TWI489225B - 中間傳輸帶及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種可使用於雷射印表機、傳真機及影印機之中間傳輸帶及其製造方法，具體而言，係指一種由聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂所製成的中間傳輸帶及其製造方法。
一般適用於雷射印表機、傳真機及影印機等的中間傳輸帶，必須具備優越的散熱性、撥水性、撥油性、耐污染性、耐熱性、彈性模數、紙張釋放性、抗靜電性、以及耐久性等性質。
此外，長時間使用上述裝置時，在印刷過程中，由於中間傳輸帶與輸送紙張之間所造成的摩擦熱，使得兩者的界面會產生巨熱高溫，因此格外需要能夠有效散熱的散熱特性。然而，當散熱特性不足時，中間傳輸帶就會因為長時間使用所產生的摩擦熱而變形，而造成產品可靠性不佳。再者，殘留在狹小空間內未被驅散的高溫殘熱，也會對周遭的裝置有不良影響，並且造成周遭裝置的壽命縮短及故障的產生。
另外，中間傳輸帶應具有適於達成碳粉轉印功能的體積電阻率(volume resistivity)。若中間傳輸帶的體積電阻率高於或低於所需時，則抗靜電性、轉印性、圖像特性、釋放性及耐污染性等性質將退化，並且也會發生如圖像不良等無法挽回的缺陷。
主要用於以往中間傳輸帶的聚亞醯胺薄膜(polyimide film)，雖然具有高度的熱穩定性及優異的機械與電氣特性，但對水分卻極度敏感，且其電氣絕緣性的可信賴度會隨著時間而逐漸減少，而且由於聚亞醯胺薄膜的玻璃轉移溫度(glass transition temperature,Tg)高，使其可加工性受到限制，並且聚亞醯胺薄膜容易變成帶有電性者。此外，聚亞醯胺薄膜所具有之體積電阻率超過中間傳輸帶所需之電阻率，因此難以用於中間傳輸帶。
針對此點，目前日本早期公開公報第2003－270967號、第2002－218339號及第2004－255828號中揭露一種傳輸帶的製造方法，該方法係將作為聚亞醯胺前驅物之聚醯胺酸(polyamic acid)溶液聚合，注入模具中，再經熱處理，進一步以氟高分子化合物塗佈，以增加紙張釋放性、撥水性及撥油性，之後再次以熱處理之。
然而，前述的製造方法，在實際應用上具有許多經濟及物理化學的問題，主要可歸因於：額外地將氟高分子化合物塗佈於半硬化的聚醯胺酸溶液的複雜過程、用於接著作為中間傳輸帶基板之聚亞醯胺層與氟高分子層之間的助黏劑(primer)的挑選，以及各層間因接著不良所引起的剝離等問題。此外，由於所提供者為由聚亞醯胺層、助黏劑層以及氟高分子化合物層所組成的三層構造，因而使其製程的效率不佳且較為複雜。也就是說，噴鍍之助黏劑與氟高分子化合物的厚度，可能會因作業環境或其他因素而不均勻，也因此必須重複進行多次噴鍍步驟，導致加工效率降低。
同時，因雷射印表機、傳真機及影印機的中間傳輸帶扮演了轉印碳粉的角色，故需製造成無接縫的形式。傳統方法用來製造無接縫的中間傳輸帶，是利用以離心塑形而可達到快速旋轉的水浴製程(wash tub process)。然而，因為難以利用此種製程來製造無接縫的中間傳輸帶，所以不佳。
本發明人為了解決傳統上以聚亞醯胺管狀帶作為雷射印表機、傳真機及影印機的中間傳輸帶所造成如製程效率低的問題，因而密集與廣泛的研究製造一種具有優異的散熱性、抗靜電性、撥水性、撥油性、經濟效益及轉印性的單層無接縫管形式的中間傳輸帶，此種無接縫管形式的中間傳輸帶，在其廣泛的應用於狹小空間時，能夠有效地將狹小空間內所產生的熱驅散，並且可兼具優異的撥水性、撥油性、抗靜電性與紙張釋放性。
據此，本發明之一目的，係為提供一種自聚亞醯胺樹脂所製成之中間傳輸帶，且具有改良之撥水性。
本發明之另一目的，係為提供一種自聚亞醯胺樹脂所製成之單層中間傳輸帶，並顯現出優異的散熱性。
本發明之又一目的，係為提供一種具有改良之撥水性的中間傳輸帶的製造方法。
本發明之再一目的，係為提供一種具有優異的散熱性，且係使用聚亞醯胺樹脂所製成之單層無接縫管形式的中間傳輸帶的製造方法。
為達成上述目的，本發明提供一種包含聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂(silicone modified polyimide resin)的中間傳輸帶。
該中間傳輸帶可進一步包含具有導熱係數為20 W/mk或更高，且其電阻係數為101
Ωcm或更高的導熱填料。
該導熱填料可為一種粒徑為0.2到20 μm的球狀填料，該球狀填料包含具有相對較大、尺寸為5到20 μm的第一粒子，與具有相對較小、尺寸為0.2到5 μm的第二粒子，且係以6到7比4到3的比例混合。
該導熱填料，以溶質的總量為基準，係佔0.01到30重量百分比(wt%)。
該導熱填料可包含從單壁奈米碳管(single－walled carbon nanotube)、多壁奈米碳管(multi－walled carbon nanotube)、二氧化矽(silica)、氧化鋁(alumina)、硼酸鋁(aluminum borate)、碳化矽(silicon carbide)、碳化鈦(titanium carbide)、碳化硼(boron carbide)、氮化矽(silicon nitride)、氮化硼(boron nitride)、氮化鋁(aluminum nitride)、氮化鈦(titanium nitride)、雲母(mica)、鈦酸鉀(potassium titanate)、鈦酸鈹(beryllium titanate)、碳酸鈣(calcium carbonate)、氧化鎂(magnesium oxide)、氧化鋯(zirconium oxide)、二氧化錫(tin oxide)、氧化鈹(beryllium oxide)、氧化鋁(aluminum oxide)及氫氧化鋁(aluminium hydroxide)所構成的族群所選出之一種填料，或者兩種或多種填料的混合物。
該中間傳輸帶可具有之導熱係數為5.1到7.4 W/mK。
該中間傳輸帶可進一步包含一種導電填料。
該中間傳輸帶可具有之體積電阻率為108
到1013
Ωcm、接觸角為105°到113°、以及彈性模數為0.8到4.5 Gpa。
該聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂可為包含二酐(dianhydride)、二胺(diamine)及聚矽氧樹脂(silicone resin)的共聚合物。
該聚矽氧樹脂可具有之數目平均分子量為600到2,000，且以二胺的量為基準，係佔10到30重量百分比(wt%)。
該聚矽氧樹脂可包含從聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)、聚二苯基矽氧烷(polydiphenylsiloxane,PDPS)及前述兩者之共聚合物聚甲基苯基矽氧烷(polymethylphenylsiloxane,PMPS)所構成之族群所選出之一種化合物，或兩種或多種化合物的混合物。
除此之外，本發明提供一種中間傳輸帶的製造方法，包含將二酐、二胺及聚矽氧樹脂溶解於高極性非質子溶劑，以製得聚矽氧烷改質聚醯胺酸(polyamic acid)溶液；以及將聚醯胺酸溶液注入模具，再經熱處理以誘發亞醯胺化反應(imidation)。
當製備該聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液時，可進一步包含具有導熱係數為20 W/mk或更高，且電阻係數為101
Ωcm或更高的導熱填料。
該模具可為由外部圓柱及內部圓柱所構成之具有雙重構造的圓柱形模具。
當製備該聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液時，可進一步包含一種導電填料。
用以誘發亞醯胺化反應的熱處理，可於60到400℃下完成。
以下，將本發明詳細說明如下。
用於本發明之中間傳輸帶的聚亞醯胺樹脂，係包含與聚矽氧樹脂共聚合的聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂(silicone modified polyimide resin)。
該聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂是藉由將二酐、二胺及聚矽氧樹脂溶解於高極性的非質子溶劑，以製得聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液之後，再將所得之聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液經熱處理，以誘發亞醯胺化反應後而製得者。
用於製造聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂所使用的二酐與二胺並無特別的限制，只要該二酐及二胺是用來製造聚亞醯胺樹脂者即可。一般而言，二胺的例子可包括1,4－苯二胺(1,4－phenylenediamine,1,4－PDA)、1,3－苯二胺(1,3－phenylenediamine,1,3－PDA)、4,4’－亞甲基二苯胺(4,4'－Methylenedianiline,MDA)、4,4’－氧化二苯胺(4,4'－oxydianiline,ODA)、4,4’－氧化苯二胺(4,4'－oxyphenylenediamine,OPDA)等；而二酐的例子可包括1,2,4,5－苯均四羧酸二酐(1,2,4,5－benzenetetracarboxylic dianhydride,PMDA)、3,3’,4,4’－聯苯四羧酸二酐(3,3’,4,4’－biphenyltetracarboxylic dianhydride,BTDA)、4,4’－氧雙鄰苯二甲酸酐(4,4’－oxydiphthalic dianhydride,ODPA)及4,4’－六氟異亞丙基雙鄰苯二甲酸酐(4,4’－hexafluoroisopropylidenediphthalic anhydride,6FDA)等。通常二酐與二胺係以等量莫耳比使用。
同時具有有機化合物與無機化合物性質的聚矽氧樹脂，主要用於提供耐污染性、撥水性、撥油性以及紙張釋放性，且係包含一種或多種選自聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)、聚二苯基矽氧烷(polydiphenylsiloxane)及前述兩者之共聚合物聚甲基苯基矽氧烷(polymethylphenylsiloxane)之間的化合物。為降低聚亞醯胺的聚合反應中的微相分離(micro－phase separation)，此樹脂所具有的數目平均分子量範圍為600到2,000。以二胺的量為基準，該聚矽氧樹脂的使用量最好為10到30重量百分比(wt%)。
本發明中的聚矽氧樹脂，具有重複之矽原子與氧原子所組成的矽－氧鍵(Si－O)，係構成該聚矽氧樹脂的主鏈，宜以聚二甲基矽氧烷為例子加以說明，在聚二甲基矽氧烷中的兩個甲基為皆接於矽原子的龐大有機取代基，並且聚二苯基矽氧烷中的兩個苯基亦皆接於矽原子。聚二甲基矽氧烷最常被聚矽氧(silicone)工業領域所使用。主要原因是由於其具有負123℃的玻璃轉移溫度，是目前所知的彈性體中，具有最低玻璃轉移溫度者。另外，聚二苯基矽氧烷的玻璃轉移溫度較聚二甲基矽氧烷高，並且顯示出卓越的熱穩定性及機械特性。以矽氧烷(siloxane)所改質的高分子化合物，由於其非極性的特性與其低表面能量，該矽氧烷組成分會自該高分子中分離出，並往空氣與高分子的界面移動。如此，由於矽氧烷組成分會出現於該高分子表面，因此高分子表面可表現出優異的撥水性、撥油性及釋放性。前述特徵也可從雙相共聚合物(two－phase copolymer)與摻合物(blends)的例子中觀測到。然而，本發明中的聚矽氧樹脂並未侷限於聚二甲基矽氧烷與聚二苯基矽氧烷。
在聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液的製備中，以二胺的量為基準時，若該聚矽氧樹脂的使用量低於10重量百分比(wt%)時，其撥水性與撥油性沒有獲得大幅的提昇，且聚亞醯胺抗潮濕性低的缺點也未明顯改善。另一方面，若使用量超過30重量百分比(wt%)時，因受聚矽氧樹脂影響而具有柔軟性的聚亞醯胺的機械強度則會大幅降低。
聚合時所使用之溶劑係選自高極性的非質子溶劑，諸如N,N’－二甲基甲醯胺(N,N’－dimethylformamide,DMF)、二甲基乙醯胺(dimethylacetamide,DMAc)及N－甲基吡咯烷酮(N－methyl－2－pyrrolidinone,NMP)。
若考慮到散熱性，則所製得之中間傳輸帶宜具有5.1到7.4 W/mk的導熱係數。因此，當製備聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液時，可進一步包含導熱填料，並在0到30℃的溫度下反應30分鐘到12小時。
為了製造具有優越散熱性的複合材料，應進行能夠有效地將導熱填料充填於複合材料基材的過程。此時，導熱填料的充填密度會隨著該填料的形狀、大小及所填入的量而改變。此外，所謂熱傳遞係指由溫差所引起的熱能的傳遞，主要係以三種形式來表現，即傳導、對流及輻射。在此三種形式中，導熱係數與產生熱傳遞現象的面積成等比例的增加。
在具有散熱性複合材料的例子中，熱係藉由傳導的形式來傳遞，且傳遞的熱值(heat value)與複合材料的截面積成等比例的增加，與厚度成反比，與溫差成正比。
此一現象可以下列的傅立葉(Fourier)熱傳遞公式簡潔地表示之：
上述公式中，A為複合材料的面積；T為溫度；X為複合材料的厚度；q為以傳導形式所傳遞的熱值；以及k為複合材料的導熱係數。
據此，該導熱填料的導熱係數宜為20 W/mk或更高。
此外，該導熱填料的電阻係數宜為101
Ωcm或更高。若電阻係數低於前述的值，中間傳輸帶的體積電阻率會非常低，以致於不適合作為中間傳輸帶的體積電阻率。
至於該導熱填料方面，係可使用單一無機填料，或兩種或多種填料的混合物，可選自單壁奈米碳管、多壁奈米碳管、二氧化矽、氧化鋁、硼酸鋁、碳化矽、碳化鈦、碳化硼、氮化矽、氮化硼、氮化鋁、氮化鈦、雲母、鈦酸鉀、鈦酸鈹、碳酸鈣、氧化鎂、氧化鋯、二氧化錫、氧化鈹、氧化鋁以及氫氧化鋁之間。
該導熱填料的形狀並沒有特別限制，但可為球狀、針狀及板狀。當填料為針狀時，由於無法有效地充填，因此導致其充填密度低；此外，當填料為板狀時，由於其導熱係數隨其軸向而變，因此難以達到高的充填密度。是故，最好可使用球狀的填料。
該球狀填料的粒徑為0.2到20 μm、針狀填料為0.5到5 μm、以及板狀為0.5到10 μm。尤其，該球狀填料宜含有具有相對較大、尺寸為5到20 μm的第一粒子，與相對較小、尺寸為0.2到5 μm的第二粒子，且該第一及第二粒子係以6到7比4到3的比例混合。主要是因為具有相對較小尺寸的填料能有效地填滿具有相對較大尺寸的填料無法填滿的空間，使其可均勻地形成用以散熱的熱傳導網。
在中間傳輸帶中，當該導熱填料以維持其內部導熱係數的狀態與適當的量均勻地分佈在傳輸帶中的時候，就可形成能夠散熱的熱傳遞路徑。
為了能有效的傳導熱，以溶質的總量為基準，該導熱填料的使用量最好為0.01到30重量百分比(wt%)。
除了上述的導熱填料外，可進一步包括用以控制聚亞醯胺樹脂之體積電阻率的導電填料。該導電填料可自科琴碳黑(ketjen black)、乙炔黑(acetylene black)以及爐黑(furance black)之間選擇一種或多種，且以該溶質總量為基準，其使用量可為2到35重量百分比(wt%)。並且，可進一步的包括摻雜(滲入)有銻(如Dentall TM－200)的鋁、鎳、銀或雲母等金屬填料，且以該溶質的總量為基準，其使用量可為0.1到5重量百分比(wt%)。
由前述所製得的聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液係注入模具中，並經熱處理以誘發亞醯胺化反應。
雖然模具沒有任何限制，但為製造無接縫的中間傳輸帶，因此使用圓柱形模具。最好可使用由外部圓柱及內部圓柱所構成之具有雙重構造的圓柱形鐵氟龍模具。因此，可利用外部圓柱及內部圓柱的直徑差來控制傳輸帶的厚度，最好，該傳輸帶的厚度為30到300 μm。關於中間傳輸帶的製造方面，為了改善散熱性，若傳輸帶太薄，則傳輸帶的硬度會大幅地降低，並且在印刷過程中所遭受的重複旋轉應力，也會使得傳輸帶崩裂或變形。為了有效地驅散中間傳輸帶因長時間運轉而必然會產生的熱量，因此必須將導熱填料添加至用於傳輸帶的樹脂內。
上述的熱處理，是在50到400℃的溫度範圍內逐步地進行。亦即，在50到100℃的溫度下，進行預烘烤(prebaking)10到120分鐘，以初步地自傳輸帶表面去除溶劑與水分，之後，以每分鐘2到10℃的加熱速度，在350到400℃下進行後硬化(post－curing)，以徹底地自傳輸帶表面去除溶劑與水分。藉此，當亞醯胺化反應進行和結束時，即可獲得具堅固薄膜的傳輸帶。
該中間傳輸帶一般具有的導熱係數為5.1到7.4 W/mK，且介質電阻係數(medium resistivity)為108
到1013
Ωcm，因此可得到一種適用於雷射印表機、傳真機及影印機的半導性中間傳輸帶，且其具有優越的抗靜電性以及印刷適性(printability)。
該中間傳輸帶宜具有105°到113°的接觸角。該接觸角係指液體在固體表面上，用熱力學達成平衡時所形成的角度，並可藉由固著(sessile)於固體表面的液滴加以估算。因此，接觸角小係指親水性樣品，而接觸角大係指疏水性樣品。在以聚亞醯胺為基礎的高分子化合物中，其接觸角為20°到70°，而其撥水性與撥油性低，導致抗潮濕性非常低。因此必須加大接觸角以提升抗潮濕性。
此外，本發明的傳輸帶宜具有之彈性模數為0.8到4.5 GPa。若彈性模數低於下限時，則在廣泛使用中間傳輸帶時會造成機械變形。另一方面，若彈性模數高於上限時，中間傳輸帶的機械強度也會降低。
以下的範例係用以更加了解本發明，而不應理解為限制本發明。
當氮氣被導入配備有機械攪拌器、迴流冷凝管以及氮氣注入口的四頸燒瓶內時，將47 g的1,2,4,5－苯均四酸二酐(PMDA)與43 g的4,4’－氧化二苯胺(4,4’－Oxydianiline)溶解於380 g的高極性非質子溶劑N,N’－二甲基甲醯胺(DMF)中，之後以4,4’－氧化二苯胺的量為基準，加入10重量百分比(wt%)之具有數目平均分子量為600，且其兩末端具有胺丙基基團(aminopropyl group)的聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane)，以製備完整溶液。之後，以溶質總重量為基準，將作為導電填料之2重量百分比的科琴碳黑與0.5重量百分比的Dentall TM－200以超音波散佈機(ultrasonic distributor)散佈於上述溶液中，之後使其在室溫下反應1小時，以製造出內含導電填料的聚二甲基矽氧烷改質聚醯胺酸溶液。
將製得之聚二甲基矽氧烷改質聚醯胺酸溶液，注入由外部圓柱及內部圓柱所構成之具有雙重構造的圓柱形鐵氟龍模具，之後在70℃下預烘烤1小時，以初步地自該傳輸帶表面去除溶劑與水分，再將內部圓柱從外部圓柱分離出。之後以每分鐘5℃的加熱速度，於350℃時進行後硬化過程以徹底地去除傳輸帶表面及內部的溶劑與水分。
所製得之聚二甲基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶的厚度為65 μm。
以範例1所述的方法來製備聚二甲基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是不使用作為導電填料的Dentall TM－200。
以範例1所述的方法來製備聚二甲基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是聚二甲基矽氧烷的使用量，以4,4’－氧化二苯胺的重量為基準，為30重量百分比。
以範例1所述的方法來製備聚二甲基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但所使用之聚二甲基矽氧烷具有的數目平均分子量為620，且其兩末端具有胺丙基基團，將具有導熱係數為105 W/mK且電阻係數為102
Ωcm的球狀氧化鋁作為導熱填料，並且以溶質總重量為基準，加入3重量百分比的球形氧化鋁，並且該氧化鋁是由粒徑6 μm的粒子與粒徑0.5 μm的粒子以7比3的比例混合，並且以溶質總重量為基準，加入1.5重量百分比之作為導電填料的科琴碳黑。
以範例4所述的方法來製備聚二甲基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但並未使用作為導熱填料的氧化鋁。
以範例4所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是使用具有數目平均分子量為750，且其兩末端具有胺丙基基團的聚二苯基矽氧烷。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是作為導熱填料的氧化鋁，是由粒徑6 μm的粒子與粒徑0.5 μm的粒子以6比4的比例混合。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是作為導熱填料的氧化鋁，是由粒徑6 μm的粒子與粒徑0.5 μm的粒子以3比7的比例混合。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是單獨使用3重量百分比之作為導熱填料的針狀氧化鋁，且該氧化鋁的長度為5 μm，導熱係數為100 W/mK，電阻係數為102
Ωcm。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是單獨使用3重量百分比之作為導熱填料的板狀氮化硼，且該氮化硼的長度為5 μm，導熱係數為156 W/mK，電阻係數為102
Ωcm。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是，以溶質的總重量為基準，使用1.5重量百分比之作為導熱填料的氧化鋁，且該氧化鋁是由粒徑6 μm的粒子與粒徑0.5 μm的粒子以7比3的比例混合。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是，以溶質總重量為基準，使用0.01重量百分比之作為導熱填料的氧化鋁，且該氧化鋁是由粒徑6 μm的粒子與粒徑0.5 μm的粒子以7比3的比例混合。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是不使用作為導電填料的科琴碳黑。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是以長度5 μm，導熱係數為20 W/mK，且電阻係數為101
Ωcm的針狀雲母取代氧化鋁。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是，以4,4’－氧化二苯胺的重量為基準，該聚二苯基矽氧烷的使用量為5重量百分比。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是，以4,4’－氧化二苯胺的重量為基準，該聚二苯基矽氧烷的使用量為35重量百分比。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是氧化鋁導熱填料的使用量為36重量百分比。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是使用導熱係數為75 W/mK且電阻係數為100
Ωcm的科琴碳黑取代氧化鋁。
以範例6所述的方法來製備聚二苯基矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶，但是使用導熱係數為12 W/mK且電阻係數為101
Ωcm的鉬粉末取代氧化鋁。
以範例1所述的方法來製備聚亞醯胺中間傳輸帶，但是不使用聚二甲基矽氧烷。
以比較範例1所述的方法來製備聚亞醯胺中間傳輸帶，並使用噴灑的方法塗佈上含有聚矽氧烷組成分的助黏劑，之後再以含有2重量百分比之科琴碳黑與0.5重量百分比之Dentall TM－200的聚二甲基矽氧烷噴鍍三次。最後，將噴鍍所得的樣品在350℃或更低的溫度下硬化10到60分鐘，以製得由聚亞醯胺、助黏劑、以及聚二甲基矽氧烷所構成之具有三層結構的聚矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶。
以範例6所述的方法來製備聚亞醯胺中間傳輸帶，但是並不使用聚二苯基矽氧烷。
以比較範例3所述的方法來製備聚亞醯胺中間傳輸帶，並使用噴灑的方法塗佈上含有聚矽氧烷組成分的助黏劑，之後再以含有2重量百分比之科琴碳黑與0.5重量百分比之Dentall TM－200的聚二甲基矽氧烷噴鍍三次。最後，將噴鍍所得之樣品在350℃或更低的溫度下硬化10到60分鐘，以製得由聚亞醯胺、助黏劑、以及聚二甲基矽氧烷所構成之具有三層結構的聚矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶。
以上述之範例與比較範例所製得的中間傳輸帶，依據下列程序來評估其物性。結果如表1所示。
(1)導熱係數根據「用閃光法測試固體導熱性」(ASTM E1461)，使用型號FL5000的熱傳導偵測儀(thermal conductivity analyzer)，並以聚乙烯泡沫(Polyethylene foam)、聚矽氧橡膠(Silicone rubber)、石英玻璃(Quartz glass)、以及氧化鋯(Zirconia)為基準進行量測。
(2)體積電阻率利用三菱化學公司(Mitsubishi Chemical)的電阻測試儀對樣品連續地施加電壓。如此，當對樣品所施加的電壓的大小變化為10伏特、100伏特、250伏特、500伏特及1000伏特時，即可進行量測。而體積電阻的測量則是將樣品裝設於金屬基板上，之後以環狀探針每隔10到30秒來測量其電阻率。
(3)接觸角聚矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶的接觸角的測量，是為了定義其撥水性與撥油性。為達成此一目的，係於25℃下使用CAHN公司的動態接觸角儀表(Dynamic Contact Angle Meter)，型號DCA3115，來進行測量。將含有6 μL的乙二醇及去離子水的溶液滴於以固著液滴形式存在的樣品表面，之後，藉由用以放大樣品表面與溶液液滴界面的螢幕估算其接觸角。連續地進行十次測量後，取其平均值。
(4)彈性模數聚矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶的彈性模數，是使用英斯特朗公司(Instron)的萬能試驗機(Universal Testing Machine)，型號Model 1000，依據「加硫橡膠的物理測試方法」(JIS K 6301)來進行量測。
如上述物性的測量結果可知，以二胺的量為基準，當加入不少於10重量百分比的聚矽氧烷於聚亞醯胺的主鏈時，共聚合的聚矽氧烷改質聚亞醯胺中間傳輸帶的接觸角可增加至105°或更高。意即，藉由聚矽氧烷的改質可給予疏水性，因此也提昇了聚亞醯胺原先抗潮濕性低的缺點，並且也大幅提高了紙張的釋放性。然而，未以聚矽氧烷改質的比較範例1及比較範例3，雖然其容積體積電阻率適合用於中間傳輸帶，但其接觸角分別為46°與67°，由此可知抗潮濕性低的缺點並未獲得改善。在添加有少量聚矽氧樹脂的範例15中，其接觸角為103°，藉此可知對於抗潮濕性低並未顯示出期望中的改善。將為了形成三層結構而進行重複多次製程的比較範例2與4，與以化學的方式將聚矽氧烷化合物加入聚亞醯胺主鏈的範例相比，雖然其接觸角有些微的提高，但其製程效率卻降低，且彈性模數降低，使得長時間使用中間傳輸帶時，會有機械變形的問題。
在本發明添加有聚矽氧樹脂的所有實施例中，其電子特性、抗潮濕性及機械強度皆展現出期望中的結果。在額外包含有導熱填料的範例中，也進一步的提升其導熱係數。在加有過量導熱填料的範例17中，其導熱係數過高且體積電阻率大幅地降低，因此造成在彩色雷射印表機中難以呈現碳粉影像的問題。
關於導熱填料方面，當使用含有以7比3或6比4的比例混合6 μm粒子與0.5 μm粒子的球狀氧化鋁時，其導熱係數最高。
添加大粒子氧化鋁的量，相對多於添加小粒子氧化鋁的量的範例6及7，與添加小粒子氧化鋁的量，相對多於添加大粒子氧化鋁的量的範例8相比，範例6與7具有卓越的導熱係數。
使用球狀氧化鋁的範例6，與使用針狀氧化鋁的範例9，和使用板狀氮化硼的範例10相比，縱使填料的使用量皆為3重量百分比，且所使用的填料具有相似的導熱係數，但是使用球狀氧化鋁所製得之導熱性薄膜的散熱性較佳。視所使用之氧化鋁的形狀而定，因為針狀氧化鋁無法有效堆積，使其充填密度低，而造成非均勻熱傳導網。具有內部導熱係數優於球狀氧化鋁的板狀氮化硼，因其粒子的構型為片狀結構，在其a軸方向展現出156 W/mK的高散熱性，但在其c軸方向卻僅有2 W/mK的低散熱性。因此，此種填料在中間傳輸帶的基材結構中，並非高度地充填。由這些結果可推斷，使用球狀氧化鋁的實施例比使用針狀或板狀氧化鋁的實施例，具有相對較高的散熱性。
在使用具有導熱係數為75 W/mK，但電阻係數為100
Ωcm之填料的範例18中，其體積電阻率大幅地降低至2.56×104
Ωcm。此外，在使用具有電阻係數為101
Ωcm，但導熱係數為12 W/mK之填料的範例19中，其導熱係數降至4.53 W/mK。上述兩範例皆不適合用於中間傳輸帶。
在添加有導電填料的範例中，其所呈現之體積電阻率的範圍為108
到1013
Ωcm，可視為適合用於雷射印表機、傳真機及影印機的中間傳輸帶。然而，在沒有添加導電填料的範例13中，其體積電阻率顯著地增加，並且因此，其抗靜電性、轉印性、圖像特性、釋放性及耐污染性等物性皆變差，而造成圖像瑕疵。
承上所述，本發明提供一種中間傳輸帶及其製造方法。依據本發明，係提供一種利用聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂的單層中間傳輸帶，使其可呈現一種具有優異的散熱性、電子特性及撥水性，以及良好機械強度的中間傳輸帶。
此外，縱使本發明未額外形成用以黏著氟樹脂層和氟樹脂的黏接層，該中間傳輸帶仍然可以展現令人滿意的物性。此外，亦提供一種有效率之用以製造具有優異的散熱性、電子特性及撥水性的中間傳輸帶的方法，因此可提高製程效率。
縱使本發明為闡明用途而揭露前述之該等實施例，然而，屬於本技術領域者在不違本發明申請專利範圍之精神或範圍所能夠從事的種種修飾、添加、以及取代，均俱屬本發明之範疇。
Claims (14)
- 一種中間傳輸帶，包含聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂以及導熱係數為20W/mK或更高，且電阻係數為101 Ωcm或更高的導熱填料；其中該導熱填料為粒徑0.2到20μm的球狀填料；該聚矽氧烷改質聚亞醯胺樹脂為包含二酐、二胺及聚矽氧樹脂的共聚合物；以及該聚矽氧樹脂佔二胺量的10到30重量百分比；其中該球形填料包含有粒徑為5到20μm的第一粒子，與粒徑為0.2到5μm的第二粒子，且該第一粒子與第二粒子係以6到7比4到3的比例混合。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其中，該導熱填料係佔溶質總量的0.01到30重量百分比。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其中，該導熱填料包含從單壁奈米碳管、多壁奈米碳管、二氧化矽、氧化鋁、硼酸鋁、碳化矽、碳化鈦、碳化硼、氮化矽、氮化硼、氮化鋁、氮化鈦、雲母、鈦酸鉀、鈦酸鈹、碳酸鈣、氧化鎂、氧化鋯、二氧化錫、氧化鈹、氧化鋁及氫氧化鋁所構成的族群所選出的一種填料，或者兩種或多種填料的混合物。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其導熱係數為5.1到7.4W/mK。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其更包含一導電填料。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其體積 電阻率為108 到1013 Ωcm。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其接觸角為105°到113°。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其彈性模數為0.8到4.5GPa。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其中，該聚矽氧樹脂的數目平均分子量為600到2,000。
- 如申請專利範圍第1項所述之中間傳輸帶，其中，該聚矽氧樹脂包含從聚二甲基矽氧烷、聚二苯基矽氧烷及前述兩者之共聚合物聚甲基苯基矽氧烷所構成的族群中所選出之一種化合物，或者兩種或多種化合物的混合物。
- 一種中間傳輸帶的製造方法，包含：將二酐、二胺及聚矽氧樹脂溶解於高極性非質子溶劑，以製得聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液；以及將該聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液注入模具中，之後經熱處理以誘發亞醯胺化反應；其中在製備該聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液時，更包含導熱係數為20W/mK或更高，且電阻係數為101 Ωcm或更高的導熱填料；其中該導熱填料為粒徑0.2到20μm的球狀填料；以及該聚矽氧樹脂佔二胺量的10到30重量百分比；其中該球形填料包含有粒徑為5到20μm的第一粒子，與粒徑為0.2到5μm的第二粒子，且該第一粒子與第二粒子係以6到7比4到3的比例混合。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，該模具係為一包含有一外部圓柱及一內部圓柱之具有雙重構造的圓柱形模具。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，在製備聚矽氧烷改質聚醯胺酸溶液時，更包含導電填料。
- 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，用以誘發該亞醯胺化反應之該熱處理，係在60到400℃的溫度下進行。
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