專利名稱：陽極化方法和由其生產(chǎn)的層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容在各種例示實(shí)施方案中涉及快速陽極化方法，該方法產(chǎn)生適于感光體襯底的硬陽極化阻擋層。
背景技術(shù)：
靜電攝影成像系統(tǒng)是公知的，它包括靜電潛像在靜電攝影成像表面或感光體上的形成和顯影。靜電復(fù)印感光體可以采用單層或多層結(jié)構(gòu)制備。依賴于應(yīng)用，感光體可以采用幾種形式，如柔性帶、圓筒形轉(zhuǎn)鼓、板等制備。帶通常在聚合物襯底上制備，聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)是最通常的。對(duì)于轉(zhuǎn)鼓，襯底典型地是金屬圓筒。通常，中空鋁圓筒廣泛用于低和中體積應(yīng)用。然而，轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)對(duì)于高體積和顏色應(yīng)用具有某些工藝限制。
感光體通過將各層(即生電層、輸電層等)按順序施加到聚合物或轉(zhuǎn)鼓襯底外表面上而制備。許多涂覆技術(shù)(即噴涂、紡絲、擠出、浸漬、葉片涂覆，輥涂等)可用于生產(chǎn)這些層。氣相沉積也可用于一些顏料的金屬化和施加。
目前，不能制備沒有缺陷和碳纖維問題的長(zhǎng)壽命感光體。然而，襯底上的電解阻擋層可延長(zhǎng)感光體的壽命。然而，這種阻擋層典型地要求至多15分鐘以進(jìn)行施加，因此對(duì)于工業(yè)制造不具有吸引力。電解阻擋層的另一個(gè)缺點(diǎn)涉及阻擋的硬度不夠和因此差的碳纖維堅(jiān)固性。
延長(zhǎng)的感光體壽命，例如兩到十倍的壽命增加，和堅(jiān)固性目前由于部分使用電解阻擋層，且特別是由低溫受控電壓和有機(jī)酸陽極化形成的電解阻擋層而達(dá)到。盡管該過程看起來可在小于一分鐘內(nèi)基本完成，但如果在一、二、五和十分鐘各點(diǎn)終止該過程，則獲得涉及缺陷程度的混合結(jié)果，因此延長(zhǎng)壽命。已經(jīng)證明通過持續(xù)施加電壓超過十分鐘的時(shí)間獲得一致的結(jié)果。相信在延長(zhǎng)的加工時(shí)間期間另外的雜質(zhì)被從鋁感光體襯底表面除去。當(dāng)這種雜質(zhì)被留在原位和不脫除時(shí)，這些雜質(zhì)作為引發(fā)缺陷的部位。然而，超過一分鐘的時(shí)間對(duì)于大多數(shù)工業(yè)制造操作不具有吸引力。
因此，需要提供可靠地促進(jìn)延長(zhǎng)的壽命但可以在一分鐘或更少時(shí)間內(nèi)進(jìn)行的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容在各種例示實(shí)施方案中涉及在感光體襯底上由有機(jī)酸陽極化形成阻擋層的方法。該方法包括提供感光體襯底和提供有機(jī)酸電解質(zhì)。該方法進(jìn)一步包括使感光體襯底與電解質(zhì)接觸。該方法也包括對(duì)與電解質(zhì)接觸的感光體襯底施加多步驟電壓程序。該程序包括第一步驟，其中將第一電壓施加第一時(shí)期，和第二步驟，其中將小于第一電壓的第二電壓施加第二時(shí)期。
在實(shí)施方案中，在上述方法中第二電壓是第一電壓的約50％-約20％。在實(shí)施方案中，在上述方法中第二電壓是第一電壓的約40％-約30％。在實(shí)施方案中，在上述方法中第一時(shí)期和第二時(shí)期的總和小于5分鐘。在實(shí)施方案中，在上述方法中第一時(shí)期和第二時(shí)期的總和小于1分鐘。在實(shí)施方案中，在上述方法中第一步驟采用約20-約24伏的電壓和第二步驟采用約12-約17伏的電壓。
在實(shí)施方案中，在上述方法中所述程序包括第三步驟，其中將小于第二電壓的第三電壓施加第三時(shí)期。在實(shí)施方案中，在該方法中第三電壓是第二電壓的約30％-約20％。在實(shí)施方案中，在該方法中第二電壓是第一電壓的約40％-約30％。在實(shí)施方案中，在該方法中第一時(shí)期、第二時(shí)期和第三時(shí)期的總和小于5分鐘。在實(shí)施方案中，在該方法中第一時(shí)期、第二時(shí)期和第三時(shí)期的總和小于1分鐘。在實(shí)施方案中，在該方法中第一步驟采用約22-約26伏的電壓，第二步驟采用約14-約18伏的電壓和第三步驟采用約10-約14伏的電壓。
在實(shí)施方案中，上述方法進(jìn)一步包括在施加多步驟電壓程序之前，對(duì)感光體進(jìn)行加熱操作，其中使感光體經(jīng)歷約450℃-約650℃的溫度。在實(shí)施方案中，在該方法中使感光體經(jīng)歷約550℃的溫度。
本公開內(nèi)容也涉及由以上方法生產(chǎn)的襯底和阻擋層。
在另一個(gè)例示實(shí)施方案中，提供在感光體襯底上由有機(jī)酸陽極化形成阻擋層的方法。該方法包括提供感光體襯底和提供有機(jī)酸電解質(zhì)。該方法包括加熱感光體襯底到約450℃-約650℃的溫度。該方法也包括使感光體襯底與電解質(zhì)接觸。并且該方法包括對(duì)與電解質(zhì)接觸的感光體襯底施加電壓一定的時(shí)間以在其上形成陽極化層。
在實(shí)施方案中，在上述方法中溫度是約550℃。在實(shí)施方案中，在上述方法中加熱進(jìn)行約10秒-約60秒的時(shí)期。
在閱讀和理解優(yōu)選實(shí)施方案的以下詳細(xì)描述時(shí)，本例示性實(shí)施方案的其它優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。
具體實(shí)施例方式
例示的實(shí)施方案提供快速和低電壓陽極化方法以形成用于襯底如用于有機(jī)光導(dǎo)體感光體的那些的電解阻擋層。該方法使用降低的電壓程序，如約24伏-約12伏以將加工時(shí)間從15分鐘降低到低至42秒。獲得的陽極化阻擋層延長(zhǎng)有機(jī)光電導(dǎo)感光體的功能壽命和防止由涂覆層的碳纖維穿透引起的缺陷。
例示的實(shí)施方案提供使用多步驟電壓程序形成電解阻擋層的方法。兩步驟程序可采用第一步驟，其中將第一電壓施加第一時(shí)期，和第二步驟，其中將小于第一電壓的第二電壓施加第二時(shí)期。第二電壓是第一電壓的約50％-約20％，且特別是第一電壓的約40％-約30％。第一步驟的代表性電壓可以是約20-約24伏，而第二步驟的代表性電壓可以是約12-約17伏。兩步驟程序的總時(shí)間，即第一和第二時(shí)期的總和小于約5分鐘，且特別小于約1分鐘。
三步驟程序可采用第一步驟，其中將第一電壓施加第一時(shí)期；第二步驟，其中將小于第一電壓的第二電壓施加第二時(shí)期；和第三步驟，其中將小于第二電壓的第三電壓施加第三時(shí)期。第二電壓是第一電壓的約40％-約30％。第三電壓是第二電壓的約30％-約20％。第一步驟的代表性電壓可以是約22-約26伏，第二步驟的代表性電壓可以是約14-約18伏，和第三步驟的代表性電壓可以是約10-約12伏。
通過在較高電壓下開始加工和在加工期間逐漸降低電壓，可以快速獲得與從施加較長(zhǎng)時(shí)間較低電壓形成的阻擋層相同的阻擋層。例如，在24伏下開始，10秒后逐步降低到16伏下另外12秒，隨后在12伏下另外20秒，產(chǎn)生與使用12伏15分鐘獲得的相同阻擋層，但僅需42秒。因此，該方法現(xiàn)在與一分鐘的制造工藝步驟窗相容。
在1％w/w檸檬酸電解質(zhì)中在14℃下在一分鐘或更短時(shí)間內(nèi)，通過分別在20和24伏下開始阻擋層加工15秒，隨后分別在12和17伏下25秒，產(chǎn)生在12伏下形成厚度為二十納米和在17伏下形成厚度為三十納米的阻擋層。測(cè)試這些阻擋層并發(fā)現(xiàn)這些阻擋層相似于當(dāng)使用12和17伏15分鐘時(shí)產(chǎn)生的阻擋層。
除這些兩步驟電壓工藝以外，三步驟電壓工藝也產(chǎn)生具有優(yōu)異特性的層。實(shí)際上，盡管尚未得到證明，但相信電壓的連續(xù)或逐漸降低會(huì)產(chǎn)生可比的結(jié)果。
注意到僅保持較高的電壓較短的時(shí)間產(chǎn)生對(duì)于用于許多感光體而言太厚的阻擋層，因此產(chǎn)生超過100伏的殘余電壓。
盡管不希望受任何特定的理論約束，但相信更積極的開始電壓在最先幾秒內(nèi)深度清潔襯底表面，而沒有足夠的時(shí)間形成太厚的阻擋層，隨后在降低的電壓下產(chǎn)生可使用的阻擋層。
例示的實(shí)施方案也提供特別使用熱預(yù)處理的陽極化方法，該預(yù)處理在襯底如用于有機(jī)光電導(dǎo)體感光體的襯底上產(chǎn)生硬陽極化阻擋層。獲得的硬層延長(zhǎng)感光體壽命和降低碳纖維穿透問題。例示的實(shí)施方案可采用550℃熱預(yù)處理。相信熱處理產(chǎn)生在電解(陽極化)步驟期間增長(zhǎng)的結(jié)晶氧化物″晶種″，引起更硬的陽極化阻擋層的形成。
在元件被陽極化之前通過使天然氧化鋁在感光體襯底上經(jīng)歷高溫，相對(duì)于正常無定形形式阻擋層成為結(jié)晶。此結(jié)晶變體比無定形形式更硬。
更具體地，采用加熱預(yù)處理的例示性實(shí)施方案方法可以與形成電解阻擋層的常規(guī)方法，更具體地與在此所述的加速方法結(jié)合使用。例示的實(shí)施方案熱處理的特征為使元件接收阻擋層，如感光體到約450℃-約650℃，和特別地約500℃的溫度。然而，這種加熱的時(shí)期可變化，可以采用約10秒-約60秒，和特別地約30秒的時(shí)間。
首先使清潔的感光體襯底在550℃下經(jīng)歷30秒熱處理，然后在10伏下在1％檸檬酸電解質(zhì)中在14℃下陽極化15分鐘?；蛘?，例示的實(shí)施方案包括使用16伏15秒隨后使用10伏25秒。這些方法將產(chǎn)生電容等于在12伏下在相同系統(tǒng)中在15分鐘之后產(chǎn)生的阻擋層的結(jié)晶阻擋層。
盡管在此所述的此熱處理不引起天然氧化物生長(zhǎng)非常多，但相信熱處理引起在隨后電解(陽極化)步驟期間增長(zhǎng)的結(jié)晶氧化物″晶種″的形成。
下面是電解工藝的一般性描述。在電解池中，工作電極是感光體襯底(陽極)。對(duì)電極可以是同心的，通常圍繞襯底的外部。在圓筒形襯底的情況下為同時(shí)清潔襯底的內(nèi)部，同心對(duì)電極可以布置在襯底的內(nèi)部。對(duì)電極或電極可以是貴金屬如金、銀、鉑、鈀；惰性金屬如石墨；或強(qiáng)被動(dòng)材料如鈦、鉛、鉭或其合金。采用能夠輸送直流電壓的電源調(diào)節(jié)池電壓。
使用的電解質(zhì)可以是任意的幾種酸。這些包括檸檬酸一水合物、草酸二水合物和d-酒石酸。優(yōu)選，檸檬酸以0.5和1.0w/v％(pH 2)使用。草酸以0.5、0.62和1.0w/v％(pH 1)使用。D-酒石酸以0.5和1.0w/v％(pH 2.5)使用。使用的溫度是13-18℃。這些浴通常對(duì)濃度變化不敏感且僅對(duì)這些范圍中的溫度變化輕微敏感。注意這些特性使這些浴對(duì)于制造是有吸引力的(低濃度和對(duì)操作參數(shù)變化的穩(wěn)健性)。除這些有機(jī)酸以外，也可以使用通常用于陽極化的無機(jī)酸如硫酸、鉻酸等。通常，優(yōu)選檸檬酸，因?yàn)樗亲瞽h(huán)境友好的。使用的電壓通常為8-24伏。
在實(shí)施方案中，在襯底表面上形成金屬氧化物層，其中由例示的實(shí)施方案增加的金屬氧化物層的厚度為約50-約200埃，和更特別地約70-約150埃。金屬氧化物可以例如是氧化鋁。實(shí)際厚度難以測(cè)量。因此在替代的方案中，測(cè)量成品感光體的所謂V低并在工藝中調(diào)節(jié)以保持V低到小于100伏。在陽極化工藝結(jié)束時(shí)通過的最終電流用作了解已經(jīng)獲得良好阻擋層的替代物。注意到除阻擋層的厚度以外此最終電流依賴于幾個(gè)因素。這些其它因素因此優(yōu)選保持恒定和包括陽極化部件的數(shù)目和尺寸、支架(固定部件)結(jié)構(gòu)和較小程度的電解質(zhì)溫度。也注意到優(yōu)選足夠的電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)(混合)以保證均勻的溫度(+/-1℃)。
襯底優(yōu)選是中空?qǐng)A圓筒并定義為頂部非成像部分、中間成像部分和底部非成像部分。這三個(gè)襯底部分的精確尺寸在實(shí)施方案中變化。作為舉例說明性尺寸，頂部非成像部分的長(zhǎng)度為約10-約50mm，和特別地約20-約40mm。中間成像部分的長(zhǎng)度可以為從約200到大于1000mm，和特別地約250-約300mm。底部非成像部分的長(zhǎng)度可以為約10-約1mm，和特別地約5-約10mm。襯底可以沒有層狀材料或可以在將襯底浸入涂料溶液之前由層狀材料涂覆。
襯底可以完全由導(dǎo)電金屬配制，或它可以是具有導(dǎo)電表面的絕緣材料。襯底可以是不透明或基本透明的并可包括具有所需機(jī)械性能的許多合適材料。整個(gè)襯底可包括與導(dǎo)電表面中相同的材料或?qū)щ娢镔|(zhì)僅可以是襯底上的涂層?？梢圆捎萌魏魏线m的導(dǎo)電材料。典型的導(dǎo)電材料包括金屬如銅、黃銅、鎳、鋅、鉻、不銹鋼；和導(dǎo)電塑料和橡膠、鋁、半透明鋁、鋼、鎘、鈦、銀、金、通過在其中包含合適的材料或通過在潮濕氣氛中調(diào)節(jié)以保證足夠水含量的存在以使材料導(dǎo)電而變?yōu)閷?dǎo)電的紙、銦、錫、金屬氧化物，包括氧化錫和氧化銦錫等。涂覆或未涂覆的襯底可以是柔性或剛性的，并可具有任何數(shù)目的諸如圓筒轉(zhuǎn)鼓、環(huán)狀柔性帶等的構(gòu)造。此(基條)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選是可陽極化的(Ti，Al等)或在陽極化工藝之后加入。
依賴于光電導(dǎo)元件的所需用途，襯底元件層的厚度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化。通常，導(dǎo)電層的厚度為約50埃到10厘米，盡管厚度可以在此范圍以外。如所需，可以將導(dǎo)電襯底涂覆到絕緣材料上。此外，襯底可包括金屬化塑料，如鈦化或鋁化MYLAR(購自DuPont)。涂覆或未涂覆的襯底可以是柔性或剛性的，并可具有任何數(shù)目的構(gòu)造。襯底優(yōu)選具有中空、圓筒形構(gòu)造。
光敏元件的層包括諸如替代層、電荷阻擋層、粘合層、輸電層和生電層的層。
在某些實(shí)施方案中，可以通過在基料樹脂如聚酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯基吡咯烷酮、甲基纖維素、聚丙烯酸酯、纖維素酯等中分散選自如下的生電材料(CGL)形成涂料溶液偶氮顏料如蘇丹紅、Dian藍(lán)、Janus綠B等；奎寧顏料如Algol黃、芘醌、陰丹士林艷紫RRP等；喹啉并花青顏料；苝顏料；靛藍(lán)顏料如靛藍(lán)、硫靛藍(lán)等；雙苯并咪唑顏料如Indofast橙調(diào)色劑等；酞菁顏料如銅酞菁、鋁氯酞菁等；喹吖啶酮顏料；或甘菊環(huán)化合物。
顏料粒子的平均粒度為約0.05微米-約0.10微米。通常，用于浸沒涂料混合物的生電層分散體包含重量比為20％顏料/80％聚合物到80％顏料/20％聚合物的顏料和成膜聚合物。將顏料和聚合物組合分散在溶劑中以獲得3-6wt％的固體含量，基于混合物的總重量。然而，可以采用這些范圍以外的百分比，只要滿足此公開內(nèi)容的方法的目的。代表性生電層涂料分散體包括例如約2wt％羥基鎵酞菁；約1wt％醋酸乙烯酯、氯乙烯和馬來酸的三元共聚物(或醋酸乙烯酯、乙烯醇和丙烯酸羥乙酯的三元共聚物)；和約97wt％環(huán)己酮。
在其它實(shí)施方案中，可以通過在具有成膜性能的樹脂中溶解選自如下的輸電材料(CTL)形成涂料溶液在主鏈或側(cè)鏈中具有多環(huán)芳族環(huán)的化合物如蒽、芘、菲、蔻等，或含氮雜環(huán)如吲哚、咔唑、唑、異唑、噻唑、咪唑、吡唑、二唑、吡唑啉、噻二唑、三唑等，和腙化合物。這種樹脂可包括聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚砜、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。
舉例說明性輸電層涂料溶液包含例如約10wt％的N，N’-二苯基-N，N’-雙(3-甲基苯基)-[1，1’-聯(lián)苯]-4，4’-二胺；約14wt％聚(4，4’-二苯基-1，1’-環(huán)己烷碳酸酯)(400分子量)；約57wt％四氫呋喃；和約19wt％單氯苯。
此外，生電層、輸電層和/或其它層可以采用任何合適的順序施加以產(chǎn)生正性或負(fù)性感光體。
由本公開內(nèi)容生成的感光體可以由如下方式用于電子照相成像工藝?yán)缡紫仁垢泄怏w均勻帶靜電荷，然后使帶電的感光體暴露于活化電磁輻射如光的圖案中，它選擇性地消散在感光體受照區(qū)域中的電荷同時(shí)在非受照區(qū)域中留下靜電圖像。然后可以通過例如由顯影劑組合物在感光體表面上沉積細(xì)分的驗(yàn)電調(diào)色劑粒子在一個(gè)或多個(gè)顯影站顯影此靜電潛像以形成可見圖像?？梢詫@得的可見調(diào)色劑圖像轉(zhuǎn)印到合適的接收元件如紙上。然后典型地在再充電用于形成后繼圖像之前在清潔站清潔感光體。
權(quán)利要求
1.在感光體襯底上由有機(jī)酸陽極化形成阻擋層的方法，包括提供感光體襯底；提供有機(jī)酸電解質(zhì)；對(duì)與電解質(zhì)接觸的感光體襯底施加多步驟電壓程序，其中所述程序包括第一步驟，其中將第一電壓施加第一時(shí)期，和第二步驟，其中將小于第一電壓的第二電壓施加第二時(shí)期。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述程序包括第三步驟，其中將小于第二電壓的第三電壓施加第三時(shí)期。
3.權(quán)利要求2的方法，其中第一時(shí)期、第二時(shí)期和第三時(shí)期的總和小于1分鐘。
4.權(quán)利要求2的方法，其中第一步驟采用約22-約26伏的電壓，第二步驟采用約14-約18伏的電壓，和第三步驟采用約10-約14伏的電壓。
5.權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在施加多步驟電壓程序之前，使感光體經(jīng)歷加熱操作，其中使感光體經(jīng)歷約450℃-約650℃的溫度。
6.權(quán)利要求5的方法，其中使感光體經(jīng)歷約550℃的溫度。
7.由權(quán)利要求1的方法生產(chǎn)的襯底和阻擋層。
8.在感光體襯底上由有機(jī)酸陽極化形成阻擋層的方法，包括提供感光體襯底；提供有機(jī)酸電解質(zhì)；加熱感光體襯底到約450℃-約650℃的溫度；使感光體襯底與電解質(zhì)接觸；對(duì)與電解質(zhì)接觸的感光體襯底施加電壓一定時(shí)期以在其上形成陽極化層。
9.權(quán)利要求8的方法，其中施加電壓通過對(duì)感光體襯底施加多步驟電壓程序而進(jìn)行，其中程序包括第一步驟，其中將第一電壓施加第一時(shí)期，和第二步驟，其中將小于第一電壓的第二電壓施加第二時(shí)期。
10.由權(quán)利要求8的方法生產(chǎn)的襯底和阻擋層。
全文摘要
公開了在感光體襯底上形成阻擋層的多步驟陽極化方法。該方法在相對(duì)短的時(shí)期內(nèi)產(chǎn)生層。也公開了產(chǎn)生相對(duì)硬的陽極化層的預(yù)熱操作。預(yù)熱操作可以與任一種多步驟陽極化方法，或與常規(guī)方法結(jié)合使用。
文檔編號(hào)G03G5/043GK1862395SQ20061008031
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月10日
發(fā)明者W·G·赫爾伯特, G·J·邁爾 申請(qǐng)人:施樂公司