KR101199147B1

KR101199147B1 - 중간전사벨트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101199147B1
Application number: KR1020060009543A
Authority: KR
Inventors: 최성학; 김영민; 강충석
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2012-11-12
Also published as: KR20070079117A

Abstract

본 발명은 레이저프린터, 팩시밀리 및 복사기 등에 사용되는 중간전사벨트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 부피저항값의 변동계수(CV%)가 1~50인 중간전사벨트 및 그 제조방법을 제공함으로써, 도전성 필러가 균일하게 분산되어 반도전성, 대전방지특성 및 내오염성과 같은 물성이 우수하고, 균일한 인쇄성을 갖는 효과가 있는 발명이다.

중간전사벨트, 폴리이미드, 도전성 필러, 분산안정제

Description

중간전사벨트 및 그 제조방법{Intermediate transfer belt and preparation method thereof}

본 발명은 레이저프린터, 팩시밀리 및 복사기 등에 사용되는 중간전사벨트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 레이저프린트, 팩시밀리 및 복사기 등의 중간전사벨트로 사용되기 위해서는 발수성, 발유성, 내오염성, 내열성, 탄성율, 종이와의 이형성, 제전성, 내구성 및 대전방지 특성이 우수해야 한다. 특히 중간전사벨트의 토너(toner)를 전사시키는 기능을 위하여 적절한 부피저항값을 구비하는 특성이 요구되는데, 요구되는 부피저항 값보다 낮거나 높은 경우 이들의 대전방지특성, 전사성, 화상특성, 이형성 및 내오염성과 같은 물성이 저하되어 이로 인한 화상불량의 치명적인 결함이 발생될 수 있다.

종래 중간전사벨트로 주로 사용되는 폴리이미드 필름은 열안정성이 우수하고, 기계적, 전기적 특성이 우수한 장점들을 갖는 반면, 수분에 매우 민감하여 시 간이 경과함에 따라 전기절연성의 신뢰성이 감소하게 되며, 또한 높은 유리전이온도로 인하여 가공상 많은 제약이 따르고, 비교적 대전되기 쉬운 특성이 있다. 또한 부피저항값이 중간전사벨트로서 요구되는 저항값보다 높은 값을 갖고 있어 과도한 저항값으로 인하여 중간전사벨트로는 사용하기 어려운 점이 있다.

따라서 중간전사벨트로 사용 가능한 부피저항값을 갖는 폴리이미드 화합물을 제조하기 위하여 이들의 부피저항값을 조절해줄 수 있는 도전성 필러를 1종 이상 도입시킬 수 있다.

이 때, 도전성 필러의 도입 과정에서 폴리아믹산 용액 내에 도전성 필러가 균일하게 분산되지 않을 경우, 최종적으로 제조된 중간전사벨트의 물성이 균일하지 못하게 된다. 그러나 도전성 필러는 입자 직경이 미세한데다가 다공질이며, 비표면적이 크다는 성상 때문에 고농도화가 곤란하고 분산안정성이 부족하다는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 양호한 흡착성을 갖는 분산안정제 또는 계면활성제의 개발 또는 분산성을 높이기 위한 도전성 필러의 개질 등에 의하여 분산안정성을 개선하는 방법 등의 연구가 이루어지고 있다.

유럽공개특허 제1090081호에서는 페인트 및 안료 등의 분산에 사용되는 분산제로서 분지된 1차 알콜 알콕실레이트를 포함하는 조성물을 개시하고 있다. 그러나 이 역시 분산성이 좋지 않고 리올로지(Rheology) 조절이 어려운 문제가 있다.

미국등록특허 제6,402,825호에서는 자체 분산 또는 산화된 카본을 유기산할 로겐화물 매개체를 통해 입체 유도 화합물과 반응시킴으로써 표면 변형시켜, 정전 및 입체 안정성이 우수한 표면 변형된 카본 블랙에 대하여 개시하고 있다. 이는 수용액에 용해 가능하고, 잉크젯 프린트헤드 내에서 잘 응고되지 않는 성질을 나타낸다. 그러나 이는 폴리이미드와 같은 고점도의 용액에는 적용하기 어렵다.

따라서 본 발명은 도전성 필러가 균일하게 분산되어 각 부분의 부피저항값의 표준편차가 적어 물성이 균일한 폴리이미드계 중간전사벨트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 도전성 필러가 균일하게 분산된 폴리이미드계 중간전사벨트 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 부피저항값의 변동계수(CV%)가 1~50인 중간전사벨트를 제공한다.

상기 중간전사벨트는 디아민과 디안하이드라이드의 혼합물, 도전성 필러 및 분산안정제를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분산안정제는 티타네이트 화합물 또는 실리케이트계 계면결합제 중 선택된 1종 이상인 것임을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 도전성 필러와 분산안정제를 용매에 분산시키는 분산단계; 분산용액에 디아민과 디안하이드라이드를 투입하여 도전성 필러가 분산된 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; 및 제조된 폴리아믹산 용액을 몰드에 투입시켜 열처리하여 이미드화하는 단계를 포함하는 중간전사벨트의 제조방법을 제공한다.

상기 분산단계에서 분산방법은 특별히 한정되는 것은 아니나, 초음파 분산으로 수행하는 것이 바람직하며, 초음파 세기는 100 ~ 1000 W/kg 이고, 주파수는 20kHz이상인 것이 좋다.

상기 이미드화하는 단계에서의 열처리는 60~400℃에서 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 몰드는 외통과 내통의 이중구조로 구성된 원통형인 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 중간전사벨트는 부피저항값의 변동계수가 50 이하인 것인 바, 여기서 '변동계수(變動係數 : Coefficient of Variation, CV)'라 함은 변량이 분산되는 정도를 나타내는 것으로 표준편차를 평균치로 나눈 값을 말한다. 본 발명에서는 중간전사벨트를 절단하여 A4 사이즈로 자른 후, 임의의 10곳을 정하여 부피저항값을 측정하고, 이를 백분율로 표현하여 부피저항값의 변동계수(CV%)로 사용하였다.

본 발명자들은 중간전사벨트의 부피저항값의 변동계수가 50이하인 경우 중간전사벨트의 물성이 균일함을 알게 되었는데, 이는 부피저항값의 변동계수가 작으면 필러의 분산이 균일하며, 결과적으로 중간전사벨트의 물성이 균일해지게 되는 것이다.

상기의 부피저항값의 변동계수를 만족하기 위하여, 본 발명은 폴리아믹산 용액의 제조시 도전성 필러와 함께 분산안정제를 투입한다. 상기 분산안정제는 폴리아믹산 용액과 같이 고점도 용액에서도 도전성 필러에 대해서 우수한 분산 효과를 나타내어야 한다. 본 발명에서는 분산안정제는 사용되는 도전성 필러에 대하여 10~500중량% 사용함이 바람직하다.

상기 분산안정제로는 유무기 하이브리드계 계면활성제로써 네오알콕시티타네이트 및 모노알콕시티타네이트와 같은 티타네이트 화합물, 또는 3-글리실옥시프로필트리메톡시실란, 3-글리실옥시트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에 톡시실란, 3-메틸아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메틸아크릴옥시트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란 등의 실리케이트계 계면결합제 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용한다.

본 발명의 폴리이미드계 중간전사벨트의 제조에 사용되는 도전성 필러로는 케첸블랙(ketjen black), 아세틸렌블랙(acetylene black), 퍼니스블랙(furnace black) 중 선택된 1종 또는 그 이상을 전체 용질에 대하여 2~35중량% 사용함이 바람직하다. 여기에 추가적으로 금속필러를 더 포함할 수 있으며, 전체 용질에 대하여 0.1~5중량% 사용하는 것이 좋다.

특히, 케첸블랙은 대전방지특성과 반도전성을 나타낼 수 있는 카본블랙의 일종으로, 타 소재에 비하여 전도성이 우수하며, 적은 양의 투입에 대하여 우수한 전기적 특성을 발현하며, 불순물 함량이 매우 적어, 본 발명에 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 금속필러는 알루미늄, 니켈, 은 또는 운모에 안티몬이 도핑된(담지된) Dentall TM-200와 같은 물질을 사용할 수 있다.

상기 도전성 필러와 분산안정제를 분산시키는 용매로는 N,N-디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), N-메틸피롤리디온(NMP) 등의 비양자성 초극성 용매 중 선택하여 사용할 수 있다.

상기 도전성 필러와 분산안정제를 용매에 분산시키고, 여기에 디아민과 디안하이드라이드를 투입하여 도전성 필러가 함유된 폴리아믹산 용액을 제조한다. 상기 도전성 필러가 함유된 폴리아믹산 용액은 0~30℃에서 30분~12시간 반응시켜 제조한다.

도전성 필러와 분산안정제를 용매에 분산시키는데 있어서, 초음파 분산을 도입하는 경우 바람직한 부피저항값의 변동계수를 얻을 수 있다. 초음파 분산은 초음파 세기 100 ~ 1000 W/kg 인 것이 바람직하다.

상기 디아민 및 디안하이드라이드는 폴리이미드 수지 제조시 사용되는 것이라면 특별히 제한되지는 않는 바, 예컨대, 디아민으로는 옥시디아닐린(4,4′-Oxydianiline, ODA), p-페닐렌디아민(para-Phenylene Diamine, pPDA), m-메틸렌디아민(meta-Phenylene Diamine, mPDA), p-메틸렌디아민(para-Methylene Diamine, pMDA), m-메틸렌디아민(meta-Methylene Diamine, mMDA), 옥시페닐렌디아민(4,4′-Oxyphenylen Diamine, OPDA) 등을 사용할 수 있으며, 상기 디안하이드라이드로는 파이로멜리틱 디안하이드라이드(1,2,4,5-benzenetetracarboxylic dianhydride, PMDA), 벤조페논 디안하이드라이드(3,3′,4,4′-Benzophenonetetracarboxylic dianhydride, BTDA), 비페닐 디안하이드라이드(3,3′,4,4′-Biphenyltetracarboxylic Dianhydride, BPDA), 옥시디프탈릭 디안하이드라이드(4,4-Oxydiphthalic anhydride, ODPA) 등을 사용할 수 있다. 통상 디아민과 디안하 이드라이드는 동몰량으로 사용된다.

상기 제조된 폴리아믹산 용액을 몰드에 투입시켜 열처리하여 이미드화한다.

상기 몰드는 특별히 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 중간전사벨트가 이음매가 없도록 하기 위하여 원통형 몰드를 사용하며, 바람직하기로는 외통과 내통의 이중구조로 구성된 원통형의 테프론 몰드를 이용한다. 따라서 벨트의 두께조절을 외통과 내통의 지름간의 차이를 이용하여 할 수 있으며, 바람직한 벨트의 두께는 40~200㎛이다.

상기 열처리는 60~400℃에서 단계적으로 이루어지는데, 우선 프리베이킹(pre-baking)을 60~80℃에서 5~100분간 실시하여 표면에 잔존하고 있는 용매 및 수분을 일차적으로 제거한다. 이후 분당 2~10℃의 승온속도를 유지시켜 350~400℃까지 최종적으로 후경화(post-curing)시킴으로써 표면에 존재하는 용매 및 수분을 완전히 제거하여 이미드화를 진행 및 완료시킴과 동시에 고상화된 필름의 전사벨트를 제조한다.

제조된 전사벨트는 원천적으로 중간 부피저항값인 10⁸~10¹²Ω㎝ 범위, 구체적으로는 10⁹~ 10¹¹Ω㎝의 부피저항값을 갖고, 따라서 대전방지성, 제전성 및 인쇄성 등이 향상된 반도전성 형태의 레이저 프린터, 팩시밀리 및 복사기용 중간전사벨트를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예로 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

기계적 교반기, 환류 냉각기 및 질소유입구가 장착된 4구 플라스크에 질소를 유입시켜주면서 네오알콕시티타네이트 4.3g, 케첸블랙 1.9g 및 Dentall TM-200 0.5g을 380g의 DMF에 넣어 상온에서 초음파 분산기(ULTRASONIC HOMOGENIZER, Sartorius사제)를 이용하여 400W의 세기로 분산시키면서, 여기에 PMDA 47g과 ODA 43g을 투입하여 계속 400W의 세기로 초음파 분산시켜 도전성 필러가 함유된 폴리아믹산 용액을 제조하였다.

상기 제조된 폴리아믹산 용액을 외통과 내통의 이중 구조로 구성된 원통형의 테프론 몰드에 투입한 후, 80℃에서 프리베이킹하여 벨트 표면에 잔존하는 용매 및 수분을 일차적으로 제거한 후, 내통을 외통으로부터 분리시켰다. 이후 분당 5℃의 승온속도를 유지시키면서 350℃까지 최종적으로 후경화(post-curing)시킴으로서 표면 및 내부에 잔존하는 용매 및 수분을 완전히 제거시켰다.

제조된 폴리디메틸실록산 변성 폴리이미드계 중간전사벨트는 두께가 65㎛였 다.

<실시예 2>

상기 실시예 1에서 분산안정제로써 3-글리실옥시트리에톡시실란을 투입한 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리이미드계 중간전사벨트를 제조하였다.

<실시예 3>

기계적 교반기, 환류 냉각기 및 질소유입구가 장착된 4구 플라스크에 질소를 유입시켜주면서 네오알콕시티타네이트 3.6g, 케첸블랙 1.6g 및 Dentall TM-200 0.4g을 320g의 DMF에 넣어 상온에서 초음파 분산기(ULTRASONIC HOMOGENIZER, Sartorius사 제품)를 이용하여 100W의 세기(실시예 1과 다른 세기)로 분산시키면서, 여기에 ODPA 46g과 ODA 30g을 투입하여 계속 100W 의 세기로 초음파 분산시켜 도전성 필러가 함유된 폴리아믹산 용액을 제조하였다. 그 이후의 과정은 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리이미드계 중간전사벨트를 제조하였다.

<실시예 4>

상기 실시예 3에서 초음파 분산기를 사용하지 않고, 즉 일반적인 기계적 교반기로 교반하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리이미드계 중간전사벨트를 제조하였다.

<비교예 1>

실시예 1에서 네오알콕시티타네이트를 투입하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리이미드계 중간전사벨트를 제조하였다.

<비교예 2>

실시예 4에서 네오알콕시티타네이트를 투입하지 않은 것을 제외하고 동일한 방법으로 폴리이미드계 중간전사벨트를 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예로 제조된 중간전사벨트를 하기의 방법으로 물성을 평가하였다.

(1) 부피저항

상기에서 제조한 중간전사벨트의 전기저항값의 측정은 Mitsubishi Chemical사제 저항측정기를 이용하여 연속적으로 전압을 시료에 가하여 측정하였다. 이때 시료에 가해진 전압은 10V, 100V, 250V, 500V 및 1000V로 전압에 변화를 주면서 측정하였다. 또한 부피저항을 측정하기 위하여 금속소재의 substrate위에 시료를 설치하고 매 시료당 10~30초의 간격으로 측정하였다.

(2) 부피저항값 변동계수(CV%)

상기에서 제조한 중간전사벨트를 절단하여 A4 사이즈로 자른 후, 임의의 10곳을 정하여 부피저항값을 측정하고, 이를 백분율로 표현하여 부피저항값의 변동계수(CV%)로 사용하였다.

(3) 인쇄성

실시예 및 비교예의 중간전사벨트를 휴렛팩커드사제의 Laser Jet 2420형 레이저빔 프린터에 세팅하고 사진데이터와 문자데이터를 인쇄하였다.

○ : 사진데이터 또는 문자데이터 모두 양호한 화상을 얻었다.

△ : 사진데이터에서 확대경으로 잘 보면 화상에 약간의 거친부분이 보였다.

문자데이터만 볼 때는 문제가 없었다.

× : 사진데이터 및 문자데이터 모두 거친부분이 보였다.

(4) 내오염성

휴렛팩커드사제의 Laser Jet 2420형 레이저빔 프린터의 카트리지에 세팅되어 있는 감광체에 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 중간전사벨트의 시편을 눌러붙인 상태에서 32.5℃, 상대습도 90%의 조건 하에서 1주간 보관하였다. 그 후 감광체에 서 각 슬라브 시트편을 제거하고 상기 감광체를 이용하여 상기 프린터에서 하프톤 인쇄를 하고, 인쇄물의 오염 유무를 육안으로 확인하여 다음과 같이 평가하였다.

○ : 인쇄물을 눈으로 보았을 때 오염이 없음.

△ : 가벼운 오염(5장 이내로 인쇄하여, 인쇄물을 눈으로 봐서 판별할 수 없을 정도의 사용상 문제가 없는 오염)

× : 심각한 오염(5장 이상 인쇄하여, 인쇄물을 눈으로 봐서 이상을 판별할 수 있는 오염)

	부피저항(Ω㎝)	CV%	인쇄성	내오염성
실시예 1	1.5 × 10⁸	11.4	○	○
실시예 2	3.5 × 10⁹	14.8	○	○
실시예 3	3.3 × 10⁹	29.2	○	○
실시예 4	8.4 × 10⁸	44.0	○	△
비교예 1	5.1 × 10¹²	130	×	×
비교예 2	1.0 × 10⁹	210	×	×

상기 물성 측정 결과, 부피저항값은 실시예 1~4, 비교예 1과 2 모두 중간전사벨트로 사용 가능한 10⁸~ 10¹²Ω㎝의 범위를 만족시켰다.

그러나, 변동계수의 경우 분산안정제를 사용한 실시예 1~4의 경우 50 이하의 값을 갖는 균일한 물성을 나타낸 반면, 분산안정제를 사용하지 않은 비교예 1 및 2 의 경우에는 100 이상의 높은 값을 나타내어 인쇄성 및 내오염성의 물성이 좋지 않은 것을 볼 수 있다. 이는 도전성 필러가 균일하게 분산되지 않아 결과적으로 중간전사벨트의 물성이 불균일하여 발생된 결과임을 알 수 있다.

초음파를 적용하지 않는 실시예 4와 비교예 2는 초음파를 적용한 실시예 3과 비교예 1에 비해 각각 변동계수가 큼을 알 수 있는데, 이로부터 분산안정제와 초음파를 동시에 사용할 경우 가장 분산효과가 큼을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 도전성 필러가 균일하게 분산되어 반도전성, 대전방지특성 및 내오염성과 같은 물성이 우수하고, 균일한 인쇄성을 갖는 효과가 있다.

Claims

디아민과 디안하이드라이드의 혼합물, 도전성 필러 및 분산안정제를 포함하되, 상기 분산안정제는 티타네이트 화합물 또는 실리케이트계 계면결합제 중 선택된 1종 이상이고,

상기 티타네이트계 화합물은 네오알콕시티타네이트 또는 모노알콕시티타네이트이고, 상기 실리케이트계 계면결합제는 3-글리실옥시프로필트리메톡시실란, 3-글리실옥시트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-메틸아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메틸아크릴옥시트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란 및 3-아미노프로필트리메톡시실란으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하며,

다음 식으로 나타나는 부피저항값의 변동계수(CV%)가 50 이하인 폴리이미드계 중간전사벨트,

변동계수(CV%) = 표준편차/평균 x 100

상기 식에서, 평균과 표준편차는 중간전사벨트의 시편 임의의 10곳에서 측정한 부피저항율로부터 구한 평균과 표준편차를 말한다.
삭제
삭제
도전성 필러와 티타네이트 화합물 또는 실리케이트계 계면결합제 중 선택된 1종 이상의 분산안정제를 용매에 분산시키는 분산단계;

분산용액에 디아민과 디안하이드라이드를 투입하여 도전성 필러가 분산된 폴리아믹산 용액을 제조하는 단계; 및

제조된 폴리아믹산 용액을 외통과 내통의 이중구조로 구성된 원통형 몰드에 투입시켜 열처리하여 이미드화하는 단계를 포함하는 폴리이미드계 중간전사벨트의 제조방법으로서,

상기 티타네이트계 화합물은 네오알콕시티타네이트 또는 모노알콕시티타네이트이고, 상기 실리케이트계 계면결합제는 3-글리실옥시프로필트리메톡시실란, 3-글리실옥시트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-메틸아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메틸아크릴옥시트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란 및 3-아미노프로필트리메톡시실란으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폴리이미드계 중간전사벨트의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 분산단계에서 분산은 초음파 분산으로 수행하며, 초음파 세기는 100~1000W/㎏인 것을 특징으로 하는 폴리이미드계 중간전사벨트의 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 이미드화하는 단계에서의 열처리는 60~400℃에서 수행하는 것을 특징으로 하는 폴리이미드계 중간전사벨트의 제조방법.
삭제