DE60104372T2

DE60104372T2 - Förderband Transportrolle aus Polyurethan Elastomer

Info

Publication number: DE60104372T2
Application number: DE60104372T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kasugai-shi Aichi-ken Suzuki; Hitoshi Komachi-shi Aichi-ken Yoshikawa; Yoshihiro Kani-shi Gifu-ken Wago; Keita Inuyama-shi Aichi-ken Shiraki
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: US20020049297A1; EP1184397A1; DE60104372D1; EP1184397B1; US6734274B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bogentransportrolle, die unter Verwendung einer Urethanzusammensetzung hergestellt wird.
Bogentransportrollen, wie Bogenzuführrollen und Beförderungsrollen zur Verwendung in Kopiermaschinen erfordern im allgemeinen, daß sie einen hohen Reibungskoeffizienten, eine hohe Abriebwiderstandsfähigkeit und eine hohe Kompressionswiderstandsfähigkeit aufweisen. Aus dem Standpunkt einer Abriebwiderstandsfähigkeit heraus wird eine Urethanrolle, die aus einem Polyurethanmaterial zusammengesetzt ist, günstigerweise als die Bogentransportrolle verwendet. Die Urethanrolle ist im allgemeinen bezüglich der Abriebwiderstandsfähigkeit ausgezeichnet, weist jedoch einen geringeren Reibungskoeffizienten als eine Gummirolle auf. Daher wird die Härte der Urethanrolle durch Zufügen eines Weichmachers zu dem Polyurethanmaterial oder durch Vermindern des NCO-Indizes des Polyurethanmaterials vermindert, um so den Reibungskoeffizienten zu steigern (japanische nicht-geprüfte Patentveröffentlichung 63-77919 (1988)).
Jedoch weist die Urethanrolle, die in der japanischen, nicht-geprüften Patentveröffentlichung 63-77919 offenbart ist, einen nicht befriedigenden Reibungskoeffizienten auf. Das heißt, es ist unmöglich, einen ausreichend hohen Reibungskoeffizienten bereitzustellen, welcher tatsächlich demjenigen der Gummirolle äquivalent ist. Wenn die Härte der Urethanrolle auf weniger als 40° reduziert ist, weist die Urethanrolle eine gesteigerte Haftung auf, so daß Papierstaub einer Anhaftung auf der Oberfläche der Rolle unterliegt. Dies vermindert nachteilig den Reibungskoeffizienten. Wenn der NCO-Index vermindert wird, wird die Vernetzungsdichte vermindert, wodurch nachteilig die Kompressionswiderstandsfähigkeit und die Abriebwiderstandsfähigkeit verschlechtert werden.
Angesichts des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bogentransportrolle bereitzustellen, welche einen hohen Reibungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Abriebwiderstandsfähigkeit aufweist, während der Reibungskoeffizient auf einem hohen Niveau gehalten wird.
Gemäß dieser Erfindung wird eine Bogentransportrolle zur Verwendung in Kopiermaschinen bereitgestellt, welche umfaßt: eine Welle; und eine Urethanschicht, die auf einer äußeren Peripherie der Welle bereitgestellt ist, wobei die Urethanschicht zusammengesetzt ist aus einer Urethanzusammensetzung in einem gehärteten Zustand, hergestellt aus: (A) einer Polyetherpolyolmischung enthaltend Polytetramethylenetherglykol (PTMG) und Polypropylenglykol (PPG) in einem Gewichtsverhältnis von PTMG/PPG = 99/1 bis 50/50; (B) einem Polyisocyanat; und (C) einem Polyolkettenverlängerungsagens; wobei die Urethanzusammensetzung in einem gehärteten Zustand eine Härte von nicht kleiner als 40° (gemessen mit einer Last von 9,8 N mittels eines Durometers des Typs A) und eine Vernetzungsdichte von 0,15 bis 0,8 mmol/cm³ oder eine Allophanatbindungskonzentration von 0,03 bis 0,07 mmol/g aufweist.
Bevorzugt umfaßt die Urethanzusammensetzung ferner ein Ionen leitendes Agens.
Günstigerweise umfaßt die Urethanzusammensetzung weiter einen Weichmacher.
Vorteilhafterweise umfaßt die Urethanzusammensetzung weiter einen Hohlfüllstoff.
Bevorzugt ist das Polyolkettenverlängerungsagens wenigstens eines von 1,4-Butandiol und Trimethylolpropan.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensive Studien bezüglich Polyolmaterialien durchgeführt, um eine Urethanzusammensetzung für eine Bogentransportrolle bereitzustellen, welche einen hohen Reibungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Abriebwiderstandsfähigkeit aufweist. Insbesondere waren die Studien gerichtet auf etherartige Polyole, welche zeigten, daß die spezifische Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)) enthaltend PTMG (welches eine hohe Festigkeit unter anderen etherartigen Polyolen aufweist) und PPG in einem vorgegebenen Gewichtsverhältnis günstige Ergebnisse liefert. Es ist erwähnt worden, daß esterartige Polyole versagen, um günstige Ergebnisse bereitzustellen, da die Esterpolyole im allgemeinen schlecht bezüglich der Hydrolysewiderstandsfähigkeit mit Esterbindungen sind, die in deren molekularen Strukturen vorhanden sind. Die Erfinder haben ferner Studien bezüglich der Eigenschaften der obigen Urethanzusammensetzung durchgeführt, umfassend die Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)), das Polyisocyanat (Komponente (B)) und das Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) und haben als ein Ergebnis gefunden, daß die zuvor genannte Aufgabe erreicht werden kann durch Steuern der Härte und der Vernetzungsdichte oder der Allophanatbindungskonzentration der Urethanzusammensetzung in dem gehärteten Zustand in den zuvor erwähnten vorgegebenen Bereichen. Somit ist die vorliegende Erfindung erreicht worden.
Der Begriff „Bogentransportrolle" schließt hierin eine Bogenzuführrolle (wie eine Aufnahmerolle, eine Zuführrolle oder eine Verzögerungsrolle) oder eine Bogentransportrolle (wie eine Transportrolle) in einem engeren Sinne ein und ist ferner beabsichtigt, um ein Bogentransportband und dergleichen einzuschließen.
Wenn die Urethanzusammensetzung ein Ionen leitendes Agens zusätzlich zu der Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)), dem Polyisocyanat (Komponente (B)) und dem Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) einschließt, dient das Ionen leitende Agens als ein antistatisches Agens, so daß Papierstaub effektiver davon abgehalten werden kann, auf einer Rollenoberfläche anzuhaften, und der Reibungskoeffizient der Rolle kann effektiver auf einem hohen Niveau gehalten werden.
Wenn die Urethanzusammensetzung einen Weichmacher und/oder einen Hohlfüllstoff zusätzlich zu den Komponenten (A) bis (C) umfaßt, kann der Reibungskoeffizient vorteilhaft gesteigert werden.
Die einzige Figur der Zeichnung ist eine Querschnittsansicht, welche eine beispielhafte Bogentransportrolle veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden mittels Ausführungsformen derselben beschrieben.
Eine Urethanzusammensetzung für eine Bogentransportrolle gemäß der vorliegenden Erfindung wird hergestellt durch Mischen einer spezifischen Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)), einem Polyisocyanat (Komponente (B)) und einem Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)).
Die spezifische Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)) wird hergestellt durch Mischen von Polytetramethylenetherglykol (PTMG) und Polypropylenglykol (PPG) in einem vorgegebenen Gewichtsverhältnis.
Das Gewichtsverhältnis zwischen Polytetramethylenetherglykol (PTMG) und Polypropylenglykol (PPG) ist in dem Bereich von PTMG/PPG = 99/1 bis 50/50, bevorzugt PTMG/PPG = 90/10 bis 60/40. Wenn das Gewichtsverhältnis von PPG kleiner als 1 ist, ist es im allgemeinen nicht möglich, einen hohen Reibungskoeffizienten bereitzustellen. Wenn das Gewichtsverhältnis von PPG größer als 50 ist, tendiert die Abriebwiderstandsfähigkeit dazu, verschlechtert zu sein.
Das Polytetramethylenetherglykol (PTMG) weist typischerweise ein Zahlenmittel-Molekulargewicht (Mn) von 1.000 bis 3.000, bevorzugt 1.500 bis 2.500 auf. Das Polypropylenglykol (PPG) weist typischerweise ein Zahlenmittel-Gewichtsmittel (Mn) von 1.000 bis 3.000, bevorzugt von 1.500 bis 2.500 auf.
Das Polyisocyanat (Komponente (B)), das zusammen mit der Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)) zu verwenden ist, ist nicht besonders eingeschränkt, sondern kann jedes solcher Polyisocyanate sein, die typischerweise zur Herstellung von gewöhnlichen Urethanzusammensetzungen verwendet werden. Beispiele geeigneter Polyisocyanate schließen Diisocyanate, wie 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), 2,4-Tolylendiisocyanat (2,4-TDI), 2,6-Tolylendiisocyanat (2,6-TDI), 3,3-Bitolylen-4,4-diisocyanat, 3,3'-Dimethyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanat, 2,4-Tolylendiisocyanaturetidinedion (Dimer von 2,4-TDI), 1,5-Naphthylendiisocyanat, m-Phenylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat (IPDI), 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat (hydriertes MDI), Carbodiimid-modifiziertes MDI, o-Toluidindiisocyanat, Xyloldiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat und Lysindiisocyanatmethylester; Triisocyanate, wie Triphenylmethan-4,4',4''-triisocyanat; und polymeres MDI ein. Diese Polyisocyanate können entweder allein oder in Kombination verwendet werden. Unter diesen Polyisocyanaten ist MDI besonders bevorzugt bezüglich der resultierenden Abriebwiderstandsfähigkeit für die Urethanzusammensetzung.
Das Verhältnis zwischen den Molzahlen (a) der Hydroxylgruppen in der Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)) und der Molzahl (b) an Isocyanatgruppen in dem Polyisocyanat (Komponente (B)) ist bevorzugt a/b = 1,0/1,5 bis 1,0/3,5.
Das Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)), das zusammen mit der Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)) und dem Polyisocyanat (Komponente (B)) zu verwenden ist, ist nicht besonders begrenzt, sondern kann jedes solcher Agentien sein, die typischerweise für die Herstellung gewöhnlicher Urethanzusammensetzungen verwendet werden. Beispiele des Kettenverlängerungsagens schließen Polyole, wie 1,4-Butandiol (1,4-BD), Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol, Hexandiol, 1,4- Cyclohexandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Xylolglykol, Triethylenglykol, Trimethylolpropan (DMP), Glycerol, Pentaerythritol, Sorbitol und 1,2,6-Hexantriol, welche Molekulargewichte von nicht größer als 300 aufweisen, ein. Diese können entweder allein oder in Kombination verwendet werden. Unter diesen Kettenverlängerungsagentien sind 1,4-Butandiol (1,4-BD) und Trimethylolpropan (TMP) besonders bevorzugt bezüglich der resultierenden Abriebwiderstandsfähigkeit und der Kompressionswiderstandsfähigkeit für die Urethanzusammensetzung.
Das Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) wird in der Urethanzusammensetzung eingemischt, bevorzugt in einem Anteil, so daß das Verhältnis zwischen den Molzahlen (u) der Isocyanatgruppen in einem spezifischen Urethanpräpolymer, welches die spezifische Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)) und das Polyisocyanat (Komponente (B)) (im folgenden einfach als „Urethanpräpolymer" bezeichnet) enthält, und den Molzahlen (c) an Hydroxylgruppen in dem Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) u/c = 100/75 bis 100/105 ist, besonders bevorzugt ist u/c = 100/85 bis 100/95. Wenn das Verhältnis der Molzahlen (c) der Hydroxylgruppen in dem Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) kleiner als 75 ist, tendiert die resultierende Urethanzusammensetzung dazu, eine äußerst hohe Härte und einen verminderten Reibungskoeffizienten aufzuweisen. Wenn das Verhältnis der Molzahlen (c) der Hydroxylgruppen in dem Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) größer als 105 ist, tendiert die resultierende Urethanzusammensetzung dazu, eine verminderte Vernetzungsdichte und eine verschlechterte Abriebwiderstandsfähigkeit aufzuweisen.
Die Urethanzusammensetzung für eine Rolle gemäß der vorliegenden Erfindung enthält bevorzugt ein oder mehrere Additive, wie ein Ionen leitendes Agens, einen Weichmacher, einen Hohlfüllstoff und/oder dergleichen, zusätzlich zu den Komponenten (A) bis (C). Diese Additive können entweder allein oder in Kombination verwendet werden.
Beispiele des Ionen leitenden Agens schließen Ammoniumsalze, wie Perchlorate, Chlorate, Chloride, Bromate, Iodate, Borfluorate, Sulfate, Alkylsulfate, Carboxylate und Sulfonate von Tetraethylammonium, Tetrabutylammonium, Dodecyltrimethylammonium (Lauryltrimethylammonium und dergleichen), Octadecyltrimethylammonium (Stearyltrimethylammonium und dergleichen), Hexadecyltrimethylammonium, Benzyltrimethylammonium und modifiziertes aliphatisches Dimethylethylammonium; und Perchlorate, Chlorate, Chloride, Bromate, Iodate, Borfluorate, Trifluormethylsulfate und Sulfonate von Alkalimetallen und Erdalkalimetallen, wie Lithium, Natrium, Calcium und Magnesium, ein. Diese Ionen leitenden Agentien können entweder allein oder in Kombination verwendet werden. Unter diesen Ionen leitenden Agentien sind quartäre Ammoniumalkylsulfate und mehrbasige quartäre Ammoniumcarboxylate besonders bevorzugt, da jegliche Steigerung bezüglich der elektrischen Widerstandsfähigkeit derselben während kontinuierlicher Energiebeaufschlagung verhältnismäßig klein ist. Boratverbindungen können ebenfalls als das Ionen leitende Agens verwendet werden.
Das Ionen leitende Agens wird bevorzugt vermischt in einem Anteil von nicht größer als 3 Gewichtsteilen (hierin im folgenden einfach als „Teile" bezeichnet), besonders bevorzugt 0,1 bis 3 Teile, basierend auf 100 Teilen des Urethanpräpolymers.
Beispiele des Weichmachers, der in den beschriebenen Zusammensetzungen zu verwenden ist, schließen Phthalsäurederivate, wie Dioctylphthalat (DOP), Sebacinsäurederivate, wie Dioctylsebacat (DOS), Adipinsäurederivate, wie Dibutyldiglykoladipat (BXA) und Dibutylcarbitoladipat, Phosphorsäurederivate, wie Tributylphosphat (TBP), Tributoxyethylphosphat (TBXP), Trioctylphosphat (TOP) und Triphenylphosphat (TPP), Polyesterderivate, Polyetheresterderivate und Polyetherderivate ein. Diese Weichmacher können entweder allein oder in Kombination verwendet werden. Unter diesen Weichmachern ist DOP besonders bevorzugt bezüglich der Kompatibilität.
Der Weichmacher wird bevorzugt in einem Anteil von nicht größer als 50 Teilen eingemischt, besonders bevorzugt 10 bis 50 Teile basierend auf 100 Teilen des Urethanpräpolymers, um den Reibungskoeffizienten und die Abriebwiderstandsfähigkeit zu optimieren.
Beispiele des Hohlfüllstoffs, der in den beschriebenen Zusammensetzungen zu verwenden ist, schließen Mikrokapseln und Mikroballone ein. Beispielhafte Mikroballone schließen Glasmikroballone, Silicamikroballone, Kohlenstoffmikroballone, Aluminiumoxidmikroballone, Zirconiumoxidmikroballone und Mikroballone aus vulkanischer Asche ein, und Kunststoffmikroballone, wie Phenolharzmikroballone und Vinylidenchloridharzmikroballone. Unter diesen Mikroballonen sind elastische Mikroballone bevorzugt, und elastische Mikroballone von thermoplastischen Harzen, wie Polymeren von Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Methacrylnitril, Acrylaten und Methacrylaten und Copolymeren von jeden dieser thermoplastischen Harze sind besonders bevorzugt. Der Hohlfüllstoff weist typischerweise einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 5 bis 200 μm, bevorzugt 15 bis 120 μm auf.
Der Hohlfüllstoff wird typischerweise in einem Anteil von 1 bis 10 Teilen, bevorzugt 2 bis 5 Teilen basierend auf 100 Teilen des Urethanpräpolymers vermischt.
Zusätzlich zu den zuvor genannten Komponenten können ein Katalysator, ein Schäumungsagens, ein oberflächenaktives Mittel, ein Flammverzögerungsmittel, ein Farbmittel, ein Füllstoff, ein Stabilisator, ein Freigabeagens und dergleichen optional zu der Urethanzusammensetzung für eine Rolle gemäß der vorliegenden Erfindung zugefügt werden.
Die Urethanzusammensetzung für eine Rolle gemäß der vorliegenden Erfindung wird beispielsweise hergestellt auf die folgende Art und Weise. Die Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)), welche PTMG und PPG in den vorgegebenem Gewichtsverhältnis enthält, wird entgast und im Vakuum unter vorgegebenen Bedingungen (bevorzugt bei 80°C für 1 Stunde) dehydratisiert. Dann wird die Polyetherpolyolmischung mit dem Polyisocyanat (Komponente (B)) in einer Stickstoff-Atmosphäre unter vorgegebenen Bedingungen (bevorzugt bei 80°C für 3 Stunden) gemischt und umgesetzt zur Herstellung des Urethanpräpolymers, welches NCO-Gruppen an den Enden desselben aufweist. Dann wird das Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) mit dem Urethanpräpolymer vermischt, wodurch die beabsichtigte Urethanzusammensetzung bereitgestellt wird. Wenn ein Ionen leitendes Agens, Weichmacher, Hohlfüllstoff und/oder ein dergleichen Additiv damit zu vermischen ist, geht das Mischen dieser Additive dem Mischen des Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) voran, um die beabsichtigte Urethanzusammensetzung bereitzustellen.
Obwohl das zuvor genannte Präpolymerisationsverfahren für die Herstellung der Urethanzusammensetzung bevorzugt ist, ist das Herstellungsverfahren nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein „Ein-Schuß-Verfahren" verwendet werden, in welchem alle Komponenten zusammen zu einer Zeit vermischt und gehärtet werden, oder ein „Halb-Ein-Schuß-Verfahren" kann verwendet werden, in welchem die Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)) zuvor in ein Polyol (A1) und ein anderes Polyol (A2) getrennt wird, beispielsweise mit einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1, und das Polyol (A1) und das Polyisocyanat (Komponente (B)) zur Erzeugung eines Präpolymers umgesetzt werden, und dann wird das Polyol (A2) und das Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) mit dem Präpolymer umgesetzt.
Die Urethanzusammensetzung in einem gehärteten Zustand erfordert eine Härte von nicht kleiner als 40° und eine Vernetzungsdichte von 0,15 bis 0,8 mmol/cm³ oder eine Allophanatbindungskonzentration von 0,03 bis 0,07 mmol/g.
Wenn die Härte kleiner ist als 40°, tendiert die resultierende Rolle dazu, eine gesteigerte Anhaftung aufzuweisen, so daß Papierstaub einer Anhaftung auf der Rolle unterliegen kann, wodurch der Reibungskoeffizient der Rolle vermindert wird. Die Härte wird mit einer Last von 9,8 N mittels eines Durometers des Typs A gemessen. Wenn die Vernetzungsdichte kleiner als 0,15 mmol/cm³ ist, tendieren die Abriebwiderstandsfähigkeit und Kompressionswiderstandsfähigkeit der resultierenden Rolle dazu, verschlechtert zu sein. Wenn die Vernetzungsdichte größer als 0,8 mmol/cm³ ist, tendiert die resultierende Rolle dazu, keinen hohen Reibungskoeffizienten aufgrund ihrer hohen Härte aufzuweisen. Wenn die Allophanatbindungskonzentratin kleiner als 0,03 mmol/g ist, tendiert die resultierende Rolle dazu, eine verminderte Abriebwiderstandsfähigkeit aufzuweisen. Wenn die Allophanatbindungskonzentration größer als 0,07 mmol/g ist, tendiert die resultierende Rolle dazu, einen hohen Reibungskoeffizienten aufgrund ihrer hohen Härte aufzuweisen.
Es ist besonders bevorzugt, daß die Urethanzusammensetzung in dem gehärteten Zustand eine Härte von 50° bis 70° und eine Vernetzungsdichte von 0,4 bis 0,6 mmol/cm³ oder eine Allophanatbindungskonzentration von 0,04 bis 0,05 mmol/g aufweist.
Die Allophanatbindungskonzentration wird auf die folgende Art und Weise bestimmt. Ein 0,1 g Probenkörper wird aus einem gehärteten Körper der Urethanzusammensetzung herausgeschnitten. Dann wird der Probenkörper in 2 Liter einer N-Methylpyrrolidonmischung eingetaucht, welche 0,01 mol/l Di-n-butylamin und 0,01 mol/l Naphthalen enthält, in einem Teströhrchen mit einer Kappe, und wird bei 80°C für vier Stunden zersetzt. Dann werden 10 μl Essigsäureanhydrid und dann 50 μl Di-n-propylamin zugefügt und mit den resultierenden Zersetzungsprodukten gemischt. Anschließend werden die Molzahlen von Di-n-butylacetamid in der resultierenden Lösung bestimmt unter den folgenden Bedingungen durch Gaschromatographie mit Naphthalen, das als eine interne Referenz verwendet wird. Ein Blindtest wird ohne den Probenkörper durchgeführt, um die Molzahlen an Di-n-butylacetamid als eine Referenzmolzahl zu bestimmen. Die Allophanatbindungskonzentration wird auf der Basis eines Unterschieds zwischen der Molzahl für den Probenkörper und der Referenzmolzahl bestimmt.
Bedingungen für Gaschromatographie

Gaschromatograph: Shimadzu GC-17A (Shimadzu Corp.)
Säule: 10% PEG-20 M auf Chromosorb WAW DMCS 60/80 Mesh (Gaschro Industries Ltd.) in einer Glassäule einer Größe von 3 mm Durchmesser × 2 m
Säulentemperatur: 50 bis 350°C (während Temperatursteigerung)

Eine Bogentransportrolle gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Konstruktion aufweisen, so daß eine Urethanelastomerschicht 2, die aus der Urethanzusammensetzung, wie sie oben beschrieben ist, zusammengesetzt ist, auf einer äußeren Peripherie einer Welle 1 bereitgestellt ist, wie es in der Figur gezeigt ist.
Die Welle 1 ist nicht besonders begrenzt, sondern Beispiele derselben schließen eine feste Metallwelle und eine hohle, zylindrische Metallwelle ein. Beispielhafte Materialien für die Welle 1 schließen rostfreie Stähle, Aluminium und galvanisiertes Eisen ein. Wenn erforderlich, kann ein Klebstoff und/oder ein Primer auf der äußeren Peripherie der Welle 1 aufgetragen werden. Wenn erforderlich können der Klebstoff und der Primer leitfähig sein.
Die Bogentransportrolle, die in der Figur gezeigt ist, wird beispielsweise auf die folgende Art und Weise hergestellt. Eine Form für die Bogentransportrolle wird mit der darin eingesetzten Welle 1 hergestellt und dann auf eine vorgegebene Temperatur (bevorzugt 140°C) erwärmt. Dann wird die Urethanzusammensetzung, die auf die zuvor genannte An und Weise hergestellt worden ist, in die Form gegossen und kann einer Härtungsreaktion unter vorgegebenen Bedingungen (bevorzugt bei 140°C für 30 Minuten) unterliegen. Dann wird der resultierende, gehärtete Körper, der aus der Urethanzusammensetzung gebildet worden ist, entformt und einem zweiten Härtungsverfahren unter vorgegebenen Bedingungen (bevorzugt bei 110°C für 12 Stunden) unterzogen und die äußere periphere Oberfläche des gehärteten Körpers wird poliert. Somit wird eine Bogentransportrolle hergestellt, welche die Urethanelastomerschicht 2 bereitgestellt auf der äußeren Peripherie der Welle 1 aufweist.
Die Urethanelastomerschicht 2 der Bogentransportrolle, die somit hergestellt wird, weist typischerweise eine Dicke von 1 bis 8 mm, bevorzugt 3 bis 6 mm auf.
Die Urethanzusammensetzung, wie sie oben beschrieben wurde, wird vorteilhafterweise zur Herstellung von Bogentransportrollen, wie Bogenzuführrollen und Beförderungsrollen für Kopiermaschinen, verwendet und kann zur Herstellung von Bogentransportrollen für Verkaufsmaschinen, automatische Ticketüberprüfer, automatische Tellermaschinen, Geldwechselmaschinen, Zählmaschinen und Münzspendern verwendet werden.
Als nächstes wird eine Erklärung für Beispiele der vorliegenden Erfindung und für Vergleichsbeispiele gegeben.
Urethanpräpolymere (A) bis (J) und (a) bis (j), die in Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendet werden, wurden jeweils auf die folgende An und Weise hergestellt. Zuerst wurden Polyetherpolyolmischungen, jeweils enthaltend PTMG und PPG in einem Anteil, der in Tabellen 1 bis 3 gezeigt ist, entgast und im Vakuum bei 80°C für 1 Stunde dehydratisiert. Dann wurden die resultierenden Polyetherpolyolmischungen jeweils mit einem Polyisocyanat in einem Anteil, der in Tabellen 1 bis 3 gezeigt ist, vermischt zur Reaktion in einer Stickstoffatmosphäre bei 80°C für 3 Stunden. Somit wurden die Urethanpräpolymere hergestellt, welche jeweils NCO-Gruppen an den Enden derselben aufwiesen.
Tabelle 1 (Teile)
Tabelle 2 (Teile)
Tabelle 3 (Teile)
Beispiel 1
Eine Form für eine Bogentransportrolle wurde mit einer Kernmetallwelle (zusammengesetzt aus SUS304 und mit einem Durchmesser von 10 mm), die darin eingesetzt war, hergestellt und auf 140°C erwärmt. Das Urethanpräpolymer (A) wurde im Vakuum bei 90°C für 30 Minuten entgast und 3 Teile 1,4-Butandiol (1,4-BD) und 2 Teile Trimethylolpropan (TMP) wurden mit 100 Teilen des Urethanpräpolymers unter einem verminderten Druck für 2 Minuten vermischt. Dann wurde die resultierende Mischung in die Form gegossen und konnte einer Härtungsreaktion bei 140°C für 30 Minuten unterliegen. Dann wurde der resultierende, gehärtete Körper entformt und einem zweiten Härtungsverfahren bei 110°C für 12 Stunden unterzogen, und die äußere periphere Oberfläche des gehärteten Körpers wurde poliert. Somit wurde eine Bogentransportrolle hergestellt, welche eine Urethanelastomerschicht (mit einer Dicke von 5 mm) aufwies, die auf der äußeren Peripherie der Welle bereitgestellt war.
Beispiele 2 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6
Bogentransportrollen der Beispiele 2 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6 wurden auf die im wesentlichen gleiche An und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Urethanzusammensetzungen jeweils Inhaltsstoffe in den Anteilen enthielten, die in Tabellen 4 bis 6 gezeigt sind. In einigen dieser Beispiele wurde ein Ionen leitendes Agens, ein Weichmacher oder ein Hohlfüllstoff zuvor in den Urethanpräpolymeren eingemischt, welche wiederum mit einem Kettenverlängerungsagens gemischt wurden.
Die Bogentransportrollen der Beispiele 1 bis 10 und Vergleichsbeispiele 1 bis 6, die so hergestellt wurden, wurden bezüglich der folgenden Kriterien eingestuft. Die Ergebnisse sind in Tabellen 4 bis 6 gezeigt.
Härte
Die Oberflächenhärte jeder der Bogentransportrollen wurde mit einer Last von 9,8 N mittels eines Durometers des Typs A gemessen.
Vernetzungsdichte
Eine Urethanprobe mit einer vorgegebenen Größe wurde aus der Urethanschicht jeder der Bogentransportrollen herausgeschnitten und einer Soxhlet-Extraktion bei 80°C für 15 Stunden unterzogen. Dann wurde die resultierende Urethanprobe im Vakuum bei Raumtemperatur (25°C) für 15 Stunden getrocknet. Die resultierende Urethanprobe wurde in einen Probenkörper mit Abmessungen von 2 mm × 2 mm × 1 mm herausgeschnitten. Der Probenkörper wurde in eine Lösung eingetaucht, welche Toluol und Tetrahydrofuran (THF) in einem Volumenverhältnis von 1 : 1 enthielt, bei Raumtemperatur (25°C) für 16 Stunden, um so aufzuquellen. Dann wurde eine Last auf den aufgequollenen Probenkörper mit einer Geschwindigkeit von 250 g/min bei Raumtemperatur mittels eines thermisch-mechanischen Analysators (TMA-50, erhältlich von Shimadzu Corp.) zum Messen der Kompressionsspannung, des Kompressionsverhältnisses und des Verhältnisses der Höhen vor und nach dem Quellen beaufschlagt. Die Vernetzungsdichte wurde aus der folgenden Gleichung (1) (theoretische Flory-Rhener-Gleichung) auf der Basis der Messungen, die so erhalten wurden, berechnet. ν = τ/RT(α – 1/α2){(ξ3 – Ø)/(1 – Ø)}1/3 (1)wobei ν die Vernetzungsdichte ist, τ die Kompressionsspannung ist, T eine absolute Temperatur ist, bei welcher die Messung mit der Verwendung des thermisch-mechanischen Analysators durchgeführt wurde, α das Kompressionsverhältnis ist, ξ das Verhältnis der Höhen vor und nach dem Quellen ist, und Ø die Menge eines Füllstoffs ist (in diesem Falle ist Ø = 0).
Reibungskoeffizient
Die Bogentransportrollen wurden jeweils als eine Transportrolle in einer kommerziell erhältlichen Kopiermaschine mit einem FRR-Bogenzuführsystem (Zuführ- und Umkehr-Rollen) integriert, und ein Bogenzufuhr- und Transportbeständigkeitstest wurde durchgeführt. Für jede der Bogentransportrollen wurde der Reibungskoeffizient gemessen, anfänglich und nach Beförderung von 500.000 Papierbögen, bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 200 mm/sec mit einer Last von 2,9 N mittels eines Testers mit einem größeren Bogenkrümmungsradius.
Abriebmenge
Für jede der Bogentransportrollen wurde der Durchmesser eines länglichen Mittelbereichs derselben mittels eines Laserscanmikrometers zu Beginn und nach der Beförderung von 500.000 Papierbögen gemessen, und der Unterschied zwischen den Durchmessern, die so gemessen wurden, wurde als eine Abriebmenge bestimmt.
Beförderungsfähigkeit
Die Bogentransportrollen wurden jeweils als eine Transportrolle in einer kommerziell erhältlichen Kopiermaschine mit einem FRR-Bogenzuführsystem integriert und bezüglich der Beförderungsfähigkeit eingestuft. In Tabellen 4 bis 6 bezeichnet ein Symbol O, daß weder ein Beförderungsversagen noch eine überlappende Bogenbeförderung während der Beförderung von 500.000 Papierbögen auftrat, ein Δ zeigt an, daß Bogenbeförderungsversagen oder überlappende Bogenbeförderung während der Beförderung von nicht weniger als 400.000 und weniger als 500.000 Papierbögen stattfand, und ein Symbol X bezeichnet, daß Bogenbeförderungsversagen oder überlappende Bogenbeförderung während einer Beförderung von weniger als 400.000 Papierbögen stattfand.
Tabelle 4 (Teile)
Tabelle 5 (Teile)
Tabelle 6 (Teile)
Wie aus den obigen Ergebnissen verstanden werden kann, wiesen die Bogentransportrollen der Beispiele 1 bis 10 jeweils zufriedenstellende Härte und Vernetzungsdichte, einen hohen Reibungskoeffizienten, ausgezeichnete Beständigkeit und eine zufriedenstellende Beförderungsfähigkeit auf.
Im Gegensatz dazu wies die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 1 einen geringen Reibungskoeffizienten auf und war bezüglich der Beständigkeit und der Beförderungsfähigkeit schlecht, da PPG nicht in dem Urethanpräpolymer eingemischt war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 2 war bezüglich der Abriebwiderstandsfähigkeit und der Beförderungsfähigkeit schlecht, da PTMG nicht in dem Urethanpräpolymer eingemischt war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 3 wies eine sehr schlechte Beständigkeit und eine schlechte Beförderungsfähigkeit auf, da die Härte extrem gering war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 4 wies eine äußerst große Abriebmenge und eine schlechte Beförderungsfähigkeit auf, da die Vernetzungsdichte äußerst niedrig war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 5 wies eine äußerst hohe Härte, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine schlechte Beförderungsfähigkeit auf, da die Vernetzungsdichte äußerst hoch war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 6 war bezüglich der Beständigkeit und der Beförderungsfähigkeit schlecht, da das PPG-Mischungsverhältnis äußerst hoch war.
Beispiele 11 bis 21 und Vergleichsbeispiele 7 bis 12
Bogentransportrollen der Beispiele 11 bis 21 und Vergleichsbeispiele 7 bis 12 wurden jeweils auf die im wesentlichen gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Urethanzusammensetzungen, die jeweils Inhaltsstoffe in Anteilen enthielten, die in Tabellen 7 bis 9 gezeigt sind, verwendet wurden. In einigen dieser Beispiele wurde ein Ionen leitendes Agens, ein Weichmacher oder ein Hohlfüllstoff zuvor in den Urethanpräpolymeren eingemischt, welche dann mit einem Kettenverlängerungsagens gemischt wurden.
Die Bogentransportrollen der Beispiele 11 bis 21 und Vergleichsbeispiele 7 bis 12, die so hergestellt wurden, wurden bezüglich der oben und unten beschriebenen Kriterien eingestuft. Die Ergebnisse sind in Tabellen 7 bis 9 gezeigt.
Allophanatbindungskonzentration
Ein Probenkörper wurde aus einer Urethanschicht jeder der Bogentransportrollen herausgeschnitten, und eine Allophanatbindungskonzentration in dem Probenkörper wurde auf die zuvor erwähnte Art und Weise gemessen.
Tabelle 7 (Teile)
Tabelle 8 (Teile)
Tabelle 9 (Teile)
Wie aus den obigen Ergebnissen verstanden werden kann, wiesen die Bogentransportrollen der Beispiele 11 bis 21 jeweils einen hohen Reibungskoeffizienten, ausgezeichnete Beständigkeit und eine zufriedenstellende Beförderungsfähigkeit auf, da die Härte und die Allophanatbindungskonzentration so kontrolliert wurden, um in den vorgegebenen Bereichen zu sein.
Im Gegensatz dazu wies die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 7 einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf und war bezüglich der Beständigkeit und der Beförderungsfähigkeit schlecht, da PPG nicht in dem Urethanpräpolymer eingemischt war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 8 war bezüglich der Abriebwiderstandsfähigkeit und der Beförderungsfähigkeit schlecht, da PTMG nicht in dem Urethanpräpolymer eingemischt war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 9 wies eine sehr schlechte Beständigkeit und eine schlechte Beförderungsfähigkeit auf, da die Härte und die Allophanatbindungskonzentration äußerst niedrig waren. Die Bogenstransportrolle des Vergleichsbeispiels 10 wies eine äußerst große Abriebmenge und eine schlechte Beförderungsfähigkeit auf, da die Allophanatbindungskonzentration äußerst niedrig war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 11 wies einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine schlechte Beförderungsfähigkeit auf, da die Allophanatbindungskonzentration äußerst hoch war. Die Bogentransportrolle des Vergleichsbeispiels 12 war bezüglich der Beständigkeit und der Beförderungsfähigkeit schlecht, da das PPG-Mischungsverhältnis äußerst hoch war.
Wie oben beschrieben, umfaßt die Urethanzusammensetzung für die Bogentransportrolle gemäß der vorliegenden Erfindung die Polyetherpolyolmischung (Komponente (A)), welche PTMG und PPG in dem vorgegebenen Gewichtsverhältnis enthält, das Polyisocyanat (Komponente (B)) und das Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) und weist, in dem gehärteten Zustand, eine Härte in dem vorgegebenen Bereich und eine Vernetzungsdichte in dem vorgegebenen Bereich oder eine Allophanatbindungskonzentration in dem vorgegebenen Bereich auf. Daher weist die Bogentransportrolle, die durch Verwendung der Urethanzusammensetzung hergestellt wird, einen hohen Reibungskoeffizienten und eine ausgezeichnete Abriebwiderstandsfähigkeit auf und hält den Reibungskoeffizienten auf einem hohen Niveau.
Wenn die Urethanzusammensetzung das Ionen leitende Agens zusätzlich zu der Polyolmischung (Komponente (A)), dem Polyisocyanat (Komponente (B)) und dem Kettenverlängerungsagens (Komponente (C)) einschließt, dient das Ionen leitende Agens als ein antistatisches Agens, so daß Papierstaub effektiver davon abgehalten werden kann, an einer Rollenoberfläche anzuhaften, und der Reibungskoeffizient der Rolle kann effektiver auf einem hohen Niveau gehalten werden.
Wo die Urethanzusammensetzung einen Weichmacher und/oder einen Hohlfüllstoff zusätzlich zu den Komponenten (A) bis (C) umfaßt, wird der Reibungskoeffizient vorteilhafterweise gesteigert.

Claims

Bogentransportrolle zur Verwendung in Kopiermaschinen, welche umfasst: eine Welle; und eine Urethanschicht, die auf einer äußeren Peripherie der Welle bereitgestellt ist, wobei die Urethanschicht zusammengesetzt ist aus einer Urethanzusammensetzung in einem gehärteten Zustand, hergestellt aus: (A) einer Polyetherpolyolmischung enthaltend Polytetramethylenetherglykol (PTMG) und Polypropylenglykol (PPG) in einem Gewichtsverhältnis von PTMG/PPG = 99/1 bis 50/50; (B) einem Polyisocyanat; und (C) einem Polyolkettenverlängerungsagens; wobei die Urethanzusammensetzung in einem gehärteten Zustand eine Härte von nicht kleiner als 40° (gemessen mit einer Last von 9,8 N mittels eines Durometers des Typs A) und eine Vernetzungsdichte von 0,15 bis 0,8 mmol/cm³ oder eine Allophanatbindungskonzentration von 0,03 bis 0,07 mmol/g aufweist.
Bogentransportrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Urethanzusammensetzung ferner ein Ionen leitendes Agens umfasst.
Bogentransportrolle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Urethanzusammensetzung ferner einen Weichmacher umfasst.
Bogentransportrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Urethanzusammensetzung ferner einen Hohlfüllstoff umfasst.
Bogentransportrolle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolkettenverlängerungsagens wenigstens eines von 1,4-Butandiol und Trimethylolpropan ist.