DE69838123T2

DE69838123T2 - Schmelzfixierelement mit Polymer- und Zinkverbindungsschicht

Info

Publication number: DE69838123T2
Application number: DE69838123T
Authority: DE
Inventors: Clifford O. Webster Eddy; Arnold W. Pittsford Henry; Samuel Walworth Kaplan; Che C. Penfield Chow; James B. Rochester Maliborski
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: JPH11153921A; US6011946A; DE69838123D1; EP0903645A3; CA2239750A1; BR9803485A; JP4237302B2; CA2239750C; EP0903645B1; EP0903645A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmelzfixierelement, um Tonerbilder in einer elektrostatografischen reproduzierenden, einschließlich einer digitalen, Vorrichtung zu fixieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Vorrichtungen, die das Schmelzen von Tonterbildern betreffen, unter Verwendung eines Schmelzfixierelementes, mit einer äußeren Polymerschicht, in welcher eine Zinkverbindung dispergiert oder enthalten ist. Die Außenschicht des Schmelzfixierelementes aus der Polymer/Zink-Verbindung wird in Kombination mit spezifischen funktionellen Trennmitteln verwendet.
In einer typischen elektrostatografischen reproduzierenden Vorrichtung wird ein Lichtbild eines Originals, welches kopiert werden soll, in Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem fotoempfindlichen Element aufgezeichnet und das latente Bild wird nachfolgend durch das Aufbringen von elektroskopischen thermoplastischen Harzteilchen sichtbar gemacht, welche im Allgemeinen als Toner bezeichnet werden. Das sichtbare Tonerbild liegt dann in einer losen pulverförmigen Form vor und kann einfach verteilt oder zerstört werden. Das Tonerbild wird normalerweise auf einem Träger fixiert oder geschmolzen, welches selbst ein fotoempfindliches Element oder ein anderes Trägermaterial sein kann, wie einfaches Papier.
Die Verwendung thermischer Energie, um Tonerbilder auf einem Trägerelement zu fixieren, ist gut bekannt. Um elektroskopisches Tonermaterial auf einer Trägeroberfläche permanent durch Wärme zu schmelzen, ist es normalerweise notwendig, die Temperatur des Tonermaterials auf einen Punkt zu erhöhen, bei welchem die Bestandteile des Tonermaterials koaleszieren und klebrig werden. Dieses Erwärmen bewirkt, dass der Toner zu einem gewissen Maße in die Fasern oder Poren des Trägerelementes fließt. Anschließend, während sich das Tonermaterial abkühlt, bewirkt das Verfestigen des Tonermaterials, dass dieses fest an den Träger gebunden wird.
Verschiedene Annäherungen bezüglich des thermischen Schmelzens von elektroskopischen Tonerbildern wurden beschrieben. Diese Verfahren umfassen das im Wesentlichen gleichzeitige Bereitstellen des Anlegens von Wärme und Druck durch verschiedene Mittel, ein Walzenpaar, welches in Druckkontakt gehalten wird, ein Bandelement im Druckkontakt mit einer Walze, ein Bandelement im Druckkontakt mit einer Heizvorrichtung und dergleichen. Wärme kann durch Erwärmen einer oder beider der Walzen, der Plattenelementen oder der Bandelementen angelegt werden.
Es ist in dem Schmelzverfahren wichtig, dass eine minimale oder keine Ablösung bzw. Abfärbung der Tonerteilchen von dem Träger auf das Schmelzfixierelement während des normalen Betriebs stattfindet. Eine Abgabe der Tonerteilchen auf das Schmelzfixierelement kann nachfolgend auf andere Teile der Vorrichtung übertragen werden oder auf den Träger in nachfolgenden Kopierzyklen, wodurch der Hintergrund erhöht wird oder das dort kopierte Material beeinträchtigt wird. Die heiße Offsettemperatur oder die Verringerung der heißen Offsettemperatur ist ein Maß der Trenneigenschaften des Fixierers, und demzufolge ist es gewünscht, eine Fixieroberfläche bereitzustellen, welche eine niedrige Oberflächenenergie aufweist, um das notwendige Trennen bereitzustellen.
Um die guten Trenneigenschaften des Fixierers sicherzustellen und beizubehalten, ist es üblich geworden, während des Fixierbetriebs auf die Fixierwalze Trennmittel aufzubringen. Typischerweise werden diese Materialien als dünne Schichten aufgebracht, aus, z.B., Siliconölen, wie Polydimethylsiloxan (PDMS), Mercaptoölen, Aminoölen, und anderen Ölen, um das Ablösen des Toners zu verhindern. Die Fixieröle können funktionelle Gruppen enthalten oder können nicht-funktionell sein.
Füllstoffe wurden zu der Außenschicht der Fixierelemente zugegeben, um die Bindung der Fixieröle an der Oberfläche des Fixierelementes zu erhöhen, um so verbesserte Trenneigenschaften zu verleihen.
Es ist wichtig, die korrekte Kombination des Materials der Fixieroberfläche, des darin eingeführten Füllstoffes oder des darin enthaltenen Füllstoffes, und des Fixieröls zu wählen. Insbesondere ist es wichtig, dass die Außenschicht des Fixierelementes ausreichend mit dem ausgewählten Fixieröl reagiert, um eine ausreichende Trennung zu erzielen. Um die Bindung der Fixieröle mit der Außenoberfläche des Fixierelementes zu verbessern, wurden Füllstoffe in die Außenoberfläche des Fixierelementes eingeführt oder zu dieser zugegeben. Die Verwendung eines Füllstoffes kann zu der Verringerung der Menge an Fixieröl beitragen, welche notwendig ist, eine ausreichende Bindung des Fixieröles an der Außenoberflächenschicht des Fixierelementes zu unterstützen. Es ist jedoch wichtig, dass der Füllstoff die physikalischen Eigenschaften der Außenschicht des Fixierelementes nicht verschlechtert, und es ist des Weiteren notwendig, dass der Füllstoff eine zu starke Zunahme der Oberflächenenergie der Außenschicht bewirkt.
Andere Probleme, die aus der Verwendung der Füllstoffe resultieren, sind z.B. dass das Öl ein "Gelieren" oder "Aufschäumen" bewirkt. "Gelieren" oder "Aufschäumen" wird als weiße oder graue Abscheidungen auf der Oberfläche des Fixierelementes beobachtet, welche von den Papierteilchen zurückgelassen werden, als ein Ergebnis der Interaktion mit dem vernetzten Fixieröl auf der Oberfläche des Fixierelementes. Die Papierteilchen haften an dem Fixierölaufbau und bewirken eine "Schaum"- oder "Gel"-Oberfläche des Öls auf der Außenoberfläche des Fixierelementes. Die gelierten oder aufgeschäumten Bereiche auf der Fixierwalze ziehen Tonerteilchen an, und führen zu einer Tonerablösung, und in schweren Fallen zu gefaltetem Papier oder Papierstau. "Gel" oder "Schaum", welches sich auf einer Fixierwalze bildet, führt zu einem ungleichmäßigen Auftragen des Öls auf die Fixierwalze und führt zu Tonertrennproblemen, wie der Abgabe des Toners, Papierfalten und Papierstau.
Ein anderes Problem, welches mit der Verwendung von Ölen, wie mercaptofunktionellem Fixieröl, verbunden ist, ist der unangenehme Geruch, welcher von diesen Ölen erzeugt wird. Die Verwendung von Mercaptoöl, obwohl es ein ausreichendes Tonertrennen bereitstellt, führt zu vielen und beständigen Beschwerden der Kunden bezüglich des faulen Geruchs.
Zusammen mit der Auswahl des geeigneten Fixieröls in Kombination des Materials der Außenoberflächenschicht und des darin eingeführten Füllstoffes, wurden Bemühungen unternommen, um den Einsatz der Energie zu verringern, indem ein Fixierelement bereitgestellt wurde, welches eine ausgezeichnete thermische Leitfähigkeit aufweist, um so die Temperatur zu reduzieren, welche notwendig ist, um das Fixieren des Toners auf dem Papier zu beschleunigen. Diese Zunahme der thermischen Leitfähigkeit ermöglicht auch eine erhöhte Geschwindigkeit des Fixierverfahrens, indem der benötigte Zeitraum reduziert wird, um das Fixierelement ausreichend zu erwärmen, um das Fixieren zu beschleunigen. Es wurden auch Bemühungen unternommen, die Fähigkeit der Schichten des Fixierelementes zu erhöhen, um die Verschleißbeständigkeit der Schichten zu erhöhen und damit die Lebensdauer des Fixierelementes.
Daher ist es wünschenswert, ein Fixierelement bereitzustellen, mit einer Kombination aus Außenschicht, Füllstoff und Fixieröl, welches das Auftreten des Ablösens des Toners, Gelieren, Schaumbildung und des nachteiligen Fixierölgeruchs verringert. Es ist auch wünschenswert, ein Fixierelement bereitzustellen, mit einer Außenschicht, welche eine Zunahme der Fixiergeschwindigkeit bei einer eingestellten Temperatur bereitstellt, oder alternativ, die Verwendung einer verringerten Temperatur bei normalen oder Standard-Fixiergeschwindigkeiten ermöglicht. Es ist des Weiteren wünschenswert, ein Fi xierelement bereitzustellen, welches eine erhöhte Zähigkeit aufweist, um die Lebensdauer des Fixierelementes zu erhöhen.
Das US-Patent 4,272,179 offenbart ein Fixierelement, umfassend (a) ein Substrat mit (b) einer Elastomeroberfläche mit einem metallhaltigen Füllstoff, welches darin dispergiert ist, und (c) ein polymeres Trennmittel mit funktionellen Gruppen, bereitgestellt auf der Oberfläche des Fixierelementes, wobei der metallhaltige Füllstoff in einer ausreichenden Menge dispergiert ist, um mit dem polymeren Trennmittel mit funktionellen Gruppen in Wechselwirkung zu stehen. Das Elastomer kann ein Fluoroelastomer, wie ein Copolymer oder Terpolymer von Vinylidenfluorid, Hexafluoropropylen und/oder Tetrafluoroethylen sein. Der metallhaltige Füllstoff kann ein Metalloxid oder ein Metallsalz sein, wobei das Metall Zink sein kann. Der metallhaltige Füllstoff ist vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 15 Vol.-% bezogen auf das Volumen des Elastomers enthalten, noch bevorzugter in einer Menge im Bereich von 2 bis 8 Vol.-%. Die Teilchengröße des metallhaltigen Füllstoffes liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 10 μm. Die funktionellen Gruppen des polymeren Trennmittels können Aminogruppen sein. Das Fixierelement, welches in dieser Veröffentlichung offenbart ist, kann in jeder xerografischen reproduzierenden oder duplizierenden Vorrichtung verwendet werden, welche erwärmte Fixierwalzen verwendet.
EP-A-735441 offenbart ein Fixierelement, umfassend ein Aluminiumoxidfüllstoff, welcher vorzugsweise in Kombination mit einem mercaptofunktionellen Trennöl verwendet wird.
EP-A-662645 offenbart die Verwendung eines aminofunktionellen Mittelöls in Kombination mit einem Fixierelement, umfassend ein Substrat, auf welchem eine fluoroelastomere Oberflächenschicht bereitgestellt ist. Diese Veröffentlichung offenbart, dass die Oberflächenschicht keinen Füllstoff enthalten muss und hebt die Vorteile hervor, die erzielt werden, wenn die Oberflächenschicht keinen Füllstoff enthält.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Fixierelement (20) zur Verfügung, umfassend (a) ein Substrat (4) und darauf (b) eine gefüllte äußere Polymerschicht (5), umfassend ein Polymer, in welchem eine Zinkverbindung (30) dispergiert ist, und darüber (c) ein flüssiges Trennmittel (26), umfassend Moleküle, welche eine Aminofunktionalität haben, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Trennmittel (26) weiterhin nicht-funktionelle Moleküle als Verdünner umfasst, wobei die Zinkverbindung in einer Menge von 15 bis 25 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen, enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren eine Bild-bildende Vorrichtung zur Bildung von Bildern auf einem Aufnahmemedium zur Verfügung, umfassend: eine ladungszurückhaltende Oberfläche (10), um ein elektrostatisches latentes Bild darauf zu empfangen, eine Entwicklungskomponente (14), um Toner auf die ladungszurückhaltende Oberfläche (10) aufzubringen, um das elektrostatische latente Bild zu entwickeln, um ein entwickeltes Bild auf der ladungszurückhaltenden Oberfläche (10) zu bilden, eine Übertragungskomponente (15), um das entwickelte Bild von der ladungszurückhaltenden Oberfläche (10) auf ein Kopiersubstrat (16) zu übertragen, und ein Schmelzfixierelement (20), in Übereinstimmung mit Anspruch 1.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
1 zeigt eine Darstellung einer allgemeinen elektrostatografischen Vorrichtung.
2 beschreibt ein Fixiersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bezugnehmend auf 1 wird in einer typischen elektrostatografischen Reproduziervorrichtung ein Lichtbild eines Originals, welches kopiert werden soll, in Form eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem fotoempfindlichen Element aufgezeichnet und das latente Bild wird nachfolgend durch Anwendung von elektroskopischen thermoplastischen Harzteilchen sichtbar gemacht, welche im Allgemeinen als Toner bezeichnet werden. insbesondere wird der Fotorezeptor 10 auf der Oberfläche mittels eines Ladegeräts 12 aufgeladen, zu welchem eine Spannung von einer Stromquelle 11 zugeführt wird. Der Fotorezeptor wird anschließend bildweise Licht aus einem optischen System oder einer Bildeingabevorrichtung 13 ausgesetzt, wie einem Laser oder einer Licht emittierenden Diode, um darauf ein elektrostatisches latentes Bild zu bilden. Im Allgemeinen wird das elektrostatische latente Bild entwickelt, indem eine Entwicklermischung aus einer Entwicklerstation 14 in Kontakt damit gebracht wird. Die Entwicklung kann unter Verwendung einer Magnetbürste, pulverförmigem Nebel oder jedem anderen bekannten Entwicklungsverfahren bewirkt werden.
Nachdem die Tonerteilchen auf der fotoleitenden Oberfläche in der Form des Bildes abgeschieden wurden, werden sie auf eine Kopierbogen 16 durch Übertragungsmittel 15 übertragen, welche Druck übertragend oder elektrostatisch übertragend sein können. Alternativ kann das entwickelte Bild auf ein Zwischenübertragungselement übertragen werden und nachfolgend auf einen Kopierbogen übertragen werden.
Nachdem die Übertragung des entwickelten Bildes vervollständigt ist, schreitet der Kopierbogen 16 zu der Fixierstation 19 fort, welche in 1 als Fixier- und Druckwalzen dargestellt ist, wobei das entwickelte Bild auf den Kopierbogen 16 fixiert wird, indem der Kopierbogen 16 zwischen das Fixierelement 20 und das Druckelement 21 geleitet wird, wodurch ein permanentes Bild gebildet wird. Der Fotorezeptor 10 schreitet nach der Übertragung zu der Reinigungsstation 17 fort, in welcher jeder Toner, der auf dem Fotorezeptor 10 zurückgeblieben ist, von diesem gereinigt wird, unter Verwendung einer Klinge 22 (wie in 1 dargestellt), Bürste, oder anderen Reinigungsvorrichtungen.
Bezugnehmend auf 2 ist eine Ausführungsform einer Fixierstation 19 dargestellt, mit einer Ausführungsform einer Fixierwalze 20, welche eine Polymeroberfläche 5 auf einem geeigneten Basiselement 4 umfasst, einen hohlen Zylinder oder Kern, hergestellt aus jedem geeigneten Metall, wie Aluminium, anodisiertes Aluminium, Stahl, Nickel, Kupfer und dergleichen, mit einem geeigneten Heizelement 6, welches in dem hohlen Bereich dessen angeordnet ist, welcher coextensiv mit dem Zylinder ist. Das Fixierelement 20 kann eine adhäsive, gepolsterte oder andere geeignete Schicht 7 aufweisen, welche zwischen dem Kern 4 und der Außenschicht 5 angeordnet ist. Eine Widerdruck- oder Druckwalze 21 kooperiert mit der Fixierwalze 20, um einen Walzenspalt oder Kontaktbogen 1 zu bilden, durch welchen ein Kopierpapier oder ein anderes Substrat 16 durchgeführt wird, so dass die Tonerbilder 24 darauf die Elastomeroberfläche 5 der Fixierwalze 20 kontaktieren. Wie in 2 dargestellt, ist eine Ausführungsform einer Widerdruckwalze oder Druckwalze 21 dargestellt, mit einem starren Stahlkern 2 mit einer Polymer- oder Elastomeroberfläche oder -schicht 3 darauf. Ein Sammelbehälter 25 enthält ein Polymertrennmittel 26, welches bei Raumtemperatur fest oder flüssig sein kann, jedoch bei der Betriebstemperatur ein Fluid ist. Das Druckelement 21 kann ein Heizelement enthalten (nicht dargestellt).
In der in 2 dargestellten Ausführungsform zum Aufbringen des Polymertrennmittels 26 auf die Polymer- oder Elastomeroberfläche 5, sind zwei Trennmittelzufuhrwalzen 27 und 28, die rotierbar in der angegebenen Richtung befestigt sind, bereitgestellt, um Trennmittel 26 auf die Polymer- oder Elastomeroberfläche 5 zu transportieren. Die Zufuhrwalze 27 ist teilweise in den Sammelbehälter 25 eingetaucht und transportiert auf ihrer Oberfläche das Trennmittel von dem Sammelbehälter zu der Zufuhrwalze 28. Unter Verwendung einer Dosierklinge 29 kann eine Schicht des Polymertrennfluids zunächst auf die Zufuhrwalze 27 aufgebracht werden und nachfolgend auf das Polymer oder Elastomer 5 mit einer gesteuerten Dicke in dem Bereich von Submikrometerdicke bis zu einer Dicke von einigen Mikrometern Trennfluid. Dadurch kann durch die Dosiereinrichtung 29 vorzugsweise zwischen 0,1 bis 2 μm oder größere Dicken des Trennfluids auf die Oberfläche des Polymers oder Elastomers 5 aufgebracht werden.
3 stellt einen Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung dar, wobei das Fixierelement 20 eine Außenoberfläche 5 umfasst, umfassend ein Polymer mit einer Zinkverbindung 30, welche darauf dispergiert ist, und wobei ein Fixieröl 26 auf der äußeren Polymeroberflächenschicht 5 abgeschieden ist.
Fixierelemente, wie hier verwendet, betreffen Fixierelemente einschließlich Fixierwalzen, Bänder, Filme, Bögen und dergleichen; Donorelemente, einschließlich Donorwalzen, -bänder, -filme, -bögen und dergleichen; und Druckelemente, einschließlich Druckwalzen, -bänder, -filme, -bögen und dergleichen; und andere Elemente, welche in dem Fixiersystem einer elektrostatografischen oder xerografischen, einschließlich digitalen, Vorrichtung geeignet sind. Das Fixierelement der vorliegenden Erfindung kann in einer breiten Vielzahl von Vorrichtungen eingesetzt werden und ist in seiner Anwendung nicht auf die bestimmte hier dargestellte Ausführungsform begrenzt.
Jedes geeignete Substrat kann für das Fixierelement ausgewählt werden. Das Fixierelementsubstrat kann eine Walze, Band, flache Oberfläche, Bogen, Filmseite oder eine andere geeignete Form aufweisen, die bei dem Fixieren von thermoplastischen Tonerbildern auf einem geeigneten Kopiersubstrat verwendet wird. Es kann die Form eines Fixierelementes, Druckelementes oder Trennmitteldonorelementes annehmen, vorzugsweise in der Form einer zylindrischen Walze. Typischerweise besteht das Fixierelement aus einem hohlen zylindrischen Metallkern, wie Kupfer, Aluminium, rostfreiem Stahl, bestimmten Kunststoffmaterialien, die ausgewählt werden, um die Starre beizubehalten, die Strukturintegrität, wie auch in der Lage sind, darauf mit einem polymeren Material beschichtet zu werden, welches fest daran haftet. Es ist bevorzugt, dass das tragende Substrat eine zylindrische Hülse ist, mit einer äußeren Polymerschicht von zwischen 1 bis 6 mm. In einer Ausführungsform ist der Kern, welcher ein Aluminium- oder Stahlzylinder sein kann, mit einem Lösungsmittel entfettet und mit einem schleifenden Reiniger gereinigt, bevor er mit einem Grundierer, wie Dow Corning 1200 grundiert wird, was durch Sprühen, Bürsten oder Tauchen erfolgen kann, gefolgt durch Lufttrocknen unter Umgebungsbedingungen für 30 Minuten und anschließendes Brennen bei 150°C für 30 Minuten.
Beispiele geeigneter äußerer Fixierschichten des Fixierelementes umfassen Polymere, wie Fluoropolymere. Bevorzugt sind Elastomere, wie Fluoroelastomere. Besonders geeignete Fluoroelastomere sind solche, welche im Detail in den US-Patenten 5,166,031; 5,281,506; 5,366,772; 5,370,931; 4,257,699; 5,017,432 und 5,061,965 beschrieben sind.
Diese Fluoroelastomere, insbesondere aus der Klasse der Copolymere, Terpolymere und Tetrapolymere von Vinylidenfluorid, Hexafluoropropylen und Tetrafluoroethylen und einem möglichen Vernetzungsmonomer (cure site monomer), sind kommerziell unter verschiedenen Bezeichnungen bekannt, wie VITON A^®, VITON E^®, VITON E60C^®, VITON E430^®, VITON 910^®, VITON GH^®, VITON GF^®, VITON E45^® und VITON B50^®. Die VITON^®-Bezeichnung ist eine Marke von E.I. DuPont de Nemours, Inc. Andere kommerziell erhältliche Materialien umfassen FLUOREL 2170^®, FLUOREL 2174^®, FLUOREL 2176^®, FLUOREL 2177^® und FLUOREL LVS 76^®. FLUOREL^® ist eine Marke der 3M Company. Zusätzliche kommerziell erhältliche Materialien umfassen AFLAS^TM ein Poly(propylen-tetrafluoroethylen) und FLUOREL II^® (LII900), ein Poly(propylentetrafluoroethylenvinylidenfluorid), welche beide auch von der 3M Company erhältlich sind, wie auch die TECNOFLONS^®, angegeben als FOR-60KIR^®, FOR-LHF^®, NM^® FOR-THF^®, FOR-TFS^®, TH^®, TN505^®, erhältlich von Montedison Specialty Chemical Company. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Fluoroelastomer eines mit einer relativ niedrigen Menge an Vinylidenfluorid, wie VITON GF^®, erhältlich von E.I. DuPont de Nemours, Inc. Wobei das VITON GF^® 35 Gew.-% Vinylidenfluorid, 34 Gew.-% Hexafluoropropylen und 29 Gew.-% Tetrafluoroethylen mit 2 Gew.-% cure site-Monomer aufweist. Das Vernetzungsmonomer kann ein solches sein, welches von DuPont erhältlich ist, wie 4-Bromoperfluorobuten-1, 1,1-Dihydro-4-bromoperfluorobuten-1,3-bromoperfluoropropen-1, 1,1-Dihydro-3-bromoperfluoropropen-1, oder ein anderes geeignetes, bekanntes, kommerziell erhältliches Vernetzungsmonomer.
Andere bevorzugte äußere Oberflächenschichten umfassen Polymere, enthaltend Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM), wie z.B. solche EPDM-Materialien, welche unter der Marke NORDEL^®, erhältlich von DuPont, verkauft werden, von denen ein Beispiel NORDEL^® 1440 und POLYSAR^® EPDM 345, erhältlich von Polysar, ist.
Zusätzlich umfassen bevorzugte äußere Oberflächenschichten Butadiengummi (BR), wie z.B. BUDENE^® 1207, erhältlich von Goodyear, Butyl- oder Halobutylgummi, wie z.B. EXXON Butyl 365, POLYSAR Butyl 402, EXXON Chlorobutyl 1068 und POLYSAR Bromobutyl 2030.
Andere Schichten, welche hier zur Verwendung geeignet sind, umfassen Silicongummi. Vorzugsweise wäre die Siliconschicht als eine Zwischenschicht vorhanden und ein Polymer, vorzugsweise ein Fluoroelastomer, enthaltend eine Zinkverbindung, wäre auf der Siliconzwischenschicht vorhanden. Dieser Aufbau wäre geeignet zur Verwendung in einem einen Walzenspalt bildenden Fixierwalzensystem.
Polymere, wie FKM-Materialien (z.B. Fluoroelastomere und Siliconelastomere) sind für die Verwendung bei Hochtemperaturanwendungen bevorzugt, und EPDM-, BR-, Butyl- und Halobutylmaterialien sind zur Verwendung bei Niedertemperaturanwendungen bevorzugt, wie Transfix- und Tintenanwendungen und zur Verwendung mit Bändern.
Die Menge des Polymerverbundes, welche verwendet wird, um die äußere Schicht des Fixierelementes der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, ist abhängig von der notwendigen Menge, um die gewünschte Dicke der Schicht oder der Schichten des Fixierelementes zu bilden. Es ist bevorzugt, dass die äußere Fixierschicht mit einer Dicke von zwischen 152,4 bis 304,8 μm (6 bis 12 mils) aufgebracht wird und vorzugsweise zwischen 177,8 bis 254 μm (7 bis 10 mils). Insbesondere wird das Polymer für die äußere Schicht in einer Menge von zwischen 90 bis 55 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen zugegeben, und vorzugsweise 85 bis 75 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen. Die Gesamtvolumenprozent betreffen die Gesamtvolumenprozent des Polymers und der Zinkverbindung.
Leitfähige Füllstoffe werden in der äußeren Fixierschicht des Fixierelementes der vorliegenden Erfindung dispergiert. Bevorzugte Füllstoffe sind in der Lage mit den funktionellen Gruppen des aminofunktionellen Trennmittels zu interagieren, um einen thermisch stabilen Film zu bilden, welcher den thermoplastischen Harztoner abgibt und verhindert, dass der Toner selbst die Oberfläche des Füllstoffmaterials kontaktiert. Diese Bindung ermöglicht eine Verringerung der Menge des aminofunktionellen Öls, welches benötigt wird, um die Trennung zu beschleunigen. Des Weiteren beschleunigen bevorzugte Füllstoffe das Binden mit dem aminofunktionellen Öl, ohne Probleme der Aufschäumung oder des Gelierens zu bewirken. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Füllstoffe im Wesentlichen mit dem Polymermaterial nicht reagieren, so dass keine negativen Reaktio nen zwischen dem Polymermaterial und dem Füllstoff auftreten, welche das Härten behindern oder auf andere Weise die Festigkeitseigenschaften des äußeren Oberflächenmaterials negativ beeinflussen. Zinkverbindungen erfüllen die obigen Anforderungen und ermöglichen Reaktionen mit dem funktionellen Aminoöl, ohne Aufschäumen oder Gelieren zu beschleunigen, und ohne mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften des äußeren Oberflächenmaterials des Fixierelementes zu interagieren. Bevorzugte Zinkverbindungen umfassen Zinkoxid, Zinkkomplexionen, wie Zinkammoniakkomplexion, Zinkester, wie Zinkstearat, Zinkborat, Zinkcarbonat, Zinkgallat, Zinkorthophosphat, Zinkmetasilikat, Zinksalze von Carbonsäuren, Zinkorthosilikat, Zinksulfat, Zinksalze, wie Zinkhalogenide, Zinksulfid und ähnliche Zinkverbindungen. Die Zinkverbindungen können plättchenartig oder blockartig sein. Besonders bevorzugt sind entweder Zinkoxid, Zinkammoniakkomplexion oder Zinkester.
Die Zinkverbindung ist in einer Menge von 15 bis 25 Vol.-%, bezogen auf das Gesamtvolumen, vorhanden. Das Gesamtvolumen betrifft das gesamte Volumen des Polymers und der Zinkverbindung.
Zusätzlich ist die Teilchengröße der Zinkverbindung vorzugsweise nicht so klein, dass die Festigkeitseigenschaften des Polymers negativ beeinflusst werden und nicht so groß, dass eine unzureichende Anzahl an Teilchenkontakten bereitgestellt wird und hierdurch die thermische Leitfähigkeit des mit der Zinkverbindung gefüllten Polymers negativ zu beeinflussen. Typischerweise weisen die Zinkverbindungsteilchen eine Teilchengröße oder mittleren Durchmesser auf, bestimmt durch Standardverfahren, von zwischen 0,01 bis 20 μm, vorzugsweise 1 bis 20 μm und besonders bevorzugt zwischen 1 bis 8 μm. Die Zinkverbindung kann plättchenartig oder blattförmig geformt sein, oder blockartig. In dem Fall, dass die Zinkverbindung eine blockartige Teilchenform aufweist, beträgt die Teilchengröße vorzugsweise zwischen 0,1 bis 20 μm.
Andere Hilfsstoffe und Füllstoffe können in das Elastomer eingeführt werden, welches gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, vorausgesetzt, dass sie die Integrität des Polymermaterials nicht beeinflussen, und solange sie nicht die Bindung zwischen dem aminofunktionellen Öl und den Zinkverbindungen beeinflussen. Solche Füllstoffe, die normalerweise bei der Zusammensetzung der Bindung der Elastomere auftreten, umfassen Farbmittel, verstärkende Füllstoffe und Verarbeitungshilfen. Oxide wie Magnesiumoxid und Hydroxide wie Calciumhydroxid sind geeignet zur Verwendung beim Härten von vielen FKM-Polymeren. Protonensäuren wie Stearinsäure sind geeignete Zusatzstoffe bei EPDM- und BR-Polymerzusammensetzungen, um die Freigabe zu verbessern, durch Verbesserung der Bindung des Aminoöls an die elastomere Zusammensetzung.
Die Polymerfluidtrennmittel, die in Kombination mit dem Polymer und der Zinkverbindung verwendet werden, sind solche, die Moleküle umfassen, mit aminofunktionellen Gruppen, welche mit den Zinkverbindungsteilchen in dem Fixierelement interagieren, auf solch eine Weise, um eine Schicht des Fluidtrennmittels über der Außenschicht des Fixierelementes zu bilden, was zu einer Grenzflächenschicht auf der Oberfläche des Fixierelementes führt, während ein nicht-reagiertes Trennfluid mit niedriger Oberflächenenergie als ein äußerer Trennfilm zurückbleibt. Aminofunktionalität ist so definiert, dass das Trennmittel Moleküle umfasst, mit wenigstens einer substituierten Amingruppe. Beispiele geeigneter Trennmittel umfassen aminofunktionelle Öle, vorzugsweise aminofunktionelle Polyorgano-Siloxanmoleküle, wie in aminofunktionellen Polydimethylsiloxan(PDMS)-Trennmitteln. Spezifische Beispiele geeigneter aminofunktioneller Trennmittel umfassen aminofunktionelle Silicontrennmittel vom T-Typ, offenbart in dem US-Patent 5,516,361; monoaminofunktionelle Silicontrennmittel, beschrieben in dem US-Patent 5,531,813; und die aminofunktionellen Siloxantrennmittel, offenbart in der US-Anmeldung Serial No. 08/315,004, angemeldet am 29. September 1994. Das Trennmittel enthält des Weiteren ein nicht-funktionelles Öl als Verdünnungsmittel.
Spezifische Beispiele funktioneller Moleküle des aminofunktionellen Trennmittels, welche für die vorliegende Erfindung geeignet sind, umfassen solche mit der folgenden Formel I:
wobei 50 ≤ n ≤ 200, p zwischen 1 bis 5 beträgt und R₁, R₂ und R₃ ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Alkyl und Arylalkylradikalen mit zwischen 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, R₄ aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Alkyl und Arylalkylradikalen mit zwischen 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und einer Polyorganosiloxankette mit zwischen 1 bis 100 Organosiloxy-Wiederholungseinheiten, und R₅ ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Alkyl und Arylalkylradikalen mit zwischen 1 bis 18 Kohlenstoffatomen; und funktionellen Molekülen mit der folgenden Formel II:
wobei 50 ≤ n ≤ 200, p zwischen 1 bis 5 beträgt, 50 ≤ m ≤ 200 und q zwischen 1 bis 200 beträgt. In bevorzugten Ausführungsformen weisen wenigstens 30 % oder mehr der Polyorganosiloxanmoleküle, wie solche der Formeln I oder II, nur eine substituierte Aminogruppe je Polyorganosiloxanmolekül auf. In einer noch weiter bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen nur zwischen 50 bis 99,9 % der Polyorganosiloxanmoleküle, wie die in Formel I oder II, nur eine substituierte Aminogruppe je Polyorganosiloxanmolekül auf.
Die Fixierelemente sind in Kombination mit vielen Tonern geeignet, einschließlich Schwarz- und Weißtonern und Farbtonern. Die Fixierelemente sind besonders geeignet mit Schwarz- und Weißzonen, wie in dem US-Patent 3,590,000 offenbart und Farbtoner, wie solche, die in den US-Patenten 5,376,494; 5,227,460; 3,655,374; 3,900,588; 4,937,166; 4,935,326; 5,406,357; 5,023,158; 5,004,666; 4,997,739; 4,988,598; 4,921,771; 5,229,242 und 4,917,982 offenbart.
Die äußere Polymerschicht kann durch jedes Mittel auf das Fixierelementsubstrat aufgebracht werden, einschließlich normales Sprühen, Tauchen und Taumelsprühverfahren. Eine Beschichtungsvorrichtung, wie in der US-Anmeldung Serial No. 08/672,493, ange meldet am 26. Juni 1996 mit dem Titel "Flow Coating Process for Manufacture of Polymeric Printer Roll and Belt Components", kann auch verwendet werden, um eine Reihe von Fixierrollen zu beschichten. Es ist bevorzugt, dass das Polymer vor dem Aufbringen auf das Fixiersubstrat mit einem Lösungsmittel verdünnt wird.
Die Zinkverbindung kann in das Polymer eingeführt werden und die Lösung kugel- oder mit einer Walze gemahlen werden, sofern notwendig, um eine geeignete Mischung sicherzustellen. Alternativ können andere bekannte Verfahren zum Mischen verwendet werden. Die resultierende Lösung mit jedem anderen optionalen Filter und/oder Hilfsmittel kann auf ein geeignetes Substrat aufgebracht werden, wie ein Band, Film, Bogen oder Walze. Vorzugsweise wird die Polymer/Zinkbeschichtungslösung auf eine zylindrische Metallwalze aufgebracht.
Andere Schichten, wie klebende Schichten oder andere geeignete Kissenschichten oder leitfähige Schichten, können zwischen der äußeren Polymer/Zinkverbindungsschicht und dem Substrat eingeführt werden.
Daher ist hier ein Fixierelement offenbart, mit einer Kombination aus einer Außenschicht, Füllstoff und Fixieröl, wobei, in Ausführungsformen, das Auftreten von Tonerablösungen, Gelieren, Aufschäumen und negativem Fixierölgeruch verringert wird. Des Weiteren ist ein Fixierelement offenbart, welches, in Ausführungsformen, eine Außenschicht aufweist, welche eine Zunahme der thermischen Leitfähigkeit beschleunigt, um die Temperatur zu verringern, welche notwendig ist, um das Fixierelement zu erwärmen, oder in einer alternativen Ausführungsform, die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen, wodurch keine Aufheizung notwendig ist. Die Ergebnisse sind eine Zunahme der Fixiergeschwindigkeit. Des Weiteren ist hier ein Fixierelement offenbart, welches, in Ausführungsformen, eine erhöhte Zähigkeit aufweist, um des Weiteren die Lebensdauer des Fixierelementes zu erhöhen, indem die Verschleißbeständigkeit erhöht wird.
Die folgenden Beispiele beschreiben und definieren die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich alle Teile und Prozentangaben auf das Gewicht der gesamten Festkörper, wie in der Beschreibung definiert.
BEISPIEL I
Die folgenden Bestandteile wurden in einem Glasbehälter miteinander vermischt: 0,35 g Dow Corning (DC2-8783) Aminofluid, enthaltend 0,06 mol% Amin; 7 g Zink Corporation of America, US Nr. 1 Zinkoxid; und 30 ml Fisher-Reagenz Güte Hexane. Die Mischung wurde für 2 Stunden heftig geschüttelt. Anschließend wurde die Mischung mit 5000 Umdrehungen je Minute für ungefähr 30 Minuten zentrifugiert. Der Überstand, enthaltend Aminofluid und Hexane wurde abgeschüttet und das Hexanlösungsmittel wurde mit einem Stickstoffgasstrom für ungefähr 6 Stunden verdampft. Der resultierende Aminfluidrückstand wurde in CDCl₃ zur Protonen-NMR-Bestimmung des Amingehaltes erneut aufgelöst.
Jede Interaktion zwischen dem Zinkoxid und den aminofunktionellen Gruppen in dem Aminoöl sollte durch eine Verringerung des Amingehaltes in dem Überstandsfluid gezeigt werden. Die in Tabelle I dargestellten Werte zeigen, dass die Aminofunktionalität vollständig adsorbiert ist (null mol% bleiben in dem Fluid zurück) von dem Zinkoxid. Daher wirkt das Zinkoxid stark mit der Aminofunktionalität zusammen.
VERGLEICHSBEISPIEL II
Die folgenden Bestandteile wurden miteinander in einem Glasbehälter vermischt: 0,35 g Dow Corning (DC2-8783) Aminofluid, enthaltend 0,06 mol% Amin; 7 g KC-Verschleißmittel Nr. 1 Aluminiumoxid und 30 ml Fisher-Reagenz-Güte-Hexane. Die Mischung wurde heftig für ungefähr 2 Stunden geschüttelt. Anschließend wurde die Mischung bei mit 5000 Umdrehungen je Minute für ungefähr 30 Minuten zentrifugiert. Der Überstand, enthaltend das Aminofluid und Hexane wurde abgeschüttet und das Hexan-Lösungsmittel mit einem Stickstoffgasstrom für ungefähr 6 Stunden verdampft. Der resultierende Aminfluid-Rückstand wurde mit CDCl₃ zur Protonen-NMR-Bestimmung des Amingehaltes erneut aufgelöst.
Jede Wechselwirkung zwischen dem Aluminiumoxid und den aminofunktionellen Gruppen würde zu einer Verringerung des Amingehalts in dem Überstandsfluid resultieren. Die in Tabelle I dargestellten Werte zeigen, dass obwohl der Amingehalt auf 0,022 mol% durch Absorption auf Aluminiumoxid im Beispiel 2 reduziert wurde, die Aminofunktionalität vollständig von dem Zinkoxid im Beispiel 1 absorbiert wurde (null mol% bleiben in dem Fluid zurück). Daher wirkt das Zinkoxid starker mit dem Aluminiumoxid mit der Aminofunktionalität zusammen.
Diese Werte zeigen, dass eine bessere Trennung und eine längere Trennungslebensdauer mit Walzen erzielbar sein sollten, die mit Zinkoxid gefüllt wurden, in Kombination mit aminofunktionellen ölen.
BEISPIEL 3
Zinkoxid in der Form von blockartigen 0,12 μm Teilchen von Zinc Corporation of America mit 20 % je Volumen/Volumen wurde in eine Standard-Bisphenol gehärtete VITON^® GF-Zusammensetzung eingeführt. Das resultierende gehärtete Produkt wies eine isotrope thermische Leitfähigkeit von 0,3 w/m-°K auf. Die Zähigkeit wurde gemessen bei 2,1-10⁷ kg/m² (2990 in-lb/in²).

Claims

Ein Schmelzfixier-Element (20), umfassend (a) ein Substrat (4), und darauf (b) eine gefüllte äußere Polymerschicht (5), umfassend ein Polymer, in welchem eine Zinkverbindung (30) dispergiert ist, und darüber (c) ein flüssiges Trennmittel (26), umfassend Moleküle, welche eine Aminofunktionalität haben, dadurch charakterisiert, dass das flüssige Trennmittel (26) weiterhin nicht-funktionelle Moleküle als Verdünner umfasst, worin die Zinkverbindung in einer Menge von 15 bis 25 Vol.-%, bezogen auf das Gesamt-Volumen, enthalten ist.
Das Schmelzfixier-Element (20) gemäß Anspruch 1, worin die Zinkverbindung (30) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinkester, Zinkoxid, Zinkhaliden, Zinkkomplexionen und Zinksalzen von Carbonsäuren.
Das Schmelzfixier-Element (20) gemäß Anspruch 1 oder 2, worin die Zinkverbindung (30) eine Partikelgröße von 0,1 bis 20 Mikrometern hat.
Das Schmelzfixier-Element (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Zinkverbindung (30) in der gefüllten äußeren Polymerschicht (5) in einer Menge von 10 bis 45 Vol.-%, bezogen auf das Gesamt-Volumen von Polymer und Zinkverbindung (30), enthalten ist.
Das Schmelzfixier-Element (20) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Polymer aus der Gruppe aus a) Polymeren, welche Ethylenpropylendienmonomere enthalten, b) Fluorpolymeren, c) Butylgummis und d) Butadiengummis ausgewählt ist.
Das Schmelzfixier-Element (20) gemäß Anspruch 5, worin das Fluorpolymer ein Fluorelastomer ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus a) Copolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluoroethylen, b) Terpolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen und c) Tetrapolymeren aus Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und einem vernetzbaren Monomer.
Das Schmelzfixier-Element (20) gemäß Anspruch 6, worin das Fluorelastomer ungefähr 35 Gew.-% Vinylidenfluorid, ungefähr 34 Gew.-% Hexafluorpropylen, ungefähr 29 Gew.-% Tetrafluorethylen und ungefähr 2 Gew.-% eines vernetzbaren Monomers umfasst.
Eine Bild-bildende Vorrichtung zur Bildung von Bildern auf einem Aufnahmemedium, umfassend: eine ladungszurückhaltende Oberfläche (10), um ein elektrostatisches latentes Bild darauf zu empfangen, eine Entwicklungskomponente (14), um Toner auf die ladungszurückhaltende Oberfläche (10) aufzubringen, um das elektrostatische latente Bild zu entwickeln, um ein entwickeltes Bild auf der ladungszurückhaltenden Oberfläche (10) zu bilden, eine Übertragungskomponente (15), um das entwickelte Bild von der ladungszurückhaltenden Oberfläche (10) auf ein Kopiersubstrat (16) zu übertragen, und ein Schmelzfixier-Element (20) in Übereinstimmung mit Anspruch 1.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8, worin der Toner ein Farbtoner ist.