JP5599592B2 - 静電複写法における定着機構部材 - Google Patents

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Description

本発明は、コーティング組成物及びコーティング組成物を製造、使用する方法に関し、特に、ナノチューブ含有コーティング組成物、及び静電複写装置、静電複写プロセスに使用されるナノチューブ含有組成物を製造、コーティングする方法に関する。
現在の静電複写法では、定着機構のトップコート材料として、主に２種類のトップコート材、例えば、フルオロエラストマー及びフルオロプラスチックが使用される。例えば、ビトン（Ｖｉｔｏｎ）フルオロエラストマーは、衝撃エネルギーを吸収する能力と共に、良好な機械的柔軟性を有し、さらに、高い印刷品質と高速性を有するが、ビトン定着機構は、ビトンフルオロエラストマーのフッ素含有量が低いという性質によって生じるオフセットを防止するために、剥離剤を必要とする。このような剥離剤の使用、例えば、シリコンオイルの使用は、ＲＡＭシステムのコストを増やし、且つシリコンオイルがしばしば印刷物上に残留するために、使用上問題を生じる。したがって、オイルレス定着がより好ましい。
テフロンフルオロプラスチックは、高いフッ素含有量を有し、オイルレス定着に広く使用される。例えば、シリコンエラストマー層上にテフロントップコートを有する定着機構は、オイルレス定着を可能にするテフロンＰＦＡ表面と、ざら紙定着、色むら低減及び良好な均一性を可能にする適合性シリコン層を備える。しかし、ビトンフルオロエラストマーに比べて、テフロンＰＦＡは容易に破損する。さらに、ＰＦＡトップコートの製造は、過酷な処理条件、例えば、高い焼成温度（３５０℃以上）を必要とし、このような高温処理は、下層のシリコンゴム層を劣化させる。
特開２００４−０５１９９３
したがって、従来技術の問題を克服して、好適なコーティング組成物を提供し、コーティング組成物を処理、使用する方法を提供することが必要である。
ある実施の形態では、コーティング組成物は、１以上の架橋ポリマーを有するポリマーマトリックスと、さらにはポリマーマトリックス中に分散された複数のナノチューブ及び複数のフッ素含有樹脂充填剤を含有することができる。例えば、複数のフッ素含有樹脂充填剤は、少なくとも約５８重量％のフッ素含有量を有することができる。このようなコーティング組成物は、例えば、定着機構の部材に使用されてもよく、ここで、コーティング組成物は、定着機構の部材の基材上に最外層として配置されて用いられる。
コーティング組成物を製造する方法は、半軟質及び／又は溶融した硬化性シリコンエラストマー及び／又はフルオロポリマーを、複数のナノチューブ及び複数のフッ素含有樹脂充填剤と混合することで、コンポジットを形成することができる。次に、コンポジットを、効果的な溶剤と混合して、コーティング分散体を形成することができ、次いで、これを所望の基材上に塗布し、さらに、コーティング組成物用に使用されたポリマーに依存して、加熱及び／又は放射線によって硬化する。いくつかの実施の形態では、コーティング組成物の形成時に、機械的せん断力を用いて、好適な機械的処理を用いた混合を容易にすることができる。
いくつかの実施の形態によれば、複数のナノチューブと、半軟質の及び／又は溶融した硬化性シリコンエラストマー及び／又はフルオロポリマーとを機械的せん断力を用いてまず混合し、コンポジットを形成することによってコーティング組成物を形成することができる。次に、このようなコンポジットを、効果的な溶剤中で複数のフッ素含有樹脂充填剤と混合し、次いで、１以上の架橋剤を添加してコーティング分散体を形成することができる。例えば、架橋剤としては、１以上のビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ‐シロキサン化合物、アミノ‐シラン及びフェノール‐シラン化合物が挙げられる。次に、コーティング分散体を基材上に塗布し、コーティング組成物を形成するのに使用されたポリマー及び／又は架橋剤により、加熱及び／又は放射線によって硬化することができる。
本発明に係る実施の形態におけるプソイド‐フッ素表面を有するコーティング組成物を示す図である。 本発明に係る別の実施の形態におけるプソイド‐フッ素表面を有するコーティング組成物を示す図である。 図１Ａ、１Ｂに示されるようなコーティング組成物を用いてコートされた部材の一例を示す図である。 図１Ａ、１Ｂに示されるようなコーティング組成物を用いてコートされた部材の別の一例を示す図である。
例示的な実施の形態は、プソイド‐フッ素表面を有するコーティング組成物、及びこのコーティング組成物を処理、使用する方法を提供する。コーティング組成物は、例えば、１以上の架橋ポリマーを含有するポリマーマトリックス中に分散された複数のフッ素含有樹脂充填剤及び複数のナノチューブ（例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ））を含有する。フッ素含有樹脂充填剤は、コーティング組成物の表面エネルギーを低減するためのプソイド‐フッ素表面を提供することができる。ナノチューブは、ポリマーマトリックス中に分散され、コーティング組成物の機械的強健性を改善することができる。コーティング組成物を部材表面上にコートしてもよい。ここで、コートされる部材は、例えば、静電複写印刷装置又は静電複写印刷方法で使用される定着機構の部材、定着部材、加圧ローラ、又は剥離剤供給部材である。
なお、特に明示しない限り、「フッ素含有樹脂充填剤」という用語は、フッ素原子を含有するいずれかの樹脂充填剤を意味する。フッ素含有量は、フッ素含有樹脂充填剤の少なくとも約５８重量％である。「フッ素含有樹脂充填剤」は、コーティング組成物の表面エネルギーを低くするプソイド‐フッ素表面を提供するために、コーティング組成物中に分散される。「フッ素含有樹脂充填剤」は、少なくとも１マイクロ又はナノスケールの小さな寸法を有する。例えば、フッ素含有樹脂充填剤は、約２５ｎｍから約５０μｍの範囲の小さな寸法を有してもよい。
いくつかの実施の形態では、フッ素含有樹脂充填剤は、ポリマーマトリックス中に、物理的結合（例えば、イオン結合、水素結合又はファンデアワールス）又はポリマーマトリックスのポリマー鎖との化学的結合（すなわち、共有結合）によって分散される。他の実施の形態では、フッ素含有樹脂充填剤は、ポリマーマトリックス中にランダムに又は均一に分散される。例示的な実施の形態では、フッ素含有樹脂充填剤は、フッ素含有ナノ粒子を含み、ポリマーマトリックスの全体に、物理的結合又は任意に架橋ポリマー鎖との化学的結合によってランダムに分散される。
いくつかの実施の形態では、フッ素含有樹脂充填剤は、開示のコーティング組成物において、ある重量の添加量、例えば、約２重量％以上を含有するように、ポリマーマトリックス中に分散される。別の実施の形態では、コーティング組成物の約２重量％〜約７０重量％のフッ素含有樹脂充填剤を用いることができる。
「フッ素含有樹脂充填剤」には、例えば、フルオロポリマー粒子が含まれる。フルオロポリマーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ、例えば、デュポンによってテフロンの商品名で販売されている）、パーフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ、例えば、デュポンによってテフロン（登録商標）の商品名で販売されている）、フッ化エチレン−プロピレン（ＦＥＰ、例えば、デュポンによってテフロンの商品名で販売されている）、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ、例えば、デュポンによってテフゼル（登録商標）で販売され、又は旭硝子社によってフルオン（登録商標）で販売されている）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ、例えば、デュポンによってテドラー（登録商標）で販売されている）、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン（ＥＣＴＦＥ、例えば、ソルベイ・ソレキシーズによってハラー（登録商標）で販売されている）又はポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、例えば、アルケマによってキナー（登録商標）で販売されている）が挙げられる。
また、いくつかの実施の形態では、フッ素含有樹脂充填剤には、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロ（エチルビニルエーテル）（ＰＥＶＥ）とのコポリマー、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とパーフルオロ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）とのコポリマー、及びその混合物が含まれる。
なお、特に明示しない限り、「ナノチューブ」という用語は、少なくとも１つの小さな寸法、例えば、約１００ｎｍ以下の幅又は直径を有する細長い材料（有機及び／又は無機材料を含む）を意味する。ここで、「ナノチューブ」という用語が記載全体を通して示されるが、この用語は、同様の寸法の他の細長い構造をも表し、例えば、ナノシャフト、ナノピラー、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノニードル、及びその各種機能化及び誘導された原繊維形態（これらはスレッド、ヤーン、ファブリック等の例示的形態を有するナノファイバを含む）を含むことを意図するものである。
また、「ナノチューブ」という用語は、単一壁のナノチューブ、例えば、単一壁のカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多壁ナノチューブ、例えば、多壁カーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、及びその各種機能化及び誘導された原繊維形態、例えば、ナノファイバを含んでもよい。さらに、「ナノチューブ」という用語は、ＳＷＣＮＴ及び／又はＭＷＣＮＴを含むカーボンナノチューブを含んでもよい。さらに、「ナノチューブ」という用語は、前述の全ての可能なナノチューブからの改質ナノチューブ、及びその組み合わせを含んでもよい。ナノチューブの改質には、物理的及び／又は化学的改質が含まれる。
ナノチューブは、各種断面形状、例えば、長方形、多角形、楕円形、又は円形を有してもよい。したがって、ナノチューブは、例えば、筒状３次元形状を有してもよい。例えば、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グラファイトの１原子厚さの層が、ナノメートルサイズのシリンダ、チューブ又は他の形状に巻き上げられたものと考えることができる。いくつかの実施の形態では、ナノチューブは、約１０〜約１，０００，０００のアスペクト比を有してもよい。
ナノチューブは、導電性又は半導電性材料で形成されたものであってもよい。いくつかの実施の形態では、ナノチューブを、低純度及び／又は高純度の乾燥したペーパーの形態で得ることができ、又は各種溶液で購入することができる。他の実施の形態では、ナノチューブは生成されたままで未精製の状態で入手することができ、精製処理はその後に行うことができる。
例示のＣＮＴは、炭素の同素体であってもよく、特異的な所望の機能、例えば、機械的、電気的（例えば、導電性）及び熱的（例えば、伝導性）機能を、ナノチューブを含有したコーティング組成物、及びそれがコートされた部材、例えば、定着機構の部材に提供することができる。いくつかの実施の形態では、得られたコーティング組成物は、例えば、約１×１０8Ω・ｃｍ以下の体積電気抵抗値を有する。
さらに、ナノチューブは、種々の物理的及び／又は化学的改質を通じて、制御され及び／又は向上した機械的、電気的又は熱的特性を有する改質化／機能化されたナノチューブであってもよい。例えば、カーボンナノチューブは、パーフルオロカーボン、パーフルオロポリエーテル、及び／又はポリジメチルシロキサンから選択される材料で表面改質されてもよい。
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のようなナノチューブは、コーティング組成物において、ある重量の添加量、例えば、約０．１重量％〜約４０重量％を含有するように、ポリマーマトリックス中に分散される。他の実施の形態では、コーティング組成物の重量の約０．１重量％〜約２５重量％を用いてもよい。
フッ素含有樹脂充填剤及びナノチューブは、ポリマーマトリックス中に分散される。ここで、「ポリマーマトリックス」には、１以上の架橋ポリマー、例えば、フルオロエラストマー、ポリパーフルオロエーテルエラストマー、シリコンエラストマー、熱硬化性ポリマー又は他の架橋材料が含まれる。いくつかの実施の形態では、１以上の架橋ポリマーは、ナノチューブ及び／又はフッ素含有樹脂充填剤を混合するために、半軟質及び／又は溶融される。
いくつかの実施の形態では、ポリマーマトリックスには、例えば、テトラフルオロエチレン、パーフルオロ（メチルビニルエーテル）、パーフルオロ（プロピルビニルエーテル）、パーフルオロ（エチルビニルエーテル）、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、及びそれらの混合物からなる群より選択されるモノマー繰り返し単位を有するフルオロエラストマーが含まれる。また、いくつかの実施の形態は、効果的な硬化剤、架橋剤、結合剤、又はポリマーマトリックスを形成する架橋ポリマーに対する橋かけ剤を含んでもよい。効果的なフルオロポリマー架橋剤としては、例えば、フルオロポリマーと反応しフルオロポリマーを架橋することができるいずれかの化合物が含まれる。硬化剤又は橋かけ剤としては、ビスフェノール化合物が挙げられる。ビスフェノール橋かけ剤としては、Ｅ．Ｉ．デュ・ポン・デ・ネモース製のビトン（登録商標） キュアティブ Ｎｏ．５０(ＶＣ‐５０)が挙げられる。ＶＣ‐５０は、ＣＮＴ及び例示のフルオロポリマーの溶剤懸濁液中に溶解可能であり、架橋の反応部位で容易に利用可能である。硬化性のＶＣ‐５０は、橋かけ剤としてビスフェノール‐ＡＦ、及び促進剤としてジフェニルベンジルホスホニウムクロライドを含む。ビスフェノール‐ＡＦは、また、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公知である。
市販入手可能なフルオロエラストマーとしては、例えば、ビトンＡ（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）、ビトンＢ（テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）及びヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー）、及びビトンＧＦ（ＴＦＥ、ＶＦ２、ＨＦＰを含むターポリマー）、さらには、ビトンＥ、ビトンＥ６０Ｃ、ビトンＥ４３０、ビトン９１０、ビトンＧＨ、及びビトンＧＦ（いずれもＥ．Ｉ．デュ・ポン・デ・ネモース社の登録商標）が挙げられる。また、別の市販入手可能はフルオロエラストマーとしては、例えば、フルオレル２１７０、フルオレル２１７４、フルオレル２１７６、フルオレル２１７７、及びフルオレルＬＶＳ７６（いずれも３Ｍ社の登録商標）が挙げられる。（キュンティア（Ｃｙｎｔｈｉａ）フルオレルTMフルオロエラストマーは１９９９年にダイネオン（Ｄｙｎｅｏｎ）TMフルオロエラストマーになった。）さらに、市販入手可能な材料としては、アフラス（ポリプロピレン‐テトラフルオロエチレン）及びフルオレルＩＩ（ＬＩＩ９００）（ポリプロピレン‐テトラフルオロエチレンビニリデンフルオライド）（共に３Ｍ社の登録商標）、さらには、Ｆｏｒ‐６０ＫＩＲ、Ｆｏｒ−ＬＨＦ、ＮＭ、Ｆｏｒ‐ＴＨＦ、Ｆｏｒ‐ＴＦＳ、ＴＨ、及びＴＮ５０５として示されるテクノフロン（いずれもソルベイ・ソレキシーズ社の登録商標）が挙げられる。ポリパーフルオロエーテルエラストマーとしては、例えば、ソルベイ・ソレキシーズからのＳＨＩＮ‐ＥＴＳＵ ＳＩＦＥＬ（登録商標）、フルオロリンク（登録商標）（ＰＦＰＥ）が挙げられる。
ある実施の形態では、ポリマーマトリックスには、例えば、ビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ‐シロキサン化合物、アミノ‐シラン、及びフェノール‐シラン化合物からなる群より選択される硬化剤で架橋されるフッ化ビニリデン含有フルオロエラストマーが含まれる。別の実施の形態では、ポリマーマトリックスには、硬化シリコンエラストマーが含まれる。
架橋フルオロポリマーは、比較的軟質で弾性を示すエラストマーを形成することができる。特定の実施の形態では、コーティング組成物及びコートされる部材に用いられるポリマーマトリックスは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、フッ化ビニリデン（ＶＦ２）、及び臭素化過酸化物の硬化部位を含むビトンＧＦ（登録商標）である。
いくつかの実施の形態では、コーティング分散体は、例えば、コーティング組成物及び関係するコートされる部材を調製するのに好適な分散体／懸濁液を形成するために、フッ素含有樹脂充填剤、ナノチューブ、架橋ポリマー及び／又は硬化剤を、効果的な溶剤中に分散させて得られる。いくつかの実施の形態では、効果的な溶剤は、例えば、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、及びこれらの混合物が挙げられる。好適な分散体／懸濁液を形成する他の溶剤としては、当業者に公知の溶剤が含まれる。
ここで、「分散体」という用語は、ある物質が別の物質中にある、例えば、ある物質が別の物質中に溶解する、又は粒子又は他の物質が流体中に懸濁又は拡散することを包含するいずれかの体系を意味する。したがって、本願の目的のためには、「分散体」という用語は、ここでは「溶液」、「懸濁液」又は「エマルジョン」も示唆する。例えば、分散体は、２相系であってもよく、一方の相は、コロイドサイズの範囲に細かく分かれた粒子であって、これらがバルク物質全体に分布し、粒子は分散相又は内相となり、バルク物質は連続相となる。溶剤中に分散させたナノチューブ及び／又はフッ素含有樹脂充填剤は、固体‐液体分散体の一例であり、一方で、コートされた部材についてポリマーマトリックス中に分散させたナノチューブ及び／又はフッ素含有樹脂充填剤は、固体‐固体分散体の例であり得る。
いくつかの実施の形態では、開示のコーティング組成物は、例えば、硬度及び耐磨耗性を改質するために、充填剤をさらに含んでもよい。充填剤の例としては、金属酸化物、カーボンブラックのような球状粒子、及び／又はカーボンファイバが挙げられる。
説明の簡略化のために、例えば、ナノチューブにＣＮＴ、フッ素含有樹脂充填剤にＰＴＦＥ粒子、硬化性ポリマーにフルオロポリマー（ビトンＧＦ）、充填剤に塩基性酸化物、硬化剤にＶＣ‐５０、溶剤にＭＩＢＫを用いるものとして、コーティング組成物及び得られたコートされた部材を説明する。系全体をビトンＧＦエラストマーの硬化により形成することができる。
図１Ａ、１Ｂは、フッ素含有樹脂充填剤及びナノチューブを含有するコーティング組成物の一例を表す。図１Ａ、１Ｂに示すコーティング組成物１００Ａ又は１００Ｂは、一般化された概略図を示し、他の粒子／ナノチューブ／ポリマーを追加、又は存在する粒子／ナノチューブ／ポリマーを取除又は変更してもよい。
コーティング組成物１００Ａ又は１００Ｂは、例えば、オイルレス処理用の表面粗さを提供するために、プソイド‐ＰＴＦＥ表面を有することができる。図示されるように、コーティング組成物１００Ａ又は１００Ｂは、例えば、ＣＮＴ１０８が均一に安定的に分散されたビトンマトリックス（ビトンエラストマーポリマー鎖（以下、ビトン鎖とする））１１０中に、ＰＴＦＥ粒子１０２が分散されたものである。ＰＴＦＥ粒子１０２は、例えば、ＰＴＦＥナノ粒子であってもよく、これらは物理的結合（図１Ａ参照）又はビトン鎖１１０との化学的結合１０５（図１Ｂ参照）によって、ビトン鎖１１０中に存在し得る。
いくつかの実施の形態では、図１Ｂに示されるＰＴＦＥ粒子１０２とビトン鎖１１０との化学的結合１０５は、表面粗さを増す、すなわち表面エネルギーを減らすために、ＰＴＦＥ粒子１０２の添加量のパーセンテージを増やすことを可能にする。例示的実施の形態では、共有結合したＰＴＦＥ粒子１０２は、コーティング組成物重量の約８０％以上の添加重量を有することができ（図１Ｂ参照）、一方、物理的に分散したＰＴＦＥ粒子１０２は、コーティング組成物重量の約２０％以上の添加重量を有することができる（図１Ａ参照）。いくつかの実施の形態では、ＰＴＦＥ粒子１０２は、ＰＴＦＥ粒子１０２の表面改良により、ビトン鎖１１０と直接反応することができる。他の実施の形態では、カップリング剤をコーティング組成物中に入れて、ＰＴＦＥ粒子１０２とビトン鎖１１０とを共有結合させることができる。
開示のコーティング組成物は、例えば、ＣＮＴ／ビトンコンポジットをまず形成することによって得ることができる。ある実施の形態では、ＣＮＴを分散体／懸濁液中でビトンポリマーと混合することができ、ここで、ＣＮＴは実質的に均一に分散され、実質的にビトンＧＦポリマー中で塊状ではない。次に、固体状態のＣＮＴ／ビトンコンポジットを、例えば、当業者に公知の乾燥法によって形成することができる。いくつかの実施の形態では、カップリング剤を用いて、ＣＮＴをビトンポリマー鎖と結合させ、所望の添加量のパーセンテージを与え、これによって所望の機械特性を与えることができる。
別の実施の形態では、市販のＣＮＴ／フルオロポリマー材料のマスターバッチを使用し、例えば、レットダウン押出し法を用いてＣＮＴの濃度を低くすることができる。レットダウン押出し法は、高せん断力の混合法であり、したがって、固体状態で、ビトンポリマー中に、実質的に塊状でなくかつ実質的に均一にＣＮＴが分散した状態のコーティング組成物を提供する。ある実施の形態では、押出しを、二軸性押出し成形機を用いて達成することができる。
いくつかの実施の形態では、ＣＮＴ／ビトン分散体は、さらに、ＶＣ‐５０硬化剤と混合する前に、例えば、塩基性酸化物、及び／又は界面活性剤を含んでもよい。
ＣＮＴ／ビトンコンポジットの形成に次いで、このコンポジットをＰＴＦＥ粒子、例えば、ナノサイズのＰＴＦＥ粒子と混合して、ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティング分散体を形成することができる。例えば、上記のＣＮＴ／ビトンコンポジットと、ＰＴＦＥ粒子、追加のＣＮＴ、ＶＣ‐５０硬化剤、金属酸化物及び／又は任意の界面活性剤とを、ＭＩＢＫ（溶剤）中で混合し、ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティング分散体を形成することができる。
ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティング分散体の形成に次いで、コーティング組成物を例えば、コートし、押出し又は成形し、さらに硬化して、開示のＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティングコンポジットを形成することができる。例示的実施の形態では、コーティング後及び硬化前に、溶剤を少なくとも部分的に蒸発させてもよい。例えば、溶剤を約２時間以上室温で蒸発させてもよい。ここで、蒸発条件は、他の条件であってもよい。
蒸発後、コーティングを硬化することができる。例示的な硬化プロセスは、低温硬化、例えば、約２６０℃以下で段階的に硬化させてもよい。例示的実施の形態では、コート／押出し／成形される部材を、還流オーブン内に約１４９℃で約２時間置き、続いて、約１７７℃×２時間、約２０４℃×２時間、約２３２℃×６時間の条件でコーティングを硬化させる。他の硬化スケジュールの適用も可能である。
ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコートされた部材は、例えば、静電複写印刷装置及び静電複写印刷方法における定着機構の部材、定着部材、加圧ローラ、及び／又は剥離剤供給部材として使用することができる。例えば、コートされるべき部材の表面には、前述の全ての可能な部材についての基材が含まれる。基材は、例えば、ベルト、プレート、及び／又は筒状ドラムといった形態であってもよい。いくつかの実施の形態では、コートされるべき部材の表面には、コーティング処理前に基材上に形成された１以上の層を有してもよい。いくつかの実施の形態では、コートされるべき部材の表面には、幅広い種類の材料、例えば、金属、金属合金、ゴム、ガラス、セラミック、プラスチック、又はファイバが含まれる。ある実施の形態では、コートされるべき部材の表面には、例えば、アルミニウムのシリンダ又はアルミニウムのシリンダ上にシリコンゴムが形成されてなるアルミニウムの定着ロールが含まれる。
各種コーティング技術によって、開示のコンポジットコートされた部材を形成することができる。ここで、「コーティング技術」という用語は、コーティング組成物を材料又は表面上に塗布、形成、又は付着させる技術又は方法を意味する。したがって、「コーティング」又は「コーティング技術」という用語は、ディップコーティング、ペインティング、ブラシコーティング、ローラコーティング、パッド塗布、スプレイコーティング、スピンコーティング、キャスティング、又はフローコーティングを包含する。例えば、コーティング分散体を、エアブラシを用いたスプレイコーティングによって、シリコンウェハ片上にコートすることができる。いくつかの実施の形態では、ギャップコーティングを用いて平坦な基材、例えば、ベルト又はプレートをコートする一方で、フローコーティングを用いて、筒状基材、例えば、ドラム又は定着ロール又は定着機構の部材の基材をコートすることができる。例示的なＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティング分散体を所望の部材表面上にコートした後、硬化処理を行うことができる。
したがって、いくつかの実施の形態は、まず初めに、ナノチューブと、例えば、半軟質及び／又は溶融した硬化性シリコンエラストマー及び／又はフルオロポリマーとを機械的せん断力を用いて混合して、コンポジットを形成する。次に、このようなコンポジットを、効果的な溶剤中でフッ素含有樹脂充填剤（例えば、ＰＴＦＥ）と混合し、次いで、１以上の架橋剤を添加してコーティング分散体を形成することができる。例えば、架橋剤には、ビスフェノール化合物、ジアミノ化合物、アミノフェノール化合物、アミノ−シロキサン化合物、アミノ−シラン及び／又はフェノール−シラン化合物が含まれる。次に、コーティング分散体を基材上に塗布し、使用される硬化性ポリマー及び／又は架橋剤に従って、加熱及び／又は放射線によって硬化することができる。
いくつかの実施の形態では、コーティング組成物を形成する別の方法が挙げられる。例えば、この方法では、ナノチューブとフッ素含有樹脂充填剤とを、半軟質の及び／又は溶融した硬化性シリコンエラストマー及び／又はフルオロポリマーと混合して、コンポジットを形成することができる。次に、このようなコンポジットを、上記のような効果的な溶剤と混合してコーティング分散体を形成し、次いで、これを所望の基材上に塗布し、使用される硬化性ポリマーに依存して、加熱及び／又は放射線によって硬化することができる。いくつかの実施の形態では、機械的せん断力を用いて、当業者に公知である好適な機械的方法を用いて、コーティング組成物の形成時の混合を容易にすることができる。
図２Ａ、２Ｂは、図１Ａ、１Ｂに示すプソイド−ＰＴＦＥ表面を有するコートされた例示的な部材２００Ａ、２００Ｂを表す。図２Ａ、２Ｂに示す装置２００Ａ又は２００Ｂは、一般化された概略図を示し、他の層／基材を追加、又は存在する層／基材を取除又は変更しても良い。
コートされた部材２００Ａ又は２００Ｂは、例えば、１以上の機能層２２０及び／又は２３０が例示的なコア基材２１０上に形成されてなる定着ローラであってもよい。いくつかの実施の形態では、コア基材２１０は、筒状チューブ又は固体筒状シャフトの形態を取ってもよい。コートされた部材の剛直性、構造的一体性を保持するために、他の基材形態、例えば、ベルト基材を用いてもよい。
図示されるように、図２Ａ及び図２Ｂにおける最外層２３０は、ここで開示されるコーティング分散体により形成されたコート層である。コート層は、例えば、ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティング組成物を有することができる。いくつかの実施の形態では、コート層は、コア基材２１０の表面上に直接形成されてもよいし（図２Ａの２３０参照）、コア基材２１０の表面上に形成された機能層２２０の上に形成されてもよい（図２Ｂの２３０参照）。例えば、定着機構の部材は、柔軟な機能層２２０、例えば、任意の弾性層のシリコンゴム層が、最外層２３０と、コア基材２１０（例えば、関連業界で使用される金属）との間に配置されてなる２層構造であってもよい。
例示的実施の形態では、最外層２３０は、例えば、複数のカーボンナノチューブを層２３０の重量に対して約０．１重量％〜約２５重量％含有し、複数のフッ素含有樹脂充填剤を最外層２３０の重量に対して約２重量％〜約５０重量％含有してもよい。
いくつかの実施の形態では、最外層２３０は、約６００ｐｓｉ〜約３０００ｐｓｉの引っ張り強度と約１００％〜約６００％の引っ張り歪みを有する。ここで、引っ張り強度及び引っ張り歪みは、試料、すなわち最外層２３０について、例えば、一般的なイストロン試験装置（イストロン、ノーウッド、マサチューセッツ）を用いて測定される。
いくつかの実施の形態では、最外層２３０は、約１×１０6Ω・ｃｍ以下の体積電気抵抗値を有する。最外層２３０の体積電気抵抗値は、一定の抵抗値である。例えば、最外層２３０の体積電気抵抗値の低下は、約５０ｐｓｉ〜約２００ｐｓｉの圧縮状態下で約５％以下である。
いくつかの実施の形態では、最外層２３０は、約１００℃〜約２００℃の範囲の温度で、約０．２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導性と、約０．０５ｃｍ2／ｓ以上の熱拡散性を有する。
いくつかの実施の形態では、最外層２３０は、約２０ｍＮ／ｍ以下の表面自由エネルギーを有する。ここで、表面自由エネルギーは、例えば、ルイス酸‐塩基法を用いて、フィブロＤＡＴ１１００装置を用いた接触角測定の結果から計算することができる。
＜実施例１＞
ＣＮＴ／ビトンコンポジットの調製
約２８．８３ｇのＣＮＴマスターバッチ（ビトンＧＦ中に１２重量％の多壁化ＣＮＴを含有する）と、２９．１７ｇのビトンＧＦ（Ｅ．Ｉ．デュ・ポン・デ・ネモース社製）を約１７０℃に加熱し、二軸性押出し成形機を用いて、約２０回転／分（ｒｐｍ）のロータ速度で、約２０分間押出し、約５重量％のカーボンナノチューブを含有する約５０ｇのポリマーコンポジットを形成した。異なるＣＮＴ添加量のものについても、この押出しレットダウンプロセスによって調製した。
＜実施例２＞
ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティングコンポジットの調製
ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティング分散体を、実施例１で調製された希釈ＣＮＴ／ビトンコンポジットと、３重量％の添加量のＣＮＴ、２０重量％のＰＴＦＥ粒子、金属酸化物（酸化マグネシウム及び水酸化カルシウム）、及びビスフェノールＶＣ‐５０硬化剤（Ｅ．Ｉ．デュ・ポン・デ・ネモース社から入手可能なビトンキュアティブＮｏ．５０）と、をメチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）中で混合することによって調製した。次に、得られたコーティング分散体を、例えば、フローコーティング技術、又はモールド内でのキャスティングによって、好適な定着ロール基材上にコートした。コーティングは、大部分の溶剤を蒸発させた後に、温度勾配を付けて、例えば、約１４９℃で約２時間、約１７７℃で約２時間、次いで約２０４℃で約２時間、次いで後硬化用に約２３２℃で約６時間の条件で硬化させた。
得られたＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコンポジットのコーティング又はコート層は、ＣＮＴを有さないＰＴＦＥ／ビトンコンポジットに比べて、高い引っ張り強度と靭性を有していた。表１は、ＣＮＴの有無による諸物性の相違を示している。表１の靭性は、破壊点での応力／歪みの積分平均によって決定され、すなわち、応力‐歪み曲線下の面積は、当業者に公知のように、靭性の測定値と考えられることを述べておく。
Figure 0005599592
調製されたＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコンポジットのコーティング又はコート層について、他の特性も測定した。例えば、ＣＮＴ／ＰＴＦＥ／ビトンコーティング組成物の熱拡散性をナノフラッシュによって測定したところ、コーティング組成物の３重量％のＣＮＴを有する試料は、２００℃で約０．０７１ｍｍ2／ｓの熱拡散性を示した。３％のＣＮＴを含有する試料の表面電気抵抗値は、約１．２ｘ１０4Ω／ｓｑであった。
＜実施例３＞
ＣＮＴ／ＰＦＡ／ビトンコーティング組成物の調製
約５ｇのＰＦＡパウダー（Ｅ．Ｉ．デュ・ポン・デ・ネモース社から入手可能なＭＰ３２０）を、実施例１で調製された２重量％のＣＮＴ添加量を有する４５ｇのレットダウンＣＮＴ／ビトンコンポジットと混合し、その混合物を、二軸性押出し成形機を用いて、約２０回転／分（ｒｐｍ）のロータ速度で、かつ約１７０℃の温度で、約２０分間押出し、約１０重量％のＰＦＡ粒子を含有する約５０ｇのＣＮＴ／ＰＦＡ／ビトンコンポジットを形成した。異なるＰＦＡ粒子添加量のものについても、この押出しレットダウン法によって調製した。
ＣＮＴ／ＰＦＡ／ビトンコーティング分散体を、希釈ＣＮＴ／ＰＦＡ／ビトンコンポジットと、金属酸化物（酸化マグネシウム及び水酸化カルシウム）と、ビスフェノールＶＣ‐５０硬化剤（Ｅ．Ｉ．デュ・ポン・デ・ネモース社から入手可能なビトンキュアティブＮｏ．５０）とを、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）中で混合することによって調製した。コーティング分散体を調製するために、水、ホルムアミド及びジヨードメタンの３つの液体を用いた。次に、得られたコーティング分散体を、例えば、フローコーティング技術、又はモールド内でのキャスティングによって、基材、例えば、金属コアと弾性層を有する定着ロール上にコートした。コーティングは、大部分の溶剤を蒸発させた後に、温度勾配を付けて、例えば、約１４９℃で約２時間、約１７７℃で約２時間、次いで約２０４℃で約２時間、次いで後硬化用に約２３２℃で約６時間の条件で硬化させた。
コーティングを２００‐グリットのサンドペーパで研磨し、マイクロテクスチャを形成した。マイクロテクスチャは、低表面エネルギーのフッ素化材料と組み合わせることで、低表面自由エネルギーのコーティングを提供する。
表２は、得られたＣＮＴ／ＰＦＡ／ビトンコーティング組成物又はコート層についての機械特性及び表面自由エネルギー特性を示す。ここで、コーティング組成物は、高い引っ張り強度及び靭性、さらには低表面自由エネルギーを有していた。表面自由エネルギーは、ルイス酸‐塩基法を用いて、フィブロＤＡＴ１１００装置を用いた接触角測定の結果から計算した。
Figure 0005599592
１００Ａ、１００Ｂ コーティング組成物、１０２ ＰＴＦＥ粒子、１０５ 化学的結合、１０８ ＣＮＴ、１１０ ビトンマトリックス（ビトン鎖）、２００Ａ、２００Ｂ コートされた部材（装置）、２１０ コア基材、２２０ 機能層、２３０ 最外層。

Claims (3)

  1. コア基材と、
    前記コア基材上に形成されたトップコート層と、
    を備えた静電複写法における定着機構部材であって、
    前記トップコート層は、
    テトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンのモノマー繰り返し単位を有する硬化性フルオロエラストマーをビスフェノール化合物で硬化させてなるポリマーマトリックスと、
    前記ポリマーマトリックス中に、前記トップコート層の重量に対して０．１〜２５重量で分散された複数のカーボンナノチューブと、
    前記ポリマーマトリックス中に、前記トップコート層の重量に対して２〜５０重量で分散された複数のフッ素含有樹脂充填剤と、
    を有し、前記ポリマーマトリックスと、当該ポリマー中に分散した前記カーボンナノチューブ及び前記フッ素含有樹脂充填剤と、を含むコーティング組成物を用いて形成され、
    前記フッ素含有樹脂充填剤は、少なくとも約５８重量％のフッ素含有量を有するポリテトラフルオロエチレン又はパーフルオロアルコキシポリマーである、静電複写法における定着機構部材。
  2. 請求項１に記載の静電複写法における定着機構部材において、
    前記カーボンナノチューブの各々は、
    パーフルオロカーボン、パーフルオロポリエーテル、及びポリジメチルシロキサンの１以上により表面改質されている静電複写法における定着機構部材。
  3. 請求項１に記載の静電複写法における定着機構部材において、
    約１×１０8Ω・ｃｍ以下の体積電気抵抗値を有する静電複写法における定着機構部材。
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