專利名稱：高表面電阻的聚氨酯輥的制作方法
技術(shù)范圍本發(fā)明涉及用于電攝影的輥，更具體地說(shuō)，涉及特別適合用作充電輥的有高電阻表面的電導(dǎo)輥。
背景技術(shù)：
用于電攝影復(fù)印的功能輥常常需要在受控電導(dǎo)性的芯上有高電阻的外表面層。本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)US 5707743公開了這樣一種輥和制造方法，其中將聚丁二烯加到芯材料中，然后烘烤，使聚丁二烯在芯的表面處氧化，從而在芯上產(chǎn)生高電阻的表面。
上述專利5707743的實(shí)施方案是顯影輥應(yīng)用。顯影輥接觸光電導(dǎo)表面，并將調(diào)色劑輸送到光電導(dǎo)表面。本發(fā)明是這樣的顯影輥實(shí)施方案的改進(jìn)，用以降低芯的電阻以及最后輥的硬度。這樣的輥與顯影輥是一致的，但這一規(guī)格的特定實(shí)施方案是充電輥。充電輥與光電導(dǎo)元件接觸，并加以高電壓，從而它將電勢(shì)轉(zhuǎn)移到光電導(dǎo)元件。施加給充電輥的這一電壓通常為疊加到直流電壓上的交流電壓，為使操作優(yōu)化，認(rèn)為峰值交流電壓應(yīng)至少為直流電壓的2倍。這是可通過電暈放電設(shè)備和其他已知的技術(shù)達(dá)到的功能，但因與充電輥接觸，接觸充電具有產(chǎn)生最小間接放電的特殊優(yōu)點(diǎn)，間接放電可使環(huán)境惡化。
根據(jù)本發(fā)明，加入填充料使芯的電阻降低。加入聚醚二醇使芯的硬度和芯的電阻降低。
發(fā)明公開本發(fā)明的輥為一鑄塑或模塑的電導(dǎo)聚合物輥，有高電阻的表面層。這一輥與涂覆輥的電性質(zhì)極為相似。輥由聚二烯烴例如聚異戊二烯或更具體為聚丁二烯與聚氨酯預(yù)聚物、三官能的聚醚多醇、顆粒填充料例如氯化鐵(它為電導(dǎo)添加劑和催化劑)、第二種電導(dǎo)添加劑和聚醚二醇組成。輥的體電阻相對(duì)于典型的聚氨酯數(shù)值是低的。將經(jīng)固化的輥的表面氧化，生成有高電阻的材料的表面層。這一經(jīng)氧化的輥的表面有很高電阻。與加一層或多層單獨(dú)的外層相比，生產(chǎn)費(fèi)用是低的。當(dāng)與交流電勢(shì)疊加的直流電勢(shì)作為它們的電壓源施加到它們上時(shí)，本發(fā)明的充電輥能在低溫和低濕度環(huán)境中很好地充電，它對(duì)應(yīng)于電阻層涂覆的充電輥的作用。通常只有當(dāng)單獨(dú)施加直流電壓時(shí)，單電阻性的充電輥才能在低溫和低濕度環(huán)境中很好地進(jìn)行。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述使用在本說(shuō)明書中描述的各種材料的組合，通過在空氣中在高溫下烘烤來(lái)生產(chǎn)有高電阻表面層的鑄塑聚氨酯輥。在氯化鐵存在下，聚丁二烯的氧化在表面上生成高電阻層，而除了氯化鐵外，線性雙官能多元醇以及電導(dǎo)填充料的加入使輥主體具有所需的硬度和電導(dǎo)性。
聚己內(nèi)酯聚氨酯預(yù)聚物例如Vibrathane 6060(Uniroyal Chemical的商標(biāo)產(chǎn)品)是所用的聚氨酯，由于它隨溫度和濕度變化有穩(wěn)定電阻。Vibrathane 6060為聚己內(nèi)酯甲苯二異氰酸酯預(yù)聚物。氯化鐵、銻摻雜的氧化錫和/或碳黑使輥芯的電阻降到小于IE7(1×107)歐姆-厘米。聚己內(nèi)酯聚氨酯、聚醚三醇、聚醚二醇、氯化鐵、摻雜的氧化錫和/或炭黑的組合生成從輥表面到中心有單一低電阻的輥。為了生產(chǎn)有高電阻表面層的輥，聚二烯烴例如聚丁二烯必需包含在配方中。
聚丁二烯可以預(yù)聚物或二醇形式加入。通過使用聚丁二烯二醇與聚醚三醇固化劑例如Simusol TOIE(SEEPIC，Inc.的一種產(chǎn)品，SimusolTOIE為不同商標(biāo)的產(chǎn)品，但據(jù)認(rèn)為與用于上述專利5707743實(shí)施方案中的Varanol 234-630(Dow Chemical Co.,Inc.的商品產(chǎn)品)在化學(xué)上基本上相同)的組合可固化聚己內(nèi)酯聚氨酯。聚丁二烯二醇對(duì)于聚氨酯起聚合物擴(kuò)鏈劑的作用，象Poly-G 55-37(Olin Corp.的商標(biāo)產(chǎn)品，一種高分子量聚醚二醇，數(shù)均分子量3000)一樣。隨著在混合物中的相對(duì)數(shù)量增加，Poly-G 55-37使生成的材料軟化。
為了在各種環(huán)境條件下長(zhǎng)時(shí)期保持輥的物理性質(zhì)的和電性質(zhì)，使用水解穩(wěn)定劑是需要的。加入TIPA(Dow Chemical Co.的商標(biāo))(在化學(xué)上為三異丙醇胺)起到使所述的聚氨酯為基礎(chǔ)的顯影輥水解穩(wěn)定的作用。此外，還將2-二叔丁基對(duì)甲酚(Naugard BHT:Uniroyal Chemical的商標(biāo)產(chǎn)品)或其他抗氧化劑加到材料中，以便控制氧化老化。典型的用量是變化的。但是，為了這一目的，3000ppm(百萬(wàn)分之一份)是有效的。
然后將聚氨酯配方鑄塑在圍繞中心金屬軸的模具中，然后以在模具中和模具外的組合方式在約93℃下固化至多1小時(shí)，來(lái)生產(chǎn)橡膠輥。然后研磨輥到正確尺寸。這一輥表面上沒有電阻層。通過在空氣中在高溫下將研磨過的輥烘烤一段時(shí)間來(lái)生成電阻層。這一烘烤步驟使聚丁二烯氧化。聚丁二烯是高度不飽和的(60％反式-1,4-、20％順式-1,4和20％1,2-乙烯基結(jié)構(gòu))，使它十分易于氧化。為了催化氧化過程，氯化鐵的存在是必要的?？纱呋@一氧化過程的另外的離子鹽是氯化亞鐵、氯化鈣和六氟乙?；?。
在氯化鐵存在下聚丁二烯的氧化生成高電阻表面層。這一表面層的厚度和電阻可通過改變氯化鐵的濃度、聚丁二烯的濃度、烘烤溫度、氧濃度和烘烤時(shí)間來(lái)控制。對(duì)于用作充電輥的輥來(lái)說(shuō)，對(duì)于具體施加的電壓，優(yōu)選改變這些數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化輥的特性。
實(shí)施例1按如下描述加工以下配方。
1)在75℃下預(yù)熱Vibrathane 6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和TIPA2)在93℃(200°F)下預(yù)熱輥模具；為了脫模可能需要用脫模劑3)用低溫加熱和攪拌將FeCl3和Simunol TOIE的溶液混合4)使V6060充分脫氣；使多元醇/FeCl3混合物和poly bd R45HT脫氣5)將軸放在模具中和在93℃下預(yù)熱約10分鐘6)仔細(xì)混合如下將V6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和SnO2合并然后混合；加入多元醇/FeCl3混合物，加入TIPA然后混合并裝入模具中注用氣動(dòng)混合器小心混合，避免在混合過程中充氣，使氣泡的產(chǎn)生減到最小7)在93℃下固化
8)在15-20分鐘后檢查固化，當(dāng)觸摸膜感到硬度適合時(shí)脫模(記錄時(shí)間)9)在93℃下后固化1.5小時(shí)，使輥的外表面氧化
*％NCO V6060= 3.42**OH數(shù)=618.00-當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 90.78***OH數(shù)= 0.83-當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 1204.82TIPA當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 63.70****OH數(shù)= 37.00-當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 1516.22化學(xué)計(jì)量0.95(異氰酸酯官能基定為1；因此這一化學(xué)計(jì)量表示100個(gè)異氰酸酯/95個(gè)羥基)批量(克) 100.00TOIE的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù) 0.50Poly bd R-45HT的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù)0.22TIPA的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù) 0.02Poly-G 55-37的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù) 0.26
當(dāng)量分?jǐn)?shù)為一種組分與提供的總官能基團(tuán)的比。因?yàn)樽詈笏膫€(gè)材料提供了全部羥基，它們的當(dāng)量分?jǐn)?shù)合計(jì)為1。正如熟悉聚氨酯配方技術(shù)的技術(shù)人員已知的，對(duì)于基于各原料組的重量百分?jǐn)?shù)變化和適當(dāng)調(diào)節(jié)是可預(yù)期的。
只使用銻摻雜的氧化錫和氯化鐵的配方得到體電阻不低于約2E7歐姆-厘米的芯(在-100伏直流電壓下測(cè)量)。
以下的實(shí)施例得到更低的芯體電阻，它可能是在某些應(yīng)用中需要的。
實(shí)施例2以下配方按如下加工。
1)在75℃下預(yù)熱Vibrathane 6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和TIPA2)在93℃(200°F)下預(yù)熱輥模具；為了脫?？赡苄枰妹撃?)用低溫加熱和攪拌下將FeCl3和Simunol TOIE的溶液混合4)使V6060充分脫氣；使多元醇/FeCl3混合物和poly bd R45HT脫氣5)將軸放在模具中，并在93℃下預(yù)熱約10分鐘6)仔細(xì)混合如下合并V6060、poly bd R-45HT、poly-G 55-37和炭黑/SnO2，然后混合；加入多元醇/FeCl3混合物、TIPA，然后混合并裝入模具中注意用氣動(dòng)混合器仔細(xì)進(jìn)行混合，避免在混合過程中充氣，使氣泡的產(chǎn)生減到最小7)在93℃下固化8)在15-20分鐘后檢查固化情況，當(dāng)觸摸膜感到硬度適合時(shí)脫模(記錄時(shí)間)9)在93℃下后固化1.5小時(shí)，使輥的外表面氧化
*％NCO V6060= 3.42**OH數(shù)=618.00-當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 90.78***OH數(shù)= 0.83-當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 1204.82TIPA當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 63.70****OH數(shù)= 37.00-當(dāng)量重量(克/當(dāng)量)= 1516.22化學(xué)計(jì)量0.95批量(克) 100.00TOIE的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù) 0.50Poly bd R-45HT的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù)0.15TIPA的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù) 0.02Poly-G 55-37的表觀當(dāng)量分?jǐn)?shù) 0.33這一配方得到體電阻為8E6至8E7歐姆-厘米的芯(在-100伏直流電壓下測(cè)量)。
為了確?；瘜W(xué)反應(yīng)充分完成，化學(xué)計(jì)量為95個(gè)羥基官能基/100個(gè)異氰酸酯官能基。
輥可用各種電技術(shù)表征。通常先用異丙醇清洗輥，然后在輥下方用導(dǎo)電的炭或銀涂料噴涂10毫米長(zhǎng)條。然后將輥放在特別制作的試驗(yàn)夾具中，沿輥的整個(gè)長(zhǎng)度均勻施加2.0-2.4千克力。為了確保得到適合的氧化層厚度，在氧化固化前后在100伏下測(cè)量輥的交流電阻。
充電輥芯的體電阻的典型希望數(shù)值為2E6至8E7歐姆-厘米，其氧化涂層的電阻為2E7至1E12歐姆-厘米，它與輥的特定應(yīng)用有關(guān)。(所有這樣的測(cè)量都在-100伏直流電壓下進(jìn)行)。對(duì)于特定的應(yīng)用，可通過增加模具外固化時(shí)間來(lái)提高氧化涂層的電阻，使氧化涂層的厚度和成品充電輥的總電阻增加。
各種變化是顯而易見的和可以預(yù)期的。
權(quán)利要求
1．一種無(wú)接縫電攝影元件，它含有聚己內(nèi)酯甲苯聚氨酯、第一種顆粒狀導(dǎo)電填充料、聚二烯烴和催化所述的聚二烯烴氧化的第二種顆粒狀填充料的本體，所述的元件有氧化的聚二烯烴的外表面。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的電攝影元件，其中所述的第一種導(dǎo)電的填充料為銻摻雜的氧化錫。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的電攝影元件，其中所述的第二種導(dǎo)電的填充料為氯化鐵。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
5．根據(jù)權(quán)利要求2的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
6．根據(jù)權(quán)利要求3的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
7．根據(jù)權(quán)利要求2的電攝影元件，其中所述的第二種導(dǎo)電的填充料為氯化鐵。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
9．一種無(wú)接縫電攝影元件，它含有聚己內(nèi)酯甲苯二異氰酸酯和聚醚多醇的聚合產(chǎn)物、第一種顆粒狀導(dǎo)電的填充料、聚二烯烴和催化所述的聚二烯烴氧化的第二種顆粒狀填充料的本體；所述的元件有氧化的聚二烯烴的外表面。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的電攝影元件，其中所述的第一種顆粒狀導(dǎo)電的填充料是銻摻雜的氧化錫。
11．根據(jù)權(quán)利要求10的電攝影元件，其中所述的元件還含有炭黑作為顆粒狀的導(dǎo)電填充料。
12．根據(jù)權(quán)利要求9的電攝影元件，其中所述的第二種導(dǎo)電的填充料為氯化鐵。
13．根據(jù)權(quán)利要求10的電攝影元件，其中所述的第二種導(dǎo)電的填充料為氯化鐵。
14．根據(jù)權(quán)利要求11的電攝影元件，其中所述的第二種導(dǎo)電的填充料為氯化鐵。
15．根據(jù)權(quán)利要求9的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
16．根據(jù)權(quán)利要求10的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
17．根據(jù)權(quán)利要求11的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
18．根據(jù)權(quán)利要求12的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
19．根據(jù)權(quán)利要求13的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
20．根據(jù)權(quán)利要求14的電攝影元件，其中所述的聚二烯烴為聚丁二烯。
21．根據(jù)權(quán)利要求9的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
22．根據(jù)權(quán)利要求10的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
23．根據(jù)權(quán)利要求11的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
24．根據(jù)權(quán)利要求12的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
25．根據(jù)權(quán)利要求13的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
26．根據(jù)權(quán)利要求14的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
27．根據(jù)權(quán)利要求15的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
28．根據(jù)權(quán)利要求16的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
29．根據(jù)權(quán)利要求17的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
30．根據(jù)權(quán)利要求18的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
31．根據(jù)權(quán)利要求19的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
32．根據(jù)權(quán)利要求20的電攝影元件，其中所述的聚醚多醇包括聚醚三醇和聚醚二醇。
全文摘要
充電輥由聚氨酯、聚丁二烯、聚醚二醇、氯化鐵、銻摻雜的氧化錫和可有可無(wú)的炭黑制成。通過烘烤輥使聚丁二烯氧化使輥有很高電阻的外表面。用低的生產(chǎn)費(fèi)用制得充電輥,甚至通過用交流電勢(shì)疊加的直流電勢(shì)充電有很好的功能。
文檔編號(hào)C08K9/02GK1311727SQ99809160
公開日2001年9月5日 申請(qǐng)日期1999年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月29日
發(fā)明者J·D·馬斯二世, A·R·皮爾烏扎, E·W·威德爾特 申請(qǐng)人:萊克斯馬克國(guó)際公司