JP3692917B2

JP3692917B2 - Urethane composition for paper feed roll and paper feed roll using the same

Info

Publication number: JP3692917B2
Application number: JP2000259730A
Authority: JP
Inventors: 智志鈴木; 均吉川; 好広和合; 慶太白木
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: JP2002068515A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙送りロール用ウレタン組成物およびそれを用いた紙送りロールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複写機に用いられる給紙ロール、搬送ロール等の紙送りロールには、摩擦係数が高く、耐摩耗性に優れ、低へたりであることが要求される。そのため、従来は、耐摩耗性の観点から、ポリウレタン材料からなるウレタンロールが用いられていた。このウレタンロールは、耐摩耗性に優れる反面、ゴムロールに比べて摩擦係数が低い。そのため、可塑剤を添加したり、ＮＣＯインデックスを下げたりすることにより、低硬度化し、摩擦係数を高めている（特開昭６３−７７９１９号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開昭６３−７７９１９号公報に記載のウレタンロールでは、摩擦係数が不充分であり、ゴムロールと略同等の高い摩擦係数を得ることはできない。また、ウレタンロールの硬度を４０°未満にすると粘着性が増し、紙粉がロール表面に付着してしまい、摩擦係数が大幅に低下するという難点がある。さらに、ＮＣＯインデックスを下げると、架橋密度が低くなるため、へたり性が悪化し、耐摩耗性が悪くなるという難点もある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高い摩擦係数を得ることができ、しかもこの高い摩擦係数を維持することができる耐摩耗性に優れた紙送りロール用ウレタン組成物およびそれを用いた紙送りロールの提供をその目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、下記の（Ａ）〜（Ｃ）成分を含有する紙送りロール用ウレタン組成物であって、紙送りロール用ウレタン組成物の硬化体が下記の特性（α）および（β）の双方を備えている紙送りロール用ウレタン組成物を第１の要旨とする。
（Ａ）ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）とポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）とを、ＰＴＭＧ／ＰＰＧ＝９９／１〜５０／５０の重量比で混合してなる、数平均分子量（Ｍｎ）が１０００〜３０００の範囲のポリエーテルポリオール。
（Ｂ）ポリイソシアネート。
（Ｃ）鎖延長剤。
（α）硬度が４０°以上。
（β）架橋密度が０．１５〜０．８ｍｍｏｌ／ｃｍ³。
【０００６】
また、本発明は、上記第１の要旨の紙送りロール用ウレタン組成物を用いてなる紙送りロールを第２の要旨とする。
【０００７】
すなわち、本発明者らは、高い摩擦係数を得ることができ、しかも耐摩耗性に優れた紙送りロール用ウレタン組成物を得るべく、ポリオール材料を中心に鋭意研究を重ねた。そして、エーテル系ポリオールに着目し、エーテル系ポリオールのなかでも高強度であるＰＴＭＧにＰＰＧを所定の重量比でブレンドしてなる特定の数平均分子量のポリエーテルポリオール（Ａ成分）を用いると、好結果が得られることを突き止めた。なお、エステル系ポリオールは、分子構造中にエステル結合を有するため、耐加水分解性に劣り、好結果を得ることができなかった。そして、上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）とポリイソシアネート（Ｂ成分）と鎖延長剤（Ｃ成分）とを含有するウレタン組成物の硬化体の硬度および架橋密度についても研究を重ねた結果、これらを所定の範囲に制御することにより、所期の目的が達成できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
なお、本発明において「紙送りロール」とは、ピックアップロール，フィードロール，リタードロール等の給紙ロール、搬送ロール等の狭義のロールに限定されるものではなく、紙送りベルト等も含む趣旨である。
【０００９】
そして、上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）、ポリイソシアネート（Ｂ成分）、鎖延長剤（Ｃ成分）に加えて、イオン導電剤を配合すると、このイオン導電剤が帯電防止剤として作用するため、ロール表面への紙粉の付着防止効果が向上し、高摩耗係数保持性がさらに向上する。
【００１０】
また、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、可塑剤や中空フィラーを配合すると、摩擦係数がさらに高くなるため好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
本発明の紙送りロール用ウレタン組成物は、特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）と、ポリイソシアネート（Ｂ成分）と、鎖延長剤（Ｃ成分）とを用いて得ることができる。
【００１３】
上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）とポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）とを所定の重量比で混合した、数平均分子量（Ｍｎ）が１０００〜３０００の範囲のものである。
【００１４】
上記ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）とポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）の重量比は、ＰＴＭＧ／ＰＰＧ＝９９／１〜５０／５０の範囲に設定する必要があり、好ましくはＰＴＭＧ／ＰＰＧ＝９０／１０〜６０／４０である。すなわち、ＰＰＧの重量比が１未満であると、高摩擦係数が得られず、逆にＰＰＧの重量比が５０を超えると、耐摩耗性が悪化するからである。
【００１５】
上記ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）の数平均分子量（Ｍｎ）は、通常、１０００〜３０００の範囲であり、好ましくは１５００〜２５００である。また、上記ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）のＭｎは、１０００〜３０００の範囲であり、好ましくは１５００〜２５００である。
【００１６】
上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）とともに用いられるポリイソシアネート（Ｂ成分）としては、通常のウレタン組成物に用いられるものであれば特に限定はなく、例えば、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、２，４−トリレンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）、２，６−トリレンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）、３，３′−ビトリレン−４，４′−ジイソシアネート、３，３′−ジメチルジフェニルメタン−４，４′−ジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネートウレチジンジオン（２，４−ＴＤＩの二量体）、１，５−ナフチレンジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、４，４′−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート（水添ＭＤＩ）、カルボジイミド変性ＭＤＩ、オルトトルイジンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、リジンジイソシアネートメチルエステル等のジイソシアネート、トリフェニルメタン−４，４′，４″−トリイソシアネート等のトリイソシアネート、ポリメリックＭＤＩ等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらポリイソシアネートのなかでも、耐摩耗性の観点から、ＭＤＩが好適に用いられる。
【００１７】
上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）の水酸基のモル数（ａ）と、ポリイソシアネート（Ｂ成分）中のイソシアネートのモル数（ｂ）との比は、ａ／ｂ＝１．０／１．５〜１．０／３．５の範囲が好ましい。
【００１８】
上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）およびポリイソシアネート（Ｂ成分）とともに用いられる鎖延長剤（Ｃ成分）としては、通常のウレタン組成物に用いられるものであれば特に限定はなく、例えば、１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤ）、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、キシレングリコール、トリエチレングリコール、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、１，２，６−ヘキサントリオール等の、分子量３００以下のポリオールがあげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらのなかでも、耐摩耗性および低へたり性の点で、１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤ）、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）が好ましい。
【００１９】
上記鎖延長剤（Ｃ成分）の配合割合は、鎖延長剤（Ｃ成分）の水酸基のモル数（ｃ）と、上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）とポリイソシアネート（Ｂ成分）とからなる特殊なウレタンプレポリマー（以下、単に「ウレタンプレポリマー」と略す）中のイソシアネートのモル数（ｕ）との比が、ｕ／ｃ＝１００／７５〜１００／１０５の範囲になるよう配合することが好ましく、特に好ましくはｕ／ｃ＝１００／８５〜１００／９５の範囲である。すなわち、上記鎖延長剤（Ｃ成分）の水酸基のモル数（ｃ）の比が７５未満であると、硬度が高くなりすぎ、摩耗係数が低くなり、逆に鎖延長剤（Ｃ成分）の水酸基のモル数（ｃ）の比が１０５を超えると、架橋密度が低下し、摩耗性が悪化するからである。
【００２０】
なお、本発明の紙送りロール用ウレタン組成物には、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、イオン導電剤、可塑剤、中空フィラー等を適宜配合することが好ましい。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。
【００２１】
上記イオン導電剤としては、例えば、テトラエチルアンモニウム，テトラブチルアンモニウム，ドデシルトリメチルアンモニウム（ラウリルトリメチルアンモニウム等），オクタデシルトリメチルアンモニウム（ステアリルトリメチルアンモニウム等），ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム，変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウム等の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，硫酸塩，アルキル硫酸塩，カルボン酸塩，スルホン酸塩等のアンモニウム塩；リチウム，ナトリウム，カルシウム，マグネシウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の過塩素酸塩，塩素酸塩，塩酸塩，臭素酸塩，ヨウ素酸塩，ホウフッ化水素酸塩，トリフルオロメチル硫酸塩，スルホン酸塩等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらのなかでも、アルキル硫酸の第四級アンモニウム塩および多塩基カルボン酸の第四級アンモニウム塩が、連続通電時の抵抗上昇が小さいため好適に用いられる。また、ホウ酸エステル化合物を用いることも可能である。
【００２２】
また、上記イオン導電剤の配合割合は、上記ウレタンプレポリマー１００部に対して３部以下が好ましく、特に好ましくは０．１〜３部である。
【００２３】
上記可塑剤としては、例えば、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等のフタル酸誘導体、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等のセバシン酸誘導体、ジブチルジグリコールアジペート（ＢＸＡ），ジブチルカルビトールアジペート等のアジピン酸誘導体、トリブチルホスフェート（ＴＢＰ），トリブトキシエチルホスフェート（ＴＢＸＰ），トリオクチルホスフェート（ＴＯＰ），トリフェニルホスフェート（ＴＰＰ）等のリン酸誘導体、ポリエステル誘導体、ポリエーテルエステル誘導体、ポリエーテル誘導体等があげられる。これらは単独でもしくは２種以上併せて用いられる。これらのなかでも、相溶性の点で、ＤＯＰが好適に用いられる。
【００２４】
また、上記可塑剤の配合割合は、摩擦係数、耐摩耗性の観点から、上記ウレタンプレポリマー１００部に対して５０部以下が好ましく、特に好ましくは１０〜５０部である。
【００２５】
上記中空フィラーとしては、例えば、マイクロカプセルやマイクロバルーン等があげられる。上記マイクロバルーンとしては、例えば、ガラスバルーン、シリカバルーン、カーボンバルーン、アルミナバルーン、ジルコニアバルーン、シラスバルーンあるいはフェノール樹脂バルーン、塩化ビニリデン樹脂バルーン等のプラスチックバルーン等各種のものがあげられる。これらマイクロバルーンのなかでも、マイクロバルーン自体が弾性を持つものが好ましく、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルの重合物、あるいはこれら２種以上の共重合物等からなる熱可塑性樹脂性マイクロバルーンが好適に用いられる。そして、上記中空フィラーの平均粒径は、通常、５〜２００μｍの範囲であり、好ましくは１５〜１２０μｍである。
【００２６】
また、上記中空フィラーの配合割合は、上記ウレタンプレポリマー１００部に対して、通常、１〜１０部の範囲であり、好ましくは２〜５部である。
【００２７】
さらに、本発明の紙送りロール用ウレタン組成物には、上記各成分に加えて、触媒、発泡剤、界面活性剤、難燃剤、着色剤、充填剤、安定剤、離型剤等を適宜配合しても差し支えない。
【００２８】
本発明の紙送りロール用ウレタン組成物は、例えば、つぎのようにして調製することができる。すなわち、まず、ＰＴＭＧとＰＰＧとを所定の重量比で混合してなる特定の数平均分子量のポリエーテルポリオール（Ａ成分）を、所定の条件（好ましくは８０℃×１時間）にて真空脱泡、脱水する。つぎに、ポリイソシアネート（Ｂ成分）を混合し、窒素雰囲気下で所定の条件（好ましくは８０℃×３時間）にて反応させ、末端にＮＣＯ基を有するウレタンプレポリマーを作製する。そして、このウレタンプレポリマーに対して鎖延長剤（Ｃ成分）を配合することにより、目的とする紙送りロール用ウレタン組成物を得ることができる。なお、イオン導電剤、可塑剤、中空フィラー等の添加剤を配合する場合は、予めウレタンプレポリマーに配合した後、鎖延長剤（Ｃ成分）を配合することにより、目的とする紙送りロール用ウレタン組成物を得ることができる。
【００２９】
本発明の紙送りロール用ウレタン組成物は、その硬化体が下記の特性（α）および（β）の双方を備えていることが必要である。
（α）硬度が４０°以上。
（β）架橋密度が０．１５〜０．８ｍｍｏｌ／ｃｍ³。
【００３０】
すなわち、硬度が４０°未満であると、粘着性が増すため紙粉が付着し、摩擦係数が低下するからである。なお、硬度はタイプＡデュロメーターで荷重９．８Ｎにて測定した値である。また、架橋密度が０．１５ｍｍｏｌ／ｃｍ³未満であると、耐摩耗性、へたり性が悪化し、逆に０．８ｍｍｏｌ／ｃｍ³を超えると、高硬度のため高摩擦係数を得ることができなくなるからである。
【００３１】
なかでも、硬度は５０〜７０°の範囲が好ましく、架橋密度は０．４〜０．６ｍｍｏｌ／ｃｍ³の範囲が好ましい。
【００３２】
本発明の紙送りロールとしては、例えば、図１に示すように、軸体１の外周面に本発明の紙送りロール用ウレタン組成物からなるウレタンエラストマー層２が形成された構造のものがあげられる。
【００３３】
上記軸体１は特に制限するものではなく、例えば、金属製の中実体からなる芯金や、内部を中空にくり抜いた金属製の円筒体等が用いられる。そして、その材料としては、ステンレス、アルミニウム、鉄にメッキを施したもの等があげられる。なお、必要に応じて、上記軸体１上に接着剤、プライマー等を塗布してもよく、また上記接着剤、プライマー等は必要に応じて導電化してもよい。
【００３４】
そして、上記図１に示した紙送りロールは、例えば、つぎのようにして作製することができる。すなわち、まず、軸体となる芯金をセットした紙送りロール成形用金型を準備し、これを所定温度（好ましくは１４０℃）に加熱する。ついで、この金型内に前述の方法で調製した紙送りロール用ウレタン組成物を注型し、所定の条件（好ましくは１４０℃×３０分間）で硬化反応させて硬化体を得る。得られた硬化体を脱型し、所的の条件（好ましくは１１０℃×１２時間）で２次硬化させた後、表面を研磨することにより、図１に示したような、軸体１の外周面にウレタンエラストマー層２が形成されてなる紙送りロールを得ることができる。
【００３５】
このようにして得られた紙送りロールのウレタンエラストマー層の厚みは、通常、１〜８ｍｍであり、好ましくは３〜６ｍｍである。
【００３６】
本発明の紙送りロール用ウレタン組成物の製法としては、ポリオールとイソシアネートを予め反応させてＮＣＯ末端のプレポリマーとした後、鎖延長剤等を添加して必要により加熱硬化させるプレポリマー法が好ましい。なお、全ての成分を一度に混合して硬化させるワンショット法や、プレポリマー製造時のポリオール成分の一部を鎖延長剤等の成分とするセミワンショット法等を適用しても差し支えない。
【００３７】
なお、本発明の紙送りロール用ウレタン組成物は、複写機に用いられる給紙ロール、搬送ロール等として好適であるが、自動販売機、自動改札機、現金自動引き取り装置、両替機、計数機、キャッシュディスペンサー等の紙送りベルト、紙送りロールとして使用することも可能である。
【００３８】
つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。
【００３９】
〔ウレタンプレポリマーＡ〜Ｅ、ａ〜ｆ〕
下記の表１および表２に示す割合で混合してなるポリエーテルポリオールを８０℃にて１時間真空脱泡、脱水した後、ポリイソシアネートを同表に示す割合で混合し、窒素雰囲気下で８０℃にて３時間反応させ、末端にＮＣＯ基を有するウレタンプレポリマーを作製した。
【００４０】
【表１】

【００４１】
【表２】

【００４２】
【実施例１】
まず、軸体となる芯金（直径１０ｍｍ、ＳＵＳ３０４製）をセットした紙送りロール成形用金型を準備し、これを１４０℃に加熱した。そして、上記ウレタンプレポリマーＡを９０℃にて３０分間真空脱泡した後、このウレタンプレポリマー１００部に対して、１，４−ブタンジオール（１，４−ＢＤ）３部およびトリメチロールプロパン（ＴＭＰ）２部を添加して、減圧下で２分間攪拌混合したものを、上記金型内に注型し、１４０℃で３０分間硬化反応させて硬化体を得た。得られた硬化体を脱型し、１１０℃にて１２時間２次硬化させた後、表面を研磨することにより、軸体の外周面にウレタンエラストマー層（厚み５ｍｍ）が形成された紙送りロールを得た。
【００４３】
【実施例２〜１０、比較例１〜６】
各成分の配合割合および種類を後記の表３〜表５に示す内容に変更する以外は、実施例１と同様にして紙送りロールを作製した。なお、イオン導電剤、可塑剤、中空フィラーを配合する場合は、予めウレタンプレポリマーに配合した後、鎖延長剤を配合した。
【００４４】
このようにして得られた実施例品および比較例品の紙送りロールを用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。これらの結果を後記の表３〜表５に併せて示した。
【００４５】
〔硬度〕
紙送りロールの表面の硬度をタイプＡデュロメーターで荷重９．８Ｎにて測定した。
【００４６】
〔架橋密度〕
まず、紙送りロールから所定の大きさのウレタンサンプルを切り出し、このウレタンサンプルをアセトンでソックスレー抽出（８０℃×１５時間）し、その後真空乾燥〔室温（２５℃）×１５時間〕した。ついで、処理後のウレタンサンプルを２ｍｍ×２ｍｍ×１ｍｍに成形採寸後、トルエン／ＴＨＦ〔１／１（容量比）〕中に浸漬して〔室温（２５℃）×１６時間〕膨潤させるようにした。その後、熱機械分析装置（島津製作所社製のＴＭＡ−５０：室温測定）にて、膨潤したウレタンサンプルに−２５０ｇ／ｍｉｎの荷重速度を与えて、圧縮応力、圧縮比、膨潤前後の高さの比を測定した。このようにして得られた測定値と、下記の数式（１）〔フローリー−レーナー（Flory-Rhener）の理論式〕とを用いて、架橋密度を算出した。
【００４７】
【数１】

【００４８】
〔摩擦係数〕
各紙送りロールを搬送ロールとして市販の複写機に組み込み、通紙搬送耐久試験を行った。初期および５０万枚搬送後の紙送りロールを周速度２００ｍｍ／ｓｅｃで荷重２．９Ｎを負荷して紙の曲率が大きい試験機を用いて摩擦係数を測定した。
【００４９】
〔摩耗量〕
上記初期および５０万枚搬送後の紙送りロールの面長中央部のロール径をレーザースキャンマイクロメーターで測定し、この径変化を摩耗量とした。
【００５０】
〔搬送性〕
各紙送りロールを搬送ロールとして市販の複写機に組み込み、搬送性の評価を行った。評価は５０万枚の搬送中に給紙不良や重送が発生しなかったものを○、４０万枚以上５０万枚未満の搬送中に給紙不良や重送が発生したものを△、４０万枚未満で給紙不良や重送が発生したものを×とした。
【００５１】
【表３】

【００５２】
【表４】

【００５３】
【表５】

【００５４】
上記結果から、実施例品はいずれも、硬度、架橋密度が良好で、摩擦係数が高く、耐久性にも優れ、搬送性も良好であることがわかる。
【００５５】
これに対して、比較例１品は、ＰＰＧを配合していないため、摩擦係数が低く、耐久性、搬送性に劣ることがわかる。比較例２品は、ＰＴＭＧを配合していないため、耐摩耗性、搬送性に劣ることがわかる。比較例３品は、硬度が低すぎるため、耐久性に著しく劣るとともに搬送性にも劣ることがわかる。比較例４品は、架橋密度が低すぎるため、摩耗量が著しく高く、搬送性に劣ることがわかる。比較例５品は、架橋密度が高すぎるため、硬度が高くなりすぎ、摩擦係数が低く、搬送性に劣ることがわかる。比較例６品は、ＰＰＧの配合比が高すぎるため、耐久性および搬送性に劣ることがわかる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の紙送りロール用ウレタン組成物は、ＰＴＭＧとＰＰＧとを所定の重量比で混合してなる特定の数平均分子量のポリエーテルポリオール（Ａ成分）と、ポリイソシアネート（Ｂ成分）と、鎖延長剤（Ｃ成分）とを含有し、その硬化体が所定の硬度および架橋密度を備えている。そのため、これを用いてなる紙送りロールは、高摩擦係数で、しかもこの高摩擦係数を維持することができ耐摩耗性に優れている。
【００５７】
そして、上記特定のポリエーテルポリオール（Ａ成分）、ポリイソシアネート（Ｂ成分）、鎖延長剤（Ｃ成分）に加えて、イオン導電剤を配合すると、このイオン導電剤が帯電防止剤として作用するため、ロール表面への紙粉の付着防止効果が向上し、高摩耗係数保持性がさらに向上する。
【００５８】
また、上記Ａ〜Ｃ成分に加えて、可塑剤や中空フィラーを配合すると、摩擦係数がさらに高くなるため好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の紙送りロールの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１軸体
２ウレタンエラストマー層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a urethane composition for paper feed rolls and a paper feed roll using the same.
[0002]
[Prior art]
Paper feed rolls such as paper feed rolls and transport rolls used in copying machines are required to have a high friction coefficient, excellent wear resistance, and low sag. Therefore, conventionally, a urethane roll made of a polyurethane material has been used from the viewpoint of wear resistance. While this urethane roll is excellent in wear resistance, it has a lower coefficient of friction than a rubber roll. Therefore, by adding a plasticizer or lowering the NCO index, the hardness is reduced and the friction coefficient is increased (Japanese Patent Laid-Open No. 63-77919).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the urethane roll described in JP-A-63-77919 has an insufficient coefficient of friction, and a high coefficient of friction substantially equal to that of a rubber roll cannot be obtained. Further, if the hardness of the urethane roll is less than 40 °, the tackiness is increased, paper dust adheres to the roll surface, and there is a problem that the friction coefficient is significantly reduced. Further, when the NCO index is lowered, the crosslink density is lowered, so that the sagability is deteriorated and the wear resistance is also deteriorated.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can provide a urethane composition for paper feed rolls that can obtain a high coefficient of friction and that can maintain this high coefficient of friction, and has excellent wear resistance. The purpose is to provide a paper feed roll using the.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is a urethane composition for paper feed rolls containing the following components (A) to (C), wherein the cured product of the urethane composition for paper feed rolls has the following characteristics: A urethane composition for paper feed rolls having both (α) and (β) is a first gist.
(A) A polytetramethylene ether glycol (PTMG) and polypropylene glycol (PPG) are mixed at a weight ratio of PTMG / PPG = 99/1 to 50/50 , and the number average molecular weight (Mn) is 1000 to 3000. Polyether polyols in the range of
(B) Polyisocyanate.
(C) Chain extender.
(Α) Hardness is 40 ° or more.
(Β) Crosslink density is 0.15 to 0.8 mmol / cm ³ .
[0006]
Moreover, this invention makes the 2nd summary the paper feed roll which uses the urethane composition for paper feed rolls of the said 1st summary.
[0007]
That is, the present inventors have made extensive studies focusing on polyol materials in order to obtain a urethane composition for paper feed rolls that can obtain a high coefficient of friction and is excellent in abrasion resistance. Then, paying attention to ether polyols, it is preferable to use polyether polyols (component A) having a specific number average molecular weight obtained by blending PPG with high strength PTMG at a predetermined weight ratio among ether polyols. I found out that the result was obtained. In addition, since ester-type polyol has an ester bond in molecular structure, it was inferior to hydrolysis resistance and was not able to obtain a favorable result. And as a result of repeated research on the hardness and crosslinking density of the cured product of the urethane composition containing the specific polyether polyol (component A), polyisocyanate (component B), and chain extender (component C), It has been found that the intended purpose can be achieved by controlling these within a predetermined range, and the present invention has been achieved.
[0008]
In the present invention, the “paper feed roll” is not limited to a paper feed roll such as a pick-up roll, a feed roll, and a retard roll, and a narrow roll such as a transport roll, and includes a paper feed belt and the like. is there.
[0009]
In addition to the specific polyether polyol (component A), polyisocyanate (component B), and chain extender (component C), when an ionic conductive agent is blended, the ionic conductive agent acts as an antistatic agent. Further, the effect of preventing the adhesion of paper dust to the roll surface is improved, and the high wear coefficient retention is further improved.
[0010]
Moreover, it is preferable to add a plasticizer or a hollow filler in addition to the components A to C because the friction coefficient is further increased.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described.
[0012]
The urethane composition for paper feed rolls of the present invention can be obtained using a specific polyether polyol (component A), polyisocyanate (component B), and chain extender (component C).
[0013]
The specific polyether polyol (component A) is a mixture of polytetramethylene ether glycol (PTMG) and polypropylene glycol (PPG) at a predetermined weight ratio and having a number average molecular weight (Mn) in the range of 1000 to 3000. It is.
[0014]
The weight ratio of the polytetramethylene ether glycol (PTMG) and the polypropylene glycol (PPG) needs to be set in the range of PTMG / PPG = 99/1 to 50/50, preferably PTMG / PPG = 90/10. 60/40. That is, if the weight ratio of PPG is less than 1, a high friction coefficient cannot be obtained. Conversely, if the weight ratio of PPG exceeds 50, the wear resistance deteriorates.
[0015]
The number average molecular weight (Mn) of the polytetramethylene ether glycol (PTMG) is usually in the range of 1000 to 3000, preferably 1500 to 2500. Moreover, Mn of the said polypropylene glycol (PPG) is the range of 1000-3000, Preferably it is 1500-2500.
[0016]
The polyisocyanate (component B) used together with the specific polyether polyol (component A) is not particularly limited as long as it is used in a normal urethane composition. For example, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI) ), 2,4-tolylene diisocyanate (2,4-TDI), 2,6-tolylene diisocyanate (2,6-TDI), 3,3'-vitrylene-4,4'-diisocyanate, 3,3 '-Dimethyldiphenylmethane-4,4'-diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate uretidine dione (dimer of 2,4-TDI), 1,5-naphthylene diisocyanate, metaphenylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, isophorone Diisocyanate (IPDI), 4,4'-di Diisocyanates such as cyclohexyl methane diisocyanate (hydrogenated MDI), carbodiimide modified MDI, orthotoluidine diisocyanate, xylene diisocyanate, paraphenylene diisocyanate, lysine diisocyanate methyl ester, triphenylmethane-4,4 ', 4 "-triisocyanate Examples thereof include isocyanate, polymeric MDI, etc. These may be used alone or in combination of two or more, and among these polyisocyanates, MDI is preferably used from the viewpoint of wear resistance.
[0017]
The ratio of the number of moles of hydroxyl group (a) in the specific polyether polyol (component A) to the number of moles of isocyanate (b) in the polyisocyanate (component B) is a / b = 1.0 / 1. A range of 5 to 1.0 / 3.5 is preferred.
[0018]
The chain extender (C component) used together with the specific polyether polyol (component A) and polyisocyanate (component B) is not particularly limited as long as it is used in a normal urethane composition. , 4-butanediol (1,4-BD), ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, hexanediol, 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, xylene glycol, triethylene glycol, Examples include polyols having a molecular weight of 300 or less, such as trimethylolpropane (TMP), glycerin, pentaerythritol, sorbitol, 1,2,6-hexanetriol. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, 1,4-butanediol (1,4-BD) and trimethylolpropane (TMP) are preferable in terms of wear resistance and low sag.
[0019]
The blending ratio of the chain extender (C component) is composed of the number of moles of hydroxyl group (c) of the chain extender (C component), the specific polyether polyol (A component) and the polyisocyanate (B component). Mixing so that the ratio of the number of moles of isocyanate (u) in a special urethane prepolymer (hereinafter simply referred to as “urethane prepolymer”) is in the range of u / c = 100/75 to 100/105. Is particularly preferable, and u / c = 100/85 to 100/95. That is, when the ratio of the number of moles of hydroxyl groups (c) of the chain extender (C component) is less than 75, the hardness becomes too high and the wear coefficient becomes low, and conversely the hydroxyl group of the chain extender (C component). This is because when the ratio of the number of moles (c) exceeds 105, the crosslink density decreases and the wear resistance deteriorates.
[0020]
The urethane composition for paper feed rolls of the present invention preferably contains an ionic conductive agent, a plasticizer, a hollow filler and the like as appropriate in addition to the components A to C. These may be used alone or in combination of two or more.
[0021]
Examples of the ionic conductive agent include tetraethylammonium, tetrabutylammonium, dodecyltrimethylammonium (such as lauryltrimethylammonium), octadecyltrimethylammonium (such as stearyltrimethylammonium), hexadecyltrimethylammonium, benzyltrimethylammonium, and modified aliphatic dimethylethyl. Perchlorates such as ammonium, chlorates, hydrochlorides, bromates, iodates, borofluorides, sulfates, alkyl sulfates, carboxylates, sulfonates, ammonium salts; lithium, Perchlorates, chlorates, hydrochlorides, bromates, iodates, borofluorides, trifluoromethyl sulfates, sulfates of alkali metals or alkaline earth metals such as sodium, calcium and magnesium Phosphate salts and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, quaternary ammonium salts of alkylsulfuric acid and quaternary ammonium salts of polybasic carboxylic acids are preferably used because of a small increase in resistance during continuous energization. Moreover, it is also possible to use a boric acid ester compound.
[0022]
Further, the blending ratio of the ionic conductive agent is preferably 3 parts or less, particularly preferably 0.1 to 3 parts, with respect to 100 parts of the urethane prepolymer.
[0023]
Examples of the plasticizer include phthalic acid derivatives such as dioctyl phthalate (DOP), sebacic acid derivatives such as dioctyl sebacate (DOS), adipic acid derivatives such as dibutyl diglycol adipate (BXA) and dibutyl carbitol adipate, tributyl Examples thereof include phosphoric acid derivatives such as phosphate (TBP), tributoxyethyl phosphate (TBXP), trioctyl phosphate (TOP), and triphenyl phosphate (TPP), polyester derivatives, polyether ester derivatives, and polyether derivatives. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, DOP is preferably used in terms of compatibility.
[0024]
In addition, the blending ratio of the plasticizer is preferably 50 parts or less, particularly preferably 10 to 50 parts, with respect to 100 parts of the urethane prepolymer, from the viewpoints of a friction coefficient and wear resistance.
[0025]
Examples of the hollow filler include microcapsules and microballoons. Examples of the microballoon include various types such as glass balloons, silica balloons, carbon balloons, alumina balloons, zirconia balloons, shirasu balloons, plastic balloons such as phenol resin balloons, vinylidene chloride resin balloons, and the like. Among these microballoons, those having a microballoon itself having elasticity are preferable, and are composed of a vinylidene chloride, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylate ester, methacrylate polymer, or a copolymer of two or more of these. A thermoplastic resin microballoon is preferably used. And the average particle diameter of the said hollow filler is the range of 5-200 micrometers normally, Preferably it is 15-120 micrometers.
[0026]
Moreover, the mixture ratio of the said hollow filler is the range of 1-10 parts normally with respect to 100 parts of said urethane prepolymers, Preferably it is 2-5 parts.
[0027]
Furthermore, in addition to the above-mentioned components, the urethane composition for paper feed rolls of the present invention suitably contains a catalyst, a foaming agent, a surfactant, a flame retardant, a colorant, a filler, a stabilizer, a release agent, and the like. It doesn't matter.
[0028]
The urethane composition for paper feed rolls of the present invention can be prepared, for example, as follows. That is, first, a polyether polyol (component A) having a specific number average molecular weight obtained by mixing PTMG and PPG at a predetermined weight ratio is defoamed under predetermined conditions (preferably 80 ° C. × 1 hour). , Dehydrate. Next, polyisocyanate (component B) is mixed and reacted under a predetermined condition (preferably 80 ° C. × 3 hours) under a nitrogen atmosphere to produce a urethane prepolymer having an NCO group at the terminal. And the target urethane composition for paper feed rolls can be obtained by mix | blending a chain extension agent (C component) with this urethane prepolymer. In addition, when adding additives such as ionic conductive agent, plasticizer, hollow filler, etc., after blending in advance with urethane prepolymer, by blending with chain extender (C component), for the intended paper feed roll A urethane composition can be obtained.
[0029]
The urethane composition for paper feed rolls of the present invention requires that the cured product has both the following characteristics (α) and (β).
(Α) Hardness is 40 ° or more.
(Β) Crosslink density is 0.15 to 0.8 mmol / cm ³ .
[0030]
That is, if the hardness is less than 40 °, the adhesiveness is increased, so that paper dust adheres and the friction coefficient decreases. The hardness is a value measured with a type A durometer at a load of 9.8 N. Further, when the crosslink density is less than 0.15 mmol / cm ³ , the wear resistance and sagability deteriorate, and conversely when it exceeds 0.8 mmol / cm ³ , a high friction coefficient can be obtained due to high hardness. Because it becomes impossible.
[0031]
Among these, the hardness is preferably in the range of 50 to 70 °, and the crosslink density is preferably in the range of 0.4 to 0.6 mmol / cm ³ .
[0032]
As the paper feed roll of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, one having a structure in which a urethane elastomer layer 2 made of the urethane composition for paper feed roll of the present invention is formed on the outer peripheral surface of the shaft body 1 is given. It is done.
[0033]
The shaft body 1 is not particularly limited, and for example, a metal core made of a metal solid body, a metal cylinder body hollowed out inside, or the like is used. Examples of the material include stainless steel, aluminum, and iron plated. Note that, if necessary, an adhesive, a primer, or the like may be applied on the shaft body 1, and the adhesive, the primer, or the like may be made conductive as necessary.
[0034]
And the paper feed roll shown in the said FIG. 1 can be produced as follows, for example. That is, first, a paper feed roll molding die on which a core metal serving as a shaft body is set is prepared and heated to a predetermined temperature (preferably 140 ° C.). Next, the urethane composition for paper feed rolls prepared by the above-described method is cast into this mold and cured under a predetermined condition (preferably 140 ° C. × 30 minutes) to obtain a cured body. The obtained cured body is demolded, subjected to secondary curing under a desired condition (preferably 110 ° C. × 12 hours), and then the surface is polished, whereby the shaft body 1 as shown in FIG. A paper feed roll in which the urethane elastomer layer 2 is formed on the outer peripheral surface can be obtained.
[0035]
Thus, the thickness of the urethane elastomer layer of the paper feed roll obtained is 1-8 mm normally, Preferably it is 3-6 mm.
[0036]
As a method for producing the urethane composition for paper feed rolls of the present invention, a prepolymer method in which a polyol and an isocyanate are reacted in advance to form an NCO-terminated prepolymer and then a chain extender or the like is added and heat-cured as necessary is preferable. . A one-shot method in which all components are mixed and cured at once, or a semi-one-shot method in which a part of the polyol component at the time of producing the prepolymer is a component such as a chain extender may be applied.
[0037]
The urethane composition for paper feed rolls of the present invention is suitable as a paper feed roll, a transport roll, etc. used in a copying machine, but it can be used in vending machines, automatic ticket gates, automatic cash collection devices, money changers, and counters. It can also be used as a paper feed belt or a paper feed roll such as a cash dispenser.
[0038]
Next, examples will be described together with comparative examples.
[0039]
[Urethane prepolymers A to E, a to f]
The polyether polyols mixed at the ratios shown in Tables 1 and 2 below were vacuum degassed and dehydrated at 80 ° C. for 1 hour, and then mixed with the polyisocyanate at the ratios shown in the same table, and the mixture was mixed under a nitrogen atmosphere. The reaction was carried out at 0 ° C. for 3 hours to prepare a urethane prepolymer having an NCO group at the end.
[0040]
[Table 1]

[0041]
[Table 2]

[0042]
[Example 1]
First, a paper feed roll molding die on which a core metal (diameter 10 mm, made of SUS304) serving as a shaft was set was prepared and heated to 140 ° C. And after depressurizing the said urethane prepolymer A at 90 degreeC for 30 minutes, with respect to 100 parts of this urethane prepolymer, 3 parts of 1, 4- butanediol (1, 4-BD) and trimethylol propane ( 2 parts of TMP) was added, and the mixture which was stirred and mixed under reduced pressure for 2 minutes was poured into the mold and cured at 140 ° C. for 30 minutes to obtain a cured product. The obtained cured body is removed from the mold, subjected to secondary curing at 110 ° C. for 12 hours, and then the surface is polished, whereby a paper feed roll having a urethane elastomer layer (thickness 5 mm) formed on the outer peripheral surface of the shaft body. Got.
[0043]
Examples 2 to 10, Comparative Examples 1 to 6
A paper feed roll was produced in the same manner as in Example 1 except that the blending ratio and type of each component were changed to the contents shown in Tables 3 to 5 below. In addition, when mix | blending an ion conductive agent, a plasticizer, and a hollow filler, after mix | blending with a urethane prepolymer previously, the chain extender was mix | blended.
[0044]
Using the paper feed rolls of the example product and the comparative example product thus obtained, each characteristic was evaluated according to the following criteria. These results are shown in Tables 3 to 5 below.
[0045]
〔hardness〕
The surface hardness of the paper feed roll was measured with a type A durometer at a load of 9.8 N.
[0046]
[Crosslink density]
First, a urethane sample of a predetermined size was cut out from a paper feed roll, this urethane sample was Soxhlet extracted with acetone (80 ° C. × 15 hours), and then vacuum-dried [room temperature (25 ° C.) × 15 hours]. Subsequently, the treated urethane sample was molded and measured to 2 mm × 2 mm × 1 mm, and then immersed in toluene / THF [1/1 (volume ratio)] [room temperature (25 ° C.) × 16 hours] to swell. . Then, with a thermomechanical analyzer (TMA-50 manufactured by Shimadzu Corporation: room temperature measurement), a load rate of −250 g / min was applied to the swollen urethane sample, the compression stress, the compression ratio, and the height before and after the swelling. The ratio was measured. The crosslink density was calculated using the measured value thus obtained and the following formula (1) [theoretical formula of Flory-Rhener].
[0047]
[Expression 1]

[0048]
〔Coefficient of friction〕
Each paper feed roll was incorporated as a transport roll into a commercially available copying machine and a paper transport durability test was conducted. The coefficient of friction was measured using a tester having a large paper curvature by applying a load of 2.9 N to the paper feed roll at the initial stage and after conveying 500,000 sheets at a peripheral speed of 200 mm / sec.
[0049]
[Abrasion amount]
The roll diameter at the center of the surface length of the paper feed roll after the initial and after the conveyance of 500,000 sheets was measured with a laser scanning micrometer, and this change in diameter was defined as the amount of wear.
[0050]
[Transportability]
Each paper feed roll was incorporated into a commercially available copying machine as a transport roll, and the transportability was evaluated. The evaluation is ◯ when there is no paper feed failure or double feed during conveyance of 500,000 sheets, △ when paper feed failure or double feed occurs during conveyance of 400,000 or more and less than 500,000 sheets, 40 The case where the paper feeding failure or double feeding occurred with less than 10,000 sheets was marked as x.
[0051]
[Table 3]

[0052]
[Table 4]

[0053]
[Table 5]

[0054]
From the above results, it can be seen that all of the example products have good hardness and crosslink density, high friction coefficient, excellent durability, and good transportability.
[0055]
On the other hand, since the product of Comparative Example 1 does not contain PPG, it can be seen that the coefficient of friction is low and the durability and transportability are poor. It can be seen that Comparative Example 2 is inferior in wear resistance and transportability because it does not contain PTMG. Since the product of Comparative Example 3 has too low hardness, it can be seen that it is remarkably inferior in durability and inferior in transportability. It can be seen that the comparative example 4 product has a significantly high wear amount and is inferior in transportability because the crosslinking density is too low. It can be seen that the product of Comparative Example 5 has too high a crosslinking density, so that the hardness becomes too high, the friction coefficient is low, and the transportability is poor. It can be seen that the product of Comparative Example 6 is inferior in durability and transportability because the blending ratio of PPG is too high.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, the urethane composition for paper feed rolls of the present invention comprises a polyether polyol (component A) having a specific number average molecular weight obtained by mixing PTMG and PPG at a predetermined weight ratio, and a polyisocyanate (B Component) and a chain extender (C component), and the cured product has a predetermined hardness and a crosslinking density. Therefore, the paper feed roll using this has a high coefficient of friction and can maintain this high coefficient of friction, and is excellent in wear resistance.
[0057]
In addition to the specific polyether polyol (component A), polyisocyanate (component B), and chain extender (component C), when an ionic conductive agent is blended, the ionic conductive agent acts as an antistatic agent. Further, the effect of preventing the adhesion of paper dust to the roll surface is improved, and the high wear coefficient retention is further improved.
[0058]
Moreover, it is preferable to add a plasticizer or a hollow filler in addition to the components A to C because the friction coefficient is further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a paper feed roll of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Shaft body 2 Urethane elastomer layer

Claims

A urethane composition for paper feed rolls containing the following components (A) to (C), wherein the cured product of the urethane composition for paper feed rolls has both the following characteristics (α) and (β): A urethane composition for paper feed rolls.
(A) A polytetramethylene ether glycol (PTMG) and polypropylene glycol (PPG) are mixed at a weight ratio of PTMG / PPG = 99/1 to 50/50 , and the number average molecular weight (Mn) is 1000 to 3000. Polyether polyols in the range of
(B) Polyisocyanate.
(C) Chain extender.
(Α) Hardness is 40 ° or more.
(Β) Crosslink density is 0.15 to 0.8 mmol / cm ³ .

The urethane composition for paper feed rolls according to claim 1, further comprising an ionic conductive agent in addition to the components (A) to (C).

The urethane composition for paper feed rolls according to claim 1 or 2, further comprising a plasticizer in addition to the components (A) to (C).

The urethane composition for paper feed rolls according to any one of claims 1 to 3, further comprising a hollow filler in addition to the components (A) to (C).

The paper feed roll which uses the urethane composition for paper feed rolls as described in any one of Claims 1-4.