JP6958049B2

JP6958049B2 - 帯電防止されたゴム組成物

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Publication number: JP6958049B2
Application number: JP2017135964A
Authority: JP
Inventors: 雄大奥野; 眞司 ▲濱▼窪; 峯　章弘; 利幸平井; 吉博山田
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-07-12
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: CN109251420A; JP2019019164A; US20190016875A1; US10745543B2

Description

本発明は、帯電防止性能および耐摩耗性を有するゴム組成物並びに該組成物を架橋してなる給紙ローラ関する。

プリンタなどのＯＡ機器には、給紙部材として給紙ローラが使用される。ところが、インクジェットプリンタの場合、給紙ローラと紙葉類との摩擦で発生する静電気によって、インクミストと呼ばれる微細なインク粒子が引き寄せられ、基材の印刷面にインクミストが付着することで、紙葉類を汚す恐れがある。そのため、給紙ローラには帯電防止性能が求められる場合がある。

給紙ローラに帯電防止性能を付与する方法として、給紙ローラ用のゴム組成物にカーボンブラックを配合する方法が知られているが、紙葉類と給紙ローラが擦れる際に紙葉類を黒く汚すという問題がある。また低分子量の帯電防止剤等を配合すると、紙葉類と給紙ローラとの摩擦係数が低下し、給紙不良や重送が生じる可能性がある。

高分子型帯電防止剤は、樹脂や熱可塑性エラストマーの表面にブルームやブリードが発生せず、効果の持続性に優れること、湿度依存性が小さいことなどから、帯電防止性能が要求される多くの樹脂製品および熱可塑性エラストマー製品に使用されている（例えば、特許文献１）。しかしながら、高分子型帯電防止剤の融点は一般に高温であり、ゴム組成物の製造において通常行われる混練温度より高いため、高分子型帯電防止剤をゴム組成物に配合すると、高分子型帯電防止剤がゴム組成物中に十分に分散せず、塊となって残り、ゴム組成物の外観不良や物性低下といった問題が発生する。また、高分子型の帯電防止剤を融解させるために、混練温度を高温にすると、ゴム成分や他の配合剤が熱で劣化したり、混練時間が長くなる等の問題が発生する恐れがある。

また、熱可塑性エラストマー製の給紙ローラの場合、架橋されていないもしくは架橋が弱いために、ゴムに比べて耐摩耗性が劣る等の問題がある。

特開２００４−１８９８８４号公報

本発明は、帯電防止剤が均一に分散し、かつ帯電防止性能、摩擦係数および耐摩耗性を有するゴム組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、帯電防止剤としてポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を用い、その融点以上の温度でゴム成分と混合することで、帯電防止剤が均一に分散し、かつ優れた帯電防止性能、摩擦係数および耐摩耗性を有するゴム組成物が得られることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、
〔１〕ゴム成分１００質量部に対し、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を７質量部以上含むゴム組成物であって、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の融点以上の温度で、ゴム成分全量あるいはゴム成分の一部の量と、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂とを混合する工程を含むゴム組成物、
〔２〕ゴム成分の総量中に占めるＥＰＤＭの割合が９６質量％以上である、〔１〕に記載のゴム組成物、
〔３〕〔１〕または〔２〕に記載のゴム組成物を架橋してなる給紙ローラ、
〔４〕インクジェットプリンタに使用される、〔３〕に記載の給紙ローラ、
に関する。

本発明のゴム組成物は、帯電防止剤が均一に分散し、かつ優れた帯電防止性能、摩擦係数および耐摩耗性を有するので、インクジェットプリンタの給紙ローラ等に好適に用いられる。

給紙ローラ摩擦係数測定試験の模式図である。

＜帯電防止剤＞
本発明では、帯電防止剤として、高分子型帯電防止剤であるポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を使用することを特徴とする。ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂は、ポリエーテルのブロックが親水性セグメントとして機能するとともに、ポリオレフィンのブロックが親油性セグメントとして機能する。すなわち、親水性セグメントは、その吸湿性によって成形体の表面抵抗を低下させる作用を奏し、親油性セグメントは、基材であるゴム成分との相溶性を高める作用を奏する。

ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは７質量部以上、より好ましくは１０質量部以上、より好ましくは１５質量部以上、より好ましくは２０質量部以上、より好ましくは２５質量部以上であり；好ましくは５０質量部以下、より好ましくは４０質量部以下である。

ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の融点は、ゴム組成物作製時にゴム成分が熱で劣化することを抑制できるという理由から、２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましい。

ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を構成するポリエーテルの単量体としては、例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドが挙げられる。また、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を構成するポリオレフィンの単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン等のオレフィンが挙げられる。

ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の具体的としては、例えば、三洋化成工業（株）製のペレスタット（登録商標）、ペレクトロン（登録商標）等の市販品を用いることができる。

ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂は、前記例示のものからいずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

＜ゴム成分＞
本実施態様において使用されるゴム成分としては、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）が好適に用いられる。ＥＰＤＭを配合することにより、耐オゾン性、耐候性、耐熱老化性、耐寒性、低温特性等を向上することができる。

ＥＰＤＭとしては、エチレンとプロピレンに少量の第３成分（ジエン分）を加えることで主鎖中に二重結合を導入した種々のＥＰＤＭがいずれも使用可能である。かかるＥＰＤＭとしては、例えば第三成分の種類や量の違いによる様々な製品が提供されている。代表的な第三成分としては、例えばエチリデンノルボルネン（ＥＮＢ）、１，４−ヘキサジエン（１，４−ＨＤ）、ジシクロペンタジエン（ＤＣＰＤ）等が挙げられる。またＥＰＤＭとしては、伸展油を加えて柔軟性を調整した油展ＥＰＤＭ；伸展油で伸展していない非油展ＥＰＤＭのいずれを使用してもよい。ただし、油展ＥＰＤＭ中のオイルの添加重量は、軟化剤の添加重量（オイル量）として取り扱うものとする。

非油展ＥＰＤＭとしては、例えば、住友化学（株）製のエスプレン（登録商標）５０１、エスプレン５０５Ａ、エスプレン５１２Ｆ、エスプレン５３２；三井化学（株）製の三井ＥＰＴ３０４５、三井ＥＰＴ４０４５等から選ばれる１種または２種以上が挙げられる。

ジエンがＥＮＢであるＥＮＢ系の油展ＥＰＤＭとしては、例えば、住友化学（株）製のエスプレン６７０Ｆ〔ゴム分：伸展油＝１００：１００（質量比）〕；エスプレン６７１Ｆ〔ゴム分：伸展油＝１００：７０（質量比）〕；三井化学（株）製の三井ＥＰＴ３０４２Ｅ〔ゴム分：伸展油＝１００：１２０（質量比）〕等から選ばれる１種または２種以上が挙げられる。また、ジエンがＤＣＰＤであるＤＣＰＤ系の油展ＥＰＤＭとしては、例えば、住友化学（株）製のエスプレン４００〔ゴム分：伸展油＝１００：１００（質量比）〕等が挙げられる。

ＥＰＤＭは、前記例示のものからいずれか１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

ゴム成分の総量中に占めるＥＰＤＭの割合は、好ましくは９６質量％以上、より好ましくは９７質量％以上、より好ましくは９８質量％以上、より好ましくは９９質量％以上である。

本実施態様においてＥＰＤＭ以外に使用されるゴム成分としては、ゴム工業で一般的に用いられる架橋可能なゴム成分を用いることができ、例えば、クロロプレンゴム（ＣＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム、ポリノルボルネンゴム、シリコーンゴム、塩化ポリエチレンゴム、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、ヒドリンゴム等が挙げられる。これらの架橋可能なゴム成分は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

＜架橋剤＞
本実施形態で作製されるゴム組成物には、前記ゴム成分を架橋させるための架橋剤を配合することができる。前記架橋剤としては、通常の硫黄加硫系（硫黄または含硫黄化合物と、加硫促進剤、加硫促進助剤等との併用系）の架橋剤が使用可能であるが、過酸化物架橋剤が好適に用いられる。

過酸化物架橋剤は、硫黄加硫系の架橋剤のように、紙送りローラの表面にブルームして摩擦係数の低下を引き起こす前記加硫促進剤やステアリン酸（加硫促進助剤）等を併用する必要がない上、それ自体もブルームを生じないため摩擦係数の低下を引き起こすおそれがない。そのため、紙と繰り返し接触させた際の摩擦係数の低下とそれに伴う搬送不良とをさらに良好に抑制して、より一層長期に亘って良好な紙送りを維持しうる給紙ローラを得ることができる。

過酸化物架橋剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ジ（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン、１，４−ビス［（ｔｅｒｔ−ブチル）パーオキシイソプロピル］ベンゼン、ジ（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）ベンゾエート、ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルクミルパーオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジｔｅｒｔ−ブチルパーオキシドおよび２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルパーオキシ）−３−ヘキセン等から選ばれる１種または２種以上が挙げられる。

過酸化物架橋剤の配合割合は特に限定されないが、好ましくはゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．８質量部以上、より好ましくは１．５質量部以上であり；好ましくは５質量部以下、より好ましくは３．５質量部以下である。

上記の過酸化物架橋剤とともに、または過酸化物架橋剤に代えて、硫黄または含硫黄化合物と、加硫促進剤、加硫促進助剤等とを併用することによりゴム成分を架橋することができる。

加硫剤としては、硫黄が好適に用いられる。硫黄としては、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄等が挙げられる。

加硫促進助剤としては、例えば、酸化亜鉛を配合することができる。酸化亜鉛の含有量は特に限定されないが、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは４質量部以上、より好ましくは６質量部以上、さらに好ましくは７質量部以上であり；好ましくは１２質量部以下、より好ましくは１０質量部以下、さらに好ましくは９質量部以下である。

酸化亜鉛の平均一次粒子径は特に限定されないが、好ましくは２００ｎｍ以下、より好ましくは１５０ｎｍ以下、さらに好ましくは１２０ｎｍ以下、特に好ましくは９０ｎｍ以下である。

酸化亜鉛の平均一次粒子径は特に限定されないが、好ましくは２０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。なお、酸化亜鉛の平均一次粒子径は、窒素吸着によるＢＥＴ法により測定した比表面積から換算された平均粒子径（平均一次粒子径）を表す。

本実施形態で作製されるゴム組成物には、前記成分以外にも、ゴム組成物の製造に一般に使用される配合剤、例えば、カーボンブラック、シリカ、クレー、タルク等の充填剤、シランカップリング剤、ステアリン酸、老化防止剤、共架橋剤、顔料、加工助剤、オイル、ワックス等を適宜配合することができる。このうちカーボンブラックとしては、ゴムの補強剤や着色剤として機能しうる種々のグレードのカーボンブラックがいずれも使用可能である。カーボンブラックの配合割合は、ゴムの総量１００質量部あたり０．０５質量部以上、特に０．１質量部以上であるのが好ましく、３質量部以下、特に１．５質量部以下であるのが好ましい。

オイルとしては、例えば、プロセスオイル、可塑剤、およびそれらの混合物等が挙げられる。プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、芳香族系プロセスオイル（アロマオイル）等が挙げられる。可塑剤としては、例えばジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）、トリクレジルホスフェート等の各種可塑剤等が挙げられる。

＜ゴム組成物の製造方法および用途＞
本発明のゴム組成物は、ゴム成分およびポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の融点以上の混練温度で混練する工程を含む製造方法により製造される。このようにして得られたゴム組成物は、帯電防止剤であるポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂がゴム組成物中に良好に分散して塊となって残らず、ゴム組成物の物性を低下させることなく優れた帯電防止性能を発揮する。

前記混練工程においては、例えば、バンバリーミキサーやニーダー、オープンロール、二軸押出機等の装置を用いることができる。

二軸押出機は、主に、材料の供給口であるホッパー、二本のスクリューを備え材料を混練りしながら一方向に押出すシリンダ、シリンダの排出側先端部に位置するヘッド、混練物を連続的に一定形状に成形するためのダイ（金型）、ヘッドとダイをつなぐアダプタにより構成される。二本の螺旋状のスクリューがシリンダ内で回転しながら、ホッパーから供給される材料を圧縮し発熱させて溶融混合、混練りし、混練物をヘッドに送り出し、ダイを通して押出成形する。また、二軸押出機の各部には、供給物の溶融を促進するために、熱媒体または鋳込み電気ヒーターによる加熱手段が設けられている。

前記混練工程における混練温度は、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の融点の＋１０℃以上であることがより好ましい。また、ゴム成分の熱劣化を抑制するという理由から２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましい。なお、本願明細書中における混練温度とは、混練中の最高温度であり、例えば、混練機として二軸押出機を用いる場合の混練温度とは、二軸押出機の最高設定温度を示す。

本実施態様におけるゴム組成物の製造方法には、前記混練工程の他に、得られた混練物を成形する工程（成形工程）等を含むことができる。

前記成形工程は、混練工程で得られた混練物を成形する工程である。成形方法や形状等は、特に限定されず、本発明の帯電防止剤を配合する物により適宜選択することができ、例えば、ひも状に押出成形し、水槽等で冷却した後、長さ２〜５ｍｍ程度にカットしてペレット状とすることができる。

本発明のゴム組成物は、帯電防止性能に優れることから、帯電防止性能が求められるゴム製品に用いることができる。ゴム製品としては、例えば、紙送りローラのゴム材料、電子部品製造装置のゴム部材等が挙げられる。中でも、ゴム組成物表面にブルームやブリードが発生する心配が無く、顔料を添加することで任意の色に着色できることから、紙送りローラのゴム材料として好適に用いることができる。

本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は、実施例にのみ限定されるものではない。

実施例および比較例において使用した各種薬品を以下に示す。
非油展ＥＰＤＭ：住友化学（株）製のエスプレン５０５Ａ（非油展、第３成分（ジエン分）：ＥＮＢ）
油展ＥＰＤＭ：住友化学（株）製のエスプレン６７０Ｆ（ゴム成分：伸展油＝１００：１００（質量比））
帯電防止剤：三洋化成工業（株）製のペレクトロンＨＳ（ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂、融点：約１３５℃）
カーボンブラック：三菱化学（株）製のダイアブラックＨ（ＨＡＦ級）
酸化亜鉛：堺化学工業（株）製の酸化亜鉛２種
過酸化物架橋剤：日油（株）製のパークミルＤ（ジクミルパーオキサイド）

［製造例］
＜試料の作製＞
表１に示す配合内容に従い、過酸化物架橋剤以外の各種薬品を３Ｌニーダー混合し、その後オープンロールにて過酸化物架橋剤を混合し、未架橋ゴム組成物を得た。実施例１〜３および比較例１、２は、３Ｌニーダー混合時に、ニーダー層内の温度が１４０℃以上になるように混合し、比較例３は、ニーダー層内の温度が８０℃以下になるように混合した。なお、油展ＥＰＤＭのカッコ内は、ゴム成分としてのＥＰＤＭの量を示す。

上記の未架橋ゴム組成物を１７０℃の条件下で２０分間プレス架橋し、２００×２００ｍｍ、厚さ２ｍｍの架橋ゴムシートを得た。また、上記の未架橋ゴム組成物を、トランスファー成型により、１７０℃、３０分の成型条件で円筒状に成型し、得られた円筒状の成型物を外径１０ｍｍのシャフトに圧入した状態で円筒研削盤を用いて外径１５ｍｍに研磨した後、ゴム幅が２０ｍｍになるようカットし、給紙ローラを作製した。得られた未架橋ゴム組成物、架橋ゴムシート、および給紙ローラについて下記評価を行った。

［試験例］
＜外観未架橋ゴム組成物＞
ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を含有する実施例および比較例について、各未架橋ゴム組成物の表面および断面におけるポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の塊の有無を目視にて観察し、下記の基準で評価した。
○：ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の塊が全く確認できないもの
×：ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の塊が少しでも確認できるもの

前記未架橋ゴム組成物の外観評価が○であった比較例３以外について、以下の評価を行った。

＜外観架橋ゴムシート＞
各架橋ゴムシートの表面および断面におけるポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の塊の有無を目視にて観察し、下記の基準で評価した。
○：ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の塊が全く確認できないもの
×：ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の塊が少しでも確認できるもの

＜体積固有抵抗率＞
各架橋ゴムシートの体積固有抵抗率を、ＪＩＳＫ６２７１に準じて、２３℃、湿度５５％の雰囲気下において１ｋＶの電圧で測定した。体積固有抵抗率の値が小さいほど、帯電防止性能に優れることを示す。なお、体積固有抵抗率は１．０×１０¹¹Ω・ｃｍ未満を性能目標値とする。

＜ゴムシート硬度測定＞
各架橋ゴムシートのタイプＡデュロメータ硬さをＪＩＳＫ６２５３に準じて、２３℃、湿度５５％の雰囲気下で測定した。なお、試験片は、厚さ２ｍｍの架橋ゴムシートを３枚重ねたものを使用し、測定時間は３秒とした。

＜給紙ローラ摩擦係数＞
図１に、本試験の模式図を示す。作製した紙送りローラ２と、図１に示すように水平に設置したポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の板１との間に、一端をロードセル３に接続した６０ｍｍ×２１０ｍｍサイズの測定紙４（キヤノン（株）製ＰＢペーパー）の他端を挟んだ状態で、図中に実線の矢印で示すように紙送りローラ２のシャフト５に２５０ｇｆの鉛直荷重Ｗを加えた。この状態で温度２３±２℃、相対湿度５５±１０％の環境下、紙送りローラ２を一点鎖線の矢印Ｒで示す方向に周速１８０ｍｍ／秒で回転させてロードセル３に加わる搬送力Ｆ（ｇｆ）を測定した。そして測定した搬送力Ｆと鉛直荷重Ｗ（＝２５０ｇｆ）とから、式（１）
μ＝Ｆ／Ｗ・・・（１）
によってローラ摩擦係数μを求めた。給紙ローラの摩擦係数は１．３以上を性能目標値とする。

ペレクトロンＨＳの融点未満である８０℃で混合した比較例３は、未架橋ゴム組成物に帯電防止剤の塊が残っており、明らかに分散不良であったため、架橋ゴムシートを用いた評価は行わなかった。実施例１〜４および比較例１、２の架橋ゴムシートの表面および断面は均一に仕上がっており、帯電防止剤の分散は良好であった。いずれの配合も、ローラ形状での摩擦係数評価は１．４以上であり、給紙ローラとして使用可能なものであった。

実施例１〜４のゴムシートの体積固有抵抗率は１．０×１０¹¹Ω・ｃｍ未満であり、帯電防止用のゴム組成物として有用な体積固有抵抗率であった。一方、帯電部防止剤が５重量部未満である、比較例１および２のゴムシートの体積固有抵抗率は１．０×１０¹¹Ω・ｃｍ以上であり、いわゆる絶縁ゴム組成物であった。

Claims

ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂の融点以上の温度で、ゴム成分全量と、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂とを混合する工程と、
前記工程により得られたゴム組成物を架橋する工程とを含み、
前記ゴム組成物は、前記ゴム成分１００質量部に対し、ポリエーテル／ポリオレフィンブロック共重合体樹脂を１５質量部以上含有し、かつ熱可塑性エラストマーを含有しない給紙ローラの製造方法。
前記ゴム成分の総量中に占めるＥＰＤＭの割合が９６質量％以上である、請求項１に記載の給紙ローラの製造方法。
前記ゴム組成物が、前記ゴム成分１００質量部に対し、過酸化物架橋剤を０．８〜５質量部含有する、請求項１または２に記載の給紙ローラの製造方法。
前記ゴム組成物が、前記ゴム成分１００質量部に対し、カーボンブラックを０．０５〜３質量部含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の給紙ローラの製造方法。
前記ゴム組成物が、前記ゴム成分１００質量部に対し、酸化亜鉛を４〜１２質量部含有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の給紙ローラの製造方法。