JP6224975B2 - Conductive material - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真機器における、現像ロール、帯電ロール、転写ロールなどの導電性部材の構成材料として好適に用いられる導電性材料に関するものである。   The present invention relates to a conductive material suitably used as a constituent material of a conductive member such as a developing roll, a charging roll, and a transfer roll in an electrophotographic apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile machine.

従来より、現像ロール、帯電ロール、転写ロール、トナー供給ロール、転写ベルトなどの導電性部材の構成材料としては、ウレタン等の極性ポリマーにイオン導電剤を添加した導電性材料が用いられている。この種の導電性材料においては、極性ポリマーへのイオン導電剤の添加量を調整することにより、電気抵抗を所定の範囲(中抵抗領域)に調整している。   Conventionally, as a constituent material of conductive members such as a developing roll, a charging roll, a transfer roll, a toner supply roll, and a transfer belt, a conductive material obtained by adding an ionic conductive agent to a polar polymer such as urethane has been used. In this type of conductive material, the electric resistance is adjusted to a predetermined range (medium resistance region) by adjusting the amount of the ionic conductive agent added to the polar polymer.

しかし、イオン導電剤の種類によっては、電気抵抗の下げられる範囲に限界があり、その限界に達するとイオン導電剤の添加量をいくら多くしても電気抵抗を下げることができないという難点があった。   However, depending on the type of ionic conductive agent, there is a limit in the range in which the electric resistance can be lowered, and when the limit is reached, there is a problem that the electric resistance cannot be reduced no matter how much the ionic conductive agent is added. .

そこで、特許文献1では、特定のイオン導電剤を用いることで、従来よりも低い範囲に電気抵抗を調整することができる導電性材料を提案している。   Therefore, Patent Document 1 proposes a conductive material that can adjust the electrical resistance to a lower range than before by using a specific ionic conductive agent.

特許第3744339号公報Japanese Patent No. 3744339

しかしながら、イオン導電剤として特許文献1に記載の第四級アンモニウム塩を用いると、導電性材料に電圧を印加し続けたときに導電性材料の抵抗値が上昇し、通電耐久性が悪いことがわかった。通電耐久性が悪い要因の一つには、通電時に第四級アンモニウム塩がブリードし、イオン導電剤の量が減少することが挙げられる。これは、従来よりも低い範囲に電気抵抗を調整できる分、イオン導電剤の電気移動が容易になりすぎたためであると思われる。   However, when the quaternary ammonium salt described in Patent Document 1 is used as the ionic conductive agent, the resistance value of the conductive material increases when voltage is continuously applied to the conductive material, and the current-carrying durability is poor. all right. One of the causes of poor energization durability is that the quaternary ammonium salt bleeds during energization and the amount of ionic conductive agent decreases. This seems to be because the electric transfer of the ionic conductive agent has become too easy because the electric resistance can be adjusted to a lower range than before.

本発明が解決しようとする課題は、低電気抵抗性と通電耐久性を両立できる導電性材料を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a conductive material capable of satisfying both low electrical resistance and durability for energization.

上記課題を解決するため本発明に係る導電性材料は、イオン導電剤としての下記一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩と、脂肪酸により炭酸カルシウムが表面処理された表面処理炭酸カルシウムと、を含有することを要旨とするものである。
(化1)
m[(C2n+1)(CHN]・Xm− ・・・(1)
ただし、C2n+1は直鎖のアルキル基を示し、nは5〜11の整数である。Xm−はm価の陰イオンを示し、mは1〜2の整数である。
In order to solve the above problems, a conductive material according to the present invention is a surface-treated calcium carbonate in which calcium carbonate is surface-treated with a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) as an ionic conductive agent and a fatty acid. And the gist of which is contained.
(Chemical formula 1)
m [(C n H 2n + 1 ) (CH 3 ) 3 N] + · X m− (1)
However, C n H 2n + 1 represents an alkyl group of straight chain, n is an integer from 5 to 11. X m− represents an m-valent anion, and m is an integer of 1 to 2.

このとき、前記表面処理炭酸カルシウムの脂肪酸の炭素数は6〜31であることが好ましい。   At this time, it is preferable that the carbon number of the fatty acid of the said surface treatment calcium carbonate is 6-31.

そして、前記第4級アンモニウム塩の陰イオンはClO 、(CFSO、Clから選択される1種または2種以上であることが好ましい。 The anion of the quaternary ammonium salt is preferably one or more selected from ClO 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N and Cl .

そして、極性ポリマーに前記第4級アンモニウム塩および前記表面処理炭酸カルシウムが添加されていることが好ましい。この場合、前記極性ポリマーとしては、ヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリウレタンから選択される1種または2種以上を挙げることができる。   And it is preferable that the said quaternary ammonium salt and the said surface treatment calcium carbonate are added to the polar polymer. In this case, examples of the polar polymer include one or more selected from hydrin rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, and polyurethane.

本発明に係る導電性材料によれば、イオン導電剤としての特定の第4級アンモニウム塩とともに脂肪酸により炭酸カルシウムが表面処理された表面処理炭酸カルシウムを含有することで、低電気抵抗性と通電耐久性を両立できる。   According to the conductive material according to the present invention, low electrical resistance and electric durability are obtained by including surface-treated calcium carbonate in which calcium carbonate is surface-treated with a fatty acid together with a specific quaternary ammonium salt as an ionic conductive agent. Both sexes can be achieved.

このとき、表面処理炭酸カルシウムの脂肪酸の炭素数が6〜31であると、表面処理炭酸カルシウムの凝集が抑えられるため、表面処理炭酸カルシウムを添加する効果をより優れたものにできる。   At this time, when the carbon number of the fatty acid of the surface-treated calcium carbonate is 6 to 31, aggregation of the surface-treated calcium carbonate is suppressed, so that the effect of adding the surface-treated calcium carbonate can be further improved.

そして、第4級アンモニウム塩の陰イオンがClO 、(CFSO、Clから選択される1種または2種以上であると、低電気抵抗性に特に優れる。 When the anion of the quaternary ammonium salt is one or more selected from ClO 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N and Cl , the low electrical resistance is particularly excellent.

そして、極性ポリマーに第4級アンモニウム塩および表面処理炭酸カルシウムが添加されることで、低電気抵抗性を満足することができる。この場合、極性ポリマーがヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリウレタンから選択される1種または2種以上であると、極性ポリマー自身の電気抵抗が低いため、低電気抵抗性に特に優れる。   And low electrical resistance can be satisfied by adding a quaternary ammonium salt and surface treatment calcium carbonate to a polar polymer. In this case, when the polar polymer is one or more selected from hydrin rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, and polyurethane, the electric resistance of the polar polymer itself is low, so that the low electric resistance is particularly excellent.

次に、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described in detail.

本発明に係る導電性材料は、イオン導電剤としての下記一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩と、脂肪酸により炭酸カルシウムが表面処理された表面処理炭酸カルシウムと、を含有する。
(化2)
m[(C2n+1)(CHN]・Xm− ・・・(1)
ただし、C2n+1は直鎖のアルキル基を示し、nは5〜11の整数である。Xm−はm価の陰イオンを示し、mは1〜2の整数である。
The conductive material according to the present invention contains a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) as an ionic conductive agent and surface-treated calcium carbonate obtained by surface-treating calcium carbonate with a fatty acid.
(Chemical formula 2)
m [(C n H 2n + 1 ) (CH 3 ) 3 N] + · X m− (1)
However, C n H 2n + 1 represents an alkyl group of straight chain, n is an integer from 5 to 11. X m− represents an m-valent anion, and m is an integer of 1 to 2.

このような導電性材料により、低電気抵抗性と通電耐久性を両立できる。これは、脂肪酸のカルボキシラートアニオンが第4級アンモニウム塩のカチオン部分と静電気的に相互作用することで、第4級アンモニウム塩をイオンの状態で安定化するためと推察される。第4級アンモニウム塩のカチオン部分の長鎖アルキル基(C2n+1)の炭素数が5より少ないと、脂肪酸のカルボキシラートアニオンとの相互作用が強すぎて第4級アンモニウム塩のカチオン部分の移動が抑制され、第4級アンモニウム塩による低電気抵抗性が得られなくなる。一方、第4級アンモニウム塩のカチオン部分の長鎖アルキル基(C2n+1)の炭素数が11より多いと、非極性部の増加によりイオン性が低くなるため、脂肪酸のカルボキシラートアニオンとの相互作用が弱くなり、第4級アンモニウム塩のブリードが抑えられず、通電耐久性が得られなくなる。第4級アンモニウム塩のカチオン部分の長鎖アルキル基(C2n+1)の炭素数が5〜11であることで、カチオン部分のチャージ量が脂肪酸のカルボキシラートアニオンのチャージ量とのバランスに優れ、両者が適度なファンデルワールス力で相互作用することができる。これにより、低電気抵抗性と通電耐久性を両立するものと推察される。 With such a conductive material, both low electrical resistance and energization durability can be achieved. This is presumably because the carboxylate anion of the fatty acid electrostatically interacts with the cation portion of the quaternary ammonium salt, thereby stabilizing the quaternary ammonium salt in an ionic state. If the long-chain alkyl group (C n H 2n + 1 ) in the cation part of the quaternary ammonium salt has less than 5 carbon atoms, the interaction with the carboxylate anion of the fatty acid is too strong and the cation part of the quaternary ammonium salt The movement is suppressed, and the low electrical resistance due to the quaternary ammonium salt cannot be obtained. On the other hand, if the long chain alkyl group (C n H 2n + 1 ) in the cation portion of the quaternary ammonium salt has more than 11 carbon atoms, the ionicity becomes lower due to the increase in the nonpolar part, and therefore the fatty acid carboxylate anion The interaction becomes weak, bleed of the quaternary ammonium salt cannot be suppressed, and current-carrying durability cannot be obtained. The long chain alkyl group (C n H 2n + 1 ) of the cation part of the quaternary ammonium salt has 5 to 11 carbon atoms, so that the charge amount of the cation part is well balanced with the charge amount of the carboxylate anion of the fatty acid. Both can interact with moderate van der Waals forces. As a result, it is presumed that the low electrical resistance and the current-carrying durability are compatible.

第4級アンモニウム塩において、長鎖アルキル基(C2n+1)の炭素数としては、カチオン部分のチャージ量を抑えて脂肪酸のカルボキシラートアニオンとの相互作用を適度に弱め、より低電気抵抗にしやすいなどの観点から、好ましくは6以上、より好ましくは7以上である。一方、非極性部の増加を抑えることでイオン性を高めて脂肪酸のカルボキシラートアニオンとの相互作用を適度に強め、第4級アンモニウム塩のブリードを抑える効果をより高めるなどの観点から、好ましくは10以下、より好ましくは9以下である。 In the quaternary ammonium salt, the carbon number of the long-chain alkyl group (C n H 2n + 1 ) is such that the charge amount of the cation moiety is suppressed to moderately weaken the interaction with the carboxylate anion of the fatty acid, thereby lowering the electrical resistance. From the viewpoint of ease, etc., it is preferably 6 or more, more preferably 7 or more. On the other hand, from the viewpoint of enhancing the ionicity by suppressing the increase of the non-polar part and appropriately strengthening the interaction with the carboxylate anion of the fatty acid, and further enhancing the effect of suppressing the bleed of the quaternary ammonium salt, 10 or less, more preferably 9 or less.

第4級アンモニウム塩において、陰イオンとしては、F、Cl、Br、Iなどのハロゲンイオン、ClO 、BF 、SO 2−、HSO 、CHSO 、CSO 、CHSO 、CSO 、COOH、CFSO 、(CFSO(TFSI)などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、低電気抵抗性に特に優れるなどの観点から、ClO 、TFSI、Cl、これらを単独、あるいは2種以上を組み合わせて用いることが好ましい。 In the quaternary ammonium salt, examples of the anion include halogen ions such as F , Cl , Br and I , ClO 4 , BF 4 , SO 4 2− , HSO 4 and CH 3 SO 4 −. , C 2 H 5 SO 4 - , CH 3 SO 3 -, C 2 H 5 SO 3 -, COOH -, CF 3 SO 3 -, (CF 3 SO 2) 2 N - , and the like - (TFSI). These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use ClO 4 , TFSI , Cl alone or in combination of two or more thereof from the viewpoint of particularly excellent low electrical resistance.

表面処理炭酸カルシウムの脂肪酸は、第4級アンモニウム塩との相互作用などの観点から、直鎖のアルキル基を有する脂肪酸からなることが好ましい。脂肪酸の炭素数としては、炭酸カルシウムの凝集を抑えて分散性を高め、第4級アンモニウム塩のブリードを抑制する効果をより効果的に発揮するなどの観点から、6〜31であることが好ましい。脂肪酸の炭素数が6以上であると、炭酸カルシウムの表面を疎水性にする効果が十分で、炭酸カルシウムの凝集を抑えやすい。また、脂肪酸の炭素数が31以下であると、炭酸カルシウムの表面を疎水性にする効果が高すぎず、炭酸カルシウムの凝集を抑えやすい。また、この観点から、脂肪酸の炭素数としては、より好ましくは15〜22であり、さらに好ましくは17〜19である。   The fatty acid of the surface-treated calcium carbonate is preferably composed of a fatty acid having a linear alkyl group from the viewpoint of interaction with a quaternary ammonium salt. The number of carbon atoms of the fatty acid is preferably 6 to 31 from the viewpoint of suppressing the aggregation of calcium carbonate to enhance the dispersibility and more effectively exhibiting the effect of suppressing the bleeding of the quaternary ammonium salt. . When the fatty acid has 6 or more carbon atoms, the effect of making the surface of the calcium carbonate hydrophobic is sufficient, and aggregation of the calcium carbonate is easily suppressed. Further, when the fatty acid has 31 or less carbon atoms, the effect of making the surface of the calcium carbonate hydrophobic is not too high, and aggregation of the calcium carbonate is easily suppressed. From this viewpoint, the number of carbon atoms of the fatty acid is more preferably 15 to 22, and further preferably 17 to 19.

表面処理炭酸カルシウムの脂肪酸による表面処理量は、0.01〜30質量%であることが好ましい。表面処理量が0.01質量%以上であると、炭酸カルシウムの表面を疎水性にする効果が十分で、炭酸カルシウムの凝集を抑えやすい。また、表面処理量が30質量%以下であると炭酸カルシウムの表面を疎水性にする効果が高すぎず、炭酸カルシウムの凝集を抑えやすい。このような観点から、表面処理量は、より好ましくは0.05質量%以上であり、さらに好ましくは0.1質量%以上である。また、より好ましくは20質量%以下であり、さらに好ましくは5質量%以下である。   The surface treatment amount of the surface-treated calcium carbonate with a fatty acid is preferably 0.01 to 30% by mass. When the surface treatment amount is 0.01% by mass or more, the effect of making the surface of calcium carbonate hydrophobic is sufficient, and aggregation of calcium carbonate is easily suppressed. Further, when the surface treatment amount is 30% by mass or less, the effect of making the surface of calcium carbonate hydrophobic is not too high, and aggregation of calcium carbonate is easily suppressed. From such a viewpoint, the surface treatment amount is more preferably 0.05% by mass or more, and further preferably 0.1% by mass or more. Moreover, More preferably, it is 20 mass% or less, More preferably, it is 5 mass% or less.

炭酸カルシウムの粒子径としては、ゴム硬度及びゴム補強性の観点から、20〜500nmが好ましい。より好ましくは50〜300nmであり、さらに好ましくは70〜200nmである。なお、粒子径は、島津式粒度分布計CP−4Lにより測定した粒子の50%平均粒子径で表される。   The particle diameter of calcium carbonate is preferably 20 to 500 nm from the viewpoint of rubber hardness and rubber reinforcement. More preferably, it is 50-300 nm, More preferably, it is 70-200 nm. In addition, a particle diameter is represented by the 50% average particle diameter of the particle | grains measured by Shimadzu type particle size distribution analyzer CP-4L.

本発明に係る導電性材料においては、極性ポリマーを含有することが好ましい。脂肪酸は極性媒体中でプロトンが電離し、共役塩基のカルボキシラートアニオンが生成するので、基質として極性ポリマーを含有することで、表面処理炭酸カルシウムの脂肪酸による第4級アンモニウム塩のブリードを抑える効果が発揮されやすくなるからである。また、極性ポリマーに第4級アンモニウム塩および表面処理炭酸カルシウムが添加されることで、低電気抵抗性を満足することができるからである。   The conductive material according to the present invention preferably contains a polar polymer. Fatty acids are ionized in protons in polar media to produce carboxylate anions of conjugated bases. By containing a polar polymer as a substrate, the effect of suppressing bleed of quaternary ammonium salts by fatty acids of surface-treated calcium carbonate is achieved. It is because it becomes easy to be demonstrated. Moreover, it is because low electrical resistance can be satisfied by adding a quaternary ammonium salt and surface-treated calcium carbonate to a polar polymer.

極性ポリマーは、極性基を有するポリマーであり、極性基としては、クロロ基、ニトリル基、カルボキシル基、エポキシ基などが挙げられる。極性ポリマーとしては、具体的には、ヒドリンゴム、ニトリルゴム(NBR)、ウレタン(U)、アクリルゴム(アクリル酸エステルと2−クロロエチルビニルエーテルとの共重合体、ACM)、クロロプレンゴム(CR)、エポキシ化天然ゴム(ENR)などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、極性ポリマー自身の電気抵抗が低いため、低電気抵抗性に特に優れるなどの観点から、ヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリウレタンなどがより好ましい。   The polar polymer is a polymer having a polar group, and examples of the polar group include a chloro group, a nitrile group, a carboxyl group, and an epoxy group. Specific examples of polar polymers include hydrin rubber, nitrile rubber (NBR), urethane (U), acrylic rubber (a copolymer of acrylic ester and 2-chloroethyl vinyl ether, ACM), chloroprene rubber (CR), Examples include epoxidized natural rubber (ENR). These may be used alone or in combination of two or more. Among these, hydrin rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, polyurethane, and the like are more preferable from the viewpoint that the polar polymer itself has low electrical resistance and is particularly excellent in low electrical resistance.

ヒドリンゴムとしては、エピクロルヒドリンの単独重合体(CO)、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド二元共重合体(ECO)、エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル二元共重合体(GCO)、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体(GECO)などを挙げることができる。   Examples of hydrin rubber include epichlorohydrin homopolymer (CO), epichlorohydrin-ethylene oxide binary copolymer (ECO), epichlorohydrin-allyl glycidyl ether binary copolymer (GCO), epichlorohydrin-ethylene oxide-allyl glycidyl ether ternary. A copolymer (GECO) etc. can be mentioned.

ポリウレタンとしては、分子内にエーテル結合を有するポリエーテル型のポリウレタンを挙げることができる。ポリエーテル型のポリウレタンは、両末端にヒドロキシル基を有するポリエーテルとジイソシアネートとの反応により製造できる。ポリエーテルとしては、特に限定されるものではないが、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどを挙げることができる。ジイソシアネートとしては、特に限定されるものではないが、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなどを挙げることができる。   Examples of the polyurethane include a polyether type polyurethane having an ether bond in the molecule. A polyether type polyurethane can be produced by a reaction between a polyether having hydroxyl groups at both ends and a diisocyanate. The polyether is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene glycol and polypropylene glycol. Although it does not specifically limit as diisocyanate, Tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, etc. can be mentioned.

極性ポリマーに対する第4級アンモニウム塩の配合量は、極性ポリマー100質量部に対し0.01〜10質量部の範囲内であることが好ましい。第4級アンモニウム塩の配合量が0.01質量部以上であると、電気抵抗を所望の値まで下げることが容易となる。また、第4級アンモニウム塩の配合量が10質量部以下であると、極性ポリマーとの相溶性に優れ、通電耐久時以外(非通電時)での第4級アンモニウム塩のブリードも抑えられやすい。この観点から、第4級アンモニウム塩の配合量の下限としては、0.1質量部が好ましく、0.3質量部がより好ましい。また、第4級アンモニウム塩の配合量の上限としては、5質量部が好ましく、2質量部がより好ましい。   It is preferable that the compounding quantity of the quaternary ammonium salt with respect to a polar polymer exists in the range of 0.01-10 mass parts with respect to 100 mass parts of polar polymers. It becomes easy to reduce an electrical resistance to a desired value as the compounding quantity of a quaternary ammonium salt is 0.01 mass part or more. Further, when the blending amount of the quaternary ammonium salt is 10 parts by mass or less, the compatibility with the polar polymer is excellent, and bleed of the quaternary ammonium salt is easily suppressed except during the current-carrying durability (when not energized). . In this respect, the lower limit of the amount of the quaternary ammonium salt is preferably 0.1 parts by mass, and more preferably 0.3 parts by mass. Moreover, as an upper limit of the compounding quantity of a quaternary ammonium salt, 5 mass parts is preferable and 2 mass parts is more preferable.

極性ポリマーに対する表面処理炭酸カルシウムの配合量は、極性ポリマー100質量部に対し1〜100質量部の範囲内であることが好ましい。表面処理炭酸カルシウムの配合量が1質量部以上であると、通電耐久時に第4級アンモニウム塩のブリードを抑える効果が高い。また、表面処理炭酸カルシウムの配合量が100質量部以下であると、第4級アンモニウム塩の移動を抑制せず、低抵抗を維持できる。この観点から、表面処理炭酸カルシウムの配合量の下限としては、10質量部が好ましく、30質量部がより好ましい。また、表面処理炭酸カルシウムの配合量の上限としては、70質量部が好ましく、50質量部がより好ましい。   It is preferable that the compounding quantity of the surface treatment calcium carbonate with respect to a polar polymer exists in the range of 1-100 mass parts with respect to 100 mass parts of polar polymers. When the blending amount of the surface-treated calcium carbonate is 1 part by mass or more, the effect of suppressing bleeding of the quaternary ammonium salt at the time of energization durability is high. Moreover, the movement of a quaternary ammonium salt is not suppressed as the compounding quantity of surface treatment calcium carbonate is 100 mass parts or less, and low resistance can be maintained. In this respect, the lower limit of the amount of the surface-treated calcium carbonate is preferably 10 parts by mass, and more preferably 30 parts by mass. Moreover, as an upper limit of the compounding quantity of surface treatment calcium carbonate, 70 mass parts is preferable and 50 mass parts is more preferable.

本発明の導電性材料には、特定の第4級アンモニウム塩、特定の表面処理炭酸カルシウムに加えて、架橋剤、架橋促進剤、加工助剤、老化防止剤、軟化剤、補強剤等を必要に応じて添加することができる。また、本発明の導電性材料には、特定の第4級アンモニウム塩以外のイオン導電剤やカーボンブラックなどの電子導電剤を必要に応じて添加することができる。他のイオン導電剤は、アンモニウム塩であってもよいし、ホスホニウム塩などの他の系のイオン導電剤であってもよい。   In addition to a specific quaternary ammonium salt and a specific surface-treated calcium carbonate, the conductive material of the present invention requires a crosslinking agent, a crosslinking accelerator, a processing aid, an anti-aging agent, a softening agent, a reinforcing agent, etc. It can be added depending on. Further, an ionic conductive agent other than a specific quaternary ammonium salt or an electronic conductive agent such as carbon black can be added to the conductive material of the present invention as necessary. The other ion conductive agent may be an ammonium salt or another type of ion conductive agent such as a phosphonium salt.

本発明の導電性材料は、例えば、極性ポリマーにイオン導電剤としての上記第4級アンモニウム塩と上記表面処理炭酸カルシウムと必要に応じて添加される各種添加剤とを添加し、これらをニーダー、バンバリーミキサー等の混練機を用いて混練することにより得ることができる。     The conductive material of the present invention includes, for example, the quaternary ammonium salt as an ionic conductive agent, the surface-treated calcium carbonate and various additives added as necessary to a polar polymer, and kneader these. It can be obtained by kneading using a kneading machine such as a Banbury mixer.

このようにして得られた本発明の導電性材料は、その用途として特に限定はないが、複写機、プリンター、ファクシミリなどの電子写真機器における、現像ロール、帯電ロール、転写ロール、トナー供給ロール、転写ベルトなどの導電性部材の構成材料として好適に用いられる。本発明の導電性材料は、導電性部材の基層、抵抗調整層などの誘電層となる層を形成する導電性材料として好適に用いられる。   The conductive material of the present invention thus obtained is not particularly limited as its application, but in an electrophotographic apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile, a developing roll, a charging roll, a transfer roll, a toner supply roll, It is suitably used as a constituent material of a conductive member such as a transfer belt. The conductive material of the present invention is suitably used as a conductive material for forming a layer serving as a dielectric layer such as a base layer of a conductive member or a resistance adjusting layer.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples.

(実施例1)
ヒドリンゴム(ECO、ゼオン社製、「Hydrin−T3106」)100質量部に対し、イオン導電剤としての下記の式(2)に示す第4級アンモニウム塩を2質量部、炭素数18の脂肪酸で表面処理された表面処理炭酸カルシウム(白石工業社製「Vigot−15」、平均粒子径150nm、脂肪酸処理量1〜5質量%)を30質量部、受酸剤として協和化学社製「DHT−4A」を10質量部、架橋剤として硫黄(鶴見化学社製、「イオウ−PTC」)を2質量部添加し、これらを攪拌機により撹拌、混合して、実施例1の導電性材料を調製した。これをプレス成形して厚み0.7mmの導電性シートを作製した。
(化3)
[(C17)(CHN]・ClO ・・・(2)
Example 1
Surface of quaternary ammonium salt represented by the following formula (2) as an ionic conductive agent with 2 parts by mass of a fatty acid having 18 carbon atoms with respect to 100 parts by mass of hydrin rubber (ECO, manufactured by Zeon, “Hydrin-T3106”) 30 parts by weight of treated surface treated calcium carbonate (“Vigot-15” manufactured by Shiraishi Kogyo Co., Ltd., average particle size 150 nm, treated amount of fatty acid 1 to 5% by mass), “DHT-4A” manufactured by Kyowa Chemical Co., Ltd. as an acid acceptor 10 parts by mass and 2 parts by mass of sulfur (“Sulfur-PTC”, manufactured by Tsurumi Chemical Co., Ltd.) as a crosslinking agent were added, and these were stirred and mixed with a stirrer to prepare a conductive material of Example 1. This was press-molded to produce a conductive sheet having a thickness of 0.7 mm.
(Chemical formula 3)
[(C 8 H 17 ) (CH 3 ) 3 N] + · ClO 4 (2)

(実施例2〜3)
イオン導電剤のカチオン種の長鎖アルキル基の炭素数を5あるいは11に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例2〜3の導電性材料を調製し、実施例2〜3の導電性シートを作製した。
(Examples 2-3)
The conductive materials of Examples 2-3 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbon number of the long-chain alkyl group of the cation species of the ionic conductive agent was changed to 5 or 11, and the conductive materials of Examples 2-3 were prepared. A conductive sheet was prepared.

(実施例4〜5)
表面処理炭酸カルシウムの表面処理に用いた脂肪酸の炭素数を6あるいは31に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例4〜5の導電性材料を調製し、実施例4〜5の導電性シートを作製した。なお、実施例4〜5の表面処理炭酸カルシウムは、表面処理されていない炭酸カルシウムである白石工業社製「Brilliant−1500」、平均粒子径150nm)をヘキサン酸あるいはヘントリアコンタン酸で、処理量が1〜5質量%となるように表面処理することにより調製した。なお、処理量は、調製した表面処理炭酸カルシウムをジエチルエーテルを用いて抽出することにより定量した。
(Examples 4 to 5)
The conductive material of Examples 4-5 was prepared like Example 1 except having changed the carbon number of the fatty acid used for the surface treatment of the surface treatment calcium carbonate to 6 or 31. A conductive sheet was prepared. In addition, the surface treatment calcium carbonate of Examples 4 to 5 is a non-surface treated calcium carbonate “Brilliant-1500” manufactured by Shiraishi Kogyo Co., Ltd., having an average particle size of 150 nm) with hexanoic acid or hentria contanoic acid. Was prepared by surface-treating so as to be 1 to 5% by mass. The treatment amount was quantified by extracting the prepared surface-treated calcium carbonate using diethyl ether.

(実施例6〜9)
イオン導電剤のアニオン種をClO からTFSI、Cl、BF 、あるいはPF に変更した以外は実施例1と同様にして、実施例6〜9の導電性材料を調製し、実施例6〜9の導電性シートを作製した。
(Examples 6 to 9)
Conductive materials of Examples 6 to 9 were prepared in the same manner as in Example 1 except that the anionic species of the ionic conductive agent was changed from ClO 4 to TFSI , Cl , BF 4 , or PF 6 −. The electroconductive sheet of Examples 6-9 was produced.

(実施例10〜12)
極性ポリマーをECOからNBR(日本ゼオン社製「Nipol DN302」)あるいはCR(東ソー社製「スカイプレンB−30」)または下記のポリウレタンに変更した以外は実施例1と同様にして、実施例10〜12の導電性材料を調製し、実施例10〜12の導電性シートを作製した。
(Examples 10 to 12)
Example 10 is the same as Example 1 except that the polar polymer is changed from ECO to NBR (“Nipol DN302” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) or CR (“Skyprene B-30” manufactured by Tosoh Corporation) or the following polyurethane. -12 conductive materials were prepared and the conductive sheet of Examples 10-12 was produced.

(ポリウレタンを含む導電性材料の調製)
ポリテトラメチレンエーテルグリコール(三菱化学社製「PTMG2000」)80質量部、ポリプロピレングリコール(旭硝子社製「エクセノール2020」)20質量部を80℃にて1時間真空脱法、脱水した後、MDI(三井化学社製「コスモネートPH」)を32質量部混合し、窒素雰囲気下の80℃にて3時間反応させ、ウレタンプレポリマーを調製した。次いで、このウレタンプレポリマーを90℃にて30分真空脱法した後、ウレタンプレポリマー100質量部に対して、可塑剤としてグリセリンジアセトモノラウレートを50質量部と、鎖延長剤1,4−ブタンジオール3.5質量部と、実施例1と同じ表面処理炭酸カルシウムおよびイオン導電剤を配合し、減圧下で2分間拡販混合することによりポリウレタンを含む導電性材料を調製した。
(Preparation of conductive material containing polyurethane)
After 80 parts by mass of polytetramethylene ether glycol ("PTMG2000" manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and 20 parts by mass of polypropylene glycol ("Excenol 2020" manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) were degassed and dehydrated at 80 ° C for 1 hour, MDI (Mitsui Chemicals) 32 parts by mass of “Cosmonate PH” manufactured by the company was mixed and reacted at 80 ° C. under a nitrogen atmosphere for 3 hours to prepare a urethane prepolymer. Subsequently, this urethane prepolymer was vacuum degassed at 90 ° C. for 30 minutes, and then 100 parts by mass of the urethane prepolymer, 50 parts by mass of glycerin diacetomonolaurate as a plasticizer, and a chain extender 1,4-butane A conductive material containing polyurethane was prepared by blending 3.5 parts by mass of diol, the same surface-treated calcium carbonate as in Example 1 and an ionic conductive agent, and expanding and mixing for 2 minutes under reduced pressure.

(比較例1)
表面処理炭酸カルシウムに代えて表面処理されていない炭酸カルシウムである白石工業社製「Brilliant−1500」、平均粒子径150nm)を用いた以外は実施例1と同様にして、比較例1に係る導電性材料を調製し、比較例1の導電性シートを作製した。
(Comparative Example 1)
Conductivity according to Comparative Example 1 was performed in the same manner as in Example 1 except that “Brilliant-1500” manufactured by Shiraishi Kogyo Co., Ltd., which is calcium carbonate not subjected to surface treatment, was used instead of surface-treated calcium carbonate. A conductive material was prepared, and a conductive sheet of Comparative Example 1 was produced.

(比較例2〜3)
イオン導電剤のカチオン種の直鎖アルキル基の炭素数を4あるいは12に変更した以外は実施例1と同様にして、比較例2〜3の導電性材料を調製し、比較例2〜3の導電性シートを作製した。
(Comparative Examples 2-3)
A conductive material of Comparative Examples 2 to 3 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbon number of the linear alkyl group of the cation species of the ionic conductive agent was changed to 4 or 12. A conductive sheet was prepared.

作製した各導電性シートを用い、製品特性評価を行った。測定方法および評価方法を以下に示す。これらの結果を表1に示す。   Product characteristics evaluation was performed using each produced electroconductive sheet. The measurement method and evaluation method are shown below. These results are shown in Table 1.

(電気抵抗)
各導電性シートを30mm×30mmに切断した後、その上に銀ペーストを塗布して10mm×10mmの電極を作製した。次いで、15℃×10%RHの低温低湿環境下、100Vの電圧を印加して30秒後の体積抵抗率(Ω・cm)をmodel237(KEITHLEY社製)を用いて測定した。
(Electrical resistance)
Each conductive sheet was cut into 30 mm × 30 mm, and then a silver paste was applied thereon to produce a 10 mm × 10 mm electrode. Next, in a low temperature and low humidity environment of 15 ° C. × 10% RH, a voltage of 100 V was applied and the volume resistivity (Ω · cm) after 30 seconds was measured using model 237 (manufactured by KEITHLEY).

(通電耐久性)
DC200μAの定電流を連続印加することにより通電耐久試験を行った。電気抵抗の測定方法に準じて通電耐久後の体積抵抗率を測定し、初期体積抵抗率と通電耐久後の体積抵抗率のLOGの差を変化幅(通電耐久変化幅)として算出した。この変化幅が1桁上昇したときの連続印加時間(日)を求めた。
(Energization durability)
An energization endurance test was performed by continuously applying a constant current of DC 200 μA. The volume resistivity after energization endurance was measured according to the measurement method of electric resistance, and the difference between the initial volume resistivity and the volume resistivity LOG after energization endurance was calculated as a change width (energization endurance change width). The continuous application time (days) when this change width increased by one digit was obtained.

Figure 0006224975
Figure 0006224975

比較例1から、炭酸カルシウムに脂肪酸による表面処理がされていないと、通電耐久3日目に体積抵抗率の変化幅が1桁上昇し、通電耐久性が悪いことがわかる。また、比較例2から、第4級アンモニウム塩の長鎖アルキル基の炭素数が4では、電気抵抗が高くなることがわかる。また、比較例3から、第4級アンモニウム塩の長鎖アルキル基の炭素数が12では、10日目に体積抵抗率の変化幅が1桁上昇し、通電耐久性が悪いことがわかる。   From Comparative Example 1, it can be seen that if the calcium carbonate is not subjected to a surface treatment with a fatty acid, the volume resistivity change width increases by an order of magnitude on the third day of the current-carrying durability, and the current-carrying durability is poor. In addition, it can be seen from Comparative Example 2 that the electrical resistance increases when the long-chain alkyl group of the quaternary ammonium salt has 4 carbon atoms. Moreover, it can be seen from Comparative Example 3 that when the number of carbon atoms of the long-chain alkyl group of the quaternary ammonium salt is 12, the volume resistivity change width increases by an order of magnitude on the 10th day, and the energization durability is poor.

これに対し、実施例1〜3から、炭酸カルシウムに脂肪酸による表面処理がされ、かつ、第4級アンモニウム塩の長鎖アルキル基の炭素数が5〜11であると、低電気抵抗で、通電耐久性にも優れることがわかる。   On the other hand, from Examples 1 to 3, when calcium carbonate is subjected to a surface treatment with a fatty acid and the carbon number of the long-chain alkyl group of the quaternary ammonium salt is 5 to 11, the electric current is low and the electric current is low. It turns out that it is excellent also in durability.

また、炭酸カルシウムを表面処理した脂肪酸の炭素数が少なくとも6〜31の間では、低電気抵抗で通電耐久性にも優れることがわかる。また、実施例6〜9から、他のアニオン種の場合でも同様の結果が得られることがわかる。また、実施例10〜12から、他の極性ポリマーでも同様の結果が得られることがわかる。   Further, it can be seen that when the carbon number of the fatty acid whose surface is treated with calcium carbonate is at least 6 to 31, the electrical resistance is excellent with low electrical resistance. Further, Examples 6 to 9 show that similar results can be obtained even in the case of other anionic species. Moreover, it turns out that the same result is obtained also from other polar polymers from Examples 10-12.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said Example at all, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.

Claims (6)

イオン導電剤としての下記一般式(1)で表される第4級アンモニウム塩と、脂肪酸により炭酸カルシウムが表面処理された表面処理炭酸カルシウムと、を含有することを特徴とする導電性材料。
(化1)
m[(C2n+1)(CHN]・Xm− ・・・(1)
ただし、C2n+1は直鎖のアルキル基を示し、nは5〜11の整数である。Xm−はm価の陰イオンを示し、mは1〜2の整数である。
A conductive material comprising: a quaternary ammonium salt represented by the following general formula (1) as an ionic conductive agent; and a surface-treated calcium carbonate obtained by surface-treating calcium carbonate with a fatty acid.
(Chemical formula 1)
m [(C n H 2n + 1 ) (CH 3 ) 3 N] + · X m− (1)
However, C n H 2n + 1 represents an alkyl group of straight chain, n is an integer from 5 to 11. X m− represents an m-valent anion, and m is an integer of 1 to 2.
前記一般式(1)において、nは7〜11の整数であることを特徴とする請求項1に記載の導電性材料。In the said General formula (1), n is an integer of 7-11, The electroconductive material of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記表面処理炭酸カルシウムの脂肪酸の炭素数が、6〜31であることを特徴とする請求項1または2に記載の導電性材料。 Conductive material according to claim 1 or 2, wherein the number of carbon atoms in the fatty acid of the surface treated calcium carbonate is 6-31. 前記第4級アンモニウム塩の陰イオンが、ClO 、(CFSO、Clから選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の導電性材料。 4. The anion of the quaternary ammonium salt is one or more selected from ClO 4 , (CF 3 SO 2 ) 2 N and Cl −. 5. The conductive material according to any one of the above. 極性ポリマーに、前記第4級アンモニウム塩および前記表面処理炭酸カルシウムが添加されていることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の導電性材料。 The conductive material according to any one of claims 1 to 4 , wherein the quaternary ammonium salt and the surface-treated calcium carbonate are added to a polar polymer. 前記極性ポリマーが、ヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム、ポリウレタンから選択される1種または2種以上であることを特徴とする請求項に記載の導電性材料。 6. The conductive material according to claim 5 , wherein the polar polymer is one or more selected from hydrin rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, and polyurethane.
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