JP2006028342A

JP2006028342A - ポリウレタンエラストマーとこれを用いた中間転写ベルト

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Publication number: JP2006028342A
Application number: JP2004209610A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mita; 浩三田
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】複写機、プリンタ等の電子写真装置に使用される部材であって、部材本体の難燃化の要求が強い中間転写体を、環境保護上の問題を有するハロゲン系難燃剤を使用せず、物性低下や、ブリード問題を引き起こすことなく難燃性を付与した中間転写体、とりわけ中間転写ベルトを提供する。
【解決手段】導電性付与剤としてカーボンブラック３〜１０重量％と、難燃性付与剤として平均粒子径１〜２０μｍの粒状赤燐をリン元素として５〜２０重量％とを含有するポリウレタンエラストマーを用いて中間転写体の少なくとも表面層を形成する。特に、中間転写体が薄肉円筒状である中間転写ベルトの少なくともその表面層に前記ポリウレタンエラストマーを用いる。

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置に用いられるベルト状若しくはローラ状の中間転写体であって、感光体に現像されたトナー像を、一旦、前記中間転写体の表面に転写した後、紙等の記録材に再転写する中間転写体に用いられる難燃性のポリウレタンエラストマーと、これを用いた中間転写ベルトに関する。

この種の中間転写体であるベルトやローラは、感光体上に現像されたトナー像を電気的にその表面に受け取り、担持する。中間転写体表面に一旦担持されたトナー像は、次いで転写ローラと中間転写体との間に供給される紙等転写体に電気的に再転写される。紙等に転写されたトナー像は定着部にて加熱溶融して定着され、画像が形成される。

カラー画像の場合、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックなどの複数色のトナー像を、中間転写体の表面に順に積層してカラートナー像を形成し、紙等転写体に転写し、定着される。転写後、中間転写体上の残留トナーは、ブレード等によりクリーニングされる。

以上のような、電子写真方式による転写工程には、電気的に転写することが不可欠であり、高電圧を印加することが必要になる。従って高電圧による火花が発生する危険性があり、転写部材にも火花に接しても燃えにくいこと、即ち難燃性が要求されてきている。

電子写真装置において、高電圧が印加され、難燃性が必要な部材には、中間転写体以外にも帯電ローラ、感光体及び現像部材等があるが、とりわけ中間転写体は部材として大きな容積を占める。帯電ローラ、感光体、現像ローラ等はカートリッジとして組立てて一体化でき、カートリッジ容器等を難燃化することにより対応可能であるが、中間転写体はその容積の大きさ、設置形態からカートリッジ化は難しく、従って、中間転写体そのものに難燃化する必要がある。

中間転写体がベルト状である中間転写ベルトである場合、ローラ状でである場合に比して薄肉で熱伝導性が大きく着火すると火焔の伝播が早く燃え易い傾向がある。とりわけ中間転写ベルトに対する難燃性の要求は強い。

この要求に対し、従来より中間転写ベルトに難燃性を付与する試みがなされている。例えばハロゲン系難燃付与剤であるテトラブロモビスフェノールＡをポリウレタン発泡体中に添加する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、最近の環境保護に対する機運が高まっている中、ダイオキシン発生が懸念されるハロゲン系難燃剤の使用に対する市場の目は厳しく、特にＥＵ諸国の中にはエコラベル表示等の自主規制を設け、法的規制とは別にエコラベル表示によるイメージ向上効果をねらっており、電子写真装置メーカーではハロゲン系難燃剤の使用を禁止している会社もある。

また他の難燃性付与手段として、水酸化アルミや水酸化マグネシウム等の無機水酸化物を用いる技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、これらにより難燃性を得るには大量の添加を要し、物性の制御が難しいという問題がある。

更に、難燃性付与剤としてリン酸エステル類を添加する試みもあるが、リン酸エステルが常温で液状で、可塑的効果を有するので弾性体が軟化しやすく、物性制御が困難であり、ブリードによる汚染等の問題もある。
特開２００１−７２７３３号公報（特許請求の範囲）特開平１０−１１００８３号公報（特許請求の範囲）

上記問題に対し、部材本体の難燃化の要求が強い中間転写体を、環境保護上の問題を有するハロゲン系難燃剤を使用せず、物性低下や、ブリード問題を引き起こすことなく難燃性を付与した中間転写体、とりわけ中間転写ベルトを提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために請求項１に記載のポリウレタンエラストマーは、導電性付与剤としてカーボンブラック３〜１０重量％と、難燃性付与剤として平均粒子径１〜２０μｍの粒状赤燐をリン元素として５〜２０重量％とを含有することを特徴とする。

カーボンブラック（以下、ＣＢと略する）の含有量が３重量％未満であれば、好ましい体積固有抵抗である１０８Ω・cmより大きくなり、一方、１０重量％を超えると、分散が困難になり、ポリウレタン形成液（ポリウレタンを形成するポリオール、イソシアネートおよび硬化剤などの混合液）の粘度が高く、注入可能時間（ポットライフ）が短くなり、成型品の表面が不均一になるおそれがある。

粒状赤燐の平均粒子径が１μmより小さくなると、配合作業中に粒状赤燐が浮遊飛散しやすく、作業環境を悪化させる恐れがあり、また、市販品として入手することも困難である。さらに、平均粒子径が２０μmより大きくなると、単位重量当たりの総表面積が小さくなり、難燃性付与性能が不十分になる。

粒状赤燐の含有量が５重量％未満であると、難燃性試験法ＵＬ９４に規定されるＶ−２レベルの難燃性を得るのが困難であり、一方、２０重量％を超えると、ＣＢと同様に、ポリウレタン形成液の粘度上昇をきたし、流動性が悪化して金型への注入作業が困難になる。

請求項２に記載の中間転写ベルトは、薄肉円筒状であって、少なくともその表面層が請求項１に記載のポリウレタンエラストマーであることを特徴とする。この種の中間転写ベルトは単層のものまたは複数層のものとがあり、少なくともその表面層に前記請求項１に記載の組成物を用いることにより、中間転写ベルトとして必要な、体積固有抵抗、難燃性、ブリード特性等を兼ね備えることができる。

難燃性付与剤として、粒状赤燐を用い、その平均粒径と含有量を特定して、均一に分散含有させることにより、ハロゲン系難燃剤のような環境問題がなく、無機水酸化物のように大量に含有させることによる物性低下を起こすことなく難燃性を付与できる。また、リン酸エステルのようにブリードによるトラブルが生じないポリウレタンエラストマーが得られる。また、上記難燃性ポリウレタンエエラストマーを表面層として薄肉円筒状に形成した中間転写ベルトは、ＵＬ９４規格におけるＶ−２レベルの難燃性が得られる。

ポリオールにカーボンブラックを混合したカーボンマスターバッチと、ポリオールに粒状赤燐を混合した赤燐マスターバッチとを各々に調製し、各マスターバッチを所定量づつ混合してＣＢと粒状赤燐とを含有するＣＢ・赤燐含有ポリオールとする。これにイソシアネートと架橋剤を混合してポリウレタン原料液を調製した。この原料液を、予熱され高速で回転する遠心成形用円筒金型内に注入し、回転による遠心力をかけつつ硬化させて、薄肉円筒状のポリウレタンエラストマーを得る。これをそのまま中間転写ベルトとして用いることも可能であるが、このような薄肉円筒状のポリウレタンエラストマー（表面層）の内側に、前記ポリウレタンエラストマーが流動性が無くなる程度に半硬化したとき、その内側に、前記表面層より硬度が高い芯体層用のポリウレタン原料液を注入し、前記円心成形用円筒金型を回転させて遠心力をかけつつ両層を架橋一体化して芯体層と表面層の２層構造からなる中間転写ベルトを得ることができる。

以下、本発明のポリウレタンエラストマーおよび中間転写ベルトついて実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
加熱溶融したポリオール（保土谷化学工業社製、ＰＴＧ２０００ＳＮ）１００重量部に対し、粒状赤燐（燐化学工業社製、ノーバレッド１２０ＵＦ、被覆処理品、平均粒径１０μｍ）１８０重量部を添加し攪拌した後、混合ロールにて混練し、リン元素含有量２９．２重量部の赤燐マスターバッチを作製した。

上記と同じ加熱溶融したポリオール１００重量部に対し、カーボンブラック（ライオンアクゾ社製、ケチェンブラックＥＣ）２２重量部を混練し、ＣＢ含有量１８重量％のＣＢマスターバッチを作製した。

上記ＣＢマスターバッチ５２重量部と上記赤燐マスターバッチ４８重量部を混合攪拌してＣＢ・赤燐含有ポリオールとし、９０℃で２時間減圧脱泡した。このＣＢ・赤燐含有ポリオール１００重量部に対し、１，４ブタンジオール／トリメチロールプロパンを７２／２８（重量比）で混合した架橋剤を４．４５重量部加え攪拌混合した後、イソシアネートとしてカルボジイミド変性ＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製、スミジュール０６３２）２１．１重量部添加し攪拌、混合した後、１００℃に予熱した試料シート成形金型に注入し、１００℃で１時間架橋硬化させて脱型し、８０℃で１２時間架橋させて、ＣＢ含有量７．５重量％で、リン元素含有量１１．２重量％のポリウレタンエラストマーからなる厚さ０．５ｍｍの試料シートを得て、下記の評価を行った。結果を表１に示す。なお、表１の赤燐の欄の表示は表２に示す内容を示す（以下、同じ）。
（難燃性評価）
上記試料シートより、長さ１２５ｍｍで幅１３ｍｍの短冊状試験片を５枚作製し、ＵＬ９４に準じて残炎時間、保持クランプまで燃えた本数、綿着火本数より難燃性のレベルを評価した。
（ゴム硬度評価）
上記試料シートより、１０ｍｍ角の試験片を作製し、４枚重ねて厚み約２ｍｍにし、ＪＩＳＫ６２５３のマイクロゴム硬さ計にて国際ゴム硬度（ＩＲＨＤ）を測定した。
（ブリード評価）
上記試料シートより、長さ７０ｍｍで幅２０ｍｍの試験片を作製し、厚さ１ｍｍのガラス２枚でサンドイッチし、クランプ止めして４０℃×８５％ＲＨの温湿条件下に２週間放置し、解放して試験片が接触していたガラス面を目視観察して、ブリードの有無を確認した。
（実施例２）
実施例１で用いたＣＢマスターバッチと赤燐マスターバッチとの重量比を２１／７９に混合し、架橋剤、イソシアネートを表１に示す重量部にし、実施例１と同様に反応させてＣＢを３重量％、リン元素含有量を１８．５重量％とする厚み０．５ｍｍの試料シートを得、実施例１と同様に評価をした。結果を下記の表１に示す。
（実施例３）
実施例１で用いたＣＢマスターバッチと赤燐マスターバッチとを重量比で７０／３０に混合し、架橋剤、イソシアネートを表１に示す重量部にし、実施例１と同様に反応させてＣＢを１０．７重量％、リン元素含有量を５．８重量％とする厚み０．５ｍｍの試料シートを得、実施例１と同様に評価をした。結果を表１に示す。
（実施例４）
粒状赤燐として平均粒子径１μｍのもの（燐化学工業社製「ノーバエクセルＦ５」）を用いて赤燐マスターバッチを調製した以外、実施例１と同様に調合、反応させ、ＣＢを７．５重量％、リン元素含有量を１１．２重量％とする厚み０．５ｍｍの試料シートを得、実施例１と同様に評価をした。結果を表１に示す。
（実施例５）
粒状赤燐として平均粒子径２０μｍのもの（日本化学工業社製「ヒシガードＥＬ−Ｚ」）を用いて赤燐マスターバッチを調製した以外、実施例１と同様にしてＣＢを７．５重量％、リン元素含有量を１１．２重量％とする厚み０．５ｍｍの試料シートを得、実施例１と同様に評価をした。結果を表１に示す。
（比較例１）
実施例１に用いたＣＢマスターバッチと燐マスターバッチとの重量比を７９／２１に混合し、架橋剤、イソシアネートを表１に示す重量部とし、実施例１と同様に反応させてＣＢを１１．１重量％、リン元素含有量を５．１重量％とする厚み０．５ｍｍの試料シートを得、実施例１と同様に評価をした。結果を表１に示す。
（比較例２）
実施例１に用いたＣＢマスターバッチと燐マスターバッチとの重量比を１７／８３に混合し、架橋剤、イソシアネートを表１に示す重量部にし、実施例１と同様に反応させてＣＢを２．５重量％、リン元素含有量を１９．５重量％含有する厚み０．５ｍｍの試料シートを得、実施例１と同様に評価をした。結果を下記の表１に示す。
（比較例３）
粒状赤燐として平均粒子径２５μｍのもの（燐化学工業社製、商品名：ノーバエクセル１４０）を用いて赤燐マスターバッチを調製した以外、実施例１と同様にしてＣＢを７．５重量％、リン元素含有量を１１．２重量％とする厚み０．５ｍｍの試料シートを得、実施例１と同様に評価をした。結果を表１に示す。
（比較例４）
難燃剤として実施例１で用いた赤燐マスターバッチ（平均粒子径１０μｍの粒状赤燐、リン元素含有量２９．２重量％）２８重量部と別途調製の水酸化アルミ〔Ａｌ（ＯＨ）₃〕マスターバッチ２０重量部を用いた以外、実施例１と同様にしてカーボンブラックを７．５重量％、リン元素と水酸化アルミとの難燃有効成分を１４．２重量％含有する試料シートを得、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。

なお、上記Ａｌ（ＯＨ）₃マスターバッチは、ポリオール（保土ヶ谷化学社製、ＰＴＧ２０００ＳＮ）１００重量部にスアリン酸で表面処理したＡｌ（ＯＨ）₃粒子（昭和電工社製、ハイジライトＨ３４ＨＬ）１８０重量部を添加し、攪拌後ロール混練したＡｌ（ＯＨ）₃含量２９．２重量％に調製した。
（比較例５）
難燃剤として実施例１で用いた赤燐マスターバッチ（平均粒子径１０μｍの粒状赤燐、リン元素含有量２９．２重量％）２６重量部とリン酸エステル（大八化学工業社製［ＣＲ−７４１］リン元素含有量：６．８２重量％）２２重量部を用いた以外、実施例１と同様にしてカーボンブラックを７．５重量％、リン元素とリン酸エステルの難燃有効成分を９．１重量％含有する試料シートを得、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示す。

つづけて、上記実施例に記載の難燃性のポリウレタンエラストマーを用いた中間転写ベルトの実施例を説明する。

ＣＢマスターバッチ５２重量部と赤燐マスターバッチ４８重量部とを混合攪拌し、９０℃で２時間減圧脱泡してＣＢ・赤燐含有ポリオールとした。このＣＢ・赤燐含有ポリオール１００重量部に対し、１，４ブタンジオール／トリメチロールプロパンを７２／２８（重量比）で混合した架橋剤を４．４５重量部加えて攪拌混合した後、イソシアネートとしてカルボジイミド変性ＭＤＩ（住化バイエルウレタン社製、スミジュール０６３２）２１．１重量部を添加し、攪拌混合し表面層用原料液を調製した。

上記のポリウレタン形成液を、回転振れ０．０５ｍｍ以内に調整し、１２０℃に予熱され５００ｒｐｍで回転している遠心成形用円筒金型（内径１７０ｍｍ、幅４００ｍｍ）の内側に注入し、２５００ｒｐｍで３分回転後５００ｒｐｍに戻し６０分間硬化させ脱型して、厚み０．５ｍｍの薄肉円筒体を得た。１１０℃で約１２時間アフターキュアして単層の中間転写ベルトを得た。得られた中間転写ベルトを中間転写方式のレーザープリンターに取り付け、ラフ紙を用いて画像出しし、画像欠陥の有無を目視で調べたところ、良好な転写画像が得られることを確認した。

Claims

導電性付与剤としてカーボンブラック３〜１０重量％と、難燃性付与剤として平均粒子径１〜２０μｍの粒状赤燐をリン元素として５〜２０重量％とを含有することを特徴とするポリウレタンエラストマー。
薄肉円筒状であって、少なくともその表面層が請求項１に記載のポリウレタンエラストマーであることを特徴とする中間転写ベルト。