JP5255267B2 - 融着部材に被覆を形成する方法 - Google Patents

Description

発明の実施態様は、概して印刷や複写作業に使用する融着部材あるいは定着部材の分野に関する。特にこの開示は仕上層被覆を融着ロールに塗布するプロセスに関する。この仕上層被覆には、ほぼ均一に分散したカーボンナノチューブで補強したフルオロポリマーコンポジットが含まれている。

一般的な静電複写印刷装置では、複写原稿の光像を静電潜像の形で感光部材に記録、その後、その潜像に、一般的にトナーと呼ばれる検電性の熱可塑性樹脂を塗布することで可視化する。この可視性トナー画像は疎性粉末形態であり、簡単に外乱すなわち破壊され得る。通常、トナー画像は支持体（感光部材自体のこともある）又は支持シート（普通紙等）に定着又は融着させる。

支持部材上にトナー画像を定着するために、熱エネルギーを使用することはよく知られている。検電性のトナー材料を支持体表面に熱で恒久的に融着させるには、トナー材料の成分が合一し粘着性を持つ温度までトナー材料を加熱する必要がある。加熱により、トナーが支持体の繊維又は小孔にある程度流れ込む。その後、トナー材料が冷却凝固することで支持体に確実に結合する。

一般的に、熱可塑性樹脂はおよそ９０℃〜１６０℃あるいはそれ以上の温度に加熱して基材に定着させる。加熱温度はトナーに使用する樹脂の軟化領域に依存する。但し、２００℃を大幅に超えて基材を加熱することは好ましくない。特に基材が紙の場合、このような高温では変色を起こす傾向があるからである。

融着ロール又は定着ロールは適切な基材に１層又は２層の被覆を行うことにより調製してもよい。例えば、円筒形の融着ロール又は定着ロールは、アルミニウム製円筒にエラストマーやフルオロエラストマーを塗布することで調製してもよい。こうして塗布したロールを加熱してエラストマーを硬化させる。この加工方法は、米国特許第５，５０１，８８１号、米国特許第５，５１２，４０９号、米国特許第５，７２９，８１３号等で開示されている。本特許では、公開特許の全体を参照として組み込む。

架橋フルオロポリマー形態のエラストマー、すなわちフルオロエラストマーは、化学的に安定していて離型性に優れている。また、比較的軟性で弾性を示す。ポリマー化合物硬度と耐摩耗性を向上させるため、ポリマー化合物中に補強粒子としてフィラーが用いられる。融着システムの熱伝導性も重要である。理由はトナー粒子を軟化して融着するには融着部材又は定着部材が十分に熱を伝導することが必要であるからである。定着部材の熱伝導性を高めるには、金属酸化粒子等の熱伝導性を有する粒子がフィラーとして使用される。熱伝導性を高めるにはフィラーの充填量を増加することが必要だが、フィラー充填量が多すぎると被覆が硬く、脆弱で、磨耗しやすくなる。アルミニウム、鉄、銅、錫、亜鉛の酸化物等、従来の金属酸化物フィラーの充填は、米国特許第６，３９５，４４４号、同６，１５９，５８８号、同６，１１４，０４１号、同６，０９０，４９１号、同６，００７，６５７号、同５，９９８，０３３号、同５，９３５，７１２号、同５，６７９，４６３号、及び同５，７２９，８１３号で開示されており、本特許はこれら公開特許の全体を参照として組み込む。金属酸化物フィラーの充填量を６０重量％程度にまで上げると、熱伝導率はおよそ０．２からおよそ１．０Ｗｍ^−１Ｋ^−１になるが、充填量の増加により融着部材の耐摩耗性と寿命に悪影響を及ぼす。

米国特許第５，５０１，８８１号 米国特許第５，５１２，４０９号 米国特許第５，７２９，８１３号 米国特許第６，３９５，４４４号 米国特許第６，１５９，５８８号 米国特許第６，１１４，０４１号 米国特許第６，０９０，４９１号 米国特許第６，００７，６５７号 米国特許第５，９９８，０３３号 米国特許第５，９３５，７１２号 米国特許第５，６７９，４６３号 米国特許第５，７２９，８１３号

寿命の向上かつエッジ磨耗によるロール不良の発生の少ない新世代融着装置を実現するには、機械的により堅牢な被覆が要求される。仕上層の熱伝導性を向上させると、融着時における表面の熱保持性が改善され、導電性によって静電気の蓄積が放散される。

安定した懸濁液作製方法の実施態様の一つでは、半軟質又は溶融フルオロポリマーと多数のカーボンフィブリルとを、機械的剪断力を用いて分散混合してポリマーコンポジットを作製する。このコンポジットを有効溶剤中に分散させて安定した懸濁液を作製する。

実施態様においては、押出しによって分散混合してもよい。実施態様では押出しはシングルスクリュー又はツインスクリューを用いてもよい。一部の実施態様では、押出しのローター速度はおよそ毎分１０回転から２００ｒｐｍまでの場合もあり得る。

本発明の実施態様では、フルオロポリマーはフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した別のモノマーを含むフッ化ビニリデンであってもよい。

実施態様の一例として、直径約１００ｎｍ未満のカーボンナノチューブのカーボンフィブリルがある。更なる実施態様では、単層（single-walled）カーボンナノチューブ、多層（multi-walled）カーボンナノチューブ、及びその混合物からなる群よりカーボンナノチューブを選択してもよい。一部の実施態様では、ポリマーコンポジットは重量比で約０．３〜３０％量のカーボンフィブリルを含有してもよい。別の選択肢として、ポリマーコンポジットは、重量比で約０．５〜１０％量のカーボンフィブリルを含有してもよい。

実施態様の一例として、有効溶剤はアセトン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、及びそれらの混合物からなる群より選択される場合もある。

さらに他の実施態様として、ナノ粒子とフッ化ビニリデンの単量体反復単位を含む少なくとも一つのポリマーとを押出しにより分散混合してコンポジットを作製し、ナノ粒子が実質的に凝塊形成せずコンポジット中に均一に分散されるようにする方法もある。コンポジットを有効溶剤に分散して懸濁液を作製してもよい。懸濁液を基材に被覆する場合もある。溶剤を蒸散させ、被覆を基材上に硬化してもよい。

ある実施態様では、ナノ粒子が直径約１００ｎｍ未満のカーボンナノチューブである。更なる実施態様では、ポリマーコンポジットは重量比で約０．５〜１０％量のナノ粒子を含有してもよい。

さらに他の実施態様では、ポリマーはヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した別のモノマーを含むフッ化ビニリデンのコポリマーとしてもよい。

一部実施態様では、押出しはシングルスクリュー又はツインスクリューを用いてもよい。特定の実施態様では、押出し温度は約１５０℃〜２００℃である。

実施態様によっては、被覆前の懸濁液に架橋剤を添加してもよい。架橋剤はビスフェノール化合物のこともある。

実施態様の一例として、基材が融着部材であってもよい。実施態様によっては、被覆方法は流し塗りである。

さらに他の実施態様では、融着部材は少なくとも一つのフルオロポリマーを持ったコンポジットで被覆を行った基材である。コンポジット被覆は、フルオロポリマー中に存在する多数の実質的に凝塊形成のないカーボンナノチューブである。ここでは、コンポジット被覆の体積抵抗率は１×１０^８Ω−ｃｍ未満である。一部の実施態様では、融着部材のコンポジット被覆中のカーボンナノチューブ濃度はコンポジット重量比で約０．５〜１０％である。実施態様の一例として、フルオロポリマーのフッ素含有量が重量比で６０％を超えてもよい。更なる実施態様では、フルオロポリマーはヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した別のモノマーを含むフッ化ビニリデンのコポリマーである。さらに他の実施態様では、コンポジット被覆は架橋結合してもよい。

本書でいう「含む」は「限定せず他の要素を含んでもよい」ことを意味する。

図１に、カーボンナノチューブで補強したフルオロポリマー被覆剤１０の調製方法の一例を示す。この方法では、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）とフルオロポリマーの混合物を分散混合してコンポジットを作製する（ステップ２０）。「ポリマープロセシング」（“Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｐｒｏｃｃｅｓｉｎｇ”）（James M． McKelvey著、John Wiley & Sons社刊）の定義によれば、分散混合によってポリマー中の究極粒子の凝塊が破裂することを含む。フルオロポリマーには、半軟質又は溶融フルオロポリマーを含んでもよい。一つの実施態様では、押出機又はバンバリーミキサー内の高剪断力や機械的剪断力で分散混合を行う。このプロセスには、シングルスクリュー又はツインスクリューの押出機を用いるなど、既知先行技術の効果的な押出しプロセスを利用してもよい。

プロセスの一例として、商業的に調製されたＣＮＴ／フルオロポリマー原料マスターバッチを用い、これをニートフルオロポリマーと同時押出しするレットダウン押出しによりＣＮＴ濃度を下げてもよい。例えば、フルオロポリマーＶｉｔｏｎ（登録商標）−Ａ（E．I．du Pont de Nemours社）中に１２％（ｗ／ｗ）の多層ＣＮＴを含有する市販の調製済みマスターバッチは、Hyperion Catalysis International社から入手可能である。本発明を実施するには、最終コンポジット押出物のＣＮＴ濃度を下げるのが望ましい。そこで、例えば上記のマスターバッチをＶｉｔｏｎ（登録商標）−ＡやＶｉｔｏｎ（登録商標）−ＧＦなどのニートフルオロポリマーと同時押出しする。その結果得られるレットダウンポリマーの最終ＣＮＴ濃度は、ポリマーコンポジット重量比で約１〜１０％等となる。このときカーボンナノチューブは実質的に凝塊形成がなく、コンポジット中で実質的に均一に分散している。別の方法として、ＣＮＴをニートフルオロポリマーに添加し、ＣＮＴが凝塊形成せず、コンポジット中で実質的に均一分散するように押出してもよい。ここでいう「凝塊形成せず」とは、ナノチューブ又はナノ粒子がマトリックスに実質的に単独で分散している状態である。「実質的に均一に分散」とは、ナノチューブ又はナノ粒子の濃度がマトリックス全体で実質的に同じ状態をいう。

分散混合とＣＮＴ／ポリマーコンポジット作製には、ツインスクリュー押出しを使用してもよい。代替的には、シングルスクリュー押出しを使用してもよい。ポリマー材料の混合、配合、反応にはツインスクリュー押出しが広く用いられる。ツインスクリュー押出機２００の基本構造図を図２に示す。ポリマー材料を多くの場合は他の物質とともに、バレル入口２０５から押出機２００に挿入し、押出機のバレル２１０内に閉じ込める。材料はバレル２１０内などで外部から加熱することにより半固形状態又は溶融状態に保持する。バレル内には２本の回転スクリュー２２０，２２５があって、押出機のバレル２１０内で材料を混合して搬送し、混合・配合・反応材料を押出物としてバレル出口２３５で回収する。ツインスクリュー押出機は、同一方向又は反対方向に回転する２本のスクリューを装備する。スクリューはかみ合っていても、かみ合っていなくてもよい。さらに、特定の混合特性を得るために、前方搬送エレメント、逆搬送エレメント、混練用材その他の設計により、スクリュー自体の形態を変えてもよい。ツインスクリュー押出機の動作は既知の先行技術である。

フルオロポリマー中に分散したＣＮＴは、固体−固体分散の一例である。分散は２相系である。１相は塊状物質全体に分布した微粒子／ナノチューブ（コロイドサイズのことが多い）からなる。粒子／チューブが分散相又は内相、塊状物質が連続相である。カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は炭素同素体である。円筒形カーボングラファイトの形態をとり、ナノテクノロジー、エレクトロニクス、オプティックス、その他材料科学分野で広範な用途に利用できる新規特性をもつ。極めて高い強度と特異な電気特性を示し、効率的に熱を伝導する。カーボンナノファイバーはカーボンナノチューブと類似の寸法で、円筒形構造ではあるが、ＣＮＴのように完全な円筒形ではない。カーボンナノファイバーは本発明の実施態様の範囲内にある。ここでは、カーボンナノチューブとカーボンナノファイバーを集合的にカーボンフィブリルと呼ぶ。さらに、より広い意味で「カーボンナノチューブ」と「カーボンナノフィブリル」を互換可能な用語として用いる。本発明の実施には、２相の範囲に単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ及びカーボンファイバーを含める。

ナノチューブはフラーレン構造系の一種である。バッキーボールもこれに含まれる。バッキーボールは球形であるが、ナノチューブは円筒形である。ナノチューブは直径が数ナノメートル程度である一方、長さは最大数ミリメートルまでが可能である。本発明の実施態様には、直径約１００ｎｍ未満のカーボンナノチューブが含まれる。ナノチューブには主として、単層ナノチューブ（ＳＷＮＴ）と多層ナノチューブ（ＭＷＮＴ）の２種類がある。いずれも本発明の実施態様に含まれる。

図１を再度参照する。望ましい濃度のＣＮＴを分散混合するか押出してコンポジット（カーボンナノチューブが凝塊形成せず実質的に均一に分散したコンポジット）としたところで、そのコンポジット自体を有効溶剤中に分散して、懸濁液を作製する（ステップ３０）。有効溶剤とはアセトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、及びそれらの混合物などである。懸濁液はＣＮＴが実質的に凝塊を形成せず均一に分散した可溶化ポリマーなどである。懸濁液は実質的な均一分散状態で、１時間を越えても比較的安定していることが認められた。

懸濁物がよく分散するように、超音波破砕したり均質化したりしてもよい。超音波処理の方法、すなわち超音波漕や超音波プローブを用いて溶液と懸濁物を攪拌する方法は既知の先行技術であって、ここに詳述する必要はない。

懸濁液は、微小粒子（固体、半固体又は液体）が液体又は気体の媒質中に、程度の差はあっても均一に分散している系である。粒子がフィルタ膜を透過するほど微細であれば、その系はコロイド懸濁液である。コロイドとは、一つ以上の寸法が１ミリミクロン（ナノメートル）と１ミクロン（マイクロメートル）の中間にある物質をいう。

本発明の実施態様においては、ＣＮＴ／フルオロポリマーコンポジットが有効溶剤中に分散したときに懸濁液が作製される。この懸濁液はフィルタ膜を透過できるので、コロイド懸濁液とみなしうる。さらに、液体中の固体によるコロイド懸濁液を互換的にコロイド分散（もしくは大まかに溶液）と呼ぶことができる。

本発明の実施態様である懸濁液の安定性は、他のＣＮＴ／フルオロポリマー懸濁液作製方法と比較して増加している。懸濁液の安定性とは、粒子が溶剤中に浮遊したままで容器の底に沈殿しない性向である。先行技術による被覆でＣＮＴを使用する際の大きな障碍は、ＣＮＴの凝塊形成傾向である。カーボンナノチューブは通常、グラフェンシートと呼ばれる１原子の厚みのグラファイト層が丸まって、ナノメートル単位の大きさの円筒又は管状になったものと考えられる。本発明の実施態様では、カーボンナノチューブの直径は約１００ｎｍ未満である。ＣＮＴは束になるか縄状にまとまる傾向がある。これは少なくとも部分的には個々のナノチューブとグラフェンシートとの間に強力な分散作用が働くことによる。溶剤と混合したとき、ＣＮＴの束は１個ずつのＣＮＴに容易に分散しない。溶剤中のＣＮＴ束は個々に分散したＣＮＴよりも速く沈殿する。さらに、ＣＮＴ束とフルオロポリマーの懸濁液を基材被覆に使用すると、被覆面が不均質となる。ＣＮＴ束で被覆が不均質になると、ＣＮＴが実質的に凝塊形成せず実質的に均一に分散した被覆と比較して、被覆の機械的強度や熱伝導性、導電性が低下する。

特定の科学理論に依拠する意図はないものの、本発明の実施態様においては押出し中に高い剪断応力がかかり、凝塊形成のないＣＮＴとフルオロポリマー鎖が結合作用を受けると仮定される。さらに、この相互作用はコンポジットが溶剤に分散するときも続くと仮定される。つまり、懸濁液を作製するときに溶剤はＣＮＴからフルオロポリマー鎖を置換しない。結合作用はファン・デル・ワールス力のような物理的作用であるかもしれず、あるいは押出しの剪断力が高いために、ＣＮＴとフルオロポリマー鎖間に、より強力な化学作用のような結合を生み出すのであろう。この結合により、ＣＮＴは溶剤中で塊となったり沈殿したりせず、懸濁液の安定性が向上する。押出し中のＣＮＴとフルオロポリマーの相互作用の結果による懸濁液の安定化は、立体的安定化形態である。

ツインスクリュー押出機の高剪断力環境で働く相互作用の種類がどうあれ、本発明の実施態様であるＣＮＴ／フルオロポリマー懸濁液の安定性は、従来の懸濁液作製方法よりも著しく向上する。例えば、ＣＮＴとフルオロポリマーを溶液中で直接混合する場合は、懸濁液は短期的に安定しているにすぎない。懸濁液の短期安定性は、ＣＮＴを粉に挽いてフルオロポリマー溶液に入れて懸濁液を作製する際にも認められる。

引き続き図１を参照すると、選択肢として界面活性剤を第二溶剤に添加してもよい。この溶剤混合物としては、フルオロポリマーの架橋を助ける脱水素フッ化剤や酸受容体として作用するＭｇＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２等の塩基性酸化物であってもよい（ステップ４０）。ここで選択した第二溶剤混合物を超音波処理してもよい。

二種類の混合物を組み合わせてもよく（ステップ５０）、孔サイズ２０μｍのフィルタディスクなどで濾過してもよい（ステップ６０）。濾過６０は、塩基性酸化物粒子などの非コロイド状固体が基材被覆中に存在しないよう除去するために行う。本発明の実施態様である混合５０及び濾過６０の結果得られた懸濁液も、上記のような高い安定性を示す。

結合剤、硬化剤、又は架橋剤の溶液を、濾過した懸濁液に添加してもよい（ステップ７０）。架橋剤の例としては、ビスフェノール化合物がある。E．I．du Pont de Nemours社のＶｉｔｏｎ（登録商標） Ｃｕｒａｔｉｖｅ Ｎｏ．５０ （ＶＣ−５０）は、ビスフェノール架橋剤の一例である。ＶＣ−５０はＣＮＴ／フルオロポリマー溶剤懸濁液に可溶で、反応部位の架橋に便利である。Ｃｕｒａｔｉｖｅ ＶＣ−５０はビスフェノールＡＦを架橋剤として、また塩化ジフェニル・ベンジル・ホスホニウムを硬化促進剤として含有する。ビスフェノールＡＦは、４,４‘−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフェノールとしても知られる。架橋反応は溶液中で急速に起こるので、架橋剤を含む懸濁液は素早く混合する（ステップ８０）。

架橋剤入りの懸濁液を適切な基材上に被覆する（ステップ９０）。適切な基材とは、ベルト、プレート、円筒形ドラム等（ただし、これらに限定しない）の融着部材である。ベルトやプレートなど平坦な基材にはギャップ被覆を、ドラムや融着ロールなど円筒形基材には流し塗りを使用できる。各種の基材被覆方法は既知の先行技術であって、ここに詳述する必要はない。

被覆後、溶剤を少なくとも部分的に蒸散してもよい（ステップ１００）。実施態様の一例では、室温で約２時間以上、溶剤を蒸散させた。その他の蒸散時間や温度も、本発明の実施態様の範囲内である。

蒸散後に被覆を硬化させる（ステップ１１０）。硬化プロセスの一例は、段階的硬化である。例えば、被覆した基材を約１４９℃で２時間程度、対流炉に入れてもよい。温度を約１７７℃に上昇し、さらに約２時間硬化してもよい。温度を約２０４℃に上昇、その温度で被覆をさらに約２時間硬化させる。最後に、炉の温度を約２３２℃に上昇し、さらに６時間、被覆を硬化させてもよい。他の硬化条件も可能である。現在既知の又は今後既知となる硬化条件も、本発明の実施態様の範囲内である。

硬化後のコンポジット被覆厚さは、約５μｍ〜１００μｍの範囲内である。他の実施態様においては、コンポジット被覆厚さは約２０μｍ〜５０μｍとなる。

ツインスクリュー押出機による分散混合は本発明の実施態様であるが、他の既知又は今後既知となる高剪断力押出しの形態も本発明の実施態様に含まれる。

押出し温度の一例は、約１００℃〜２５０℃の範囲である。代替的には、押出し温度の範囲を約１００℃〜２５０℃、又は約１５０℃〜２００℃としてもよい。

押出し用ローター速度の一例は、およそ毎分１０回転から２００ｒｐｍまでである。

本発明の実施態様である押出しは、フルオロポリマー中のＣＮＴが約０．１％〜４０％（ｗ／ｗ）のＣＮＴ／フルオロポリマー混合物を使用する。他の実施態様では、フルオロポリマー中のＣＮＴが約１％〜２０％（ｗ／ｗ）である。

本発明の実施態様で使用するフルオロポリマーは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した単量体反復単位をもつ。フルオロポリマーは、線状ポリマー又は分枝ポリマー、及び架橋結合フルオロエラストマー等である。フルオロポリマーの例としては、フッ化ビニリデン、もしくはヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した別のモノマーを含むフッ化ビニリデンのコポリマーがある。

フルオロポリマーの実施態様には、E．I．du Pont de Nemours社のＶｉｔｏｎ（登録商標）フルオロポリマーがある。Ｖｉｔｏｎ（登録商標）フルオロポリマーには、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦ又はＶＦ２）のコポリマーであるＶｉｔｏｎ（登録商標）−Ａ、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマーであるＶｉｔｏｎ（登録商標）−Ｂ、さらにはＴＦＥ、ＶＦ２、ＨＦＰ、及び少量のキュアサイトモノマーを含むテトラポリマー等がある。

本発明の実施態様である有効溶剤には、メチルイソブチルケトンやメチルエチルケトン等があるが、これに限定しない。本発明に述べる安定した懸濁液を作製する他の溶剤は、本発明の実施態様の範囲内であり、現在既知の溶剤又は今後既知となる溶剤を含む。

ＣＮＴ／フルオロポリマーコンポジットを被覆した融着部材は、本発明の実施態様である。実施態様の融着部材には、基材と少なくとも一つのフルオロポリマーを持ったコンポジット被覆が含まれる。コンポジット被覆には、一つのフルオロポリマー中に実質的に均一分散した多数のカーボンナノチューブが含まれる。コンポジット被覆の体積抵抗率は１×１０^８Ω−ｃｍ未満である。他の実施態様においては、コンポジット被覆が１×１０^６Ω−ｃｍ未満の体積抵抗率をもつこともある。

実施態様の融着部材は金属基材でもよく、さらにアルミニウム、陽極酸化アルミニウム、鋼、ニッケル、銅、及びそれらの混合物でもよい。現在既知の溶剤又は今後既知となる他の融着部材の基材材質も、本発明の実施態様の範囲内である。融着部材の基材は、中空円筒、ベルト、又はシート等でもよい。

融着部材のコンポジット被覆は、一つのフルオロポリマー中に約０．１％〜４０％（ｗ／ｗ）のＣＮＴを含有する。他の実施態様では、フルオロポリマー中のＣＮＴは約１％〜２０％（ｗ／ｗ）である。また別の実施態様では、約１％〜１０％（ｗ／ｗ）である。

融着部材のコンポジット被覆は、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した単量体反復単位を持ってもよい。フルオロポリマーは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した別のモノマーを有するフッ化ビニリデンでもよい。コンポジット被覆中のフルオロポリマーは、線状ポリマー又は分枝ポリマー、及び架橋結合フルオロエラストマーでもよく、ジフェニル・ベンジル・ホスホニウム塩の存在下で、４,４’−（ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフェノール等のビスフェノール化合物と架橋結合してもよい。フルオロポリマーは、フルオロポリマーの遊離基硬化に使用可能な、臭素化過酸化物の硬化部位、又は他の既知の硬化部位を持ってもよい。本発明の実施態様であるフルオロポリマーは、フッ素含有量が重量比で６０％を超えることもある。

ナノ粒子は体積に対する表面積比が大きいために凝集傾向があり、ナノ粒子／ポリマーコンポジットの加工に好適ではない。ナノ粒子とは、少なくとも一寸法がナノメートル単位である微粒子である。

本発明の方法の実施態様には、ナノ粒子と少なくとも一つのポリマーの混合物を押出してコンポジットを作製する方法を持つ。押出しプロセスにより、ナノ粒子は実質的に凝塊形成せずにコンポジット中に均一分散される。ナノ粒子／ポリマーコンポジットは有効溶剤中に分散させて、実質的に安定した懸濁液を作製する。溶剤は、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、又はその他、ナノ粒子が凝集せず均一分散するようにポリマー鎖を分解し、溶剤中にナノ粒子が浮遊する溶剤である。有効溶剤には、適切な高分子化合物で現在既知のもの又は今後既知となるものでもよい。

ナノ粒子とポリマーの懸濁液を基材上に被覆してもよい。被覆後、溶剤は蒸散させる。被覆は基材上で硬化させる。硬化は紫外光硬化あるいは他の放射線硬化等の手法で実施するか、もしくは被覆前に分散懸濁液に架橋剤を添加して、加熱するか又は加熱せずに、行う。方法の実施態様として、融着部材にナノ粒子／ポリマーを被覆してもよい。

本発明の実施態様のナノ粒子は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボンブラック、金属粉末、酸化物粉末等、及びその他現在既知のもの又は今後既知となるものでもよい。

本発明の実施態様のポリマーは、フルオロポリマー、フルオロエラストマー、ポリウレタン、ポリシロキサン、シリコン等、及びその他現在既知のもの又は今後既知となるものでもよい。

下表に示すように、Ｖｉｔｏｎ ＧＦとＣＮＴマスターバッチ（Hyperion Catalysis International社より購入。Ｖｉｔｏｎ ＧＦ中に１２％（ｗ／ｗ）の多層ＣＮＴを含有）を分散混合して、フルオロポリマーコンポジット−１，２，３を調製した。二種のポリマーを約１７０℃に加熱して、ツインスクリュー押出機を用いてローター速度２０ｒｐｍで２０分間押出した。得られたレットダウンポリマーのカーボンナノチューブ含有量は、重量比でそれぞれ３％、５％、８％であった。コンポジットの透過電子顕微鏡像を図３に示す。レットダウンＣＮＴ／Ｖｉｔｏｎ（登録商標）コンポジット中でＣＮＴが均一に分布していることが分かる。

融着部材に被覆するために、レットダウンコンポジット（コンポジット−１，２，３）４１ｇを、メチルイソブチルケトン２００ｇと１８時間混合した。得られた混合物を１５分間超音波処理して被覆溶液を作製した。被覆に先立ち、規定量（１００対０．５の割合（ｐｐｈ）等）の硬化剤混合液（酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、及び事前にメチルイソブチルケトンと混合したＶＣ−５０（E．I．du Pont de Nemours社のＶｉｔｏｎ（登録商標） Ｃｕｒａｔｉｖｅ Ｎｏ．５０）を含有）を被覆溶液に添加した。得られた懸濁液を適切な融着ロール基材に被覆した。被覆から大部分の溶剤を蒸散させた後、約１７０℃で２時間、さらに約２００℃で６時間硬化させた。硬化後のコンポジット被覆の厚さは約２５ミクロンであった。コンポジット被覆の分散品質と電気抵抗を調査するため、ギャップコーターを用いて平坦な基材上に被覆を行い、同様の方法で硬化させた。図４はＣＮＴを５重量％含む被覆の透過電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）である。被覆中でＣＮＴが実質的に凝塊形成せず均一に分散していることが分かる。

４端子プローブを用いて、シリコンウェハ上のサンプル被覆の表面電気抵抗率を測定し、融着ロールの被覆に使用する同一組成のＶｉｔｏｎ（登録商標）−ＧＦ架橋結合被覆の表面抵抗率と比較した。Ｖｉｔｏｎ（登録商標）−ＧＦ被覆は高表面抵抗率（＞１０^１１Ω／sq）を示し、被覆が絶縁体として作用することが分かる。一方、ＣＮＴ補強材５％を含む被覆には導電性があった（表面抵抗率＝５．２８×１０^３Ω／sq）。なお、「Ω／sq」は「Ω／□」ともいう。

融着部材にカーボンナノチューブ／フルオロポリマー塗膜を形成する方法を示すフローチャートである。 既知の基本的なツインスクリュー押出機の概略図である。 実施態様の一例である押出し後のＣＮＴ／Ｖｉｔｏｎ（登録商標）コンポジットの透過電子顕微鏡により観察された像の写真である。 初期押出しプロセスの結果による基材上の分散ＣＮＴを含むＶｉｔｏｎ（登録商標）被覆の透過電子顕微鏡により観察された像の写真である。

符号の説明

２００ ツインスクリュー押出機、２０５ バレル入口、２１０ バレル、２２０，２２５ 回転スクリュー、２３５ バレル出口。

Claims (3)

1. 直径１００ナノメートル未満のカーボンナノチューブからなるナノ粒子と、フッ化ビニリデンの単量体反復単位を含有する少なくとも一つのポリマーとを、シングルスクリュー又はツインスクリューの押出機を用いて押し出すことによりコンポジットを作製するための分散混合工程であって、コンポジット中のナノ粒子は実質的に凝塊形成せず実質的に均一に分散される分散混合工程と、
   懸濁液を作製するため、コンポジットを有効溶剤中に分散する分散工程と、
   懸濁液を融着部材に被覆する被覆工程と、
   溶剤を蒸散させる蒸発工程と、
   融着部材の被覆を硬化させる硬化工程と、を有することを特徴とする融着部材に被覆を形成する方法。
2. 請求項１の融着部材に被覆を形成する方法において、
   ポリマーコンポジットは、コンポジットに対して重量比で０．５〜１０％の量のナノ粒子を含有し、
   ポリマーは、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、及びそれらの混合物からなる群より選択した別のモノマーを含むフッ化ビニリデンのコポリマーを含有することを特徴とする融着部材に被覆を形成する方法。
3. 請求項２の融着部材に被覆を形成する方法において、被覆前の懸濁液に架橋剤を添加することを特徴とする融着部材に被覆を形成する方法。