JP2013222200A - 表面コーティングおよび定着器部材 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性があり、光沢のある膜を有し、表面エネルギーが小さい定着器用剥離層の組成物および製造方法を提供する。
【解決手段】表面コーティング組成物として、フッ素含有粒子と、エアロゲル粒子および正の摩擦帯電粒子とを含み、前記正の摩擦帯電粒子が、表面積が約３０ｍ２／ｇ〜約４００ｍ２／ｇのフュームドアルミナ粒子を含み、前記正の摩擦帯電粒子の量が、粉末中の固形分全体の約０．１重量％〜約５重量％の範囲である。
【選択図】図６

Description

本開示は、一般的に、表面エネルギーが低い表面層に関し、詳細には、デジタル、多重画像型などを含む電子写真用画像形成装置で有用な定着器部材に関する。

焦げ付かない調理器具、海洋汚染物質の防汚性、自浄作用のある窓、建築材料、機械類のコーティング、離型梱包材料、インクおよびトナーの梱包材料、落書き防止要素、インクジェット印刷および油を用いない印刷を含む広範囲の用途に向けた多くの産業において、表面エネルギーが非常に低いコーティングが必要とされている。表面エネルギーが非常に低いコーティングは、油を用いない印刷に必要である。フィラーを、表面エネルギーが低いフルオロプラスチック材料、例えば、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）に加え、表面の特性を変えてきたが、非フッ素化材料のフィラーは、剥離性能が悪いことが多い。定着器トップコートの表面特性を高めるフィラー材料を有することが望ましいだろう。

電子写真式印刷プロセスにおいて、トナー画像は、定着器ローラーを用いて支持板（例えば、紙シート）に固定されてもよく、融合されてもよい。従来の融合技術は、定着器ローラーからの良好な剥離性を維持するために、融合操作中に定着器ローラーに対して剥離剤／定着器油を適用する。例えば、油を用いた融合技術は、エントリーモデルの製品およびカラー製品の市場におけるすべての高速製品で用いられてきた。

耐久性があり、簡単に製造される表面エネルギーが小さなコーティングが望ましい。これに加え、質感を生成する粒子が均一に分散しており、トナーを簡単に移動してさまざまな光沢のある膜を生成することができるコーティングが望ましい。

一実施形態によれば、フッ素含有粒子と、エアロゲル粒子と、正の摩擦帯電粒子とを含むコーティング組成物が開示される。

別の実施形態によれば、定着器部材を製造する方法が提供される。この方法は、基材の上に配置された弾性層を備える定着器部材を得ることを含む。この方法は、フッ素含有粒子、エアロゲル粒子および正の摩擦帯電粒子を含む組成物を含む粉末を弾性層の上にスプレーコーティングし、コーティングされた層を作成することを含む。このコーティングされた層を約２６０℃〜約３８０℃の温度まで加熱し、剥離層を作成する。

別の実施形態によれば、基材と、基材の上に配置された外側層とを備える定着器部材が提供される。外側層は、エアロゲル粒子と正のフュームドアルミナ粒子が分散したフッ素含有ポリマーマトリックスを含み、エアロゲル粒子が、外側層の約０．１重量％〜約１０重量％含まれ、正のフュームドアルミナ粒子が、外側層の約０．１重量％〜約５重量％含まれる。定着器部材は、Ｇ７５表面光沢が約５ｇｇｕ〜約７０ｇｇｕの範囲である。

図１は、本教示による円柱状基材を備える例示的な定着部材を示す図である。 図２は、本教示によるベルト基材を備える例示的な定着部材を示す図である。 図３Ａは、本発明の教示による、図１に示した定着器部材を用いた例示的な定着構造を示す図である。 図３Ｂは、本発明の教示による、図１に示した定着器部材を用いた例示的な定着構造を示す図である。 図４Ａは、本発明の教示による、図２に示した定着器ベルトを用いた別の例示的な定着構造を示す図である。 図４Ｂは、本発明の教示による、図２に示した定着器ベルトを用いた別の例示的な定着構造を示す図である。 図５は、転写固定装置を用いる例示的な定着器構造を示す図である。 図６は、正の摩擦帯電粒子を加えた状態でのフルオロプラスチックとエアロゲル粒子の会合を描写したものである図である。 図７は、ＰＦＡ粉末／エアロゲル粒子コントロール（左）、ＰＦＡ粉末／エアロゲル粒子／摩擦帯電粒子を含有する粉末混合物（右側）の走査型電子顕微鏡画像である図である。

本明細書で使用する場合、用語「疎水性の／疎水性」および用語「撥油性の／撥油性」は、例えば、水およびヘキサデカン（または炭化水素、シリコーン油など）の接触角が、それぞれ約９０°以上である表面の濡れ挙動を指す。例えば、疎水性／撥油性の表面では、約１０〜１５μＬの水／ヘキサデカン液滴は球状になり、平衡接触角は、約９０°以上でああってよい。

本明細書で使用する場合、用語「超疎水性／超疎水性の表面」および用語「超撥油性の／超撥油性」は、それぞれ、もっと限定した種類の疎水性および撥油性をもつ表面濡れ性を指す。例えば、超疎水性／超撥油性の表面は、水／ヘキサデカンの接触角が約１２０°以上であってよい。

用語「高疎水性／高疎水性の表面」および「高撥油性の／高撥油性」は、それぞれ、さらにもっと限定した種類の疎水性および撥油性をもつ表面濡れ性を指す。例えば、高疎水性／高撥油性の表面は、水／ヘキサデカンの接触角が約１５０°以上であり、約１０〜１５μＬの水／ヘキサデカンの液滴は、水平面から数度傾いた表面を自由に転がるだろう。高疎水性／高撥油性の表面上にある水／ヘキサデカン液滴の滑り角は、約１０°以下であろう。高疎水性／高撥油性の傾いた表面では、後退する表面の接触角は高く、液滴のうち、坂の上側にある部分の界面が固体表面に張り付く傾向は小さいため、表面にある液滴が滑り落ちないようにする抵抗力に重力が打ち勝つだろう。高疎水性／高撥油性の表面は、前進接触角と後退接触角のヒステリシスが非常に小さいと記述することができる（例えば、４０°以下）。なお、液滴が大きくなると、もっと重力の影響を受け、滑りやすくなり、一方、液滴が小さいと、静止した状態または所定の位置にとどまる傾向が大きい可能性がある。

本明細書で使用する場合、用語「表面エネルギーが低い」および用語「表面エネルギーがきわめて低い」は、分子が表面に接着する能力を指す。表面エネルギーが低いほど、分子は表面に付着しにくくなるだろう。例えば、表面エネルギーが低いとは、値が約２０ｍＮ／ｍ^２以下であることを特徴とし、表面エネルギーがきわめて低いとは、値が約１０ｍＮ／ｍ^２以下であることを特徴とする。

固定部材または定着器部材は、１つ以上の機能性層が形成された基板を備えていてもよい。１つ以上の機能性層は、疎水性および／または撥油性、超疎水性および／または超撥油性、または高疎水性および／または高撥油性である表面濡れ性を有する表面コーティングまたは上部層を備えている。支持材料（例えば、紙シート）の上にある融合したトナー画像からのトナー剥離性が良好であり、この性質を維持し、さらに、紙をはがしやすくするために、このような固定部材を、高速高品質の電子写真印刷のための油を用いない定着部材として用いてもよい。

種々の実施形態では、固定部材は、例えば、１つ以上の機能性層が形成された基板を備えていてもよい。基板は、例えば、図１および２に示されるように、特定の構造に依存して、非導電性または導電性の適切な材料を用い、例えば、円柱（例えば、円筒管）、円柱状のドラム、ベルトまたは膜のような種々の形状で作成されてもよい。

特定的には、図１は、本教示による円柱状基板１１０を備える例示的な固定部材または定着部材１００を示し、図２は、本教示によるベルト基板２１０を備える、別の例示的な固定部材または定着部材２００を示す。図１に示されている固定部材または定着部材１００および図２に示されている固定部材または定着部材２００は、一般化された概略をあらわしており、他の層／基板を加えてもよく、存在する層／基板を除去するか、または変えてもよいことは、当業者には容易に明らかになるはずである。

図１において、例示的な固定部材１００は、１つ以上の機能性層１２０（中間層とも呼ばれる）と外側層１３０とが形成された円柱状基板１１０を備える定着器ローラーであってもよい。種々の実施形態では、円柱状基板１１０は、円筒管の形（例えば、内部に加熱ランプを備える中空構造を有するもの、または中身が詰まった円筒状のシャフト）をしていてもよい。図２において、例示的な固定部材２００は、１つ以上の機能性層（例えば、２２０）と外側表面２３０とが形成されたベルト基板２１０を備えていてもよい。ベルト基板２１０および円柱状基板１１０は、当業者には知られているように、剛性および構造保全性を維持するために、例えば、ポリマー材料（例えば、ポリイミド、ポリアラミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリフタルアミド、ポリアミド−イミド、ポリケトン、ポリフェニレンスルフィド、フルオロポリイミドまたはフルオロポリウレタン）、金属材料（例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼）から作られていてもよい。

（基板層）
図１および図２の基板層１１０、２１０は、例えば、開示されている定着器部材向けにベルト、平板および／または円柱形のドラムの形態であってもよい。定着部材の基板は、高い強度と、定着温度で分解しないという物理特性を与え得る限り、制限はない。具体的には、基板は、金属（例えば、アルミニウムまたはステンレス鋼）または耐熱性樹脂のプラスチックから作ることができる。耐熱性樹脂の例としては、ポリイミド、芳香族ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリフタルアミド、ポリエステル、サーモトロピック液晶ポリマーのような液晶材料などが挙げられる。基板の厚みは、定着ベルトを繰り返し回転させることが可能な剛性および柔軟性を両方とも達成することができるような範囲内にあり、例えば、約１０μｍ〜約２００μｍ、または約３０μｍ〜約１００μｍである。

（機能性層）
機能性層１２０および２２０の例としては、フルオロシリコーン、シリコーンゴム、例えば、室温加硫（ＲＴＶ）シリコーンゴム、高温加硫（ＨＴＶ）シリコーンゴム、低温加硫（ＬＴＶ）シリコーンゴムが挙げられる。これらのゴムは既知であり、商業的に簡単に入手可能であり、例えば、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３５ブラックＲＴＶおよびＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）７３２ ＲＴＶ（いずれもＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ製）、１０６ ＲＴＶ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒおよび９０ ＲＴＶ Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ（いずれもＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ製）、ＪＣＲ６１１５ＣＬＥＡＲ ＨＴＶおよびＳＥ４７０５Ｕ ＨＴＶシリコーンゴム（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｔｏｒａｙ Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ製）である。他の適切なシリコーン材料としては、シロキサン（例えば、ポリジメチルシロキサン）、フルオロシリコーン（例えば、Ｓｉｌｉｃｏｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ ５５２（Ｓａｍｐｓｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ（リッチモンド、バージニア）から入手可能））、液体シリコーンゴム、例えば、ビニル架橋した熱硬化性ゴム、またはシラノールを室温で架橋した材料などが挙げられる。別の特定の例は、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｓｙｌｇａｒｄ １８２である。市販のＬＳＲゴムとしては、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ製のＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｑ３−６３９５、Ｑ３−６３９６、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９０ ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９１ ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９５ ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９６ ＬＳＲ、ＳＩＬＡＳＴＩＣ（登録商標）５９８ ＬＳＲが挙げられる。機能性層は、弾力性を付与し、必要な場合には、例えば、ＳｉＣまたはＡｌ_２Ｏ_３のような無機粒子と混合してもよい。

また、機能性層１２０および２２０の例としては、フルオロエラストマーも挙げられる。フルオロエラストマーは、（１）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのうち、２つのコポリマー、例えば、ＶＩＴＯＮ Ａ（登録商標）で商業的に知られているもの、（２）ＶＩＴＯＮ Ｂ（登録商標）として商業的に知られているような、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレンのターポリマー、（３）フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン、キュアサイトモノマーのテトラポリマー、例えば、ＶＩＴＯＮ ＧＨ（登録商標）またはＶＩＴＯＮ ＧＦ（登録商標）で商業的に知られているもののような種類に由来する。これらのフルオロエラストマーは、種々の名称で商業的に知られており、例えば、ＶＩＴＯＮ Ｅ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｅ ６０Ｃ（登録商標）、ＶＩＴＯＮ Ｅ４３０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ ９１０（登録商標）、ＶＩＴＯＮ ＥＴＰ（登録商標）とともに、上に列挙したものがある。ＶＩＴＯＮ（登録商標）という名称は、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃの商標である。キュアサイトモノマーは、４−ブロモペルフルオロブテン−１、１，１−ジヒドロ−４−ブロモペルフルオロブテン−１、３−ブロモペルフルオロプロペン−１、１，１−ジヒドロ−３−ブロモペルフルオロプロペン−１、または任意の他の適切な既知のキュアサイトモノマー（例えば、ＤｕＰｏｎｔから市販されているもの）であってもよい。他の市販されているフルオロポリマーとしては、ＦＬＵＯＲＥＬ ２１７０（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ ２１７４（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ ２１７６（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ ２１７７（登録商標）、ＦＬＵＯＲＥＬ ＬＶＳ ７６（登録商標）が挙げられ、ＦＬＵＯＲＥＬ（登録商標）は、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙの登録商標である。さらなる市販材料としては、ＡＦＬＡＳ（商標）というポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレン）、ＦＬＵＯＲＥＬ ＩＩ（登録商標）（ＬＩＩ９００）というポリ（プロピレン−テトラフルオロエチレンビニリデンフルオリド）（これらも、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能）、ＦＯＲ−６０ＫＩＲ（登録商標）、ＦＯＲ−ＬＨＦ（登録商標）、ＮＭ（登録商標）ＦＯＲ−ＴＨＦ（登録商標）、ＦＯＲ−ＴＦＳ（登録商標）、ＴＨ（登録商標）、ＮＨ（登録商標）、Ｐ７５７（登録商標）ＴＮＳ（登録商標）Ｔ４３９（登録商標）、ＰＬ９５８（登録商標）、ＢＲ９１５１（登録商標）、ＴＮ５０５（登録商標）として特定されるＴｅｃｎｏｆｌｏｎ（Ａｕｓｉｍｏｎｔから入手可能）が挙げられる。

フルオロエラストマーであるＶＩＴＯＮ ＧＨ（登録商標）およびＶＩＴＯＮ ＧＦ（登録商標）は、フッ化ビニリデンの量が比較的少ない。ＶＩＴＯＮ ＧＦ（登録商標）およびＶＩＴＯＮ ＧＨ（登録商標）は、約３５重量％のフッ化ビニリデンと、約３４重量％のヘキサフルオロプロピレンと、約２９重量％のテトラフルオロエチレンと、約２重量％のキュアサイトモノマーとを有している。

ローラー構造の場合、機能性層の厚みは、約０．５ｍｍ〜約１０ｍｍ、または約１ｍｍ〜約８ｍｍ、または約２ｍｍ〜約７ｍｍであってもよい。ベルト構造の場合、機能性層は、約２５μｍ〜約２ｍｍ、または約４０μｍ〜約１．５ｍｍ、または約５０μｍ〜約１ｍｍであってもよい。

（接着層）
場合により、任意の既知の接着層および入手可能な適切な接着層（プライマー層と呼ばれることもある）が、剥離層１３０、２３０、中間層１２０、２２０、基板１１０、２１０の間に配置されていてもよい。適切な接着剤の例としては、アミノシランのようなシラン類（例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ製のＨＶ Ｐｒｉｍｅｒ １０）、チタネート、ジルコネート、アルミネートなど、およびこれらの混合物が挙げられる。一実施形態では、接着剤は、約０．００１％溶液〜約１０％溶液の形態で基板にワイピングによってのせられてもよい。場合により、任意の既知の接着層および入手可能な適切な接着層が、剥離層または外側表面と機能性層と基板との間に配置されてもよい。接着層は、約２ｎｍ〜約１０，０００ｎｍ、または約２ｎｍ〜約１０００ｎｍ、または約２ｎｍ〜約５０００ｎｍの厚みで基板または剥離層にコーティングされてもよい。接着剤を、スプレーコーティングまたはワイピングを含む既知の任意の適切な技術によってコーティングしてもよい。

（剥離層）
トップコートマトリックス中でエアロゲル粒子を含むフルオロプラスチックコーティングを使用し、定着器部材において光沢度が低い画像を得てきた。米国特許出願第１３／０５３，４１８号は、このような剥離層を記載する。しかし、粉末フルオロプラスチック／エアロゲル混合物の処理は、依然として困難である。粉末コーティングは、定着器コーティングにとって望ましい処理方法であるが、フルオロプラスチックおよびエアロゲル粉末は、粉末コーティングプロセス中に分離する傾向があり、不完全な硬化および非均質な剥離層を生じる。粉末コーティングが硬化したトップコートの結合を促進しつつ、均質な粉末混合物を発見することが望ましい。

フルオロプラスチックおよびエアロゲル粉末は、２種類の類似しない粉末であり、コーティングされ、一緒に硬化され、光沢度の低い印刷物を調製するのに適した定着トップコートを作成しなければならない。要素の粉末（負）に対する反対の電荷（正）の摩擦耐電粉末の付加によって、粉末との間に会合が生成し、粉末コーティングプロセス中に均質な混合物を生じる。正の摩擦耐電粉末とフルオロプラスチック粉末およびエアロゲル粒子とを混合すると、硬化して光沢度が低い融合用途のための粘着性コーティングを与えつつ、濡れ性が高まる。

剥離層１３０または２３０の例示的な実施形態としては、エアロゲル粒子および正の摩擦帯電粒子が分散したフルオロプラスチックが挙げられる。フルオロプラスチックの例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマー、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とフッ化ビニリデン（ＶＤＦまたはＶＦ２）とのコポリマー、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）のターポリマー、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、フッ化ビニリデン（ＶＦ２）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、キュアサイトモノマーのテトラポリマー、およびこれらの混合物が挙げられる。フルオロプラスチックは、化学薬品および熱に安定であり、表面エネルギーが低い。フルオロプラスチックは、融点が約２５５℃〜約３６０℃、または約２８０℃〜約３３０℃である。

定着器部材２００の場合、外側表面層または剥離層２３０の厚みは、約１０ミクロン〜約１００ミクロン、または約２０ミクロン〜約８０ミクロン、または約３０ミクロン〜約５０ミクロンであってもよい。

添加剤およびさらなる導電性フィラーまたは非導電性フィラーが、中間層の基材層１１０および２１０、中間層１２０および２２０、剥離層１３０および２３０中に存在していてもよい。種々の実施形態では、他のフィラー材料または添加剤（例えば、無機粒子を含む）を、コーティング組成物に用いてもよく、その後に形成される表面層に用いてもよい。本明細書で用いられる導電性フィラーとしては、カーボンブラック、グラファイト、フラーレン、アセチレンブラック、フッ素化カーボンブラックなどのようなカーボンブラック、カーボンナノチューブ、金属酸化物およびドープされた金属酸化物、例えば、酸化スズ、二酸化アンチモン、アンチモンがドープされた酸化スズ、二酸化チタン、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、インジウムがドープされた三酸化スズなど、およびこれらの混合物を挙げることができる。特定のポリマー、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ（ｐ−フェニレンスルフィド）、ピロール、ポリインドール、ポリピレン、ポリカルバゾール、ポリアズレン、ポリアゼピン、ポリ（フッ素）、ポリナフタレン、有機スルホン酸塩、リン酸エステル、脂肪酸エステル、アンモニウム塩またはホスホニウム塩、およびこれらの混合物を、導電性フィラーとして用いてもよい。種々の実施形態では、当業者に知られている他の添加剤を入れ、開示されているコンポジット材料を作成することもできる。

図３Ａ〜４Ｂおよび図４Ａ〜４Ｂは、本発明の教示による定着プロセスのための例示的な定着構造を示す。図３Ａ〜３Ｂに示されている定着構造３００Ａ〜Ｂ、および図４Ａ〜４Ｂに示されている定着構造４００Ａ〜Ｂが、一般化された模式的な図を示しており、他の部材／層／基材／構造を追加してもよく、または、すでに存在している部材／層／基材／構造を取り除くか、または変えてもよいことが当業者には容易に明らかになるはずである。本明細書では電子写真式プリンターを記載しているが、開示されている装置および方法を他の印刷技術に応用してもよい。例としては、オフセット印刷およびインクジェット機および固体転写固定機が挙げられる。

図３Ａ〜３Ｂは、本教示による、図１に示される定着器ローラーを用いた定着構造３００Ａ〜Ｂを示す。構造３００Ａ〜Ｂは、定着器ローラー１００（すなわち、図１の１００）を備えていてもよく、この部材は、加圧機構３３５（例えば、図３Ａの加圧ローラーまたは図３Ｂの加圧ベルト）とともに、画像支持材料３１５のための定着器用ニップを形成する。種々の実施形態では、加圧機構３３５を、加熱ランプ３３７と組み合わせて用い、トナー粒子を画像支持材料３１５の上で融合させるプロセスのために圧力と熱を両方加えてもよい。それに加え、構造３００Ａ〜Ｂは、図３Ａおよび図３Ｂに示されているように、１つ以上の外部熱ロール３５０を、例えば、クリーニングウェブ３６０とともに備えていてもよい。

図４Ａ〜４Ｂは、本教示による、図２に示される定着器ベルトを用いた定着構造４００Ａ〜Ｂを示す。構造４００Ａ〜Ｂは、定着器ベルト２００（すなわち、図２の２００）を備えていてもよく、このベルトは、加圧機構４３５（例えば、図４Ａの加圧ローラーまたは図４Ｂの加圧ベルト）とともに、媒体基材４１５のための定着器用ニップを形成する。種々の実施形態では、加圧機構４３５を、加熱ランプと組み合わせて用い、トナー粒子を媒体基材４１５の上で融合させるプロセスのために圧力と熱を両方加えてもよい。それに加え、構造４００Ａ〜Ｂは、定着器ベルト２００を動かし、媒体基材４１５の上でトナー粒子を融合させ、画像を作成するような機械システム４４５を備えていてもよい。機械システム４４５は、１つ以上のローラー４４５ａ〜ｃを備えていてもよく、必要な場合には、これらを加熱ローラーとして用いてもよい。

図５は、ベルト、シート、膜などの形態であってもよい、転写固定部材７の一実施形態の図を示す。転写固定部材７は、上述の定着器ベルト２００と似た構成である。現像した画像１２が中間転写体１の上にあり、ローラー４および８を介して転写固定部材７と接触し、転写固定部材７に転写される。ローラー４および／またはローラー８は、これらに関連して熱を帯びていてもよいし、帯びていなくてもよい。転写固定部材７は、矢印１３の方向に進む。複写基材９がローラー１０と１１との間を進むにつれて、現像した画像が複写基材９に転写され、融合する。ローラー１０および／または１１は、これらに関連して熱を帯びていてもよいし、帯びていなくてもよい。

高疎水性を含む表面特性を高めるコンポジット表面コーティングを記載する。すでに列挙したフルオロプラスチック（例えば、ＰＦＡ Ｔｅｆｌｏｎ、ＰＴＦＥ Ｔｅｆｌｏｎ、ＦＥＰなど）は、定着器トップコートとして優れた特性を示すが、このようなトップコートの疎水性を高め、脆弱性を下げることが望ましいだろう。

エアロゲル／フルオロプラスチックコンポジットコーティングは、非常に低い表面エネルギーを可能にする高疎水性表面を作り出す。エアロゲルをフルオロプラスチックコーティングに添加すると、弾性率が高まり、表面エネルギーを高める（例えば、カーボンブラックまたは他の硬質フィラー粒子を加えた場合であろう）ことなく、材料の特性を変える機会を得ることができる。

フルオロプラスチック粒子およびシリカエアロゲルを定着器ロールの融合トップコート層として用い、光沢度が低い印刷物を得た。印刷物の光沢度を変えるための光沢が低い定着部材（ロールまたはベルト）の使用は、迅速な変更時間を可能にし、また、得られ得る光沢度の範囲を広げることによって、光沢度の低いトナーと比べて利点がある。光沢度の低い印刷物を得るために使用されるフルオロプラスチック／エアロゲル定着器コーティングは、溶媒分散物からのスプレーコーティング、および上部層への溶融硬化によって示された。しかし、スプレーコーティングプロセスによって、粒子の沈澱に起因して、サンプル間の変動が大きくなる。定着器部材のコーティングを製造するのに望ましい処理方法は、粉末コーティングである。

粉末コーティングは、自由に流動する乾燥粉末を表面に塗布した後、硬化させることを含むコーティングプロセスである。粉末は、静電的に帯電し、次いで、接地された要素に向かい、コーティング層を生成する。熱を加えると、粉末が溶融し、流動して硬化したコーティングを生成するだろう。ＰＦＡおよびエアロゲルのような２種類の粉末の粉末コーティング混合物は、これらの粉末の密度および流動挙動が類似しないため、困難であり、不均質な粉末混合物を生じ、コーティングされる要素の上のエアロゲル濃度が変わってしまう。

混合したフルオロプラスチック／エアロゲルコーティングを硬化するのは、フルオロプラスチックを溶融したときに類似しない粒子間の濡れ性が不十分であり、硬化する表面の粘着性が不足するため、さらなる問題がある。粉末コーティングされたフルオロプラスチック粒子およびエアロゲル粒子の硬化したトップコートは、粉末コーティング中にエアロゲルの消失が起こり（表面に多く存在するはずである）、フルオロプラスチックとエアロゲル粒子との間の濡れ性が悪く、大きな空隙および内包物を生じた。表面官能基を付加した粒子を洗浄する工程のようなその他の処理工程は、濡れ性および硬化性を高めるが、この工程は、粉末コーティング中の粒子間の会合をほとんど、またはまったく促進しない。さらに、コーティングを製造するその他の行程を組み込むことを避けることが望ましい。本明細書には、粉末コーティング中に均質な粉末混合物を得ることができ、硬化したトップコートの粘着性を促進するような材料系が開示される。

フルオロプラスチック（例えばＰＦＡ）とエアロゲル（例えばシリカエアロゲル）の粉末混合物に正の摩擦帯電粒子を加えると、粉末コーティング処理が可能になる。フルオロプラスチックは、エアロゲル粒子と同様に、部分的に負の電荷をもっている。ミクロン未満の大きさの正に耐電した摩擦帯電粒子は、ＰＦＡおよびシリカエアロゲル粒子いずれとも会合し、粒子間の会合要素として作用し、２成分混合物を１種類の粉末として挙動させることができる。図６は、コンポジット粉末混合物中で会合粒子として作用する正の摩擦帯電粒子を描写したものである。図６において、大きい方の円はフルオロプラスチック粒子およびエアロゲル粒子をあらわす。小さい方の円は摩擦帯電粒子をあらわし、フルオロプラスチック粒子およびエアロゲル粒子の外側表面に引き寄せられる。

粉末コーティングプロセス中の粉末会合の結果、均質な混合物が生成し、混合中に低密度エアロゲル粒子が消失することなく、コーティング中に望ましいエアロゲル比を維持する。また、粉末間の会合によって、溶融したフルオロプラスチック粒子およびエアロゲル粒子の濡れ性が増し、光沢の低い融合用途に使用するのに適した空隙のない粘着性コーティングが得られる。

適切な摩擦帯電剤は、ヒュームドアルミナである。ヒュームドアルミナは、表面積が約３０ｍ^２／ｇ〜約４００ｍ^２／ｇ、または約５０ｍ^２／ｇ〜約３００ｍ^２／ｇ、または約１００ｍ^２／ｇ〜約２００ｍ^２／ｇであってもよい。

粉末コーティング中の正の摩擦帯電した粒子の量は、粉末の固形分全体の約０．１重量％〜約５重量％、または約０．２重量％〜約３．０重量％、または約０．５重量％〜約１．５重量％の範囲である。正の摩擦帯電粒子の粒径は、約５ｎｍ〜約１ミクロン、または約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１００ｎｍである。

適切な正の摩擦帯電粒子は、シリカ、ジルコニア、ゲルマニア、または他の正の金属酸化物材料から作られてもよい。金属酸化物の摩擦帯電粒子は、ヒュームド金属酸化物、沈降金属酸化物またはゲルから作られてもよい。

使用する正の摩擦帯電粒子を、疎水性剤で処理し、粒子を疎水性にしてもよい。使用する疎水性剤としては、有機シラン、有機シロキサン、ポリ有機シロキサン、有機シラザン、またはポリ有機シラザンを挙げることができる。

使用する正の摩擦帯電粒子を表面剤で処理し、摩擦帯電挙動を高めてもよい。

エアロゲルは、一般的な用語では、孔の流体を除去し、孔の流体を空気と交換することによって固相になるまで乾燥させたゲルと記述されるだろう。本明細書で使用する場合、「エアロゲル」は、一般的に、密度がきわめて低いセラミック固体、典型的には、ゲルから作られる材料を指す。したがって、用語「エアロゲル」は、乾燥中にゲルがほとんど縮まず、空隙率および関連する特性が保持された、乾燥させたゲルを示すために用いられる。これとは対照的に、「ヒドロゲル」は、孔の流体が水系流体である濡れたゲルを記述するために用いられる。用語「孔の流体」は、孔要素を作成している間に孔構造内に入った流体を記述する。乾燥させると（例えば、超臨界乾燥）、かなりの量の空気を含むエアロゲル粒子が形成され、密度が低い固体が得られ、表面積が大きくなる。種々の実施形態では、エアロゲルは、質量密度が小さく、比表面積が大きく、空隙率が非常に大きいことを特徴とする低密度微孔性材料である。特に、エアロゲルは、互いに接続した小さな大量の孔を含む固有の構造を特徴とする。溶媒を除去した後、重合した材料を不活性雰囲気中で熱分解させ、エアロゲルを作成する。

任意の適切なエアロゲル要素を使用してもよい。いくつかの実施形態では、エアロゲル要素は、例えば、無機エアロゲル、有機エアロゲル、炭素エアロゲル、およびこれらの混合物から選択されてもよい。特定の実施形態では、セラミックエアロゲルを適切に用いることができる。これらのエアロゲルは、典型的には、シリカで構成されているが、金属酸化物（例えば、アルミナ、チタニア、ジルコニア）または炭素で構成されていてもよく、場合により、金属のような他の元素がドープされていてもよい。ある種の実施形態では、エアロゲル要素は、ポリマーエアロゲル、コロイド状エアロゲル、およびこれらの混合物から選択されるエアロゲルを含んでいてもよい。

実施形態のエアロゲル粒子は、空隙率が約５０％〜約９９．９％であってもよく、このとき、エアロゲルは、９９．９％の空の空間を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、エアロゲル粒子は、空隙率が約５０％〜約９９．０％、または５０％〜約９８％である。いくつかの実施形態では、エアロゲル要素の孔は、直径が約２ｎｍ〜約５００ｎｍ、または約１０ｎｍ〜約４００ｎｍ、または約２０ｎｍ〜約１００ｎｍであってもよい。具体的な実施形態では、エアロゲル要素は、空隙率が５０％より多くてもよく、直径が、１００ｎｍ未満、さらには約２０ｎｍ未満であってもよい。いくつかの実施形態では、エアロゲル要素は、球状、ほぼ球状、円柱型、棒状、ビーズ状、立方体、平板状などの形状を有する粒子の形態であってもよい。

いくつかの実施形態では、エアロゲル要素は、平均体積粒径が約１μｍ〜約１００μｍ、または約３μｍ〜約５０μｍ、または約５μｍ〜約２０μｍのエアロゲル粒子、粉末、または分散物を含む。エアロゲル要素は、ポリマー材料内に、十分に分散した１個の粒子として、または１個の粒子または２個以上の粒子の凝集体の概観をしたエアロゲル粒子を含んでいてもよい。

一般的に、特定の実施形態で使用されるエアロゲルの種類、空隙率、孔の大きさ、量は、得られる組成物の望ましい特性およびポリマーの特性およびエアロゲルが組み込まれる溶液の特性に基づいて選択されてもよい。例えば、プレポリマー（例えば、処理粘度が比較的低い、例えば、１０センチストークス未満の低分子量ポリウレタンモノマー）が一実施形態で使用するために選択される場合、高い空隙率（例えば、８０％より大きい）および高い比表面積（例えば、約５００ｍ^２／ｇｍより大きい）の粒径が比較的小さい（例えば、約１００ｎｍ未満）エアロゲルを比較的高い濃度で（例えば、約２重量％より大きく、約２０重量％まで）を中程度のエネルギーから高エネルギーでの混合技術を用いることによって、例えば、温度、高いせん断および／またはブレンドを制御することによってプレポリマーに混合する。疎水性型のエアロゲルを使用し、プレポリマーを架橋し、硬化／後硬化し、ポリマーおよびエアロゲルフィラーの非常に長いマトリックスを生成する場合、得られたコンポジットは、フィラーを加えずに同様に調製されたサンプルと比較して、改良された疎水性を示し、硬度が高まるだろう。疎水性の向上は、液相プロセス中で相互作用するポリマーおよびエアロゲルから誘導されてもよく、それによって、ポリマーの分子鎖の一部がエアロゲルの孔に入り込み、エアロゲルの孔ではない領域は、そうでなければ水分子が入り込み、占有するような分子間の空間のいくつかまたは全部を占めるように機能する。

さらに、いくつかの実施形態では、エアロゲル要素は、表面積が約４００ｍ^２／ｇ〜約１２００ｍ^２／ｇ、例えば、約５００ｍ^２／ｇ〜約１２００ｍ^２／ｇ、または約７００ｍ^２／ｇ〜約９００ｍ^２／ｇであってもよい。いくつかの実施形態では、エアロゲル要素は、電気抵抗率が約１．０×１０^−４Ω−ｃｍより大きく、例えば、約０．０１Ω−ｃｍ〜約１．０×１０^１６Ω−ｃｍ、約１Ω−ｃｍ〜約１．０×１０^８Ω−ｃｍ、または約５０Ω−ｃｍ〜約７５０，０００Ω−ｃｍの範囲であってもよい。種々の実施形態で使用する異なる種類のエアロゲルも、電気抵抗率が導電性（約０．０１Ω−ｃｍ〜約１．００Ω−ｃｍ）から絶縁性（約１０^１６Ω−ｃｍより大きい）まで広がっていてもよい。実施形態の導電性エアロゲル、例えば、炭素エアロゲルを他の導電性フィラーと合わせ、それ以外の方法では得ることが困難な物理特性、機械特性、電気特性の組み合わせを得てもよい。

無機エアロゲル（例えば、シリカエアロゲル）は、一般的に、金属酸化物のゾル−ゲル重縮合によって作られ、高度に架橋した透明なヒドロゲルを生成する。これらのヒドロゲルを超臨界乾燥させ、無機エアロゲルを作成する。

有機エアロゲルは、一般的に、レゾルシノールおよびホルムアルデヒドのゾル−ゲル重縮合によって作られる。これらのヒドロゲルを超臨界乾燥させ、有機エアロゲルを作成する。

炭素エアロゲルは、一般的に、不活性雰囲気下で有機エアロゲルを熱分解することによって作られる。炭素エアロゲルは、共有結合したナノメートルサイズの粒子から構成され、この粒子は、三次元網目構造に整列している。炭素エアロゲルは、高い表面積をもつ炭素粉末とは異なり、酸素の自由表面を有し、これを化学的に修飾し、ポリマーマトリックスとの相溶性を高めることができる。それに加えて、炭素エアロゲルは、一般的に導電性であり、電気抵抗率が約０．００５Ω−ｃｍ〜約１．００Ω−ｃｍである。具体的な実施形態では、コンポジットは、１種類以上の炭素エアロゲルおよび／または１種類以上の炭素エアロゲルと１種類以上の無機エアロゲルおよび／または有機エアロゲルを含んでいてもよい。

いくつかの実施形態で含まれてもよい炭素エアロゲルは、ポリマーおよびコロイドという２つの形態的な種類を示し、別個の特徴を有する。炭素エアロゲルの形態的な種類は、エアロゲル調製の詳細によって変わるが、両者とも、分子クラスターの動的凝集から生じる。すなわち、ナノ孔、２０Å（オングストローム）未満であってもよく、互いにより合わさったナノ結晶性黒鉛リボンで構成される炭素エアロゲルの一次粒子がクラスターを形成して二次粒子（つまりメソ孔）を生成し、この二次粒子は、約２０Å〜約５００Åであってもよい。これらのメソ孔は、鎖を形成して多孔性炭素エアロゲルマトリックスを生成してもよい。炭素エアロゲルマトリックスは、いくつかの実施形態では、例えば、適切な溶融ブレンド技術または溶媒混合技術によって、ポリマーマトリックスに分散していてもよい。

エアロゲル粒子は、アルキルシラン、アルキルクロロシラン、アルキルシロキサン、ポリジメチルシロキサン、アミノシランおよびメタクリルシランからなる群から選択される表面官能基を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、表面処置材料は、エアロゲルに対して反応性であり、修飾された表面相互作用をもたらす官能基を含む。また、表面処置は、組成物表面に対し、非接着性の相互作用を可能にするのにも役立つ。

例えば、一実施形態では、エアロゲル要素は、平均粒径が５〜１５ミクロン、空隙率が９０％以上、バルク密度が４０〜１００ｋｇ／ｍ^３、表面積が６００〜８００ｍ^２／ｇのシリカシリケートであってもよい。もちろん、所望な場合、１種類以上の性質がこれらの範囲からはずれた材料を使用することができる。

エアロゲル要素の特性に依存して、エアロゲル要素をそのまま使用してもよく、または、エアロゲルを化学的に修飾してもよい。例えば、エアロゲル表面の化学物質を種々の用途のために修飾してもよく、例えば、親水性または疎水性の特性を有するように、エアロゲル表面をエアロゲルの分子構造の上または中にある化学置換基によって修飾してもよい。例えば、化学修飾は、エアロゲル要素の疎水性を改良するのに望ましいことがある。このような化学処理が望ましい場合、当該技術分野でよく知られている任意の従来からある化学処理を使用することができる。例えば、このようなエアロゲル粉末の化学処理は、表面のヒドロキシル基を有機基または部分的にフッ素化した有機基と置き換えることなどを含んでいてもよい。

ある具体的で非限定的な例は、すでに化学的に処理された市販の粉末、粒径が約５〜１５ミクロンのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ ＶＭ−２２７０エアロゲル微粒子である。

いくつかの実施形態では、表面コーティングは、フルオロプラスチック要素に分散または結合した少なくとも１つの上述のエアロゲルを少なくとも含んでいてもよい。具体的な実施形態では、エアロゲルは、フルオロプラスチック要素の均一に分散および／または結合するが、いくつかの実施形態では、特定の目的を達成するために、不均一な分散物または結合を使用してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、エアロゲルは、表面層、基材層、異なる単一層の一部などのエアロゲル濃度が高くなるように、フルオロプラスチック要素に不均一に分散または結合していてもよい。

望ましい結果を得るために、任意の適切な量のエアロゲルをフルオロプラスチック要素に組み込んでもよい。例えば、コーティング層は、表面コーティングの合計重量の約０．１重量％〜約１０重量％のエアロゲル、または約０．２重量％〜約５重量％のエアロゲル、または約０．５重量％〜約２重量％のエアロゲルから作られてもよい。エアロゲル粒子の粒径は、約１μｍ〜約１００μｍ、または約３μｍ〜約５０μｍ、または約５μｍ〜約２０μｍである。

表面コーティングは、表面自由エネルギーが、コンポジットで使用されるフルオロプラスチック基材層の表面エネルギーより低い。このことは、フルオロプラスチックに依存する。いくつかの実施形態では、エアロゲル粒子が分散したフルオロプラスチックは、表面エネルギーが２０ｍＮ／ｍ^２未満の表面層を生成する。いくつかの実施形態では、表面自由エネルギーは、超疎水性表面では１０ｍＮ／ｍ^２未満、または１０ｍＮ／ｍ^２〜２ｍＮ／ｍ^２、または１０ｍＮ／ｍ^２〜５ｍＮ／ｍ^２、または１０ｍＮ／ｍ^２〜７ｍＮ／ｍ^２である。

ＴｅｆｌｏｎおよびＰＦＡのようなフルオロプラスチックは、一般的に粉末から処理され、次いで、約３００℃〜約３８０℃の溶融温度まで上げ、粘着性コーティングを作成する。エアロゲルとフルオロプラスチック粒子を合わせ、溶融温度まで上げたら、エアロゲル粒子が包まれた、融合したフルオロ樹脂マトリックスが生成する。剥離層には、フルオロプラスチックマトリックス全体に分散したエアロゲルフィラー粒子が、剥離層の固形分全体の０．１重量％〜１０重量％の比率で組み込まれている。いくつかの実施形態では、エアロゲルの量は、剥離層の合計重量の約０．２重量％〜約５重量％、または約０．５重量％〜約２重量％であった。

フルオロプラスチックとエアロゲルの組成物を基材の上に粉末コーティングし、表面層を作成する。粉末コーティング中、粉末組成物を静電的にスプレーコーティングし、静電的に流動床によってコーティングし、静電磁気ブラシによってコーティングし、または、任意の適切な既知の様式で基材に流動床によってコーティングしてもよい。

シリカエアロゲル粒子とペルフルオロアルコキシ（ＰＦＡ）ポリマー粒子の粉末混合物を、Ｃａｂｏｔ製の正の摩擦帯電粉末である異なる量のＳｐｅｃｔｒＡｌ（商標）１００（９５ｍ^２／ｇ ヒュームドアルミナ）およびＳｐｅｃｔｒＡｌ（商標）５１（５５ｍ^２／ｇ フュームドアルミナ）と合わせた。

表１のすべてのサンプルをＲｅｓｏｄｙｎ（登録商標）Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｍｉｘｅｒを加速度６０ｇ、強度１００％、共鳴周波数６１．２Ｈｚに設定して２分間混合した。

各サンプル中の粉末を混合した後に圧縮した。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析は、アルミナ粒子が、ＰＦＡ粒子およびエアロゲル粒子両方の表面に存在することを示していた（図７）。アルミナは、エアロゲル粒子表面にきわめて接着しやすかった。粒子間の会合は、ＳＥＭ分析中に示されており、粉末混合物の部分的な積み重なりおよびクラスター化として観察された。

その後、表１の粉末混合物をＯｌｙｍｐｉａ定着器ロールに粉末コーティングした。区画にわけた覆いを用い、２種類の異なるサンプルをそれぞれのロールにコーティングした。３３０℃で２０分間硬化させた後の膜厚は、３５ミクロンであり、それぞれの材料について、ロールの光沢を中心部で記録し、厚み方向のＳＥＭのために膜を切断した。

初期の光沢の結果は、アルミナを加えたときの光沢の増加と、もっとアルミナを加えるにつれて光沢が減少していくのを示している（表２）。すべての場合において、アルミナを添加すると、コントロールから得られた値から光沢が増加する。ＳＥＭの結果から、コントロールサンプルが、非常に光沢が低いことの原因になる非粘着性層を含むことが確認された。比較として、サンプル１、２および３は、表面にあるエアロゲル粒子に起因する表面の質感を維持しつつ、膜の粘着性の向上を示す。このことは、汚染の問題がないマット印刷にとって望ましい状態である。ＳｐｅｃｔｒＡｌ粉末を導入すると、硬化後に改良された膜粘着性を生じ、もっと高い光沢値で反射した。アルミナ粉末の組み込み量がもっと多くなると、表面は荒くなり、平坦ではなくなり、このことは、均一なコーティング表面に必要とされる最適なアルミナ保持量を示している。

本明細書に記載する開示内容は、粉末コーティングに適した約０．０１重量％〜約５重量％で加えられたフルオロプラスチック粉末、エアロゲルフィラー、正の摩擦帯電粒子を含む粉末系を示す。さらに、正の摩擦帯電粉末を加えると、類似しない粉末を会合させることができる。これにより、粉末コーティングおよび均質な剥離層が可能になる。正の摩擦帯電粉末を加えると、一緒に硬化させて粘着性剥離層を形成しつつ、類似しない粉末の表面を濡らすことができる。フルオロプラスチック粉末、シリカエアロゲルフィラーおよび正の摩擦帯電粉末の硬化した剥離層は、光沢が低い融合用途に適している。正の摩擦帯電粉末は、アルミナ粉末であってもよい。

Claims (4)

1. フッ素含有粒子、エアロゲル粒子および正の摩擦帯電粒子を含み、前記正の摩擦帯電粒子が、表面積が約３０ｍ^２／ｇ〜約４００ｍ^２／ｇのフュームドアルミナ粒子を含み、前記正の摩擦帯電粒子の量が、粉末中の固形分全体の約０．１重量％〜約５重量％の範囲である、コーティング組成物。
2. 定着器部材を製造する方法であって、
   基材の上に配置された弾性層を備える定着器部材を得ることと、
   請求項１に記載の組成物を含む粉末を弾性層の上にスプレーコーティングし、コーティングされた層を作成することと、
   前記コーティングされた層を約２６０℃〜約３８０℃の温度まで加熱し、剥離層を作成することと、を含む、方法。
3. 前記フッ素含有粒子が、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアルコキシポリマー樹脂、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンのコポリマー、ヘキサフルオロプロピレンとフッ化ビニリデンのコポリマー、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンのターポリマー、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンのテトラポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される材料を含む、請求項２に記載の方法。
4. 定着器部材であって、
   基材と、
   前記基材の上に配置された外側層とを備え、前記外側層が、エアロゲル粒子とフュームドアルミナ粒子が分散したフッ素含有マトリックスを含み、前記エアロゲル粒子が、約０．１重量％〜約１０重量％含まれ、前記フュームドアルミナ粒子が、前記外側層の約０．１重量％〜約５重量％含まれ、前記定着器部材は、Ｇ７５表面光沢が約５ｇｇｕ〜約７０ｇｇｕの範囲である、定着器部材。