(57)【要約】ポリマー性ジフェニルメタンジイソシアネートを、金属塩、触媒、および液体導電性添加剤を含む1種または複数種の他の随意の添加剤と一緒に、ポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンならびに随意の連鎖延長剤と反応させることによって、高速プリンターおよび紙取扱装置のためのローラーを製作する。その結果として得られるローラーは、立方体において15A程度の低い硬度、5E4Ω・cm程度の低い抵抗率、室温において0.5％および157Fにおいて3％程度の低い圧縮永久ひずみ、ならびに付着力が13g／cm程度の低い粘着性を提供する。2013522397.tif 000012
2013522397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー性ジフェニルメタンジイソシアネートと、
ポリエステルポリオール、ポリエステルポリアミン、またはそれらの組み合わせを含むソフトセグメントと、
金属塩と
を含む混合物から形成された導電性熱硬化性ウレタンであって、室温において5％未満の圧縮永久ひずみを有する、導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項２】
前記混合物が、ポリオール、ポリアミン、またはそれらの組み合わせを含むハードセグメントをさらに含む、請求項1記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項３】
ハードセグメントに対するソフトセグメントの重量比が、少なくとも100または少なくとも200である、請求項2記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項４】
前記混合物が、溶媒に溶解された追加の金属塩を含む液体導電性添加剤をさらに含み、該追加の金属塩が、該液体導電性添加剤の約1重量％〜約20重量％である、前記請求項のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項５】
前記追加の金属塩が、アルカリ金属塩もしくは遷移金属塩であるか、または追加の金属塩が、過塩素酸リチウム、塩化銅（II）、および塩化鉄（III）からなる群より選択される、請求項4記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項６】
前記溶媒が、トリス（2−ブトキシエチルホスフェート）、トリ（β−クロロエチル）ホスフェート、およびトリ（β−クロロプロピル）ホスフェートからなる群より選択される、請求項4〜6のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項７】
導電性熱硬化性ウレタンの圧縮永久ひずみが、室温において0.5％程度に低いか、室温において0.5％〜5％であるか、室温において0.5％〜3％であるか、および／または157°Fにおいて3％程度に低く、ならびに／あるいは導電性熱硬化性ウレタンの硬度が、立方体において15ショアA程度に低いか、立方体において15ショアA〜30ショアAであるか、立方体において20ショアA〜30ショアAであり、ならびに／あるいは導電性熱硬化性ウレタンの体積抵抗率が、5E4Ω・cm程度に低いか、5E4Ω・cm〜9E5Ω・cmであるか、または8E4Ω・cm〜6E5Ω・cmである、前記請求項のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項８】
ソフトセグメントが少なくとも900の換算重量を有する、前記請求項のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項９】
ハードセグメントが200未満の換算重量を有する、請求項2〜8のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項１０】
金属塩がアルカリ金属塩または遷移金属塩を含むか、金属塩がアルカリ金属塩を含みかつ該アルカリ金属塩がアルカリ過塩素酸塩であるか、ならびに／あるいは該アルカリ過塩素酸塩が過塩素酸リチウムである、前記請求項のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項１１】
導電性熱硬化性ウレタン中の金属塩の重量パーセントが、0.1重量％〜8重量％または0.5重量％〜5重量％である、前記請求項のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項１２】
導電性熱硬化性ウレタンの付着力が、5g／cm〜20g／cm、5g／cm〜30g／cm、および／または5g／cm〜50g／cmである、前記請求項のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項１３】
ソフトセグメントが、ポリエステルポリオール、ポリエステルポリアミン、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される、前記請求項のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項１４】
ハードセグメントが、ポリオール、ポリアミン、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項2〜13のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタン。
【請求項１５】
円筒状の金属コアと、
該円筒状の金属コアの周りに形成された、請求項1〜14のいずれか一項記載の導電性熱硬化性ウレタンと
を含む、印刷装置または紙取扱装置のためのローラー。
【請求項１６】
前記ローラーが円筒状の金属コアと導電性熱硬化性ウレタンとの間に接着剤コーティングを含み、および／または該接着剤コーティングが防食剤コーティングである、請求項15記載のローラー。
【請求項１７】
接着剤コーティングが、導電性接着剤、マグネシウム粉末、および界面活性剤を含む混合物から形成されている、請求項16記載のローラー。
【請求項１８】
導電性熱硬化性ウレタンの表面に塗工されたトップコーティングをさらに含む、請求項15〜17のいずれか一項記載のローラー。
【請求項１９】
トップコーティングが、湿気硬化型ウレタンおよび湿気硬化型シリコーンからなる群より選択される、請求項18記載のローラー。
【請求項２０】
現像ローラー、帯電ローラー、排紙ローラー、トナー供給ローラー、およびバイアス転写ローラーからなる群より選択される、請求項15〜19のいずれか一項記載のローラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、プリンターおよび紙取扱装置のための、高導電性、低硬度、低圧縮永久ひずみ、低粘着性のウレタンローラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
レーザープリンターは、多くの場合、トナーカートリッジおよび紙取扱部品を含む。トナーカートリッジは、デジタル発光素子、感光ドラム、帯電ローラー、現像ローラー、現像ブレード、トナー搬送ローラー、トナー貯蔵ユニット、および紙取扱ローラーを備え得る。紙取扱ローラーは、排紙ローラーおよび定着ローラーを含み得る。印刷の際、トナー搬送ローラーは、現像ローラーにトナーを供給し、現像ブレードは、現像ローラーの表面上にトナーの薄い層を形成する。帯電ローラーは、感光ドラムに負電荷を帯電させる。感光ドラムが発光素子で露光されると、当該感光ドラムの表面に静電潜像が形成され、現像ローラーによってドラム表面の一部にトナーが搬送されてトナー像が形成される。レーザープリンターは、感光ドラムに接触した後の現像ローラーの表面から余分なトナーを除去するトナー除去ワイパーも備え得る。続いて、ドラム上のトナーは、紙に転写され、次いで融着され、印刷物が形成される。
【０００３】
現像ローラーは、円筒状で、通常は、合成ゴムまたはウレタンエラストマー部分で包まれた中央シャフトを含む。Chiangらに対する米国特許第6,352,771号（特許文献1）および同第6,780,364号（特許文献2）には、金属塩をポリエーテルポリオールおよび／またはポリエーテルポリアミンなどのウレタン前駆体に溶解させ、それによって得られたウレタン前駆体をジフェニルメタンジイソシアネートと反応させることによって形成された導電性ウレタンにより製作された現像ローラーについて記載されており、なお、当該特許は、両方とも参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。結果として得られたウレタンは、1E6Ω・cm（すなわち、1×106Ω・cm）〜9E8Ω・cm（すなわち、9×108Ω・cm）の抵抗率を有し、ならびに立方体において30ショアA〜50ショアAの硬度を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第6,352,771号
【特許文献２】米国特許第6,780,364号
【発明の概要】
【０００５】
概要
第一の局面において、導電性熱硬化性ウレタンが、ポリマー性ジフェニルメタンジイソシアネートと、ポリエステルポリオール、ポリエステルポリアミン、またはそれらの組み合わせを含むソフトセグメントと、金属塩とを含む混合物から形成される。当該導電性熱硬化性ウレタンは、室温において約5％未満の圧縮永久ひずみを有する。
【０００６】
第二の局面において、印刷装置または紙取扱装置のためのローラーは、導電性金属コアと、当該導電性金属コアの周りに形成された第一の局面の導電性熱硬化性ウレタンとを含む。当該ローラーは、例えば、現像ローラー、帯電ローラー、排紙ローラー、トナー供給ローラー、またはバイアス転写ローラーであり得る。
【０００７】
実践形態は、以下の特徴の1つまたは複数を含み得る。
【０００８】
導電性熱硬化性ウレタンはさらに、ポリオール、ポリアミン、またはそれらの組み合わせを含むハードセグメントを含み得る。場合によって、当該ハードセグメントは、ポリオール、ポリアミン、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される。ハードセグメントの換算重量は、約200未満である。ソフトセグメントの換算重量は、少なくとも約900である。場合によって、ソフトセグメントは、ポリエステルポリオール、ポリエステルポリアミン、またはそれらの組み合わせからなる群より選択される。混合物中におけるハードセグメントに対するソフトセグメントの重量比は、少なくとも約100または少なくとも約200である。
【０００９】
当該混合物はさらに、液体導電性添加剤を含み得る。当該液体導電性添加剤は、溶媒中に追加の金属塩を含む溶液であり得る。当該溶媒は、高い極性および／または高い沸点（例えば、大気圧において、200°F、250°F、300°F、または350°Fを超える）を有し得る。好適な溶媒としては、例えば、トリス（2−ブトキシエチルホスフェート）（TBEP）、トリ（β−クロロエチル）ホスフェート（CEF）、およびトリ（β−クロロプロピル）ホスフェート（PCF）が挙げられる。好適な追加の金属塩としては、例えば、過塩素酸リチウム、塩化銅（II）、および塩化鉄（III）が挙げられる。液体導電性添加剤中の追加の金属塩の量は、約1重量％〜約20重量％であり得る。
【００１０】
当該金属塩は、アルカリ金属塩または遷移金属塩であり得る。場合によって、当該金属塩はアルカリ金属塩である。当該アルカリ金属塩は、アルカリ過塩素酸塩であり得る。当該アルカリ過塩素酸塩は、例えば、過塩素酸リチウムであり得る。導電性ウレタン中における金属塩と存在する場合には追加の金属塩との総重量パーセントは、約0.1重量％〜約8重量％、または約0.2重量％〜約5重量％である。
【００１１】
当該導電性熱硬化性ウレタンの圧縮永久ひずみは、約0.5％程度に低くすることができる。例えば、当該導電性熱硬化性ウレタンの圧縮永久ひずみは、室温において約0.5％〜約5％、または室温において約0.5％〜約3％にすることができる。当該導電性熱硬化性ウレタンの圧縮永久ひずみは、157°Fにおいて3％程度に低くすることができる。
【００１２】
当該導電性熱硬化性ウレタンの硬度は、立方体において約15ショアA程度と低い。例えば、当該導電性熱硬化性ウレタンの硬度は、立方体において約15ショアA〜約30ショアAにすることができる。場合によって、当該導電性熱硬化性ウレタンの硬度は、立方体において約20ショアA〜約30ショアAである。
【００１３】
当該導電性熱硬化性ウレタンの体積抵抗率は、5E4Ω・cm程度に低くすることができる。例えば、当該導電性熱硬化性ウレタンの体積抵抗率は、約5E4Ω・cm〜約9E5Ω・cmにすることができる。場合によって、当該導電性熱硬化性ウレタンの体積抵抗率は、約8E4Ω・cm〜約6E5Ω・cmである。
【００１４】
当該導電性熱硬化性ウレタンの付着力は、約50g／cm未満、または約5g／cm〜約30g／cmである。場合によって、当該導電性熱硬化性ウレタンの粘着力は、約5g／cm〜約20g／cmである。
【００１５】
本明細書において説明される導電性熱硬化性ウレタンは、高い電気伝導性、低い硬度、低い圧縮永久ひずみ、および低い粘着性示す。本明細書において説明される特徴を組み合わせることで、様々な望ましい特性を有するウレタンが形成され得る。例えば、本明細書において説明される当該導電性熱硬化性ウレタンから製作されたローラーにより、立方体において約15A程度の低い硬度、約5E4Ω・cm程度の低い抵抗率、室温において約0.5％程度および157°Fにおいて約3％程度の低い圧縮永久ひずみ、ならびに付着力が約13g／cm程度の低い粘着性を有するローラーを得ることができる。これらの特性は、ローラー寸法における変形の低減、ならびに紙上への良好なトナーの転写、良好な印刷品質と速い印刷速度、および各画像転写サイクル後の迅速なローラー寸法回復に貢献する。この導電性熱硬化性ウレタンから形成されたローラーは、高速レーザープリンター（例えば、毎分20枚を超える印刷速度のレーザープリンター）用の粒子サイズ約6μm未満の低融点トナーを使用する白黒およびカラーレーザープリンターにとって好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】印刷装置または紙取扱装置での使用のためのローラーの断面図を示す。
【図２】印刷装置または紙取扱装置での使用のためのローラーの製作における工程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明
本明細書において説明されるように、プリンターおよび紙取扱装置用のローラーは、現像ローラー、帯電ローラー、排紙ローラー、トナー供給ローラー、およびバイアス転写ローラーを含む。当該ローラーは、ポリマー性ジフェニルメタンジイソシアネート（ポリマー性MDI、約23を超えるイソシアネート価）と、ポリエステルポリオール、ポリエステルポリアミン、またはそれらの組み合わせを含むソフトセグメント（約900を超える換算重量）、およびポリオール、ポリアミン、またはそれらの組み合わせを含む随意のハードセグメント（すなわち、連鎖延長剤）（約200未満の換算重量）とを、金属塩、触媒、随意の添加剤と一緒に反応させることによって形成された、高電導性で、低硬度で、低圧縮永久ひずみで、低粘着性のウレタンを含む。結果として得られたローラーは、柔らかい硬度（例えば、立方体において約15ショアAまたは約15ショアA〜約30ショアA、あるいはローラーにおいて約25ショアA〜約40ショアA）および高い導電性もしくは低い抵抗率（例えば、約5E4Ω・cm程度に低いか、または約5E4Ω・cm〜約9E5Ω・cm）を示す。これらのローラーは、高速プリンターおよび紙取扱装置にとって好適である。特に、本明細書において説明されるようなローラーは、高速レーザープリンター（例えば、毎分20枚を超える印刷速度のレーザープリンター）用の粒子サイズ約6μm未満の低融点トナーを使用する白黒およびカラーレーザープリンターにとって好適である。
【００１８】
図1を参照すると、ローラー100は、固体導電性熱硬化性ウレタン部分104で包まれたシャフト102を有する。ローラー100は、例えば、現像ローラー、排紙ローラー、帯電ローラー、トナー供給ローラー、またはバイアス転写ローラーであり得る。シャフト102は、鉄鋼（例えば、ステンレス鋼またはニッケルでメッキされた鋼）、アルミニウム、導電性プラスチック、引抜成形した導電性ロッド、または当該ローラーのシャフトにとって好適な他の任意の材料で作製され得る。場合によって、シャフト102の少なくとも一部は、当該シャフトへの固体導電性熱硬化性ウレタン部分104の接着を促進するために、導電性接着剤106でコーティングされている。当該導電性接着剤コーティング106は、約2.5μm〜約25μmの厚さを有し得る。固体熱硬化性ウレタン部分104の追加の処理（例えば、粗研磨および仕上げ研磨）の後に、トップコーティング108が固体熱硬化性ウレタン部分に塗工され得る。トップコーティング108は、例えば、湿気硬化型ウレタンまたは湿気硬化型シリコーンゴムを含み得る。当該トップコーティング108の厚さは、約10μm〜約25μmの範囲であり得る。
【００１９】
ポリマー性MDIならびにソフトセグメントであるポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンを含む、本明細書において説明されるウレタン配合物により、低い粘着性および低い圧縮永久ひずみを有する、特に柔らかい硬度のローラーが得られる。これらの特性は、少なくとも部分的には、ソフトセグメントとしてのポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンの使用、ならびにハードセグメントが存在する場合にはハードセグメントであるポリオールまたはポリアミンに対するソフトセグメントであるポリエステルポリオールまたはポリエステルポリアミンの高い比率によるものである。さらに、ポリマー性MDIの間での高い架橋度、ソフトセグメントであるポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンの高い換算重量、ならびに、ハードセグメントが存在する場合にはハードセグメントであるポリオールまたはポリアミンの低い換算重量は、得られたウレタンの高い導電性（または低い抵抗率）、低い圧縮永久ひずみ、および低い粘着性に寄与している。
【００２０】
ポリウレタン前駆体（例えば、ポリマー性MDI、ソフトセグメントであるポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミン、ならびにハードセグメントが存在する場合にはハードセグメントであるポリオールおよび／またはポリアミン）における電子供与体、例えば、C=C、C=C-C=C、C=O、およびC＝Sなどの不飽和結合ならびにC-NH-および-C-O-などの極性結合は、金属塩と相互作用して、金属塩とポリウレタン前駆体とを含む錯体を形成する。これらの錯体は、さらにウレタンの電気伝導性を高める。ポリマー性MDIの高いイソシアネート価、ポリエステルポリオールおよびポリエステルポリアミンの高いヒドロキシル価または換算重量、ハードセグメントであるポリオールまたはポリアミンにおける極性基の数の多さ、あるいはそれらの組み合わせも、得られるウレタンの電気伝導性を高めることに寄与する。
【００２１】
好適なポリマー性MDIは、約23を超えるまたは約25を超えるイソシアネート価（NCO）（または、NCO重量パーセント）を有する。好適なポリマー性MDIの例としては、LUPRANATE 241、LUPRANATE 230、LUPRANATE 245、LUPRANATE TF2115、LUPRANATE 234、LUPRANATE 273、LUPRANATE 266、LUPRANATE 261、LUPRANATE 255、LUPRANATE 268、LUPRANATE 5010、およびLUPRANATE 2が挙げられ、これらはすべてBASF Corporation（ワイアンドット、MI）から入手可能である。他の好適なポリマー性MDIとしては、例えば、すべてBayer Material Science LLC（ピッツバーグ、PA）から入手可能であるMONDUR MR-LIGHT、MONDUR MR、MONDUR MRS、MONDUR 489、MONDUR 582、MONDUR MRS-5、MONDUR MR-5、MONDUR MRS-4、MONDUR MRS-200、MONDUR MRS-2、MONDUR ENC-88、MONDUR ENC-5003、およびMONDUR ENC-5006、ならびに、すべてDow Chemical Company（ミッドランド、MI）から入手可能であるPAPI 20、PAPI 27、PAPI 50、PAPI 94、PAPI 105、PAPI 135、PAPI 580、およびPAPI 901が挙げられる。
【００２２】
好適なポリエステルポリオールは、約900を超える換算重量を有し、例としては、すべてBayer MaterialScience LLCから入手可能であるDESMOPHEN F-2403、DESMOPHEN F-2408、DESMOPHEN F-2502、DESMOPHEN F-207-60A、DESMOPHEN 2100KS、DESMOPHEN 2000、DESMOPHEN 1800、DESMOPHEN F-2501、DESMOPHEN F-2500、DESMOPHEN P100B、DESMOPHEN 2601、DESMOPHEN 2602、DESMOPHEN F-PE225B、DESMOPHEN 2002H、DESMOPHEN F-2003E、およびDESMOPHEN PE65B、ならびにPanolam Industries International, Inc.（シェルトン、CT）から入手可能であるPIOTHANE 3500 DEAが挙げられる。好適なポリエステルポリアミンとしては、Air Products（アレンタウン、PA）から入手可能なVERSALINK P-2000、VERSALINK P-2500、およびVERSALINK P-3000が挙げられる。ソフトセグメントであるポリオールおよび／またはポリアミンは、1種または複数種のポリエステルポリオール、1種または複数種のポリエステルポリアミン、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。場合によって、ソフトセグメントであるポリオールまたはポリアミンは、実質的に、1種または複数種のポリエステルポリオール、1種または複数種のポリエステルポリアミン、またはそれらの任意の組み合わせからなる。
【００２３】
好適なハードセグメントのポリオールおよびポリアミン（すなわち、連鎖延長剤）としては、例えば、ブタンジオール、プロパンジオール、ペンタジエン、トリイソプロピルアミン（TIPA）、トリメタノールプロパン（TMP）、Isonol-93、およびヒドロキノンビス（2−ヒドロキシエチル）エーテル（HQEE）が挙げられる。ブタンジオール（例えば、ブタンジオール BDOまたはXB）は、例えば、GAF Chemical Corporation（ウェイン、NJ）から入手可能である。TMPは、例えば、Celanese Corporation（ダラス、TX）から入手可能である。TIPAおよびIsonol-93は、例えば、Dow Chemical Companyから入手可能である。HQEEは、例えば、Eastman Chemical Co.（キングズポート、TN）から入手可能である。ヘキサンジオールは、例えば、Sigma−Aldrich Corp.（セントルイス、MO）から入手可能である。ハードセグメントであるポリオールまたはポリアミンは、1種または複数種のポリオール、1種または複数種のポリアミン、またはそれらの混合物を含み得る。
【００２４】
ウレタンの形成において十分な量のソフトセグメントのポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンを使用することにより、立方体において約15ショアA〜約30ショアAの硬度を有する熱硬化性ウレタンが得られ得る。例えば、ハードセグメントが存在する場合にはハードセグメントであるポリオールおよび／またはポリアミンに対するソフトセグメントであるポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンの重量比は、少なくとも約100または少なくとも約200である。
【００２５】
好適な金属塩の例としては、アルカリ金属塩、例えば、過塩素酸塩（例えば、Sigma-Aldrich Chemicalから入手可能な過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、および過塩素酸カリウム）など、ならびにハロゲン化物（例えば、塩化リチウムおよび塩化カリウム）が挙げられる。場合によって、遷移金属塩、例えば、Sigma-Aldrichから入手可能な塩化銅（II）および塩化鉄（III）なども好適であり得る。好適な金属塩の他の例としては、アルカリ有機金属塩、例えば、リチウム（ビス）トリフルオロメタンスルホンイミド（3M（セントポール、MN）からFLUORAD HQ-115として入手可能）なども好適であり得る。
【００２６】
場合によって、当該導電性熱硬化性ウレタンは、追加の導電性添加剤を含む。当該追加の導電性添加剤を、液体の形態で添加することで、導電性熱硬化性ウレタンの電導度が増加（または抵抗率が低下）し得る。当該液体は、溶媒中に追加の金属塩を含む溶液であってよい。当該溶媒は、高い極性および／または高い沸点（例えば、大気圧において、200°F、250°F、300°F、または350°Fを超える）を有し得る。好適な溶媒としては、難燃化剤、例えば、Akzo Nobel Chemicals Inc.（シカゴ、IL）から入手可能な、トリス（2−ブトキシエチルホスフェート）（TBEP）、トリ（β−クロロエチル）ホスフェート（CEF）、およびトリ（β−クロロプロピル）ホスフェート（PCF）などが挙げられる。好適な追加の金属塩としては、アルカリ金属塩または遷移金属塩が挙げられる。好適なアルカリ金属塩の例は、過塩素酸リチウムである。好適な遷移金属塩の例としては、塩化銅（II）および塩化鉄（III）が挙げられる。液体導電性添加剤中の追加の金属塩の量は、約1重量％〜約20重量％であり得る。液体導電性添加剤の例としては、TBEP、CEF、またはPCF中における10重量％の過塩素酸リチウム、5重量％の塩化銅（II）、および10重量％の塩化鉄（III）が挙げられる。
【００２７】
導電性熱硬化性ウレタンに、例えば、合計で約0.1重量％〜約8重量％または約0.2重量％〜約5重量％の金属塩（追加の導電性添加剤の形態における任意の追加の金属塩）を含ませることにより、5E4Ω・cm程度の低い体積抵抗率または約5E4Ω・cm〜9E5Ω・cmの範囲の体積抵抗率の高い電導率を達成することができる。
【００２８】
導電性熱硬化性ウレタンの形成において使用される触媒は、スズを含み得る。当該ウレタンの形成において使用することができる触媒の例としては、Witco（タフト、LA）から入手可能なFOMREZ UL-32およびFOMREZ UL-29、ならびにAir Productsから入手可能なDABCO T-12、DABCO T-9、およびDABCO 33LVが挙げられる。当該導電性熱硬化性ウレタンは、例えば、0.001重量％〜0.1重量％の触媒を含み得る。
【００２９】
UV光安定剤および酸化防止剤は、本明細書において説明されるようにして形成されたローラーの表面において酸化および光劣化を抑制する。使用することができるUV光安定剤の例としては、TINUVIN P、TINUVIN C353 FF、TINUVIN 111 FB、TINUVIN 111 FDL、TINUVIN 123、TINUVIN 144、TINUVIN 213、TINUVIN 234、TINUVIN 326、TINUVIN 327、TINUVIN 328、TINUVIN 622LD、TINUVIN 765、TINUVIN 770 DF、TINUVIN 783FB、TINUVIN 783FD、TINUVIN 783FDL、UVITEX OB、ならびにCHIMASSORB 81、CHIMASSORB 119FL、CHIMASSORB 944 LD／FLが挙げられ、これらはすべてCiba（BASF Corporation、フロリダ、NJ）から入手可能である。当該導電性熱硬化性ウレタンは、例えば、約0.05重量％〜約5重量％または約0.5重量％〜約2重量％の安定化剤を含み得る。酸化防止剤の例としては、IRGANOX 245、IRGANOX 1010、IRGANOX 1076、IRGANOX 1098、IRGANOX 1135、IRGANOX 5057、およびBHTが挙げられ、これらはすべてCiba（BASF Corporation）から入手可能である。当該導電性熱硬化性ウレタンは、例えば、約0.01重量％〜約3重量％または約0.1重量％〜約2重量％の酸化防止剤を含み得る。
【００３０】
加水分解安定剤は、本明細書において説明されるウレタンから形成されたローラーの表面におけるウレタンのリバージョン分解（例えば、加水分解）を抑制する。加水分解安定剤の例としては、STABAXOL P200、STABAXOL I、STABAXOL P100、STABAXOL P、STABAXOL ILF、STABAXOL K7646、STABAXOL KE8059、およびSTABAXOL KE9655が挙げられ、これらはすべてRhein Chemie Rheinaur GmbH（マンハイム、ドイツ）から入手可能である。当該熱硬化性ウレタンは、約0.1重量％〜約10％または約0.5％〜約5％の加水分解安定剤を含み得る。
【００３１】
ローラーの導電性熱硬化性ウレタン部分に適用されるトップコーティングの例としては、Lord Corporation（エリー、PA）から入手可能な、湿気硬化型ウレタンであるCHEMGLAZE Z-306、およびベルギーのDeinzeから入手可能な、湿気硬化型シリコーンであるIHMPIMPCRKIT 350が挙げられる。
【００３２】
現像ローラーおよび他のローラー、例えば、排紙ローラー、帯電ローラー、トナー供給ローラー、バイアス転写ローラーなどのローラーは、導電性硬化剤混合物を調製する工程、および当該導電性硬化剤混合物をポリマー性ジフェニルメタンジイソシアネート（ポリマー性MDI）と反応させる工程を含むプロセスによって形成され得る。図2は、ローラー100を形成するためのプロセス200を示している。工程202において、ソフトセグメントのポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンと、随意のハードセグメントのポリオールおよび／またはポリアミンと、触媒とを一緒に加え、機械的に混合して、硬化剤混合物を形成する。ハードセグメントが存在する場合には当該ハードセグメントのポリオールおよび／またはポリアミンと触媒とを合わせた重量に対する、ソフトセグメントであるポリエステルポリオールおよび／またはポリエステルポリアミンの重量比は少なくとも約100、または少なくとも約200である。
【００３３】
工程204において、当該硬化剤混合物に金属塩を添加して、導電性硬化剤混合物を形成する。当該導電性硬化剤混合物は、例えば、300rpmで撹拌しながら2時間にわたって約220°Fで加熱され得る。
【００３４】
場合によって、当該金属塩は、ソフトセグメントの一部、ハードセグメント／触媒混合物、またはそれらの混合物に少なくとも部分的に溶解させた後、追加のソフトセグメントおよび／またはハードセグメント／触媒混合物と組み合わせてもよい。これは、例えば、金属塩とソフトセグメントおよび／またはハードセグメント／触媒混合物とを含む混合物を、ある時間にわたって（例えば、少なくとも約2時間または約2時間〜約4時間）、高温（例えば、約180°F〜約240°Fまたは約200°F〜約220°F）で加熱することによって達成することができる。加熱工程は、コンパウンド化の際に減圧乾燥下において行ってもよい。他の場合において、ソフトセグメント、ハードセグメント／触媒混合物、金属塩、および追加の導電性添加剤（存在する場合には）が一段階で一緒に混合されて導電性硬化剤混合物が形成されるように、工程202および204を組み合わせてもよい。場合によっては、他の随意の添加剤、例えば、UV光安定剤、酸化防止剤、加水分解安定剤、またはそれらの任意の組み合わせを、硬化剤混合物および／または導電性硬化剤混合物に添加してもよい。
【００３５】
工程206において、当該導電性硬化剤混合物を加熱することにより、金属塩と、他の添加剤が存在する場合には当該他の添加剤とを硬化剤混合物に溶解させて導電性硬化剤溶液を形成する。加熱工程は、約1時間〜約4時間または約1.5時間〜約2.5時間にわたって、約180°F〜約240°Fの温度または約200°F〜約220°Fの温度に加熱する工程を含み得る。一例において、当該導電性硬化剤溶液の形成工程は、当該導電性硬化剤混合物を約2時間〜約4時間にわたって約220°F〜約240°Fの温度で加熱する工程を含む。
【００３６】
工程208において、23を超えるまたは25を超えるイソシアネート価を有するポリマー性MDIを、工程206において形成された導電性硬化剤溶液と混合する。混合工程は、例えば、高剪断混合を含み得る。当該混合工程は、計量供給装置（例えば、Max Machinery, Inc.、ヒールドバーグ、CA）により実施され得る。ポリマー性MDIおよび導電性硬化剤溶液の総流量は、約100g／分〜約1500g／分（例えば、約500g／分〜約1300g／分）であり得る。混合工程の時点で、ポリマー性MDIの温度は約90°F〜約120°Fであり、工程206からの導電性硬化剤溶液の温度は約180°F〜約200°Fである。当該高温は、混合工程にとって好適な粘度を維持するのに役立つ。最終的なウレタン製造物中における金属塩の総量（存在する場合には追加の導電性添加剤を含む）は、約0.1重量％〜約8重量％（例えば、約0.2重量％〜約5重量％）の範囲である。
【００３７】
工程210において、工程208からのウレタンが金型へと注がれる。当該ウレタンは、コンピュータ支援計量供給装置（例えば、Max Machinery, Inc.製）によって注がれてもよい。場合によって、導電性硬化剤溶液が金型中においてポリマー性MDIと連続的に反応するように、工程208において言及した混合工程を金型中で実施してもよい。場合によって、ローラーは、適切なウレタン前駆体と他の成分とを、管中で、または調製された金属シャフトを含むシャフト金型中で組み合わせることによって調製される。シャフトの調製は、導電性接着剤によるコーティング工程、ある時間（例えば、約2時間〜約3時間）にわたるベーク処理工程（例えば、約240°F〜約260°Fの温度において）、ならびに室温への冷却工程を含み得る。シャフトは、例えば、ロッド形状または円形の管であり得る。金型は、U字形状、長方形、正方形、または円形であり得る。成形手順は、例えば、垂直または水平キャスティング、スピンキャスティング、遠心法、回転コーティング、または押出成形もしくは引抜成形プロセスを含み得る。
【００３８】
本明細書において説明されるローラーに使用するための金属シャフトのコーティングにとって好適な導電性接着剤は、シャフトへの導電性熱硬化性ウレタンの接着を促進し得、ならびに金属シャフトの腐食も抑制し得る。好適な導電性接着剤としては、例えば、Engineered Materials Systems, Inc.（デラウェア、OH）から入手可能なEMB C200-91-FR（接着剤）100重量部と、マグネシウム粉末9重量部と、Air Productsから入手可能なDABCO DC-190（シリコーン界面活性剤）0.25重量部との混合物が挙げられる。
【００３９】
工程212において、金型内のウレタンは、加熱台硬化に供される。一例において、加熱台硬化の所要時間は、約10分間〜約45分間（例えば、約10分間〜約20分間）であり得る。加熱台硬化の温度は、約130°F〜約200°F（例えば、約170°F）であり得る。加熱台硬化の後、工程214においてローラーを金型から取り外す。工程216において、後硬化のために、ローラーを、約140°F〜約220°F（例えば、約180°F〜約200°F）で約6時間〜約24時間（例えば、約8時間〜約16時間、約8時間〜約12時間、または約12時間〜約16時間）、加熱オーブンに入れる。工程216からの後硬化されたローラーは、工程218において室温で硬化され得る。室温は、例えば、約60°F〜約95°Fの範囲の温度を含み得る。工程218における室温での硬化は、1日以上継続され得る。場合によって、ローラーは、さらなる加工の前に、2〜3日間室温で硬化させる。ローラーは、室温での約2〜3週間の硬化の後に最大電導度を達成し得る。
【００４０】
室温で硬化させた後、導電性ローラーとして使用するための、特定の寸法決定、抵抗率、表面粗度、インジケータ実指示、クラウン形状、真直度、真円度などを最終的なローラーに付与するために、ローラーに、工程220において追加の加工処理を施す。当該追加の加工処理は、例えば、粗研磨、仕上げ研磨、トップコーティング（例えば、ウレタンまたはシリコーンによる）、超仕上げ、またはそれらの組み合わせを含み得る。当該トップコーティングは、例えば、キスコーティング、スプレーコーティング、またはディップコーティングによって適用され得る。完成したローラーは、約0.2μm〜約0.8μmまたは約0.2μm〜約0.5μmの表面粗度Raを有し得る。デュロメータおよび立方体の体積抵抗率は、それぞれ、ショア硬度計（例えば、Instron Corporation、カントン、MA、から入手可能）およびKeithley 8008 Resistivity Test Fixture（Keithley Instruments, Inc.、クリーブランド、OH）により測定され得る。
【００４１】
プロセス200によってローラー100を形成すると同時に、ウレタン立方体も実質的に同じプロセスにより、異なる金型において導電性コアを用いずに調製され得る。当該ウレタン立方体は、硬度および抵抗率の「立方体における」測定に使用され得る。一例において、1インチ×1インチ×1.3インチのサイズを有する立方体を、注型し、脱型して、ローラーと一緒に硬化させる。後硬化および室温での硬化の後、当該立方体のデュロメータおよび体積抵抗率が測定され得る。
【００４２】
引張強度、伸張率、引裂強度、圧縮永久ひずみ、圧縮弾性率、引張弾性率、ベイショア反発弾性などの他の物理特性を、ASTM法D412、D624、D395B、D2240、D2632、およびD575に従って、12インチ×12インチ×1／8インチのASTMシートにより、Instron（ノーウッド、MA）から入手可能な装置によって測定する。
【実施例】
【００４３】
熱硬化性ウレタンローラーは、温度制御、圧力制御、高真空、および流量制御を備える4つのタンクを有する、Max Machinery, Inc.から入手可能なコンピュータ支援計量供給装置により調製した。表Iに、ストリームB1（MONDUR MRまたは他のポリマー性MDI）およびストリームB2（表IIに示された導電性硬化剤／ポリエステルポリオール／ポリエステルポリアミン溶液）におけるジイソシアネートの温度（°F）および流量（g／分）を一覧にする。表IIにおける実施例1〜8に対するストリームB1およびストリームB2の総流量は、約600g／分〜約1300g／分の範囲であった。
【００４４】
（表Ｉ）ウレタン前駆体の温度および流量
2013522397.tif 000003
【００４５】
（表ＩＩ）導電性硬化剤の組成（ストリームB2）
2013522397.tif 000004
【００４６】
DESMOPHEN F207-60Aは、Bayer MaterialScienceから入手可能なポリエステルポリオールである。PIOTHANE 3500 DEAは、Panolam Industries International, Inc.から入手可能なポリエステルポリオールである。DABCO 33LVは、Air Productsから入手可能な触媒である。STABAXOL P200は、Rein Chemie Rheinaur GmbHから入手可能な加水分解安定剤である。BHTは、BASF Corporationから入所可能な酸化防止剤である。TINUVIN 328は、BASF Corporationから入手可能なUV光安定剤である。
【００４７】
ウレタン前駆体（ストリームB1およびストリームB2）は、150°Fの温度に加熱されたミキシングヘッドへと流され、200°Fに加熱された7つのキャビティーを有する鉄鋼製のローラー金型に注がれる。立方体金型（1.3インチ×1.3インチ×0.5インチ）も当該ウレタン前駆体で満たした。ローラー金型中の鉄鋼シャフトは、本明細書において説明されるような導電性接着剤によって予備コーティングし、少なくとも2時間にわたって260°Fで予備ベーク処理した。10〜45分後、部分的に硬化された固体ウレタンを脱型し、180°F〜220°Fのオーブンに入れ、8時間〜16時間かけて後硬化させた。次いで、粗研磨および仕上げ研磨の両方によりローラーを加工した。次に、ローラーを、湿気硬化型ウレタントップコーティング材料または湿気硬化型シリコーントップコーティング材料によってトップコーティングした。結果として得られたトップコートの厚さは、約5μm〜25μmであった。完成したローラーの硬度および抵抗率を表IIIに一覧にする。
【００４８】
（表ＩＩＩ）完成したローラーの（立方体での）特性
2013522397.tif 000005
【００４９】
表IIIに見られるように、実施例1〜8のウレタン配合での立方体の硬度は、15ショアA〜29ショアAの範囲である。実施例1〜8のウレタン配合の体積抵抗率は、5.1E4Ω・cm〜8.5E4Ω・cm、または約5E4Ω・cm〜約9E5Ω・cmの範囲である。
【００５０】
比較例
ジイソシアネートMDI（ウレタンL）およびポリマー性MDI（ウレタンP）によって形成されたウレタンを、上記の実施例において説明したプロセスにより調製した。ウレタンLでは、ストリームB1は、ポリカルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネートのISONATE 143Lであり、これは、ジフェニルメタンジイソシアネート（OCN-R-NCO）およびポリカルボジイミドを含み、以下に示されるように、付加体を形成することができる。
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【００５１】
ウレタンPでは、ストリームB1は、以下に示す基本構造を有するポリマー性ジフェニルメタンジイソシアネートのMONDUR MR LIGHTである。
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【００５２】
表IVおよびVに、それぞれウレタンLおよびウレタンPを形成するために使用したストリームB2の導電性硬化剤溶液の成分を重量部において一覧にする。表VIには、ウレタンLおよびウレタンPのためのストリームB1およびB2の重量部を一覧にする。
【００５３】
（表ＩＶ）ウレタンLのための導電性硬化剤の組成
2013522397.tif 000008
【００５４】
PLURACOL P380は、BASF Corporationから入手可能なポリエーテルポリオール（分子量6500）である。ACCLAIM 4220Nは、Bayer MaterialScienceから入手可能なポリエーテルポリオール（分子量4000）である。FOMREZ UL-29は、Witcoから入手可能な触媒である。
【００５５】
（表Ｖ）ウレタンPのための導電性硬化剤の組成
2013522397.tif 000009
【００５６】
表IIに関して説明したように、PIOTHANE 3500 DEAは、Panolam Industries International, Incから入手可能なポリエステルポリオールである。
【００５７】
（表ＶＩ）ウレタンLおよびウレタンPの組成
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【００５８】
ウレタンLおよびPのショアA硬度は、ASTM D2240によって評価した。ウレタンLおよびPの引張強度および伸張率は、ASTM D412によって評価した。Die C引裂強度を評価するために、ASTM D624を用いた。室温（RT、この実施例では約72°F）および157°Fでの圧縮永久ひずみを評価するために、ASTM D395法Bを用いた。9.5cm／分のヘッドスピードによる滑らかなセラミック表面における角度90°での剥離強度を、ASTM D429法Bにより評価した。その結果を表VIIに示す。
【００５９】
（表ＶＩＩ）ウレタンLおよびウレタンPの特性
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【００６０】
表VIIに見られるように、ウレタンLの圧縮永久ひずみは、室温においてウレタンPの圧縮永久ひずみの約2倍であり、157°FではウレタンPの圧縮永久ひずみの約5倍である。粘着力である粘着性の測定値は、ウレタンLの方がウレタンPよりも約25倍大きい。
【００６１】
いくつかの態様について説明してきた。しかしながら、開示の趣旨および範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能であることは理解されるであろう。したがって、他の態様は、以下の特許請求の範囲内にある。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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