JP5989550B2 - 可とう性画像化部材のための可塑化された湾曲防止背面コーティング - Google Patents

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Description

ここに開示される実施形態は、一般的に、静電複写式装置で使用するための可とう性画像化部材および構成要素に平坦性を与える層配合物に関する。さらに特定的には、実施形態は、耐摩耗性が高く、画像化部材の湾曲制御性が優れる機械的に頑丈なコポリマーバインダーを含むように配合された湾曲防止背面コーティングを含む、画像化部材ベルトに関する。
既知の電子写真式画像化部材のベルトは、湾曲防止背面コーティング、または有望な結果を与えるような湾曲防止背面コーティングがうまく開発されず、改良されていない、構造的に単純化された湾曲しない設計のいずれかを有している。しかし、このような電子写真式画像化部材は、上面の最外側に露出した接地片の層(部材の中の光電気的に活性な層の間の電気的な接続性を生じさせるために、電荷移動層(CTL)に隣接して一緒にコーティングされる)を備えており、進化した自動で周期的に動く電子写真式画像コピー機、複写機、プリンタでは望ましくないような欠陥および欠点を示す。
したがって、基材を保護する物理的かつ機械的に丈夫な機能を有するACBC配合物を提供することが必要とされている。
本明細書に示されている態様によれば、基材と、基材の上に配置されたCGLと、CGLの上に配置されたCTLと、基材の上に、CTLとは反対側に配置された湾曲防止背面コーティングとを備え、湾曲防止背面コーティングが、ポリカーボネートバインダーと、液体可塑剤とを含む、可とう性画像化部材が提供される。
いくつかの実施形態では、液体可塑剤は、以下の式を有し、
式中、Yは、Oであるか、または存在せず;RおよびRは、それぞれ独立して、C〜Cアルキルであるか、または、RおよびRが、これらが結合しているエステル基のO原子と、ベンゼン環の一部とともに、ヘテロ環を形成し、Rは、Hまたは−C(O)ORであり;Rは、C〜Cアルキルである。
図1は、本発明の実施形態にしたがって調製された湾曲防止背面コーティングを含む可とう性画像化部材の第1の例示的な実施形態の模式的な断面図である。 図2は、可とう性画像化部材の湾曲防止背面コーティングが本発明の実施形態にしたがって調製された第2の例示的な実施形態の模式的な断面図である。 図3は、画像化部材の湾曲防止背面コーティングが本発明の実施形態にしたがって調製された第3の例示的な実施形態の模式的な断面図である。 図4は、可とう性画像化部材の湾曲防止背面コーティングが本発明の実施形態にしたがって調製された第4の例示的な実施形態の模式的な断面図である。
「平坦」または「実質的に平坦」または「ほぼ平坦」という用語は、本開示にしたがって調製された可塑化された層を含む可とう性画像化部材を指し、曲率直径が少なくとも14インチに等しいか、または14インチよりも大きい上側への湾曲を示す。というのは、可とう性画像化部材のベルトが、機械のベルト支持モジュールを取り囲むようにベルト幅1インチあたり1ポンドの張力で設置されるため、この程度の湾曲ならば、完全に取り除かれ/平坦化されると思われるためである。
図1は、負に帯電した多層可とう性電子写真式画像化部材の例示的な実施形態を示す。特定的には、ACBC1と、基材10と、任意要素の導電層12と、任意要素の導電層12の上側に任意要素の正孔遮断層14と、遮断層14の上側に任意要素の接着層16と、電荷発生層(CGL)18と、電荷移動層(CTL)20と、CGL18およびCTL20を任意要素の導電層12に対して作動可能なように接続する任意要素の接地片の層19と、任意要素のオーバーコート層32とを備える可とう性多層電子写真式画像化部材を示す。接地片の層19は、電気的な連続性を達成するように備わっていてもよい。任意要素のオーバーコート層32は、CTL20をすり減り/摩耗から保護するように備わっていてもよい。典型的には、ACBC層1は、最も外側にある底部層であり、画像化部材の湾曲制御性に影響を与え、引っかき/摩耗による欠陥から基材10を保護するために、電気的に活性な層とは反対側になる基材10の裏側に貼り付けられるべきである。
図1を再び参照すると、ベルト形状を有し、負に帯電した可とう性多層電子写真式画像化部材の実施形態が示されている。見ればわかるように、このベルト構造は、湾曲防止背面コーティング(ACBC)1と、支持基材10と、導電性接地面12と、正孔遮断層14と、接着層16と、CGL18と、CTL20とを備えている。任意要素のオーバーコート層32と接地片19も備わっていてもよい。ベルト形状を有する例示的な感光体は、米国特許第5,069,993号に開示されており、本明細書に参考として組み込まれる。米国特許第7,462,434号;同第7,455,941号;同第7,166,399号;同第5,382,486号は、例示的な感光体と、導電性ACBC層のような感光体層とをさらに開示している。
本明細書に記載されており、4つの図面全部に示されている負に帯電した画像化部材のCGL18とCTL20の形成およびコーティングは、2つの別個の層を有しているが、それでも、これら2つの層の機能的要素が合わされていてもよく、構造的に単純な画像化部材を与えるために単一層になるように配合されてもよいことが理解されるであろう。または、CGL18は、CTL20の上部に配置されてもよく、その場合には、したがって、調製される画像化部材は、正に帯電した画像化部材に変換される。
(電荷移動層)
CTLは、単一層20という観点で特定的に示されているが、その詳細は、2つまたは多くの電荷移動層を有する実施形態に適用される。典型的には、CTL20は、CGL18の上側に適用されるコーティング溶液である。特定の実施形態では、隣接する接地片の層を有するCTLが、CGLの上に配置される。特定の実施形態では、CTL20は、透明な有機ポリマーまたは非ポリマー材料を含んでいてもよい。このような透明な有機ポリマーおよび非ポリマー材料は、CGL18から光によって発生した正孔または電子の注入を助け、CTL20を通ってこれらの正孔/電子を移動させ、画像化部材表面の表面電荷を選択的に放電させることができる。特定の実施形態では、CTL20は、正孔の移動を助け、CGL18がすり減りまたは化学物質による攻撃を受けないように保護し、それによって、画像化部材の耐用年数を長くする。興味深いことに、CTL20は、実質的に非光伝導性の材料であってもよいが、その場合でも、その下にあるCGL18から光によって発生した正孔の注入を助ける。
CTL20は、入射光のほとんどがその下にあるCGL18によって利用されるように露光が行われる場合、電子写真式画像化部材が使用される波長領域では通常は透明である。CTL20は、ゼログラフィーで有用な波長(例えば、400〜900ナノメートル)の光に暴露する場合、光の吸収を無視することができ、電荷が発生しないほど、優れた光透過性を示さなければならない。画像化部材が、透明な支持基材10と、こちらも透明な導電性接地面12とを用いて調製される場合、画像の形状での暴露または消去は、基材10を介して達成されてもよく、この場合、支持基材10の裏側に全ての光が通過する。この特定の場合には、CGL18が支持基材10とCTL20との間に挟まれている場合、CTL20の材料が、電子写真式画像形成プロセスで使用する波長領域の光を通す能力をもつことが必須ではない。あらゆる場合に、CGL18と接続し、露出した最外側のCTL20は、光の照射がない状態では、電荷移動層の上側に蓄積/配置される静電電荷が起こらない程度には絶縁体である。重要なことに、CTL20は、画像複写/印刷プロセス中にCTL20を電荷が通過するときに、電荷の捕捉は最小限であるか、またはまったく捕捉しないものでなければならない。
CTL20は、固溶体を形成するために、電気的に不活性なポリマー材料(例えば、ポリカーボネートバインダー)に溶解または分子状態で分散した添加剤として有用な任意の適切な電荷移動要素または活性化化合物を含んでいてもよく、それによって、この材料が電気的に活性になってもよい。「溶解」とは、例えば、低分子がポリマーに溶解して均一相を形成し、溶液を形成することを指し、いくつかの実施形態では、分子状態で分散するとは、例えば、電荷移動分子がポリマーに分散し、この低分子が、分子程度の大きさでポリマーに分散していることを指す。
電荷移動要素は、これを加えなければ電荷発生材料から光によって発生する正孔の注入を助けたり、これらの正孔を移動させたりすることができないような可塑化された膜形成ポリマー材料に添加されてもよい。この添加によって、CTL20の表面電荷を放電させるという目的で、電気的に不活性なポリマー材料が、CGL18から光によって発生する正孔の注入を助け、これらの正孔がCTL20を通って移動することができるような材料に変換される。この高移動性の電荷移動要素は、協働して分子間の電荷を移動させ、最終的には、CTL20の表面に移動させるような有機化合物の低分子を含んでいてもよい。
CTL20には、多くの電荷移動化合物が含まれていてもよい。電荷移動要素の例は、以下の式を有するアリールアミン
であり、式中、各Xは、独立して、アルキル、アルコキシ、アリールおよびこれらの誘導体、またはハロゲン、またはこれらの混合物である。特定の実施形態では、各Xは、独立して、Clまたはメチルである。電荷移動要素のさらなる例は、以下の式を有するアリールアミン
であり、式中、X、YおよびZは、独立して、アルキル、アルコキシ、アリール、ハロゲンまたはこれらの混合物であり、YおよびZのうち、少なくとも1つは存在する。
アルキルおよびアルコキシは、置換または非置換であってもよく、炭素原子を1〜約25個、さらに特定的には、炭素原子を1〜約12個含み、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、および対応するアルコキシドである。アリールは、置換または非置換であってもよく、炭素原子を6〜約36個含み、例えば、フェニルなどである。ハロゲンとしては、クロリド、ブロミド、ヨージドおよびフロリドが挙げられる。
例示的な電荷移動要素としては、アリールアミン、例えば、
N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(メチルフェニル)−1,1−ビフェニル−4,4’−ジアミン、
N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、
N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(クロロフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、
N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ジ−p−トリル−[p−ターフェニル]−4,4’−ジアミン、
N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ジ−m−トリル−[p−ターフェニル]−4,4’−ジアミン、
N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ジ−o−トリル−[p−ターフェニル]−4,4’−ジアミン、
N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス−(4−イソプロピルフェニル)−[p−ターフェニル]−4,4’−ジアミン、
N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス−(2−エチル−6−メチルフェニル)−[p−ターフェニル]−4,4’−ジアミン、
N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス−(2,5−ジメチルフェニル)−[p−ターフェニル]−4,4’−ジアミン、
N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−クロロフェニル)−[p−ターフェニル]−4,4’−ジアミンが挙げられる。一実施形態では、電荷移動要素は、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)およびN,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TM−TPD)などである。いくつかの実施形態では、他の既知の電荷移動層要素が選択されてもよく、例えば、米国特許第4,921,773号および第4,464,450号が参考文献であり、これらの開示内容は、本明細書に参考として全体が組み込まれる。
一実施形態では、電荷移動要素は、N,N’−ジフェニル−N,N−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)である。別の実施形態では、電荷移動要素は、N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TM−TPD)である。
CTL20のために選択されるバインダー材料の例としては、例えば、米国特許第3,121,006号に記載されているような要素が挙げられ、この開示内容は、本明細書に参考として全体が組み込まれる。ポリマーバインダー材料の具体例としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリレートポリマー、ビニルポリマー、セルロースポリマー、ポリエステル、ポリシロキサン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ(シクロオレフィン)、エポキシ、およびこれらのランダムコポリマーまたは交互コポリマーが挙げられる。一実施形態では、CTLは、ポリカーボネートを含む。
典型的には、CTL20の配合物は、膜を形成するポリカーボネートバインダー、例えば、ポリ(4,4’−イソプロピリデンジフェニルカーボネート)(すなわち、ビスフェノールAポリカーボネート)、またはポリ(4,4’−ジフェニル−1,1’−シクロヘキサンカーボネート)(すなわち、ビスフェノールZポリカーボネート)に分子状態で分散または溶解した電荷移動化合物を含む固溶体である。
CTL20配合物に用いられるビスフェノールAポリカーボネートは市販されており、MAKROLON(Farbensabricken Bayer A.G製)またはFPC 0170(三菱化学株式会社)である。ビスフェノールAポリカーボネートであるポリ(4,4’−イソプロピリデンジフェニルカーボネート)は、重量平均分子量が約80,000〜約250,000であり、以下の式Xの分子構造を有し、
式中、mは、重合度であり、約310〜約990である。ビスフェノールZポリカーボネートであるポリ(4,4’−ジフェニル−1,1’−シクロヘキサンカーボネート)は、重量平均分子量が約80,000〜約250,000であり、以下の式Yの分子構造を有し、
式中、nは、重合度であり、約270〜約850である。
CTL20は、その表面に静電潜像が形成され、保持されるのを防ぐのに十分な速度で光の照射がない状態では、CTL20表面に配置される静電電荷が起こらない程度には絶縁体である。CTL20は、実質的に可視光または目的の用途の領域にある放射線を吸収しない。しかし、CTL20は、CTL20の表面に存在する表面電荷を選択的に放電するために、CGL18から光によって発生した正孔を注入し、CTL20を介して移動させることができるため、電気的に「活性」である。
(可塑化された電荷移動層および接地片の層)
CTLと基材との間の熱による寸法収縮度の不一致をできるだけ小さくするために、TgCTLおよび内部歪みεを低下させるために、CTL20に液体可塑剤を組み込むと、等式(1)にしたがって、首尾よく画像化部材の湾曲が抑制されることがわかった。CTLの組み込みを実行可能な可塑剤の選択は、可塑剤が、(a)250℃を超える沸点を有する高沸点液体であり、(b)CTL材料マトリックスに組み込まれたときに、得られる画像化部材の光電気機能を悪化させないように、ポリマーバインダーおよび電荷移動要素の両方に完全に混和性/適合性であり、(c)調製される可塑化されたCTLの光学的透明度を維持するという事実に基づく。可塑化されたCTLは、米国特許公開第2010−0279219に記載されており、開示内容全体が、本明細書に参考として全体が組み込まれる。
いくつかの実施形態では、CTLは、本明細書に記載の湾曲防止背面コーティングに同じ液体可塑剤を含んでいてもよい。このような液体可塑剤は、ポリカーボネートと電荷移動化合物の両方に混和性であってもよい。
CTLの可塑化の成功に加え、接地片の層を可塑化するさらなる努力も、同様に画像化部材にさらなる湾曲制御性を付与することを探究するものである。再び図1を参照すると、CTL20または接地片の層19にそれぞれ組み込まれる可塑剤の量は、それぞれの可塑化された層の合計重量を基準として約5〜約20重量%、または約8〜約12重量%である。可塑化されたCTL20(単一層、二層または多層のCTLである)の乾燥後の典型的な厚みは、最適な光電気結果および機械結果のために、約10マイクロメートル〜約40マイクロメートル、または約15マイクロメートル〜約35マイクロメートルである。ポリカーボネートバインダーを利用する可塑化されたCTL20は、ヤング弾性率が約2.5×10psi(1.7×10Kg/cm)〜約4.5×10psi(3.5×10Kg/cm)であり、熱収縮係数が約5×10−5/℃〜約12×10−5/℃であり、ガラス転移温度TgCTLが50℃より高い。
(可塑化された湾曲防止背面コーティング)
CTL20および接地片の層19の両方に可塑剤を組み込む努力は成功し、ACBCを用いずに画像化部材の湾曲を抑制し、CTLの機械的な疲労による亀裂に対し、寿命を延ばす結果という利点が得られる。とはいえ、基材支持材10(ACBCで保護されていない)が、ゼログラフィーによる画像形成プロセス中に画像化部材のベルト支持モジュールの構成要素に対する滑り接触摩擦にさらされると、通常の機械使用で摩耗による欠陥が初期に発生する。
画像化部材を保護し、平坦にするために、可塑化されたACBC1を、基材10の裏側に適用してもよい。可塑化されたACBC1は、膜を形成するポリマー、液体可塑剤、コポリエステル接着促進剤のうち1つ以上を含んでいてもよい。
可塑化されたACBC1のために選択される典型的な膜を形成するポリマーは、CTL20に使用されるものと同じであってもよく、異なっていてもよい。ポリマーの非限定的な例としては、重量平均分子量が約80,000〜約250,000であり、以下に示す分子構造を有するポリカーボネート
が挙げられ、式中、zは、約200〜約1200、または約250〜約1000である。一般的に、ポリカーボネートは、ACBCの合計重量を基準として、約50〜約90重量%、約60〜約85重量%、または約70〜約80重量%の量で存在する。本開示のACBCは、液体可塑剤を含む。ACBC中の液体可塑剤は、CTLの液体可塑剤と同じであってもよく、異なっていてもよい。適切な液体可塑剤としては、(1)有機液体可塑剤、例えば、フタラート、ビスフェノール液、(2)液体オリゴマースチレンまたはその誘導体、例えば、低分子量ポリスチレン、(3)配合されるコーティング層の表面エネルギーを下げることができる、フッ素を含有する有機液体が挙げられる。
((1)有機液体可塑剤)
有機液体可塑剤は、以下の式を有し、
式中、Yは、Oであるか、または存在せず;RおよびRは、それぞれ独立して、C〜Cアル
キルであるか、または、RおよびRが、これらが結合しているエステル基のO原子と、ベンゼ
ン環の一部とともに、ヘテロ環を形成し;Rは、Hまたは−C(O)ORであり;Rは、C〜Cアルキルである。特定の実施形態では、R、RおよびRは、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピルまたはブチルである。
非限定的で例示的なフタラートとしては、以下のもの
およびこれらの混合物が挙げられる。
非限定的で例示的なモノマーカーボネートとしては、以下のもの
が挙げられる。
式(2)〜(5)は、簡便には、
式(1):
およびこれらの混合物から誘導されてもよい。
((2)液体オリゴマースチレン)
非限定的で例示的なスチレンとしては、以下のもの
が挙げられる。
非限定的で例示的な低分子量液体ポリスチレンは、以下のもの
式(A)
が挙げられ、式中、Rは、H、CH、CHCH、CH=CHからなる群から選択され、mは0〜3である。
((3)フッ素を含有する有機液体)
フッ素を含有する有機液体は、湾曲制御のためにCTL/接地片の層の内部応力/歪みの蓄積をなくすための可塑化効果を与え、表面エネルギーを下げる効果を与え、得られるCTL/接地片の層の表面滑り性を高める影響を与える。この同じフッ素を含有する有機液体をACBCに使用してもよい。フッ素−有機液体としては、以下の式を有するフルオロケトンが挙げられ、
式中、Rは、C〜Cアルキル、ペルハロアルキルまたはハロアルキルであり;Zは、存在しないか、またはアルキレンであり;nは、0または1であり;Rは、H、C〜Cアルコキシ、ペルハロアルキルまたはハロアルキルである。
フルオロケトンの非限定的な例は、3−(トリフルオロメチル)フェニルアセトン、2’−(トリフルオロメチル)プロピオフェノン、2,2,2−トリフルオロ−2’,4’−ジメトキシアセトフェノン、3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)アセトフェノン、3’−(トリフルオロメチル)プロピオフェノン、4’−(トリフルオロメチル)プロピオフェノン、4,4,4−トリフルオロ−1−フェニル−1,3−ブタンジオン、4,4−ジフルオロ−1−フェニル−1,3−ブタンジオンなどである。これらのフルオロケトンの構造を以下に示す。
開示されている画像化部材の実施形態におけるACBC(または可塑化されたACBC)中の可塑剤の量は、可塑化されたACBC配合物の合計重量を基準として、約5〜約20重量%、約8〜約16重量%、または約12〜約16重量%である。
基材に対するACBCの接着性を高めるために、コポリエステル接着促進剤をACBCに加えてもよい。基材に対するACBCのコポリエステル接着促進剤の非限定的な具体例は、49,000樹脂(Rohm and Haas)、Vitel PE−100、Vitel PE−200、Vitel PE−2200、Vitel PE−307(Bostik Inc.製)である。ACBC中に存在する接着促進剤の有効な量は、ポリカーボネートとコポリエステル接着促進剤の重量比が約80:20〜約99:1、約85:15〜約95:5または約90:10の量である。
開示されている画像化部材の実施形態におけるACBC(または可塑化されたACBC)中の接着促進剤の量は、可塑化されたACBC配合物の合計重量を基準として、約1〜約15重量%、約3〜約10重量%、または約5〜約8重量%である。
特定の実施形態では、ACBC1は、有機粒子分散物を含んでいてもよい。図2に示されるように、図1に記載した実施形態のそれぞれで記載されるのと実際に同じ材料配合物、組成物、層の寸法、方法論、手順にしたがって調製されるが、但し、開示された可塑化されたACBC1が、材料マトリックス中に有機粒子の分散物を含む可とう性多層電子写真式画像化部材を示す。これは、画像化部材が、実際に同じ基材10と、誘電性接地面12と、正孔遮断層14と、接着界面層16と、CGL18と、可塑化された接地片の層19と、可塑化されたCTL20と、可塑化されたACBC1と、任意要素のオーバーコート層32とを備えているが、例外は、引っかきおよび耐摩耗性を高めるために滑り接触摩擦を減らすために、可塑化されたACBC1が、それぞれの画像化部材において、その層マトリックスに有機粒子36の均質な粒子を組み込むように改質されたことである。可塑化されたACBC1材料マトリックスに分散する有機粒子36としては、例えば、E.I.du Pont de Nemours & companyからZONYL MP1100およびZONYL MP1000として入手可能なポリテトラフルオロエチレン(PTFE);分子式CH(CHCH(mは、約5〜約15である)を有し、Allied−Signal,Inc.からACUMISTとして入手可能なワックス状ポリエチレン;分子式CH(CHCH=CH(CHC=OCNHを有し、synthetic Products companyから入手可能なPetrac Oleamide;分子式CH(CHCH=CH(CH11C=OCNHを有し、synthetic Products companyから入手可能なPetrac Erucamideが挙げられる。有機粒子の平均粒径は、約0.02マイクロメートル〜約3マイクロメートル、または約0.01マイクロメートル〜約2マイクロメートルである。有機粒子は、得られる可塑化されたACBC層1の合計重量を基準として、約1〜約10重量%、または約4〜8重量%の量で存在する。
特定の実施形態では、ACBCは、さらに無機粒子を含んでいてもよい。図3に示される可とう性画像化部材の実施形態は、同様に、図2に記載した実施形態のそれぞれで記載されるのと実際に同じ材料配合物、組成物、層の寸法、方法論、手順にしたがって調製されるが、但し、それぞれの画像化部材において、可塑化されたACBC1に分散する有機粒子36が、その可塑化されたACBC材料マトリックスの均質な無機粒子分散物40と置き換わっている。無機粒子40は、耐引っ掻き/耐摩耗性の硬い粒子、例えば、Malvern Minerals Co.から入手可能な微晶質シリカ、Degussa Corp.から入手可能なアモルファスシリカ、種々の金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化ジルコニウムなどである。無機粒子の平均粒径は、約0.02マイクロメートル〜約3マイクロメートル、または約0.01マイクロメートル〜約2マイクロメートルである。無機粒子は、得られる可塑化されたACBC層1の合計重量を基準として、約1〜約10重量%、または約4〜8重量%の量で存在する。
特定の実施形態では、開示される可塑化されたACBC1は、有機粒子と無機粒子の混合物の分散物を含んでいてもよい。図4に示される可とう性画像化部材の実施形態は、同様に、図1に記載した実施形態のそれぞれで記載されるのと実際に同じ材料配合物、組成物、層の寸法、方法論、手順にしたがって調製されるが、但し、可塑化されたACBC1は、その層マトリックスの中に有機粒子36と無機粒子40の二成分系混合物の均質な分散物を含み、滑り接触を下げることと、耐引っ掻き性/耐摩耗性を高めるという2つの利点を付与する。有機粒子と無機粒子の重量比(全て組み合わせの変動において)は、約10:90〜約90:10、約70:30〜約30:70、または約50:50である。有機/無機粒子の分散物の二成分系混合物は、得られる可塑化されたACBC層1の合計重量を基準として、約1〜約10重量%、または約4〜8重量%の量で存在する。
特定の実施形態では、可塑化されたACBC1は、ポリカーボネートと、コポリエステル接着促進剤と、液体可塑剤とを含む。拡張された特定の実施形態では、可塑化されたACBC1は、本開示の前に述べたそれぞれの実施形態の詳細な記載の粒子分散物を含む。
具体的な実施形態では、ACBCは、可塑化されたACBCの合計重量を基準として、約70〜約80重量%のポリカーボネートと、約8〜約16重量%の可塑剤と、約5〜約8重量%の接着促進剤と、約4〜約8重量%の有機粒子または無機粒子、または有機/無機粒子分散物の50:50混合物とを含む。
典型的には、可塑化されたACBC1は、厚みが約5マイクロメートル〜約40マイクロメートル、約10マイクロメートル〜30マイクロメートル、または約10マイクロメートル〜約20マイクロメートルである。特定の実施形態では、可塑化されたACBC1は、画像化部材について、厚みが約10マイクロメートル〜約20マイクロメートルであり、可塑化されたCTL20は、厚みが15マイクロメートル〜約35マイクロメートルである。
特定の実施形態では、ACBC1中の膜を形成するポリカーボネートおよび可塑剤は、CTL20中のものと同じである。このような実施形態の可塑化されたACBC1は、同様に、ヤング弾性率が、約2.5×10psi(1.7×10Kg/cm)〜約4.5×10psi(3.5×10Kg/cm)の範囲であり、熱収縮係数が約5×10−5/℃〜約12×10−5/℃である。
本開示の拡張された実施形態では、CTL20および接地片の層19は、上のあらゆる実施形態に記載されるのと実際に同じ組成、材料構成、寸法、同じ調製手順を有していてもよく、但し、可塑剤をCTLに組み込まなかった。
(実施例1)
(コントロール)
88.2グラムのビスフェノールAポリカーボネート樹脂(三菱化学株式会社製のFPC170)、7.12グラムのVITEL PE−2200コポリエステル(Bostik,Inc.ミドルトン、MAから入手可能)、1,071グラムの塩化メチレンをcarboy容器中で合わせ、固形分8.2パーセントを含むコーティング溶液を作成することによって、湾曲防止背面コーティング(ACBC)を調製した。この容器をしっかりと覆い、ポリカーボネートおよびポリエステルが塩化メチレンに溶解してACBC溶液を生成するまで、ロールミルに約24時間入れた。次いで、標準的な手動でのコーティング手順にしたがって、ACBC溶液を、厚みが3.5ミル(89マイクロメートル)の二軸延伸ポリエチレンナフタラート基材(PEN、KADALEX、DuPont Teijin Filmsから入手可能)に塗布し、強制換気オーブン中、最大温度125℃までで1分間乾燥させ、光学的に透明な乾燥した厚みが17マイクロメートルのACBCを製造した。PENの上側に得られたACBCは、抑制されない状態であれば、自然に1 1/2インチのロール状に曲がってしまい、これをコントロールとして働くように使用した。
使用されるビスフェノールAポリカーボネートは、重量平均分子量が120,000であり、以下に示される分子式を有し、
式中、zは約470である。
(実施例2)
上の湾曲防止背面コーティングコントロール例で記載したのと同じ材料、組成を用い、実質的に同じ手順にしたがって、但し、8、10、12および14重量%のフタル酸ジエチル(DEP)可塑剤(それぞれの配合されたACBC層マトリックスの合計重量を基準とする)が、それぞれの湾曲制御性を評価するために、それぞれのACBC配合物に含まれているように、4つの開示したACBC配合物(2a、2b、2cおよび2d)を調製した。可塑剤DEP(Sigma−Aldrich Companyから入手可能)は、沸点が約295℃であり、以下に示す分子式を有する。
このようにして得られる可塑化されたACBC層は、乾燥させ、周囲温度まで冷却した後、光学的に透明であり、以下の表1に列挙したデータにしたがって、DEP含有量の増加に対し、上への湾曲が顕著に減った。
(コントロール画像化部材)
厚みが0.02マイクロメートルのチタン層でコーティングされた、厚みが31/2ミル(89マイクロメートル)の二軸延伸ポリエチレンナフタラート基材である基材(PEN、KADALEXとしてDuPont Teijin Filmsから入手可能)を準備し、チタン化されたKADALEX基材と、6.5グラムのガンマアミノプロピルトリエトキシシラン、39.4グラムの蒸留水、2.1グラムの酢酸、752.2グラムの200プルーフ変性アルコール、200グラムのヘプタンの混合物を含有する遮断層溶液とを用いた押出コーティングによって、従来の負に帯電した可とう性電子写真式画像化部材のウェブを調製した。得られる濡れたコーティング層を強制換気オーブン中、135℃で5分間乾燥させ、コーティングから溶媒を除去し、架橋したシラン遮断層を生成させた。得られた遮断層は、エリプソメーターで測定した場合、乾燥時の平均厚みが0.04マイクロメートルであった。
次いで、遮断層に、テトラヒドロフラン/モノクロロ−ベンゼン/塩化メチレンの8:1:1重量比の溶媒混合物中、溶液の合計重量を基準として重量平均分子量が約54,000、豊田通商株式会社から入手可能な0.16重量%のARDELポリアリレートを含有するコーティング溶液を用いた押出コーティングによって接着界面層を塗布した。接着界面層を強制換気オーブン中、125℃で1分間乾燥させた。得られた接着界面層は、乾燥時の厚みが約0.02マイクロメートルであった。
その後、CGLの上側を接着界面層でコーティングした。CGL分散物は、以下のように調製した。
4オンスのガラス瓶に、IUPILON 200、ポリ(4,4’−ジフェニル)−1,1’−シクロヘキサンカーボネートというポリカーボネート(PC−z 200、三菱ガス化学株式会社)(0.45グラム)およびテトラヒドロフラン(50ミリリットル)を入れた後、ヒドロキシガリウムフタロシアニンV型(2.4グラム)および直径が1/8インチ(3.2ミリメートル)のステンレス鋼ショット(300グラム)を入れた。得られた混合物をボールミルに約20〜約24時間入れ、スラリーを得た。その後、ヒドロキシガリウムフタロシアニンスラリーに、重量平均分子量が20,000(PC−z 200)ポリ(4,4’−ジフェニル−1,1’−シクロヘキサンカーボネート)(2.25グラム)をテトラヒドロフラン(46.1グラム)に溶解したものを加えた。得られたスラリーをシェーカーに10分間入れ、その後、接着性界面の上に押出塗布プロセスによってコーティングし、濡れているときの厚みが0.25ミルの層を生成させた。しかし、遮断層および接着層を有する基板ウェブストックの片方の縁に沿った、幅が約10mmの試験片を、後で塗布される接地片の層によって十分な電気接続が促進されるような電荷発生層によってコーティングされないように、意図的に残しておいた。ポリ(4,4’−ジフェニル)−1,1’−シクロヘキサンカーボネート、テトラヒドロフラン、ヒドロキシガリウムフタロシアニンを含有する、得られたCGLを強制換気オーブン中、125℃で2分間乾燥させ、厚みが0.4マイクロメートルの乾燥CGLを生成した。
このコーティングされたウェブストックを、コーティング材料を同時押出することによって、CTLおよび接地片の層の上側を同時にコーティングした。CTLは、以下に記載するように調製した。
褐色瓶に、平均分子量が約120,000のビスフェノールAポリカーボネート熱可塑性プラスチック(FPC 0170、三菱化学株式会社から市販されている)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミンの電荷移動化合物を入れた。ビスフェノールAポリカーボネート熱可塑性プラスチックとN,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミンの重量比は1:1であった。得られた混合物を、塩化メチレンに溶解し、塩化メチレン中の固形分の重量%が15重量%になるようにした。このような混合物を、押出によってCGLの上に塗布し、コーティングを作成し、これを強制換気オーブン中で乾燥させ、厚みが29マイクロメートルの乾燥CTLを与えた。
接着層のうち、幅約10ミリメートルのCGLによってコーティングされないままにした細長い部分を、同時押出プロセス中に、接地片の層とともにコーティングした。接地片の層のコーティング混合物を以下のように調製した。
carboy容器に、23.8グラムのビスフェノールAポリカーボネート樹脂(FPC 0170)、332グラムの塩化メチレンを入れた。この容器をしっかりと覆い、ポリカーボネートが塩化メチレンに溶解し、7.9重量%の溶液を生成するまで、ロールミルに約24時間入れた。調製した溶液を、15〜30分間かけて約94グラムのグラファイト分散物溶液(RW22790としてAcheson Colloids Companyから入手可能)と混合し、接地片の層のコーティング溶液を得た。(注:グラファイト分散物溶液、商業的に得られる状態のRW22790、9.41重量部のグラファイト、2.87重量部のエチルセルロース,87.7重量部の溶媒を含む、固形分12.3重量%)。
次いで、均質なグラファイト分散物を得るために、得られた接地片の層のコーティング溶液を、高せん断ブレードの助けをかりて混合し、水冷したジャケット付容器中で分散させ、分散物が過剰に加熱されたり、溶媒を失ったりすることを防いだ。次いで、得られた分散物を濾過し、塩化メチレンによって粘度を調節した。次いで、この接地片の層のコーティング混合物を、CTLと同時の押出によって、電子写真式画像化部材ウェブに塗布し、乾燥時の厚みが約19マイクロメートルの導電性接地片の層を作成した。
次いで、上の層を全て含む画像化部材ウェブストックを強制換気オーブン中、125℃で3分間かけて流し、CTLと接地片を両方とも同時に乾燥させた。PEN基材支持体のヤング弾性率が5.5×10psi(3.8×10Kg/cm)であり、熱収縮係数が1.8×10−5/℃であるのと比較して、CTLは、ヤング弾性率が3.5×10psi(2.4×10Kg/cm)であり、熱収縮係数が6.5×10−5/℃であり、CTLは、PEN基材支持体よりも寸法収縮が約3.6倍大きかった。したがって、画像化部材ウェブは、この時点で抑制されていなければ、上方向に1 1/2インチのチューブ状に曲がってしまうだろう。
画像化部材の湾曲を制御するために、88.2グラムのFPC 0170ビスフェノールAポリカーボネート樹脂、7.12グラムのVITEL PE−2200コポリエステル(Bostik,Inc.、ミドルトン、MAから入手可能)、1,071グラムの塩化メチレンをcarboy容器中で合わせ、固形分8.2%を含むコーティング溶液を生成することによって、従来のACBCを調製した。この容器をしっかりと覆い、ポリカーボネートおよびポリエステルが塩化メチレンに溶解して湾曲防止背面コーティング溶液を生成するまで、ロールミルに約24時間入れた。ACBC溶液を、電子写真式画像化部材ウェブの裏側表面(CGLおよびCTLとは反対側) of the 電子写真式画像化部材に押出コーティングによって塗布し、強制換気オーブン中、最大温度125℃までで約3分間乾燥させ、厚みが17マイクロメートルの乾燥ACBCを得て、画像化部材を平坦化させた。このようにして得られた可とう性画像化部材を、画像化部材コントロールとして役立たせた。
(開示の画像化部材)
上のコントロール画像化部材調製例に記載したのと実際に同じ構造的な形状、同一の材料組成、層の寸法および手順を有するが、CTL、接地片の層およびACBC全てに液体DEP可塑剤を組み込んだ負に帯電した可とう性電子写真式画像化部材ウェブを調製した。本質的に、画像化部材は、以下の点を除き、実際に同じ基材と、導電性接地面と、正孔遮断層と、接着界面層と、CGLと、接地片の層とを含んでいた。
CTLに、得られる可塑化されたCTLの合計重量を基準として、8重量%のDEPを組み込んだ。同様に、接地片の層に、得られる可塑化された接地片の層の合計重量を基準として、8重量%のDEPを組み込んだ。
乾燥後に得られた厚みが29マイクロメートルの可塑化されたCTLを有する画像化部材は、この開示内容に可塑化されたACBCを塗布する前は、ほぼ平坦な(特に、わずかに上側に湾曲している)形状を示した。
可塑化されたACBC層の合計重量を基準として12重量%のDEPを含むACBCを、基材支持体の裏側に加えた。
この開示内容の材料改良の記載にしたがって調製したDEP可塑剤を組み込んだCTL、接地片の層、ACBCを含む得られた画像化部材は、平坦性を示した。
相対的な比較において、可塑化されたCTLのヤング弾性率は、約3.5×10psi(2.4×10Kg/cm)であり、熱収縮係数は、約6.5×10−5/℃であり、可塑化されたACBCのヤング弾性率は、約3.2×10psi(2.2×10Kg/cm)であり、熱収縮係数は、約6.7×10−5/℃であり、PEN基材支持体のヤング弾性率は、約5.5×10psi(3.8×10Kg/cm)であり、熱収縮係数は、1.8×10−5/℃であった。
(開示の画像化部材II)
前の開示の画像化部材調製例に記載したのと同じ手順にしたがって、同じ材料を用いて全ての層を作製するが、開示されているACBCの得られる重量を基準として、可塑化されたACBCが、その層マトリックスに5重量%のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)分散物(粒径が0.2マイクロメートル、ZONYL MP1000としてE.I.du Pont de Nemours & companyから入手可能)を含むようにさらに改変した、さらなる可とう性画像化部材ウェブを調製した。この開示内容の可塑化され、PTFEを含有するACBCは、光学的透明度を有し、得られた画像化部材に平坦性を与えた。
(評価)
上の作業例の開示内容にしたがって調製した3種類の画像化部材ウェブについて、基材に対するそれぞれのACBC接着結合強度を決定し、さらに、画像化部材ウェブコントロール中、従来のACBCに対する機械的な摩擦による耐摩耗性について評価した。
画像化部材の基材支持体に対するACBC接着結合強度は、180°剥離強度測定によって行った。最低でも3つの0.5インチ(1.2cm)×6インチ(15.24cm)の画像化部材片を、4つの作業例のそれぞれの画像化部材ウェブから切断することによって、剥離測定試験サンプルを調製した。それぞれの試験サンプル片について、ACBCを試験片の片方の端から部分的に剥離させ(かみそりの刃を用いて)、次いで、手で剥がし、端から約3.5インチだけ、サンプル片の基材支持体層を露出させた。次いで、この試験サンプル片を、両面接着テープを用い、1インチ(2.54cm)×6インチ(15.24cm)および厚み0.05インチ(0.254cm)のアルミニウム裏側プレート(CTLに面しており、裏側プレートに接着している)に固定した。得られた集合体のうち、ACBCが剥がれている末端を、Instron Tensile Testerの上側の噛み合い部に挿入した。部分的に剥離したACBCの自由になっている端を、Instron Tensile Testerの下側の噛み合い部に挿入した。次いで、この噛み合い部を、クロスヘッド速度1インチ/mm、チャート速度2インチ、負荷範囲200グラムで動かし、180°の角度でサンプルを少なくとも2インチ剥離させた。基材に対するACBC接着の剥離強度を誘導するために、負荷を算出した。剥離強度を、試験サンプル片の幅(1.27cm)によって分割されたACBCを剥離するのに必要な負荷であるとして決定した。
耐摩耗性評価の場合、全ての作業例の画像化部材ウェブを、再び切断し、大きさが1インチ(2.54cm)×12インチ(30.48cm)のサンプルを得て、次いで、これをACBCの耐摩耗性について評価した。試験は、動的に機械を循環させるデバイスを用いることによって行ない、ガラス管を、各画像化部材のACBC表面に滑らせた。さらに特定的には、試験サンプルの片方の端を固定用支柱にクランプで止め、サンプルの幅1インチに対し1ポンドの張力を与えるおもりに固定したサンプルの自由端を用い、一般的に逆立ちした「U」型形状の経路を介し、3個の等間隔の水平方向に向いたガラス管に対し、サンプルを上側に通し、次いで、固定ガイド管を下側に通した。ACBCを有する画像化部材の外側表面は、ガラス管と周期的に滑りつつ機械的に接触するように下側を向いていた。ガラス管は、直径1インチであった。
ディスクの中央に接続するシャフトに沿って回転可能なディスク対の垂直表面に隣接する各末端に、それぞれの管を固定した。ガラス管は、これに平行であり、互いに等距離であり、ディスクの中央に接続するシャフトから等距離であった。ディスクはシャフトの周囲を回転したが、各ガラス管は、それぞれの個々の管の軸に沿って管が回転することを防ぐために、ディスクに強固に固定されていた。したがって、ディスクがシャフトに沿って回転すると、2個のガラス管が、常にACBCの表面と滑りつつ接触するように維持された。それぞれのガラス管の軸は、シャフトから約4cmのところに位置していた。CTL表面に沿ったガラス管の移動方向は、固定用支柱にクランプで止められた末端に対し、サンプルのおもりをつけた方の末端が離れるような方向であった。試験デバイス中に3個のガラス管が存在するため、それぞれのディスクの完全な回転は、ACBC表面が、試験中に1個の固定用支柱と機械的に滑りつつ接触するように3回の摩耗サイクルで等価であった。スピンするディスクの回転は、正接方向の秒単位の速度あたり、11.3インチ(28.7cm)に等しかった。330,000摩耗サイクル試験の終了時にパーマスコープを用い、ガラス管に対する滑り接触摩擦によるACBCのすり減りを測定した。
ACBC 180°剥離強度および耐摩耗性について得られた結果を以下の表2に列挙する。
表2は、従来の4,4’−イソプロピリデンジフェノールポリカーボネート(ビスフェノールAポリカーボネート)、PE 2200接着促進剤、DEP可塑剤とともに可塑化されたACBCを含有する電子写真式画像化部材は、PEN基材に対する良好な接着結合強度と、コントロール例の画像化部材の従来のACBCについて得られた値と等しい耐摩耗性を示した。さらに、PTFE粒子分散物を材料マトリックスに含むように調製された可塑化されたACBCは、ACBCの耐摩耗性が顕著に向上していた。

Claims (4)

  1. 基材と、
    前記基材の上に配置された電荷発生層と、
    前記電荷発生層の上に配置されかつ第1の液体可塑性剤を備えた電荷移動層と、
    前記基材の上に、前記電荷移動層とは反対側に配置された湾曲防止背面コーティングと、
    を備え、
    前記湾曲防止背面コーティングが、ポリカーボネートと、第2の液体可塑剤とを含む、可とう性画像化部材。
  2. 前記可とう性画像化部材が、曲率直径が14インチに等しいか、または14インチよりも大きい上側への湾曲をもつ、請求項に記載の可とう性画像化部材。
  3. 前記ポリカーボネートの重量平均分子量が、80,000〜250,000である、請求項1に記載の可とう性画像化部材。
  4. 前記ポリカーボネートが、前記湾曲防止背面コーティングの総重量を基準として、50〜90重量%の量で存在する、請求項1に記載の可とう性画像化部材。
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