DE60004755T2

DE60004755T2 - Schmelzfixierelement mit Epoxysilan vernetzter Fluoroelastomerbeschichtung, Aufzeichungsprozess und Aufzeichnungselement

Info

Publication number: DE60004755T2
Application number: DE60004755T
Authority: DE
Inventors: Santokh S. Badesha; George J. Heeks; Robert M. Ferguson; David J. Gervasi; Arnold W. Henry
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1999-10-11
Filing date: 2000-10-11
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2020-10-12
Also published as: US6678495B1; DE60004755D1; EP1093032B1; EP1093032A1

Description

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf vernetzte Fluorpolymermaterialien. Insbesondere richtet sich die vorliegende Erfindung auf vernetzte Fluorpolymermaterialien, welche geeignet sind für Anwendungen wie Schmelzfixierelementbeschichtungen für Abbildungsverfahren. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung richtet sich auf ein Schmelzfixierelement, umfassend ein Substrat und darüber mindestens eine Schicht, welche eine äußere Schmelzschicht darstellt, wobei besagte Schicht ein vernetztes Produkt einer Zusammensetzung enthält, welche (a) ein Fluorelastomer und (b) ein Epoxysilan-Vulkanisiermittel umfasst.
US-A-5,281,506 betrifft ein Schmelzfixierelement, welches ein Trägersubstrat umfasst, welches eine äußere Schicht eines ausgehärtetes Fluorelastomers und eine dünne Oberfläche eines Polyorganosiloxanes mit einer reaktiven Funktionalität wie einer Epoxy-Gruppe aufweist.
US-A-5,219,612 offenbart ein Schmelzfixierelement, welches ein Basisträgerelement, eine ein Fluorelastomer und einen Haftvermittler enthaltende Haftschicht, eine Bindeschicht und eine äußere elastomere Schmelzfixieroberfläche aufweist, welche ein ein Metalloxid enthaltendes Fluorelastomer umfasst.
Während folglich bekannte Zusammensetzungen und Verfahren geeignet für ihre beabsichtigten Zwecke sind, bleibt ein Bedürfnis nach verbesserten vernetzten Fluorelastomermaterialien. Darüber hinaus besteht weiterhin ein Bedarf an verbesserten Verfahren zur Aushärtung von Fluorelastomermaterialien. Des weiteren besteht ein Bedarf an Verfahren zur Aushärtung von Fluorelastomeren in Abwesenheit basischer Metalloxidpartikel. Zusätzlich existiert weiterhin ein Bedürfnis nach Verfahren zur Aushärtung von Fluorelastomeren, welches niedrigere Aushärtungstemperaturen anwendet als die gegenwärtig verwendeten. Es gibt ebenfalls einen Bedarf an vernetzten Fluorelastomermaterialien, welche vernetzten Fluorelastomermaterialien, welche wünschenswert hohe Hitzestabilitätslevel aufweisen. Des Werteren gibt es ein Bedürfnis nach vernetzten Fluorelastomermaterialien, welche verbesserte Festigkeitsmerkmale aufweisen. Darüber hinaus existiert ein Bedarf an vereinfachten Verfahren zur Aushärtung von Fluorelastomeren. Zusätzlich gibt es ein Bedürfnis nach vernetzten Fluorelastomermaterialien, welche keinen zusätzlichen Haftvermittler benötigen, wenn sie an Oberflächen wie Silikonen oder anderen Fluorelastomeren gebunden sind. Es verbleibt ebenfalls ein Bedarf an vernetzten Fluorelastomermaterialien, welche gut und einheitlich darin dispergierte Pigmentpartikel (wie solche, welche zur Verstärkung elektrischer oder thermischer Leitfähigkeit verwendet werden) aufweisen.
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Schmelzfixierelement, welches ein Substrat und darüber mindestens eine Schicht, welche eine äußere Schmelzfixierschicht ist, umfasst, wobei besagte äußere Schmelzfixierschicht ein vernetztes Fluorelastomer enthält, wobei das Fluorelastomer mittels eines Epoxysilan-Vulkanisiermittels vernetzt ist.
1 stellt eine graphische Darstellung einer allgemeinen elektrostatographischen Vorrichtung dar.
2 veranschaulicht ein Schmelzfixiersystem gemäß einer Ausfühnungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt.
4 stellt eine grafische Darstellung der Belastung gegen die Dehnung dar, welche die verschiedenen physikalischen Eigenschaften der in Beispiel 1 hergestellten Filme veranschaulicht.
Bezug nehmend auf 1, wird in einer typischen elektrostatographischen Wiedergabevorrichtung ein helles Bild eines zu kopierenden Originals in Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf ein photosensitives Bauteil aufgenommen, und das latente Bild wird nachfolgend mittels Aufbringung elektroskopischer thermoplas tischer Harzpartikel, welche üblicherweise als Toner bezeichnet werden, sichtbar gemacht. Insbesondere wird Fotorezeptor 10 auf seiner Oberfläche mittels eines Aufladegerätes 12, an welches aus einer Spannungsquelle 11 Spannung angelegt wurde, aufgeladen. Der Fotorezeptor wird anschließend Bild-weise mit Licht aus einem optischen System oder einer Bildeingabevorrichtung 13 wie einem Laser und einer Licht emittierenden Diode bestrahlt, um darauf ein elektrostatisches latentes Bild zu bilden. Im Allgemeinen wird das elektrostatische latente Bild entwickelt, indem es mit einer Entwicklermischung aus einer Entwicklungsstation 14 in Kontakt gebracht wird. Die Entwicklung kann mittels Verwendung einer Magnetbürste, einer Pulverwolke oder anderen bekannten Entwicklungsverfahren bewirkt werden.
Nachdem die Toner-Partikel auf der photoleitfähigen Oberfläche in Gestalt eines Bildes abgeschieden wurden, werden sie mittels eines Übertragungsmittels 15, welches Druckübertragung, elektrostatische Übertragung oder Ähnliches sein kann, auf ein Kopierpapier 16 übertragen. Altemativ kann das entwidkelte Bild auf ein Zwischenübertragungselement und nachfolgend auf ein Kopierpapier transferiert werden.
Nachdem die Übertragung des entwickelten Bildes beendet ist, wird das Kopierpapier 16 zur Schmelzfixieranlage 19, in 1 in Form von Schmelzfixier- und Druckwalzen dargestellt, weitergeleitet, in denen das entwickelte Bild auf Kopierpapier 16 schmelzfixiert wird, indem das Kopierpapier 16 zwischen Schmelzfixierelement 20 und Druckelement 21 durchgeleitet wird, wobei es ein dauerhaftes Bild ausbildet. Nach der Übertragung wird der Fotorezeptor 10 zur Reinigungsanlage 17 weitergeleitet, in der jeglicher auf dem Fotorezeptor 10 verbliebener Toner unter Verwendung einer Klinge 22 (wie in 1 gezeigt), einer Bürste oder anderer Reinigungsvorrichtungen davon entfernt wird.
Unter Bezugnahme auf 2, ist eine Ausführungsform einer Schmelzfixierstation 19 bildlich dargestellt, mit einer Ausführungsform einer Schmelzfixierwalze 20, umfassend eine vernetzte Fluorelastomer-Oberfläche 5 auf einem geeigneten Basis element oder Substrat 4, welches in dieser Ausführungsform einen hohlen Zylinder oder Kern darstellt, der aus jedwedem geeigneten Metall, wie Aluminium, Eloxalaluminium, Stahl, Nickel, Kupfer oder ähnlichem hergestellt ist, und ein geeignetes Heizelement 6 aufweist, welches in dessen hohlem, zu dem Zylinder coextensiven, Bereich angeordnet ist. Das Schmelzfixierelement 20 kann wahlweise ein Haftmittel, einen Dämpfer oder eine andere geeignete Schicht 7, die zwischen dem Kern 4 und der äußeren Schicht 5 positioniert ist, einschließen. Die Stütz- oder Druckwalze 21 kooperiert mit der Schmelzfixierwalze 20 unter Ausbildung eines Walzenspaltes oder Kontaktbogens 1, durch welche ein Kopierpapier oder anderes Substrat 16 derart passiert, dass die darauf befindlichen Tonerbilder 24 die Fluorelastomer-Oberfläche 5 der Schmelzfixierwalze 20 kontaktieren. Wie in 2 gezeigt, ist eine Ausführungsform einer Unterstützungs- oder Druckwalze 21 bildlich dargestellt als einen starren Stahlkem 2 mit einer Polymer- oder Elastomeroberfläche oder -Schicht 3 darauf aufweisend. Eine optionale Wanne 25 enthält wahlweise ein polymeres Trennmittel 26, welches bei Raumtemperatur fest oder flüssig sein kann, aber bei Betriebstemperaturen flüssig ist. Das Druckelement 21 kann ebenfalls wahlweise ein Heizelement (nicht gezeigt) beinhalten.
Zur Aufbringung des polymeren Trennmittels 26 auf die vernetzte Fluorelastomer-Oberfläche 5 in der in 2 gezeigt Ausführungsform, sind zwei Trennmittel-Förderwalzen 27 und 28, die rotierbar in der angezeigten Richtung angebracht sind, bereitgestellt, um das Trennmittel 26 zur vernetzten Fluorelastomer-Oberfäche 5 zu transportieren. Die Förderwalze 27 ist teilweise in der Wanne 25 eingetaucht und transportiert auf ihrer Oberfläche Trennmittel von der Wanne zu der Förderwalze 28. Durch Verwendung eines Dosiermessers 29 kann eine Schicht einer polymeren Trennflüssigkeit zunächst auf die Förderwalze 27 und nachfolgend in einer kontrollierten Dicke, die von einer Submikron-Dicke bis zu einer Dicke von mehreren Mikrons an Trennflüssigkeit reicht, auf das vernetzte Fluorelastomer 5 aufgebracht werden. Somit können mittels Dosiervorrichtung 29 bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 2 Mikrons oder größere Dicken an Trennflüssigkeit auf die Oberfläche des vernetzten Fluorelastomers 5 aufgebracht werden.
3 stellt bildlich eine Ansicht im Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar, in der Schmelzfixierelement 20 ein Substrat 4, wahlweise eine Oberflächenzwischenschicht 7, welche Silikonkautschuk und wahlweise Füllstoffe 30 wie Aluminiumoxid oder ähnliche, die darin dispergiert oder enthalten sind, umfasst, sowie eine äußere vernetzte Fluorelastomer-Oberflächenschicht 5 enthält. 3 stellt ebenfalls ein Flüssigtrennmittel oder eine Schmelzfixierölschicht 9 bildlich dar.
Der hierin verwendete Ausdruck "Schmelzfixierelement" bezieht sich auf Schmelzfixierelemente, die Schmelzfixierwalzen, -Riemen, -Filme, -Bögen u. ä. beinhalten; Donatorelemente, einschließlich Donatorwalzen, -Riemen, -Filme, -Bögen u. ä.; und Druckelemente, einschließlich Druckwalzen, -Riemen, -Filme, -Bögen u. ä.; sowie andere Elemente, welche in dem Schmelzfixiersystem einer elektrostatographischen oder xerographischen, einschließlich digitalen, Maschine nützlich sind. Das Schmelzfixierelement der vorliegenden Erfindung kann bei einer großen Vielzahl an Maschinen angewandt werden, und ist nicht besonders in ihrer Anwendung auf die spezielle Ausführungsform, die hierin bildlich dargestellt ist, begrenzt.
Für das Schmelzfixierelement kann jegliches geeignete Substrat ausgewählt werden. Das Schmelzfixierelementsubstrat kann eine Walze, ein Riemen, eine flache Oberfläche, ein Bogen, ein Film oder eine andere geeignete Form darstellen, die bei der Fixierung thermoplastischer Tonerbilder auf ein geeignetes Kopiersubstrat verwendet wird. Es kann die Form eines Schmelzfixierelementes eines Druckelementes oder eines Trennmitteldonatorelementes, bevorzugt in der Form einer zylindrischen Walze, annehmen. Typischerweise ist das Schmelzfixierelement aus einem hohlen, zylindrischen Metallkern, wie Kupfer, Aluminium, Edelstahl oder bestimmten Kunststoff-Materialien, hergestellt, welche ausgewählt sind, um Starrheit und strukturelle Integrität aufrechtzuerhalten, und ebenfalls in der Lage sind, ein polymeres Material aufzuweisen welches darauf beschichtet ist und fest daran haftet. Es ist bevorzugt, dass das Trägersubstrat eine zylindrische Hülse darstellt, vorzugsweise mit einer äußeren polymeren Schicht von etwa 1 bis etwa 6 Millimetern. In einer Ausführungsform wird der Kern, der ein Aluminium- oder Stahlzylinder sein kann, mit einem Lösungsmittel entfettet und mit einem abrasiven Reiniger gereinigt, bevor er mit einem Grundierungsmittel, wie Dow Corning^® 1200, welches gesprüht, gebürstet oder getaucht werden kann, gefolgt von Trocknen an der Luft unter Umgebungsbedingungen für 30 Minuten und anschließendem Backen bei 150°C für 30 Minuten, grundiert wird.
Quarz- und Glas-Substrate sind ebenfalls geeignet. Die Verwendung von Quarz- oder Glas-Kernen in Schmelzfixierelementen erlaubt die Herstellung eines billigen Schmelzfixierelementes mit einem leichten Gewicht. Darüber hinaus helfen das Glas und das Quarz, ein schnelles Aufwärmen zu erlauben, und sind daher energieeffizient. Da der Kern des Schmelzfixierelementes Glas oder Quarz umfasst, gibt es darüber hinaus eine reale Möglichkeit, dass derartige Schmelzfixierelemente recycled werden können. Indem sie eine überlegene Isolierung bereitstellen, gewähren diese Kerne darüber hinaus eine hohe thermische Effizienz.
Wenn das Schmelzfixierelement einen Riemen darstellt, kann das Substrat aus jedwedem gewünschten oder geeigneten Material sein, einschließlich Kunststoffen wie Ultem^®, erhältlich von General Electric, Ultrapek^®, erhältlich von BASF, PPS (Polyphenylensulfid), verkauft unter den Marken Fortron^®, erhältlich von Hoechst Celanese, Ryton R-4^®, erhältlich von Phillips Petroleum und Supec^®, erhältlich von General Electric; PAI (Polyamidimid), verkauft unter der Marke Torlon^® 7130, erhältlich von Amoco; Potyketon (PK), verkauft unter der Marke Kadel^® Έ1230, erhältlich von Amoeo; PI (Polyimid); Polyaramid; PEEK (Polyetheretherketon), verkauft unter der Marke PEEK 450GL30, erhältlich von Victrex; Polyphthalamid, verkauft unter der Marke Amodel^®, erhäftlich von Amoco; PES (Polyethersuffon); PEI (Polyetherimid); PAEK (Polyaryletherketon); PBA (Polyparabansäure); Siliconharz und fluoriertem Harz, wie PTFE (Polytetrafluorethylen); PFA (Perfluoralkoxy); FEP (fluoriertes Ethylenpropylen); flüssigkristallinem Harz (Xydar^®, erhältlich von Amoco; u. ä. sowie deren Mischungen. Diese Kunststoffe können mit Glas oder anderen Mineralien gefüllt sein, um ihre mechanische Festigkeit zu verstärken, ohne ihre thermischen Eigenschaften zu verändern. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der Kunststoff einen Hochtemperatur-Kunststoff mit überlegener mechanischer Festigkeit, wie Polyphenylensulfid, Polyamidimid, Polyimid, Polyketon, Polyphthalamid, Polyetheretherketon, Polyethersulfon und Polyetherimid. Geeignete Materialien schließen ebenfalls SiliKonkautschuke ein. Beispiele für Schmelzfixierelemente mit Riemen-Konfiguration sind beispielsweise offenbart in U.S. Patent 5,487,707, U.S. Patent 5,514,436 und der anhängigen Anmeldung U.S. fortlaufende Nummer 08/297,203, eingereicht am 29. August 1994. Ein Verfahren zur Herstellung verstärkter, nahtloser Riemen ist beispielsweise in U.S. Patent 5,409,557 offenbart.
Die optionale Zwischenschicht kann von jeglichem geeigneten oder gewünschten Material sein. Beispielsweise kann die optionale Zwischenschicht einen Silikonkautschuk einer Dicke umfassen, die ausreicht, um eine konturgetreue Schicht auszubilden. Geeignete Silikonkautschuke schließen Raumtemperatur Vulkanisation-Silikonkautschuke (RTV), Hochtemperatur-Vulkanisation-Siliconkautschuke (H C V) und Niedrigtemperatur-Vulkanisation-Silikonkautschuke (LTV) ein. Diese Kautschuke sind bekannt und schnell kommerziell erhältlich wie als SILASTIC^® 735 schwarz RTV und SILASTIC^® 732 RTV, beide erhältlich von Dow Corning, und 106 RTV Silikonkautschuk und 90 RTV Silikonkautschuk, beide erhältlich von General Electric. Andere geeignete Silikonmaterialien schließen die Silane, Siloxane (bevorzugt Polydimethylsiloxane), wie Fluorsilikone, Dimethylsilikone, flüssige Silikonkautschuke, wie Vinyl-vernetzte, mittels Hitze aushärtbare Kautschuke oder mittels Silanol bei Raumtemperatur vernetzte Materialien u. ä. ein. Andere für die Zwischenschicht geeignete Materialien schließen Polyimide und Fluorelastomere ein, einschließlich der bei äußeren Schichten von Schmelzfixierelementen üblicherweise verwendeten. Falls gewünscht, kann die Zwischenschicht ein vernetztes Fluorelastomer gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen.
Silikonkautschuk-Materialien können während des Schmelzfixierverfahrens, insbesondere in Gegenwart eines Trennmittels, anschwellen. Im Falle eines Schmelzfixier-Farbtoners, ist auf Grund des Bedarfs an einer größeren Menge an Farbtoner als für schwarze und weiße Kopien und Drucke erforderlich ist normalerweise eine relativ große Menge an Trennmittel nötig, um die Abslösbarkeit zu steigern. Entsprechend ist der Silikonkautschuk in einer Vorrichtung, welche Farbtoner verwendet, anfälliger gegenüber einem Anschwellen. In einer relativ kleinen Menge zugegebenes Aluminiumoxid kann das Anschwellen verringem und die Fähigkeit zur Übertragung von Wärme steigern. Diese Steigerung der Fähigkeit zur Übertragung von Wärme ist bevorzugt bei Schmelzfixierelementen, welche in Schmelzfixierfarbtonern nützlich sind, da üblichenweise zum Schmelzfixieren von Farbtonern eine höhere Temperatur (beispielweise von etwa 155 bis etwa 180°C) benötigt wird, im Vergleich zu der zum Schmelzfixieren schwarzer und weißer Toner benötigten Temperatur (beispielsweise von etwa 50 bis etwa 180°C).
Dementsprechend befindet sich wahlweise dispergiertes oder enthaltenes Aluminiumoxid in der Silikonkautschuk-Zwischenschicht in einer relativ geringen Menge von etwa 0,05 bis etwa 5 Volumenprozent, bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 5 Volumenprozent und besonders bevorzugt von etwa 2,2 bis etwa 2,5 Prozent bezogen auf das Gesamtvolumen der Zwischenschicht. Zusätzlich zum Aluminiumoxid können andere Metalloxide und/oder Metallhydroxide verwendet werden. Derartige Metalloxide und/oder Metallhydroxide schließen Zinnoxid, Zinkoxid, Calciumhydroxid, Magnesiumoxid, Bleioxid, Chromoxid, Kupferoxid u. ä. sowie deren Mischungen ein. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Metalloxid in einer Menge von etwa 10 bis etwa 50 Volumenprozent, vorzugsweise von etwa 20 bis etwa 40 Volumenprozent und besonders bevorzugt von etwa 30 bis etwa 35 Prozent des Gesamtvolumens der Zwischenschicht vor. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Kupferoxid in diesen Mengen zusätzlich zum Aluminiumoxid verwendet. In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Metalloxide wie Aluminiumoxid oder Kupferoxid bevorzugt etwa 1 bis etwa 10 Mikrons, und besonders bevorzugt etwa 3 bis etwa 5 Mikrons, obwohl der durchschnittliche Partikeldurchmesser außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Die optionale Zwischenschicht weist typischerweise eine Dicke von etwa 0,05 bis etwa 10 Millimeter, bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 5 Millimeter, und besonders bevorzugt von etwa 1 bis etwa 3 Millimeter auf, obwohl die Dicke außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Ganz besonders weist die Zwischenschicht, wenn sie auf einem Druckelement vorliegt, typischerweise eine Dicke von etwa 0,05 bis etwa 5 Millimeter, vorzugsweise von etwa 0,1 bis etwa 3 Millimeter, und besonders bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 1 Millimeter auf, obwohl die Dicke außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Auf einem Schmelzfixierelement vorliegend weist die Zwischenschicht typischerweise eine Dicke von etwa 1 bis etwa 10 Millimeter, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 5 Millimeter und besonders bevorzugt von etwa 2,5 bis etwa 3 Millimeter auf, obwohl die Dicke außerhalb dieser Bereiche liegen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke der Zwischenschicht des Schmelzfixierelementes größer als die des Druckelementes, so dass das Schmelzfixierelement verformbarer ist als das Druckelement.
Die äußere Schmelzfixierschicht des Schmelzfixierelementes der vorliegenden Erfindung umfasst ein vernetztes Fluorelastomer. Diese Schicht kann hergestellt werden, indem zuerst eine flüssige Zusammensetzung, die ein nicht vernetztes Fluorelastomer und ein Vernetzungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung wie nachfolgend offenbart sowie jegliche gewünschte optionale Füllstoffe und andere optionale Komponenten enthält, hergestellt wird. Die flüssige Zusammensetzung wird auf das Substrat aufgebracht, gefolgt von Vernetzung des Fluorelastomers, typischerweise durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 200 bis etwa 400°F, obwohl die Temperatur außerhalb dieses Bereichs liegen kann, und typischerweise für etwa 10 bis etwa 24 Stunden, obwohl die Zeit außerhalb dieses Bereichs liegen kann, und obwohl ebenfalls andere Vernetzungsverfahren angewandt werden können.
Beispiele geeigneter äußerer Schmelzfixierschichten des Schmelzfixierelementes schließen Fluorelastomere ein Insbesondere stellen die beispielsweise in U.S. Patent 5,166,031, U.S. Patent 5,281,506, U.S. Patent 5,366,772, U.S. Patent 5,370,931, U.S. Patent 4,257,669, U.S. Patent 5,017,432 und U.S. Patent 5,061,965 beschriebenen geeignete Fluorelastomere dar. Diese Fluorelastomere, insbesondere von der Klasse der Copolymere, Terpolymere und Tetrapolymere von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und einem möglichen, Vernetzungsstellen aufweisenden Monomer, sind kommerziell bekannt unter verschiedenen Bezeichnungen wie VITON A^®; VITON E^®; VITON E60C^®, VITON E430^®, VITON 910^®, VITON GH^®, VITON GF^®, VITON E45^® , VITON A201C^® und VITON B50^®. Die Bezeichnung VITON^® stellt eine Marke von E. I. Du Pont de Nemours, Inc. dar. Andere käuflich erhältliche Materialien schließen FLUOREL 2170^®, FLUOREL 2174^®, FLUOREL 2176^®, FLUOREL 2177^®, FLUOREL 2123^® und FLUOREL LVS 76^® ein, wobei FLUOREL^® eine Marke der Firma 3M ist. Zusätzliche käuflich erhältliche Materialien schließen AFLAS^®, ein Polypropylentetrafluorethylen), und FLUOREL II^® (LII900), ein Poly(propylentetrafluorethylenvinylidenfluorid)elastomer, beide ebenfalls erhältlich von der Firma 3M, sowie TECNOFLONS^®, identifiziert als FOR-60KIR^®, FOR-LHF^®, NM^®, FOR-THF^®, FOR-TFS^®, TH^®, und TN505^®, erhältlich von Montedison Specialty Chemical Company ein. Fluorpolymer-, und insbesondere Fluorelastomermaterialien wie die VITON^®-Materialien sind nützlich, wenn sie als Schmelzfixierwalzenbeschichtungen bei normlen Schmelzfixiertemperaturen (z. B. von etwa 50 bis etwa 150 °C) verwendet werden. Diese Materialien weisen überlegene Eigenschaften im Hinblick auf Hochtemperaturstabilität, thermische Leitfähigkeit, Verschleißbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber dem Anschwellen durch Trennöl auf.
In einer weiteren Ausführungsform stellt das Polymer ein Fluorelastomer mit einer relativ geringen Menge an Vinylidenfluorid, wie in VITON GF^®, erhältlich von E. I. DuPont de Nemours, Inc., dar. Das VITON GF^® weist 35 Gewichtsprozent an Vinylidenfluorid, 34 Gewichtsprozent an Hexafluorpropylen und 29 Gewichtsprozent an Tetrafluorethylen, mit 2 Gewichtsprozent Monomer mit Vernetzungsstellen, auf. Monomer mit Vernetzungsstellen können jene sein, welche von Du Pont erhältlich sind, wie 4-Bromperfluorbuten-1, 1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1, 3-Bromperfluorpropen-1, 1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1, oder jedwedes andere geeignete Monomer mit Vernetzungsstellen. Der Fluorgehalt des VITON GF^® beträgt etwa 70 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Fluorelastomers.
In noch einer weiteren Ausführungsform stellt das Polymer ein Fluorelastomer mit einem relativ geringen Fluorgehalt daher, wie VITON A201C^®, welches ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen ist und einen Fluorgehalt von etwa 65 Gewichtsprozent aufweist. Dieses Copoymer ist vermischt mit Vernetzern und Phosphoniumverbindungen, welche als Beschleuniger verwendet werden.
Besonders bevorzugt für die vorliegende Erfindung sind Fluorelastomere, welche Vinylidenfluorid, wie die VITON^® Materialien, enthalten. Ganz besonders bevorzugt sind Vinylidenfluorid-Terpolymere wie VITON^® GF.
Es ist bevorzugt, dass das Flurelastomer einen relativ hohen Fluorgehalt von etwa 65 bis etwa 71 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 69 bis etwa 70 Gewichtsprozent, und besonders bevorzugt von etwa 70 Prozent Fluor bezogen auf das Gewicht des gesamten Fluorelastomers aufweist. Ebenfalls können weniger teure Elastomere, wie einige, die etwa 65 Gewichtsprozent Fluor enthalten, verwendet werden.
In den nicht vernetzten Polymeren ohne Monomeren mit Vernetzungsstellen beeinflusst die relative Menge an Vernetzungsstellen wie die Vinylidenfluorid-Monomere im Polymerrückgrat die Vernetzungsdichte und mechanischen Eigenschaften des vernetzten Polymers; entsprechend können die relativen Mengen an Vernetzungsstellen im Polymerrükgrat in Abhängigkeit der gewünschten physikalischen Eigenschaften und der Vernetzungsdichte des vernetzten Polymers ausgewählt werden. Das zusammen mit den kommerziell erhältlichen Fluorelastomeren wie der VITON^®Serie erhältliche Informationsmaterial stellt eine umfassende Information im Hinblick darauf bereit, wie die Variation verschiedener Mengen an Monomeren die Leistungsziele des vernetzten Materials beeinflusst.
Weitere geeignete Fluorpolymere schließen solche ein, wie Fluorelastomer- Verbundwerkstoffe, welche Hybridpolymere darstellen, die mindestens zwei sich unterscheidende Poymersysteme, Blöcke oder Monomersegmente, ein Monomersegment (im Nachfolgenden als "erstes Monomersegment" bezeichnet), welches eine hohe Verschleißbeständigkeit und eine große Festigkeit aufweist, und das andere Monomersegment (im Nachfolgenden als "zweites Monomersegment" bezeichnet), welches eine geringe Oberflächenenergie besitzt, umfassen. Die Verbundwerkstoffe sind Hybrid- oder Copolymer-Zusammensetzungen, welche im Wesentlichen einheitliche, integrale, durchdringende Netzwerke eines ersten Monomersegmentes und eines zweiten Monomersegmentes enthalten, und in einigen Ausführungsformen wahlweise ein drittes gepfropftes Segment, wobei sowohl die Struktur als auch die Zusammensetzung der Segmentnetzwerke im Wesentlichen einheitlich sind, wenn sie durch verschieden Scheiben der Schmelzfixierschicht betrachtet werden. Der Ausdruck "durchdringendes Netzwerk" bezieht sich auf eine Additionspolymerisations-Matrix, in der Polymerstränge des ersten Monomersegmentes und des zweiten Monomersegmentes, sowie diejenigen des optionalen dritten gepfropften Segmentes, miteinander verzwirnt sind. Eine Copolymerzusammensetzung umfasst ein erstes Monomersegment und ein zweites Monomersegment, sowie wahlweise ein drittes gepfropftes Segment, vorbei die Monomersegmente zufällig innerhalb eines langkettigen Moleküls arrangiert sind. Beispiele eines zur Verwendung als das erste Monomersegment oder festes Monomersegment geeignetem Polymers schließen beispielsweise Polyamide, Polyimide, Polysulfone, Flurelastomere u. ä. sowie deren Mischungen ein. Beispiele des Monomersegmentes mit geringer Oberflächenenergie oder der zweiten Monomersegmentpolymere schließen Polyorganosiloxane u. ä. ein und ebenfalls Intermediate, welche anorganische Netzwerke ausbilden. Ein Intermediat stellt einen Vorläufer anorganischer Oxidnetzwerke, welche in den hierin beschriebenen Polymeren vorliegen, dar. Dieser Vorläufer durchläuft Hydroyse und Kondensation, gefolgt von Additionsreaktionen, um gewünschte Netzwerkkonfigurationen beispielsweise von Netzwerken aus Metalloxiden wie Titandioxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid u. ä.; von Netzwerken aus Metallhalogeniden; und Netzwerken aus Metallhydroxiden zu bilden. Beispiele von Intermediaten schließen Metallalkoxide, Metallhalogenide, Metallhydroxide und Polyorganosiloxane ein. Die bevorzugten Intermediate stellen Alkoxide dar, und besonders bevorzugt sind Tetraethoxyorthosilikat für Siliziumoxid-Netzverke und Titanisobutoxide für Titandioxidnetzwerke. In einigen Ausführungsformen stellt ein gepfropftes Monomersegment ein drittes Monomersegment niedriger Oberflächenenergie dar, und in bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich dabei um ein Polyorganosiloxan. In diesen bevorzugten Ausführungsformen ist es besonders bevorzugt, dass das zweite Monomersegment ein Intermediat für ein Netzwerk eines Metalloxides darstellt. Bevorzugte Intermediate schließen Tetraethoxyorthosilikat für Siliziumoxid-Netzwerke und Titanisobutoxid für Titandioxid-Netzwerke ein.
Volumen-gepfropfte Elastomere sind ebenfalls geeignet. Volumen gepfropfte Elastomere stellen eine spezielle Form eines Hydrofluorelastomers dar und sind im Wesentlichen einheitliche, integrale, durchdringende Netzwerke einer Hybridzusammensetzung eines Fluorelastomers und eines Polyorganosiloxanes, wobei der Volumen-Pfropf durch Dehydrofluorierung eines Fluorelastomers mittels eines nucleophilen Dehydrofluorierungsmittels, gefolgt von Additionspolymerisation mittels Zugabe eines durch eine Alken- oder Alkin-Funktionalität terminierten Polyorganosiloxanes und eines Polymerisationsinitiators, gebildet wurde. Beispiele für spezielle Volumenpfropfelastomere sind beispielsweise in U.S. Patent 5,166,031, U.S. Patent 5,281,506, U.S. Patent 5,366,772 und U.S. Patent 5,370,931 offenbart.
Beispiele für geeignete Polymerverbundwerkstoffe schließen Volumen-gepfropfte Elastomere, Titamere, gepfropfte Titamere, Ceramere, gepfropfte Ceramere u. ä. ein. Titamere und gepfropfte Titamere sind beispielsweise in U.S. Patent 5,486,987 offenbart; Ceramere und gepfropfte Ceramere sind beispielsweise in U.S. Patent 5,337,129 offenbart; und Volumen-gepfropfte Fluorelastomere sind beispielsweise in U.S. Patent 5,366,772 offenbart. Darüber hinaus sind diese Fluorelastomer-Verbundwerkstoffe in U.S. Patent 5,778,290 offenbart.
Das Fluorelastomer ist ausgehärtet oder vernetzt mit einem Epoxysilan-Vulkanisiermittel. Beispiele für geeignete Epoxysilan-Vulkanisiermittel schließen jene der Formel
ein, worin y eine ganze Zahl von 0,1, 2 oder 3 darstellt und R eine Alkylgruppe, typischerweise mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen, ist, obwohl die Anzahl an Kohlenstoffatomen außerhalb dieses Bereichs liegen kann. Ein spezifisches Beispiel eines geeigneten Epoxysilan Vulkanisiermittels stellt Glycidoxypropyltrimethoxysilan der Formel
dar und ist käuflich erhältlich als beispielsweise DC Z 6040 von Dow Corning Co., Midland, MI, als 66720 von United Chemical Technologies und als SIG5840.0 von Gelest. Andere geeignete kommerziell erhältliche Vulkanisiermittel beinhalten 3-Glycidoxypropyldimethylethoxysilan der Formel
kommerziell erhältlich als, zum Beispiel, UCT G6700 von United Chemical Technologies und als SIG5825.0 von Gelest, und (3-Glycidoxypropyl)methyldiethoxysilan der Formel
kommerziell erhältlich als, zum Beispiel, G6710 von United Chemical Technologies und als SIG5832.0 von Gelest.
Wahlweise kann die das Vulkanisiermittel und das Fluorelastomer enthaltende Lösung darüber hinaus einen Säureakzeptor enthalten, welcher typischerweise eine anorganische Base darstellt. Der Säureakzeptor dehydrofluoriert Vinylidenfluorid in einem Polymer, welches Vinylidenfluorid-Monomereinheiten enthält, unter Erzeugen von Doppelbindungen, welche als reaktive Stellen für die Vernetzung fungieren. Beispiele geeigneter Säureakzeptoren schließen Magnesiumoxid, Calciumhydroxid, Bleioxid, Kupfer(III)oxid, Zinkoxid u. ä. sowie deren Mischungen ein. Es können ebenfalls organische Säureakzeptoren verwendet werden, einschließlich Amine und ihre Schiff-Base-Derivate, wie Diamine, aliphatische Amine, aromatische Amine, in denen die aromatische Gruppe Benzol, Toluol, Naphthalin, Anthracen u. ä. sein kann (aber nicht auf diese beschränkt ist), wobei spezielle Beispiele geeigneter Amine oder deren Schiff-Base-Derivate N,N'-Dicinnamyliden-1,6-hexandiamin (typischerweise etwa 2,5 bis etwa 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Fluorelastomer), erhältlich unter der Marke TECNOFLON^® TECNOCIN-A^®, Hexamethylendiamincarbamat (typischerweise etwa 1 bis etwa 3 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Fluorelastomer), erhältlich unter der Martre TECNOFLON^® TECNOCIN-B^®, Triethylentetramin oder TETA (typischerweise etwa 1 bis etwa 3 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Fluorelastomer) u. ä. sowie deren Mischungen. Der anorganische Säureakzeptor wird typischerweise zu der Fluorelastomer-Lösung in einer Menge von etwa 2 bis etwa 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer, und vorzugsweise von etwa 8 bis etwa 15 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer zugegeben, obwohl die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können. Das Amin als der Säureakzeptor wird typischerweise zu der Fluorelastomer-Lösung in einer Menge von etwa 0,5 bis etwa 5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer zugegeben, und vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 3 Gewichtssteilen pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer, obwohl die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können.
Das Vulkanisiermittel wird vor der Beschichtung des Fluorelastomers auf dem Substrat zu dem Fluorelastomer zugegeben. Das Fluorelastomer ist gelöst oder dispergiert in einem Lösungsmittel wie Methylethylketon, Methylisobutylketon, Toluol, Butylacetat, Amylacetat, Mischungen daraus oder ähnlichen. Das Vulkanisiermittel wird in jedweder gewünschten oder effektiven Menge, typischerweise von etwa 0,5 bis etwa 15 Gewichtsprozent bezogen auf Fluorelastomer, vorzugsweise von etwa 2,5 bis etwa 10 Gewichtsprozent bezogen auf Fluorelastomer und besonders bevorzugt von etwa 4 bis etwa 7 Gewichtsprozent bezogen auf Fluorelastomer zugegeben, obwohl die relativen Mengen außerhalb dieser Bereiche liegen können. Das Fluorelastomer kann in dem Lösungsmittel in jedweder gewünschten oder effektiven Menge, typischerweise von etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent bezogen auf die Fluore lastomer/Lösungsmittel-Lösung, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 25 Gewichtsprozent bezogen auf die Fluorelastomer/Lösungsmittel-Lösung und besonders bevorzugt von etwa 15 bis etwa 20 Gewichtsprozent bezogen auf Fluorelastomer/Lösungsmittel-Lösung gelöst oder dispergiert werden, obwohl die Menge außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Obwohl es nicht notwendig ist, ist es bevorzugt, das Vulkanisiermittel zuletzt zu der Lösung zuzugeben, wobei ein adäquates Mischen, Zermahlen (falls zusätzliche, optionale Füllstoffe in der Lösung vorliegen) und Lösen des Polymers vor der Vernetzungsreaktion ermöglicht wird. Nachfolgend zu dem Beschichten der Fluorelastomer/Vulkanisiermittel-Mischung auf dem Substrat wird die Mischung mittels jedweder bekannten oder geeigneten Maßnahme, wie einfaches Aussetzen der Umgebungsluft oder ähnlichem, getrocknet. Danach wird das Fluorelastomer mittels Aussetzen der Hitze, typischerweise bei etwa 200 bis etwa 400°F, vorzugsweise bei etwa 250 bis etwa 350°F und besonders bevorzugt bei etwa 250 bis etwa 300°F ausgehärtet, obwohl die Temperatur außerhalb dieser Bereiche liegen kann, und typischerweise für etwa 10 bis etwa 24 Stunden, vorzugsweise für etwa 12 bis etwa 20 Stunden und besonders bevorzugt für etwa 14 bis etwa 16 Stunden, obwohl die Zeit außerhalb dieser Bereiche liegen kann. Obwohl Trocknen nicht erforderlich ist, ist der Trocknungsschritt bevorzugt, um die Filmmerkmale des vernetzten Polymers zu verbessern. Obwohl nicht bevorzugt, kann das Trocknen darüber hinaus gleichzeitig mit dem Vernetzen erfolgen, und das Aushärten kann mittels anderer Verfahren wie dem Aussetzen ultravioletter, Infrarot- oder Elektronenstrahl-Strahlung oder ähnlichem erfolgen.
Wahlweise können leitfähige Füllstoffe in der äußeren Schmelzfixierschicht des Schmelzfixierelementes dispergiert sein, insbesondere in Ausführungsformen, in denen ein funktionelles Schmelzfixieröl verwendet wird. Bevorzugte Füllstoffe sind in der Lage, mit den funktionellen Gruppen des Trennmittels zu interagieren, um einen thermisch stabilen Film auszubilden, welcher thermoplastischen Harztoner ablöst und verhindert, dass der Toner mit dem Füllstoff-Oberflächenmaterial selber in Kontakt kommt. Diese Bindung ermöglicht eine Reduktion der zur Förderung der Ablösung benötigten Menge an Öl. Darüber hinaus fördern bevorzugte Füllstoffe die Bindung zu dem Öl, ohne Probleme wie Entschäumen oder Gelieren hervorzurufen. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Füllstoffe im Wesentlichen nicht mit dem äußeren Polymermaterial reagieren, so dass keine entgegengerichtete Reaktion zwischen dem Polymermaterial und dem Füllstoff auftritt, welche das Aushärten behindern oder auf andere Weise die Festigkeitseigenschaften des äußeren Oberflächenmaterials negativ beeinflussen würde. Füllstoffe in der äußeren Schmelzfixierschicht können ebenfalls die thermische Leitfähigkeit steigern.
Andere optionale Hilfsmittel und Füllstoffe können in das vernetzte Fluorelastomer der äußeren Schmelzfixierschicht gemäß der vorliegenden Erfindung eingearbeitet werden, vorausgesetzt dass sie die Integrität des vernetzten Fluorelastomers nicht beeinflussen. Derartige, üblicherweise bei der Kompoundierung der Elastomere zusammentreffende, Füllstoffe schließen Farbstoffe, verstärkende Füllstoffe, Verarbeitungshilfsmittel, Beschleuniger u. ä. ein. Oxide wie Magnesiumoxid und Hydroxide wie Calciumhydroxid werden manchmal zu Fluorelastomeren gegeben. Protonensäuren wie Stearinsäure stellen geeignete Additive in EPDM und BR Polymerformulierungen dar, um die Ablösung mittels Verbesserung der Bindung von Aminoölen zu der Elastomerzusammensetzung zu verbessern. Andere Metalloxide wie Kupfer(II)oxid und/oder Zinkoxid können ebenfalls verwendet werden, um die Ablösung zu verbessern. Metalloxide wie Kupferoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zinnoxid, Titandioxid, Eisenoxid, Zinkoxid, Manganoxid, Molybdänoxid u. ä., Rußschwarz, Graphit, Metallfasern und Metallpulverpartikel wie Silber, Nickel, Aluminium u. ä. sowie deren Mischungen können die thermische Leitfähigkeit fördern. Die Zugabe von Silikonpartikeln zu einer äußeren Schmelzfixierschicht aus Fluorpolymer kann die Freisetzung von Toner aus dem Schmezlfixierelement während und nach dem Schmelzfixierverfahren verstärken. Die Verarbeitbarkeit einer äußeren Schmelzfixierschicht aus Fluor bei Ausfällen kann gesteigert werden durch Erhöhen der Absorption von Silikonölen, insbesondere durch Zugabe von Füllstoffen wie Quarzstaub oder Tonen wie Organo-Montmorillonite. Anorganische Partikelfüllstoffe können den Abriebwiderstand der äußeren polymeren Schmelzfixierschicht verstärken. Beispiele derartiger Füllstoffe schließen Metall-enthaltende Füllstoffe, wie ein Metall, eine Metalllegierung, ein Metalloxid, ein Metallsalz oder eine andere Metallverbindung ein; die allgemeinen Klassen geeigneter Metalle schließen diejenigen Metalle der Gruppen 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b, 6b, 7b, 8 und die Seltenen Erde-Elemente des Periodensystems ein. Spezielle Beispiele derartiger Füllstoffe stellen Oxide von Aluminium, Kupfer, Zinn, Zink, Blei, Eisen, Platin, Gold, Silber, Antimon, Wismut, Zink, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Mangan, Cadmium, Quecksilber, Vanadium, Chrom, Magnesium, Nickel und deren Legierungen ein. Verstärkendes kalziniertes Alumina und nicht verstärkendes tafelförmiges Alumina sind ebenfalls geeignet.
Die Polymerschichten des Schmelzfixierelementes können auf das Schmelzfixiersubstrat mittels jedweder gewünschten oder geeigneten Maßnahme, einschließlich Spritzgießen, normalem Sprühen, Tauchen, und Taumel-Sprühtechniken beschichtet werden. Eine Fließbeschichtungsvorrichtung wie in der anhängigen Anmeldung U.S. fortlaufende Nummer 08/672,493, eingereicht am 26. Juni 1996 betitelt "Fließbeschichtungsverfahren zur Herstellung von polymeren Druckwalzen und Riemenkomponenten", beschrieben, kann ebenfalls verwendet werden, um eine Serie von Schmelzfixierwalzen zu fließbeschichten. Es ist bevorzugt, dass die Polymere vor dem Aufbringen auf das Schmelzfixiersubstrat mit einem Lösungsmittel verdünnt sind, und insbesondere mit einem umweltfreundlichen Lösungsmittel. Zur Beschichtung von Schichten können jedoch alternative Verfahren verwendet werden, einschließlich den in der anhängigen Anmeldung U.S. fortlaufende Nummer 09/069,476, eingereicht am 29. April 1998, betitelt "Verfahren zur Beschichtung von Schmelzfixierelementen", beschriebenen.
Die ausgehärtete Fluorelastomerschicht liegt auf dem Substrat (oder irgendwelchen darunter liegenden Zwischenschichten) in jedweder gewünschten oder geeigneten Dicke, typischerweise von etwa 5 bis etwa 30 Mikrons, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 25 Mikrons und besonders bevorzugt von etwa 10 bis etwa 20 Mikrons, obwohl die Dicke außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Andere optionale Schichten, wie Haftmittelschichten oder andere geeignete Dämpfungsschichten oder leitfähige Schichten, können ebenfalls zwischen der äußeren Elastomerschicht und dem Substrat eingearbeitet werden. Optionale Haftmittelzwischenschichten und/oder Polymerschichten können aufgebracht werden, um gewünschte Eigenschaften und Leistungsziele zu erreichen. Eine Haftmittelzwischenschicht kann ausgewählt werden aus beispielsweise Epoxyharzen und Polysiloxanen. Bevorzugte Haftmittel schließen Materialien wie Union Carbide A 1100, Dow TACTIX 740, Dow TACTIX 741, Dow TACTIX 742, Dow Corning P5200, Dow Corning S-2260, Union Carbide A-1100 und United Chemical Technologies A0728 ein. Ein besonders bevorzugtes Vulkanisiermittel für die zuvor genannten Haftmittel stellt Dow H41 dar. Bevorzugtes) Haftmittel zur Adhäsion von Silikon stellen (stellt) A4040 Silan, erhältlich von Dow Corning Corp., Midland, Michigan, 48686, D. C. 1200, ebenfalls erhältlich von Dow Corning und S-11 Silan, erhältlich von Grace Specialty Polymers, Lexington, MA, dar. Adhäsion von Fluorkohlenstoffelastomeren kann mittels Chemlok^® 5150, erhältlich von Lord Corp., Coating and Lamination Division, Erie, PA, erreicht werden.
Polymere Flüssigtrennmittel können wahlweise in Kombination mit der äußeren Polymerschicht verwendet werden, um eine Schicht eines Flüssigkeitstrennmittels zu bilden, was in einer Grenzflächenbarriere an der Oberfläche des Schmelzfixierelementes resultiert, während nicht reagierte Trennflüssigkeit geringer Oberflächenenergie als ein äußerer Trennfilm verbleibt. Geeignete Trennmittel schließen sowohl funktionelle als auch nicht-funktionelle Flüssigkeitstrennmittel ein. Der Ausdruck " nicht-funktionelles Öl" wie hierin verwendet, bezeichnet Öle, welche nicht chemisch mit den Füllstoffen auf der Oberfläche des Schmelzfixierelementes reagieren. Der Ausdruck "funktionelles Öl" wie hierin verwendet, bezieht sich auf ein Trennmittel mit funktionellen Gruppen, welche chemisch mit den auf der Oberfläche des Schmelzfixierelementes vorliegenden Füllstoffen reagieren, um so die Oberflächenenergie des Füllstoffes zu reduzieren und dadurch eine bessere Ablösung der Tonerpartikel von der Oberfläche des Schmelzfixierelementes bereitzustellen. Nicht-funktionelle Trennmittel schließen bekannte Polydimethylsiloxan-Trennmittel ein.
Funktionelle Trennmittel wie Amino-funktionelle, Mercapto-funktionelle, Hydridfunktionelle und andere können ebenfalls verwendet werden. Spezielle Beispiele geeigneter Amino-funktioneller Trennmittel schließen T Typ Amino-funktionelle Silikon-Trennmittel wie beispielsweise in U.S. Patent 5,516,361 offenbart, Monoaminofunktionelle Silikon-Trennmittel, wie beispielsweise in U.S. Patent 5,531,813 beschrieben, und Amino-funktionelle Siloxan-Trennmittel, wie beispielsweise in U.S. Patent 5,512,409 offenbart, ein. Beispiele von Mercapto-funktionellen Trennmitteln schließen diejenigen, die beispielsweise in U.S. Patent 4,029,827, U.S. Patent 4,029,827 und U.S. Patent 5,395,725 offenbart sind, ein. Beispiele für Hydridfunktionelle Öle schließen diejenigen, die beispielsweise in U.S. Patent 5,401,570 offenbart sind, ein. Andere funktionelle Trennmittel schließen diejenigen ein, die beispielsweise in U.S. Patent 4,101,686, U.S. Patent 4,146,659 und U.S. Patent 4,185,140 beschrieben sind. Andere Trennmittel schließen diejenigen ein, die beispielsweise in U.S. Patent 4,515,884 und U.S. Patent 5,493,376 beschrieben sind.
Bevorzugte polymere Flüssigkeitstrennmittel zur Verwendung in Kombination mit der polymeren Schicht stellen diejenigen dar, welche Moleküle umfassen mit funktionellen Gruppen, die mit jeglichen Füllstoffpartikeln im Schmelzfixierelement und ebenfalls mit dem Polymer selber in einer derartigen Weise wechselwirken, dass sie eine Schicht eines Flüssigkeitstrennmittels ausbilden, was in einer Grenzschicht an der Oberfläche des Schmelzfixierelementes resultiert, während eine nicht-reagierte Trennflüssigkeit mit geringer Oberflächenenergie als ein äußerer Trennfilm verbleibt. Geeignete Trennmittel schließen Polydimethylsiloxan-Schmelzfixieröle mit Amino, Mercapto und anderen Funktionalitäten für Fluorelastomer-Zusammensetzungen ein. Für Zusammensetzungen auf Silikon-Basis kann ebenfalls ein nicht-funktionelles Öl verwendet werden. Das Trennmittel kann des Weiteren eine nicht-funktionelles Öl als ein Verdünnungsmittel umfassen.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden nun im Detail beschrieben werden. Diese Beispiele dienen der Illustration, und die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Materialien, Konditionen oder Verfahrensparameter, die in diesen Ausführungsformen dargelegt sind. Wenn nicht anders angegeben sind alle Anteile und Prozentangaben bezogen auf Gewicht.
BEISPIEL 1
Lösungen, die Methylethylketon, ein Fluorelastomer (VITON^®GF, erhalten von E. I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DE) und die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten zusätylichen Inhaltsstoffe enthalten (Inhaltsstoffe aufgeführt in Einheiten bezogen auf Gewichtsteile), wurden hergestellt durch Rühren der Inhaltsstoffe (außer der Vulkanisiermittel) über Nacht, um das Polymer zu lösen. Die Oxide wurden vorgemahlen und in Methylisobutylketon dispergiert, bevor sie zu den Lösungen zugegeben wurden. Etwa 10 bis 30 Minuten vor dem Beschichten wurden die Vulkanisiermttel (VC-50, ein auf Bisphenol A basierendes Aushärtungssystem mit einem Beschleuniger, erhältlich von E. I. DuPont de Nemours & Co., Wilmington, DE, oder DC 6040, einem Epoxysilan-Vulkanisiermittel, erhältlich von Dow Corning Co., Midland, MI) zu den Lösungen (mit dem VC-50 vorgelöst in Methylethylketon) zugegeben. Die Fluorelastomer-Lösungen wurden auf ein TEFLON^®-Blatt, welches um ein Substrat gewickelt wurde, sprühbeschichtet. Die derart hergestellten Filme wurden an der Luft getrocknet, gefolgt von Hitzehärtung für 22 Stunden bei 400 °F und Abziehen des ausgehärteten Polymers von dem TEFLON^® als freistehende Filme. In jedem Fall, in dem die Lösungen Oxide enthielten, handelte es sich bei den Oxiden um eine Mischung aus Magnesiumoxid, vorliegend in einer Menge von 2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Polymers, und Calciumhydroxid, vorliegend in einer Menge von etwa 1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteile des Polymers.
Danach wurden verschiedene physikalische Eigenschaften der so hergestellten Filme mittels Instron Testung gemäß ASTM F219 getestet. Die Zugfestigkeit wurde in Inch Pfund pro Kubikinch (in-#/in³) gemessen, die Festigkeit wurde in Pfund pro Kubikinch gemessen, der anfängliche Modulus wurde in Pfund pro Quadratinch gemessen, und bei Prozent Dehnung bei maximaler Belastung handelt es sich um eine prozentuale Figur. In einer grafischen Darstellung der Belastung (Kraft dividiert durch Fläche; psi) gegen die Dehnung (gemessenen als Längenänderung: ΔL/L_initial), stellt die maximale Belastung (gemessen in Pfund) die Belastung dar, bei welcher der Film bricht, die Zugfestigkeit stellt den Punkt in der Kurve dar, bei welchem das Material bricht (bei der höchsten angewandten Kraft erhaltene Belastung), der anfängliche Modulus stellt die Steigung der anfänglichen Belastungs-Dehnungs-Kurve dar, die Festigkeit stellt die Fläche unter der Belastungs-Dehnungs-Kurve dar und Prozent Dehnung bei maximaler Belastung stellt die Prozentänderung der Länge der Testprobe am Bruchpunkt dar (4).
Wie die Daten aufzeigen, zeigen die mit dem Epoxysilan-Vulkanisiermittel ausgehärteten Filme eine äquivalente Hitzestabilität und verbesserte Festigkeit im Vergleich zu den mit dem Vulkanisiermittel auf Bisphenol A-Basis ausgehärteten Filmen. Ein Vergleich der Filme "A" und "C" mit dem Film "G" zeigt, dass die Zugabe des DC Z6040 die mechanischen Eigenschaften des Films verbesserte. Film "C" ist typisch für bekannte Standardmaterialien mit dem bekannten Vulkanisiermittel und Oxid-Partikel Säureakzeptor-Additiven, wohingegen Film "G" die momentane Erfindung illustriert, welche nur Additive auf Lösungs- oder Flüssigkeits-Basis verwendet. Der Aushärtungsprozess der vorliegenden Erfindung ist einfacher als bekannte Prozesse, dahingehend, dass keine Partikelfüllstoffe erforderlich sind und kein Mahlen nötig ist.
Das Polymer ließ sich ebenfalls leichter in dem Lösungsmittel mit den Lösungen der vorliegenden Erfindung lösen. Wie ein Vergleich der Filme "D", "E", "F" und "G" aufzeigt, steigerten zunehmende Mengen an Vernetzungsvulkanisiermittel die Vernetzungsdichte des Materials, wodurch die Sprödigkeit des ausgehärteten Polymers zunahm. Darüber hinaus wird angenommen, dass, da die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung reaktiver sind als bekannte Zusammensetzungen, weniger Energie erforderlich ist, um die Vernetzungsreaktion anzutreiben. Die adhäsiven Eigenschaften des Vulkanisiermittels machen die Verwendung zusätzlicher Adhäsi onsmittel zwischen der ausgehärteten Fluorelastomerschicht und dem Substrat optional.
Andere Ausführungsformen und Modifikationen der vorliegenden Erfindungen können sich für den gewöhnlichen Fachmann nach einer Prüfung der hierin präsentierten Information ergeben; diese Ausführungsformen und Modifikationen sowie deren Äquivalente sind ebenfalls in dem Umfang dieser Erfindung eingeschlossen.

Claims

Schmelzfixierelement, umfassend ein Substrat und mindestens eine Schicht darüber, welche eine äußere Schmelzschicht ist, wobei besagte äußere Schmelzschicht ein vernetztes Fluorelastomer umfasst, wobei das Fluorelastomer mittels eines Epoxysilan Vulkanisiermittels vernetzt ist.
Schmelzfixierelement nach Anspruch 1, wobei das Fluorelastomer ein Copolymer aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen, ein Terpolymer aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, ein Tetrapolymer aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und einem Monomer mit Vernetzungsstelle, oder eine Mischung daraus ist.
Schmelzfixierelement nach Anspruch 1, wobei das Epoxysilan Vulkanisiermittel die folgende Formel aufweist
worin y eine ganze Zahl von 0,1, 2 oder 3 und R eine Alkylgruppe ist.
Schmelzfixierelement nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Epoxysilan Vulkanisiermittel um Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Glycidoxypropyldimethylethoxysilan oder (3-Glycidoxypropyl)methyldiethoxysilan handelt.
Schmelzfixierelement nach Anspruch 1, wobei das Epoxysilan Vulkanisiermittel und das Fluorelastomer vor dem Vernetzen in relativen Mengen von etwa 0,5 Gewichtsteilen Vulkanisiermittel pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer bis etwa 15 Gewichtsteilen Vulkanisiermittel pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer vorliegen.
Schmelzfixierelement nach Anspruch 1, wobei die Schicht ein vernetztes Fluorelastomer enthält, welches (a) ein Fluorelastomer, (b) ein Epoxysilan Vulkanisiermittel und (c) einen Säureakzeptor umfasst.
Schmelzfixierelement nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem Säureakzeptor um Magnesiumoxid, Calciumhydroxid, Bleioxid, Kupfer(III)oxid, Zinkoxid oder Mischungen daraus handelt.
Schmelzfixierelement nach Anspruch 6, wobei der Säureakzeptor und das Fluorelastomer vor dem Vernetzen in relativen Mengen von etwa 2 Gewichtsteilen Säureakzeptor pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer bis etwa 20 Gewichtsteilen Säureakzeptor pro 100 Gewichtsteilen Fluorelastomer vorliegen.
Verfahren, umfassend (i) Erzeugen eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem Abbildungselement; (ii) Entwicklung des latenten Bildes durch in Kontakt Bringen des Abbildungselementes mit einem Entwickler, (iii) Übertragung des entwickelten Bildes auf ein Kopiersubstrat; und (iv) Fixieren des entwickelten Bildes auf dem Kopiersubstrat durch in Kontakt Bringen des entwickelten Bildes mit dem Schmelzfixierelement nach Anspruch 1.
Bild ausbildende Vorrichtung zur Ausbildung von Bildern auf einem Aufnahmemedium, umfassend: (i) eine Ladungs-remanente Oberfläche, welche in der Lage ist, ein elektrostatisches latentes Bild darauf zu empfangen; (ii) eine Entwicklungsbaueinheit, um Toner auf die Ladungs-remanente Oberfläche aufzubringen, dabei das elektrostatische latente Bild zu entwickeln, um ein entwickeltes Bild auf der Ladungs-remanenten Oberfläche auszubilden; (iii) eine Übertragungsbaueinheit zur Übertragung des entwickelten Bildes von der Ladungsremanenten Oberfläche auf ein Kopiersubstrat; und (iv) eine fixierende Baueinheit, um Toner-Bilder auf eine Oberfläche des Kopiersubstrates zu schmelzen, wobei die fixierende Baueinheit das Schmelzfixierelement nach Anspruch 1 einschließt.