KR20080042757A - 발포 고무 롤러 - Google Patents

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요시히사 미즈모토
무츠키 스기모토
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스미토모 고무 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 외층으로서 형성된 발포 탄성층을 포함하는 발포 고무 롤러에 관한 것이다. 상기 발포 탄성층은 고무 성분(1) 100 질량부 및 충전제(2)로서의 메타크릴산아연(2a) 5 내지 60 질량부 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 5 내지 60 질량부를 함유하는 열경화성 엘라스토머 조성물로 구성된다. 상기 열경화성 엘라스토머 조성물은 화학 발포제 또는 화학 발포제와 화학 발포 보조제의 조합물로 발포된다.
발포 탄성층, 발포 고무 롤러

Description

발포 고무 롤러{FOAMED RUBBER ROLLER}
본 발명은 스폰지 발포 탄성층을 가진 발포 고무 롤러로서, 바람직하게는 복사기, 팩시밀리, 프린터 등과 같은 화상-형성 장치의 현상 기구의 토너-담지체의 표면에 현상제를 공급하기 위한 토너 공급 롤러로서 사용되는 발포 고무 롤러에 관한 것이다.
화상-형성 장치에 있어서, 화상을 균일하게 대전된 감광체 드럼에 노출시킴으로써 형성된 정전 잠상에 토너를 부착시키기 위한 현상 기구에 있어서 다양한 전도성 롤러가 사용된다.
현상 기구에서 사용되기 위한 전도성 롤러들 중 하나인 토너 공급 롤러는 토너 박스에 수용된 토너 입자들을 현상 롤러에 공급하는 역할을 한다. 상기 토너 공급 롤러는 그가 토너 입자들을 현상 롤러에 공급할 때 토너 공급 롤러와 현상 롤러 사이에 끼워진 토너 입자들을 파괴하지 않을 정도로 낮은 경도를 가질 필요가 있다. 또한, 토너 공급 롤러는 토너 공급 롤러가 1회의 전송으로 충분히 많은 양의 토너 입자들을 전송할 필요가 있기 때문에 비교적 큰 셀(cell)을 가질 필요가 있다. 상기 셀의 크기가 균일하지 않은 경우, 토너의 전송량에서의 격차가 있다. 그 로 인해, 불량 화상이 형성된다. 따라서, 셀의 크기는 균일할 필요가 있다. 추가로, 토너 공급 롤러는 마모 등으로 인해 변질되지 않으면서 장시간 동안 그의 초기 특성을 유지할 필요가 있다.
상기 토너 공급 롤러로서, 종래에는 내마모성이 뛰어난 우레탄 발포체로 구성된 롤러가 사용되고 있다.
그러나, 상기 우레탄 발포체는 고가이다. 또한, 상기 우레탄 발포체를 고품질 제품으로 형성하기 위해서 액상 중합체를 회분식(batch) 처리에서 열처리하여 경화시킬 필요가 있다. 따라서, 처리 방법을 고안하더라도 상기 롤러를 저비용으로 제조하는 것을 불가능하다.
또한, 우레탄 발포체가 경화되는 시간에 의해 셀의 크기에 있어서 격차가 있다. 결과적으로, 토너의 공급량에 있어서 격차가 있고, 이것은 불량 화상의 생성을 야기한다.
게다가, 이행 물질(transfer substance), 특히 우레탄의 전기 저항 값을 조정하는 데 사용되는 전도성-부여제가 번져서 현상 롤러를 통해 감광체를 오염시킬 가능성이 있다. 담체(carrier)를 함유하는 2-성분 토너의 사용에 있어서 문제점이 없는데, 이는 현상 롤러와 감광체가 서로 접촉하지 않기 때문이다. 그러나, 1-성분 토너가 사용되는 현상 기구에 있어서 현상 롤러와 감광체는 서로 접촉한다. 이 경우, 감광체가 오염될 가능성이 높다.
우레탄 발포체의 잠재적 문제점을 해결하기 위해, 오염되지 않는 토너 공급 롤러가 일본 특허 출원 공개 제2004-45656호(특허 문헌 1)에서 제안되고 개시되어 있다. 상기 토너 공급 롤러는 낮은 경도를 가지며 셀의 크기에서의 격차가 거의 없으며, 전도성-부여제를 사용하지 않고도 그의 전기 저항 값에서 조정될 수 있다.
특허 문헌 1에 기재된 발명에 있어서, 소정의 고무는 화학 발포제의 사용에 의해 7 내지 20배의 높은 발포 배율 및 300 내지 500㎛의 셀-직경 분포를 가진 스폰지로 형성되어 있다. 셀이 화학 발포제를 고무에 첨가함으로써 형성되기 때문에, 셀은 균일한 크기로 형성되어 있다. 추가로, 가황 고무가 사용되기 때문에, 재료비 및 제조 비용을 감소시킴으로써 토너 공급 롤러를 저렴한 비용으로 공급할 수 있다.
그러나, 토너 공급 롤러의 고무는 높은 발포 배율에서 형성된다. 따라서, 그의 내마모성에 있어서 개선의 여지가 있다.
특허 문헌 1
일본 특허 출원 공개 제2004-45656호
본 발명은 상기 문제점들을 고려하여 발명한 것이다. 그러므로, 본 발명의 목적은 내마모성이 높고 직경이 균일한 셀을 가진 발포 탄성층을 가지며 저비용 및 높은 생산성으로 제조될 수 있는 발포 고무 롤러를 제공하는 것이다.
상기 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 외층(outer layer)으로서 형성된 발포 탄성층을 포함하는 발포 고무 롤러를 제공한다. 발포 탄성층은 고무 성분(1) 100 질량부 및 충전제(2)로서의 메타크릴산아연(2a) 5 내지 60 질량부 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 5 내지 60 질량부를 함유하는 열경화성 엘라스토머 조성물로 구성되어 있다. 상기 열경화성 엘라스토머 조성물은 화학 발포제 또는 화학 발포제와 화학 발포 보조제의 조합물로 발포된다.
상기 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명자들은 예의 검토한 결과 하기 지견에 근거하여 본 발명을 완성하였다
보다 구체적으로, 충전제(2)로서의 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)을 특정 비율로 상기 고무 성분에 첨가함으로써 내마모성이 뛰어난 열경화성 엘라스토머 조성물을 수득할 수 있다. 추가로, 열경화성 엘라스토머 조성물의 고무 성분(1)으로서 우레탄 고무 이외의 고무를 사용함으로써 저비용으로 높은 생산성을 확보할 수 있고 또한 충전제(2a)에 의해 저해받지 않으면서 직경이 균일한 셀을 형성할 수 있다. 가교제로 가교됨으로써 고무 탄성을 나타내는 고무를 사용하는 것이 특히 유리하다.
본 발명에서 사용되는 열경화성 엘라스토머 조성물은 이하에서 상술된다.
열경화성 엘라스토머 조성물은 고무 성분(1) 100 질량부 및 충전제(2)로서의 메타크릴산아연(2a) 5 내지 60 질량부 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 5 내지 60 질량부를 함유한다.
메타크릴산아연이 함유된 상기 열경화성 엘라스토머 조성물을 사용함으로써, 공-가교제로서 작용하는 메타크릴산아연은 가교 시에 그래프트 중합 반응을 일으켜 미세한 구조를 형성한다. 생성된 열경화성 엘라스토머 조성물은 카본 블랙으로 보강된 종래의 열경화성 엘라스토머 조성물보다 우수한 기계적 성질 및 내마모성을 가진다.
메타크릴산아연을 고무 성분과 혼합하는 대신에 메타크릴산아연과 산화아연의 혼합물을 고무 성분과 혼합한 경우, 엘라스토머 조성물 중에서 형성된 메타크릴산아연은 공-가교제로서 작용할 수 있다. 메타크릴산과 산화아연의 혼합물을 고무 성분과 혼합함에 있어서, 메타크릴산과 산화아연의 혼합 비율을 2:1로 설정하는 것이 바람직하다. 그러나, 메타크릴산은 산화아연 전부와 반응하지 않는다. 따라서, 메타크릴산과 산화아연의 혼합 비율을 1 내지 2:1로 설정하는 것이 통상적이다.
메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 5 내지 60 질량부를 고무 성분 100 질량부와 혼합하는 이유는 다음과 같다: 5 질량부 미만의 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)을 100 질량부의 고무 성분과 혼합하면, 메타크릴산아연(2a)의 공-가교 효과(co-crosslinking effect)가 나타나지 않는다. 따라서, 생성된 열경화성 엘라스토머 조성물이 열등한 기계적 성질 및 과도한 마모를 가질 우려가 있다. 충분한 내마모 효과(sufficient wear resistance effect)가 얻어지지 않으면, 본 발명의 발포 고무 롤러가 토너 공급 롤러로서 사용되는 경우 불량 화상이 형성될 우려가 있다. 이에 반해, 60 질량부 초과의 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)을 100 질량부의 고무 성분과 혼합하면, 즉 과량의 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)을 100 질량부의 고무 성분과 혼합하면, 열경화성 엘라스토머 조성물의 성분들이 고무 혼련기에 의해 혼련될 수 없을 우려가 있다. 이 경우, 본 발명의 발포 고무 롤러가 토너 공급 롤러로서 사용될 때, 토너 공급 롤러의 경도가 너무 높아서 셀이 토너 등으로 급속히 막히게 된다. 따라서, 불량 화상이 형성될 우려가 있다.
5 내지 50 질량부의 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)을 100 질량부의 고무 성분과 혼합하는 것이 바람직하다.
통상적으로, 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)이 충전제(2)로서 고무 성분(1)에 첨가된다.
메타크릴산아연이 미리 분산되어 있는 고무 성분을 사용할 수 있다. 이 경우, 메타크릴산아연이 고무 성분(1)에 이미 함유되어 있기 때문에, 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)을 충전제(2)로서 고무 성분(1)에 다시 첨가할 필요가 없다.
메타크릴산아연이 분산되어 있는 베이스(base) 중합체로서, 하기 나열된 임 의의 고무 성분들이 사용될 수 있다. 그러나, 수소첨가된 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(이하, "HNBR"이라 함)를 사용하는 것이 보다 유리하다.
다시 말해, 본 발명의 열경화성 엘라스토머 조성물의 바람직한 예는 메타크릴산아연이 분산되어 있는 HNBR로 구성된 고무 성분(1a)을 함유한다.
메타크릴산아연이 분산되어 있는 HNBR로 구성된 고무와 조합하여 다른 고무를 사용하는 것이 바람직하다. 다른 고무로서, 하기 나열된 임의의 고무가 사용될 수 있다. 그러나, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(이하, "NBR"이라 함) 또는/및 HNBR을 사용하는 것이 바람직하다.
메타크릴산아연이 미리 분산되어 있는 고무 성분이 사용되는 경우, 상기 이유로, 메타크릴산아연의 혼합량이 전체 고무 성분 100 질량부에 대하여 5 내지 60 질량부, 유리하게는 5 내지 50 질량부가 되도록 고무 성분에 분산될 메타크릴산아연의 혼합량 및 메타크릴산아연이 분산되어 있는 HNBR로 구성된 고무와 다른 고무의 혼합 비율을 결정해야 한다.
91 내지 115 질량부의 메타크릴산아연이 분산되어 있는 100 질량부의 HNBR로 구성된 고무는 전체 고무 성분 100 질량부에 대하여 9.3 내지 126 질량부, 유리하게는 10 내지 120 질량부, 보다 유리하게는 10 내지 70 질량부, 가장 유리하게는 30 내지 60 질량부의 양으로 사용된다.
메타크릴산아연이 분산되어 있는 고무 성분을 수득하기 위해, 메타크릴산아연을 HNBR과 같은 고무 성분과 혼합하여 고무 성분 중에 메타크릴산아연을 미세하게 분산시킬 수 있다. 별법으로, 메타크릴산 및 산화아연을 HNBR과 같은 고무 성분 과 혼합하여 혼합에 의해 형성된 메타크릴산아연이 고무 성분 중에 미세하게 분산되게 할 수 있다. 또한, 메타크릴산아연이 HNBR과 같은 고무 성분과 혼합되어 고무 성분 중에 미세하게 분산되어 있는 시판 제품을 사용할 수 있다.
본 발명의 열경화성 엘라스토머 조성물은 고무 성분(1), 충전제(2)로서의 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a), 및 열경화성 엘라스토머 조성물이 스폰지가 되도록 열경화성 엘라스토머 조성물을 발포시키기 위한 화학 발포제 또는 화학 발포제와 화학 발포 보조제의 조합물을 본질적으로 함유한다.
본 명세서에서, 화학 발포제, 및 소망에 따라 고무 성분(1)에 첨가되는 화학 발포 보조제는 "발포용 첨가제(4)"로서 총칭된다.
본 발명의 열경화성 엘라스토머 조성물은 황, 유기 황-함유 화합물, 유기 과산화물, 내열성 가교제 및 수지 가교제로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 가교제(3)를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 열경화성 엘라스토머 조성물은 메타크릴산아연 및 메타크릴산과 산화아연의 혼합물 이외의 공-가교제, 가황 촉진제, 산화아연 이외의 가황-촉진 보조제, 전도재(conductive material), 수산제(acid-accepting agent), 노화방지제, 고무용 연화제, 보강제 및 다른 종류의 첨가제로 구성된 군(이들 충전제들은 충전제(2b)로서 총칭됨)으로부터 선택된 1종 이상의 충전제를 충전제(2)로서 함유한다.
충전제(2)의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 5 내지 80 질량부로 설정된다. 충전제(2)의 혼합량이 80 질량부를 초과하면, 열경화성 엘라스토머 조성물의 경도가 너무 높아서 본 발명의 발포 고무 롤러가 감광체와 같은 다른 부 재를 손상시킬 우려가 있다. 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 이외의 충전제(2b)의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 0.1 내지 30 질량부로 설정된다. 충전제(2b)의 혼합량이 0.1 질량부 미만이면, 충전제(2b)가 열경화성 엘라스토머 조성물에 보강 효과를 제공하기 어려울 뿐만 아니라 그의 기계적 성질 또한 개선시키기 어렵다. 이에 반해, 충전제(2b)의 혼합량이 30 질량부를 초과하면, 충전제(2b)는 과도한 보강 효과 때문에 열경화성 엘라스토머 조성물의 기계적 성질에서의 높은 탄성 기능을 열경화성 엘라스토머 조성물에 제공할 수 없다. 즉, 열경화성 엘라스토머 조성물이 높은 경도 및 낮은 인장 신장을 가진다.
하기 이유로 가황제의 혼합량을 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 0.1 내지 30 질량부로 설정하는 것이 바람직하다: 가교제(3)의 혼합량이 0.1 질량부 미만이면, 가황 밀도가 작아지게 되고 열경화성 엘라스토머 조성물에 원하는 성질이 부여되지 않을 우려가 있다. 이에 반해, 가황제(3)의 혼합량이 30 질량부를 초과하면, 과도한 가교 반응 때문에, 열경화성 엘라스토머 조성물의 경도가 너무 높아서 본 발명의 발포 고무 롤러가 감광체와 같은 다른 부재를 손상시킬 우려가 있다.
고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 2 내지 20 질량부의 발포용 첨가제(4)를 첨가하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 화학 발포제의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 유리하게는 3 내지 15 질량부, 보다 유리하게는 4 내지 10 질량부로 설정된다. 화학 발포 보조제의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 유리하게는 0.1 내지 5 질량부, 보다 유리하게는 1 내지 4 질량부로 설정된다.
화학 발포제와 화학 발포 보조제의 혼합량을 10:1 내지 2:1로 조정함으로써, 셀-직경 분포가 300 ㎛ 이상 내지 500 ㎛ 이하인 발포체가 용이하게 수득될 수 있다.
열경화성 엘라스토머 조성물로 구성된 본 발명의 발포 고무 롤러는 하기 성질을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 발포 고무 롤러의 전기 저항은 103 내지 1010 Ω인 것이 유리하다. 발포 고무 롤러의 전기 저항이 103 Ω 미만이면, 발포 고무 롤러는 높은 전도성을 가진다. 따라서, 토너를 대전시키는 것이 다소 어렵다. 고도로 대전된 토너는 장시간 사용될 때 그의 대전성이 저하된다. 그러므로, 발포 고무 롤러가 탑재된 화상-형성 장치 및 이것에 사용된 토너에 따라 발포 고무 롤러의 전기 저항을 선택할 필요가 있다. 이에 반해, 발포 고무 롤러의 전기 저항이 1010 Ω을 초과하면, 발포 고무 롤러로 구성된 토너 공급 롤러가 대전된다. 그로 인해, 토너를 토너 공급 롤러의 표면으로부터 용이하게 분리하고 안정하게 화상을 형성하기 어렵다.
본 발명의 발포 고무 롤러의 전기 저항이 105 내지 1010 Ω인 것이 보다 유리하다.
본 발명의 발포 고무 롤러의 전기 저항은 그의 열경화성 엘라스토머 조성물이 고무 성분(1)으로서 이온성-전도성 고무를 함유하거나/함유하고 충전제(2)로서 전도재를 함유하는 경우에 조정될 수 있다.
발포 고무 롤러가 동일한 내부 전기 저항을 가지고 제조된 모든 발포 고무 롤러가 동일한 전기 저항을 가지게 하기 위해, 고무 성분(1)이 이온성-전도성을 가지는 것이 바람직하다. 고무 성분(1)은 감광체와 같은 다른 부재가 오염되는 것이 방지될 수 있도록 번짐을 방지하는 이온성-전도성 고무를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발포 고무 롤러의 경도는 F 경도로 유리하게는 10 내지 90, 보다 유리하게는 30 내지 70으로 설정된다. F 경도는 저-경도 부재의 경도를 측정하기에 적합한 아스커(Asker) F-형 경도계를 이용하여 측정한다.
보다 구체적으로, 23℃의 온도 및 55%의 상대 습도에서 발포 고무 롤러의 경도를 측정하기 위해, 발포 고무 롤러의 중앙부에 수직으로 고정된 아스커 F-형 경도계를 이용하여 상기 롤러의 심금(shaft)의 양 단부에 500 g의 하중을 인가한다. 5초 후 아스커 F-형 경도계에 의해 표시된 값을 판독한다.
본 발명의 발포 고무 롤러의 발포 탄성층의 발포 배율은 7배 이상 내지 20배 이하로 설정되고 그의 셀-직경 분포는 100 ㎛ 이상 내지 700 ㎛ 이하로 설정되는 것이 유리하다.
발포 고무 롤러의 발포 배율이 7배 미만이면, 상기 발포 고무 롤러의 경도가 너무 높아서 닙(nip)이 작다. 그로 인해, 발포 고무 롤러가 토너를 현상 롤러에 공급하기 어려운 경우가 있다. 이에 반해, 발포 고무 롤러의 발포 배율이 20배를 초과하면, 상기 발포 고무 롤러의 경도가 너무 낮아서 셀이 너무 크다. 그로 인해, 과량의 토너가 현상 롤러에 공급되어 불량 화상의 생성을 초래할 수 있는 경우가 있다. 발포 배율은 보다 유리하게는 8 내지 15배이다.
본 발명의 발포 고무 롤러는 우수한 내마모성 및 높은 내구성을 가진다. 따라서, 셀 직경이 약 100 ㎛이더라도, 발포 고무 롤러가 높은 내마모성을 가지기 때문에 막힘이 거의 일어나지 않는다. 셀 직경이 약 700 ㎛ 만큼 크더라도, 셀의 외벽이 마모되고 붕괴되는 현상이 일어나지 않다. 따라서, 비교적 큰 셀 직경이 본 발명에서 허용된다. 셀-직경 분포를 300 ㎛ 이상 내지 500 ㎛ 이하로 설정하는 것이 보다 유리하다. 셀 직경이 300 ㎛ 미만이면, 소량의 토너가 현상 롤러에 공급된다. 셀 직경이 500 ㎛를 초과하면, 과도하게 많은 양의 토너가 현상 롤러에 공급된다. 두 경우에서, 불량 화상이 형성된다. 셀-직경 분포를 350 ㎛ 이상 내지 500 ㎛ 이하로 설정하는 것이 가장 유리하다.
열경화성 엘라스토머 조성물에 함유된 성분들 각각은 하기에 상술된다.
고무 성분(1)으로서, 공지된 고무의 사용이 본 발명의 목적에 반하지 않는 한 공지된 고무를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, NBR, 카르보닐 기가 도입되어 있는 NBR, HNBR, 천연 고무, 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 부틸 고무, 클로로프렌 고무, 아크릴 고무, 에피클로로히드린 공중합체 및 폴리에테르 공중합체를 사용할 수 있다.
고무 성분(1)으로서, 1종의 고무를 사용할 수 있거나 2종 이상의 고무를 서로 혼합하여 사용할 수 있다.
2종 이상의 고무를 서로 혼합하여 사용하는 경우, 고무 성분의 총 질량이 100 질량부라고 가정하면, 2종 이상의 고무들 중 한 고무("고무 A")의 혼합량을 90 내지 50 질량부, 유리하게는 90 내지 70 질량부로 설정하는 반면, 2종 이상의 고무들 중 다른 고무("고무 B")의 혼합량을 10 내지 50 질량부, 유리하게는 10 내지 30 질량부로 설정한다.
고무 A의 혼합량은 하기 이유로 50 질량부 이상 내지 90 질량부 이하로 설정된다: 고무 A의 혼합량이 50 질량부 미만이면, 고무 성분은 낮은 물리적 강도를 가진다. 이에 반해, 고무 A의 혼합량이 90 질량부를 초과하면, 고무 B의 성능이 발휘되지 않을 우려가 있다.
고무 B의 혼합량은 하기 이유로 10 질량부 이상 내지 50 질량부 이하로 설정된다: 고무 B의 혼합량이 10 질량부 미만이면, 고무 B의 성능이 발휘되지 않을 우려가 있다. 이에 반해, 고무 B의 혼합량이 50 질량부를 초과하면, 고무 성분은 고무 A에 기초한 낮은 물리적 강도를 가진다.
고무 성분(1)은 니트릴 기를 함유하는 공중합체 고무를 함유하는 것이 바람직하다.
니트릴 기를 함유하는 공중합체 고무는 α,β-에틸렌 불포화 니트릴 단량체를 다른 단량체와 공중합시킴에 의해 수득된다. α,β-에틸렌 불포화 니트릴 단량체로는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴 등을 열거할 수 있다. 아크릴로니트릴이 유리하다. α,β-에틸렌 불포화 니트릴 단량체 단위의 함량은 10 내지 60 질량%, 유리하게는 12 내지 55 질량%, 보다 유리하게는 15 내지 50 질량%로 설정된다.
α,β-에틸렌 불포화 니트릴 단량체와 공중합될 단량체로는 공액 디엔 단량체, 비공액 디엔 단량체 및 α-올레핀을 열거할 수 있다. 이들 단량체들 중, 공액 디엔 단량체가 바람직하다. 상기 단량체들은 방향족 비닐 단량체, 불소-함유 비닐 단량체, α,β-에틸렌 불포화 모노카르복실산, α,β-에틸렌 불포화 다가 카르복실산 및 이들의 무수물과 조합되어 사용될 수 있다.
공액 단량체로는 1,3-부타디엔, 이소프렌, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔 및 1,3-펜타디엔을 열거할 수 있다. 1,3-부타디엔이 바람직하다.
니트릴 기를 함유하는 공중합체 고무에는 니트릴 기를 함유하는 공중합체 고무의 탄소-탄소 불포화 결합을 공지된 방법을 이용하여 수소첨가함에 의해 수득된 수소첨가된 고무가 포함된다. 30% 이하, 특히 10% 이하의 잔존 이중 결합을 가진 수소첨가된 고무를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 니트릴 기를 함유하는 공중합체 고무에는 카르보닐 기를 니트릴 기가 함유된 공중합체 고무 내로 도입함에 의해 형성된 고무, 및 카르보닐 기를 그의 수소첨가된 고무 내로 도입함에 의해 형성된 고무가 포함된다.
니트릴 기를 함유하는 공중합체 고무의 예로는 NBR, 아크릴로니트릴-이소프렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔-아크릴레이트 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔-아크릴레이트-메타크릴레이트 고무, 이들 고무의 수소첨가된 고무, 및 카르보닐 기가 이들 고무 내로 도입됨에 의해 형성된 고무를 열거할 수 있다.
고무 성분(1)은 NBR 또는/및 HNBR을 함유하는 것이 바람직하다. 10% 이하의 잔존 이중 결합을 가진 HNBR을 사용하는 것이 가장 유리하다. NBR 및 HNBR은 높은 인장 강도, 인열 강도 및 내파괴성을 각각 가진다.
NBR, 또는 HNBR의 재료로서 사용되는 NBR로서, 결합된 아크릴로니트릴의 양이 25% 이하인 저-니트릴 NBR, 결합된 아크릴로니트릴의 양이 25% 내지 31%인 중-니트릴 NBR, 결합된 아크릴로니트릴의 양이 31% 내지 36%인 중고-니트릴 NBR, 결합된 아크릴로니트릴의 양이 36% 이상인 고-니트릴 NBR 중 임의의 것을 사용할 수 있다.
결합된 아크릴로니트릴의 양이 31% 내지 35%인 중고-니트릴 NBR, 및 결합된 아크릴로니트릴의 양이 36% 내지 50%인 고-니트릴 NBR을 사용하는 것이 보다 유리하다.
결합된 아크릴로니트릴의 양이 21% 내지 46%이며 무니(Mooney) 점도 ML1+4(100℃)가 20 내지 160인 HNBR을 사용하는 것이 보다 유리하다. HNBR의 결합된 아크릴로니트릴 양을 21% 내지 46%로 설정하는 이유는 다음과 같다: HNBR의 결합된 아크릴로니트릴 양이 21% 미만이면, 생성된 열경화성 엘라스토머 조성물의 기계적 성질이 열화된다. 이에 반해, HNBR의 결합된 아크릴로니트릴 양이 46%를 초과하면, 생성된 열경화성 엘라스토머 조성물의 유리 전이 온도 Tg가 높다. HNBR의 결합된 아크릴로니트릴 양은 유리하게는 21% 내지 44%, 보다 유리하게는 31% 내지 35%이다. HNBR의 무니 점도 ML1+4(100℃)가 20 미만이면, 생성된 열경화성 엘라스토머 조성물의 분자량 및 내마모성이 낮다. 이에 반해, 무니 점도 ML1+4(100℃)가 160을 초과하면, 생성된 열경화성 엘라스토머 조성물의 분자량 분포가 과도하다. 그로 인해, 혼련 및 성형 공정을 수행하기 어렵다. HNBR의 무니 점도 ML1+4(100℃) 는 40 내지 150인 것이 보다 유리하다. 무니 점도는 JIS K 6300에 따라 측정된다.
본 발명의 발포 고무 롤러의 전기 저항을 상기 소정의 범위로 조정하기 위해 본 발명의 발포 고무 롤러는 이온성-전도성 고무를 함유하는 것이 바람직하다.
이온성-전도성 고무에는 산화에틸렌을 함유하는 공중합체가 포함된다. 산화에틸렌을 함유하는 공중합체로는 폴리에테르 공중합체 및 에피클로로히드린 공중합체를 열거할 수 있다.
에피클로로히드린 공중합체로서, 에피클로로히드린 단독중합체, 에피클로로히드린-산화에틸렌 공중합체, 에피클로로히드린-산화프로필렌 공중합체, 에피클로로히드린-알릴 글리시딜 에테르 공중합체, 에피클로로히드린-산화에틸렌-알릴 글리시딜 에테르 공중합체, 에피클로로히드린-산화프로필렌-알릴 글리시딜 에테르 공중합체, 및 에피클로로히드린-산화에틸렌-산화프로필렌-알릴 글리시딜 에테르 공중합체를 사용할 수 있다.
에피클로로히드린 공중합체로는 산화에틸렌을 함유하는 공중합체가 바람직하다. 상기 공중합체는 산화에틸렌을 30 몰% 이상 내지 95 몰% 이하, 유리하게는 55 몰% 이상 내지 95 몰% 이하, 보다 유리하게는 60 몰% 이상 내지 80 몰% 이하로 함유한다. 산화에틸렌은 상기 공중합체의 고유 부피 저항 값을 감소시키는 작용을 한다. 산화에틸렌이 30 몰% 미만으로 상기 공중합체에 함유된 경우, 산화에틸렌은 상기 중합체의 고유 부피 저항 값을 낮은 정도로 감소시킨다. 이에 반해, 산화에틸렌이 95 몰% 초과로 상기 공중합체에 함유된 경우, 산화에틸렌이 결정화되어 상기 공중합체의 분자쇄의 절편 움직임의 발생이 저해된다. 그로 인해, 상기 공중합체의 고유 부피 저항 값이 증가되는 경향이 있고, 가황된 고무의 경도가 증가되며, 고무의 점도가 고무의 가황 전에 증가된다.
에피클로로히드린 공중합체로서, 에피클로로히드린(EP)-산화에틸렌(EO)-알릴 글리시딜 에테르(AGE) 공중합체를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 에피클로로히드린 공중합체 중의 EO, EP 및 AGE의 함량 비율로서, EO:EP:AGE를 유리하게는 30 내지 95 몰%:4.5 내지 65 몰%:0.5 내지 10 몰%, 보다 유리하게는 60 내지 80 몰%:15 내지 40 몰%:2 내지 6 몰%로 설정한다.
에피클로로히드린 공중합체로서, 에피클로로히드린(EP)-산화에틸렌(EO) 공중합체를 사용할 수도 있다. EO와 EP의 함량 비율로서, EO:EP를 유리하게는 30 내지 80 몰%:20 내지 70 몰%, 보다 유리하게는 50 내지 80 몰%:20 내지 50 몰%로 설정한다.
폴리에테르 공중합체로서, 산화에틸렌-산화프로필렌-알릴 글리시딜 에테르 공중합체, 산화에틸렌-알릴 글리시딜 에테르 공중합체, 산화프로필렌-알릴 글리시딜 에테르 공중합체, 산화에틸렌-산화프로필렌 공중합체 및 우레탄 고무를 사용할 수 있다.
상기 폴리에테르 공중합체는 산화에틸렌을 함유하는 것이 유리하다. 상기 폴리에테르 공중합체는 산화에틸렌을 50 내지 95 몰%로 함유하는 것이 보다 유리하다. 폴리에테르 공중합체가 산화에틸렌을 높은 백분율로 함유하는 경우, 많은 이온을 안정화하여 열경화성 엘라스토머 조성물의 전기 저항을 낮출 수 있다. 그러나, 폴리에테르 공중합체가 산화에틸렌을 매우 높은 백분율로 함유하는 경우, 산화에틸 렌이 결정화되어 상기 공중합체의 분자쇄의 절편 움직임의 발생이 저해된다. 따라서, 상기 공중합체의 고유 부피 저항 값이 증가될 가능성이 있다.
폴리에테르 공중합체는 산화에틸렌 이외에 알릴 글리시딜 에테르를 함유하는 것이 바람직하다. 알릴 글리시딜 에테르를 산화에틸렌과 공중합시킴으로써, 알릴 글리시딜 에테르 단위는 측쇄로서 자유 부피를 얻는다. 따라서, 산화에틸렌의 결정화가 억제된다. 그 결과, 발포 고무 롤러의 전기 저항이 종래 고무 롤러보다 낮아진다. 알릴 글리시딜 에테르를 산화에틸렌과 공중합시킴으로써, 탄소-대-탄소 이중 결합을 폴리에테르 공중합체 내로 도입한다. 따라서, 이를 다른 종류의 고무와 가교시킴으로써 번짐의 발생 및 감광체와 같은 다른 부재의 오염을 방지할 수 있다.
폴리에테르 공중합체는 1 내지 10 몰%의 알릴 글리시딜 에테르를 함유하는 것이 바람직하다. 폴리에테르 공중합체가 1 몰% 미만의 알릴 글리시딜 에테르를 함유하는 경우, 번짐 및 감광체와 같은 다른 부재의 오염이 일어나는 경향이 있다. 이에 반해, 폴리에테르 공중합체가 10 몰% 초과의 알릴 글리시딜 에테르를 함유하는 경우, 결정화를 더 높은 정도로 억제하는 효과를 얻는 것이 불가능하며, 가황 후 가교점의 수가 증가된다. 따라서, 발포 고무 롤러의 전기 저항 값을 낮추는 것이 불가능하다. 또한, 발포 고무 롤러의 인장 강도, 피로 특성(fatigue characteristic) 및 내굴곡성(flexing resistance)이 저하된다.
본 발명에서 사용되는 폴리에테르 공중합체로서, 산화에틸렌(EO)-산화프로필렌(PO)-알릴 글리시딜 에테르(AGE) 3원중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 산화프로필렌을 산화에틸렌 및 알릴 글리시딜 에테르와 공중합시킴으로써, 산화에틸렌의 결정화를 더 높은 정도로 억제할 수 있다. 폴리에테르 공중합체 중의 산화에틸렌(EO), 산화프로필렌(PO) 및 알릴 글리시딜 에테르(AGE)의 바람직한 함량 비율은 EO:PO:AGE = 50 내지 95 몰%:1 내지 49 몰%:1 내지 10 몰%이다. 번짐의 발생 및 감광체와 같은 다른 부재의 오염을 효과적으로 방지하기 위해, 산화에틸렌(EO)-산화프로필렌(PO)-알릴 글리시딜 에테르(AGE) 3원중합체의 수-평균 분자량 Mn은 10,000 이상인 것이 바람직하다.
충전제(2)로는 공-가교제, 가황 촉진제, 가황-촉진 보조제, 전도재, 수산제, 노화방지제, 고무용 연화제, 보강제 및 다른 종류의 첨가제를 열거할 수 있다.
공-가교제는 그 자체가 가교되고 고무 분자와 반응하여 그들을 가교시킴으로써 전체 엘라스토머 조성물을 중합체성으로 만든다.
공-가교제로서, 메타크릴레이트 에스테르, 및 메타크릴산 또는 아크릴산의 금속염으로 대표되는 에틸렌 불포화 단량체; 1,2-폴리부타디엔의 작용기를 사용하는 다작용가 중합체; 및 디옥심을 사용할 수 있다.
에틸렌 불포화 단량체로는 하기 물질들을 열거할 수 있다:
(a) 모노카르복실산 예컨대, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 등;
(b) 디카르복실산 예컨대, 말레산, 푸마르산, 이타콘산 등;
(c) 상기 (a) 및 (b)의 에스테르 또는 무수물;
(d) 상기 (a) 내지 (c)의 금속염;
(e) 지방족 공액 디엔 예컨대, 1,3-부타디엔, 이소프렌, 2-클로로-1,3-부타디엔 등;
(f) 방향족 비닐 화합물 예컨대, 스티렌, α-메틸스티렌, 비닐톨루엔, 에틸 비닐벤젠, 디비닐벤젠 등;
(g) 복소환 고리를 가진 비닐 화합물 예컨대, 트리알릴 이소시아누레이트, 트리알릴 시아누레이트 및 비닐피리딘; 및
(h) 비닐 시아나이드 화합물 예컨대, 메타크릴로니트릴 및 α-클로로아크릴로니트릴, 아크롤레인, 포르밀스티롤, 비닐 메틸 케톤, 비닐 에틸 케톤 및 비닐 부틸 케톤.
상기 (c)의 "모노카르복실산의 에스테르"로는 하기 물질들을 열거할 수 있다:
(메타)아크릴산의 알킬 에스테르 예컨대, 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, i-프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, i-부틸 (메타)아크릴레이트, n-펜틸 (메타)아크릴레이트, i-펜틸 (메타)아크릴레이트, n-헥실 (메타)아크릴레이트, 시클로헥실 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 옥틸 (메타)아크릴레이트, i-노닐 (메타)아크릴레이트, tert-부틸 시클로헥실 (메타)아크릴레이트, 데실 (메타)아크릴레이트, 도데실 (메타)아크릴레이트, 히드록시메틸 (메타)아크릴레이트, 히드록시에틸 (메타)아크릴레이트 등; (메타)아크릴산의 아미노 알킬 에스테르 예컨대, 아미노에틸 아크릴레이트, 디메틸아미노에틸 아크릴레이트, 부틸아미노에틸 아크릴레이트 등; 방향족 고리를 가진 (메타)아크릴레이트 예컨대, 벤질 (메타)아크릴레이트, 벤조일 (메타)아크릴레이트, 알릴 (메타)아크릴레이트 등; 에폭시 기를 가진 (메타)아크릴레이트 예컨대, 글리시딜 (메타)아크릴레이트, 메타글리시딜 (메타)아크릴레이트, 에폭시시클로헥실 (메타)아크릴레이트 등; 작용기를 가진 (메타)아크릴레이트 예컨대, N-메틸올 (메타)아크릴아미드, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 테트라히드로푸르푸릴 (메타)아크릴레이트 등; 및 다작용가 기를 가진 (메타)아크릴레이트 예컨대, 에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌 디메타크릴레이트(EDMA), 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 이소부틸렌 에틸렌 디메타크릴레이트 등.
상기 (c)의 "디카르복실산의 에스테르"로는 하프(half) 에스테르 예컨대, 메틸 말레에이트, 메틸 이타코네이트, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 이타코네이트 등을 열거할 수 있다
상기 (c)의 "불포화 카르복실산의 무수물"로는 아크릴산의 무수물, 말레산의 무수물 등을 열거할 수 있다.
상기 (d)의 "금속염"으로는 불포화 카르복실산 예컨대, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산 및 푸마르산의 나트륨염, 알루미늄염, 칼슘염, 아연염 및 마그네슘염 등을 열거할 수 있다.
본 발명에서 바람직하게 사용될 수 있는 에틸렌 불포화 단량체로는 하기 물질들을 열거할 수 있다:
메타크릴산; 메타크릴산의 고급 에스테르 예컨대, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(TMPT), 에틸렌 디메타크릴레이트(EDMA), 폴리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 테트라히드로푸르푸 릴 메타크릴레이트 및 이소부틸렌 에틸렌 디메타크릴레이트; α,β-불포화 카르복실산의 금속염 예컨대, 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 말레산 등의 아연염, 나트륨염, 마그네슘염, 칼슘염, 알루미늄염 등; 및 트리알릴 이소시아누레이트, 트리알릴 시아누레이트, 디알릴 프탈레이트, 디알릴 이타코네이트, 비닐 톨루엔, 비닐 피리딘 및 디비닐벤젠.
메타크릴산 및 α,β-불포화 카르복실산의 금속염이 바람직하다. 메타크릴산, 아크릴산아연 및 메타크릴산아연이 보다 유리하다.
다작용가 중합체로는 1,2-폴리부타디엔의 작용기를 사용하는 중합체들을 열거할 수 있다. 보다 구체적으로, 부톤(Buton) 150, 부톤 100, 폴리부타디엔 R-15, 디엔-35, 히스탈(Hystal)-B2000 등을 열거할 수 있다.
상기 디옥심으로는 p-퀴논디옥심, p,p'-디벤조일 퀴논디옥심, N,N'-m-페닐렌비스말레이미드 등을 열거할 수 있다.
가황 촉진제로서, 무기 촉진제 및 유기 촉진제 둘다를 사용할 수 있다.
무기 촉진제로서, 소석회, 산화마그네슘, 산화티탄 및 리싸지(litharge; PbO)를 사용할 수 있다.
유기 촉진제로는 티우람, 티아졸, 티오우레아, 디티오카르바메이트, 구아니딘 및 설펜아미드 등을 열거할 수 있다.
티우람으로는 테트라메틸티우람 모노설파이드, 테트라메틸티우람 디설파이드, 테트라에틸티우람 디설파이드, 테트라부틸티우람 디설파이드 및 디펜타메틸렌티우람 테트라설파이드 등을 열거할 수 있다.
티아졸로는 2-머캡토벤조티아졸, 디벤조티아질 디설파이드, N-시클로헥실 벤조티아졸 등을 열거할 수 있다.
티오우레아로는 N,N'-디에틸티오우레아, 에틸렌티오우레아 및 트리메틸티오우레아 등을 열거할 수 있다.
디티오카르바메이트로는 디메틸디티오카르밤산아연, 디에틸디티오카르밤산아연, 디부틸디티오카르밤산아연, 디메틸디티오카르밤산나트륨, 디에틸디티오카르밤산나트륨, 디메틸디티오카르밤산구리, 디메틸디티오카르밤산철(III), 디에틸디티오카르밤산셀레늄 및 디에틸디티오카르밤산텔루륨 등을 열거할 수 있다.
구아니딘 촉진제로는 디카테콜 보레이트의 디-o-톨릴 구아니딘, 1,3-디페닐 구아니딘, 1-o-톨릴 비구아나이드 및 디-o-톨릴 비구아나이드 염을 열거할 수 있다.
설펜아미드로는 N-시클로헥실-2-벤조티아졸릴설펜아미드, N-옥시디에틸렌-2-벤조티아졸릴설펜아미드, N-tert-부틸-2-벤조티아졸릴설펜아미드 및 N,N'-디시클로헥실-2-벤조티아졸릴설펜아미드 등을 열거할 수 있다.
가황 촉진제의 혼합량은 고무 성분의 성질이 충분히 발휘될 수 있을 정도로 충분히 많아야 한다. 무기 가황 촉진제의 경우, 그의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 0.5 내지 15 질량부의 범위 내에서 선택된다. 유기 가황 촉진제의 경우, 그의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대햐여 0.5 내지 3 질량부의 범위 내에서 선택된다.
본 발명에서 사용되는 가황-촉진 보조제에는 금속 산화물 예컨대, 산화아연; 지방산 예컨대, 스테아르산, 올레산, 면실 지방산; 및 공지된 가황-촉진 보조제가 포함된다. 금속 산화물 예컨대, 산화아연 또한 상기 보강제로서 작용한다.
가황-촉진 보조제의 혼합량은 고무 성분의 성질이 충분히 발휘될 수 있을 정도로 충분히 많아야 한다. 가황-촉진 보조제의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 0.5 내지 30 질량부, 유리하게는 1 내지 30 질량부의 범위로 설정된다.
전도재는 이온성-전도재(ionic-conductive material)와 전자전도재(electroconductive material)로 분류된다. 이온성-전도재 또는/및 전자전도재를 사용할 수 있다.
다양한 이온성-전도재가 선택될 수 있다. 대전방지제 또는 전하 제어제로서 사용되는 것들을 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 이온성-전도재로는 4급 암모늄염, 카르복실산의 금속염, 카르복실산의 유도체 예컨대, 카르복실산 무수물, 에스테르 등, 방향족 화합물의 축합물, 유기 금속 착물, 금속염, 킬레이트 화합물, 모노아조 금속 착물, 아세틸아세톤 금속 착물, 히드록시-카르복실산의 금속 착물, 폴리카르복실산의 금속 착물 및 폴리올의 금속 착물 등을 열거할 수 있다.
이온성-전도재로는 플루오로 기 및 설포닐 기를 가진 음이온-함유 염을 들 수 있다. 보다 구체적으로, 비스플루오로알킬설포닐이미드의 염, 트리스(플루오로알킬설포닐)메탄의 염 및 플루오로알킬설폰산의 염을 사용할 수 있다. 음이온과 쌍을 이루는 상기 염의 양이온으로는 알칼리 금속, 2A 족 금속 및 기타 금속의 금속 이온이 유리하다. 리튬 이온이 보다 유리하다. 이온성-전도재로는 LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3 및 LiCH(SO2CF3)2를 열거할 수 있다.
이온성-전도재의 혼합량은 그의 종류에 따라 적절하게 선택된다. 예를 들어, 이온성-전도재의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 0.1 내지 5 질량부로 설정되는 것이 바람직하다.
전자전도재로서, 전도성 카본 블랙 예컨대, 케첸(Ketjen) 블랙, 퍼니스(furnace) 블랙, 아세틸렌 블랙; 전도성 금속 산화물 예컨대, 산화아연, 티탄산칼륨, 안티몬-도핑 산화티탄, 산화주석; 흑연; 및 카본 섬유를 사용할 수 있다. 전도성 카본 블랙을 사용하는 것이 바람직하다.
전자전도재의 혼합량은 고무 성분의 성질 예컨대, 전기 저항 값 등을 고려하여 적절하게 선택되어야 한다. 예를 들어, 그의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 5 내지 35 질량부로 설정된다.
수산제로서, 산 수용체로 작용하는 다양한 물질을 사용할 수 있다. 수산제로서 히드로탈사이트 또는 산화마그네슘이 유리하게 사용될 수 있는데, 이는 이들이 바람직한 분산성을 갖기 때문이다. 히드로탈사이트가 특히 유리하다. 히드로탈사이트를 산화마그네슘 또는 산화칼륨과 조합하여 사용함으로써 높은 수산 효과를 얻을 수 있다. 그로 인해, 다른 부재가 오염되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
염소 원자를 가진 고무를 고무 성분(1)으로서 사용하는 경우, 가황된 고무가 수산제를 함유하는 것이 바람직하다. 수산제를 함유하는 열경화성 엘라스토머 조성물을 사용함으로써, 가황 작업에서 생성된 염소 기체의 잔류 및 다른 부재의 오염 을 방지할 수 있다.
수산제의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 유리하게는 1 질량부 이상 내지 10 질량부 이하, 보다 유리하게는 1 질량부 이상 내지 5 질량부 이하이다. 수산제의 혼합량은 수산제가 가황 작업의 저해 및 다른 부재의 오염을 방지하는 효과를 효과적으로 발휘하도록 고무 성분 100 질량부에 대하여 유리하게는 1 질량부 이상이다. 수산제의 혼합량은 발포 고무 롤러의 경도의 증가를 방지하기 위해 고무 성분 100 질량부에 대하여 유리하게는 10 질량부 이하이다.
노화방지제로는 아민, 페놀, 이미다졸, 인-함유 물질 및 티오우레아 등을 열거할 수 있다.
아민으로는 페닐-α-나프틸아민, 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 중합체(TMDQ), 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린(ETMDQ), p,p'-디옥틸디페닐아민(ODPA), p,p'-디큐밀디페닐아민(DCDP), N,N'-디-2-나프틸-p-페닐렌디아민(DNPD), N,N'-디페닐-p-페닐렌디아민(DPPD), N-페닐-N'-이소프로필-p-페닐렌디아민(IPPD) 및 N-페닐-N'-1,3-디메틸부틸-p-페닐렌디아민(6PPD) 등을 열거할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 페놀에는 2,6-디-tert-부틸-4-메틸 페놀(BHT 또는 DTBMP); 스티렌화 메틸 페놀; 2,2'-메틸렌 비스(4-메틸-6-tert-부틸 페놀)(MBMBP); 2,2'-메틸렌 비스(4-에틸-6-tert-부틸 페놀); 4,4'-티오비스(3-메틸-6-tert-부틸 페놀); 4,4'-부틸리덴 비스(3-메틸-6-tert-부틸 페놀)(BBMTBP); 2,5-디-tert-부틸 히드로퀴논(DBHQ); 및 2,5-디-tert-아밀 히드로퀴논(DAHQ)이 포함된다.
이미다졸로는 2-머캡토벤즈이미다졸(MBI), 2-머캡토벤즈이미다졸의 아연염(ZnMBI) 및 디부틸디티오카르밤산니켈(NiBDC) 등을 열거할 수 있다.
다른 노화방지제로서, 인-함유 물질 예컨대, 트리스(노닐 페닐)포스파이트; 티오우레아 예컨대, 1,3-비스(디아미노프로필)-2-티오우레아, 트리부틸 티오우레아 등; 및 오존에 의한 열화 방지용 왁스를 사용할 수 있다.
노화방지제의 혼합량은 고무 성분의 성질이 충분히 발휘될 수 있을 정도로 충분히 많아야 한다. 이들의 2 종 이상을 조합할 수 있다. 노화방지제의 혼합량을 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 0.1 내지 15 질량부로 설정하는 것이 유리하다. 노화방지제의 혼합량을 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 0.1 내지 15 질량부로 설정하는 이유는 다음과 같다: 노화방지제의 혼합량이 0.1 질량부 미만인 경우, 노화방지제의 효과가 발휘되지 않는다. 따라서, 생성된 열경화성 엘라스토머 조성물이 열등한 기계적 성질 및 과도한 마모를 가진다. 이에 반해, 노화방지제의 혼합량이 15 질량부를 초과하는 경우, 노화방지제는 그의 과도한 혼합량으로 인해 불리하게 분산된다. 그로 인해, 열경화성 엘라스토머 조성물이 열등한 기계적 성질을 가질 우려가 있다. 노화방지제의 혼합량을 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 0.5 내지 10 질량부로 설정하는 것이 보다 유리하다.
고무용 연화제로서, 프탈산, 이소프탈산, 아디프산, 세박산, 벤조산 및 인산의 유도체를 사용할 수 있다.
보다 구체적으로, 디옥틸 프탈레이트(DOP), 디부틸 프탈레이트(DBP), 디-(2-에틸헥실)프탈레이트, 디-이소-옥틸 프탈레이트(DIOP), 고급 알콜 프탈레이트, 디- (2-에틸헥실) 세박케이트, 폴리에스테르 아디페이트, 디부틸 디글리콜 아디페이트, 디(부톡시에톡시에틸) 아디페이트, 이소옥틸-톨 오일 지방 에스테르, 트리부틸 포스페이트(TBP), 트리부톡시에틸 포스페이트(TBEP), 트리크레실 포스페이트(TCP), 크레실 디페닐 포스페이트(CDP) 및 디페닐 알칸 등을 열거할 수 있다.
고무용 연화제의 혼합량은 고무 성분의 성질이 충분히 발휘될 수 있을 정도로 충분히 많아야 한다. 고무용 연화제의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 0.5 내지 5 질량부의 범위 내에서 선택된다.
보강제로서, 카본 블랙과 엘라스토머의 상호작용을 유도하기 위한 충전제로서 주로 사용되는 카본 블랙 이외에, 무기 보강제 예컨대, 화이트 카본(실리카 충전제 예컨대, 건식 실리카 또는 습식 실리카, 규산염 예컨대, 규산마그네슘), 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 규산마그네슘, 점토(규산알루미늄), 실란-개질 점토 및 탈크; 및 유기 보강제 예컨대, 큐마론 및 인덴 수지, 페놀 수지, 고급 스티렌 수지 및 나무 가루를 사용할 수 있다.
보강 효과, 분산성, 내마모성 및 저렴한 가격 면에서 우수한 카본 블랙을 사용하는 것이 바람직하다. 카본 블랙으로는 SAF 카본(평균 입경: 18 내지 22 nm), SAF-HS 카본(평균 입경: 약 20 nm), ISAF 카본(평균 입경: 19 내지 29 nm), N-339 카본(평균 입경: 약 24 nm), ISAF-LS 카본(평균 입경: 21 내지 24 nm), I-ISAF-HS 카본(평균 입경: 21 내지 31 nm), HAF 카본(평균 입경: 약 26 내지 30 nm), HAF-HS 카본(평균 입경: 22 내지 30 nm), N-351 카본(평균 입경: 약 29 nm), HAF-LS 카본(평균 입경: 약 25 내지 29 nm), LI-HAF 카본(평균 입경: 약 29 nm), MAF 카본(평 균 입경: 30 내지 35 nm), FEF 카본(평균 입경: 약 40 내지 52 nm), SRF 카본(평균 입경: 58 내지 94 nm), SRF-LM 카본 및 GPF 카본(평균 입경: 49 내지 84 nm)을 열거할 수 있다. FEF 카본, ISAF 카본, SAF 카본 또는 HAF 카본을 사용하는 것이 특히 유리하다.
연마성을 개선시키고 이온 전도성을 유지하기 위해, 입경이 80 nm 이상인 퍼니스(furnace) 카본 및 써말(thermal) 카본을 사용하는 것이 효과적이다.
고무용 보강제의 혼합량은 고무 성분의 성질이 충분히 발휘될 수 있을 정도로 충분히 많아야 한다. 보강제의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 5 내지 75 질량부의 범위 내에서 선택된다.
상기 첨가제로는 아미드 화합물, 지방산의 금속 염 및 왁스를 열거할 수 있다.
아미드 화합물로는 지방족 아미드 화합물 및 방향족 아미드 화합물을 열거할 수 있다. 지방족 아미드 화합물로는 올레산, 스테아르산, 에루크산, 카프로산, 카프릴산, 카프르산, 라우릴산, 미리스트산, 팔미트산, 아라키드산, 베헨산, 팔미톨레산, 에이코산산, 에루크산, 엘라이드산, 트랜스-11-에이코산산, 트랜스-13-도코산산, 리놀산, 리놀렌산 및 리시놀레산을 열거할 수 있다. 이들 지방족 아미드 화합물은 단독으로 사용될 수 있거나 그의 2종 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다. 지방족 아미드 화합물로서, 올레산 아미드, 스테아르산 아미드 및 에루크산 아미드를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
지방산의 금속염을 형성하기 위해, 지방산으로는 라우릴산, 스테아르산, 팔 미트산, 미리스트산 및 올레산을 열거할 수 있다. 금속으로는 아연, 철, 칼슘, 알루미늄, 리튬, 마그네슘, 스트론튬, 바륨, 세륨, 티탄, 지르코늄, 납 및 망간을 열거할 수 있다.
왁스로는, 파라핀 왁스, 몬탄 왁스 및 아미드 왁스를 열거할 수 있다.
이들 첨가제의 혼합량은 고무 성분의 성질이 충분히 발휘될 수 있을 정도로 충분히 많아야 한다. 본 발명에서, 상기 첨가제의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 1 내지 10 질량부의 범위 내에서 선택된다.
가교제(3)로서, 황, 유기 황-함유 화합물, 유기 과산화물, 내열성 가교제 및 수지 가교제를 사용할 수 있다.
황은 이를 미세 분말의 형태로 사용하기 위해 회수된 황을 분쇄하여 사용한다. 분산성이 개선된 표면-처리된 황이 적절하게 사용될 수 있다. 황이 미가황 고무로부터 흐르는 것을 방지하기 위해 불용성 황을 사용할 수도 있다.
유기 황-함유 화합물로는 N,N'-디티오비스모르폴린, 디페닐 디설파이드, 펜타브로모디설파이드 등을 열거할 수 있다. 디페닐 디설파이드를 사용하는 것이 특히 유리하다.
황의 혼합량 또는 유기 황-함유 화합물의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 0.1 내지 20 질량부로 설정되는 것이 바람직하다.
유기 과산화물로는 벤조일 퍼록사이드, 1,1-디-(tert-부틸 퍼록시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디-(벤조일 퍼록시)헥산, 2,5-디메틸-2,5-디-(벤조일 퍼록시)-3-헥신, 2,5-디메틸-2,5-디-(tert-부틸 퍼록시)헥산, 디-tert-부 틸 퍼록시-디-이소프로필벤젠, 디-tert-부틸 퍼록사이드, 디-tert-부틸퍼록시벤조에이트, 디큐밀 퍼록사이드, tert-부틸 쿠밀 퍼록사이드, 2,5-디메틸-2,5-디-(tert-부틸 퍼록사이드)-3-헥신, 1,3-비스(tert-부틸 퍼록시이소프로필)벤젠, n-부틸-4,4-비스(tert-부틸 퍼록시)발레레이트, p-클로로벤조일 퍼록사이드, 2,4-디클로로벤조일 퍼록사이드, tert-부틸 퍼록시이소프로필 카르보네이트, 디아세틸 퍼록사이드, 라우로일 퍼록사이드 등을 열거할 수 있다.
유기 과산화물의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 유리하게는 0.5 내지 10 질량부, 보다 유리하게는 1 내지 6 질량부로 설정된다.
본 발명에서 사용되는 내열성 가교제에는 1,3-비스(시트라콘이미드메틸)벤젠, 헥사메틸렌-1,6-소듐 비스티오설페이트·디하이드레이트 및 1,6-비스(디벤질티오카르바모일 디설파이드)헥산이 포함된다.
수지 가교제로는 알킬페놀 수지 또는 브롬화 알킬페놀 포름알데히드 수지 예컨대, TACKROL 201(다오카화학공업(주) 제품), TACKROL 250-III(다오카화학공업(주) 제품) 및 히스타놀 2501(히타치화학공업(주) 제품)을 열거할 수 있다. 알킬페놀 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
수지 가교제의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 유리하게는 5 내지 20 질량부의 범위, 보다 유리하게는 10 내지 20 질량부의 범위 내에서 선택된다.
발포용 첨가제(4)에는 화학 발포제, 및 소망에 따라 고무 성분에 첨가되는 화학 발포 보조제가 포함된다.
화학 발포제로는 아조디카르본아미드(ADCA), 4,4'-옥시비스(벤젠설포닐히드 라지드)(OBSH), N,N'-디니트로소펜타메틸렌테트라민(DPT) 및 5,5'-비스-1H-테트라졸(BHT)을 열거할 수 있다. ADCA를 사용하는 것이 특히 유리하다.
화학 발포 보조제는 화학 발포제의 종류에 따라 사용된다. 예를 들어, ADCA를 화학 발포제로 사용하는 경우, 우레아를 화학 발포 보조제로서 사용한다.
본 발명의 발포 고무 롤러는 전술된 바와 같이 제조될 수 있다.
열경화성 엘라스토머 조성물은 고무 혼련 장치 예컨대, 1-축 압출기, 1.5-축 압출기, 2-축 압출기, 개방 롤, 혼련기, 밴버리(Banbury) 혼합기 또는 가열된 롤러를 이용하여 상기 성분들을 서로 혼합함에 의해 수득된다. 성분들을 혼합하는 순서는 특별히 한정되지 않지만, 성분들을 모두 함께 혼련 장치에 공급할 수 있다. 또한, 성분들의 일부를 혼련 장치에 공급하고, 이들을 혼련하여 혼합물을 수득하고, 나머지 성분들을 혼합물에 첨가하고 혼련 작업을 재수행할 수 있다. 고무 성분(1)과 충전제(2)를 미리 혼련하여 혼합물을 수득하고, 가교제(3) 및 발포용 첨가제(4)를 상기 혼합물에 첨가한 후, 혼련 작업을 재수행하는 방법을 실시하는 것이 바람직하다.
수득된 열경화성 엘라스토머 조성물은 혼련된 물질을 성형하기 전 또는 후에 가교될 수 있거나 작업 시간을 단축하기 위해 혼련된 물질의 성형과 동시에 가교될 수 있다. 통상적으로, 열경화성 엘라스토머 조성물을 공지된 방법으로 예비성형한 후 예비성형물을 가교시킨다. 가교 조건이 열경화성 엘라스토머 조성물의 조성에 따라 달라지더라도, 가황 온도를 유리하게는 100 내지 160℃로 설정하고, 가황 시간을 유리하게는 1 내지 60분, 보다 유리하게는 30 내지 60분으로 설정한다. 최적 가황 시간이 1분 미만으로 설정되면, 고무가 혼련 및 압출 단계에서 탄다. 최적 가황 시간이 60분 초과의 시간으로 설정되면, 생산성이 저하된다.
심금을 가교된 성형물 내로 삽입한 후, 성형물을 연마하고 소정의 크기로 절단하여 본 발명의 발포 고무 롤러를 수득한다.
본 발명의 발포 고무 롤러는 바람직하게는 사무용(OA) 기기 예컨대, 레이저 빔 프린터, 잉크 젯 프린터, 복사기, 팩시밀리, ATM 등의 화상-형성 장치에서 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 발포 고무 롤러는 바람직하게는 감광체를 균일하게 대전시키기 위한 대전 롤러, 감광체에 토너를 부착시키기 위한 현상 롤러, 토너를 전송하기 위한 토너 공급 롤러, 감광체로부터 토너 화상을 전사 벨트 또는 전사지에 전사하기 위한 전사 롤러, 및 전사 벨트를 그의 내부 면으로부터의 방향으로 구동하기 위한 구동 롤러로서 사용될 수 있다. 이들 중에서, 발포 고무 롤러는 바람직하게는 화상-형성 장치의 현상 기구의 토너-담지체의 표면에 현상제를 공급하기 위한 토너 공급 롤러로서 사용될 수 있다.
본 발명의 효과는 다음과 같다. 본 발명의 발포 고무 롤러는 우수한 내마모성을 갖기 때문에, 열경화성 엘라스토머 조성물이 고도로 발포된다 하더라도 상기 롤러의 치수 및 발포 상태는 장시간 동안 거의 변하지 않는다. 그러므로, 발포 고무 롤러의 외경 정밀도가 마모로 인해 상실되는 것, 토너 공급량의 변동으로 인해 화상의 불균일성이 발생되는 것, 및 표면 상에 형성된 셀이 마모에 의해 막힘으로써 초래된 토너 공급량의 감소로 인해 인쇄 농도가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 발포 고무 롤러에 있어서, 열경화성 엘라스토머 조성물은 고도로 발포되고, 균일한 직경을 가진 셀이 확고하게 형성된다. 따라서, 1회의 전송으로 충분히 많은 양의 토너 입자를 전송할 수 있고 전송되는 토너 양의 격차가 없기 때문에 불량 화상의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명에서, 고무 성분의 종류가 특정한 종류로 한정되지 않기 때문에, 제품에 따라 저렴한 재료를 선택할 수 있다. 따라서, 재료비를 낮출 수 있고 통상의 설비를 이용하여 발포 고무 롤러를 제조할 수 있고, 이점이 제조 비용을 낮추어서 저비용으로 고생산성을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시양태를 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발포 고무 롤러(10)는 심금(2) 및 그의 외주면(peripheral surface) 상에 형성된 발포 탄성층(1)을 가진다.
발포 탄성층(1)은 원통형상으로 형성된다. 발포 탄성층(1)의 두께는 2 내지 10 mm, 유리하게는 3 내지 6 mm로 설정된다. 발포 탄성층(1)의 두께가 2 mm 미만이면, 적당한 닙을 수득하기 어렵다. 발포 탄성층(1)의 두께가 10 mm를 초과하면, 발포 탄성층(1)이 너무 커서 소경량의 발포 고무 롤러(10)를 제조하기 어렵다.
심금(2)은 금속 예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금, SUS 또는 철, 또는 세라믹으로 제조된다.
발포 탄성층(1) 및 심금(2)은 전도성 접착제에 의해 서로 결합될 수 있다. 별법으로, 전도성 접착제를 사용하지 않고, 원주형상의 심금(2)을 압입에 의해 발 포 탄성층(1)의 중공부 내로 삽입시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발포 고무 롤러(10)는 감광체 드럼(20)을 따라 배치된 현상 롤러(21)에 토너(4)를 공급하기 위한 토너 공급 롤러(10A)로서 사용된다. 도 2에서 참조 숫자 22는 토너(4)의 누설을 방지하기 위한 밀봉 부재를 표시한다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 발포 탄성층(1)만이 심금(2)의 외주면 상에 형성된다. 그러나, 복수의 층이 최외각 층에 배치된 발포 탄성층(1)과 함께 상기 외주면 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 목적에 반하지 않는 한, 다양한 기능 및 조성을 발포 탄성층(1) 이외의 내층에 제공할 수 있다.
발포 탄성층(1)을 포함하는 열경화성 엘라스토머 조성물은 다음과 같이 설명된다.
제1 실시양태에서, 열경화성 엘라스토머 조성물은 하기 성분들로 구성된다.
고무 성분(1)으로서 NBR 또는 HNBR을 사용한다.
결합된 아크릴로니트릴 양이 31% 내지 36%인 중고-니트릴 NBR을 NBR로서 사용하는 것이 바람직하다.
잔존 이중 결합이 10% 이하인 중고-니트릴 NBR을 수소첨가함에 의해 형성된 HNBR을 사용하는 것이 바람직하다. 결합된 아크릴로니트릴 양이 21% 내지 44%이며 무니 점도 ML1+4(100℃)가 40 내지 150인 HNBR이 더 유리하다.
충전제(2)로서, 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 이외에 전도재를 사용한다.
메타크릴산아연의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 5 내지 60 질량부, 유리하게는 10 내지 40 질량부, 보다 유리하게는 15 내지 30 질량부로 설정된다.
메타크릴산과 산화아연의 혼합물의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 5 내지 60 질량부, 유리하게는 10 내지 40 질량부, 보다 유리하게는 15 내지 30 질량부로 설정된다. 메타크릴산과 산화아연의 혼합 비율(질량)은 1 내지 2:1, 유리하게는 1:1로 설정된다.
전도재로서, 전도성 카본 블랙으로 구성된 전자전도재를 사용한다. 아세틸렌 블랙을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 전도재의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 10 내지 20 질량부로 설정된다.
가교제(3)로서, 황-함유 화합물 또는/및 유기 과산화물을 사용한다. 황-함유 화합물 및 유기 과산화물은 단독으로 사용될 수 있거나 그의 2종 이상의 혼합물로서 사용될 수 있다.
황-함유 화합물로서 디페닐 디설파이드를 사용하는 것이 유리하다. 황-함유 화합물의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 유리하게는 0.1 내지 5 질량부로 설정된다.
유기 과산화물로서 디큐밀 퍼록사이드를 사용하는 것이 유리하다. 유기 과산화물의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 0.5 내지 10 질량부, 유리하게는 1 내지 6 질량부로 설정된다.
발포용 첨가제(4)로서, 화학 발포제로서 작용하는 아조디카르본아미드 4 내 지 10 질량부가 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 사용된다. 화학 발포 보조제로서, 0.5 내지 5 질량부의 우레아가 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 사용된다.
제2 실시양태의 열경화성 엘라스토머 조성물은 하기 성분들로 구성된다.
고무 성분(1)으로서, NBR 또는 HNBR을 사용한다. HNBR은 이온성-전도성 고무와 조합되어 사용된다.
제2 실시양태에서 사용된 NBR 및 HNBR은 제1 실시양태에서 사용된 것과 유사하다.
이온성-전도성 고무로서, 산화에틸렌(EO)-산화프로필렌(PO)-알릴 글리시딜 에테르(AGE) 3원중합체로 구성된 폴리에테르 공중합체를 사용한다. 3원중합체의 산화에틸렌(EO), 산화프로필렌(PO) 및 알릴 글리시딜 에테르(AGE)의 바람직한 함량 비율은 EO:PO:AGE = 80 내지 95 몰%:1 내지 10 몰%:1 내지 10 몰%이다. 3원중합체의 수-평균 분자량 Mn은 유리하게는 10,000 이상, 보다 유리하게는 30,000 이상, 가장 유리하게는 50,000 이상이다.
충전제(2)로서, 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 이외에 보강제를 사용한다.
제2 실시양태에서 사용된 메타크릴산아연(2a) 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a)은 제1 실시양태에서 사용된 것과 유사하다.
보강제로서 탄산칼슘을 사용하는 것이 바람직하다. 보강제의 혼합량은 고무 성분 100 질량부에 대하여 유리하게는 10 내지 60 질량부, 보다 유리하게는 10 내지 30 질량부로 설정된다.
제2 실시양태에서 사용된 가교제(3) 및 발포용 첨가제(4)는 제1 실시양태에서 사용된 것과 유사하다.
제3 실시양태의 열경화성 엘라스토머 조성물은 하기 성분들로 구성된다.
고무 성분(1)으로서, 메타크릴산아연이 미세하게 분산되어 있으며 베이스 중합체로 작용하는 HNBR로 구성된 고무를 사용한다. 메타크릴산아연이 미세하게 분산되어 있는 HNBR로 구성된 고무와 조합하여 다른 고무를 사용하는 것이 바람직하다. 다른 고무로서, NBR 또는/및 HNBR이 바람직하다.
메타크릴산아연의 혼합량은 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 5 내지 60 질량부, 유리하게는 10 내지 40 질량부, 보다 유리하게는 15 내지 30 질량부로 설정된다.
보다 구체적으로, 베이스 중합체로서 작용하는 HNBR에 분산되는 메타크릴산아연의 혼합량은 HNBR 100 질량부에 대하여 91 내지 110 질량부로 설정된다. 베이스 중합체로서 작용하는 HNBR은 21% 내지 44%의 결합된 아크릴로니트릴 양 및 40 내지 150의 무니 점도 ML1+4(100℃)를 갖는 것이 바람직하다.
메타크릴산아연이 미세하게 분산되어 있는 HNBR로 구성된 고무와 이것과 혼합되는 다른 고무의 혼합 비율은 메타크릴산아연이 미세하게 분산되어 있는 HNBR로 구성된 고무의 혼합량이 전체 고무 성분(1) 100 질량부에 대하여 9.5 내지 126 질량부, 유리하게는 10 내지 120 질량부가 되도록 조절한다.
충전제(2)로서, 제3 실시양태에서 사용된 전도재는 제2 실시양태에서 사용된 것과 유사하다.
제3 실시양태에서 사용된 가교제(3) 및 발포용 첨가제(4)는 제1 실시양태에서 사용된 것과 유사하다.
제1 실시양태, 제2 실시양태 및 제3 실시양태의 모드들 중 어느 한 모드를 가진 열경화성 엘라스토머 조성물로 구성된 발포 탄성층(1)을 가진 발포 고무 롤러(10)는 하기와 같이 제조된다:
우선, 고무 성분(1)과 충전제(2)를 혼련 장치 예컨대, 1-축 압출기, 1.5-축 압출기, 2-축 압출기, 개방 롤, 혼련기, 밴버리 혼합기 및 가열된 롤러로 80 내지 120℃에서 5 내지 6분 동안 혼련한다. 혼련 온도가 80℃ 미만이고 혼련 시간이 5분 미만이면, 고무 성분(1)이 불충분하게 가소화되고, 혼합물이 불충분하게 혼련된다. 혼련 온도가 120℃를 초과하고 혼련 시간이 6분을 초과하면, 고무 성분(1)이 분해될 우려가 있다.
가교제(3) 및 발포용 첨가제(4)를 수득된 혼합물에 첨가한 후, 이들을 상기 혼련 장치를 이용하여 80 내지 90℃에서 5 내지 6분 동안 혼련한다. 혼련 온도가 80℃ 미만이고 혼련 시간이 5분 미만이면, 혼합물이 불충분하게 가소화되고 혼련된다. 혼련 온도가 90℃를 초과하고 혼련 시간이 6분을 초과하면, 가교제(3)가 분해될 우려가 있다.
상기 방법을 수행함으로써 수득된 열경화성 엘라스토머 조성물을 공지된 방법을 이용하여 예비성형한다. 성형 방법은 특별히 한정되지 않으나 공지된 방법 예컨대, 주입 성형 또는 압착 성형이 이용될 수 있다.
그 후, 수득된 예비성형물을 가황시킨다. 가황 조건으로서, 가황 온도를 160 ℃로 설정하고 가황 시간을 30 내지 60분으로 설정하는 것이 바람직하다.
심금은 가황 성형물 내로 삽입시킨 후, 성형물을 연마하고 소정의 크기로 절단하여 본 발명의 발포 고무 롤러(10)를 수득한다.
이 방식으로 제조된 제1 실시양태, 제2 실시양태 및 제3 실시양태의 발포 고무 롤러의 전기 저항은 103 내지 1010 Ω, 유리하게는 105 내지 107 Ω이다.
발포 탄성층(1)의 발포 배율은 유리하게는 8 이상 내지 15 이하로 설정된다. 발포 탄성층(1)의 셀-직경 분포는 유리하게는 150 ㎛ 이상 내지 500 ㎛ 이하, 보다 유리하게는 200 ㎛ 이상 내지 400 ㎛ 이하로 설정된다.
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 4
고무 성분(1)의 혼합량(단위: 질량부) 및 충전제(2)의 혼합량을 하기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이 측정한 후, 이들을 고무 혼련 장치에 공급하였고 80 내지 120℃에서 5 내지 6분 동안 혼련하였다. 하기 표 2의 괄호 안에 나타낸 메타크릴산아연의 혼합량은 고무 성분으로서 작용하는 HNBR 중에 분산되어 있는 메타크릴산아연의 함량을 표시한다.
수득된 혼합물, 가교제(3) 및 발포용 첨가제(4)를 고무 혼련 장치에 공급하였고 80 내지 90℃에서 5 내지 6분 동안 혼련하였다. 가교제(3) 및 발포용 첨가제(4)의 혼합량(단위: 질량부)은 하기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같다.
수득된 열경화성 엘라스토머 조성물을 1-축 압출기를 이용하여 튜브형상으로 예비성형하였다.
튜브형상의 예비성형물을 가황용 심금 상에 탑재시킨 후, 가황기를 이용하여 160℃에서 1시간 동안 가황시켰다. 이어서, 튜브형상의 예비성형물을 전도성 접착제가 도포된 심금(Φ 6 mm) 상에 탑재시켰다. 튜브와 심금을 160℃의 오븐에서 서로 결합시켰다. 튜브의 단부를 절단한 후, 원통형상의 연마기로 횡단(traverse) 연마를 수행하였다. 그 다음, 튜브의 표면을 거울-유사 표면 마감 정도로 연마하였다. 그 결과, 실시예 및 비교예 각각의 발포 고무 롤러를 수득하였다. 발포 고무 롤러의 심금 직경은 Φ 6 mm이고 그의 외경은 Φ 12 mm이며 고무 길이는 220 mm이었다.
CE1 E1 E2 E3 E4 E5 CE2
고무 성분(1) 폴리에테르 공중합체 60
NBR
HNBR 100 100 100 40 100 100 100
ZDMA-함유 HNBR
충전제 (2) 메타크릴산아연 30
메타크릴산 2 2.5 10 10 30 35
산화아연 2 2.5 10 10 30 35
카본 블랙 17 17 17 17 17 17
탄산칼슘 30
가교제 (3) 황 화합물 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
유기 과산화물 3 3 3 3 3 3 3
발포용 첨가제 (4) 화학 발포제 10 10 10 10 10 10 10
화학 발포 보조제 1 1 1 1 1 1 1
전도성 전자성 전자성 전자성 이온성 전자성 전자성 전자성
성질 전기 저항(log Ω) 6.4 6.4 6.5 6.1 6.5 6.5 6.5
감광체의 오염 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
발포 배율(배) 14 13 11 9 8 12 6
셀 직경(㎛) 500 400 300 250 200 300 150
평가 초기 화상의 평가 ○ ○ ○ ○ ○ ○ △
5,000번째 장(sheet) 상의 화상의 평가 △∼× ○ ○ ○ ○ ○ △
내구성 △ △ ○ ○∼△ △ ○ △
판정 △ ○ ◎ ○ ○ ◎ △
최상단에서 E 및 CE는 각각 실시예 및 비교예를 표시한다.
CE3 E6 E7 E8 E9 E10 CE4
고무 성분 (1) 폴리에테르 공중합체
NBR 50
HNBR 96 95 85 70 20 40 35
ZDMA-함유 HNBR 8 10 30 60 60 120 135
충전제 (2) 메타크릴산아연 (4) (5) (15) (30) (30) (60) (65)
메타크릴산
산화아연
카본 블랙 17 17 17 17 17 17 17
탄산칼슘
가교제 (3) 황 화합물 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
유기 과산화물 3 3 3 3 3 3 3
발포용 첨가제 (4) 화학 발포제 10 10 10 10 10 10 10
화학 발포 보조제 1 1 1 1 1 1 1
전도성 전자성 전자성 전자성 이온성 전자성 전자성 전자성
성질 전기 저항(log Ω) 6.4 6.5 6.4 6.5 6.2 6.4 6.5
감광체의 오염 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○
발포 배율(배) 14 13 12 11 15 8 7
셀 직경(㎛) 400 350 300 300 400 200 150
평가 초기 화상의 평가 ○ ○ ○ ○ ○ ○ △
5,000번째 장 상의 화상의 평가 △ ○ ○ ○ ○ ○ △
내구성 △ △ ○ ○ ○ △ △
판정 △ ○ ◎ ◎ ◎ ○ △
최상단에서 E 및 CE는 각각 실시예 및 비교예를 표시한다.
하기 제품들을 상기 표 1 및 2에 기재된 성분들로서 사용하였다.
(a) 고무 성분(1)
● 폴리에테르 공중합체: 니혼제온(주)에 의해 제조된 "제오스판(Zeospan) ZSN8030(상품명)"
EO(산화에틸렌)/PO(산화프로필렌)/AGE(알릴 글리시딜 에테르) = 90 몰%/4 몰%/6 몰%
● NBR: JSR(주)에 의해 제조된 "N232(상품명)"(결합된 아크릴로니트릴 양: 35%)
● HNBR: 니혼제온(주)에 의해 제조된 "제트폴(Zetpol) 2010H(상품명)"(결합된 아크릴로니트릴 양: 36%, 무니 점도: 145)
● ZDMA-함유 HNBR: 니혼제온(주)에 의해 제조된 "제오포르테(Zeoforte) ZSC 2195H(상품명)"(100 질량부의 메타크릴산아연(ZDMA)이 베이스 중합체로서 작용하는 100 질량부의 HNBR "제트폴 2010H(상품명)"에 미세하게 분산되어 있음)
(b) 충전제(2)
● 메타크릴산아연: 산신화학공업(주)에 의해 제조된 "선-에스테르(Sun-ester) SK-30(상품명)"
● 메타크릴산: 미쓰비시레이온(주)에 의해 제조된 "MAA(상품명)"
● 산화아연: 미쓰이금속(주)에 의해 제조된 "산화아연 2종(상품명)"
● 카본 블랙: 덴키화학공업(주)에 의해 제조된 "덴카 블랙(Denka Black)(상품명)"
● 탄산칼슘: 시라이시칼슘(주)에 의해 제조된 "하쿠엔카(Hakuenka) CC(상품명"
(c) 가교제(3)
● 황 화합물: 디페닐 디설파이드(스미토모정화(주)에 의해 제조된 "DPDS(상품명)")
● 유기 과산화물: 디큐밀 퍼록사이드(NOF(주)에 의해 제조된 "퍼큐밀(Percumyl) D(상품명)")
(d) 발포용 첨가제(4)
● 화학 발포제: 아조디카르본아미드(영화화성공업(주)에 의해 제조된 "비니포(VINYFOR) AC#R(상품명)")
● 화학 발포 보조제: 우레아(영화화성공업(주)에 의해 제조된 "셀페이스트(CELLPASTE) 101(상품명)")
실시예 및 비교예 각각의 수득된 발포 고무 롤러의 성질을 측정하고 이들의 기능을 평가하였다.
● 롤러의 전기 저항
도 3에 나타낸 바와 같이, 23℃의 온도 및 55%의 상대 습도에서, 발포 고무 롤러(10)의 발포 탄성층(1)이 알루미늄 드럼(13)(Φ 30)과 접촉되게 하면서 상기 발포 탄성층(1)을 알루미늄 드럼(13) 상에 탑재시켰다. 전원(14)의 양극에 연결되어 있으며 내부 전기 저항이 r(100 Ω 내지 10 kΩ)인 도선의 선단(leading end)을 알루미늄 드럼(13)의 한 단부 면에 연결시켰다. 전원(14)의 음극에 연결된 도선의 선단은 심금(2)의 한 단부 면에 연결시켰다. 500 g의 하중을 심금(2)의 양 단부에 인가하였다. 발포 고무 롤러(10)를 간접적으로 회전시키도록 알루미늄 드럼(13)을 회전시키면서 200V의 전압을 심금(2)과 알루미늄 드럼(13) 사이에 인가하였다. 전기 저항은 원주방향으로 36회 측정하였다. 36회 측정값의 평균 값을 구하였다. 전기 저항의 수준에 맞추어, 측정된 값의 유효 숫자가 가능한 크게 되도록 내부 전기 저항 값을 조절하였다.
장치로 인가된 전압이 E라고 가정하면, 롤러의 전기 저항 R은 R = r × E / (V-r)으로서 표시된다. -r의 항이 극도로 작다고 간주되기 때문에, R = r × E /V가 성립된다. 각 롤러의 전기 저항 R은 내부 전기 저항 r에 인가된 검출 전압 V로부터 산출되었다. 하기 표 1 및 2에서, 각각의 전기 저항 값은 산출된 평균 값의 상용 대수치에 의해 표시된다.
● 감광체(photoreceptor)의 오염
발포 고무 롤러(10)의 발포 탄성층(1)을 감광체 상에 탑재시켰다. 그 후, 발포 탄성층(1)은 심금(2)의 양 단부에 인가된 500 g의 하중으로 감광체에 대해 압력을 가하였다. 감광체를 40℃의 온도 및 90%의 상대 습도에서 5일 동안 방치하여 감광체의 표면 상의 오염도를 육안으로 확인하였다.
● 발포 배율(foaming magnification)
발포 고무 롤러의 발포 탄성층의 부피 및 그의 질량으로부터 벌크 비중(bulk specific gravity)을 구하였다. 열경화성 엘라스토머 조성물이 가황되고 발포되기 전에 상기 열경화성 엘라스토머 조성물의 비중을 미리 측정하였다. 상기 벌크 비중을 열경화성 엘라스토머 조성물의 비중으로 나누어 발포 배율을 구하였다.
● 셀 직경
발포 고무 롤러의 양 단부로부터 15 mm 만큼 이격된 2개 지점, 상기 롤러의 세로 방향에서의 중앙점, 및 이들 세 지점 각각으로부터 5 mm 만큼 방사형으로 내부에 배치된 1개 지점에서 발포 고무 롤러 각각의 원형 표면 상에서 100 배율로 발포 셀의 사진을 찍었다. 따라서, 발포 셀을 상기 6개 지점(3X2)에서 사진을 찍었다. 사진의 화상을 화상-처리 소프트웨어로 2치화(binarization)하였다. 그 후, 모든 사진에서 평균 직경(㎛)을 구하기 위한 계산을 수행하여, 수득된 값들의 평균을 산출하였다. 그 결과는 상기 표 1 및 2에 나타내었다.
● 형성된 화상의 평가
실시예 및 비교예 각각의 발포 고무 롤러를 시판되는 레이저 프린터(캐논(주)에 의해 제조된 "LBP2260(상품명)") 상에 토너 공급 롤러로서 탑재시켰다.
23℃의 온도 및 55%의 상대 습도에서 5%의 화상이 5,000장 상에 인쇄되었다. 10번째 장 상에 형성된 초기 화상 및 5,000번째 장 상에 형성된 화상을 육안으로 확인하고 평가하였다.
양호한 화상의 형성에 기여한 토너 공급 롤러는 ○로 표시되었다. 약간 불균일한 화상을 생성시킨 토너 공급 롤러는 △로 표시되었다. 높은 정도로 불균일한 화상을 생성시킨 토너 공급 롤러는 ×로 표시되었다.
● 내구성
형성된 화상을 평가한 후, 발포 고무 롤러 각각을 프린터로부터 꺼내어 확대경을 이용하여 100배 배율에서 발포 탄성층의 표면 변화를 육안으로 관찰하였다.
표면이 거의 변화되지 않은 토너 공급 롤러는 ○로 표시되었다. 토너에 의한 막힘 및 발포 탄성층 상의 마모가 약간 있는 토너 공급 롤러는 △로 표시되었다. 토너에 의한 막힘 및 발포 탄성층 상의 마모가 많이 있는 토너 공급 롤러는 ×로 표시되었다.
● 판정
발포 고무 롤러 각각을 상기 측정 및 시험 결과에 기초하여 종합적으로 평가하였다.
높은 내구성을 가지며 장시간 동안 뛰어난 화상을 제공하고 외관상의 변화가 거의 없는 것으로 판정된 발포 고무 롤러는 ◎로 표시되었다. 외관상의 변화가 약간 있지만 장시간 동안 양호한 화상을 제공하는 것으로 판정된 발포 고무 롤러는 ○로 표시되었다. 내구성이 저하되고 열등한 화상을 형성하지만 실용적으로 사용될 수 있는 것으로 판정된 발포 고무 롤러는 △로 표시되었다. 내구성이 저하되고 실용적으로 사용될 수 없는 것으로 판정된 발포 고무 롤러는 ×로 표시되었다.
비교예 1 내지 4 각각의 발포 고무 롤러는 내구성이 없으며 5,000번째 장 상에서 형성된 화상에서 불균일성을 초래하였다. 따라서, 상기 발포 고무 롤러는 장시간 동안 그의 질을 유지하기 어렵다는 것이 밝혀졌다.
이에 반해, 실시예 1 내지 10 각각의 발포 고무 롤러는 그의 외관에서 약간의 변화가 있지만 5,000번째 장 상에서 형성된 화상에서 불균일성을 초래하지 않았다. 따라서, 이들 발포 고무 롤러는 장시간 동안 그의 질을 유지하는 것으로 밝혀졌다. 전도재를 함유하는 롤러는 전도재가 번지지 않기 때문에 감광체를 오염시키지 않는다.
본 발명의 발포 고무 롤러는 내마모성이 높고 직경이 균일한 셀을 가진 발포 탄성 층을 가지며 저비용 및 높은 생산성으로 제조될 수 있다.
본 발명에 있어서, 고무 성분의 종류가 특정한 종류로 한정되지 않기 때문에, 제품에 따라 저렴한 재료를 선택할 수 있다. 따라서, 재료비를 낮출 수 있고 통상의 설비를 이용하여 발포 고무 롤러를 제조할 수 있고, 이점은 제조 비용을 낮추어서 저비용으로 고생산성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 발포 고무 롤러의 실시양태를 보여주는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 발포 고무 롤러의 또 다른 실시양태를 보여주는 개략도이다.
도 3은 발포 고무 롤러의 전기 저항을 측정하는 방법을 보여준다.

Claims (7)

  1. 외층을 형성하는 발포 탄성층을 포함하는 발포 고무 롤러로서,
    상기 발포 탄성층이 고무 성분(1) 100 질량부 및 충전제(2)로서의 메타크릴산아연(2a) 5 내지 60 질량부 또는 메타크릴산과 산화아연의 혼합물(2a) 5 내지 60 질량부를 함유하는 열경화성 엘라스토머 조성물로 구성되고; 상기 열경화성 엘라스토머 조성물이 화학 발포제 또는 화학 발포제와 화학 발포 보조제의 조합물에 의해 발포되는 것인 발포 고무 롤러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메타크릴산아연은 이 메타크릴산아연이 분산되어 있는 고무 성분(1a)을 수소첨가된 아크릴로니트릴-부타디엔 고무에 첨가함으로써 상기 열경화성 엘라스토머 조성물 내에 함유된 것인 발포 고무 롤러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고무 성분(1)은 아크릴로니트릴-부타디엔 고무 또는/및 수소첨가된 아크릴로니트릴-부타디엔 고무를 본질적으로 함유하는 것인 발포 고무 롤러.
  4. 제1항에 있어서, 상기 열경화성 엘라스토머 조성물은 이온성-전도성 고무를 포함하는 상기 고무 성분(1) 또는/및 전도재(conductive material)를 포함하는 상 기 충전제(2)를 함유하고; 상기 발포 고무 롤러의 전기 저항은 103 내지 1010 Ω인 것인 발포 고무 롤러.
  5. 제3항에 있어서, 상기 열경화성 엘라스토머 조성물이 이온성-전도성 고무를 포함하는 상기 고무 성분(1) 또는/및 전도재(conductive material)를 포함하는 상기 충전제(2)를 함유하고; 상기 발포 고무 롤러의 전기 저항은 103 내지 1010 Ω인 것인 발포 고무 롤러.
  6. 제1항에 있어서, 상기 발포 탄성층의 발포 배율은 7배 이상 내지 20배 이하로 설정되고 그 셀(cell)-직경 분포는 100 ㎛ 이상 내지 700 ㎛ 이하로 설정된 것인 발포 고무 롤러.
  7. 제1항에 있어서, 화상-형성 장치의 토너 공급 롤러로서 사용되는 것인 발포 고무 롤러.
KR1020070114508A 2006-11-10 2007-11-09 발포 고무 롤러 KR20080042757A (ko)

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