JP2012041532A - コーティング組成物および表面層 - Google Patents
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Abstract
【課題】水接触角が約９０°より大きく、ヘキサンデカン接触角が約４５°より大きい表面層を作成することができるコーティング組成物の提供。
【解決手段】溶媒中、官能化ポリフルオロポリエーテルと官能化ポリブタジエンとを、官能化ポリフルオロポリエーテル／官能化ポリブタジエンの重量比が約２０／８０〜約８０／２０になるように含むコーティング混合物を含む組成物。
【選択図】なし
【解決手段】溶媒中、官能化ポリフルオロポリエーテルと官能化ポリブタジエンとを、官能化ポリフルオロポリエーテル／官能化ポリブタジエンの重量比が約２０／８０〜約８０／２０になるように含むコーティング混合物を含む組成物。
【選択図】なし
Description
本開示は、一般的に、デジタル、多重画像型などを含む電子写真式画像形成装置で有用な新規表面層に関する。それに加え、表面コーティングは、インクジェット印刷ヘッドおよび転写ドラムにおける用途を有する。
電子写真式印刷およびインクジェット印刷では、特定の構成要素は、均一で、表面エネルギーが低く、丈夫な表面を必要とする。このような性質を有する表面層は有用である。
疎水性および撥油性の層は、トナーの転写および洗浄効率にとって望ましい。フッ素化ポリマー層は、典型的には、必要な疎水性の特性を有しているが、撥油性の特性は、特定の電子写真式印刷およびインクジェット印刷の構成要素には適していない。疎水性でもあり、撥油性でもある表面層は、依然として望まれている。
１実施形態によれば、溶媒中、官能化ポリフルオロポリエーテルと官能化ポリブタジエンとを、官能化ポリフルオロポリエーテル／官能化ポリブタジエンの重量比が約２０／８０〜約８０／２０になるように含む組成物が記載される。
別の実施形態によれば、官能化ポリフルオロポリエーテル／官能化ポリブタジエンの重量比が約２０／８０〜約８０／２０である、官能化ポリフルオロポリエーテルと官能化ポリブタジエンとの架橋したネットワークを含む表面層が記載されている。表面層は、水接触角が約９０°より大きく、ヘキサンデカン接触角が約４５°より大きい。
別の実施形態によれば、表面層を製造する方法が提供される。この方法は、（ａ）官能化ポリフルオロポリエーテル、官能化ポリブタジエン、溶媒、触媒を加え、反応させ、溶媒中、重量比が約２０／８０〜約８０／２０である官能化ポリフルオロポリエーテルと官能化ポリブタジエンのコーティング組成物を提供することを含む。このコーティング組成物が、基板にコーティングされる。このコーティング組成物を硬化させ、表面層を作成する。
本明細書では、表面層として有用な、疎水性であり、撥油性でもある新規コーティング組成物が記載されている。コーティング組成物は、溶媒中、約２０／８０〜約８０／２０、約２５／７５〜約６０／４０、または約３０／７０〜約４５／５５の重量比の官能化ポリフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）／官能化ポリブタジエンコンポジットを含む。
１実施形態では、官能化ＰＦＰＥを官能化ポリブタジエンと反応させる。この反応は、触媒を用いることによって促進させることができる。溶媒中、官能化ＰＦＰＥと官能化ポリブタジエンとの触媒による反応は、約１００〜約２５０℃、約１２０〜約２００℃、または約１４０〜約１７５℃で、約１０〜約１２０分間、約２０〜約９０分間、または約３０〜約６０分間行われる。
上述のコーティング組成物から得られる表面層は、官能化ポリフルオロポリエーテル／官能化ポリブタジエンの重量比が、約２０／８０〜約８０／２０、約２５／７５〜約６０／４０、または約３０／７０〜約４５／５５である、官能化ポリフルオロポリエーテルおよび官能化ポリブタジエンの架橋したネットワークである。表面層は、水接触角が約９０°より大きく、１００°より大きく、または１１０°より大きく、ヘキサンデカン接触角が約４５°より大きく、約５５°より大きく、または約６５°より大きい。
官能化ポリフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）は、以下の式
によってあらわされ、ｎおよびｍが、それぞれ、繰り返し基の数をあらわし、ｎが、約３〜約１２０、または約１０〜約６０であり、ｍが、約５〜約１２０、または約１０〜約６０であり、ｎ＋ｍが、約４０〜約１８０、または約８０〜約１２５であり、ｎ／ｍが、約０．５〜約２であり、Ｒ１およびＲ２が、独立して、それぞれＡ１−ＣＦ２Ｏ−および−ＣＦ２−Ａ２であらわされ、Ａ１、Ａ２は、独立して、
のうち１つであり、Ａｋが、結合であるか、または炭素原子が約１〜１０個のアルキレン基であり、ＲＨが、Ｈ、または炭素原子が約１〜１０個のアルキル基であり、ｐが、１〜約２０である。
によってあらわされ、ｎおよびｍが、それぞれ、繰り返し基の数をあらわし、ｎが、約３〜約１２０、または約１０〜約６０であり、ｍが、約５〜約１２０、または約１０〜約６０であり、ｎ＋ｍが、約４０〜約１８０、または約８０〜約１２５であり、ｎ／ｍが、約０．５〜約２であり、Ｒ１およびＲ２が、独立して、それぞれＡ１−ＣＦ２Ｏ−および−ＣＦ２−Ａ２であらわされ、Ａ１、Ａ２は、独立して、
のうち１つであり、Ａｋが、結合であるか、または炭素原子が約１〜１０個のアルキレン基であり、ＲＨが、Ｈ、または炭素原子が約１〜１０個のアルキル基であり、ｐが、１〜約２０である。
コーティング組成物で使用可能な官能化ＰＦＰＥとしては、末端がヒドロキシルのＰＦＰＥ、末端がカルボン酸またはエステルのＰＦＰＥ、末端がシランのＰＦＰＥ、または末端がリン酸のＰＦＰＥが挙げられ、これらの重量平均分子量は、約１００〜約５，０００、または約５００〜約２，０００であり、コーティング組成物の約２０〜約８０重量％、約２５〜約６０重量％、または約３０〜約４５重量％の量で存在する。
コーティング組成物で使用可能な、末端がヒドロキシルのＰＦＰＥの例としては、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｄ（Ｍｗ＝１，０００、官能基−ＣＨ２ＯＨおよびフッ素含有量約６２％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｄ１０−Ｈ（Ｍｗ＝７００、官能基−ＣＨ２ＯＨおよびフッ素含有量約６１％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｄ１０（Ｍｗ＝５００、官能基−ＣＨ２ＯＨおよびフッ素含有量約６０％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｅ（Ｍｗ＝１，０００、官能基−ＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｐＯＨおよびフッ素含有量約５８％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｅ１０（Ｍｗ＝５００、官能基−ＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｐＯＨおよびフッ素含有量約５６％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｔ（Ｍｗ＝５５０、官能基−ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＨおよびフッ素含有量約５８％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｔ１０（Ｍｗ＝３３０、官能基−ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＯＨおよびフッ素含有量約５５％）など、およびこれらの混合物が挙げられ、すべてＡｕｓｉｍｏｎｔ ＵＳＡから市販されている。
コーティング組成物で使用可能な、末端がカルボン酸またはエステルのＰＦＰＥとしては、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｃ（Ｍｗ＝１，０００、官能基−ＣＯＯＨおよびフッ素含有量約６１％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｌ（Ｍｗ＝１，０００、官能基−ＣＯＯＲＨおよびフッ素含有量約６０％）、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｌ１０（Ｍｗ＝５００、官能基−ＣＯＯＲＨおよびフッ素含有量約５８％）など、およびこれらの混合物が挙げられ、すべてＡｕｓｉｍｏｎｔ ＵＳＡから市販されている。
コーティング組成物で使用可能な、末端がシランのＰＦＰＥとしては、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｓ１０（Ｍｗ＝１，７５０〜１，９５０、官能基−Ａｋ−Ｓｉ（ＯＣＨ２ＣＨ３）３）など、およびこれらの混合物が挙げられ、すべてＡｕｓｉｍｏｎｔ ＵＳＡから市販されている。
コーティング組成物で使用可能な、末端がリン酸のＰＦＰＥの例としては、ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｆ１０（Ｍｗ＝２，４００〜３，１００、官能基−Ａｋ−ＯＰ（Ｏ）（ＯＨ）２）など、およびこれらの混合物が挙げられ、すべてＡｕｓｉｍｏｎｔ ＵＳＡから市販されている。
コーティング組成物で使用可能な官能化ポリブタジエン（ＰＢＤ）としては、イソシアネートＰＢＤ、ヒドロキシルＰＢＤ、カルボン酸またはエステルのＰＢＤ、またはエポキシＰＢＤが挙げられ、これらの重量平均分子量は、約２００〜約１０，０００、または約５００〜約５，０００であり、コーティング組成物の約８０〜約２０重量％、約７５〜約４０重量％、または約７０〜約５５重量％の量で存在する。
官能化ポリブタジエン（ＰＢＤ）のＰＢＤ骨格は、ポリ（１，３−ブタジエン）、ポリ（１，４−ブタジエン）、水素化ポリ（１，３−ブタジエン）、水素化ポリ（１，４−ブタジエン）、およびこれらの混合物であってもよい。
コーティング組成物で使用可能なイソシアネートＰＢＤの例としては、ＫＲＡＳＯＬ（登録商標）ＮＮ−３５、ＮＮ−２５、ＮＮ−２２、ＮＮ−３２、ＮＮ−２３、ＮＮ−３Ａ、ＬＢＤ２０００が挙げられ、すべてＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｒｒｉｎｇｔｏｎ、ＰＡ）から市販されている。
コーティング組成物で使用可能なヒドロキシルＰＢＤの例としては、ＫＲＡＳＯＬ（登録商標）ＨＬＢＨ−Ｐ２０００（ヒドロキシル水素化ＰＢＤ）、ＨＬＢＨ−Ｐ３０００（ヒドロキシル水素化ＰＢＤ）、ＬＢＨ−Ｐ２０００、ＬＢＨ−Ｐ３０００、ＬＢＨ−Ｐ５０００、ＬＢＨ ２０００、ＬＢＨ ３０００、ＬＢＨ ５０００、ＬＢＨ １００００、ＬＢＨ ２０４０（メルカプトエタノールＰＢＤ）、ＰＯＬＹ ＢＤ（登録商標）Ｒ４５ＨＴ、Ｒ４５Ｍ、Ｒ４５ＨＴＬＯ、ＬＦＭ、Ｒ２０ＬＭ、Ｒ３０ＬＭが挙げられ、すべてＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｒｒｉｎｇｔｏｎ、ＰＡ）から市販されている。
コーティング組成物で使用可能なカルボキシルまたはエステルのＰＢＤの例としては、ＰＯＬＹ ＢＤ（登録商標）４５ＣＴ、２０００ＣＴ、３０００ＣＴ、ＫＲＡＳＯＬ（登録商標）ＬＢＭ−３２ （マレイン酸およびフマル酸のハーフエステルＰＢＤ）、ＬＢＭ−２２（マレイン酸およびフマル酸のハーフエステルＰＢＤ）が挙げられ、すべてＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｒｒｉｎｇｔｏｎ、ＰＡ）から市販されている。
コーティング組成物で使用可能なエポキシＰＢＤの例としては、ＰＯＬＹ ＢＤ（登録商標）７００、７００Ｅが挙げられ、これら両者ともＳａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｗａｒｒｉｎｇｔｏｎ、ＰＡ）から市販されている。
官能化ＰＦＰＥは、官能化ＰＢＤと化学反応して、架橋したＰＦＰＥ／ＰＢＤコンポジットを生成することができる。例えば、末端がヒドロキシルのＰＦＰＥは、イソシアネートＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にウレタン結合を生成するか、または、末端がヒドロキシルのＰＦＰＥは、カルボキシルまたはエステルのＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にエステル結合を生成するか、または、末端がヒドロキシルのＰＦＰＥは、エポキシＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にエーテル結合を生成するか、または、末端がカルボキシルまたはエステルのＰＦＰＥは、イソシアネートＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にカルバメート結合を生成するか、または、末端がカルボキシルまたはエステルのＰＦＰＥは、ヒドロキシルＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にエステル結合を生成するかまたは、末端がカルボキシルまたはエステルのＰＦＰＥは、エポキシＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にエステル結合を生成するか、または、末端がシランのＰＦＰＥは、ヒドロキシルＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にシラン結合を生成するか、または、末端がリン酸のＰＦＰＥは、イソシアネートＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にホスフェート結合を生成するか、または、末端がリン酸のＰＦＰＥは、ヒドロキシルＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にホスフェート結合を生成するか、または、末端がリン酸のＰＦＰＥは、エポキシＰＢＤと反応して、ＰＦＰＥとＰＢＤとの間にホスフェート結合を生成する。中でも、末端がヒドロキシルのＰＦＰＥ／イソシアネートＰＢＤ、末端がカルボン酸またはエステルのＰＦＰＥ／ヒドロキシルＰＢＤ、または末端がカルボン酸またはリン酸のＰＦＰＥ／イソシアネートＰＢＤといった組み合わせが好ましい。
組成物に適した触媒としては、有機スズ触媒（例えば、ジブチルスズラウレート）、酸触媒（例えば、ｐ−トルエンスルホン酸）または塩基触媒（例えば、トリエチルアミン）が挙げられ、コーティング組成物の約０．０１〜約５重量％、または約０．１〜約１重量％の量で存在する。
上述の官能化ＰＦＰＥおよびＰＢＤのほとんどは液体形態であるが、混合しやすいように、特定の溶媒をコーティング混合物に加えてもよい。コーティング混合物に適した溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、塩化メチレン、およびこれらの混合物が挙げられ、コーティング組成物の約１０〜約９０重量％、または約３０〜約６０重量％の量で存在する。基板にコーティングした後、乾燥させる場合、溶媒を蒸発させ、官能化ＰＦＰＥ／官能化ＰＢＤが架橋し、架橋したＰＦＰＥ／ＰＢＤコーティング組成物が生成する。
理論的には、フルオロセグメント（ＰＦＰＥ）および炭化水素セグメント（ポリブタジエン）を、末端で化学的に結合させるため、マクロな相分離は防がれる。しかし、コーティングコンポジット内でミクロな相分離は起こっており、疎水性であり、撥油性でもあるコーティングが得られる。本明細書で使用される場合、用語「疎水性の（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ）／疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ）」は、例えば、水接触角が約９０°以上である表面の濡れ挙動を指し、用語「撥油性の（ｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃ）／撥油性（ｏｌｅｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ）」は、例えば、ヘキサデカン接触角が約４５°以上である表面の濡れ挙動を指す。
コーティング混合物またはコーティング溶液を、金属（例えば、ステンレス鋼、銅、ニッケルまたはアルミニウム）、プラスチック（例えば、ポリエステルまたはポリイミド）、ゴム（例えば、シリコーン）またはガラスのような種々の基板にコーティングしてもよい。
コーティング混合物またはコーティング溶液を、任意の適切な既知の様式でコーティングする。このような材料を基板層にコーティングする典型的な技術としては、フローコーティング、液体噴霧コーティング、浸漬コーティング、ワイヤ巻き付けロッドによるコーティング、流動床コーティング、粉末コーティング、静電噴霧、音波噴霧、ブレードコーティング、成形、積層などが挙げられる。
例えば、コーティング混合物またはコーティング溶液は、約３４．５重量％のイソシアネートポリブタジエン、約１５重量％の末端がヒドロキシルのポリフルオロポリエーテル、約０．５重量％のジブチルスズラウレート、約５０重量％のテトラヒドロフランを約５分〜約３０分間混合することによって調製することができる。得られたコーティング混合物またはコーティング溶液を７５ミクロンポリイミド膜でドローバーコーティングし、次いで、約１２０〜約２００°の温度で約１０〜約６０分間乾燥させた。ポリブタジエン／ポリフルオロポリエーテル／ジブチルスズラウレート＝６０／３０／１のコーティング組成物を、約１〜約４００μｍの厚みで、ポリイミド基板の上部に作成する。
実験的に、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）中、末端がヒドロキシルのＰＦＰＥ（ＦＬＵＯＲＯＬＩＮＫ（登録商標）Ｄ、Ａｕｓｉｍｏｎｔ ＵＳＡ）をイソシアネートポリブタジエン（ＫＲＡＳＯＬ（登録商標）ＮＮ−３５、Ｓａｒｔｏｍｅｒ）と重量比３０／７０になるように混合する。ヒドロキシルＰＦＰＥとイソシアネートポリブタジエン（ＰＢＤ）との架橋反応を促進するために、少量のスズ触媒ジブチルスズラウレートを加えた。
コーティング溶液をドローバーコーターによってポリイミド基板にコーティングし、次いで、１５０℃で３０分間硬化させ、厚みが１０μｍのコンポジットコーティングを得た。このコーティングは、１Ｈの鉛筆硬度を有しており、かつ柔軟性であり、その架橋性に起因した良好な機械特性を示す。
このコンポジットコーティングについて、さらに接触角を試験し、結果を表１に示す。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のデータも比較のために含まれていた。
ＰＴＦＥと比較し、開示されているＰＦＰＥ／ＰＢＤコンポジットは、匹敵する水接触角を示し、このことは、開示されているＰＦＰＥ／ＰＢＤコンポジットが、ＰＴＦＥと同程度に疎水性であることを示している。最も重要なことに、開示されているＰＦＰＷＥ／ＰＢＤコンポジットは、約２５°よりも大きなヘキサデカン接触角を示し、このことは、開示されているＰＦＰＥ／ＰＢＤコンポジットが、ＰＴＦＥよりも撥油性が高いことを示している。したがって、本開示は、疎水性であり、撥油性でもある新規コンポジット層を提供し、この層は、デジタル、多重画像型などを含む電子写真式画像形成装置、およびインクジェット印刷ヘッドおよび転写ドラムでの用途に適している。
Claims (4)
- 溶媒中、官能化ポリフルオロポリエーテルと官能化ポリブタジエンとを、官能化ポリフルオロポリエーテル／官能化ポリブタジエンの重量比が約２０／８０〜約８０／２０になるように含むコーティング混合物を含む、組成物。
- 官能化ポリフルオロポリエーテル／官能化ポリブタジエンの重量比が約２０／８０〜約８０／２０である、官能化ポリフルオロポリエーテルと官能化ポリブタジエンとの架橋したネットワークを含む表面層を含み、前記表面層が、約９０°より大きい水接触角と、約４５°より大きいヘキサンデカン接触角とを含む、組成物。
- 前記官能化ポリフルオロポリエーテルが
によってあらわされ、ｎおよびｍが、それぞれ、繰り返し基の数をあらわし、ｎが、約３〜約１２０であり、ｍが、約５〜約１２０であり、ｎ＋ｍが、約４０〜約１８０であり、ｎ／ｍが、約０．５〜約２であり、Ｒ１およびＲ２が、独立して、それぞれＡ１−ＣＦ２Ｏ−および−ＣＦ２−Ａ２であらわされ、Ａ１、Ａ２は、独立して、
のうち１つであり、Ａｋが、結合であるか、または炭素原子が約１〜１０個のアルキレン基であり、ＲＨが、Ｈ、または炭素原子が約１〜１０個のアルキル基であり、ｐが、１〜約２０である、請求項２に記載の組成物。 - 前記官能化ポリブタジエンが、イソシアネートポリブタジエン、ヒドロキシルポリブタジエン、カルボン酸ポリブタジエン、エステルポリブタジエン、またはエポキシポリブタジエンを含み、前記ポリブタジエンが、ポリ（１，３−ブタジエン）、ポリ（１，４−ブタジエン）、水素化ポリ（１，３−ブタジエン）、水素化ポリ（１，４−ブタジエン）、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２に記載の組成物。
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