JP4766794B2

JP4766794B2 - Flexible polyurethane foam and toner seal material using the same

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Publication number: JP4766794B2
Application number: JP2001239756A
Authority: JP
Inventors: 帝頼鳥居
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 2001-08-07
Filing date: 2001-08-07
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2021-08-07
Also published as: JP2003048944A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリイソシアネート及び特定のポリオールを含有するフォーム原料を反応させてなる軟質ポリウレタンフォーム及びそれを用いたトナーシール材に関する。本発明の軟質ポリウレタンフォームは、適度な硬さを有し、湿熱歪が小さい。そのため、電子写真画像形成装置、例えば、各種プリンタ、ファクシミリ、複写機等に装着されるプロセスカートリッジなどに用いられるトナーシール材として有用である。
【０００２】
【従来の技術】
各種プリンタ等の画像形成装置では、一様に帯電させた像担持体に選択的な露光を施して潜像を形成し、この潜像をトナーで顕像化し、形成されたトナー像を記録媒体に転写することにより画像が記録される。このような装置にあっては、適時、トナーを補給しなければならないが、この補給作業は煩雑であるばかりでなく、手指、或いは周辺の汚れをともなうこともある。また、トナー容器等のメンテナンスには専門の技術を必要とし、使用者にとって不便なこともあった。
【０００３】
そこで、像担持体、帯電器、現像器、クリーニング器等を一体にまとめてカートリッジ化した製品が提供されている。この製品であれば、使用者がカートリッジを装置本体に着脱することにより、トナーの補給、或いは寿命となった像担持体の交換等をすることができ、メンテナンスが容易である。このプロセスカートリッジ方式は、多くの画像形成装置において採用されているが、トナーが漏出すると画像不良を生じる。そのため、カートリッジ本体の枠体間、現像器の現像スリーブと現像枠体との隙間等、樹脂成形品の当接面にはトナーシール材が介装されている。更に、クリーニング器の像担持体の端部と廃トナー留めとの隙間には、廃トナーが漏出しないように、像担持体の端部側においてシール材が介装されている。
【０００４】
シール材としては、ポリウレタンフォーム等の各種のフォーム、軟質ゴム、或いはエラストマー等の種々の弾性体からなるものが使用されている。また、フォームの場合、一般に、通気度が低く、セル数が多く（セル径が小さく）、シール性の高いものが用いられており、シール性をより高めるため、熱プレスしたフォームが使用されることも多い。このような柔軟なシール材として、例えば、特開平９−１０９２９０号公報及び特開平７−９２８８７号公報等には、液状エラストマーからなるシール材が開示されている。これらのシール材を上記のそれぞれの当接面に介装させ、シール材を適度に圧縮させ、変形させることによりシールすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、熱プレスしたフォームでは、シール材が硬すぎ、反発力が過度に大きくなり、カートリッジ本体の枠体等の樹脂成形品が変形したり、亀裂が生じたりすることがある。更に、近年の印刷技術の向上にともない、より美しい画像とするためにトナーが細粒化（約８μｍ程度）されてきており、現用のシール材ではトナーの漏出を十分に防止することができないという問題もある。例えば、通常のカーボンブラックを主成分とするトナーであれば、従来のシール材でも十分にシールすることができたが、カラープリントに用いられる微細なトナーでは、特定のポリウレタンフォーム等からなるシール材でなければシールできないことがある。
【０００６】
このような用途に、既存の止水用フォームを転用することが考えられるが、このフォームは一般に湿熱歪が大きいという問題がある。プロセスカートリッジ、或いはこれが組み込まれた製品は、船輸送されることも多いが、輸送時に高温多湿等の過酷な雰囲気に曝されることがある。その際にカートリッジ本体の枠体間等に圧縮された状態で介装されたシール材は、長期間、圧縮に対する反発力が維持されなければならない。即ち、圧縮永久歪が小さくなければならない。
本発明は、上記の従来の問題点を解決するものであり、適度な硬さを有し、湿熱歪が小さい軟質ポリウレタンフォーム、及びこのフォーム用いてなり、十分なシール性を備えるトナーシール材を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ポリオールとして、特定の官能基数及び数平均分子量を有するポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールを組み合わせて用いることにより、適度な硬さを有し、通気性が低く、湿熱歪が十分に小さい軟質ポリウレタンフォームとすることができる。また、このフォームを用いることにより、優れたシール性を備えるトナーシール材とすることができる。
本発明は、このような知見に基づきなされたものである。
【０００８】
本発明の軟質ポリウレタンフォームは、ポリイソシアネート及びポリオール成分を含有するフォーム原料を反応させてなるポリウレタンフォームにおいて、上記ポリイソシアネートは、ジフェニルメタンジイソシアネートであり、上記ポリオールは、官能基数が２であり、数平均分子量が５００〜１８００であるポリエーテルポリオール（Ｉ）と、官能基数が３であり、数平均分子量が１５００〜４０００であるポリエステルポリオールと、官能基数が３であり、数平均分子量が２５０〜１４００であるポリエーテルポリオール（II）と、を含み、上記ポリオールの合計量を１００質量部とした場合に、上記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と上記ポリエステルポリオールとの合計含有量は６０〜８０質量部、上記ポリエーテルポリオール（II）の含有量は２０〜４０質量部であって、上記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と上記ポリエステルポリオールとの合計量を１００質量部とした場合に、該ポリエーテルポリオール（Ｉ）の含有量は４０〜８５質量部であることを特徴とする。
【０００９】
上記「ポリイソシアネート」としては、ジフェニルメタンジイソシアネート（以下、「ＭＤＩ」という。）が使用される。
【００１０】
ポリイソシアネートとしてＭＤＩを使用すれば、セル径が小さくなり、シール性が向上する。このＭＤＩとしては、通常、粗ＭＤＩ［合成過程において、ジフェニルメタンジアミンのホスゲン化物から純ＭＤＩ（ジフェニルメタン４，４’−ジイソシアネート）を精留により除去した残部であり、２核体と多核体との混合物である。］が用いられるが、純ＭＤＩであってもよい。経済的な観点からは粗ＭＤＩが好ましい。
【００１１】
ポリイソシアネートの含有量は、ポリオールの合計量を１００質量部とした場合に、４０〜７０質量部、特に４５〜６５質量部、更には５０〜６０質量部であることが好ましい。ポリイソシアネートの含有量が４０質量部未満であると、湿熱歪が大きくなることがある。一方、７０質量部を越えると、硬くなりすぎることがある。
【００１２】
上記「ポリオール」としては、官能基数が２であり、数平均分子量が５００〜１８００である上記「ポリエーテルポリオール（Ｉ）」と、官能基数が３であり、数平均分子量が１５００〜４０００である上記「ポリエステルポリオール」とが併用される。これらのポリオールを使用することで、フォームの湿熱歪を十分に小さくすることができる。
【００１３】
ポリエーテルポリオール（Ｉ）の官能基数が２でない場合は、湿熱歪が十分に小さくならない。また、数平均分子量は５００〜１５００、特に５００〜１２００、更には５００〜１０００であることが好ましい。数平均分子量が５００未満、或いは１８００を越える場合は、湿熱歪が十分に小さくならない。
【００１４】
このポリエーテルポリオール（Ｉ）の含有量は、上記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と上記ポリエステルポリオールとの合計量を１００質量部とした場合に、４０〜８５質量部であり、特に５０〜８０質量部、更には６０〜７５質量部であることが好ましい。ポリエーテルポリオール（Ｉ）の含有量が４０質量部未満であると、フォームが硬くなりすぎ、枠体等が変形することがある。更に、通気性が高くなってシール性が低下する傾向にある。一方、８５質量部を越えると、セル径が大きくなり、シール性が低下することがある。
【００１５】
ポリエステルポリオールの官能基数が３でない場合は、湿熱歪が十分に小さくならない。また、数平均分子量は１８００〜４０００、特に２０００〜３５００、更には２５００〜３０００であることが好ましい。数平均分子量が１５００未満であると、フォームが硬くなりすぎ、枠体等の部材を変形させたり、通気性が高くなってシール性が低下することがある。一方、４０００を越えると、湿熱歪が十分に小さくならない。
【００１６】
このポリエステルポリオールの含有量は、上記ポリエーテルポリオール（Ｉ）と上記ポリエステルポリオールとの合計量を１００質量部とした場合に、１５〜６０質量部であり、特に２０〜５０質量部、更には２５〜４０質量部であることが好ましい。ポリエステルポリオールの含有量が１５質量部未満であると、セル径が大きくなり、シール性が低下することがある。一方、６０質量部を越えると、フォームが硬くなりすぎ、枠体等の部材を変形させたり、通気性が高くなってシール性が低下することがある。
【００１７】
ポリオールとしては、上記の特定のポリエーテルポリオール（Ｉ）及びポリエステルポリオールの他、官能基数が３であり、数平均分子量が２５０〜１４００であるポリエーテルポリオール（II）（以下、「低分子量トリオール」という。）が併用される。この低分子量トリオールの併用により、硬さを低下させることができ、適度な反発力を有するフォームとすることができる。併用するポリエーテルポリオール（II）の官能基数が３でない場合は、湿熱歪が大きくなる傾向にある。また、数平均分子量が２５０未満であると、フォームの硬さを十分に低下させることができないことがある。一方、１４００を越えると、湿熱歪が大きくなる傾向にある。
【００１８】
低分子量トリオールの数平均分子量は、２５０〜１０００、特に２５０〜７００であることが好ましい。このような低分子量のトリオールを併用することにより、より湿熱歪の小さいフォームとすることができる。また、この低分子量トリオールは、ポリエーテルポリオールであり、ポリエーテルポリオールであれば、湿熱歪が小さく、硬度の低いフォームとすることができる。
【００１９】
低分子量トリオールの含有量は、ポリオールの合計量を１００質量部とした場合に、２０〜４０質量部である。低分子量トリオールの含有量が２０質量部未満であると、フォームの硬さを十分に低下させることができないことがある。一方、４０質量部を越えると、湿熱歪が大きくなる傾向にある。
【００２０】
ポリオールとしては、トナーシール材の適度な硬さ、優れた耐湿熱老化性等が損なわれない範囲で、上記の特定のポリオールの他に、ポリカーボネート系ポリオール、ポリジエン系ポリオール等を含有していてもよい。これらのその他のポリオールは、１種のみであってもよく、２種以上が含有されていてもよい。
【００２１】
上記「フォーム原料」には触媒が含有されている。この触媒としては、アミノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等のポリイソシアネートと反応する基を有さないアミン触媒が好ましい。この特定のアミン触媒を用いることによって、より湿熱歪の小さいフォームとすることができる。このようなアミン触媒としては、Ｎ−メチルモルフォリン、トリエチレンジアミン等が挙げられる。アミン触媒の含有量は、ポリオールの合計量を１００質量部とした場合に、０．３〜３質量部することができ、０．５〜２．５質量部、特に０．７〜１．５質量部であることが好ましい。
【００２２】
フォーム原料には、ポリイソシアネート、ポリオール、触媒の他、シリコン整泡剤等の整泡剤、水等の発泡剤などが含有される。また、必要に応じてその他の助剤等を含有させることもできる。この助剤としては、難燃剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、及びフォーム原料の粘度を低下させ、攪拌、混合を容易にするための各種の希釈剤などが挙げられる。これらはフォームの硬さ、湿熱歪等が損なわれない範囲で適量を含有させることができる。尚、触媒、整泡剤、発泡剤等は、通常、ポリオールに配合され、反応時にポリイソシアネートと混合される。
【００２３】
本発明の軟質ポリウレタンフォームの製造方法は特に限定されず、この種のフォームの製造における一般的な方法をそのまま採用することができる。また、このフォームでは、カートリッジの枠体等の樹脂製の部材を化学的に侵す（所謂、ケミカルアタック）ことがなく、過酷な雰囲気に曝されても、適度な硬さ、及び優れた耐湿熱老化性等がほとんど低下せず、優れたシール性が長期に渡って維持される。そのため、塵、埃、粉末、気体等を透過させない、或いはこれらを内部に侵入させないための種々のシール材として使用することができる。このようなシール材としては、トナーシール材の他、車両等の各種エアダクトなどに設けられる空気調和装置用ドアのエアシール材等が挙げられる。
【００２４】
本発明のトナーシール材は、上記の軟質ポリウレタンフォームからなることを特徴とする。
このようなフォームからなるトナーシール材であれば、過酷な雰囲気に曝されても長期に渡って適度な硬さ及び反発力と、優れた耐湿熱老化性が維持され、枠体等を変形させることがなく、且つトナーの漏出が十分に防止される。また、圧縮率が低くてもシール性が良好であり、カートリッジの枠体等の当接面に介装させ、適度に圧縮するだけでトナーの漏出を十分に防止することができる。そのため、トナーカートリッジの枠体等の部材の構造を簡易なものとすることができ、所要樹脂量を低減することもできる。従って、コストを抑えるという観点でも有利である。
【００２５】
このトナーシール材となるフォームは、セル数が５０個／２５ｍｍ以上であり、且つＪＩＳＬ１０９６Ｂ法に準じて測定した通気度が３秒以上であることが好ましい。このようなフォームであれば、シール性に優れたトナーシール材とすることができる。また、セル数が、６０個／２５ｍｍ以上、特に６５個／２５ｍｍ以上であり、通気度が、５秒以上、特に５０秒以上、更には８０秒以上であれば、より優れたシール性を有するトナーシール材とすることができる。
【００２６】
更に、このトナーシール材となるフォームは、ＣＬＤ硬さが１０ｋＰａ以下であり、且つ５０％圧縮し、７０℃、相対湿度９５％の雰囲気に２４時間曝した後の湿熱歪が９％以下であることが好ましい。このようなフォームであれば、過度な反発力によりカートリッシの枠体等が変形することがなく、過酷な雰囲気に曝された後も十分なシール性が維持される。また、ＣＬＤ硬さが、７．５ｋＰａ以下、特に６．５ｋＰａ以下、更には５．０ｋＰａ以下であり、湿熱歪が、７％以下、特に５％以下、更には４％以下であれば、より耐久性に優れ、十分なシール性がより長期に渡って維持される。
【００２７】
本発明では、上記の好ましいセル数、通気度、ＣＬＤ硬さ及び湿熱歪を併せ有するトナーシール材とすることができる。また、これらの各々の特性の上記の好ましい数値範囲が適宜組み合わされた性能を備えるトナーシール材とすることができる。特に、セル数が６５個／２５ｍｍ以上、通気度が１００秒以上、ＣＬＤ硬さが５ｋＰａ以下、湿熱歪が５％以下である性能バランスに優れたトナーシール材とすることもできる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例及び比較例によって本発明を更に詳しく説明する。
［１］使用原料
（１）ポリエーテルポリオール
（ａ）２官能ポリエーテルポリオール
(i)商品名「ＰＰ４００」、数平均分子量；４００
(ii)商品名「ＰＰ６００」、数平均分子量；６００
(iii)商品名「ＰＰ１０００」、数平均分子量；１０００
(iv)商品名「ＰＰ１５００」、数平均分子量；１５００
(v)商品名「ＰＰ２０００」、数平均分子量；２０００
以上、(i)〜(v)はいずれも三洋化成株式会社製である。
（ｂ）３官能ポリエーテルポリオール
(i)商品名「Ｇ３００」、官能基数；３、数平均分子量；３００
(ii)商品名「Ｇ７００」、官能基数；３、数平均分子量；７００
(iii)商品名「ＧＰ１０００」、官能基数；３、数平均分子量；１０００
(iv)商品名「ＧＰ１５００」、官能基数；３、数平均分子量；１５００
以上、(i)〜(iv)はいずれも旭電化工業株式会社製である。
【００２９】
（２）ポリエステルポリオール
（ａ）３官能ポリエステルポリオール
(i)大日本インキ化学工業株式会社製、商品名「ＯＤＸ２５１８」、数平均分子量；３０００
(ii)旭電化工業株式会社製、商品名「ＹＴ１０１」、数平均分子量；１０００
(iii)株式会社クラレ製、商品名「Ｆ２０１０」、数平均分子量；２０００
(iv)旭電化工業株式会社製、商品名「Ｆ２１−７９」、数平均分子量；２５００
(v)三井タケダケミカル株式会社製、商品名「ＭＮ３１５０」、数平均分子量；３１５０
(vi)三井タケダケミカル株式会社製、商品名「ＭＮ４０００」、数平均分子量；４０００
（ｂ）２官能ポリエステルポリオール
三井タケダケミカル株式会社製、商品名「ＤＩＯＬ２０００」、数平均分子量；２０００
【００３０】
（２）ポリイソシアネート：粗ＭＤＩ、日本ポリウレタン株式会社製、商品名「Ｃ１０６７」、ＮＣＯ％；３１．３％
（３）整泡剤：シリコン整泡剤、日本ユニカー株式会社製、商品名「ＳＺ１９１９」
（４）触媒：アミン触媒、トリエチレンジアミン、中京油脂株式会社製、商品名「３３ＬＶ」
（５）発泡剤：水（イオン交換水）
【００３１】
［２］軟質ポリウレタンフォームの製造
表１に記載の配合により、先ず、ポリイソシアネートを除くそれぞれの成分を所定の量比でハンドミキサーを用いて攪拌した。その後、所定のイソシアネート指数に従ってポリイソシアネートを配合し、この混合物を発泡箱に投入して発泡、硬化させ、軟質ポリウレタンフォームを製造した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
［３］ポリオールの種類等が物性などに及ぼす影響
（１）ポリエステルポリオールとポリエーテルポリオール（Ｉ）との量比
参考例１〜３
各々のポリオールを表２の量比で配合し、フォームを製造した。得られたフォームの密度、ＣＬＤ硬さ、湿熱歪、通気度、セル数及びトナーシール性を下記の方法により評価した。結果を表２に併記する。尚、評価基準は表３のとおりである。
【００３４】
（ａ）ＣＬＤ硬さ；ＪＩＳＫ６４００に準拠した硬さ測定器により測定した。フォームが硬い（数値が大きい）ほど反発力が大きく、カートリッジの枠体等が変形し、トナーが漏出することがあるため、数値が小さいほど好ましい。
（ｂ）湿熱歪（％）；厚さ２０ｍｍのフォームを５０％圧縮し、７０℃、相対湿度９５％の湿熱雰囲気に、２４時間曝した後、開放し、３０分後に厚さを測定した。湿熱歪は下記の式により算出される。
湿熱歪（％）＝［（湿熱雰囲気に曝す前の試料厚さ−湿熱雰囲気に曝した後の試料厚さ）／湿熱雰囲気に曝す前の試料厚さ］×１００
数値が大きいほど復元し難く、シール性に劣る。数値が小さいほど好ましい。
【００３５】
（ｃ）通気度；ＪＩＳＬ１０９６Ｂ法に準じて測定した。数値が大きいほど、通気性が低く、シール性が良好である。
（ｄ）セル数；マイクロスコープ（キーエンス社製、型式「ＶＨ−５０」）により、長さ２５ｍｍ当たりのセル数（個／２５ｍｍ）を測定した。数値が大きいほど、セル径が小さく、シール性が良好である。
【００３６】
（ｅ）トナーシール性；図１（ａ）のように、Ｏ形状（リング形状又はドーナツ形状）の打ち抜き試料１（厚さ；１０ｍｍ、内径；６０ｍｍ、外径；８０ｍｍ）の内部空間にカラートナー２を５ｇ投入した。その後、図１（ｂ）のように、試料１をポリプロピレン製フィルム３及びアクリル樹脂板４により挟持した。尚、試料１の圧縮率は５０％とした。次いで、図１（ｃ）のように、３０ｍｍの高さから２０回自然落下させた。この２０回落下させた後の試料１へのトナー２の侵入深さをノギスにより測定した。侵入深さが浅いほど、シール性が良好である。
【００３７】
【表２】

【００３８】
【表３】

【００３９】
表２の結果によれば、ポリエステルポリオールを含有しない参考例３では、湿熱歪が大きく、セル数が少なく（セル径が大きく）、トナーシール性が「△」であり、トナーシール材としての総合評価が「×」である。一方、参考例１では、通気度が「△」ではあったものの、その他の物性等は良好であり、参考例２とともにトナーシール性に優れ、物性等のバランスも良好であることが分かる。
【００４０】
（２）ポリエーテルポリオール（Ｉ）の数平均分子量の影響
参考例４〜８
ポリオールを表４のように配合し、フォームを製造し、上記と同様にして物性等を測定し、ポリエーテルポリオール（Ｉ）の数平均分子量の影響を評価した。結果を表４に併記する。
【００４１】
【表４】

【００４２】
表４の結果によれば、数平均分子量が４００と低いポリエーテルポリオール（Ｉ）を使用した参考例７、及び数平均分子量が２０００と高いポリエーテルポリオール（Ｉ）を用いた参考例８では、湿熱歪に劣り、総合評価が「×」であった。一方、ポリエーテルポリオール（Ｉ）の数平均分子量が６００〜１５００と本発明の範囲内である参考例４〜６では、トナーシール性に優れ、物性等のバランスも良好であることが分かる。
【００４３】
（３）ポリエステルポリオールの官能基数及び数平均分子量の影響
参考例９〜１４
ポリオールを表５のように配合し、フォームを製造し、上記と同様にして物性等を測定し、ポリエステルポリオールの官能基数及び数平均分子量の影響を評価した。結果を表５に併記する。
【００４４】
【表５】

【００４５】
表５の結果によれば、官能基数が３であり、且つ分子量が１０００であるポリエステルポリオールを用いた参考例１３では、ＣＬＤ硬さの値が大きく、トナーシール性に劣り、総合評価は「×」であった。また、官能基数が２のポリエステルポリオールを用いた参考例１４では、湿熱歪みが非常に大きく、総合評価が「×」であった。一方、官能基数が３であり、且つ分子量が２０００〜４０００のポリエステルポリオールを用いた参考例９〜１２においては、トナーシール性に優れ、物性等のバランスも良好であることが分かる。
【００４６】
（４）低分子量トリオールの数平均分子量及び含有量の影響
実施例１〜４及び比較例１〜２
ポリオールを表６のように配合し、フォームを製造し、上記と同様にして物性等を測定し、低分子量トリオールの数平均分子量及び含有量の影響を評価した。結果を表６に併記する。
【００４７】
【表６】

尚、＊は低分子量トリオールの分子量が好ましい範囲を越えていることを表わす。
【００４８】
表６の結果によれば、低分子量トリオールの分子量が１５００と大きい比較例２では、トナーシール性には優れるものの、湿熱歪が大きく、経時とともに性能が低下することが推察される。一方、好ましい分子量範囲の低分子量トリオールを配合した実施例１〜３では、いずれの物性等も良好であり、トナーシール性に優れ、物性等のバランスも良好であることが分かる。また、実施例２において、低分子量トリオールの含有量を４０質量部と変化させた実施例４でも、同様に優れた物性等を有し、性能バランスのよいものであることが分かる。
【００４９】
更に、実施例２において、圧縮率を３０％又は４０％に変化させ、トナーシール性を評価した。その結果、３０〜５０％の範囲で圧縮率を変化させてもトナーシール性に大きな差は見られず、いずれも良好であることが分かった。
【００５０】
また、実施例２において、圧縮率によるＣＬＤ硬さの変化を評価した。その結果、圧縮率３０％では４．５ｋＰａ、４０％では４．６ｋＰａ、圧縮率５０％では４．８ｋＰａであった。圧縮せずに測定した場合のＣＬＤ硬さは４．５ｋＰａであり、３０〜５０％圧縮しても、適度な硬さが維持され、カートリッジの枠体等を変形等させることなく、トナーの漏出を防止し得ることが推察される。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の軟質ポリウレタンフォームによれば、過酷な雰囲気に曝しても、適度な硬さと優れた耐湿熱老化性が損なわれることがなく、長期に渡って十分なトナーシール性が維持される。また、ポリオールとして特定の低分子量トリオールを併用することで、より低硬度のフォームとすることができ、微細なトナーであっても、カートリッジの枠体等を変形させることなく、且つ漏出を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トナーシール性の測定方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１；Ｏ形状の打ち抜き試料、２；カラートナー、３；ポリプロピレン製フィルム、４；アクリル樹脂板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flexible polyurethane foam obtained by reacting a foam raw material containing a polyisocyanate and a specific polyol, and a toner seal material using the same. The flexible polyurethane foam of the present invention has an appropriate hardness and a low wet heat strain. Therefore, it is useful as a toner seal material used in an electrophotographic image forming apparatus, for example, a process cartridge mounted on various printers, facsimiles, copiers and the like.
[0002]
[Prior art]
In image forming apparatuses such as various printers, a uniformly charged image carrier is selectively exposed to form a latent image, the latent image is visualized with toner, and the formed toner image is recorded on a recording medium. The image is recorded by transferring the image onto the image. In such an apparatus, the toner must be replenished in a timely manner, but this replenishment operation is not only complicated, but sometimes involves fingers or dirt on the periphery. In addition, maintenance of the toner container and the like requires specialized technology, which is inconvenient for the user.
[0003]
Therefore, a product in which an image carrier, a charging device, a developing device, a cleaning device, etc. are integrated into a cartridge is provided. With this product, the user can replenish the toner or replace the image carrier that has reached the end of life by attaching and detaching the cartridge to the apparatus main body, and maintenance is easy. This process cartridge system is used in many image forming apparatuses, but when toner leaks, an image defect occurs. For this reason, a toner seal material is interposed between the contact surfaces of the resin molded product, such as between the frames of the cartridge main body and the gap between the developing sleeve and the developing device frame of the developing device. Further, a sealing material is interposed on the end side of the image carrier so that the waste toner does not leak into the gap between the end of the image carrier of the cleaning device and the waste toner stopper.
[0004]
As the sealing material, there are used various foams such as polyurethane foams, soft rubbers, or various elastic bodies such as elastomers. In the case of foam, generally, a foam having a low air permeability, a large number of cells (small cell diameter) and a high sealing property is used, and a hot-pressed foam is used to further improve the sealing property. There are many things. As such a flexible sealing material, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-109290 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-92987 disclose a sealing material made of a liquid elastomer. Sealing can be performed by interposing these sealing materials on the respective contact surfaces described above, and compressing and deforming the sealing materials appropriately.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the hot-pressed foam, the sealing material is too hard, the repulsive force becomes excessively large, and the resin molded product such as the frame of the cartridge body may be deformed or cracked. Furthermore, with recent improvements in printing technology, toner has been made finer (about 8 μm) in order to obtain a more beautiful image, and the current sealing material cannot sufficiently prevent leakage of toner. There is also a problem. For example, a toner mainly composed of ordinary carbon black could be sufficiently sealed even with a conventional sealant, but a fine toner used for color printing is a sealant made of a specific polyurethane foam or the like. Otherwise, it may not be possible to seal.
[0006]
For such applications, it is conceivable to divert existing water-stopping foam, but this foam generally has a problem of high wet heat distortion. The process cartridge or a product in which the process cartridge is incorporated is often transported by ship, but may be exposed to a severe atmosphere such as high temperature and high humidity during transportation. At that time, the sealing material interposed in a compressed state between the frames of the cartridge body must maintain a repulsive force against compression for a long period of time. That is, the compression set must be small.
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and includes a flexible polyurethane foam having an appropriate hardness and low moist heat strain, and a toner seal material having sufficient sealing properties, using the foam. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
By using a combination of a polyether polyol having a specific number of functional groups and a number average molecular weight as a polyol and a polyester polyol, a flexible polyurethane foam having moderate hardness, low air permeability, and sufficiently low wet heat strain is obtained. be able to. Further, by using this foam, a toner sealing material having excellent sealing properties can be obtained.
The present invention has been made based on such findings.
[0008]
The flexible polyurethane foam of the present invention is a polyurethane foam obtained by reacting a foam raw material containing a polyisocyanate and a polyol component. The polyisocyanate is diphenylmethane diisocyanate, the polyol has two functional groups, and has a number average. Polyether polyol (I) having a molecular weight of 500 to 1800, a polyester polyol having a functional group number of 3 and a number average molecular weight of 1500 to 4000, a functional group number of 3 and a number average molecular weight of 250 to 1400 wherein there polyether polyol (II), and when the total amount of the polyol is 100 parts by mass, the total content of the polyether polyol (I) and the polyester polyol is 60 to 80 parts by weight, the Polyether polyol (II The content of a 20 to 40 parts by mass, when the polyether polyol (I) and the total amount of the polyester polyol is 100 parts by mass, the content of the polyether polyol (I) is 40 It is 85 mass parts.
[0009]
As the above-mentioned "polyisocyanate", diphenylmethane diisocyanate (hereinafter, referred to as "MDI".) Is Ru is used.
[0010]
If MDI is used as the polyisocyanate, the cell diameter is reduced and the sealing property is improved. This MDI is usually crude MDI [the remainder obtained by removing pure MDI (diphenylmethane 4,4′-diisocyanate) from the phosgenation product of diphenylmethanediamine by rectification in the synthesis process, and a mixture of a binuclear body and a polynuclear body. It is. ] May be used, but pure MDI may also be used. From an economic point of view, crude MDI is preferred.
[0011]
The content of the polyisocyanate is preferably 40 to 70 parts by mass, particularly 45 to 65 parts by mass, and more preferably 50 to 60 parts by mass, when the total amount of polyol is 100 parts by mass. When the content of the polyisocyanate is less than 40 parts by mass, wet heat distortion may increase. On the other hand, when it exceeds 70 mass parts, it may become hard too much.
[0012]
As the “polyol”, the “polyether polyol (I) ” having a functional group number of 2 and a number average molecular weight of 500 to 1800 and a functional group number of 3 and a number average molecular weight of 1500 to 4000 The above “polyester polyol” is used in combination. By using these polyols, the wet heat distortion of the foam can be sufficiently reduced.
[0013]
When the number of functional groups of the polyether polyol (I) is not 2, the wet heat distortion is not sufficiently reduced. The number average molecular weight is preferably 500 to 1500, particularly 500 to 1200, and more preferably 500 to 1000. When the number average molecular weight is less than 500 or exceeds 1800, the wet heat strain is not sufficiently reduced.
[0014]
The content of the polyether polyol (I) is, in the case of the polyether polyol (I) and the total amount of the polyester polyol and 100 parts by weight, and 40 to 85 parts by weight, in particular 50 to 80 parts by weight Furthermore, it is preferable that it is 60-75 mass parts. If the content of the polyether polyol (I) is less than 40 parts by mass, the foam may become too hard and the frame and the like may be deformed. Further, the air permeability tends to increase and the sealing performance tends to decrease. On the other hand, if it exceeds 85 parts by mass, the cell diameter may increase and the sealing performance may deteriorate.
[0015]
When the number of functional groups of the polyester polyol is not 3, the wet heat strain is not sufficiently reduced. The number average molecular weight is preferably 1800 to 4000, particularly 2000 to 3500, and more preferably 2500 to 3000. If the number average molecular weight is less than 1500, the foam may be too hard, and members such as a frame may be deformed, or air permeability may be increased and sealing performance may be lowered. On the other hand, when it exceeds 4000, the wet heat strain is not sufficiently reduced.
[0016]
The content of the polyester polyol is 15 to 60 parts by mass, particularly 20 to 50 parts by mass, and further 25 when the total amount of the polyether polyol (I) and the polyester polyol is 100 parts by mass. It is preferable that it is -40 mass parts. When the content of the polyester polyol is less than 15 parts by mass, the cell diameter may be increased and the sealing performance may be deteriorated. On the other hand, if it exceeds 60 parts by mass, the foam may become too hard, causing deformation of members such as a frame body, and air permeability may be increased and sealing performance may be deteriorated.
[0017]
As the polyol, in addition to the above-mentioned specific polyether polyol (I) and polyester polyol, polyether polyol (II) having a functional group number of 3 and a number average molecular weight of 250 to 1400 (hereinafter referred to as “low molecular weight triol”). that.) are used in combination. By using this low molecular weight triol in combination, the hardness can be reduced and a foam having an appropriate repulsive force can be obtained. When the number of functional groups of the polyether polyol (II) used in combination is not 3, the wet heat strain tends to increase. Further, if the number average molecular weight is less than 250, the hardness of the foam may not be sufficiently reduced. On the other hand, when it exceeds 1400, the wet heat strain tends to increase.
[0018]
The number average molecular weight of the low molecular weight triol is preferably 250 to 1000, particularly preferably 250 to 700. By using such a low molecular weight triol in combination, it is possible to obtain a foam with smaller wet heat distortion. Moreover, this low molecular weight triol is a polyether polyol , and if it is a polyether polyol, it can be made into a foam with low wet heat distortion and low hardness.
[0019]
The content of the low molecular weight triol is 20 to 40 parts by mass when the total amount of polyol is 100 parts by mass. When the content of the low molecular weight triol is less than 20 parts by mass, the hardness of the foam may not be sufficiently reduced. On the other hand, when it exceeds 40 parts by mass, the wet heat distortion tends to increase.
[0020]
The polyol may contain a polycarbonate-based polyol, a polydiene-based polyol, or the like in addition to the above-mentioned specific polyol as long as the appropriate hardness of the toner seal material, excellent wet heat aging resistance, and the like are not impaired. Good. These other polyols may be used alone or in combination of two or more.
[0021]
The “foam raw material” contains a catalyst. As this catalyst, an amine catalyst having no group capable of reacting with a polyisocyanate such as an amino group, a hydroxyl group or a carboxyl group is preferred. By using this specific amine catalyst, it is possible to obtain a foam with less wet heat distortion. Examples of such amine catalysts include N-methylmorpholine and triethylenediamine. The content of the amine catalyst can be 0.3 to 3 parts by mass, especially 0.7 to 1.5 parts by mass, when the total amount of polyol is 100 parts by mass. It is preferable that it is a mass part.
[0022]
The foam raw material contains a polyisocyanate, a polyol, a catalyst, a foam stabilizer such as a silicon foam stabilizer, and a foaming agent such as water. Moreover, other auxiliary agents etc. can also be contained as needed. Examples of the auxiliary agent include a flame retardant, an antioxidant, an ultraviolet absorber, a colorant, and various diluents for reducing the viscosity of the foam raw material and facilitating stirring and mixing. These can be contained in appropriate amounts within a range where the hardness of the foam, the wet heat distortion and the like are not impaired. In addition, a catalyst, a foam stabilizer, a foaming agent, etc. are normally mix | blended with a polyol, and are mixed with polyisocyanate at the time of reaction.
[0023]
The method for producing the flexible polyurethane foam of the present invention is not particularly limited, and a general method for producing this type of foam can be employed as it is. In addition, this foam does not chemically attack the resin member such as the frame of the cartridge (so-called chemical attack), and has an appropriate hardness and excellent moisture heat resistance even when exposed to a harsh atmosphere. Aging properties and the like are hardly deteriorated, and excellent sealing properties are maintained for a long time. Therefore, it can be used as various sealing materials that do not allow dust, dust, powder, gas, or the like to permeate, or prevent them from entering the inside. Examples of such a sealing material include a toner sealing material, an air sealing material for an air conditioner door provided in various air ducts of a vehicle and the like.
[0024]
The toner seal material of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned flexible polyurethane foam.
If the toner sealing material is made of such a foam, even if exposed to a harsh atmosphere, moderate hardness and repulsive force and excellent moisture and heat aging resistance are maintained over a long period of time, and the frame body and the like are deformed. And leakage of toner is sufficiently prevented. Further, even if the compression rate is low, the sealing property is good, and the leakage of the toner can be sufficiently prevented by simply interposing it on the contact surface of the cartridge frame or the like and appropriately compressing it. Therefore, the structure of the member such as the frame of the toner cartridge can be simplified, and the required amount of resin can be reduced. Therefore, it is advantageous from the viewpoint of cost reduction.
[0025]
The foam as the toner sealant preferably has a cell number of 50/25 mm or more and an air permeability measured according to the JIS L1096 B method of 3 seconds or more. With such a foam, a toner sealing material having excellent sealing properties can be obtained. Further, if the number of cells is 60 cells / 25 mm or more, particularly 65 cells / 25 mm or more, and the air permeability is 5 seconds or more, particularly 50 seconds or more, and further 80 seconds or more, it has better sealing properties. A toner seal material can be used.
[0026]
Further, the foam as the toner sealant has a CLD hardness of 10 kPa or less, a 50% compression, and a wet heat strain after exposure to an atmosphere of 70 ° C. and a relative humidity of 95% for 24 hours is 9% or less. It is preferable. With such a foam, the frame body of the cartridge is not deformed by an excessive repulsive force, and sufficient sealing performance is maintained even after being exposed to a harsh atmosphere. Further, if the CLD hardness is 7.5 kPa or less, particularly 6.5 kPa or less, further 5.0 kPa or less, and the wet heat strain is 7% or less, particularly 5% or less, and further 4% or less, Excellent durability and sufficient sealing performance is maintained for a longer period.
[0027]
In the present invention, a toner seal material having the above preferable number of cells, air permeability, CLD hardness and wet heat strain can be obtained. In addition, the toner sealing material can be provided with a performance in which the above preferable numerical ranges of these characteristics are appropriately combined. In particular, a toner sealing material having an excellent performance balance in which the number of cells is 65 cells / 25 mm or more, the air permeability is 100 seconds or more, the CLD hardness is 5 kPa or less, and the wet heat strain is 5% or less.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
[1] Raw materials used (1) Polyether polyol (a) Bifunctional polyether polyol
(i) Trade name “PP400”, number average molecular weight; 400
(ii) Trade name “PP600”, number average molecular weight; 600
(iii) Trade name “PP1000”, number average molecular weight; 1000
(iv) Trade name “PP1500”, number average molecular weight; 1500
(v) Trade name “PP2000”, number average molecular weight; 2000
As described above, (i) to (v) are all manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.
(B) Trifunctional polyether polyol
(i) Trade name “G300”, number of functional groups: 3, number average molecular weight: 300
(ii) Trade name “G700”, number of functional groups: 3, number average molecular weight: 700
(iii) Trade name “GP1000”, number of functional groups: 3, number average molecular weight: 1000
(iv) Trade name “GP1500”, number of functional groups: 3, number average molecular weight: 1500
As described above, (i) to (iv) are all manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd.
[0029]
(2) Polyester polyol (a) Trifunctional polyester polyol
(i) Dainippon Ink & Chemicals, Inc., trade name “ODX2518”, number average molecular weight: 3000
(ii) Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., trade name “YT101”, number average molecular weight; 1000
(iii) Kuraray Co., Ltd., trade name “F2010”, number average molecular weight; 2000
(iv) manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., trade name “F21-79”, number average molecular weight; 2500
(v) Made by Mitsui Takeda Chemical Co., Ltd., trade name “MN3150”, number average molecular weight; 3150
(vi) Made by Mitsui Takeda Chemical Co., Ltd., trade name “MN4000”, number average molecular weight: 4000
(B) Bifunctional polyester polyol, manufactured by Mitsui Takeda Chemical Co., Ltd., trade name “DIOL2000”, number average molecular weight; 2000
[0030]
(2) Polyisocyanate: Crude MDI, manufactured by Nippon Polyurethane Co., Ltd., trade name “C1067”, NCO%; 31.3%
(3) Foam stabilizer: Silicon foam stabilizer, manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd., trade name “SZ1919”
(4) Catalyst: amine catalyst, triethylenediamine, manufactured by Chukyo Yushi Co., Ltd., trade name “33LV”
(5) Foaming agent: water (ion exchange water)
[0031]
[2] Manufacture of flexible polyurethane foam First, each component except polyisocyanate was stirred at a predetermined quantitative ratio using a hand mixer according to the formulation shown in Table 1. Thereafter, polyisocyanate was blended according to a predetermined isocyanate index, and this mixture was put into a foaming box and foamed and cured to produce a flexible polyurethane foam.
[0032]
[Table 1]

[0033]
[3] Effect of polyol type on physical properties, etc. (1) Quantity ratio of polyester polyol to polyether polyol (I)
Reference Examples 1-3
Each polyol was blended in the quantitative ratio shown in Table 2 to produce a foam. The density, CLD hardness, wet heat strain, air permeability, cell number and toner sealability of the obtained foam were evaluated by the following methods. The results are also shown in Table 2. The evaluation criteria are as shown in Table 3.
[0034]
(A) CLD hardness: measured by a hardness measuring instrument based on JIS K 6400. The harder the foam (the larger the value), the greater the repulsive force, the cartridge frame and the like may be deformed, and the toner may leak out.
(B) Wet heat strain (%): A foam having a thickness of 20 mm was compressed by 50%, exposed to a wet heat atmosphere at 70 ° C. and a relative humidity of 95% for 24 hours, then opened, and the thickness was measured after 30 minutes. The wet heat strain is calculated by the following equation.
Wet heat strain (%) = [(Sample thickness before exposure to wet heat atmosphere−Sample thickness after exposure to wet heat atmosphere) / Sample thickness before exposure to wet heat atmosphere] × 100
The larger the value, the harder it is to restore and the poorer the sealing property. A smaller numerical value is preferable.
[0035]
(C) Air permeability: Measured according to JIS L1096 B method. The larger the value, the lower the air permeability and the better the sealing performance.
(D) Number of cells: The number of cells per 25 mm length (cells / 25 mm) was measured with a microscope (manufactured by Keyence Corporation, model “VH-50”). The larger the numerical value, the smaller the cell diameter and the better the sealing performance.
[0036]
(E) Toner sealability: as shown in FIG. 1A, a color toner in the inner space of a punched sample 1 (thickness: 10 mm, inner diameter: 60 mm, outer diameter: 80 mm) of O shape (ring shape or donut shape) 5 g of 2 was added. Thereafter, the sample 1 was sandwiched between the polypropylene film 3 and the acrylic resin plate 4 as shown in FIG. The compression rate of sample 1 was 50%. Next, as shown in FIG. 1 (c), it was naturally dropped 20 times from a height of 30 mm. The penetration depth of the toner 2 into the sample 1 after being dropped 20 times was measured with a caliper. The shallower the penetration depth, the better the sealing performance.
[0037]
[Table 2]

[0038]
[Table 3]

[0039]
According to the results in Table 2, in Reference Example 3 containing no polyester polyol, the wet heat strain is large, the number of cells is small (the cell diameter is large), the toner sealability is “Δ”, and the total as a toner seal material Evaluation is "x". On the other hand, in Reference Example 1 , although the air permeability was “Δ”, the other physical properties and the like were good, and it was found that, together with Reference Example 2 , the toner sealability was excellent and the balance of physical properties and the like was good.
[0040]
(2) Influence of number average molecular weight of polyether polyol (I)
Reference Examples 4 to 8
Polyols were blended as shown in Table 4, foams were produced, physical properties and the like were measured in the same manner as described above, and the influence of the number average molecular weight of the polyether polyol (I) was evaluated. The results are also shown in Table 4.
[0041]
[Table 4]

[0042]
According to the results of Table 4, in Reference Example 7 using a polyether polyol (I) having a low number average molecular weight of 400 and Reference Example 8 using a polyether polyol (I) having a high number average molecular weight of 2000, It was inferior to wet heat distortion, and the comprehensive evaluation was "x". On the other hand, in Reference Examples 4 to 6 in which the polyether polyol (I) has a number average molecular weight of 600 to 1500, which is within the scope of the present invention, it can be seen that the toner sealability is excellent and the balance of physical properties and the like is good.
[0043]
(3) Influence of number of functional groups and number average molecular weight of polyester polyol
Reference Examples 9-14
Polyols were blended as shown in Table 5, foams were produced, physical properties and the like were measured in the same manner as described above, and the influence of the number of functional groups and the number average molecular weight of the polyester polyol was evaluated. The results are also shown in Table 5.
[0044]
[Table 5]

[0045]
According to the results of Table 5, in Reference Example 13 using a polyester polyol having a functional group number of 3 and a molecular weight of 1000, the CLD hardness value is large and the toner sealability is inferior. "Met. Further, in Reference Example 14 using the polyester polyol having 2 functional groups, the wet heat distortion was very large, and the overall evaluation was “x”. On the other hand, in Reference Examples 9 to 12 using polyester polyol having a functional group number of 3 and a molecular weight of 2000 to 4000, it can be seen that the toner sealability is excellent and the balance of physical properties and the like is also good.
[0046]
(4) Influence of number average molecular weight and content of low molecular weight triol Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2
Polyols were blended as shown in Table 6, foams were produced, physical properties and the like were measured in the same manner as described above, and the influence of the number average molecular weight and content of the low molecular weight triol was evaluated. The results are also shown in Table 6.
[0047]
[Table 6]

In addition, * represents that the molecular weight of the low molecular weight triol exceeds the preferable range.
[0048]
According to the results in Table 6, it can be inferred that Comparative Example 2 in which the molecular weight of the low molecular weight triol is as large as 1500 is excellent in toner sealability, but has a large wet heat distortion and the performance decreases with time. On the other hand, in Examples 1 to 3 in which a low molecular weight triol having a preferable molecular weight range is blended, all of the physical properties and the like are good, the toner sealability is excellent, and the balance of the physical properties and the like is good. In Example 2 , Example 4 in which the content of the low molecular weight triol was changed to 40 parts by mass also has excellent physical properties and the like and has a good performance balance.
[0049]
Further, in Example 2 , the toner sealability was evaluated by changing the compression rate to 30% or 40%. As a result, it was found that even if the compression ratio was changed in the range of 30 to 50%, there was no significant difference in toner sealability, and both were good.
[0050]
In Example 2 , the change in CLD hardness due to the compression rate was evaluated. As a result, it was 4.5 kPa at a compression rate of 30%, 4.6 kPa at 40%, and 4.8 kPa at a compression rate of 50%. The CLD hardness when measured without compression is 4.5 kPa. Even if it is compressed by 30 to 50%, moderate hardness is maintained, and the leakage of toner without deforming the cartridge frame etc. It is inferred that this can be prevented.
[0051]
【The invention's effect】
According to the flexible polyurethane foam of the present invention, even when exposed to a harsh atmosphere, moderate hardness and excellent wet heat aging resistance are not impaired, and sufficient toner sealability is maintained over a long period of time. In addition, by using a specific low molecular weight triol together as a polyol, it is possible to obtain a foam with a lower hardness, and even a fine toner can reliably leak without deforming the frame of the cartridge. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view for explaining a toner sealing property measuring method.
[Explanation of symbols]
1; O-shaped punched sample, 2; color toner, 3; polypropylene film, 4; acrylic resin plate.

Claims

In a polyurethane foam obtained by reacting a foam raw material containing a polyisocyanate and a polyol,
The polyisocyanate is diphenylmethane diisocyanate,
The polyol has a polyether polyol (I) having a functional group number of 2 and a number average molecular weight of 500 to 1800, a polyester polyol having a functional group number of 3 and a number average molecular weight of 1500 to 4000, and a functional group number. And polyether polyol (II) having a number average molecular weight of 250 to 1400 ,
When the total amount of the polyol is 100 parts by mass, the total content of the polyether polyol (I) and the polyester polyol is 60 to 80 parts by weight, the content of the polyether polyol (II) is 20 40 parts by weight,
When the polyether polyol (I) and the total amount of the polyester polyol and 100 parts by weight, flexible polyurethane foam, wherein the content of the polyether polyol (I) is 40 to 85 parts by weight .

The flexible polyurethane foam according to claim 1, wherein the foam raw material contains an amine catalyst having no group that reacts with the polyisocyanate.

Toner sealing material, comprising the flexible polyurethane foam according to claim 1 or 2.

The number of cells flexible polyurethane foam 50 / is at 25mm or more, and JIS L1096 toner sealing material of Method B according to claim 3, wherein air permeability measured according is more than 3 seconds.

The toner according to claim 4, wherein the flexible polyurethane foam has a CLD hardness of 10 kPa or less, a 50% compression, and a wet heat distortion after exposure to an atmosphere of 70 ° C. and a relative humidity of 95% for 24 hours. Seal material.