれるのは、その上に静電潜像を受像する電荷保持性表面(charge−retentive surface);現像剤物質を前記電荷保持性表面に塗布して、前記静電潜像を現像させ、前記電荷保持性表面の上に現像された画像を形成させるための現像構成成分(development component);前記現像された画像を前記電荷保持性表面からコピー基材に転写する転写構成成分(transfer component);および、前記コピー基材に転写された現像画像を溶融させるための定着器部材構成成分(fuser member component)、であり、ここで、前記定着器部材には、基材と、外側ポリマー層と、その外側ポリマー層の上の離型剤物質コーティングと、が含まれ、ここで前記離型剤物質コーティングには、次式を有するコポリマーが含まれ:
Figure 2006011453
ここでAとBとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが−R−Xを表し、ここでRは、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し、Xは−NHまたは−NHRNHを表すが、ここでRは、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有するアルキル、約4〜約10個の炭素を有するアリール、およびアリールアルキル、からなる群より選択され;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有するアルキル、約4〜約10個の炭素を有するアリール、アリールアルキル、および約1〜約500個のシロキサン単位を有する置換ジオルガノシロキサン鎖、からなる群より選択され;bとcとは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、0≦b≦10および10≦c≦1,000および0≦f≦10の条件を満たすが、ただしbとcとfとが同時に0であってはならず;dとd’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、2または3であり、そしてeとe’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、0または1であり、そしてd+e=3およびd’+e’=3、そしてb+c+fが約10〜約1,000であるという条件を満たす。
本発明は、それと共に液状離型剤または定着器オイルを有する定着器部材に関する。この定着器部材は、アミノ−官能性離型剤を組み合わせた外側層を有している。本発明のアミノ−官能性離型剤により、カラー定着においてさえ、ゲル化を減少させるかまたは無くす(decrease or elimination of gelation)ことができる。本発明のアミノ−官能性離型剤は、外側定着表面と化学的な結合を形成し、更新可能な(renewable)剥離層を与え、それによって、定着させた画像が、高圧、高温の定着器ニップ(fuser nip)から出る際に、その定着器材の表面から自由に離脱する(detach)ことが可能となる。このアミノ−官能性離型剤は、高性能で高速のフルプロセス印刷プリンタ(high performance, fast and full process color printer)およびコピー機において特に有用である。アミノ−官能性離型剤によって、定着器部材の寿命が延び、それによって、コストの節約が可能となり、顧客の満足度が向上する。
図1を参照すると、典型的な静電写真複製装置においては、コピーされるオリジナルの光画像が、静電潜像の形で感光体部材の上に記録され、次いでその潜像を、通常トナーと呼ばれている、エレクトロスコピックな(electroscopic)熱可塑性樹脂粒子を塗布することによって、可視化する。具体的には、電源11から電圧を印加した帯電手段12を用いて、感光体(photorecepor)10を帯電させる。次いでその感光体を、レーザーや発光ダイオードのような、光学システムまたは画像入力装置13からの光により像様に(imagewise)露光させて、その上に静電潜像を形成させる。一般に、その静電潜像を、現像ステーション14からの現像剤混合物と接触させる(bringing)ことにより、現像する。現像は、磁気ブラシ、パウダー・クラウド(powder cloud)またはその他公知の現像法を使用して、実施することができる。乾式現像剤混合物には通常、摩擦電気的に(triboelectrically)付着させたトナー粒子をその上に有するキャリヤー粒状物(carrier granules)が含まれる。トナー粒子はキャリヤー粒状物から潜像に引きつけられて、その上にトナー粉の画像を形成する。別な方法として、液状現像剤材料を使用することも可能で、それには、トナー粒子をその中に分散させた液状キャリヤーが含まれる。その液状現像剤材料が、さらに静電潜像と接触して、トナー粒子がその上に、画像の形状(configuration)で付着(deposit)する。
その光導電性表面の上に、トナー粒子を画像の形状に付着させてから、トナー粒子は、転写手段15によりコピーシート16に転写されるが、その転写は加圧転写であっても、静電転写であってもよい。それとは別な方法で、現像された画像を中間転写部材またはバイアス転写部材に転写させ、その後でコピーシートに転写させることも可能である。コピー基材の例を挙げれば、紙や、ポリエステル、ポリカーボネートなどのような透明フィルム材料(transparency material)や、布や、木材や、あるいは、その上に最終的な画像を載せたい材料ならば何でもよい。
現像された画像の転写が済んでから、コピーシート16は、図1において定着ロール20と加圧ロール21で表されている定着ステーション19に進み(ただし、たとえば加圧ロールに接触させた定着ベルトや、加圧ベルトに接触させた定着ロールなどの、各種その他の定着部材構成部品(fusing components)も、本発明の装置において好適に使用することができる)、そこでは、コピーシート16を定着部材と加圧部材との間を通過させることによって現像された画像をコピーシート16に定着させ、それにより耐久性のある(permanent)画像を形成させる。別な方法として、転写や定着は、貫入法(transfix application)で実施することも可能である。
感光体10は、転写が済むと、クリーニングステーション17に進み、そこでは、感光体10の上に残っているトナーをすべて、(図1に示すような)ブレード22、ブラシ、またはその他のクリーニング装置を使用することによって、それから除く。
図2は、定着器部材の実施の態様の拡大概略図であって、各種の可能な層を示している。図2に見られるように、基材(substrate)1の上に任意の中間層2がある。中間層2は、たとえば、シリコーンゴムのようなゴムや、その他適当な材料とすることができる。任意の中間層2の上に外側層3が位置するが、この層には後述するようなポリマーが含まれる。外側層3の上にあるのが、最外部の液状のアミノ−官能性シロキサン離型剤層4である。
定着器システム部材の外側表面のポリマーの例としては、たとえば、フルオロエラストマーおよびヒドロフルオロエラストマーのようなフルオロポリマーが挙げられる。
具体的には、好適なフルオロエラストマーは、下記の特許に詳しく記述されているようなものである:米国特許第5,166,031号明細書、米国特許第5,281,506号明細書、米国特許第5,366,772号明細書および米国特許第5,370,931号明細書、さらには、米国特許第4,257,699号明細書、米国特許第5,017,432号明細書および米国特許第5,061,965号明細書。それらの特許に記載されているように、それらのエラストマーとしては、次のようなタイプのものがある:1)フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの2つのコポリマー(バイトン(VITON,登録商標)Aの商品名で知られているもの);2)フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびテトラフルオロエチレンのターポリマー(バイトン Bの商品名で知られているもの);および、3)フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンおよび硬化部位モノマー(cure site monomer)のテトラポリマー(バイトン GHおよびバイトン GFの商品名で知られているもの)。商業的に入手可能なフルオロエラストマーの例として、たとえば、バイトン A、バイトン B、バイトン E、バイトン E60C、バイトン E430、バイトン 910、バイトン GH;バイトン GF;およびバイトン ETPなど、各種の商品名で販売されているものが挙げられる。バイトン(VITON,登録商標)の名称は、イー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・インコーポレーテッド(E. I. DuPont de Nemours, Inc.)の登録商標である。硬化部位モノマーとしては、4−ブロモパーフルオロブテン−1(4−bromoperfluorobutene−1)、1,1−ジヒドロ−4−ブロモパーフルオロブテン−1、3−ブロモパーフルオロプロペン−1、1,1−ジヒドロ−3−ブロモパーフルオロプロペン−1、または、その他各種の好適な公知の硬化部位モノマーが使用できる。ここに列挙したものは、デュポン社の商品として入手可能である。フルオロエラストマーのバイトン GHおよびバイトン GFでは、フッ化ビニリデンの含有量は比較的低い。バイトン GFおよびバイトン GHには、約35重量パーセントのフッ化ビニリデン、約34重量パーセントのヘキサフルオロプロピレン、および約29重量パーセントのテトラフルオロエチレンに加えて、約2重量パーセントの硬化部位モノマーが含まれる。
その他の商業的に入手可能なフルオロポリマーとしては、フルオレル2170(FLUOREL 2170,登録商標)、フルオレル2174(FLUOREL 2174,登録商標)、フルオレル2176(FLUOREL 2176,登録商標)、フルオレル2177(FLUOREL 2177,登録商標)およびフルオレルLVS76(FLUOREL LVS 76,登録商標)などが挙げられるが、フルオレル(FLUOREL,登録商標)は3M・カンパニー(3M Company)の登録商標である。その他商業的に入手可能な材料としては、いずれも、3M・カンパニー(3M Company)から入手可能な、ポリ(プロピレン−テトラフルオロエチレン)であるアフラス(AFLAS,商標)およびポリ(プロピレン−テトラフルオロエチレンビニリデンフルオリド)であるフルオレルII(FLUOREL II,登録商標)(LII900)、さらにはテクノフロンズ(Tecnoflons)で、FOR−60KIR(登録商標)、FOR−LHF(登録商標)、NM(登録商標)、FOR−THF(登録商標)、FOR−TFS(登録商標)、TH(登録商標)、およびTN505(登録商標)(すべて、モンテジソン・スペシャルティ・ケミカル・カンパニー(Montedison Specialty Chemical Company)から入手可能)などが挙げられる。
その他のフルオロポリマーの例としては、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化エチレンプロピレン樹脂、パーフルオロアルコキシ(perfluoroalkoxy)、およびその他のテフロン(TEFLON,登録商標)様の材料、およびそれらのポリマーなどのフルオロプラスチック(fluoroplastics)またはフルオロポリマー、が挙げられる。
実施の態様においては、フルオロエラストマーは、ブレンドさせてもよいし、あるいは、非フッ素化エチレンまたは非フッ素化プロピレンと共重合させてもよい。
好適なシリコーンゴムとしては、高温加硫(HTV)シリコーンゴムおよび低温加硫(LTV)シリコーンゴムなどが挙げられる。それらのゴムは公知であって、商品として容易に入手可能であり、たとえば、シラスティック(SILASTIC,登録商標)735ブラックRTVおよびシラスティック 732RTV(いずれも、ダウ・コーニング(Dow Corning)から);および106RTVシリコーンゴムおよび90RTVシリコーンゴム(いずれも、ゼネラル・エレクトリック(General Electric)から)などが挙げられる。その他の好適なシリコーン材料としては、シロキサン(たとえばポリジメチルシロキサン);フルオロシリコーン、たとえば、シリコーンゴム552(バージニア州リッチモンドのサンプソン・コーティングズ(Sampson Coatings)から入手可能);液状シリコーンゴム、たとえば、ビニル架橋の(vinyl crosslinked)熱硬化性ゴム、またはシラノール室温架橋性原料(silanol room temperature crosslinked materials);などが挙げられる。また別な具体な例としては、ダウ・コーニングのシルガード(Sylgard)182がある。
外側層溶液の中の、溶液中でのポリマー化合物の量は、全固形分に対する重量パーセントとして、約10〜約25パーセント、または全固形分の約16〜約22重量パーセントである。本明細書で使用する「全固形分(total solids)」という用語には、ポリマー、(存在しているのならば)脱フッ化水素剤(dehydrofluorinating agent)および任意成分としての補助剤およびフィラーの量を含む。
定着剤の官能基のための固定部位(anchor sites)を与えるために、無機の粒状フィラーをポリマー外側層に組み合わせて使用することができる。好適なフィラーの例としては、たとえば、シリカのような無機フィラー、または金属、合金、金属酸化物、金属塩、またはその他の金属化合物のような金属含有フィラー、などが挙げられる。使用しうる金属の一般的なタイプとしては、周期律表の1b、2a、2b、3a、3b、4a、4b、5a、5b、6b、7b、8族の金属および希土類元素が挙げられる。たとえば、フィラーとしては、アルミニウム、銅、スズ、亜鉛、鉛、鉄、白金、金、銀、アンチモン、ビスマス、イリジウム、ルテニウム、タングステン、マンガン、カドミウム、水銀、バナジウム、クロム、マグネシウム、ニッケル、およびそれらの合金の酸化物を用いることができる。別の具体例としては、酸化アルミニウムおよび酸化第二銅(cupric oxide)の無機粒状フィラーが挙げられる。その他の例としては、シリカの他、補強用および非補強用それぞれの、焼成アルミナおよび板状アルミナも挙げられる。
本明細書における定着器部材の外側ポリマー表面層の厚みは、約10〜約250マイクロメートル、または約15〜約100マイクロメートルである。
本発明における所望の性質および性能目標(performance objectives)を達成するために、任意の中間接着層および/または中間ポリマーまたはエラストマー層を設けてもよい。この中間層は、基材と外側ポリマー表面との間に存在してもよい。好適な中間層の例としては、シリコーンゴムたとえば、室温加硫(room temperature vulcanization、RTV)シリコーンゴム、高温加硫(high temperature vulcanization、HTV)シリコーンゴム、および低温加硫(low temperature vulcanization、LTV)シリコーンゴム、が挙げられる。これらのゴムは公知であって、商品として容易に入手可能であり、たとえば、シラスティック 735ブラックRTVおよびシラスティック 732RTV(いずれも、ダウ・コーニングから);および106 RTVシリコーンゴムおよび90RTVシリコーンゴム(いずれも、ゼネラル・エレクトリックから)などが挙げられる。その他の好適なシリコーン材料としては、シロキサン(たとえばポリジメチルシロキサン);フルオロシリコーン、たとえば、シリコーンゴム552;液状シリコーンゴム、たとえば、ビニル架橋の熱硬化性ゴム、またはシラノール室温架橋性原料;などが挙げられる。また別な具体な例としては、ダウ・コーニングのシルガード 182がある。接着剤中間層は、たとえばエポキシ樹脂やポリシロキサンから選択することが可能である。
基材と中間層との間に接着層を設けることも可能である。中間層と外側層との間に接着層を設けることもまた可能である。中間層が無い場合には、接着層を介してポリマー外側層を基材に接合させることができる。
中間層の厚みは、約0.5〜約20mm、または約1〜約5mmである。
本明細書に記述される離型剤または定着器オイルは、たとえば送出しロール(delivery roll)のような、送達機構(delivery mechanism)を介することによって、定着器部材の外側層に供給される。その送出しロールは、定着器オイルまたは離型剤を入れた油溜めの中に部分的に浸漬されている。そのアミノ−官能性オイルは更新可能であって、離型オイルを油貯槽の中に入れておき、場合によっては離型剤ドナーロールの方法を用いることによって、必要に応じて定着ロールに供給するが、その量は約0.1〜約20mg/コピー、または約1〜約12mg/コピーとする。油溜めと、場合によってはドナーロールを用いて、定着器オイルを定着ロールに供給するシステムは、公知である。離型オイルは、定着器部材に、連続相として、または半連続相として存在させることができる。フィルムの形態の定着器オイルは、連続相であって、定着器部材を連続的に覆っている。
好適なアミノ−官能性離型剤物質の例としては、たとえば次式(化4)のような、ペンダントアミノ基および/または末端アミノ基を有するものが挙げられる:
Figure 2006011453
ここでAは−R−Xを表し、ここで、Rは、約1〜約10個の炭素、または約1〜約8個の炭素を有するアルキル基、たとえば、メチル、エチル、プロピルなどを表し、Xは、−NHまたは−NHRNHを表すがここでRは上記のRと同じであり;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有する、たとえばメチル、エチル、プロピル、ブチルなどのアルキル、約4〜約10個の炭素、または約6〜約8個の炭素を有する、たとえばシクロブチル、シクロペンチル、フェニルなどのアリール(aryl)、および、たとえばメチルフェニル、エチルフェニル、プロピルフェニルなどのアリールアルキルであり;Rは、RおよびRと同じであってもよいし、あるいは、約1〜約500個のシロキサン単位または約50〜約200個のシロキサン単位を有し、上記のRおよびRのところで定義したアルキル、アリールまたはアリールアルキルにより置換された、置換ジオルガノシロキサン鎖であってもよく;bとcとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、0≦b≦10または1≦b≦10、および10≦c≦1,000、および0≦f≦10または1≦f≦10であるが、bとcとfが同時に0となってはならない、という条件を満たしており;そして、dとd’とは、同一であっても異なっていてもよいが2または3であり、そして、eとe’とは、同一であっても異なっていてもよいが0または1であり、そしてd+e=3およびd’+e’=3という条件を満たす。
実施の態様においては、ペンダント基としては、モノ−アミノ、ジ−アミノ、トリ−アミノ、テトラ−アミノ、ペンタ−アミノ、ヘキサ−アミノ、ヘプタ−アミノ、オクタ−アミノ、ノナ−アミノ、デカ−アミノ、などが挙げられる。実施の態様においては、そのアミノ基としては、アルファまたはアルファ−オメガアミノ(シロキサン鎖の末端にあるもの)、D−アミノ(鎖にペンダントしたもの)、T−アミノ(分岐点で鎖にペンダントしたもの)、などがある。
実施の態様においては、このアミノ−官能性離型剤は、アルファ−オメガアミノ官能性離型剤であって、この場合、上述の式(化4)において、bは0;cは約10〜約1,000;dおよびd’は2;eおよびe’は1;そしてRはジオルガノシロキサン鎖以外のものである。
実施の態様においては、このアミノ−官能性離型剤は、ペンダントD−アミノ官能性離型剤であって、この場合、上述の式(化4)において、bは約1〜約10;cは約10〜約1,000;dおよびd’は3;eおよびe’は0;そしてRはジオルガノシロキサン鎖以外のものである。
実施の態様においては、このアミノ−官能性離型剤は、ペンダントT−アミノ官能性離型剤であって、この場合、上述の式(化4)において、bは約1〜約10;cは約10〜約1,000;dおよびd’は3;eおよびe’は0;そしてRはジオルガノシロキサン鎖である。
実施の態様においては、このアミノ−官能性離型剤は、アルファアミノ官能性離型剤であって、この場合、上述の式(化4)において、dは2;eは1;d’は3;e’は0;そしてRがジオルガノシロキサン鎖以外のものである。
実施の態様においては、Xは−NHを表し、そして別の実施の態様においては、Rはプロピルである。実施の態様においては、Xは−NHRNHを表し、そして実施の態様においては、Rはプロピルである。
実施の態様においては、このアミノ−官能性離型剤は、T−タイプのアミノ官能性離型剤である。化4において、b、eおよびe’は少なくとも1である。
具体的な実施の態様においては、このアミノ−官能性流体は以下の式を有している。下記の式においては、ケイ素上のジオルガノ置換は示していない。
Figure 2006011453
Figure 2006011453
Figure 2006011453
Figure 2006011453
実施の態様においては、アミン濃度は約0.01〜約0.9モルパーセント、または約0.03〜約0.6モルパーセント、または約0.06〜約0.30モルパーセントである。アミンのモルパーセントは次の関係式を適用する:
100×(アミン基のモル数/ケイ素原子のモル数)。
別な方法で、2種のアミノ−官能性離型剤物質のブレンド物を離型剤組成物として使用することができる。たとえば、上述のアミノ−官能性離型剤の2種以上のブレンド物を使用することもできる。実施の態様においては、そのブレンド物には上の式(化4)の2種の異なる離型剤物質が含まれる。また別な実施の態様においては、上述のアミン濃度を有する、2種以上の異なったアミノ−官能性離型剤のブレンド物を使用することができる。
また別な実施の態様においては、2種の異なるアミノ−官能性離型剤物質のコポリマーを、そのブレンド配合の代わり、またはブレンド配合物に添加して使用することができる。それらの実施の態様においては、上記の化4の範囲内の2種の異なるアミノ−官能性離型剤物質を、単一のポット反応(pot reaction)に組み入れて、それにより、鎖の内の少なくともいくつかには、その2種の異なるアミノ−官能性離型剤物質からの両方の置換基を含むようにする。そのコポリマーには、次の式(化9)を有するようなアミノ−官能性コポリマーが含まれ:
Figure 2006011453
ここでAとBとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが−R−Xを表し、ここでRは、約1〜約10個の炭素、または約1〜約8個の炭素、たとえばメチル、エチル、プロピルなど、を有するアルキル基を表し、Xは−NHまたは−NHRNHをあらわすが、Rは約1〜約10個の炭素、または約1〜約8個の炭素、または約2〜約3個の炭素を有する、たとえば、メチル、エチル、プロピル、ブチルなどのアルキルであってもよく;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、約1〜約25個の炭素を有する、たとえばメチル、エチル、プロピル、ブチルなどのアルキル、約4〜約10個の炭素、または約6〜約8個の炭素を有する、たとえばシクロブチル、シクロペンチル、フェニルなどのアリール、および、たとえばメチルフェニル、エチルフェニル、プロピルフェニルなどのアリールアルキルであり;RとRとは、同一であっても異なっていてもよく、またRおよびRで定義されたようなものであってもよく、あるいは、約1〜約500個のシロキサン単位、または約50〜約200個のシロキサン単位を有し、先にRおよびRのところで定義したように、アルキル、アリールまたはアリールアルキルで置換された、置換ジオルガノシロキサン鎖あってもよく;bとcとは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが、0≦b≦10、および10≦c≦1,000の条件を満たしているが、ただし、bとcの両方が同時に0であってはならず、dとd’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよいが、2または3であり、eとe’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよいが、0または1であって、d+e=3およびd’+e’=3の条件を満たしており、fは数値であって、約0〜約10、または約1〜約10であるが、ここでb+c+fは約10〜約1,000である。
コポリマーは公知の各種の方法を用いて調製してよいが、どのようにして合成したかによって、得られるコポリマーが、純粋な「A]構造と純粋な「B」構造の混合物からできていたり、場合によってはコポリマーに「A」基と「B」基の両方が含まれていたりする。単一のポット反応を使用することによって、対応するブレンド物と類似の定着性能を有する流体を生成させることができる、と考えられる。
実施の態様においては、そのコポリマーが上記の式(化9)を有し、e=e’=0、d=d’=3、bは約1〜約10、そしてfは約1〜約10である。
実施の態様においては、そのコポリマーが上記の式(化9)を有し、e=e’=1、d=d’=2、bは約1〜約10、そしてfは0である。
実施の態様においては、そのコポリマーが上記の式(化9)を有し、e=1、e’=0、d=2、d’=3、bは約1〜約10、そしてf=0である。
本明細書で使用する、「非官能性オイル(nonfunctional oil)」という用語は、定着器部材の表面や、その表面の上のフィラーと相互作用を有したり、化学的に反応したりする、化学官能性(functionality)を有さないオイルのことを指している。本明細書で使用する、「官能性オイル(functional oil)」という用語は、定着器部材の表面上に存在するフィラーと化学的に反応する官能基を有する離型剤を指していて、フィラーの表面エネルギーを低下させ、それによってその定着器部材の表面からトナー粒子を離れやすくする。表面エネルギーを低下させないと、トナー粒子が定着ロール表面または定着ロール表面上のフィラー粒子に粘着する傾向があり、そのためにコピー品質に欠陥を生じる。
アミノ官能化ポリジメチルシロキサン定着器オイルを製造するための一般的な方法は、アミン含有ポリジメチルシロキサン濃縮物を製造する工程と、次いでそれを、非官能性ポリオルガノシロキサンオイルを用いて希釈して、大量のシロキサンの中にアミンが分布された混合物を得る工程と、を含む。その濃縮物を製造する工程において、アミン官能基の、モノ−、ジ−およびトリ−アミノがより広く分布したもの(broader distribution)が得られる。典型的な反応においては、末端ブロッカー、アミノシロキサン、触媒およびオクタメチルテトラシクロシロキサンを反応容器の中で、高温(elevated temperature)(約100〜約210℃、または約145〜約185℃)で所望の時間(約2〜約15時間、または約5〜約10時間)反応させる。この反応時間の間に、開環と結合の再構成が起こり、ポリジメチルシロキサン鎖上におけるアミン官能基(functionality)の分布がランダムになる。残存している触媒は不活性化させる。一般には、これに続けて、加熱(たとえば、温度約175〜約250℃、または約195〜約220℃)および減圧(たとえば約0.5〜約5トル(約66.7〜約666.6パスカル))、または約1〜約2トル(約133.3〜約266.6パスカル))下で、揮発分の最終除去を行う。次いで得られた反応生成物を、非官能性ポリジメチルシロキサンを用いて希釈して、定着器オイルとして使用する。非官能性ポリジメチルシロキサンの量と粘度は、最終的なオイルにおいて必要とされる性能によって決める。
別な方法として、鎖あたりに主として1種のアミン−官能基を含む官能性オイルを配合する場合において、所望のアミン濃度レベルと最終的な分子量を決めておいて、適切な量のアミン含有モノマー、アミン非含有モノマー、トリメチルシロキシ末端ブロッカー、および重合触媒を反応容器に加える。この手順によれば、ただ1種のアミン−官能基をふくむ活性分子の数を最大とすることができる。この手順とは対照的に、濃縮物を最初に調製する場合には、多くの割合で多官能となる機会が増える。この理由は、濃縮物においては、存在しているアミン基の割合がより高くなり、そのために、活性鎖あたりのアミノ官能性がより高くなる可能性が生じる。対照的に、バッチ反応、ワンポット、ワンショットプロセスにおいては、添加する成分の量を変化させることによって、ただ1種のアミン−官能基を含む活性分子を得たり、その数を最大化させたりすることができる。連続法反応プロセス(continuous run process)において、添加する成分の添加のタイミングとその量を適切に調節することによって、1種のアミン−官能基を有する活性分子を最大数で含む官能性オイルを製造することが可能である。
本明細書で使用する、「活性分子(active molecule)」という用語は、その化学的な構造の一部としてアミノ官能基を有している、シリコーンオイル分子を指している。1種のアミン−官能基を有する活性分子を最大数含む、典型的なポリオルガノシロキサンとしては、たとえば、メチルアミノプロピルジメチルシロキサン、エチルアミノプロピルジメチルシロキサン、ベンジルアミノプロピルジメチルシロキサン、ドデシルアミノプロピルジメチルシロキサン、アミノプロピルメチルシロキサン、などが挙げられる。これらのポリオルガノシロキサンは、典型的には、20℃で約100〜約1,000センチポワズ(約100〜約1,000ミリパスカル秒)の粘度を有している。この粘度なので、特に定着器部材にそれを供給する場合の、そのオイルのハンドリングが容易である。
ある実施の態様においては、アミノ官能性は、アミノプロピルメチルシロキシ基によって与えられる。また別な実施の態様においては、アミノ官能性は、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルシロキシ基によって与えられる。
先の化学式からもわかるように、官能性アミノ基は、トリアルキルシロキシ末端基によって側面を守られた(flanked)ポリオルガノシロキサンの主鎖の中にいくぶんランダムな位置に存在させることができる。さらにそのアミノ基は、1級、2級アミン、または3級アミンであってよい。
[実施例1]350cs(mm/s)のアミノプロピル官能性シリコーンオイルの調製
1.35キログラムの量のオクタメチルシクロテトラシロキサンと、14.4グラムのアミノプロピルメチルシロキサンと、18グラムのトリメチルシラノールと、0.01重量パーセントのカリウムシラノレート(potassium silanolate)混合物を生じるのに充分な量のカリウムシラノレートとを、還流カラムを備えた反応容器に入れ、150℃で7時間加熱した。その溶液を冷却して、重炭酸アンモニウムを用いて中和すると、13.65Kg/モルの数平均分子量と350csの粘度を有する、0.67モルパーセントのアミノシリコーンオイルが得られた。次いで、そのアミノオイル濃縮物の全て(1.382kg)を、8.907kgの350csの非官能性ポリジメチルシリコーンオイルに添加すると、目的とする0.09モルパーセントのアミンレベルとなった。
[実施例2]350csのアミノエチル−アミノプロピル官能性シリコーンオイルの調製
1.35キログラムの量のオクタメチルシクロテトラシロキサンと、19.7グラムのN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルシロキサンと、18グラムのトリメチルシラノールと、0.01重量パーセントのカリウムシラノレート混合物を生じるのに充分な量のカリウムシラノレートとを、還流カラムを備えた反応容器に入れ、150℃で7時間加熱した。その溶液を冷却して、重炭酸アンモニウムを用いて中和すると、13.65Kg/モルの数平均分子量と350csの粘度を有する、0.67モルパーセントのジアミノシリコーンオイルが得られた。次いで、そのアミノオイル濃縮物の全て(1.382kg)を、8.907kgの350csの非官能性ポリジメチルシリコーンオイルに添加すると、目的とする0.09モルパーセントのペンダント官能性アミン基となった。
[実施例3]アミノ官能性シリコーンオイルの相対的比較試験
数種の標準的なアミノ官能性シリコーン離型剤を用いて、高速カラー定着用途における前述の故障モードのための、自社規格のストレス試験(proprietary stress test)を行った。それらのサンプルを、F1、F2およびF3と呼ぶ。それらは、市販されている機械構成における離型剤として知られていて、現在生産されている流体の性能を代表するものである。ストリッピング試験を実施して、60K(6万回)印刷までで中止(60K prints suspension)した。オフセット試験を実施して、73K(7.3万回)印刷までで中止した。波状光沢開始(started wavy gloss)を実施して、60K印刷までで中止した。結果を次の表1に示す。
Figure 2006011453
下記の表2には、候補流体(candidate fluids)の結果を示す。改良された候補流体(candidate improved fluids)で、1と5で表したのは、構造的にそれぞれ、T−N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルポリジメチルシロキサンと、D−アミノプロピルメチルポリジメチルシロキサンである。流体1は、実施例2と同様にして調製したもので、オフセット故障に関してはヒストリカル試験(historical testing)において問題なかった。一方、流体5は、実施例1と同様にして調製したもので、現在使用されている流体F1〜F3と比較すると、ストリッピングストレス試験において幾分の改善が認められる。この2種の流体構造のブレンド物数種について、両方の故障モードに対する試験を同時に行った。流体3aと3bはいずれも、同一の粘度とアミン官能基濃度を有する2種の流体構造の比率1:1のブレンド物であるが、表2のデータ(above data)に見られるように、現在生産されている流体F1〜F3よりも改良された性能を示した。
Figure 2006011453
[実施例4]アミノプロピルおよびアミノエチル−アミノプロピル官能性シリコーンの共重合生成物(350cS)の調製
1.35キログラムの量のオクタメチルシクロテトラシロキサンと、7.2グラムのアミノプロピルメチルシロキサンと、9.9グラムのN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルシロキサンと、18グラムのトリメチルシラノールと、0.01重量パーセントのカリウムシラノレート混合物を生じるのに充分な量のカリウムシラノレートとを、還流カラムを備えた反応容器に入れ、150℃で7時間加熱した。その溶液を冷却して、重炭酸アンモニウムを用いて中和すると、13.65Kg/モルの数平均分子量と350csの粘度を有する、0.67モルパーセントの官能性アミノシリコーンオイルが得られた。次いで、そのアミノオイル濃縮物の全て(1.382kg)を、350csの非官能性ポリジメチルシリコーンオイル8.907kgに添加すると、目的とする0.09モルパーセントのアミンレベルとなった。この方法により製造した流体は、実施例3におけるブレンドした流体と同様の挙動を示すと考えられる。
本発明に従った画像形成装置の模式図である。 基材、中間層、外側層、および離型剤コーティング層を有する定着器部材の実施の態様を示す拡大側面図である。
符号の説明
1 基材、2 中間層、3 外側層、4 アミノ−官能性シロキサン離型剤層、10 感光体、11 電源、12 帯電手段、13 画像入力装置、14 現像ステーション、15 転写手段、16 コピーシート、17 クリーニングステーション、19 定着ステーション、20 定着ロール、21 加圧ロール、22 ブレード。

Claims (4)

  1. 基材と、
    外側ポリマー層と、
    前記外側ポリマー層の上の離型剤物質コーティングと、を含み、
    前記離型剤物質コーティングは、次の化学式を有するコポリマーを含み、
    Figure 2006011453
    化学式中、AとBとは、同一であっても異なっていてもよく、それぞれが−R−Xを表し、
    は、約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表し、
    Xは、−NH、または約1〜約10個の炭素を有するアルキル基を表すRを有する−NHRNH、を表し、
    とRとは、同一であっても異なっていてもよく、約1〜約25個の炭素を有するアルキルと、約4〜約10個の炭素を有するアリールと、アリールアルキルと、からなる群よりそれぞれ選択され、
    とRとは、同一であっても異なっていてもよく、約1〜約25個の炭素を有するアルキルと、約4〜約10個の炭素を有するアリールと、アリールアルキルと、約1〜約500個のシロキサン単位を有する置換ジオルガノシロキサン鎖と、からなる群よりそれぞれ選択され、
    bとcとは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、
    0≦b≦10および10≦c≦1,000および0≦f≦10の条件をそれぞれ満たすが、ただしbとcとfとは、同時に0であってはならず、
    dとd’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、2または3であり、
    eとe’とは数値であって、同一であっても異なっていてもよく、0または1であり、
    d+e=3およびd’+e’=3であり、
    b+c+fは、約10〜約1,000である、定着器部材。
  2. 前記コポリマーは、アミノプロピルメチルシロキシ基によって与えられるアミノ官能性を有する、請求項1に記載の定着器部材。
  3. 前記コポリマーは、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルシロキシ基によって与えられるアミノ官能性を有する、請求項1に記載の定着器部材。
  4. 前記コポリマーは、トリアルキルシロキシ末端基を含む、請求項1に記載の定着器部材。
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