JP2020094187A - 硬化性シリコーンゴム混合物、電子写真用部材、および電子写真画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)熱硬化性シリコーンゴム100重量部;
(B)導電性カーボンブラック1〜150重量部;
(C)陰イオン成分が、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドであり、陽イオン成分が少なくとも1個のアルケニル基を有する陽イオンであるイオン液体0.05〜1000ppm。該イオン液体は、難水溶性または非水溶性であって、25℃で液体であり、分解温度が220℃以上である。
本発明の一態様に係る硬化性シリコーンゴム混合物は、硬化性シリコーンゴム、カチオン、アニオン、及び金属酸化物粒子を含む。該カチオンは、分子構造中に炭素−炭素2重結合を1つ以上有するカチオンを含む。また、該金属酸化物粒子は、表面に水酸基を有することにより、親水化率が0.50以上の表面を有する。以下、各成分について詳述する。
硬化性シリコーンゴムとしては、付加硬化型液状シリコーンゴムを用いることができる。付加硬化型液状シリコーンゴムは、下記(a)、(b)および(c)成分を含む。
(a)不飽和脂肪族基を有するオルガノポリシロキサン;
(b)ケイ素原子に結合した活性水素を有するオルガノポリシロキサン;
(c)架橋触媒としての白金化合物。
・分子両末端が(R1)2R2SiO1/2で表され、中間単位が(R1)2SiOおよびR1R2SiOで表される直鎖状オルガノポリシロキサン;
・中間単位にR1SiO3/2またはSiO4/2を含む分岐状オルガノポリシロキサン。
・アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等);
・アリール基(フェニル基、ナフチル基等)。
該オルガノポリシロキサンの25℃における粘度が上記範囲内であれば、保存中に揮発して所望の架橋度や成形品の物性が得られないということがなく、また合成や取扱いが容易となり、系中に均一に分散させやすくなる。
上記(c)成分としては、公知の白金化合物を用いることができる。
分子構造中に炭素−炭素2重結合を1つ以上有する第1のカチオンの例としては、例えば、4級アンモニウムに、アリル基が結合したものが挙げられ、具体的には、下記構造式(1−1)のような構造が挙げられる。
本発明の一態様に係る硬化性シリコーンゴム混合物は、さらにジメチルシロキサン鎖で変性された第2のカチオンを含むことができる。
以下、ジメチルシロキサン鎖で変性された第2のカチオンの構造について説明する。
ジメチルシロキサン鎖で変性された第2のカチオンとしては、例えば、構造式(2−1)に示すように、4級アンモニウムとジメチルシロキサン鎖が結合したものが挙げられる。また、カチオンは、構造式(2−2)に示すようなホスホニウムや、スルホニウム、構造式(2−3)、構造式(2−4)に示すような環状構造を有するものであってもよい。
アニオンとしては、特に限定されない。
用い得るアニオンの例としては、AlCl4 −、Al2Cl7 −、NO3 −、BF4 −、PF6 −、CH3COO−、CF3COO−、CF3SO3 −、(CF3SO2)3C−、AsF6 −、SbF6 −、F(HF)n−、CF3CF2CF2CF2SO3 −、(CF3CF2SO2)2N−、CF3CF2CF2COO−、(CF3SO2)2N−からなる群より選択される少なくとも1つが挙げられる。電子写真用部材として用いる場合には、湿度に因る影響が小さい点から、(CF3SO2)2N−(以降、ビストリフルオロスルホニルイミドアニオンを略して、「TFSI−」と標記する場合がある)がより好ましい。
表面の親水化率が0.50以上の金属酸化物粒子は、イオン導電によって硬化性シリコーンゴムの硬化物の体積抵抗率を上記した中抵抗領域に調整する上で重要な成分である。
親水性シリカ粒子とは、シリカ粒子表面が十分に親水化されているものを指す。シリカ表面がどの程度親水化されているかについては、近赤外分光法などの分析手法により評価することができる。具体的には、まず、近赤外分光装置(Frontier NIR、パーキンエルマー社製)によって、シリカ粒子の表面の近赤外スペクトル(IRスペクトル)を測定する。このスペクトルデータから、Si−OHに相当する7300cm−1の吸光度を、SiO2に相当する4500cm−1の吸光度で除した値を親水化率と定義し、表面に存在するSi−OHの量を比較することが可能である。親水性シリカとは、上記方法で算出された親水化率が0.50以上のものを言う。親水性シリカの親水化率としては、特には、0.51以上、0.98以下が好ましい。
上記、親水化率を満たすシリカ粒子であれば特に限定されず、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
親水性アルミナ粒子とは、アルミナ粒子の表面が十分に親水化されているものを指す。上記、シリカ粒子の親水化率の評価手法と同様の手法により、親水性アルミナの親水化率を評価することができる。親水性アルミナの場合、Al−OHに相当する3690cm−1の吸光度を、Al2O3に相当する7425cm−1の吸光度で除した値を親水性アルミナの親水化率と定義し、表面に存在するAl−OHの量を比較することが可能である。好適に用い得る親水性アルミナ粒子は、上記方法で算出された親水化率が0.50以上のものである。
特許文献2に係る導電性シリコーンゴム組成物が含む導電性カーボンブラックの表面には水酸基があり、少なくとも1個のアルケニル基を有するカチオンの一部は、カーボンブラックによって捕捉されているとも考えられる。しかしながら、特許文献2に係る導電性シリコーンゴム組成物の導電性は、イオン液体の添加量が0.05〜1000ppmときわめて微量であることから、電子導電が支配的であるといえる。その場合、たとえ、高電圧印加下でのカチオンの移動がカーボンブラックによって抑制されていたとしても、カチオンの移動が完全に抑えられる訳ではない以上、カーボンブラックに対するイオンの位置は変動する。その結果として、体積抵抗率の大きな変動が生じていると考えられる。
弾性層は、上記の他にも充填剤、架橋促進剤、架橋遅延剤、架橋助剤、着色剤、スコーチ防止剤、老化防止剤、軟化剤、熱安定剤、難燃剤、難燃助剤、紫外線吸収剤、防錆剤などの添加剤を含んでいてもよい。
次に、電子写真用部材について説明する。図2は、本発明の一態様に係る、エンドレス形状を有する電子写真用部材(以降、「電子写真用ベルト」ともいう)200の概略図である。電子写真用ベルト200は、エンドレス形状の基材202と、その外周面上に形成された弾性層201とで構成されている。なお、必要に応じて、弾性層201の外周面上にさらに不図示の表面層を設けることもできる。
弾性層は、前記した硬化性シリコーンゴム混合物の硬化物を含む。
円筒状、円柱状またはエンドレスベルト形状を有する上記基材上に、前記した硬化性シリコーンゴム混合物を塗布し、硬化させることで、基材上に弾性層を形成することができる。弾性層の厚さは、電子写真用部材としての機能を満たす範囲で適宜調整することができる。特に、中間転写ベルト用の弾性層の厚さとしては、ニップ時の圧縮変形量や、中間転写ベルト表面のトナー像の色ずれ抑制の観点から、80μmから600μmが好適であり、より好ましくは、150μm以上400μm以下である。
基材としては、電子写真用部材の形状に対応して、円筒状、円柱状またはエンドレスベルト形状を有するものを用い得る。基材の材質としては、耐熱性および機械的強度に優れる材質であれば特に制限はない。例えば、アルミニウム、鉄、銅、ニッケルの如き金属、ステンレス、真鍮の如き合金、アルミナ、炭化珪素の如きセラミックス、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエステル、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイドの如き樹脂が挙げられる。
電子写真用部材の表面層は、用紙のような記録媒体や、ドラム等の各種当接部材との摺擦による摩耗に対して耐性があり、かつトナー等が固着せぬように、低付着性を有することが求められる。表面層に用いる樹脂は、低付着性を有するものであれば特に制限はないが、例えば、フッ素樹脂、含フッ素ウレタン樹脂、フッ素ゴム、シロキサン変性ポリイミドが挙げられる。中間転写ベルト用の表層としては、これらの中でも、弾性層の弾性機能を損なわない観点から、含フッ素ウレタン樹脂が好ましい。
本発明の一態様に係る電子写真画像形成装置は、上記した本態様に係る電子写真用エンドレスベルトを中間転写部材(中間転写ベルト)として具備する。図1により電子写真画像形成装置の実施形態の一例を説明する。本実施形態の画像形成装置は、複数色の画像形成ステーションを電子写真用エンドレスベルト(以下、「中間転写ベルト」と称する)の回転方向に並べて配置した、所謂タンデム型の構成を有する。なお、以下の説明では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色に関する構成の符号に、それぞれ、Y、M、C、kの添え字を付しているが、同様の構成については添え字を省略する場合もある。
[実施例1]
(基材の調製)
下記の材料を、各々重量式フィーダを用いて、2軸混練機(商品名:PCM30、(株)池貝製)に投入し、混練して、これらのペレットを得た。2軸混練機のシリンダ設定温度は、材料投入部を320℃とし、シリンダ下流およびダイは360℃とした。2軸混練機のスクリュ回転数は300rpmとし、材料供給量は8kg/hとした。
・ポリエーテルエーテルケトン(商品名:VICTREXPEEK450G、ビクトレックス社製):80質量部
・アセチレンブラック(商品名:デンカブラック粒状品、デンカ(株)製):20質量部
次いで、得られたペレットを円筒押出成形することにより、エンドレス形状の基材を作製した。なお、円筒押出成形は、単軸押出機(商品名:GT40、(株)プラスチック工学研究所製)、および直径300mm、隙間1mmの円形開口部を有する円筒ダイを用いて行った。
第1のカチオンとして、炭素−炭素2重結合を1つ以上有するビニル変性4級アンモニウム塩であり、アニオンがTFSI−である第1のイオン液体を用意した。なお、当該カチオンは、前記構造式(1−1)で示される構造を有し、R101およびR102が、前記構造式(1−2)で示される、p=1の基であり、R103〜R104がメチル基であるものであり、モル質量は126.2g/molである。また、該アニオンのモル質量は、280.2g/molである。
次いで、表面に水酸基を有する金属酸化物粒子として、親水性シリカ粒子No.1(商品名:AEROSIL90、日本アエロジル社製)を2.0質量部添加し、さらに黒色の着色材(商品名:LIMカラー02;信越化学工業社製)を1.0質量部添加した。その後、遊星撹拌脱泡装置(商品名:HM−500、キーエンス社製)を用いて撹拌・脱泡して、付加硬化型液状シリコーンゴム混合液を得た。なお上記親水性シリカ粒子の親水化率は、52%であり、BET法による比表面積は、90±15(m/g)であった。
ポリウレタンディスパージョンにポリテトラフルオロエチレンが分散した含フッ素ポリウレタン樹脂液(商品名:Emralon T−861、ヘンケルジャパン社製)を用意した。次いで、弾性層の外表面をエキシマUV照射により親水化処理した後、中子に嵌め合わせ、200rpmで回転させながら、スプレーガン(商品名:W−101、アネスト岩田(株)製)を用いて該ウレタン樹脂液を塗布した。塗布後、130℃の加熱炉に入れて、30分間硬化した。こうして、弾性層上に厚さ3μmの表面層を有する電子写真用ベルトNo.1を得た。
実施例1における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、親水性シリカ粒子No.1を親水性シリカ粒子No.2(商品名:AEROSIL200、日本アエロジル社製)に変更した。親水性シリカ粒子No.2の親水化率は96%、BET比表面積は200±25(m/g)である。それ以外は、実施例1と同様にして電子写真用ベルトNo.2を作製した。
実施例1における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、親水性シリカ粒子No.1を親水性シリカNo.3(AEROSIL380、日本アエロジル社製)に変更した。親水性シリカNo.3の親水化率は98%、BET比表面積は380±30(m/g)である。それ以外は、実施例1と同様にして電子写真用ベルトNo.3を作製した。
実施例3における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、第1のイオン液体の添加量を0.5質量部に変更した以外は、実施例3と同様にして電子写真用ベルトNo.4を作製した。
実施例3における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、第1のイオン液体の添加量を10.0質量部に変更した以外は、実施例3と同様にして電子写真用ベルトNo.5を作製した。
実施例3における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、親水性シリカの添加量を0.2質量部に変更した以外は、実施例3と同様にして電子写真用ベルトNo.6を作製した。
実施例3における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、親水性シリカの添加量を5.0質量部に変更した以外は、実施例3と同様にして電子写真用ベルトNo.7を作製した。
実施例1における弾性層の調製において、親水性シリカ粒子No.1を親水性アルミナ粒子(商品名:AEROXIDE Alu130、日本アエロジル社製)に変更した。用いた親水性アルミナ粒子の親水化率は67%、BET比表面積は130±20(m/g)である。それ以外は、実施例1と同様にして電子写真用ベルトNo.8を作製した。
実施例4における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、カチオンを、テトラメチルアンモニウムカチオンに変更した以外は、実施例4と同様にして電子写真用ベルトNo.9を作製した。
第2のカチオンとして、ジメチルシロキサン鎖で変性された4級ホスホニウム塩であり、アニオンが第1のイオン液体と同様にTFSI−であるイオン液体を用意した。なお、当該カチオンは、前記構造式(2−2)で示される構造を有し、R201〜R203が炭素数4のアルキル基、R204が炭素数1のアルキル基、R205がエポキシ基、R206が水酸基、R207が炭素数3のアルキレン基である。また、当該カチオンのモル質量は、569.3g/molである。
実施例3における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、さらに第2のイオン液体0.9質量部を添加した以外は、実施例3と同様にして電子写真用ベルトNo.10を作製した。添加された第1のイオン液体と第2のイオン液体の総量において、第1のカチオンのモル量に対する、第2のカチオンのモル量は46%となる。
実施例3における弾性層形成用の硬化性シリコーンゴム混合物の調製において、第1のイオン液体の添加量を7.0質量部に変更し、さらに第2のイオン液体3.0質量部を添加した以外は、実施例9と同様にして電子写真用ベルトNo.11を作製した。添加された第1のイオン液体と第2のイオン液体の総量において、第1のカチオンのモル量に対する、第2のカチオンのモル量は44%となる。
電子写真用ベルトNo.1〜11について、以下の評価を行った。初期の体積抵抗率、および、1000Vの直流電圧を印加した後の体積抵抗率を測定した。また、初期の体積抵抗率と、電圧印加後の体積抵抗率の差の絶対値を初期の体積抵抗率で除した値を100倍した値を、体積抵抗率の変化率として算出した。
また、各々の電子写真用ベルトを中間転写ベルトとして用いて電子写真画像の形成に供したときの画像評価を行った。
上記した各実施例および各比較例によって得られた電子写真用ベルトNo.1〜11の各々について、電子写真画像の形成に供する前の体積抵抗率を以下のようにして測定した。
すなわち、体積抵抗率(初期)の値は、周長が1147mmである各電子写真用ベルトに対して、20mm間隔で58点測定したときの平均値と定義した。
体積抵抗率の測定は、二重電極法により、高抵抗率計(商品名:ハイレスタMCP−HT450、三菱化学アナリテック社製)を用いて行った。電極としては、「URプローブ」を使用し、1000Vの電圧を10秒間印加したときの値を用いた。なお、体積抵抗率の測定は、温度25℃、相対湿度55%の環境で行った。
また、各電子写真用ベルトについて、58点で測定した体積抵抗率の最小値と最大値との比(最大値/最小値)を計算し、各電子写真用ベルトの体積抵抗率の均一性の指標とした。
フルカラー電子写真画像形成装置(商品名:imagePRESS C800、キヤノン(株)製)に装着されている中間転写ベルトに代えて、各実施例または比較例に係る電子写真用ベルトを中間転写ベルトとして装着した。そして、A4サイズの普通紙(商品名:CS−680A4、キヤノン(株)製)上に、シアン色のベタ画像を出力した。なお、画像の形成には、上記電子写真画像形成装置のプリントカートリッジに搭載されているシアンおよびマゼンタ現像剤を用いた。また、画像の出力は、常温常湿(温度25℃、相対湿度55%)環境下で行った。なお、当該フルカラー電子写真画像形成装置は、1次転写手段が、中間転写ベルトを介して電子写真感光体と対向配置されてなる転写ローラを含むものであり、1次転写電圧は、1000〜3000Vであり、また、2次転写電圧は、1000Vであった。
また、体積抵抗率(初期)と、体積抵抗率(電圧印加後)との差の絶対値を、体積抵抗率(初期)で除した値を100倍した値を、体積抵抗率の変化率とした。
(画像評価基準)
ランクA:ムラが全く認められない。
ランクB:一部に軽微なムラが認められる。
ランクC:観察画像の2割程度の領域にムラが認められる。
ランクD:観察画像の半分以上に亘ってムラが認められる。
201 弾性層
202 基材
Claims (17)
- 硬化性シリコーンゴム、カチオン、アニオン、および、金属酸化物粒子、を含み、
該カチオンは、分子構造中に炭素−炭素2重結合を1つ以上有する第1のカチオンを含み、
該金属酸化物粒子の表面の親水化率が0.50以上であることを特徴とする硬化性シリコーンゴム混合物。 - 前記金属酸化物粒子が、アルミナ粒子、または、シリカ粒子である請求項1に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 前記シリカ粒子は、その表面のIRスペクトルにおけるSi−OHを表す7300cm−1における吸光度を、SiO2を表す4500cm−1における吸光度で除した値として定義される親水化率が、0.51以上、0.98以下である請求項2に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 前記アルミナ粒子は、その表面のIRスペクトルにおけるAl−OHを表す3690cm−1における吸光度を、Al2O3を表す7425cm−1における吸光度で除した値として定義される親水化率が、0.50以上である請求項2に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 前記金属酸化物粒子を、前記硬化性シリコーンゴムの100質量部に対して、0.1質量部以上、30.0質量部以下、含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 電子導電剤を含まない請求項1〜6のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 電子導電剤を、前記硬化性シリコーンゴム混合物の全量に対し、0.1質量%以下の割合でさらに含む請求項1〜6のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 前記カチオンが、さらに、ジメチルシロキサン鎖で変性された第2のカチオンを含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 前記第2のカチオンが、4級アンモニウム、ホスホニウム、スルホニウム、イミダゾリウム、ピロリジニウム、ピペリジニウム、ピリジニウム、モルホリニウムからなる群より選択されるカチオン構造を有する請求項9に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 前記第2のカチオンが、構造式(2−1)〜(2−4)で示される構造のうちのいずれかを有する、請求項9または10に記載の硬化性シリコーンゴム混合物:
構造式(2−3)および構造式(2−4)中、R208は、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、ベンジル基、またはカルボキシル基を表す。R209〜R211は、各々独立に、炭素数1〜10のアルキル基を表す。R212は、置換基を有していてもよい炭素数1〜20のアルキレン基を表す。該アルキレン基は、−Ph−、−O−、−C(=O)−、−C(=O)−O−、または−C(=O)−NR−(Rは炭素数1〜6のアルキル基を表す)から選択される基を介した構造であってもよい。mは、1以上150以下の整数を表す。)。 - 前記アニオンが、AlCl4 −、Al2Cl7 −、NO3 −、BF4 −、PF6 −、CH3COO−、CF3COO−、CF3SO3 −、(CF3SO2)3C−、AsF6 −、SbF6 −、F(HF)n−、CF3CF2CF2CF2SO3 −、(CF3CF2SO2)2N−、CF3CF2CF2COO−、および(CF3SO2)2N−からなる群より選択される少なくとも1つである、請求項1〜11のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 前記硬化性シリコーンゴムの100質量部に対する、前記カチオンおよび前記アニオンの総量が、0.01質量部以上、10質量部以下である請求項1〜12のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンゴム混合物。
- 基材と、該基材上の弾性層とを有する電子写真用部材であって、該弾性層が、請求項1〜13のいずれか一項に記載の硬化性シリコーンゴム混合物の硬化物である、ことを特徴とする電子写真用部材。
- 前記弾性層の体積抵抗率が、1.0×108Ω・cm〜2.0×1011Ω・cmである請求項14に記載の電子写真用部材。
- 前記電子写真用部材が、エンドレスベルト形状を有する電子写真用ベルトである請求項14または15に記載の電子写真用部材。
- 請求項14〜16のいずれか一項に記載の電子写真用部材を中間転写部材として具備することを特徴とする電子写真画像形成装置。
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2019
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