KR101366089B1 - 고무롤러, 그의 제조방법 및 상기 고무롤러를 구비한 화상형성 장치 - Google Patents

고무롤러, 그의 제조방법 및 상기 고무롤러를 구비한 화상형성 장치 Download PDF

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Abstract

고무롤러, 그의 제조방법 및 상기 고무롤러를 구비한 화상 형성 장치가 제공된다. 구체적으로는 화상품질의 저하 없이 함질소 화합물의 함량을 저하시킬 수 있는 고무롤러, 그의 제조방법 및 상기 고무롤러를 구비한 화상 형성 장치가 제공된다.
상기 고무롤러 조성물은 베이스 고무; 가황제; 가황 촉진제; 도전제; 및 산무수물, 제올라이트, 또는 이들의 혼합물;을 포함한다.

Description

고무롤러, 그의 제조방법 및 상기 고무롤러를 구비한 화상 형성 장치 {Rubber roller, process for preparing the same, and imaging apparatus using the rubber roller}
도 1은 통상적인 전자사진 화상형성장치의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 종래기술에 따른 고무롤러의 단면도 및 사시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예 2, 실시예 5 및 비교예 1에 따라 얻어진 고무롤러의 질량분석 스펙트럼을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1에서 얻어진 고무롤러에서 검출된 함질소화합물의 함량을 비교한 그래프이다.
<도면 부호에 대한 설명>
11: 감광체 12: 현상롤러
13: 토너 공급롤러 14: 토너
15: 토너층 규제 장치 16: 대전장치
17: 클리닝 블레이드 18: 레이저 스캐닝 유닛
19: 전사롤러 21: 폴리우레탄 폼재
22: 코어 바 31: 고무층
32: 샤프트
본 발명은 고무롤러, 그의 제조방법 및 상기 고무롤러를 구비한 화상 형성 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 화상품질의 저하 없이 함질소 화합물의 함량을 저하시킬 수 있는 고무롤러, 그의 제조방법 및 상기 고무롤러를 구비한 화상 형성 장치에 관한 것이다.
일반적인 전자사진 화상형성장치의 일예를 도 1에 나타내었으며, 그 대전방식은 우선, 대전장치(16)에 의해서 감광체(11)가 대전된 후, 레이져 스캐닝 유닛 (Laser Scanning Unit, LSU)(18)을 통한 상 노광에 의해서 감광체에 잠상이 형성된다. 토너(14)는 토너 공급롤러(13)에 의해서 현상롤러(12)에 공급된다. 현상롤러(12)에 공급된 토너는 토너층 규제장치(15)에 의해서 균일한 두께로 박층화가 되는 동시에, 고마찰 대전된다. 토너층 규제장치(15)를 통과한 토너는 감광체(11)에 형성된 정전 잠상에 현상되고, 현상된 토너는 전사롤러(18)에 의해서 용지에 전사되어 정착기(미도시)에 의해서 정착된다. 또한 감광체 상의 전사 후 잔류 토너는 클리닝 블레이드(17)에 의해서 제거된다.
상기와 같은 전자사진 화상형성장치 중 현상 롤러(12) 및 대전장치(16) 등에는 고무 롤러가 사용되고 있으며, 그 구조는 도 2에 나타낸 바와 같이 샤프트(32) 및 고무층(31)로 이루어진다. 이와 같은 고무 롤러의 경우 이온전도형과 전자전도형이 사용되고 있다. 상기 이온전도형 고무롤러는 히드린 고무와 같은 낮은 체적 저항을 갖는 고무를 선정하여 도전성 고무를 제조하는 방법으로 얻어지며, 고무 자체의 높은 저항으로 인해 저저항의 롤러를 제작하기에는 한계가 있으며, 그에 따라 도전성 고분자 물질 또는 이온 도전제와 같은 도전성 첨가제를 혼합하여 제조하게 된다. 상기 전자전도형 고무롤러는 카본 블랙이나 구리와 같은 금속분말 등을 사용하여 고무 롤러에 도전성을 부여하게 된다.
그러나 상기 이온전도형 고무 롤러는 도전성 고무가 고가이고, 이온 해리에 의해 도전성을 띄기 때문에 환경에 따라 저항의 변화가 심하다는 단점이 있다. 이에 반해 전자전도형 고무 롤러는 고가인 도전성 고무를 사용하지 않고, 온도, 습도등의 환경에 따라 저항의 변화가 거의 없다는 장점이 있다.
한편 NBR, ECO, SBR, EPDM 등의 황가교에 의해 제조하는 고무 롤러의 경우, 가황제, 촉진제, 기타 첨가제의 분해에 따른 부산물에 의해 다량의 VOC (Volatile Organic Compounds; 휘발성 유기 화합물)가 배출됨으로써 현상롤러와 접하고 있는 유기 감광체(OPC; Organic Photoconductive Drum)에 손상을 주어 화상 불량을 발생시킨다.
특히 상기와 같은 고무 롤러의 가교를 위해서 가황제로 황, 가황 촉진제로 티아졸계, 티우람계, 술폰아마이드계를 주로 사용하는 바, 고온, 고압의 가황 조건하에서 상기 가황 촉진제들의 분해에 의해 아민, 아마이드 계통의 함질소 화합물이 발생된다. 이 함질소 화합물의 경우 강한 자극성 냄새가 발생하며, 폴리 카보네이트 수지로 구성된 감광체(OPC) 코팅층을 파괴(크랙)시키는 원인이 된다. 또한 TVOC (Total Volatile Organic Compounds)함량이 증가되어 "Blue Angel" 문제도 발생한 다.
따라서 이와 같은 유해물의 발생이 적은 고무롤러의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 황 가교 시스템으로 제조되는 고무 롤러에 있어서 사용시 발생하는 유해물의 함량을 최소화시킬 수 있는 고무롤러 제조용 고무 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 고무 조성물을 사용하여 얻어지는 고무롤러를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 고무롤러를 구비하는 현상롤러를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 고무롤러를 구비하는 대전롤러를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 고무롤러를 구비하는 화상형성장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
베이스 고무;
가황제;
가황 촉진제;
도전제; 및
산무수물, 제올라이트, 또는 이들의 혼합물;을 포함하는 고무롤러 형성용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 조성물은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 상기 가황제 0.1 내지 10중량부; 가황촉진제 0.1 내지 10중량부; 도전제 1 내지 50중량부; 및 산무수물, 제올라이트 또는 이들의 혼합물 1 내지 30중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 산무수물의 함량은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 제올라이트의 함량은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부가 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 제올라이트의 평균 입경은 1 내지 50㎛인 것이 바람직하다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 조성물은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 노화 방지제 0.1 내지 5중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 조성물은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 충진제 5 내지 120중량부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 산무수물로서는 무수 초산, 무수 프탈산, 무수 말레산, 무수 프탈산 및 무수 숙신산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 베이스 고무는 아크릴로니트릴 고무, 에 피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 고분자 수지를 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 가황제로서는 유기과산화물, 유황, 폴리아민류, 티오우레아류 및 메르캅탄 트리아진류로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 가황 촉진제로서는 산화아연, 구아니딘계 가황촉진제, 티아졸계 가황촉진제, 술펜아미드계 가황촉진제, 티우람계 가황촉진제 및 알데히드 아민계로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 도전제로서는 전자 전도제, 이온 전도제 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 고무롤러 형성용 조성물로 이루어진 고무롤러를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 고무롤러 및 샤프트를 구비하는 현상 롤러를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 고무롤러 및 샤프트를 구비하는 대전 롤러를 제공한다.
상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
상기 현상 롤러 또는 대전 롤러를 하나 이상 구비하는 화상 형성장치를 제공한다.
이하에서는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서는 정전기적 기록 장치에 있어서, 황가교 시스템 고무 롤러 제조함에 있어서, 고무롤러 제조시 조성물에 산무수물 및/또는 제올라이트를 첨가함으로써 가황제, 촉진제, 기타 첨가제의 분해에 의해 발생되는 부산물(VOC)의 함량을 최소화시키게 된다.
본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물은 베이스 고무; 가황제; 가황 촉진제; 도전제; 및 산무수물, 제올라이트, 또는 이들의 혼합물;을 포함한다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물에 첨가되는 상기 산무수물은 고무롤러에서 배출되는 휘발성 유기화합물 중 함질소 화합물을 제거하는 역할을 수행한다.
상기 고무롤러에서 배출되는 함질소 화합물은 이미 기술한 바와 같이 고온 및 고압의 가황 조건하에서 가황 촉진제 등의 분해에 의해 발생하며, 주로 아민, 아미드 계통의 함질소 화합물이 있으며, 질소에 결합한 치환가능한 활성 수소를 하나 이상 가지는 함질소 화합물을 의미한다. 이와 같은 함질소 화합물로서는 예를 들어 에틸 아민, 프로필 아민 등의 알킬아민 또는 아릴아민, 에틸렌 디아민, 테트라메틸티오우레아, 벤조티아졸 등을 예로 들 수 있다. 상기 함질소 화합물은 강한 자극성 냄새를 발생하여 불쾌감을 야기하며, 화상 형성장치의 핵심요소인 유기 감광체의 코팅층을 파괴하는 원인으로 작용하게 된다.
상기 조성물에 첨가되는 산무수물은 상술한 바와 같은 함질소화 화합물과 아민의 첨가반응 등의 방법으로 반응하여 이들의 함량을 감소시켜 자극성 냄새를 최소화시키고, 유기 감광체의 손상을 억제하게 된다.
이와 같은 산무수물로서는 무수 초산, 무수 프탈산, 무수 말레산, 무수 프탈산 및 무수 숙신산 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니며 카르복실산의 축합에 의해 얻어지는 것이라면 어떠한 것이나 제한없이 사용할 수 있으며, 액상 또는 고상 등을 제한없이 사용할 수 있다. 상기 산무수물의 함량은 상기 조성물에 사용되는 베이스 고무 100중량부에 대하여 1 내지 30중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 10중량부의 함량으로 사용할 수 있다. 상기 산무수물의 함량이 1중량부 미만이면, 함질소 화합물을 포함하는 휘발성 유기 화합물의 제거 효과가 충분하지 않고, 30중량부를 초과하는 경우 과량의 산무수물로 인한 내이행성이 불량해지며, 고온고습 포장 시험시 불량화상이 발생할 우려가 높아 바람직하지 않다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물에 첨가되는 제올라이트 역시 산무수물과 마찬가지로 휘발성 유기 화합물을 제거하는 역할을 수행하여, 상기 휘발성 유기 화합물로 인한 불쾌감을 억제하고, 유기 감광체의 손상을 억제하게 된다.
이와 같은 제올라이트는 다공성 무기물로서 외관은 백색의 분말 형태를 갖는 것이 일반적으로 뛰어난 탈취성능을 가진 물질로서 알려져 있다. 이와 같은 제올라이트로서 본 발명에서는 평균 입경 1 내지 50㎛인 제올라이트를 사용하는 것이 바 람직하다. 상기 범위를 벗어나는 경우에는 휘발성 유기 화합물의 제거가 불충분해질 수 있고, 가격이 고가라서 경제성이 저하되므로 바람직하지 않다.
상기 제올라이트의 함량은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 1 내지 30중량부를 사용할 수 있으며, 5 내지 30중량부가 바람직하다. 상기 함량이 1중량부 미만이면 유기 화합물의 감소 효과가 불충분하고, 30중량부를 초과하면 고무롤러의 기계적 물성을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러를 구성하는 베이스 고무는 황가교 시스템이 가능한 고무는 모두 사용가능하며, 이들의 블렌드도 가능하다. 예를 들어 아크릴로니트릴 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 고분자 수지를 사용할 수 있다.
상기 베이스 고무 중, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무는 아크릴로니트릴과 부타디엔을 저온 유화 중합하여 만든 공중합체로서 내유성과 내약품성이 우수한 고무이다. 아크릴로니트릴 함량이 증가할수록 수지적 성질이 강하여 내마모성, 인장강도, 내약품성 등의 성질이 우수해지지만, 반발 탄성, 영구 압축 줄음률, 내한성, 신율 등은 떨어진다. 이들 중 본 발명에 적합한 아크릴로니트릴 함량은 10 내지 35몰%이하인 것이 좋으나 이들에 한정되는 것은 아니다. 상기 아크릴로니트릴 함량이 30몰% 이상인 경우, 환경의존성이 높아지며, 10몰% 이하인 경우 아크릴로니트릴 부타디엔 고무의 저항이 높아질 우려가 있다.
상기 베이스 고무중, 에피클로로히드린 고무는 에틸렌옥사이드, 아릴클리시딜에테르, 에피클로로히드린의 3원 공중합체, 또는 에틸렌옥사이드, 에피클로로히드린 2원 공중합체를 사용한다. 상기 에틸렌옥사이드의 공중합 비율은 36 몰%보다 작은 것은 대전롤러, 현상롤러 등의 도전성 롤러에 필요한 저항치를 얻기 곤란하므로, 에피클로로히드린 고무중 에틸렌옥사이드 공중합 비율이 38 내지 58몰%의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 에피클로로히드린 고무는 단독으로 사용가능하나, 다른 베이스 고무와 블렌딩되어 사용되는 것도 가능하며, 이 경우 다른 베이스 수지 100중량부에 대하여 상기 에피클로로히드린 고무를 약 5 내지 30중량부 정도 사용하는 것이 경도나 도전제의 분산성 및 압출성, 경제성 등에 바람직하다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물에 사용되는 도전제는 상기 고무롤러의 전도성을 증가시켜 이들의 저항값을 감소시키는 역할을 수행한다. 이와 같은 도전제로서는 전자 전도제 또는 이온 전도제 등을 사용할 수 있다.
상기 전자 전도제의 예로서는 도전성 카본블랙을 예로 들 수 있으며, 평균입경이 작고 표면적이 큰 구조를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로 평균 입경은 5 내지 300 ㎛인 카본 블랙을 사용하는 것이 좋다. 특히 디부틸 프탈레이트 흡수량이 50ml/100g 이하인 구조가 바람직하다. 이와 같은 카본 블랙의 예로서는 케첸블랙EC, 케첸블랙 300J, 케첸블랙 600J, 발칸 XC, 발칸 CSX, 덴카블랙 등의 아세틸렌블랙이나 컨덕티브 퍼네이스 블랙 등을 사용할 수 있다.
상기 이온 전도제는 특별히 한정하지는 않지만, 트리메틸옥타데실 암모늄 퍼클로레이트나 벤질 트리메틸 암모늄 클로라이드 등의 제4급 암모늄염이 바람직하 다.
이와 같은 전자 전도제 및 이온 전도제를 포함하는 도전제는 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 1 내지 50중량부,바람직하게는 1 내지 20중량부의 함량으로 사용할 수 있으며, 상기 함량이 1중량부 미만이면 원하는 고무 롤러의 저항값을 얻기가 곤란하며, 20중량부를 초과하는 경우 상기 고무 롤러의 경도가 상승하는 문제가 있어 바람직하지 않다.
상기 고무롤러 형성용 조성물에 사용되는 가황제는 상기 베이스 고무를 가교시키는 역할을 수행하며, 본 발명에 사용되는 가황제로서는 유기과산화물, 유황, 폴리아민류, 티오우레아류 및 메르캅탄 트리아진류로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 가황제에 대한 비제한적인 예로는, 디큐밀 퍼옥사이드, t-부틸 퍼옥시헥산, 벤조일 퍼옥사이드 또는 t-부틸 퍼옥시벤조에이트와 같은 유기과산화물; 유황; 티우람폴리술파이트류; 에틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 헥사메틸렌 테트라아민 또는 에틸렌 디아민 카바메이트와 같은 폴리아민류; 2-메르캅토 이미다졸린, 1,3-디에틸 티오우레아, 1,3-디부틸 티오우레아 또는 트리메틸 티오우레아와 같은 티오우레아류; 및 2,4,6-트리메르캅토-1,3,5-트리아진 또는 1-메톡시-3,5-디메르캅토토리아진과 같은 메르캅탄 트리아진류가 있다.
상기 가황제는 가황 온도와 시간을 고려하여 상기 베이스 고무 100 중량부에 대해서 0.1 내지 10 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 중량부를 사용할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물에 사용되는 가황 촉진제는 상기 가황 반응을 촉진시키는 역할을 수행하며, 산화아연, 구아니딘계 촉진제, 티아졸계 촉진제, 술펜아미드계 촉진제, 티우람계 촉진제, 알데히드 아민계 촉진제 등을 사용할 수 있다. 상기 구아니딘계 촉진제의 예로서는 디페닐 구아니딘, 지토릴구아니딘 등이 있으며, 상기 티아졸계 촉진제의 예로서는 2-메르캅토 벤조 티아졸, 디벤조치아질지술파이드 등이 있고, 상기 술펜 아미드계 촉진제로서는 1급 혹은 2급 아민의 2-벤조티아질술펜아미도로서 구체적인 예는 N-에틸-2-벤조티아질술펜아미도, N-t-부틸-2-벤조티아질술펜이미도 등이 있으며, 상기 티우람계 촉진제로서는 테트라 메틸 티우람 디설파이드, 테트라 메틸 티우람 디설파이드, 테트라 에틸 티우람 디설파이드 등이 있고, 상기 알데히드 아민계 촉진제로서는 아닐린, 브틸 아민 등이 있다.
이와 같은 가황 촉진제의 함량은 가황 시간을 고려하여 상기 베이스 고무 100중량부에 대해서 0.1 내지 10 중량부를 사용할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물은 충진제로서 탄산칼슘, 탄산마그네슘 등의 탄산염, 클레이 등을 더 포함할 수 있으며, 특히 탄산칼슘이 바람직하다. 특히 상기 탄산칼슘 중에서 고무와의 분산성을 좋게 하기 위해서 유기물로 표면 처리한 활성화 탄산칼슘이 바람직하다. 탄산칼슘 표면처리제로서는 지방산, 수지산, 계면활성제 등이 있다
상기 탄산칼슘은 평균 입경이 0.01 내지 50㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 입경이 0.01 ㎛ 미만이면 작업성이 저하되고, 50㎛를 초과하면 내마모 성이 저하되는 경향이 있어 바람직하지 않다.
상술한 바와 같은 충진제는 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 5 내지 120중량부, 바람직하게는 10 내지 100중량부를 사용할 수 있다. 상기 충진제의 함량이 5 중량부 미만이면 내마모성 효과가 적고, 120중량부를 초과하면 작업성이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물은 노화 방지제를 더 포함할 수 있으며, 이들은 상기 고무롤러의 노화를 방지하고, 오염 등을 억제하게 된다. 이와 같은 노화방지제로서는 아민계 노화방지제 및 페놀계 노화방지제로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 사용될 수 있으며, 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체(TMDQ)가 바람직하다.
상기 노화방지제는 노화 방지 효과 및 오염성 등을 고려하여 상기 베이스 고무 100 중량부에 대해서 0.1 내지 10 중량부 포함되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 따른 고무롤러 형성용 조성물은 가소제를 더 포함할 수 있으며, 이는 고무와 첨가제의 균일한 배합을 위해서 넣어주는 첨가제에 해당한다. 이와 같은 가소제로서는 프탈산계 가소제(DOP, DNP), 아디핀산계 가소제 (DOA, DINA), 말레산계 가소제(DOM) 등이 있으며, DOP가 바람직하다. 이와 같은 가소제의 첨가량은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 0.5 내지 5중량부가 바람직하며, 0.5중량부 이하일 경우에는 효과가 없고, 5중량부 이상일 경우에는 내이행성이 나빠지는 문제가 있다.
또한 상기 조성물에는 가공성을 보다 개선하기 위하여 스테아린산 등의 산을 첨가할 수 있으며, 그 함량은 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 0.1 내지 5중량부를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 고무롤러 형성용 조성물을 사용하여 고무롤러를 제조하는 것이 가능하며, 그 구체적인 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 예열된 베이스 고무를 오픈 롤러 (Kneader, Extruder, Banbury, Brabender 등 기계적 혼합 장치를 모두 포함)에서 예비 혼합을 한다. 이때, 연속 압출 또는 사출, 프레스 가공시 치수 안정성, 내마모성과 연마성을 위해 충진제를 첨가하고, 이어서 산무수물, 제올라이트 또는 이들의 혼합물; 도전제; 충진제; 가소제; 또는 노화방지제를 첨가한 후, 최종적으로 가황제, 가황촉진제 및 가황촉진조제 등을 첨가하여 상기 고분자 수지 혼합물에 균일하게 분산시킨다. 상온에서 일정시간 숙성시킨 다음, 단축 압출기로 저온에서 압출하고 가황실에서 150 내지 230℃의 고온 및 3 내지 5기압의 압력을 가하여 3차원 망상 구조의 가황 반응을 수행한다. 이어서, 제품의 외경 치수 및 표면 조도를 조절하고, 자외선 조사로 표면 마찰 계수를 낮추어 고무 롤러, 특히 반도전성 고무롤러를 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 제조된 고무롤러는 화상형성장치를 구성하는 다양한 롤러에 적용할 수 있으며, 특히 현상 롤러, 대전 롤러 등에 유용하게 사용할 수 있다. 이와 같은 현상 롤러 및 대전 롤러 등은 화상 형성장치에 사용할 수 있다.
상기 고무롤러를 구비한 본 발명에 따른 전자사진 형성장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 감광체(11), 현상롤러(12), 토너 공급롤러(13), 토너(14), 토너층 규제장치(15), 대전장치(16), 클리닝 블레이드(17), 레이저 스캐닝 유닛(18) 및 전사롤 러(19)를 구비하며, 상기 현상 롤러(12) 또는 대전장치는 본 발명에 따른 고무롤러(31)와 샤프트(32)로 이루어질 수 있다. 상기 본 발명에 따른 화상 형성장치의 대전방식은, 우선 대전장치(16)에 의해서 감광체(11)가 대전된 후, 레이져 스캐닝 유닛 (Laser Scanning Unit, LSU)(18)을 통한 상 노광에 의해서 감광체에 잠상이 형성된다. 토너(14)는 토너 공급롤러(13)에 의해서 현상롤러(12)에 공급된다. 현상롤러(12)에 공급된 토너는 토너층 규제장치(15)에 의해서 균일한 두께로 박층화가 되는 동시에, 고마찰 대전된다. 토너층 규제장치(15)를 통과한 토너는 감광체(11)에 형성된 정전 잠상에 현상되고, 현상된 토너는 전사롤러(19)에 의해서 용지에 전사되어 정착기(미도시)에 의해서 정착된다. 또한 감광체 상의 전사 후 잔류 토너는 클리닝 블레이드(17)에 의해서 제거된다.
본 발명에 따른 고무롤러를 구비하는 전자사진 화상형성장치는 레이저 프린터, 팩시밀리, 복사기 등과 같은 통상적인 전자사진 화상형성장치를 포함하며, 구체적으로는 레이저 빔 또는 LED 프린트 헤드 타입의 프린터, 팩시밀리, 복사기 및 복합기 등을 그 예로 들 수 있다.
이하에서는 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 6
하기 표 1에 나타낸 함량을 사용하여, 아크릴로니트릴의 함량이 25몰%인 아크릴로니트릴 부타디엔 고무를 예열된 밤바리(banbury) 믹서에서 일차적으로 용융 상태로 만들고, 다시 이를 꺼내어 오픈 롤러에 옮긴 후, 상기 용융 상태의 고무에 도전성 카본블랙, 황, 가황촉진제, 산화아연, 스테아린산, 노화방지제를 첨가하여 균일하게 분산시켰다. 상온에서 24시간 동안 숙성시킨 다음, 단축 또는 이축 압출기로 80 내지 90℃에서 튜브상으로 압출하고, 150℃의 온도에서 5kgf/cm2의 압력을 가하여 가황시켰다. 얻어진 가황 고무 튜브를 접착제로서 켐락을 사용하여 직경 6 파이, 길이 26cm의 서스 재질로 된 샤프트의 외주면에 가열 접착시켰다. 얻어진 반도전성 고무롤러의 외경 치수를 14 파이로, 표면 조도를 2 내지 3으로 조정하고, 자외선 조사로 표면 마찰계수를 0.1 내지 0.3으로 낮추어 완성품인 반도전성 고무롤러를 제조하였다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
아크릴로니트릴
부타디엔 고무		 100 100 100 100 100 100 100
도전성 카본블랙 7 7 7 7 7 7 7
가황제 (황) 1 1 1 1 1 1 1
가황촉진제 1 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
가황 촉진제 2 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
산무수물
(무수프탈산)		 0 1 7 15 0 0 0
제올라이트 0 0 0 0 2 10 40
산화아연 2 2 2 2 2 2 2
스테아린산 1 1 1 1 1 1 1
노화방지제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
탄산칼슘 10 10 10 10 10 10 10
도전성 카본블랙: 컨덕티브 퍼네이스 블랙
가황촉진제 1: 메르캅토벤조티아졸
가황 촉진제 2: 시클로헥실벤조티아졸-2-술펜아미드
노화방지제: 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체 (TMDQ)
비교예 1
상기 실시예 1에서 산무수물을 전혀 사용하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 고무롤러를 제조하였다.
<물성 시험>
상기 비교예 1 및 실시예 1 내지 6에서 얻어진 고무롤러에 대하여 NN저항값, 경도(shore A), 조도(Ra), 마찰계수 및 고온고습포장 실험을 수행하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
NN저항 4.0E+05 4.0E+05 6.0E+05 9.0E+05 3.0E+05 8.0E+05 3.0E+06
경도(shore A) 50 50 51 53 51 52 56
조도 (Ra) 2.5 2.3 2.2 2.3 2.4 2.2 2.1
마찰계수 0.24 0.22 0.23 0.21 0.21 0.21 0.21
고온고습포장 실험 O.K O.K O.K 양호 O.K O.K O.K
상기 표 2에서 저항은 전류계, 전압계, 지그를 이용하여, 측정롤러를 지그에 장착하고 1000KG의 부하를 부여한 후, -500V의 전압을 인가하여 전류를 측정함으로써 측정하였다. 경도는 쇼어 A타입을 사용하여 측정하였고, 조도는 마하장비를 이용하여 원주방향으로 중심선 평균조도 (Ra)를 구하였다. 마찰계수는 OHP필름에 70g의 추를 달아서 롤러 위에 놓고 70 mm/min 속도로 당겨서 측정하였다. 고온고습포장 실험은 50℃, 80% 습도의 챔버에서 5일 동안 방치후 방치 전후의 화상을 비교하여 측정하였다.
산무수물을 첨가한 실시예 1 내지 3의 경우, 비교예 1과 비교하여 저항, 경도, 조도 등에서 비슷한 물성을 가지며, 물성 저하는 없음을 알 수 있다.
제올라이트를 첨가한 실시예 4 내지 6의 경우, 비교예 1과 비교시 물성저하는 없으나, 그 함량이 20중량부 이상에서는 경도가 다소 상승하고, 저항이 다소 증가하였음을 알 수 있다.
<성분 분석 시험>
상기 비교예 1, 실시예 2 및 5에서 얻어진 고무 롤러에 대하여, GC Mass분석기기로 성분을 분석하였으며, 그 결과 디메틸아민(Dimethylamine), 사이클로카르보아마이드(Cyclohexylcarbodiamide), 테트라메틸티오우레아 (Tetramethylthiourea), 벤조티아졸 (Benzothiazole) 등의 함질소화합물이 다량 검출 되었다.
이와 같은 검출 결과를 도 3에 도시한 바, 실시예 2에서 산무수물 7중량부 첨가시 휘발성 유기 화합물의 검출량이 비교예 1보다 감소됨을 확인 할 수 있으며, 실시예 5의 제올라이트 첨가시에도 비교예 1과 비교하여 휘발성 유기 화합물의 검출량이 많이 줄어든 것을 확인 할 수 있다.
<휘발성 유기 화합물의 함량 측정>
GC-Mass(Gas Chromatography Mass ) System을 사용하여 휘발성 유기 화합물의 함량을 측정하여 그 결과를 도 4에 도시하였다. 상기 GC_Mass 측정 방법은 고무 롤러에서 발생하는 휘발성 유기화합물을 흡착제를 사용하여 포집한 뒤, 포집한 시료를 열탈착기에 넣어 고온으로 가열하여 GC-MSD에 주입하여 GC-MSD를 이용한 정량, 정성 분석하였다.
도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 산무수물 또는 제올라이트를 첨가한 실시예 1 내지 6의 경우, 비교예 1과 비교하여 함질소화합물의 함량이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
<화상 평가 시험>
본 발명에 따른 고무 롤러와 비교예 1에 따른 고무 롤러에 대하여 인쇄 매수에 따른 화상 농도 (블랙 농도), 2-바이-2 (블랙밴드, 화이트 밴드, 농도 단차 등), 컴프레션 세트 (C/S, compression set) 및 도트 재현성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 1/D 2 by 2 C/S 도트 재현성
실시예 1 ○ △ ○ ○
실시예 3 ○ △ ○ ○
실시예 6 ○ △ ○ ○
1/D: 농도계로 측정한 블랙의 농도
2 by 2: 블랙밴드, 화이트밴드, 농도단차 등
C/S: Compression set
도트 재현성: 1 도트 라인 재현성
- 평가기준
○: 우수 △: 양호 X: 불량
상기 표 3에서 2-바이-2 화상은 1200 dpi의 화상으로 블랙밴드, 화이트 밴드 등을 평가하는 화상을 의미하며, C/S는 고온고습 (HH환경)이나 저온저습 (LL환경)에서 8시간 이상 방치시의 고무의 복원력을 측정하는 방법으로서, 고무의 복원력이 나쁠 경우에는 화상에 가로 방향의 검은 줄이 관측된다.
상기 화상 시험 결과에 따르면, 산무수물이나 제올라이트를 첨가한 고무 롤러를 사용한 화상평가시에도 비교예 1과 동일한 화상 품질을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 고무롤러 조성물에 산무수물 및/또는 제올라이트를 첨가하여, 화상품질의 저하없이 유기감광체 코팅층(폴리카보네이드)의 크랙을 유발하거나, 자극성 냄새가 나는 함질소화합물을 최소화시키는 것이 가능하다. 상기 고무롤러 조성물을 사용하여 얻어지는 고무롤러는 현상 롤러, 대전 롤러 등에 유용하게 사용할 수 있으며, 이를 화상 형성장치에 사용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 베이스 고무;
    가황제;
    가황 촉진제;
    도전제; 및
    제올라이트 및 제올라이트와 산무수물의 혼합물 중에서 선택되는 휘발성 유기 화합물 제거 물질;을 포함하는 고무롤러 형성용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 상기 가황제 0.1 내지 10중량부; 가황촉진제 0.1 내지 10중량부; 도전제 1 내지 50중량부; 및 산무수물, 제올라이트 또는 이들의 혼합물 1 내지 30중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산무수물의 함량이 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 2 내지 10중량부인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트의 함량이 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 5 내지 30중량부인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제올라이트의 평균 입경이 1 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조성물이 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 노화 방지제 0.1 내지 5중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 조성물이 상기 베이스 고무 100중량부에 대하여 충진제 5 내지 120중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산무수물이 무수 초산, 무수 프탈산, 무수 말레산, 무수 프탈산 및 무수 숙신산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 고무가 아크릴로니트릴 고무, 에피클로로히드린 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무, 아크릴로니트릴 부타디엔 이소프렌 고무, 실리콘 고무, 에틸렌 프로필렌 고무, 에틸렌 프로필렌디엔 고무, 스티렌 부타디엔 고무 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가황제가 유기과산화물, 유황, 폴리아민류, 티오우레아류 및 메르캅탄 트리아진류로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가황 촉진제가 산화아연, 구아니딘계 가황촉진제, 티아졸계 가황촉진제, 술펜아미드계 가황촉진제, 티우람계 가황촉진제 및 알데히드 아민계로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도전제가 전자 전도제, 이온 전도제 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고무롤러 형성용 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 고무롤러 형성용 조성물로 이루어진 고무롤러.
  14. 제13항에 따른 고무롤러 및 샤프트를 구비하는 현상 롤러.
  15. 제13항에 따른 고무롤러 및 샤프트를 구비하는 대전 롤러.
  16. 제14항에 따른 현상롤러 또는 제15항에 따른 대전 롤러를 구비하는 화상 형성장치.
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