KR100247854B1 - 불소수지 성형체 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

탄소 재료를 0.1 ~ 30 중량 % 함유하는 불소 수지 조성물로 이루어지는 성형체의 표면이 불소화되어서 이루어지는 불소 수지 성형체. 성형체는 탄소 재료를 0.1 ~ 30 중량 % 함유하는 불소 수지 조성물을 성형시키고 성형체의 표면을 불소 화합물을 함유하는 반응성 기체로 불소화하여 제조된다. 본 발명의 성형체는 대전 방지능과 비점착성을 갖는다.

Description

[발명의 명칭]

불소 수지 성형체 및 그의 제조방법

[기술 분야]

본 발명은 대전 방지능 및 비점착성이 뛰어난 불소 수지 성형체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 금속 롤러의 외표면에 불소 수지 조성물의 시이트 또는 필름을 형성시켜 이루어지는 토너 오프셋 방지 성능이 높은 전자 사진 장치용 정착 롤러 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

[배경 기술]

데트라플루오로에틸렌의 단독 중합체 및 그의 공중합체 등의 불소 수지는 다른 수지류와 비교화여 매우 낮은 표면 에너지를 갖기 때문에, 탁월한 발수, 발유성, 비점착성, 이형성 등의 표면 물성을 갖는다. 더욱이 화학적으로 안정하기 때문에, 내약품성, 내식성, 내열성 등의 많은 뛰어난 성질을 가진 것으로 알려져 있으며, 광범위한 용도 전개가 실시되고 있다.

그런데, 이들 불소 수지는 전기적 절연체이기 때문에 대전되기 쉽다는 문제점을 갖고 있다.

예컨대, 컴퓨터 기기나 각종 OA 기기류에 있어서는, IC, LSI 등의 전자 부품이나, 자기 기록 장치는 정전기나, 그것에 수반하는 불꽃을 꺼리기 때문에, 이들의 주변 기기나 사무 기기에 사용하는 부품 (예를 들면 각종 롤러의 베어링 부품, 반송 장치 등) 은 충분한 대전 방지능이 요구된다.

또한, 반도체 제조공정에서 사용되는 약액 모이게, 지그 (jig) 등에 있어서는 충분한 대전 방지능이 없으면, 정전기에 수반하는 소자가 파괴될 뿐만 아니라, 깨끗한 환경을 유지하는데 방해가 된다.

또한, 전자 사진 장치의 열 롤러 정착 장치에 있어서 정착 롤러 표면의 오프셋 방지층으로서도 불소 수지 필름이 사용되고 있다. 이 경우, 불소 수지만으로는 가열에 의해 용융시킨 토너에 대한 비점착성, 이형성 (이하, 핫 오프셋 방지 효과) 은 충분하나, 정착 롤러와 지엽과의 마찰에 의해 불소 수지로 이루어지는 오프셋 방지층이 서서히 대전하고, 그 결과 정착 전의 토너가 정전기적으로 흡착 또는 반발하기 때문에 복사화상에 번짐, 누락 등이 생겨, 정전 오프셋이라고 불리는 현상이 문제로 된다.

또한, 에너지 절감, 상승 시간의 단축기의 입장에서 가급적 저온에서 정착을 실시하는 것이 요망된다. 이 때문에, 열전도성이 뛰어난 정착 롤러가 요구되고 있다. 따라서, 오프셋 방치층은 가급적 얇고 또한 내마모성이 상기한 모든 성질과 함께 요구된다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 불소 수지에 여러 가지의 전도성 충전제를 배합한 조성물이 제안되고 있다.

예를 들면 일본국 특공평 3-38302 호 공보에 있어서는 전도성 탄소 블랙을 전도성 충전제로서 첨가한 불소 수지 조성물이 개시되어 있다. 불소 수지에 전도성 탄소 블랙을 첨가하면, 그의 조성물은 전도성을 갖게되고, 뛰어난 대전 방지능을 달성할 수 있다. 그러나, 전도성 탄소 블랙은 불소 수지 보다 큰 표면 에너지를 갖기 때문에, 불소 수지 보다 발수·발유성, 비점착성, 이형성 등의 성질에 있어서, 떨어지고 있다. 따라서 불소 수지와 전도성 탄소 블랙의 조성물은 불소 수지 단체의 경우 보다도 발수·발유성, 비점착성, 이형성 등의 성질이 떨어진다는 문제점이 발생하여 한정된 용도에만 사용되고 있는 실정이다.

마찬가지로 정착 롤러의 오프셋 방지층으로서도 여러 가지의 전도성 충전제를 첨가하는 시도가 실시되고 있다.

예를 들면, 특공소 58-23626 호 공보에 있어서는 탄소 블랙 등을 함유한 수지층을 오프셋 방지층으로서 사용하는 것을 제안하고 있다. 그러나 탄소 블랙을 다량으로 첨가할수록 조성물의 체적 고유 저항을 낮출 수 있고, 정전 오프셋 방지효과는 향상되나, 반대로 핫 오프셋 방지 효과는 저하되어 간다. 이 딜레마 때문에 정착 롤러의 표면에 실리콘 오일 등을 도포하는 습식법에 의존하지 않을 수 없는 것이 현재의 실정이다.

또한, 특공평 2-59468 호 공보는 불소 수지에 전도성 충전제로서 탄소 섬유를 첨가하는 동시에 핫 오프셋 방지 효과를 보충하기 위하여 불화 탄소를 첨가하는 것을 제안하고 있다. 이 경우, 핫 오프셋과 정전 오프셋의 양 오프셋을 방지할 수 있으나, 2 성분의 충전제를 포함하는 오프셋 방지층을 균일하게 형성시키는 것이 곤란하다. 오프셋 방지층의 표면이 불균일하게 되면 장기에 걸쳐서 오프셋 방지 효과를 유지할 수 없다.

이상과 같이 대전 방지능과 비점착성의 양쪽을 동시에 만족시키고, 또한 균일한 표면을 가진 불소 수지 성형체는 얻기 어려운 것이 실정이다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 적당한 전도성을 가지며, 또한 충분히 낮은 표면 에너지를 가짐으로써 뛰어난 대전 방지능과 비점착성을 아울러 가진 불소 수지 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 대전 방지능과 비점착성을 아울러 가진 불소 수지 성형체의 신규한 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 오프셋 방지능력이 높은 전자 사진 장치용 정착 롤러 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[발명의 개시]

본 발명은 탄소재료를 0.1 ~ 30 중량 % 함유하는 불소 수지 조성물로 이루어지는 성형체의 표면이 불소화되어서 이루어지는 불소 수지 성형체에 관한 것이다.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

본 발명에 있어서 불소 수지는 매트릭스로서 사용된다. 이 불소 수지로서는 구체적으로는 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로메틸렌 및 이것과 공중합 가능한 적어도 1 종의 다른 에틸렌성 불포화 단량체 (예컨대, 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀류, 헥사플루오로프로필렌, 비닐리덴 플루오라이드, 클로로트리플루오로에틸렌, 비닐플루오라이드 등의 할로겐화 올레핀류, 퍼플루오로알킬 비닐에테르류 등) 와의 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드 등을 들 수 있다. 이 중에서, 특히 바람직한 불소 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌, 퍼플루오로메틸비닐에테르 및 퍼플루오로프로필비닐에테르의 적어도 1 종 (통상 테트라플루오로에틸렌에 대하여 40 몰 % 이하 포함된다) 과의 공중합체 등을 들 수 있다. 또한, 상기 불소 수지를 단독으로 사용하는 것도 가능하나, 2 종 이상을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 이중, 특히 바람직한 혼합체는 폴리테트라플루오로에틸렌과 테트라플루오로에틸렌 및 퍼플루오로알킬비닐에테르의 공중합체와의 혼합체 등을 들 수가 있다.

본 발명에 있어서, 탄소 재료는 전도성 충전제로서 첨가된다. 이 탄소 재료로서는, 예컨대, 탄소 블랙, 흑연 분말, 탄소 섬유, 구상 유리 모양의 탄소, 메소탄소 마이크로비드 등을 들 수 있다. 이것들은 필요에 따라 1000 ~ 3000℃에서 열처리한 것도 사용할 수 있다. 이 중, 특히 바람직한 탄소 재료는 전도성 탄소 블랙으로서 분류되는 탄소 블랙이다. 예컨대 라이온 아크조사 (제) 의 케첸 블랙 EC (상품명),케첸 블랙 EC-600 JD(상품명), 캐브락사 (제) 의 발칸 XC-72 (상품명), 블랙 펄즈 2000 (상품명), 아사히 탄소사 (제) 의 HS-500 (상품명), 뎅끼가가꾸고오교사 (제) 의 덴카 블랙 (상품명) 등을 들 수 있다.

탄소 재료의 불소 수지에 대한 첨가량은 0.1 ~ 30 중량 % 가 적당하며, 0.1 중량 % 미만의 경우는 충분한 전도성을 부여할 수가 없고, 30 중량 %를 초과하면 내마모성이 열화되거나, 기계적 강도가 저하하기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서, 불소 수지 성형체는, 탄소 재료를 0.1 ~ 30 중량 % 함유하는 불소 수지 조성물의 성형체를 얻은 후, 그의 표면을 불소 원자를 함유하는 화합물로 이루어지는 반응가스로 불소화 처리함으로써 제조된다. 성형체는 봉상, 블록상, 판상, 용기상, 원통상, 시이트상, 필름상 등의 것으로서 성형된다.

불소 수지와 탄소 재료를 혼합하여 목적하는 형상의 성형체를 얻는 방법은 특별히 한정되지 않고, 재료에 따라 적절한 임의의 방법을 사용할 수 있다.

예컨대, 용기상이나 원통상의 성형체를 얻는 방법으로서는 불소 수지와 탄소재료를 분체인 채로 교반·혼합한 후, 이 혼합 분체를 프레스 성형하여 열처리하는 방법, 마찬가지로 혼합 분체를 용융시켜서 사출 성형하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 시이트나 필름을 얻는 방법으로서는 불소 수지와 탄소 재료를 계면 활성제 등을 적당히 배합한 수용액중에 분산시키고, 이것을 적당한 기재 상에 습식 도포시킨 후, 건조, 열처리하는 방법, 불소 수지와 탄소 재료의 미립자 복합 재료를 형성하고, 분체 도장을 하고, 열처리하여 막을 형성하는 방법 등을 들 수가 있다. 또한, 어느 성형방법의 경우에도 성형 후 필요에 따라 세정, 연마 등의 공정을 추가할 수 있다.

본 발명에 있어서의 불소 원자를 함유하는 화합물로 이루어지는 반응가스에 의한 불소화 처리에 사용하는 불소원자를 함유하는 화합물로 이루어지는 반응가스 (이하, 불소를 함유하는 반응가스라고 한다) 는 예컨대 불소가스, 삼불화 질소가스, 삼불화 염소가스, 사불화 황가스를 사용할 수 있고, 필요에 따라 질소가스 등의 불활성 가스로 희석할 수가 있다. 또한, 이것들의 가스를 혼합하여 사용할 수도 있고, 필요에 따라 산소가스, 수증기, 불화 수소 가스를 첨가하는 것도 가능하다.

불소화 처리의 온도는 사용하는 반응가스, 불소 수지의 종류, 탄소 재료의 종류, 성형체 혹은 필름의 형상, 두께, 조성에도 의존하나, 50 ~ 350 ℃, 특히 100 ~ 250 ℃ 의 범위가 적당하다. 또한, 처리 시간은 1 분 ~ 5 시간, 특히 30 분 ~ 2 시간이 적당하다. 50 ℃ 이하의 경우는 불소를 함유하는 반응가스에 의한 불소화 처리에 의한 C-F 결합 생성 반응이 실질적으로 진행하지 않고, 유효한 처리가 실시 불가능하다. 350 ℃ 이상에서는 불소 수지가 변형되거나, 열분해를 일으키기 때문에, 또한, 불소화가 과량으로 되거나, 성형체의 저항이 크게되는 경향이 있으므로 불합리하다.

불소화 처리의 정도는 표면 불소화도에 의해 판단한다.

본 발명에 있어서 표면 불소화도는 다음과 같이 해서 측정하여 얻어진 값으로 정의되는 것으로 한다.

Ⅹ 선 광전자 분광장치 (주식회사 시바쓰세아사꾸쇼제 : ES CA-750)를 사용하여 불소수지 성형체의 F_IS스펙트럼 (880 ~ 700 eV) 과 C_IS스펙트럼 (280 ~ 300 eV)을 측정한다. 각 스펙트럼에 대응하는 차아트의 면적의 비에 의해서 불소 수지 성형체 표면의 불소 원자수와 탄소 원자수와의 비 F/C 를 구한다. 이 값이 표면 불소화도이다. 표면 불소화도의 값은 사용하는 불소 수지의 종류에도 달렸으나, 1.0 ~ 3.0,특히 2.0 ~ 3.0 정도가 적당하다.

본 발명의 불소 수지 성형체는 표면이 불소화 처리되어 있으므로, 표면 윤활성이 풍부하고 내마모성이 뛰어나다.

또한, 본 발명에서 상기와 같은 불소를 함유하는 반응가스에 의한 불소화 처리에 앞서서, 성형체의 적어도 표면을 예비 산화 처리할 수 있다.

본 발명에 있어서의 예비 산화는, 기상 (氣相) 산화법, 액상 산화법, 전해 산화법의 어느 것을 사용하여도 좋다.

기상 산화법의 경우는 예컨대, 산소가스, 오존, 질소 산화물, 수증기 등의 가스를 바람직하게는 100 ~ 350 ℃ 의 범위의 한도로 성형체 또는 필름의 표면에 접촉시킴으로써 실시할 수 있다. 가스의 종류, 농도, 불소계 수지의 종류, 탄소 재료의 종류, 성형체 혹은 필름의 형상, 두께, 조성 등에도 달렸으나, 반응 온도는 100 ~ 350 ℃ 의 범위가 적당하다. 100 ℃ 미만의 경우는 충분한 예비 산화의 효과를 얻을 수 없고, 350 ℃ 를 초과하면 불소 수지를 변형하거나 열분해를 일으키기 때문에 불합리하다.

액상 산화법의 경우는, 예컨대 질산, 과망간산염 / 황산, 크롬산염, 차아 염소산염등의 약액에 성형체 또는 필름을 침투시킴으로써 실시할 수 있다.

상기 액상 산화법에 있어서, 예컨대 진한 질산을 사용하는 경우, 0.5 ~ 6 시간 끓임으로써 실시가능하다.

전해 산화법의 경우는 예컨대 1 규정의 황산 수용액으로 처리를 실시하는 성형체 또는 필름을 양극으로 하고, 1 ~ 50 볼트의 직류 전압을 걸어서 실시할 수 있다.

상기 중에서, 기상 산화법은 후에 실시하는 불소화 처리와 동일한 반응기내에서 실시 가능하며 공정이 간단하게 되고, 또한 효과가 현저하기 때문에 특히 바람직하다.

상기한 불소화 처리의 조건을 최적화함으로써 불소 수지와 탄소 재료의 성형체의 표층만이 불소화되고, 내부는 불소화되지 않은 상태로 멈추게 할 수 있다.

불소화된 표층부분에 있어서는, 탄소 재료는 그의 표면이 불화 탄소로 변화하기 때문에, 극히 뛰어난 저표면 에너지성을 발현하다. 그 때문에, 발수·발유성, 이형성, 비점착성은 불소수지만인 경우 보다는 오히려 향상한다. 또한, 윤활성, 내마모성이 향상한다. 또한, 일반적으로 불소 수지는 중합시에 사용하는 개시제, 연쇄 이동제에 의존한 말단기 구조를 갖고 있는 것으로 알려져 있다. 예컨대 -COOH 말단기나 -CONH₂말단기 등의 말단기를 갖는 일이 많으나, 이것들은 극성기이며, 불소 수지의 표면 에너지를 크게하는 원인으로 되고 있다.

특개평 3-25008 호 공보에서는 불소가스에 의한 처리에 의해 이들의 극성 말단기를 -CF₃기로 변화시킬 수 있는 것을 개시하고 있다.

본 발명에 있어서 불소화에 의해 표층부만이 이들의 극성 말단기가 -CF₃말단기로 변화하기 때문에, 상기 불화 탄소의 생성과 아울러 상승효과에 의해 표면 에너지가 저하되고, 탁월한 발수·발유성, 이형성, 비점착성을 가진 성형체를 수득할 수 있다.

한편, 불소화 처리에 의해서 전도성의 탄소재료가 절연성의 불화 탄소로 변화하기 때문에, 성형체의 전도성이 저하하는 것이 염려된다. 그러나 불소화 처리는 성형체의 극히 표면에만 그치기 때문에, 전체로서의 체적 고유 저항의 상승은 극히 약간에 멈춘다. 이 때문에, 전도성과 비점착성의 양쪽을 만족시킬 수 있는 성형체가 수득된다.

또한, 불소화 처리에 앞선 산화 처리를 실시하면, 보다 온화한 조건으로 불소화를 실시할 수 있고, 또한, 다음의 불소화가 균일하게 실시되도록 되고, 성형체의 변형이나 표면의 조잡하게 되는 것을 방지할 수 있다.

이 효과에 관해서는 상세한 것은 불명하나, 다음과 같은 이유에 의한 것이라고 추정된다. 즉, 탄소재료를 산화시킴으로써 생성하는 산화 흑연은 원래의 탄소재료 보다도 낮은 온도에서 불소화되고, 불화 흑연 (불화 탄소) 을 생성한다고 한다 (예컨대 제 15 회 불소화학 토론회 강연 요지집, p 16 ~ 17). 따라서 본 발명에 있어서도 산화 처리에 의해 탄소재료의 표면 혹은 전체가 산화 흑연과 유사한 구조를 취함으로써, 보다 온화한 조건에서 불소화될 수 있다.

혹은, 불소 전해에 있어서 탄소 전극 표면이 불화 탄소 피막에 의해서 피복됨으로써 생기는 현상인 양극 효과는, 무수 상태에서는 극히 생기기 어려우나 미량의 수분이 존재하면 용이하게 발생하는 것으로 알려져 있다 (예컨대 저널 오브 플루오라인 케미스트리-57 권, 83 ~ 91 면 (1992)). 이것은 미량의 수분 혹은 그것이 전해 산화되어서 생긴 원자상의 산소의 어느 하나가 불화 탄소 피막의 생성을 조장하는 것을 나타내고 있는 것이라고 생각된다. 따라서, 본 발명의 불소화 처리에 있어서도 수증기 처리 등의 산화 처리를 불소화 처리에 앞서서 실시함으로써 불화 탄소의 생성이 촉진되는 것이라고 생각된다.

불소 수지에 있어서도, 불소화 처리를 실시하기 전에 수증기 처리 등의 산화 처리를 실시함으로써, 보다 용이하게 극성 말단기를 -CF₃말단기로 변화 시킬 수가 있다. 즉 상술과 같이, 불소 수지의 중합체 말단은 여러 가지의 구조를 취하는 것으로 알려져 있으나 -COF 말단을 취하는 경우가 있다. -COF 말단은 단순히 불소가스에 의해서 불소화 처리를 실시함으로써 -CF₃말단으로 변화시키는 것은 어렵고, 보다 격렬한 반응조건하에서 장시간 처리를 할 필요가 있다. 그런데 -COF 말단은 수증기에 의한 처리로 용이하게 -COOH 말단으로 변화시킬 수 있다. -COOH 말단은 불소 가스에 의한 처리로 용이하게 -CF₃말단으로 변화시킬 수 있다.

이와 같이 불소 수지의 말단 불소화에 있어서도 산화 처리가 유효하게 되는 것이라고 생각된다.

이상과 같이, 불소화 처리에 앞서서 수증기 혹은 적당한 산화제에 의한 산화 처리를 실시함으로써 보다 온화한 조건으로 유효한 불소화 처리를 실시 할 수가 있다. 이것은 불소 수지와 탄소 재료 양쪽의 질의 개선에 관여하고, 상호 효과에 의해 전도성 및 비점착성 등이 뛰어난 불소 수지 성형체를 얻는데 있어 효과적이다.

본 발명의 불소 수지 성형체는 전자 사진 장치용 정착 롤러, 마찬가지로 전사 롤러, 급지 롤러, 반송 롤러 등의 롤러류, 또한, 그것들의 베어링 부분 등에 사용된다. 또한, 반도체 제조공정에 사용되는 약액 고이게, 배트, IC 등의 전자 부품 또는 웨이퍼의 운반, 보관용 케이스 외에, 발열체, 전자파 차폐 재료와 같은 여러 가지의 용도에 적용할 수 있다.

예컨대 금속제 롤러의 외면에 상기 불소 수지 필름을 형성시키면 극히 뛰어난 오프셋 방지 효과를 가진 전자 사진 장치용 정착 롤러로 된다.

즉, 본 발명은 탄소 재료를 0.1 ~ 30 중량 % 함유하는 불소 수지 조성물로 이루어지는 성형체의 표면이 불소화된 시이트 또는 필름이 금속제 롤러의 외표면에 설치되어 이루어지는 전자 사진 장치용 정착 롤러에 관한 것이다.

본 발명의 정착 롤러에 있어서의 금속제 롤러의 재질은 열전도성이 뛰어나고, 경량이며 치수 안정성이 풍부한 것이면 좋으나, 예컨대 알루미늄재, 스테인레스재를 들 수 있다.

본 발명의 정착 롤러에 있어서의 불소 수지는 상술과 동일하나, 특히 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로알킬비닐에테르의 공중합체 혹은 폴리테트라 플루오로에틸렌과 테트라플루오로에틸렌 및 퍼플루오로알킬비닐에테르의 공중 합체와의 혼합물이 적당하다.

본 발명의 정착 롤러에 있어서의 오프셋 방지층의 형성 방법은 탄소재료를 함유하는 불소 수지층을 오프셋 방지층으로서 사용하는 종래의 공지의 방법이 사용가능하나, 이중, 불소 수지와 탄소재료의 혼합 분산액을 금속제 롤러의 표면에 도포하고, 건조 후 소성하는 방법이 용이하므로 적당하다. 막을 형성한 후, 연마함으로써 표면 조도를 올릴 수 있다.

본 발명의 정착 롤러는 오프셋 방지층을 성막한 후, 상술한 방법으로 불소화 처리가 실시되는 것을 특징으로 한다. 불소화 처리에 앞서서, 상술과 같이 수증기 처리 혹은 산화 처리를 실시함으로써, 더욱 뛰어난 오프셋 방지능력이 발휘된다.

다음에, 본 발명을 실시예에 의거하여 설명하겠으나 본 발명은 이러한 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

피치계 탄소 섬유 (구레하가가꾸 제 M-107 T, 섬유 길이 : 700㎛, 아스펙트비 : 39) 20 중량부와 테프라플루오로에틸렌 / 퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체 (PFA) 분말 (다이낑고오교제, 네오프론 PFA, AP210) 80 중량부를 헨셀 믹서로 균일하게 혼합한 후, 이방향 이축 압출기를 사용하여 350 ~ 370℃에서 용융 혼련하여 성형용 펠릿을 수득하였다.

수득된 펠릿을 사출 성형기 (실린더 온도 : 350 ~ 380℃, 금형 온도 : 180℃) 에 공급하고, 원판상 ( 직경 12 ㎝, 두께 0.5 ㎝) 의 시험편을 사출 성형하였다.

수득된 시험편을 모네르제 반응기 (내용적 1.5 ℓ) 내에 봉입하고, 진공펌프에 의해서 1 Pa 이하로 배기하였다. 반응기를 200 ℃ 에 있어서 1 ℓ/ 분으로 2 시간 유통시켜 불소화 처리를 하였다. 불소화 처리 종료 후, 즉시 고순도 질소 가스를 1 ℓ/ 분으로 유통시키면서 실온까지 냉각하여 시험편을 꺼냈다.

수득된 시험편은 물에 대한 접촉각과 체적고유 저항 (주식회사 어드반 테스트제 R 8340 A 디지털 초고 저항계와 동 R 12702 A 레지스티비티·체임버를 사용)을 측정하였다. 수득된 결과를 표 1 에 표시하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일하게 하여 피치계 탄소 섬유를 충전제로 하여 함유하는 PFA 수지를 원판상으로 성형한 시험편을 제작하였다.

이 시험편을 모네르제 반응기 (내용적 1.5 ℓ) 내에 봉입하고 고순도 질소 가스를 1 ℓ/ 분으로 유통시키면서 200 ℃ 로 승온시켰다.

다음에 반응기를 200 ℃ 로 유지한 채로 30 ℃에 있어서의 포화 수증기를 함유한 질소 가스를 1 ℓ/ 분으로 반응기에 유통시켜서 예비산화시켰다.

그런후, 20 % 질소 희석 불소 가스를 200 ℃ 에서 1 ℓ/ 분으로 1 시간 유통시켜서 불소화 처리를 하였다. 불소화 처리 종료후, 즉시 고순도 질소 가스를 1 ℓ/ 분으로 유통시키면서 실온까지 냉각시키고 시험편을 꺼냈다.

수득된 시험편은 실시예 1의 경우와 동일하게 평가하고, 그 결과를 표 1에 함께 표시하였다.

[비교예 1]

실시예 1에서 제작한 피치계 탄소 섬유를 충전제로서 함유하는 PFA 수지 시험편을 불소화 처리 등의 후처리를 실시하는 일없이 물에 대한 접촉각과 체적 고유 저항을 실시예 1의 경우와 동일하게 하여 평가하였다. 그 결과를 표 1에 함께 표시하였다.

[비교예 2]

실시예 1에 있어서 피치계 탄소 섬유 20 중량부 대신에 피치계 탄소 섬유 15 중량부와 불화 탄소 (다이킨고교 주식회사 제 CFGL) 5 중량부를 사용하여 불소화 처리를 실시하지 않는 것 이외는 완전히 동일하게 해서 시험편을 제작·평가하였다. 그 결과를 표 1에 함께 표시하였다.

[표 1]

[실시예 3]

PFA 수지액 (다이킨고교제 폴리프론디스퍼젼 AD-1CR) 의 고형분에 대하여 20 중량 % 에 상당하는 전도성 탄소 (라이오레아크조사제 케첸 블랙 EC) 을 첨가하여, 초음파 호모지나이저로 충분히 혼합, 분산시켰다.

알루미늄제 롤러 (외경 50 mm, 내경 44 mm, 길이 350 mm) 의 외면을 샌드 블래스트 처리에 의해 조면화 (組面化) 하고, 이 위에 상기 혼합 분산액을 에어 스프레이에 의해 균일하게 도포하였다. 이것을 380 ℃ 의 열풍 순환식 함온도내에서 1 시간 열처리 하였다.

다음에, 상기 알루미늄제 롤러를 모네르제 반응기 (내용적 10 ℓ) 의 내에 봉입하여 고순도 질소가스를 5 ℓ/ 분으로 1 시간 유통시킨 후, 반응기를 200 ℃ 까지 가열하였다. 온도 평형에 달하고 나서 20 % 질소 희석 불소가스를 200 ℃ 에 있어서, 2 ℓ/ 분으로 2 시간 유통시켜서 불소화 처리를 하였다.

불소화 처리가 종료된 후, 바로 고순도 질소 가스를 5 ℓ/ 분으로 유통시키면서 실온까지 냉각하여 알루미늄제 롤러를 꺼냈다.

이 롤러를 전자 복사기의 정착부에 세팅하고, 비오프셋 역성능, 통지 대전 성능, 및 내마모성능을 평가하였다.

비오프셋 역성능의 평가는 정착 롤러의 가열 온도를 10℃ 마다 변화시키고, 실제로 A4 사이즈의 지엽을 4 매 통지시키고, 문자의 빠짐, 번짐 등이 발생하는지 아닌지를 육안에 의해 평가하고, 전혀 오프셋이 발생하지 않은 온도역으로 표시하였다.

통지 대전 성능은, 상기 통지 시험시에 정착 롤러의 표면 전위를 진동 용량형 표면 전위계 (트렉·저팬 주식회사 제, 340HV) 에 의해 측정함으로써 평가하였다.

내마모성능은 A4 크기 용지 5 만매의 통지 시험후의 마모량 (두께 감소량 : ㎛) 을 측정함으로써 평가하였다.

[실시예 4]

실시예 3과 동일하게, 전도성 탄소를 함유하는 PFA 필름에 의해 피복된 알루미늄젤 롤러를 제작하였다.

이 롤러를 모네르제 반응기 (내용적 10 ℓ) 내에 봉입하고, 고순도 질소 가스를 5 ℓ/ 분으로 유통시키면서 200℃ 로 승온시켰다. 이 다음, 반응기를 200 ℃ 로 유지한 채로 30 ℃ 에 있어서의 포화 수증기를 함유한 질소 가스를 2 ℓ/ 분으로 반응기 내를 유통시켜서 예비 산화시켰다.

그 후, 20 % 질소 희석 불소 가스를 200℃ 에 있어서, 1 ℓ/ 분으로 1 시간 유통시켜서 불소화 처리를 실시하였다. 불소화 처리 종료 후, 바로 고순도 질소 가스를 2 ℓ/ 분으로 유통시키면서 실온까지 냉각시킨 롤러를 꺼냈다.

수득된 롤러는 실시예 3의 경우와 동일하게 평가하였다. 그 결과를 표 2에 함께 표시하였다.

[비교예 3]

실시예 3에서 제작한 전도성 탄소를 함유하는 PEA 필름에 의해 피복된 알루미늄제 롤러를 불소화 처리 등의 후처리를 하는 일이 없이 실시예 3과 동일한 평가에 제공하였다. 그 결과를 표 2에 표시하였다. 전도성 탄소를 함유하기 때문에 대전 전위는 가장 작으나 표면 에너지가 PFA 만인 경우에 비교하여 크게되어 있기 때문에 핫오프셋이 발생되기 쉽고, 비오프셋 역이 좁게 되어 있다.

[비교예 4]

실시예 3에서 전도성 탄소 대신에 피치계 탄소 섬유 (실시예 1에서 사용한 것과 같은 것) 와 불화 탄소 (비교예 3에서 사용한 것과 같은 것)을 PFA 수지액의 고형분에 대하여 각각 15 중량 % 5 중량 % 첨가하여, 불소화처리를 하지 않은 것 이외는 완전히 동일하게 하여 롤러를 제작하여 평가하였다. 수득한 결과를 표 2에 표시하였다.

[표 2]

본 발명의 불소 수지 성형체는, 그의 표면 에너지가 매우 낮고 또한 전도성을 가졌기 때문에 대전 방지능, 이형성, 비점착성이 뛰어나다.

본 발명의 제조방법은, 미리 목적하는 형상으로 성형후 기상법에 의한 처리를 하기 때문에 형상에 의한 제약이 적고 광범위로 응용 가능하다.

본 발명의 정착 롤러는 핫 오프셋과 정전 오프셋이 매우 생기기 어렵고, 불화 탄소가 혼입된 조성물을 성형한다고 하는 공정을 거치지 않으므로 오프셋 방지층을 얇고 균일하게 할 수 있고, 콜드 오프셋도 생기기 어렵다. 게다가 표면의 윤활성이 풍부하기 때문에 내마모성이 풍부하고, 수명이 길다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 불소 수지 성형체는 전자 사진 장치용 정착 롤러, 마찬가지로 전사 롤러, 급지 롤러, 반송 롤러 등의 롤러류, 또한, 그것들의 베어링 부분 등에 사용된다. 또한, 반도체 제조공정에 있어서 사용되는 약액 고이게, 배트, IC 등의 전자 부품 또는 웨이퍼의 운반, 보관용 케이스 외에, 발열체, 전자파 차폐재료와 같은 여러 가지의 용도에 적용할 수 있다.

Claims (7)

1. 0.1 ~ 30 중량 % 의 탄소 재료를 함유하는 불소 수지 조성물로 이루어진 성형체의 표면이 불소화된 불소 수지 성형체.
2. 제1항에 있어서, 불소 수지가, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌과, 이것과 공중합 가능한 적어도 1 종의 다른 에틸렌성 불포화 화합물 단량체와의 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1 종인 불소 수지 성형체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 봉상, 블록상, 판상, 용기상, 원통상, 시이트상 또는 필름상인 불소 수지 성형체.
4. 0.1 ~ 30 중량 % 의 탄소 재료를 함유하는 불소 수지 조성물의 성형체를 수득한 후, 그 표면을 불소원자를 함유하는 화합물로 이루어진 반응가스로 불소처리하는 것으로 이루어진 불소 수지 성형체의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 불소 수지가 폴리테트라 플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌과, 이것과 공중합 가능한 적어도 1 종의 다른 에틸렌성 불포화 화합물 단량체와의 공중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 및 폴리비닐리덴플루오라이드로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1 종인 불소 수지 성형체의 제조방법.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 성형체가 봉상, 블록상, 판상, 용기상, 원통상, 시이트상, 또는 필름상인 불소 수지 성형체의 제조방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 불소화 처리가 성형체의 표면을 예비 산화시킨 후, 불소 원자를 함유하는 화합물로 이루어진 반응 가스를 성형체에 접촉시키는 것을 포함하는 불소 수직 성형체의 제조 방법.