JP3570458B2

JP3570458B2 - ウレタンフォーム製造用組成物、弾性材料及び弾性部材

Info

Publication number: JP3570458B2
Application number: JP11567496A
Authority: JP
Inventors: 英司澤; 雄一郎森; 美保齋藤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2016-04-12
Also published as: JPH09278856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウレタンフォーム製造用組成物並びに弾性材料及び弾性部材に係り、特に複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などに用いられる転写、現像、トナー層形成、クリーニング、給紙、搬送等のローラ、ブレード、ベルトなどの部材を製造する場合に好適なウレタンフォーム製造用組成物並びに弾性材料及び弾性部材に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、複写機、プリンタ等の電子写真装置や静電記録装置などにおいて数多くの部材が用いられており、電子写真のプロセスの中で、転写、現像、トナー層形成、クリーニング、給紙、搬送等の部材として多様な機能を果たしている。
【０００３】
このような部材は共通して硬度を低く設定することが必要であるが、これは各機能に応じてその他の部材と接触してそれぞれの役割を満足させるためである。
【０００４】
例えば、転写装置に用いられるローラは転写紙を帯電させ、現像剤（トナー）によって可視化された静電潜像からトナーを転写紙に転写させる機能を有するが、静電潜像を保持した感光ドラム側にローラを押し付けた状態で転写を行うため、外周（弾性層）に低硬度かつ導電性の材料を配置したものが使用されている。
【０００５】
この場合、この低硬度の材料としては、ウレタンフォームが一般に広く使用されているが、以下の欠点があった。
【０００６】
即ち、ウレタンフォームの製造方法としては、一般的には以下の３通りの方法でウレタンフォーム製造用原料組成物を発泡（フォーム化）させる方法が採用されている。
▲１▼フロン等の発泡剤を混合する。
▲２▼原料組成物中に水を添加して、樹脂化反応と同時に水とイソシアネートの反応により発生する炭酸ガスにより発泡させる。
▲３▼機械的撹拌により原料組成物に気体を混入させてから硬化させる。
【０００７】
この場合、▲１▼，▲２▼の方法では、比較的気泡サイズの大きな低密度のフォームは作製し易いが、気泡サイズの小さなフォームを作製することは困難である。特に、カーボン等の導電性粉末を混入して、導電性フォームを作製しようとした場合、原料粘度が非常に高くなるため、▲１▼，▲２▼の方法のように発泡と樹脂化が同時に進む場合、気泡を小さくコントロールすることは非常に難しくなる。
【０００８】
このような理由から、特に複写機やプリンタ等に用いられるローラの材料としては、▲３▼の機械的撹拌により原料組成物に気体を混入、分散させてから硬化させることにより得られるウレタンフォームを用いる場合が多くなってきている。
【０００９】
しかし、▲３▼の方法でウレタンフォームを作製する場合、発泡と樹脂化を別々に行うため、発泡させた原料組成物中の泡を樹脂化が進行するまで安定して保持する必要がある。泡の保持が悪い場合は、樹脂化するまでに泡の合併等により、気泡の大径化、セル荒れ等が生じてしまう。
【００１０】
▲３▼の方法における上記問題点を解決できる整泡剤として、米国特許第４，０２２，７２２号に記載のような高分子量線状非加水分解性（ＡＢ）_ｎシロキサン−ポリオキシアルキレンブロックコポリマーがあり、現在このような整泡剤を用いるのが一般的である。しかし、このような整泡剤は分子量が非常に大きく（約３０，０００以上）、粘度が高く、取り扱い難い。また、合成時にポリオキシアルキレン体を粘度低減等の目的で多量に加えているため、ウレタンフォーム成形後にこのポリオキシアルキレン体がブリードして、フォームと接触している相手部材を汚染又は腐食する原因となる。また、分子量の大きなコポリマーであるため、合成時にポリシロキサンが残り、これも汚染、腐食の原因となる。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、均一なセル径を有するウレタンフォームが得られ、ローラ等の部材に使用した場合にも接触する相手部材を汚染することのないウレタンフォームを得ることができるウレタンフォーム製造用組成物、該組成物の反応物からなる弾性材料及びこの弾性材料の弾性層を表面に有するローラ等の弾性部材を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明は、上記目的を達成するため、
（Ｉ）２個以上の活性水素を有する化合物、２個以上のイソシアネート基を有する化合物及びシリコーン系整泡剤を含む混合物を機械撹拌により泡立て、得られた発泡体を成形、硬化させるポリウレタンフォーム製造用組成物において、整泡剤として、少なくとも下記一般式（１）で表されるシリコーン整泡剤を用いたことを特徴とするウレタンフォーム製造用組成物、
（ＩＩ）更に導電性付与材料を配合した（１）記載の組成物、
（ＩＩＩ）（１）又は（２）記載の組成物の反応物からなる弾性材料、及び
（ＩＶ）表面に（３）記載の弾性材料の弾性層が形成されてなることを特徴とする弾性部材
を提供する。
【００１３】
【化２】

（但し、ｍ＝５〜２５、ｎ＝０〜１０であり、ａ＝２５〜１００、ｂ＝５〜４０である。ＥＯは酸化エチレン、ＰＯは酸化プロピレンを示す。）
【００１４】
即ち、本発明者らは、シリコーン整泡剤として式（１）のシリコーン整泡剤を用いることにより、これはその末端に反応性のある水酸基を有するため、主材である２個以上の活性水素を有する化合物（ポリオール成分）と２個以上のイソシアネート基を有する化合物（イソシアネート成分）の反応の際に同時に架橋されるので、ローラ等の部材に使用した場合にも接触する相手部材を汚染することがなく、均一なセル径を有するウレタンフォームが得られること、更に本構造の整泡剤はウレタン原料に対して適度の界面活性効果を有するだけでなく、界面活性効果の持続性にも優れ、このため機械的撹拌により泡立てて得られたフォームが低密度で、セル径の小さな範囲のものを得ることができることを知見し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
以下、本発明につき更に詳述すると、本発明のウレタンフォーム製造用組成物は、２個以上の活性水素を有する化合物（ポリオール成分）、２個以上のイソシアネート基を有する化合物（イソシアネート成分）及び整泡剤、更に必要に応じて導電性付与材料などを含む。
【００１６】
ここで、ポリオール成分としては、一般の軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に用いられるポリオール、例えば、末端にポリヒドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール及び両者の共重合物であるポリエーテルポリオールが挙げられるほか、ポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール等のポリオレフィンポリオール、ポリオール中でエチレン性不飽和単量体を重合させて得られる所謂ポリマーポリオールなどの一般的なポリオールが使用できる。また、イソシアネート成分としては、同様に一般的な軟質ポリウレタンフォームやウレタンエラストマー製造に使用されるポリイソシアネート、即ち、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、粗製ＴＤＩ、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、粗製ＭＤＩ、炭素数２〜１８の脂肪族ポリイソシアネート、炭素数４〜１５の脂環式ポリイソシアネート及びこれらポリイソシアネートの混合物や変性物、例えば、部分的にポリオール類と反応させて得られるプレポリマー等が用いられる。この場合、ポリオール成分を予めイソシアネート成分によりプレポリマー化しておくこともできる。なお、イソシアネート成分の使用量は常用量でよい。
【００１７】
また、必要に応じて配合される導電性付与材料としては、ケッチェンブラックＥＣ、アセチレンブラック等の導電性カーボン、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ、ＦＴ、ＭＴ等のゴム用カーボン、酸化処理等を施したカラー（インク）用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト、アンチモンドープの酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマー等が挙げられる。その配合量は、目的とする導電率により自由に調整できるが、一般的にはポリオール成分とイソシアネート成分の合計量１００重量部に対して３〜１００重量部、特に５〜５０重量部とすることができ、これにより体積固有抵抗を１０^２〜１０^１０Ω・ｃｍに調整することができる。更に、導電性付与材料としては、過塩素酸リチウム等の無機イオン物質や４級アンモニウム塩等の有機イオン物質からなるイオン性導電剤、陽イオン性界面活性剤、負イオン性界面活性剤、各種ベタイン等の両性イオン性界面活性剤、親水性のポリエーテルやポリエステル等の非イオン性帯電防止剤を併用してもよい。その配合量も、目的とする導電率により適宜選定されるが、一般的にはポリオール成分とイソシアネート成分の合計量１００重量部に対して０．５〜５０重量部、特に１〜３０重量部とすることができ、これにより体積固有抵抗を１０^２〜１０^１０Ω・ｃｍに調整することができる。なお、その他の導電性付与材料では、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、ベンゾキノン、クロルアニル、アントラキノン、アントラセン、ジクロロジシアノベンゾキノン、フェロセン、フタロシアニン等の電荷移動錯体を形成し得る電子受容物質を配合することもでき、その場合の配合量も適宜選定し得るが、一般的にはポリオール成分とイソシアネート成分との合計量１００重量部に対して０．００１〜２０重量部、特に０．０１〜１重量部とすることができる。
【００１８】
本発明において、整泡剤としては、下記一般式で表されるシリコーン整泡剤の１種又は２種以上を使用する。
【００１９】
【化３】

【００２０】
但し、ｍ＝５〜２５、好ましくは１０〜２０であり、ｎ＝０〜１０、好ましくは１〜５である。この場合、ｍ／ｎは１〜１０であることが本発明の目的からより好適である。また、ａ＝２５〜１００、好ましくは３０〜６０であり、ｂ＝５〜４０、好ましくは１０〜２０である。ＥＯ、ＰＯは上記と同様の意味を示す。
【００２１】
上記シリコーン整泡剤の配合量は、ねらいとするセル（気泡）の大きさによって自由に調整できるが、一般的にはポリオール成分とイソシアネート成分との合計量１００重量部に対して０．５〜５重量部であり、これによって十分な効果を得ることができる。
【００２２】
なお、本発明の組成物には、上記シリコーン整泡剤に加えて、他のシリコーン整泡剤、その他各種の整泡剤を本発明の目的を損なわない範囲で配合してもよく、更に触媒、顔料、その他必要に応じて各種粉末や老化防止剤、酸化防止剤等を配合することもできる。
【００２３】
本発明の組成物を用いてウレタンフォームを得る方法としては常法が採用し得、例えばプレポリマーをポリオール架橋反応させる方法、ポリオールをワン・ショット法にてポリイソシアネートと反応させる方法などで得ることができる。この場合、フォーム化に際しては上記組成物を機械撹拌により泡立て、得られた発泡体を成形、硬化する方法を採用する。
【００２４】
このように得られた軟質ポリウレタンフォームは、特に電子写真装置や静電記録装置などで、転写、現像、トナー層形成、クリーニング、給紙、搬送等に用いるローラ、ブレード、ベルトなどの部材の構成材料として有用であり、導電性付与材料を配合して導電性を付与したものは、これら部材の表面導電層の形成などに好適に用いられる。
【００２５】
例えば、金属製の中実体からなる芯金や内部を中空にくりぬいた金属製円筒体等の金属製シャフトなどの良導電性シャフトの外周に導電性を有する弾性層を形成してなる転写ローラにおいて、この弾性層として本発明に係るウレタンフォームが用いられる。
【００２６】
なお、このような弾性層を本発明に係るウレタンフォームにて形成する場合、その硬度は特に制限されないが、ＪＩＳ−Ａスケールで６０°以下、特に１０〜５５°とすることが好ましい。この場合、硬度が６０°を超えると感光ドラム等との接触面積が小さくなり、良好な接触が行えなくなるおそれがある。逆にあまり低硬度にすると、セル（気泡）径が大きくなり、使用目的によっては十分な特性が得られないことがある。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００２８】
〔実施例１〕
グリセリンにプロピレンオキサイドとエチレンオキサイドを付加して、分子量５，０００としたポリエーテルポリオール（ＯＨ価３３）〔旭硝子（株）製のエクセノール（登録商標）８２８〕１００重量部、ウレタン変性したＭＤＩ（ＮＣＯ％＝２３％）〔住友バイエルウレタン（株）製のスミジュール（登録商標）ＰＦ〕２５．０重量部、１，４−ブタンジオール２．５重量部、表１に示すシリコーン界面活性剤Ａ２．０重量部及びジブチルチンジラウレート０．０１重量部を１リットルのプラスチック容器に入れ、家庭用泡立器で２分間撹拌して微細な均一セルを有する発泡体を得た。この発泡体を２５０ｍｍ（長さ）×３０ｍｍ（巾）×３０ｍｍ（深さ）の型に流し込み、１４０℃で２０分間加熱して硬化させた。
【００２９】
〔実施例２〜５、比較例１〜３〕
シリコーン界面活性剤の種類、配合量を表１，２に示すように代えた以外は実施例１と同様にしてウレタンフォームを得た。
【００３０】
〔実施例６〕
実施例１のポリエーテルポリオールにカーボンブラックＦＴ２０重量部を添加した以外は実施例１と同様にしてウレタンフォームを得た。
【００３１】
次に、上記実施例、比較例で得られたウレタンフォームを用いて下記方法で汚染テストを行った。結果を表２に示す。
〈汚染テスト〉
作製したフォームを１ｃｍ×１ｃｍ×０．５ｍｍに切り出して、市販のレーザービームプリンタの感光体（ＯＰＣ）に１ｋｇ／ｃｍ^３の力で圧接し、５０℃、９０％ＲＨ環境下に１週間放置後、サンプル接触部を観察すると共に、画像出しを行い、画像に不具合（濃度むら等）が発生していないか確認した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、均一なセル径を有するウレタンフォームが得られ、また相手部材と接触してもこれを汚染することのないものであるので、このフォームは各種弾性部材の製造、特に導電性弾性部材に有効である。

Claims

２個以上の活性水素を有する化合物、２個以上のイソシアネート基を有する化合物及びシリコーン系整泡剤を含む混合物からなり、機械撹拌により泡立て、得られた発泡体を成形、硬化させるポリウレタンフォーム製造用組成物において、整泡剤として、少なくとも下記一般式（１）

（但し、ｍ＝５〜２５、ｎ＝０〜１０であり、ａ＝２５〜１００、ｂ＝５〜４０である。ＥＯは酸化エチレン、ＰＯは酸化プロピレンを示す。）
で表されるシリコーン整泡剤を用いたことを特徴とするウレタンフォーム製造用組成物。
更に導電性付与材料を配合した請求項１記載の組成物。
請求項１又は２記載の組成物の反応物からなる弾性材料。
表面に請求項３記載の弾性材料の弾性層が形成されてなることを特徴とする弾性部材。