专利名称：一种定影子系统及制备定影子系统的部件的方法
技术领域：
本发明涉及印刷设备，更具体地，涉及无油定影子系统及其使用方法。
背景技术：
有竞争力的定影产品的发展趋势集中在无油定影、能量效率、快速升温时间(例 如，通过感应加热)、带构型、可靠性和产率上。目前，仅有几种材料的溶液可满足定影、尤其 是无油定影的较高要求。全氟烷氧基聚合物(PFA)和聚四氟乙烯(PTFE)最常用于无油定 影，而Viton类型的含氟弹性体用于高端产品定影。此外，常加入填充剂以改进聚合物的机 械强度和导热性。然而，PFA具有某些缺陷，如机械上的刚性；易损坏；如果使用涂覆方法， 难于进行需要高固化温度的处理；以及材料改性的空间有限。另一方面，Viton是机械柔性 的、由于其具有吸收震动能量的能力而不易受损坏、具有较低固化温度，并提供较宽的材料 改性自由度。然而，由于氟含量较低，Viton释放需要油。 因此，需要提供具有改进的表面释放性质和机械强度的材料以增强定影器性能。
发明内容
根据多个实施方案，提供一种定影子系统。所述定影子系统可包括一个定影器部 件，所述定影器部件包括基材和位于所述基材上的包含一种疏水复合材料的表层涂层，其 中所述疏水复合材料可包含分散于疏水聚合物中的多个碳纳米管，并且其中所述疏水复合 材料具有至少约120。的水接触角。 根据多个实施方案，提供一种制备定影子系统的部件的方法。所述方法可包括提 供一个定影器部件，所述定影器部件包括一种基材，并提供一种包括多个碳纳米管、一种稳 定剂、一种疏水聚合物和一种溶剂的分散体，其中所述多个碳纳米管选自单壁碳纳米管和 多壁碳纳米管。所述方法还可包括将所述分散体涂覆在所述基材上以形成涂覆的基材，并 加热所述涂覆的基材以形成疏水复合材料涂层，从而使所述定影器部件的外层表面具有至 少约120°的水接触角。 所述实施方案的其它优点一部分将在接下来的描述中详细说明，一部分从描述中 显而易见，或可通过实施本发明习知。本发明的优点可通过随附的权利要求中特别指出的 要素和结合实现或获得。 应理解无论是前面的概述还是后面的详述均为示例性和解释性的，并不限制所要 求保护的发明。 包含在本说明书内并构成其一部分的附图示例说明本发明的实施方案，并与说明 书一起用于解释本发明的原理。
图1示意说明根据本发明多个实施方案的一种示例性印刷装置。 图2示意说明根据本发明多个实施方案的一种如图1所示的示例性定影器部件的
3横截面。 图3示意说明根据本发明多个实施方案的一种示例性疏水复合材料。 图4示意说明根据本发明多个实施方案的另一种示例性定影器部件的横截面。 图5示意说明根据本发明多个实施方案的一种印刷装置的示例性定影子系统。 图6所示为根据本发明多个实施方案的一种制备定影器子系统部件的示例性方法。 图7所示为根据本发明多个实施方案的一种形成图像的示例性方法。
具体实施例方式
现将对本发明的实施方案做详细介绍，其实例示于附图中。只要合适，在附图中将 使用相同的附图标记来指代相同或类似的部分。 尽管阐明本发明宽泛范围的数量范围和参数是近似值，但对于在具体实例中提及 的数值作尽可能精确的报导。然而，任何数值本身都包含有由其各自的测试结果的标准偏 差所必然导致的某些误差。此外，本发明公开的所有范围应被理解为包含任意和所有包含 于其中的子范围。例如，"小于10"的范围可包括介于(并包括)最小值0和最大值10之 间的任意和所有子范围，即，具有等于或大于O的最小值和等于或小于10的最大值的任意 和所有子范围，例如，1至5。在某些情况下，参数的数值可呈负值。在此情况下，如"小于 10"的范围的实例值可采用负值，例如，-1、 _2、 -3、 -10、 -20、 -30等。 如本文使用的，术语"疏水的"和"疏水性"是指具有约等于90。或更大的水接触角 的表面(例如，涂层表面)的润湿性，术语"超疏水的"和"超疏水性"是指具有约等于150°
或更大的水接触角和极低接触角滞后(a e = eA-eB< i)的表面(例如，涂层表面)的 润湿性。 图1示意说明一种示例性印刷装置100。所述示例性印刷装置100可包括一个电 子照相感光器172和一个为所述电子照相感光器172均匀充电的充电装置174。所述电子 照相感光器172可以是如图1所示的鼓式感光器，或者为带式感光器(未示出)。所述示例 性印刷装置IOO也可包括成像装置176，其中原始文件(未示出)可在光源(也未示出)下 暴光以在电子照相感光器172上形成潜像。所述示例性印刷装置100还可包括将电子照相 感光器172上的潜像转化成可视图像的显像子系统178，和将可视图像转印至介质120上的 转印子系统179。所述印刷装置100也可包括将可视图像固定在介质120上的定影子系统 101。所述定影子系统101可包括一个或多个定影器部件IIO，一个压力部件112，涂油子系 统(未示出)，和一个清洗网(未示出)，其中所述定影器部件和/或所述压力部件112可 具有包括纳米纤维形式的疏水复合材料的表层涂层。在一些实施方案中，所述定影器部件 IIO可以是定影器辊IIO，如图l所示。在其他实施方案中，所述定影器部件110可以是定 影器带415，如图4所示。在多个实施方案中，所述压力部件112可以是压力辊112，如图1 所示，或是压力带(未示出)。 关于所述定影器部件110，图2示意说明一种示例性定影器部件110的横截面。 在多个实施方案中，所述示例性定影器部件110可包括位于基材102上的包含疏水复合材 料的表层涂层106。在多个实施方案中，所述疏水复合材料可包括多个分散于疏水聚合物 中的碳纳米管。在某些实施方案中，当用水测量时，所述包括疏水复合材料的表层涂层106可具有约120°或更大的接触角。在一些情况下，所述表层涂层106可具有从约50nm至约 300 ii m的厚度，在另一些情况下，所述表层涂层106可具有从约3 ii m至约80 ii m的厚度。
图3是一种包括多个分散于疏水聚合物309中的碳纳米管307的示例性疏水复合 材料涂层306'的示意图。在一些实施方案中，所述疏水复合材料涂层306'可包括一种具 有多个孔308的多孔纳米纤维，如图3所示。所述多个孔308可用任意合适的材料，例如空 气、疏水聚合物，以及它们的混合物填充。在一些情况下，孔径可在从约0. 01 ii m至约10 ii m 的范围内变化，在另一些情况下可在从约0. 025 ii m至约3 ii m的范围内变化。在一些实施 方案中，所述碳纳米管307可以物理连接至疏水聚合物309。在另一些实施方案中，所述碳 纳米管307可化学连接至疏水聚合物309。如本文使用的，术语"化学连接"是指由于所述 碳纳米管307和疏水聚合物309之间的化学反应而形成的共价键和/或离子键。如本文使 用的，术语"物理连接"是指除了化学连接以外的任意种类的连接，例如氢键连接、范德华相 互作用。 在多个实施方案中，所述多个碳纳米管307可包括多个单壁碳纳米管(SWNT)和多 个多壁碳纳米管(丽NT)中的一种或多种。在一些实施方案中，碳纳米管可以是半导体碳纳 米管和金属碳纳米管中的一种或多种。在某些实施方案中，多个碳纳米管307中的每个可 具有至少约10的长径比。然而，所述碳纳米管可具有不同长度、直径和/或手性。所述碳纳 米管可具有从约0. 5nm至约50nm的直径和从约100nm至约几mm的长度。在一些情况下， 所述碳纳米管307的存在量可为所述疏水复合材料涂层306'的总固体重量的约5至约95 重量％的量存在，在另一些情况下为所述疏水复合材料涂层306'的总固体重量的约10至 约90重量％。 在一些实施方案中，所述疏水聚合物309可包括聚硅氧烷，聚全氟聚醚，或具有 一种或多种选自乙烯、丙烯、苯乙烯、四氟乙烯、偏二氟乙烯、六氟丙烯、全氟(甲基乙烯基 醚)、全氟(丙基乙烯基醚)、全氟(乙基乙烯基醚)和它们的混合物的单体重复单元的聚 合物。在另一些实施方案中，所述疏水聚合物309可包括具有一种或多种选自四氟乙烯、全 氟(甲基乙烯基醚)、全氟(丙基乙烯基醚)、全氟(乙基乙烯基醚)、偏二氟乙烯、六氟丙烯 和它们的混合物的单体重复单元的含氟聚合物。示例性疏水聚合物309可包括，但不局限 于，聚四氟乙烯(PTFE);全氟烷氧基聚合物树脂(PFA);四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP) 的共聚物；六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯(VDF或VF2)的共聚物；四氟乙烯(TFE)、偏二氟 乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的三元共聚物；以及四氟乙烯(TFE)、偏二氟乙烯(VF2)和六 氟丙烯(HFP)的四元共聚物。 在多个实施方案中，所述疏水复合材料涂层306'可具有低于约1000Q/sq的表面
电阻率。 图4示意说明另一种示例性定影器部件410的横截面。所述示例性定影器部件 410可包括位于基材402上的应力缓冲层(compliant layer)404，和位于所述应力缓冲层 404上的包含疏水复合材料306'的表层涂层406。在多个实施方案中，所述应力缓冲层404 可包括聚硅氧烷、含氟聚硅氧烷、或含氟弹性体中的至少一种。应力缓冲层的示例性材料可 包括，但不局限于，聚硅氧烷橡胶如室温硫化(RTV)聚硅氧烷橡胶；高温硫化(HTV)聚硅氧 烷橡胶；和低温硫化(LTV)聚硅氧烷橡胶。示例性市售可得聚硅氧烷橡胶包括，但不局限 于，SILASTIC 735black RTV和SILASTIC 732RTV (Dow Corning Corp. ， Midland, MI);和106RTV Silicone Rubber禾P 90RTV Silicone Rubber(General Electric,Albany,NY)。 其他合适的聚硅氧烷材料包括，但不局限于，Sylgard⑧182(Dow Corning Corp. ，Midland， MI);硅氧烷(优选聚二甲基硅氧烷)；含氟聚硅氧烷如SiliconeRubber 552(Sampson Coatings, Richmond, VA) ;二甲基聚硅氧烷；液体聚硅氧烷橡胶如乙烯基交联的热固化橡 胶或硅烷醇室温交联的材料等。在一些情况下，所述应力缓冲层404可具有从约lOym至 约10mm的厚度，在另一些情况下具有从约3mm至约8mm的厚度。 对于如图1、2、4所示的定影器部件110、410，所述基材102、402可以是一种高温塑 料基材，例如聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚酮、聚邻苯二酰胺、聚醚醚酮(PEEK)、聚 醚砜、聚醚酰亚胺和聚芳基醚酮。在另一些实施方案中，所述基材102、402可以是一种金属 基材，例如铁和铝。所述基材102、402可具有任意合适的形状，例如圆柱和带。带型的基材 102、402的厚度可以从约50 ii m至约300 y m，在一些情况下从约50 y m至约100 y m。圆柱 型或辊型的基材102、402的厚度可以从约2mm至约20mm，在一些情况下从约3mm至约10mm。
在多个实施方案中，所述定影器部件110、410也可包括一个或多个可选的粘合层 (未示出)；所述可选的粘合层(未示出)可位于所述基材402和所述应力缓冲层404之间 和/或所述应力缓冲层404和所述表层涂层406之间和/或所述基材102和所述表层涂层 106之间，以确保每个层106、404、406彼此适当连接并达到性能目标。所述可选的粘合层的 示例性材料可包括，但不局限于环氧树脂和聚硅氧烷。 关于所述印刷装置IOO，所述印刷装置100可以是一种静电印刷机，如图1所示。 在某些实施方案中，所述印刷装置IOO可以是一种喷墨式打印机(未示出)。
图5示意说明一种静电印刷机的一个示例性带型定影子系统501。所述示例性定 影子系统501可包括一个定影器带515和一个可安装以形成定影夹(fusing nip) 511的可 旋转压力辊512。在多个实施方案中，所述定影器带515和所述压力辊512可包括位于如 图2所示的基材102上或位于如图4所示的应力缓冲层404上的含疏水复合材料306'的 表层涂层106、406，使得当用水测量时，所述表层涂层106、406可具有约120°或更大的接 触角。可使携带未定影的碳粉图像的介质520经过所述定影夹511来定影。
所公开的含疏水复合材料306'的定影部件110、410、515的示例性表层涂层106、 406具有无油定影所需的疏水聚合物的低表面能和化学惰性。此外，示例性表层涂层106、 406结合了碳纳米管的机械、电学、和热学性质与疏水聚合物的惰性，这是定影器部件110、 410、515具有较长寿命所需的。另外，所述表层涂层106、406可以使用简单工艺，例如喷涂、 浸涂、刷涂、辊涂、旋涂、浇铸和流涂形成。 在多个实施方案中，如图1和5所示，所述压力部件112、512也可具有示例性定影 器部件110、410的如图2和4所示的横截面。 图6示意说明了制备定影子系统的部件的一种示例性方法600。所述方法600可包 括提供定影器部件的步骤622 (所述定影器部件包括基材)，以及提供包括多个碳纳米管、 一种稳定剂、一种疏水聚合物和一种溶剂的分散体的步骤624。所述多个碳纳米管可以是 多个单壁碳纳米管和多个多壁碳纳米管中的一种或多种，其中所述多个碳纳米管中的每一 个可具有至少约10的长径比。可使用任意合适的稳定剂，例如聚合胺、聚合胺盐、聚合酸、 共轭聚合物、和天然树胶材料。示例性稳定剂可包括，但不局限于聚烯丙基胺、聚氮丙啶、聚 (二烯丙基二甲基氯化铵)、聚(烯丙基胺盐酸盐)和它们的混合物凍(丙烯酸)、聚(3，4-乙二氧基噻吩)、聚(3，4-乙二氧基噻吩)与聚合酸的络合物、Gum Arobic、壳聚糖和它 们的混合物。在多个实施方案中，所述疏水聚合物可包括一种或多种下述物质聚硅氧烷、 聚全氟聚醚和具有一个或多个选自乙烯、丙烯、苯乙烯、四氟乙烯、偏二氟乙烯、六氟丙烯、 全氟(甲基乙烯基醚)、全氟(乙基乙烯基醚)和全氟(丙基乙烯基醚)的单体重复单元的 聚合物。示例性疏水聚合物可包括，但不局限于，聚四氟乙烯(PTFE);全氟烷氧基聚合物树 脂(PFA);四氟乙烯(TFE)和六氟丙烯(HFP)的共聚物；六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯(VDF 或VF2)的共聚物；四氟乙烯(TFE)、偏二氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的三元共聚物；以 及四氟乙烯(TFE)、偏二氟乙烯(VF2)和六氟丙烯(HFP)的四元共聚物。在一些情况下，所 述疏水聚合物可以是一种胶体。在另一些情况下，所述疏水聚合物可以是一种乳胶。在还 有一些情况下，所述疏水聚合物可以是一种悬浮体。可使用任意合适的溶剂，包括，但不局 限于水、醇、C5-C18脂族烃、C6-C18芳香烃、醚、酮、酰胺和它们的混合物。
制备定影子系统的部件的方法600还可包括将所述分散体涂覆在基材上以形成 涂覆的基材的步骤626。可使用任意合适的工艺来将所述分散体涂覆在基材的一个区域上， 例如喷涂、浸涂、刷涂、辊涂、旋涂、浇铸、和流涂。在某些实施方案中，将所述分散体涂覆在 基材上以形成涂覆的基材的步骤626可包括在基材上形成一个应力缓冲层和将所述分散 体涂覆在所述应力缓冲层上以形成涂覆的基材。可使用任意合适的材料形成所述应力缓冲 层，包括，但不局限于聚硅氧烷、含氟聚硅氧烷和含氟弹性体。 所述方法600也可包括在约20(TC至约400°C的范围内的温度加热所述涂覆的基 材以形成一个纳米纤维形式的疏水复合材料涂层的步骤628，其中所述疏水复合材料涂层 可具有约12(T或更大的水接触角。不囿于任何理论，现认为在加热和/或干燥过程期间， 所述稳定剂和溶剂或者蒸发或者分解，在所述疏水复合材料涂层中仅留下碳纳米管和疏水 聚合物。在多个实施方案中，所述疏水复合材料涂层可包括多个平均孔径从约O. lym至约 5ym的孔。 图7示出了根据本发明的多个实施方案的一种形成图像的示例性方法700。所述 方法700可包括在介质上提供一种碳粉图像，如步骤781 。所述方法700也可包括提供包括 定影器部件的定影子系统的步骤782，其中所述定影器部件可包括一个位于基材上的含纳 米纤维形式的疏水复合材料的表层涂层，其中所述疏水复合材料可包括多个分散于疏水聚 合物中的碳纳米管。在多个实施方案中，所述表层涂层可具有至少约120°的水接触角。在 一些实施方案中，提供定影子系统的步骤682可包括提供辊型定影子系统。在另一些实施 方案中，提供定影子系统的步骤782可包括提供带型定影子系统。在多个实施方案中，所述 定影子系统的定影器部件可包括定影器辊、定影器带、压力辊、压力带中的一种或多种。所 述方法700还可包括使介质经过所述定影子系统的步骤783，以使介质上的碳粉图像与定 影器部件的表层涂层在定影夹中接触，和通过加热所述定影夹将碳粉图像在介质上定影的 步骤784。 实施例在下文给出，并示例说明可用于实施本发明的反应物的不同量和类型以及 反应条件。然而，显而易见的是，本发明可用除实施例中所使用的那些之外的其他反应物量 和类型以及反应条件实施，并且形成的装置可具有与上述公开和后文指出的不同的性质和 用途。实施例 实施例1- 一种CNT水分散体的制备 通过将约10g约20重量％的聚(烯丙基胺)水溶液溶于约117g水和3g 6N的盐 酸溶液而形成约1重量％的聚(烯丙基胺)溶液。通过向约99g(约99份)的聚(烯丙基 胺)溶液中加入约lg(约l份)的多壁碳纳米管(CNT)并使用探头超声波破碎仪超声处理 所述溶液约10次，每次持续约1分钟，来形成一种碳纳米管(CNT)水性分散体。生成的CNT 水性分散体用颗粒分析器(Nanotrac 252， Microtrac Inc. ， NorthLargo， Florida)测得具 有约250nm的平均颗粒大小。
实施例2- —种涂层分散体的制备 将从DuPont获得的约O. 167g约60wt%的全氟烷氧基聚合物(PFA)分散体与实施 例1的约10g的CNT水性分散体混合，将得到的涂层分散体在旋转器Movil-Rod(Eberbach Corp. ， Ann Arbor， MI)上辊磨约2分钟。
实施例3- —种定影器部件的制备 将实施例2的涂层分散体喷涂在分段底漆涂覆的聚硅氧烷橡胶辊上，将形成的表 层涂层在约35(TC烘烤约20分钟，接着在36(TC烘烤约10分钟。所述表层涂层均匀且没 有裂缝。发现所述表层涂层具有约10ym的厚度。所述涂覆的聚硅氧烷的扫描电镜(SEM) 显示碳纳米管(CNT)均匀分布在所述疏水复合材料涂层中。测得水接触角为约140。。其 他实验显示所述疏水复合材料涂层的水接触角(WCA)随CNT浓度的增加而增大，在约50X CNT负载时达到约150° 。 尽管已描述了具体实施方案，但申请人或本领域的其他技术人员可以想到目前未 预见或者可能未预见的各种替代、修正、变型、改进方案，以及实质上等同的方案。因此，所 提交的以及可能被修改的附随权利要求书意欲涵盖所有这些替代、修正、变型、改进方案， 以及实质上等同的方案。 尽管已参照一个或多个实施方案对本发明进行了示例说明，但可对示例的实施例 进行替代和/或修正而不背离随附权利要求书的实质和范围。另外，尽管本发明的一个特 定特征可能仅在几个实施方案中的一个中公开，但对于任意给定的或特定的功能而言，该 特征可与其他实施方案的一个或多个其他特征根据需要而有利地结合。此外，只要在说明 书或权利要求中使用术语"包括"、"包含"、"具有"、"含有"、"带有"或类似用语，则这些术语 与术语"包含"类似，为开放式的。如本文中使用的，项目列举时所用术语"……中的一个或 多个"，例如，A禾口 B，是指单独的A、单独的B、或A和B。 考虑本说明书和此处公开的本发明的实施方案，本发明的其他具体实施方案对本 领域的技术人员是显而易见的。说明书和实施例意欲被考虑为仅是说明性的，本发明的范 围和实质由以下权利要求指出。
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权利要求
一种定影子系统，其包含一个定影器部件，所述定影器部件包括基材；和位于所述基材上的包含一种疏水复合材料的表层涂层，其中所述疏水复合材料包含分散于一种疏水聚合物中的多个碳纳米管，并且其中所述疏水复合材料具有至少约120°的水接触角。
2. 权利要求l的定影子系统，其中所述多个碳纳米管设置为一种纤维网络形式。
3. 权利要求1的定影子系统，其中所述疏水复合材料包含多个平均大小在约0. 025 i！ m 至约3ym范围内的孔。
4. 权利要求3的定影子系统，其中所述孔内充有选自空气、疏水聚合物和它们的混合 物的物质。
5. 权利要求l的定影子系统，其中所述多个碳纳米管的存在量为所述碳纳米管和所述 疏水聚合物的总重量的约10重量％至约90重量％。
6. 权利要求1的定影子系统，其中所述疏水复合材料涂层包含以所述疏水复合材料涂层的总重量的约10至约90重量％的量存在的多个碳纳米管；和 以所述疏水复合材料涂层的总重量的约10至约90重量％的量存在的疏水聚合物，所 述疏水聚合物选自聚四氟乙烯(PTFE);全氟烷氧基聚合物树脂(PFA);四氟乙烯(TFE)和 六氟丙烯(HFP)的共聚物；六氟丙烯(HFP)和偏二氟乙烯(VDF或VF2)的共聚物；四氟乙烯 (TFE)、偏二氟乙烯(VDF)和六氟丙烯(HFP)的三元共聚物；以及四氟乙烯(TFE)、偏二氟乙 烯(VF2)和六氟丙烯(HFP)的四元共聚物。
7. 权利要求1的定影子系统，其中所述定影器部件还包括 一个位于基材上的应力缓冲层；禾口一个位于所述应力缓冲层上的含疏水复合材料的表层涂层。
8. —种包含权利要求l的定影子系统的印刷装置，其中所述定影器部件包含定影器 辊、定影器带、压力辊、压力带、转印固定辊和转印固定带中的一种或多种。
9. 一种制备定影子系统的部件的方法，所述方法包含 提供一个定影器部件，所述定影器部件包含一种基材；提供一种包含多个碳纳米管、一种稳定齐U、一种疏水聚合物和一种溶剂的分散体，其中 所述多个碳纳米管选自单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；将所述分散体涂覆在所述基材上以形成涂覆的基材；禾口加热所述涂覆的基材以形成一个疏水复合材料涂层，使得所述定影器部件的外表面具 有至少约120°的水接触角。
10. 权利要求9的制备定影子系统的部件的方法，其中所述疏水复合材料涂层包含多 个平均大小在约0. 025 ii m至约3 ii m范围内的孔。
全文摘要
本发明提供图像形成装置、定影子系统和制备定影子系统的部件的方法。所述制备定影子系统的部件的方法可包括提供一个定影器部件，所述定影器部件包含一种基材；和提供一种包含多个碳纳米管、一种稳定剂、一种疏水聚合物和一种溶剂的分散体，其中所述多个碳纳米管选自单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。所述方法也可包括将所述分散体涂覆在所述基材上以形成涂覆的基材；和加热所述涂覆的基材以形成一个疏水复合材料涂层，使得所述定影器部件的外表面具有至少约120°的水接触角。
文档编号G03G15/20GK101788780SQ20101000167
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者E·G·兹瓦茨, G·西斯勒, K·I·哈弗亚德, N-X·胡, Q·张, T·B·麦坎尼尼, Y·齐 申请人:施乐公司