DE2517222A1

DE2517222A1 - Massen und verfahren zur herstellung vorspannbarer elemente

Info

Publication number: DE2517222A1
Application number: DE19752517222
Authority: DE
Inventors: Clifford O Eddy; James A Lentz; Donald A Seanor; Stephen Strella
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1975-04-18
Publication date: 1975-11-13
Also published as: NL180358B; US3959574A; JPS50150438A; DE2517222C2; FR2269126B1; FR2269126A1; GB1510345A; NL7505044A; CA1048856A

Description

DIi. ING. Ii. nOFFMAKN · Dli'L. ING. W. 5ΓΓΙ.Ε · D??. BE¹?. ^AT. K.

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D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 . TELEFON (0311) 911087

Case D/74167Q 26 638 V/t/My

XEROX CORPORATION Rochester, N.Y. / USA

Massen und Verfahren zur Herstellung vorspannbarer Elemente

Die Erfindung betrifft Walzen, Bänder und andere vorspannbare Elemente mit reguliertem spezifischen Widerstand. Die vorspannbaren Elemente enthalten einen elastomeren, elastischen Polyurethanüberzug, dessen spezifischer Widerstand durch ionische Zusatzstoffe, die in dem Polyurethan enthalten sind, reguliert wird. Die vorspannbaren Elemente, die mindestens eine Schicht oder ainen Überzug aus einen L/dr^- philen, elastomeren Polyurethan enthalten, das Verbindungen oder Mittel einverleibt enthält, die den spezifischen Widerstand ändern, zeigen wesentlich weniger Änderungen des spezifischen Widerstands bei Änderungen in der relativen Luftfeuchtigkeit. Derartige vorspannbare Elemente werden bei der Übertragung von xerographischen -Bildern von einem Photoleiter auf ein Endträgerblatt verwendet, wobei das Element,beispielsweise eine vorspannbare übertragungswalze, elektrisch mit einem Photoleiter zusammenwirkt, um ein gerichtetes Kräftefeld dazwischen aufzubauen.

Die Erfindung liegt auf dem Xerographiegebiet und insbesondere betrifft sie Massen und Verfahren zur Herstellung von vorspannbaren Übertragungswalzen und -bändern, um xerogra-

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phische Tonerbilder von einer Trägeroberfläche auf eine andere zu übertragen.

Bei der üblichen Xerographie wird eine photoempfindliche Platte, die . einen photoleitfähigen Überzug, der auf eine leitende Unterlage aufgebracht ist, enthält, einheitlich geladen und die geladene Platte wird dann mit einem Lichtbild eines Originals belichtet. Unter dem Einfluß des Lichtbilds wird die Ladung in der Platte selektiv verbraucht und die Original-Inputinformation wird auf der Platte in Form eines latenten elektrostatischen Bildes aufgezeichnet. Das latente Bild wird entwickelt oder sichtbar gemacht, indem man entgegengesetzt geladene Tonerteilchen auf die Plattenoberfiäche in solcher Weise anwendet, daß die Tonerteilchen auf die mit einem Bild versehenen Flächen angezogen werden. Die entwickelten Bilder werden im allgemeinen von dem Photoleiter auf ein Endträgermaterial wie Papier oder ähnliches Material übertragen und darauf fixiert, wobei eine permanente Aufzeichnung bzw. Registrierung des Originals erhalten wird.

Die Bildübertragung von dem Photoleiter zu dem Endträgermaterial kann unter Koronainduktion unter Verwendung eines Koronagenerators erfolgen oder sie kann mit einer Walzen- oder einer Bandelektrode, die auf ein bestimmtes Potential vorgespannt ist, erfolgen, wobei solche Elektroden als vorgespannte Übertragungselemente (Walze oder Band) bezeichnet werden. Das Korotronsystem ist relativ einfach, aber die Ladungen, die mit dem !Corotron abgeschieden wurden, ziehen elektrostatisch das Endträgermaterial wie Papier an den ursprünglichen Tonerträger wie den Photoleiter an, zusätzlich daß das gewünschte elektrische Feld erzeugt wird, mit dem die Übertragung des Toners an das Papier erfolgt. Die starke Anziehung zwischen dem Papier und dem ursprünglichen Tonerträger bewirkt, daß es mechanisch schwierig ist, die beiden Träger zu trennen oder auseinanderzuziehen.

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Die Übertragung von entwickelten Bildern von dem Photoleiter zu dem Endträgermaterial mit Hilfe eines vorgespannten Übertragungseleinents ist gut bekannt, und mit einem solchen Element werden im allgemeinen ernste Haftschwierigkeiten vermieden, die auftreten, wenn das Koronainduktionssystem verwendet wird. Vorspannbare Übertragungselemente sind gut bekannt. Eine vorspannbare Übertragungswalze wird von Fiten in der US-PS 2 807 233 beschrieben, wobei eine Metallwalze, die mit einem elastischen Überzug beschichtet ist, mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 10 bis 10 Ohm cm als vorspannbares Übertragungselement verwendet wird. In der US-PS 3 520 604 wird vorgeschlagen, um für das Duplizierverfahren ■ geeignete Bedingungen zu schaffen, eine Übertragungswalze zu verwenden, die aus einem leitfähigen Kautschuk mit einem spe~

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10 0hm cm hergestellt ist. Ein vorspannbares Übertragungselement, d.h. ein Element, das elektrisch mit einer leitfähigen Trägeroberfläche zusammenwirkt, um elektrisch geladene Teilchen von der Trägeroberfläche in Richtung auf das Element anzuziehen, wird in der US-PS 3 704 482 beschrieben. Das in der US-PS 3 702 482 beschriebene Übertragungselement besitzt ein If-itfähiges Substrat _t um darauf ein vor spannbar es Potential zu halten, eine Zwischenschicht ist in Berührung mit dem Substrat vorhanden, die eine elektrische spezifische Leitfähigkeit besitzt, mit der es möglich wird, das Vorspannpotential des Substrats leicht auf die äußere Peripherie der Schicht zu übertragen, und eine relativ dünne Außenschicht, die über der Zwischenschicht angebracht ist, ist weiterhin vorhanden und diese besitzt einen solchen elektrischen Widerstand, daß die Ionisierung der Atmosphäre minimal gehalten wird, wenn das übertragene Element in elektrischem Zusammenspiel mit der Bildträgeroberflache ist, wobei der Toner leicht abgegeben wird und die Vorrichtung vom Toner gereinigt werden kann. Ein typisches Material für den relativ dünnen Außenüberzug entsprechend der US-PS 3 702 482 ist eine Masse, die aus einem Material hergestellt ist, welches eine relativ glatte

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Oberfläche ergibt und relativ gute mechanische Anzieheigenschaften, bezogen auf die verwendeten Tonermaterialien, besitzt. Eins dieser Materialien ist ein Polyurethanmaterial, das von der DuPont Company hergestellt wird und unter dem Warenzeichen "Adiprene" vertrieben wird.

Die Zwischenschicht bei dem Element der US-PS 3 702 482, die ebenfalls als entspannbare Schicht bezeichnet wird, wird bevorzugt aus einem Polyure thanlcaut s chuk mit einer Dicke von ungefähr 0,63 cm (0,25 inch) gebildet und besitzt eine ausreichende Elastizität, so daß die Walze sie deformieren kann, wenn sie in bewegende Berührung mit der photoleitfähigen Trommeloberflache kommt, um einen ausgedehnten Kontaktbereich zu ergeben, so daß die Tonerteilchen zwischen den sich berührenden Körpern übertragen werden können. Die oben beschriebenen vorspannbaren oder Vorspann-Übertragungselemente sind gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit empfind- ■ lieh. Das Herz des vorspannbaren Übertragungselements ist eine dicke, elastische Schicht oder entspannbare Schicht mit einem Restwiderstand, der in einen gut definierten Betriebsbereich fällt und in Beziehung zu dem Walzendurchmesser und der überflächengeschv/indigkeit ausgewählt wird. Boi diesen bekannten Systemen kann der Massenwiderstand der Schicht in-

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nerhalb eines Bereichs von ungefähr 10 bis ungefähr 10 0hm cm variieren. Eine Änderung dieses spezifischen Widerstands von ungefähr zwei Größenordnungen, hauptsächlich als Folge von statischen und dynamischen Änderungen in der relativen Feuchtigkeit, RH, (die sich im allgemeinen von 5 bis 10% RH bis '85 bis 100% RH erstreckt), wird bei den tatsächlich im Handel erhältlichen Materialien bei diesem Widerstandsbereich beobachtet. Diese Änderung im spezifischen Widerstand, bedingt durch die relative Feuchtigkeit, beeinflußt die Qualität des Bildes, das von dem Photoleiter auf das Endträgermaterial übertragen wird. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, vorspannbare Übertragungselemente zu schaffen, die durch Änderungen in der relativen Feuchtigkeit nicht beeinflußt werden.

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Die Polyurethanüiiaterialien, die zur Herstellung von dicken, elastischen Schichten geeignet sind, besitzen oft spezifische Widerstände, die außerhalb der annehmbaren spezifischen Widerstandsbereiche für vorspannbare Übertragungsele-

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mente liegen, d.h. ungefähr 10 bis ungefähr 5,0 χ 10 Ohm cm, Es ist daher wünschenswert, Zusatzstoffe zu verwenden, um den spezifischen Widerstand der elastomeren Polyurethane zu regulieren, die bei der Herstellung von vorspannbaren übertragungselementen verwendet werden. Üblicherweise sind die spezifischen Widerstände der elastomeren Polyurethane zu hoch und sie können nicht in vorspannbaren Übertragungselementen verwendet werden. Sie müssen daher von den höheren Werten auf einen geeigneten Bereich eingestellt werden, im

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allgemeinen von ungefähr 10' bis ungefähr 5,0 χ 10 Ohm cm, so daß das elastomere Polyurethan das Vorspannpotential von dem Substrat, auf das es aufgetragen ist, zu der äußeren Peripherie des elastomeren Polyurethans leitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, vorspannbare Übertragungselemente zu schaffen, die verwendet werden können, um ein Tonerbild von einer photoleitfähigen Oberfläche auf ein Endträgerblatt zu übertragen. Dabei soll ein Verfahren und eine Masse geschaffen werden, um den spezifischen Widerstand von vorspannbaren Übertragungselementen zu regulieren.

Erfindungsgemäß sollen somit ein Verfahren und eine Masse geschaffen werden, um den spezifischen Widerstand eines elastomeren Polyurethans von höheren spezifischen Widerstandswerten auf spezifische Widerstände im Bereich von ungefähr 10 bis

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ungefähr 5,0 χ 10 Ohm cm einzustellen, so daß das elastomere Polyurethan das Vorspannpotential von dem Substrat, auf das es aufgetragen ist, zur äußeren Peripherie des elastomeren Polyurethans leitet.

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Es sollen Massen und Verfahren zur Herstellung vorspannbarer Übertragungselemente geschaffen werden, bei denen die .Änderungen im spezifischen Widerstand der vorspannbaren Elemente, bedingt durch Änderungen in der relativen Feuchtigkeit, vermindert werden.

Es soll auch eine vorspannbare Übertragungswalze mit einer elastischen, elastomeren Schicht geschaffen werden, wobei die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands wesentlich vermindert ist, wenn Änderungen in der relativen Feuchtigkeit auftreten.

Gegenstand der Erfindung ist ein vorspannbares Übertragungselement, d.h. ein Element, das mit einer leitfähigen Trägeroberfläche elektrisch zusammenwirkt und geladene Tonerteilchen von der Trägeroberfläche in Richtung auf das Element anzieht, wobei das Element mindestens eine Schicht enthält, bestehend aus einem elastomeren Polyurethan, das Zusatzstoffe enthält, um den spezifischen Widerstand zu kontrollieren. Zusätzlich zu der Regulierung des spezifischen Widerstands wurde überraschenderweise gefunden, daß der Zusatzstoff zur Regulierung des spezifischen Widerstands die Empfindlichkeit bzw. das Ansprechen des spezifischen Widerstands gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit reduziert, wenn vorspannbare Übertragungselemente , enthaltend ein leitfähiges Substrat, um daran einheitlich eine Vorspannladung zu tragen bzw. darauf aufzunehmen, und mindestens einen Überzug aus einem elastomeren Polyurethan mit einem Zusatzstoff darin und bevorzugt einer quaternären Ammoniumverbindung darin, wobei der Überzug auf das leitfähige Substrat aufgebracht ist, verwendet werden. Wenn das elastomere Polyurethan in seiner Natur hydrophil ist, d.h. wenn es eine starke Affinität aufweist, Wasser zu binden oder zu absorbieren, findet durch die Einverleibung von Zusatzstoffen und, bevorzugter, quaternären Ammoniumverbindungen als Zusatzstoffe in das hydrophile, elastomere Polyurethan eine wesentliche Vermin-

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derung der Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit statt. Gegenstand der Erfindung ist somit nicht nur ein Verfahren, um den crjezifischen Widerstand eines vorspannbaren Übertragungselements zu regulieren, sondern ebenfalls ein Verfahren, um die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands von vorspannbaren Übertragungselementen gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit zu regulieren, indem man ein leitfähiges Substrat, das ein einheitliches Vorspannpotential tragen soll, mit mindestens einer Schicht aus einem elastomeren Polyurethan beschichtet, das einen Zusatzstoff enthält, mit dem der spezifische Widerstand reguliert wird. Gegebenenfalls kann das elastomere Polyurethan mit einem dünnen Außenüberzug auf einem elastomeren Material beschichtet sein, um die Ionisierung der' Atmosphäre innerhalb und um den Kontaktbereich minimal zu halten.

Der Ausdruck "vorspannbares Übertragungselement" oder "vorspannbare Übertragungswalze bzw. -rolle" bedeutet eine Walze oder eine Rolle, die mit einer leitfähigen Trägeroberfläche zusammenwirkt, um elektrisch geladene Tonerteilchen von der Tragerob^i fläche in Richtung auf das Element -anzuziehen. Eine vorspannbare Übertragungswalze ist insbesondere eine Walze, die elektrisch mit einer photoleitfähigen Platte zusammenwirkt, wenn sie in Kontakt damit gebracht v/ird, um geladene Tonerteilchen von der Platte in Richtung auf die Walze anzuziehen. Auf diese Weise werden die entwickelten Bilder von dem Photoleiter auf ein Endträgermaterial wie Papier oder ein ähnliches Material übertragen.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht im Teilquerschnitt, wo die Bauweise einer vorspannbaren Übertragungs-

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walze dargestellt ist, wobei ein elastomeres Polyurethan, das einen ionischen Zusatzstoff enthält, auf ein leitfähiges Substrat aufgebracht wurde.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht im Teilquerschnitt, wo der Aufbau einer Vorspannübertragungswalze dargestellt ist, die eine elastomere, elastische Schicht oder entspannbare Zwischenschicht,auf dem leitfälligen Substrat aufgebracht, und eine relativ dünne Außenschicht besitzt, wobei die entspannbare Schicht ein elastomeres Polyurethan ist, das einen ionischen Zusatzstoff enthält.

Die erfindungsgemäßen vorspanzibareii Übertragungseleraenbe können in einer Reihe von sierographischen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen ein Übertragungselement und insbesondere eine vorspannbare Übertragungswalze verwendet wird j um elektrisch mit einer photoleitfähigen Platte zusammenzuwirken, wenn sie in Kontakt damit gebracht ist, um geladene Tonerteilchen von der Platte in Richtung auf die Walze anzuziehen. Die Verwendung solcher vorgespannten Walzenübertragungsmechanismen wird von Dolcimascolo et al in der US-PS 3 702 482 beschrieben. In dieser US-Patentschrift wird ein Übertragungselement beschrieben, das elektrisch mit einer leitfähig en Trägeroberfläche zusammenwirkt, um elektrisch geladene Teilchen von der Trägeroberfläche in Richtung auf das Element anzuziehen einschließlich eines leitenden Substrats, um ein einheitliches Vorspannpotential darauf zu tragen, einer Zwischenschicht, einer elastischen Schicht, die in Kontakt mit dem Substrat angebracht ist und einen solchen elektrischen spezifischen Widerstand besitzt, daß die Schicht das Vorspannotential von dem Substrat zu der äußeren Peripherie der Schicht leiten kann, und eines Außenüberzugs, der auf die Schicht aufgebracht ist und einen solchen elektrischen spezifischen Widerstand besitzt, daß die Ionisierung der Umgebungsatmosphäre minimal gehalten wird, wenn das Übertragungselement mit der Trägeroberfläche elektrisch zusammenwirkt. Ein Polyurethanmaterial,

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hergestellt von duPont Company unter dem Warenzeichen "Adiprene", wird in der genannten US-Patentschrift als Außenüberzug der Walze beschrieben, da dieses eine relativ glatte Oberfläche ergibt und relativ gute mechanische Abzieheigenschaften aufweist, bezogen auf die verwendeten Tonermaterialien. Das elastomere Material ist ungefähr 0,0063 cm (0,0025 inch) dick und besitzt eine Härte zwischen 15 und 25 Durometer; bevorzugt wird ein Polyurethankautschuk verwendet, der ungefähr 0,63 cm (0,25 inch) dick ist und bevorzugt einen spezifischen Widerstand zwischen 10^y und

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10 Ohm cm aufweist.

In Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Übertragungselements dargestellt und der Innenbau wird klar erläutert. Das Übertragungselement liegt als Walze vor und besteht grundsätzlich aus einem starren, hohlen Zylinder 2, der aus einem leitfähigen Metall wie Aluminium, Kupfer oder ähnlichem Metall hergestellt ist und auf das darauf angebrachte Vorspannpotential leicht anspricht. Über dem Kern 2 ist ein Überzug 4 aufgetragen, welcher aus einem elastomeren Polyurethan besteht, das einen Zusatzstoff enthält, welches den -^pazifischen Widerstand ändert oder reguliert, so daß er innerhalb des bevorzugten spezifischen Widerstandobereichs liegt. Der Außenüberzug 4, der aus dem elastischen, elastomer-en Material gebildet wird, ist bevorzugt 0,63 cm (0,25 inch) dick und besitzt . Härten zwischen ungefähr 40 Shore OO und ungefähr 40 Shore A und bevorzugt ungefähr 15 bis 25 Durometer. Wenn der Überzug 4 die Ionisierung der Atmosphäre in und um den Kontaktbereich des vorspannbaren Übertragungselements mit dem Photoleiter minimal hält und wenn er eine geeignete mechanische Stabilität besitzt und leicht zu reinigen ist, kann das elastomere Polyurethan, das den Zusatzstoff enthält, um den spezifischen Widerstand zu regulieren oder zu ändern, der äußerste Überzug auf dem vorspannbaren Übertragungselement sein. Es ist bevorzugt, daß das elastische, elastomere Polyurethan einen spezifischen Widerstand

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zwischen ungefähr 10' und 5,0 χ 10 Ohm cm besitzt. Dies erreicht man, indem man den Zusatzstoff zu dem Polyurethan zufügt, Erfindungsgemäß kann der Überzug auf dem leitfähigen Substrat aus mindestens einer Schicht aus einem elastoiaeren Polyurethan bestehen, das als Zusatzstoff eine Verbindung enthält, die den spezifischen Widerstand auf einen Wert innerhalb des bevorzugten spezifischen Widerstandsbereichs andere. Wenn man das vorspannbare Übertragungselement (Walze) mit dieser besonderen Klasse von Polyurethanen beschichtet, wird der spezifische Widerstand der vorapannbaren Übertragungswalze reguliert und die Empfindlichkeit des spezifischen V/Lderstands der vorspannbaren Übertragungswalze wird ebenfalls in Beziehung auf die Änderungen in der relativen Feuchtigkeit reguliert,und insbesondere wenn das erfindungsgemäßa Polyurethan ein hydrophiles Polyurethan ist, wird die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands stark vermindert, wenn Änderungen in der relativen Feuchtigkeit auftreten* Der spezifische Widerstand der elastomeren Polyurethane, die Zusatzstoffe enthalten, um den spezifischen Widers band zu regulieren und die bevorzugt quaternäre Ammoniumverbindungen als Zusatzstoffe enthalten und die als Außenüberzug der vor spannbar cn Üb-.rtragungsclenkr-.rLe von Fig, 1 verwendet werden, ist gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit weniger empfindlich, verglichen mit ela-storaaren Polyurethanen, die nicht mit solchen Zusatzstoffen behandelt wurden. Beispiele von elastomeren PoIyurethannaterialier., die erfindungsgemäß Zusatzstoffe darin eingearbeitet enthalten, um den spezifischen Widerstand zu regulieren, v/erden im folgenden angegeben.

In Fig, 2 ist eine Schnittansicht einer vorspannbaren Übertragungswalze dargestellt und in Fig. 2 wird der Innenbau erläutert. Es wird ein starrer, hohler Zylinder 2 gezeigt, der aus einem leitfähigen Metall hergestellt ist \cLe in Fig.1, das fähig ist, auf ein Vorspannpotential anzusprechen, wenn

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es darauf angelegt wird. Über dem starren, hohlen Zylinder ist eine relativ dicke, elastische Zwischenschicht 6 aus Gin-'iia elastomere!! Polyurethanmaterial angebracht, das einen Zusatzstoff enthält, um den spezifischen Widerstand zu regulieren und das eine Härte zwischen ungefähr 40 Shore OO und ungefähr 40 Shore A besitzt. Das elastomere Polyurethan kann z\*ischen ungefähr 0,317 und ungefähr 1 ,587 cm (0_s1?-5 und 0,625 inch) dick sein und ist bevorzugt 0,63 cm (θ_ε25 inch) f 11 f-Ii \md es besitzt eine Elastizität, die ausreicht, daß Dich die Walze deformieren kenn, wenn sie in bewegonc "Xi Kentakt mit der photoleitfähigen. Trornaeloberf lache kommt₉ um einen ausgedehnten Kontaktbereich zu. ergeben« in ο^m die Tonerteilchen zwischen den sich berührenden Körpern übertragen werden können. Die Zv/iGehenschicht 6, die mit der Schicht 4 in Fig. 4 vergleichbar* ist, sollte schnell auf das Vorspannpotential ansprechen, um das geladene Potential von dein Kern zu den äußeren Teilen der Walzenoberfläche elektrisch zu übertragen bzw. zu leiten. Die Schicht sollte daher einen spezifischen Widerstand zwischen ungefähr 10^f und 5,0 χ 10 0hm cm und bevorzugt ungefähr 10^ bis ungefähr 10 0hm cm besitzen. Über die Zwischenschicht 6 wird ein relativ dünner Außenüberzug 8 aufgebracht, der entsprechend wie bei den bekannten vorspannbaren Übertragungswalze aus einem elastomeren Material bestehen kann wie einem Polyurethan mit einem spezifischen Widerstand zwischen

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10 ^ und 10 0hm cm und der bevorzugt eine Dicke von ungefähr 0,0063 cm (0,0025 inch) und eine Härte von ungefähr 6p bis 75 D Durometer besitzt. Die Ionisierung der Atmosphäre in und um den Kontaktbereich wird dementsprechend minimal gehalten, wie es bereits oben im Hinblick auf den spezifischen Widerstand des Außenüberzugs erläutert wurde.

Die Außenschicht 8, die ebenfalls als selbst-nivellierende bzw. ausregelnde Schicht bekannt ist, ist ein undichter Isolator und ist im allgemeinen wegen ihrer wesentlich hö-

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heren Widerstandswerte ausgewählt, verglichen mit denen der elastischen Schicht (entspannbaren Schicht) 6. Zusätzlich enthält die Außenschicht 8 Materialien oder steht so in Beziehung zu der entspannbaren Schicht 6, daß Ladungen, die auf die Außenoberfläche der Schicht 8 aufgebracht werden, im allgemeinen bei einer Umdrehung der Walze gelöscht werden. Die Schicht 8 wirkt ebenfalls als dünne Isolierschicht, um die elastische Schicht 8 während des Lufteinfalls zu schützen, den Stromfluß durch die Walze zu vermindern und damit die Walzenoberfläche leicht zu reinigen ist. Wann das entspannbare Material, d.h. das elastische, elastomere Polyurethan, mit dem erfindungsgemäßen Zusatzstoff, der den spezifischen Widerstand ändert, dauerhaft ist und gereinigt werden kann, ist die Schicht 8 nicht erforderlich und die Walze von Fig. 1 kann als vorspannbares Übertragungselement verwendet v/erden. Erfindungsgemäß wird die Empfindlichkeit gegenüber relativer Feuchtigkeit des spezifischen Widerstands wesentlich vermindert, und die Außenschicht 8 muß nicht als Feuchtigkeitsgrenzschicht wirken, um Änderungen in dem spezifischen Widerstand in der elastischen Schicht. 8, bedingt durch Änderungen in der relativen Feuchtigkeit, zu vermeiden. Wenn d^e erfindungsgesäßen vor^pannbaren Übertragungselemente mit mindestens einer Schicht aus einem elastomeren Polyurethan beschichtet sind, welches darin erfindungsgemäß Zusatzstoffe einverleibt enthält, so wird der spezifische Widerstand reguliert, und selbst wenn starke Änderungen in der relativen Feuchtigkeit auftreten, ist die spezifische Widerstandsempfindlichkeit vermindert.

Alle elastomeren Polyurethane, die eine gewünschte Härte besitzen, können bei der vorliegenden Erfindung verwendet v/erden, solange der spezifische Widerstand des Polyurethans innerhalb des gewünschten spezifischen Widerstandsbereichs

7 eingestellt werden kann, d.h. von ungefähr 10' bis ungefähr

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5,0 χ 10 Olim cm. Einstellung, Änderung oder Kontrolle des spezifischen Widerstands soll bedeuten, daß der spezifische

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Widerstand vermindert oder verkleinert wird oder erhöht wird auf den gewünschten Wert. Die ionischen Zusatzstoffe- können ebenfalls verwendet werden, um den spezifischen Widerstand dieser Polyurethanelastaineren zu ändern oder zu regulieren, die zwar Widerstände innerhalb des gewünschten Bereichs besitzen, wo es aber wünschenswert erscheint, den spezifischen Widerstand innerhalb dieses Bereichs zu erhöhen oder zu erniedrigen. Die elastomeren Polyurethane können solche sein, die in ihrer Natur hydrophil oder hydrophob sind.

Die erfindungsgemäßen elastomeren Polyurethane zur Herstellung von vorspannbaren Übertragungselementen durch Beschichten eines leitfähigen Substrats zum Tragen eines- einheitlichen Vorspannpotentials daran mit mindestens einem Überzug aus einem elastomeren Polyurethan können solche sein, die allgemein als hydrophil in ihrer Natur bezeichnet werden und die die Neigung besitzen, Wasser anzuziehen, zu absorbieren und/oder zu halten. Charakteristisch für diese Klasse von Polyurethanen sind die üblichen Polyurethane auf Polyestergrundlage, beispielsweise Polyäthylensebacat-polyurethan. Die Monomeren, die am häufigsten in Polyestern für die UretLanpolymeren dieser Klasse.verwendet werden, sind Adipinsäure, Phthalsäureanhydrid, Äthylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Butylenglykol, 1,4-Butylenglykol und Diäthylenglykol. Verzweigte Polyester, die für Monomere bei der Synthese von Polyurethanen der Klasse, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, verwendet werden können, umfassen die Triole wie 1,2,6-Hexantriol, Trimethylolpropan und 1,1,1-Trimethyloläthan.

Die Polykondensationsreaktionen, die zur Bildung der elastomeren erfindungsgemäßen Polyurethane führen, werden durch eine zahl von Faktoren beeinflußt, hauptsächlich durch die Struktur des Isocyanats, einschließlich sej.n«r Funktionalität und der Art und der Stelle der Substituenten, der Struktur der Polyhydroxyverbindung, dem verwendeten Lösungsmittel

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und der Verdünnung des Systems,der Anwesenheit von Verunreinigungen und der Temperatur, insbesondere über ungefähr 100⁰C. Man kann diese Parameter leicht einstellen, um geeignete elastomere Polyurethane herzustellen, die die oben beschriebenen Eigenschaften besitzen, die für die Ausführungsforman, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, erforderlich sind. Es ist diese Klasse elastomerer Polyurethane, d.h. die hydrophilen elastomeren Polyurethane, bei denen die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit stark vermindert wird, wenn die erfindungsgemäßen Zusatzstoffe und insbesondere ionische Zusatzstoffe wie quaternäre Ammoniumverbindungen als Zusatzstoffe darin enthalten sind. Der Ausdruck "wesentliche Verminderung in der Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit" bedeutet eine Verminderung in der Empfindlichkeit von mindestens ungefähr 1O?o. Verminderungen in der relativen Feuchtigkeitsempfinalichkeit von mehr als 50ί?ό können mit den erfindungsgemäßen Verfahren und Massen erreicht v/erden.

Die relativen Feuchtigl^itseppfindllchkeiter) der erfindungsgemäßen elastomeren Polyurethane, die zur Herstellung von vorspannbaren Übertragungselementen verwendet werden, wobei man ein leitfähiges Substrat, das ein einheitliches Vorspannpotential daran tragen soll, mit mindestens einem Überzug aus dem erfindungsgemäßen elastomeren Polyurethan beschichtet, v/erden erhalten, indem man den spezifischen Widerstand des elastomeren Polyurethans bei einer relativen Feuchtigkeit von 10% und bei einer relativen Feuchtigkeit von 8O?6 mißt. Das Verhältnis des spezifischen Widerstands bei einer relativen Feuchtigkeit von 10$ zu dem spezifischen Widerstand bei einer relativen Feuchtigkeit von 80% ist die relative Feuchtigkeitsempfindlichkeit. Die relative Feuchtigkeitsempfindlichkeit wird ebenfalls als relativer Feuchtigkeits-"Swing" bzw. relativer Feuchtigkeitsausschlag bezeichnet.

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Zusätzlich zu einem relativ niedrigen Feuchtigkeitsswing sollen die elastomeren Polyurethane, die für vorspannbare Übertragungselemente geeignet sind, ebenfalls einen spezifischen Widerstand zwischen ungefähr 10 und 10 Ohm cm besitzen. Wenn die elastomeren Polyurethane einen spezifischen Widerstand aufweisen, der höher oder niedriger ist als der gewünschte spezifische Widerstand, muß der spezifische Widerstand durch Zugabe eines geeigneten Zusatzstoffes oder einer Mischung aus Zusatzstoffen eingestellt werden, die verwendet werden, um den spezifischen Widerstand eines besonderen Polyurethans einzustellen. Beispielsweise kann ein besonderes elastomeres Polyurethan einen spezifischen Wider-

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stand von 10 Ohm cm besitzen. Wenn man erfindungsgemäß beispielsweise eine quaternäre Ammoniumverbindung verwendet, so

14 kann der spezifische Widerstand von 10 auf einen Wert in-

8 ή Ohm cm nerhalb des Bereichs von 10 bis 10 /vermindert werden. Wie oben angegeben, besitzen diese Zusatzstoffe ebenfalls günstige Wirkungen auf die RH-Empfindlichkeit.

Andere elastomere Polyurethane, die für die Herstellung der vorspannbaren Übertragungselemente geeignet sind und deren spezifischer Widerstand durch Einarbeitung bestimmter ionischer oder polarer oder anderer Zusatzstoffe reguliert werden kann, sind solche, die als "hydrophob" in ihrer Natur bezeichnet werden und hauptsächlich.eine· Kohlenwasserstoffstruktur mit einigen polaren Gruppen für die Absorption von Wasser enthalten. Die Eigenschaften dieser Klasse von Polyurethanen werden in der deutschen Patentschrift

(Patentanmeldung P mit der Case Nr.

26 637, die am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wird) beschrieben. Der Ausdruck "hydrophob" bedeutet die Klasse von Polyurethanen, die eine chemische Struktur auf v/eisen, die keine Bindungen mit bildet oder mit V/asser wesentlich zusammenwirkt, d.h. wegen ihrer Funktionalität schließen sie das Wasser im wesentlichen aus.

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Beispiele von hydrophoben, elastomeren Polyurethanen sind das Reaktionsprodukt von Polybutadienpolyol und einem Diisocyanat; das Reaktionsprodukt von Rizinusöl und 2,4-Tolylen-diisocyanat; das Reaktionsprodukt von Diisocyanat und Polyalkylenätherglykol; das Reaktionsprodukt von Diisocyanat und dem Polyester einer dinieren Säure mit endständigen Hydroxygruppen, und das Reaktionsprodukt von Diisocyanat und einein Butadien-Acrylnitril-Copolymeren mit endständigen Hydroxygruppen.

Die Zusatzstoffe, die erfindungsgemäß in die elastomeren Polyurethane für die Regulierung des spezifischen Widerstands eingearbeitet werden können, können ionisch oder polar sein oder es können Mischungen davon verwendet werden, und Beispiele hierfür sind organische Farbstoffe, organische Pigmente, organische Salze, Polyelektrolyten, anorganische Salze, Weichmacher, anorganische Pigmente, Metallteilchen und Ladungsübertragungskomplexe oder Materialien, die Ladungsübertragungskomplexe mit dem elastomeren Polyurethan ergeben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird durch die Zusatzstoffe nicht nur der spezifische Widerstand der elastomeren Polyurethane, die zum Beschichten des leitfälxigen Substrats eine3 vorapannbaren Übertragungselements verwendet v/erden, reguliert, sondern die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands von der Klasse von elastomeren Polyurethanmateria-Xien, die als "hydrophile" elastomere Polyurethane beschrieben wurden, wird ebenfalls wesentlich vermindert. Beispiele hierfür sind die bekannten elastomeren Polyurethane auf PoIyestergrundlage wie solche, die sich von Sebacinsäure und Diäthylenglykol ableiten. Erfindungsgemäß kann irgendeine Menge an Zusatzstoff verwendet werden, die ausreicht, um den spezifischen Widerstand des elastomeren Polyurethans auf geeignete Grenzen einzustellen, bevorzugt von höheren oder niedrigeren Werten des spezifischen Widerstands auf einen spezifisehen Widerstand im Bereich von ungefähr 10' bis ungefähr 5,0 χ 10 Ohm cm oder innerhalb des Bereichs selbst. Die am mei-

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sten "bevorzugte Menge an Zusatzstoff, die in die elastomeren Polyurethane eingearbeitet v/erden kann, beträgt ungefähr 0,01 bis ungefähr 6,0 Gew.%, bezogen auf das Gewicht des elastomeren Polyurethans. Höhere Mengen an Zusatzstoff können zur Regulierung des spezifischen Widerstandes verwendet werden, die einzige Begrenzung ist die, daß das elastomere Polyurethan den gewünschten spezifischen Widerstand besitzt, so daß es als Beschickungsmaterial für ein leitfähiges Substrat eines vorspannbaren Übertragungselements verwendet werden kann.

Damit ein Zusatzstoff für die Verminderung des spezifischen Widerstands eines elastomeren Polyurethans erfindungsgemäß geeignet ist, muß der Zusatzstoff in dem elastomeren Polyurethan löslich oder dispergierbar sein. Die Zusatzstoffe können den Polyurethanmaterialien auf irgendeine geeignete Weise einverleibt werden; man kann ihn in dem Polyurethan vermählen, eine Lösung oder Dispersion des Zusatzstoffs in einem geeigneten Lösungsmittel oder Dispersionsmittel zu dem Polyurethan zufügen oder ein anderes Verfahren verwenden. Die bevorzugten Zusatzstoffe sind solche, die in dem Polyurethan löslich sind. Die erfindungsgemäßen Zusatzstoffe dürfen ebenfalls in der wirksamen Menge, die in der Polyurethan eingearbeitet wird, um den spezifischen Widerstand auf den geeigneten Wert zu erniedrigen oder zu erhöhen, keine Gelbildung des Polyurethans verursachen.

Beispiele von Zusatzstoffen, die verwendet werden können, um den spezifischen Widerstand der elastomeren Polyurethane erfindungsgemäß zu regulieren (zu erhöhen oder zu erniedrigen), umfassen organische Farbstoffe, die in ihrer Natur ionisch oder polar sind, wie Rhodamine B (C.I.Nr.45170) und lösliche Derivate von Kupferphthalocyanin. Beispiele geeigneter organische Pigmente, die verwendet werden können, um den spezifischen Widerstand zu regulieren, umfassen Ruß und kohlenstoffhaltige Fasern. Bei der vorliegenden Erfindung

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sind die organischen Salze im allgemeinen bevorzugt und Beispiele hierfür sind quaternäre Ammoniumverbindungen.

Beispiele von quaternären Ammoniumverbindungen, die zur Kontrolle oder Regulierung des spezifischen Widerstands der elastomeren Polyurethane und für die Verminderung der Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands der hydrophilen Polyurethane gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit verwendet werden können, umfassen Tetraheptylammoniumbromid, Trimethyloctadecyl-ammoniumchlorid, Benzyltrimethyl-aainoniumchlorid u.a. Im allgemeinen können die meisten Reaktionsprodukte von tertiären Aminen mit Alkylhalogeniden erfindungsgernäß verwendet werden,wobei das Reaktionsprodukt die folgende Formel besitzt:

j^{2 +} R₁ - N₄ - R₃ X-

^R4
worin

R., Rp, R^ und Rr gleich oder unterschiedlich sein könner·, substituiert oder unsubstituiert eein können, verzweigtkettig oder geradkettig sein können und gesättigt oder ungesättigt sein können und

X irgendeins der Halogenatome und bevorzugt Brom . oder Chlor bedeutet.

Eine oder mehrere der Gruppen R können ebenfalls eine cyclische Struktur besitzen wie eine Phenyl- oder Benzylstruktur· u.a.

Polyelektrolyten, wie die Salze von Acrylsäure, Acrylsäurecopolymere und sulfoniertes Polystyrol u.a. können ebenfalls in den elastoneren Polyurethanen als Zusatzstoffe verwendet werden, um den spezifischen Widerstand erfindungsgemäß zu regulieren. Beispiele anorganischer Salze, die als Zusatzstoffe für die Regulierung des spezifischen Widerstands der

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elastomeren Polyurethan verwendet v/erden können, sind Lithiumiodid, Lithiumthiocyanat, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Kupfer(I)-chlorid u.a.

Weichmacher können ebenfalls verwendet werden, um den spezifischen ΐ/iderstand der elastomeren Polyurethane zu regulieren wie auch . . um die Empfindlichkeit zu regulieren. Beispiele geeigneter Weichmacher sind Dioctylphthalat, Trieresylphosphat, chlorierte Polyphenyle, Triphenylphosphat, Hexamethylphosphoramid und N-Ä'thyl~toluolsulfoamid u.a. Anorganische Pigmente wie Bariumtitanat, Asbest, Cadmiumsulfid und Cadmiumsulfocyamid u.a. sind ebenfalls als Mittel, um den spezifischen Widerstand zu regulieren, erfindungsgemäß wirksam.

Metallteilchen wie Kupfer, Silber, Nickel u.a. können erfindungsgemäß in die Polyurethane ei&gearbeitet werden, um den spezifischen Widerstand zu regulieren.

Beispiele von anderen Zusatzstoffen, die zur Regulierung des spezifischen Widerstands erfindungsgemäß verwendet werden könne·:·]., sind die Ladungsüber+ragu^gskomplexe, beispielsweise Morpholinium-1etraeyanochinodimethan, Tetracyanochinodimethan (TCNO), Lithium-tetracyanochinodimethan, Chloranildimethylanilin u.a.

Erfindungsgemäß können ebenfalls andere Zusatzstoffe, die die relative Feuchtigkeitsempfindlichkeit oder den Ausschlag oder den spezifischen Widerstand der Polyurethane allgemein nicht stören, verwendet v/erden. Diese umfassen bestimmte Weichmacher (wie sie oben erwähnt wurden), Antioxydantien u.a.

Wie oben beschrieben, liegt die Härte der elastomeren erfindungsgemäßen Polyurethane zwischen ungefähr 40 Shore OO und ungefähr 40 Shore A und bevorzugt beträgt sie ungefähr 10 bis

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20 Shore A. Die Kontrolle der Harte kann leicht erfolgen, und die Härte kann durch solche Parameter wie durch Änderung der verwendeten Reaktionsteilnehmer und die Verwendung der verschiedenen Zusatzstoffe wie Weichmacher reguliert werden.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren beschrieben, .um den spezifischen Widerstand eines vorspannbaren Übertragungselements zu regulieren.. Es wird ebenfalls ein Verfahren beschrieben, um die Empfindlichkeit des Widerstands der hydrophilen, elastomeren Polyurethane gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit zu regulieren, indem man ein leitfhäiges Substrat, das ein einheitliches Vorspannpotential daran tragen kann, mit mindestens einer Schicht aus einem hydrophilen, elastomeren Polyurethan beschichtet, das darin einen Zusatzstoff enthält, um den spezifischen Widerstand zu regulieren, und bevorzugt eine quaternäre Ammoniumverbindung darin enthält und einen spezifischen Widerstand von ungefähr 10 bis ungefähr 5,0 χ 10¹¹ Ohm cm besitzt. Der RH-Swing bzw. Ausschlag wurde oben erläutert. Der Überzug kann auf das Substrat nach irgendeinem geeigneten Verfahren aufgebracht werden einschließlich Aufsprühen, Gießen in Zormen, Befestigung oder Verkleben von Bahnenmaterialien oder Folien aus den Materialien auf dem Substratelement durch geeignete mechanische Maßnahmen oder durch geeignete Klebstoffe u.a.

Die folgenden Beispiele erläutern die elastomeren Polyurethanmaterialien, die zur Herstellung der vorspannbaren Übertragungselemente und für die Kontrolle des spezifischen Widerstands eines vorspannbaren Übertragungselements verwendet werden können. Weiterhin \?erden die unerwarteten Ergebnisse erläutert, die man bei der Kontrolle der Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit erhält.

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Probenhera teilung

Platten aus dem besonderen elastomeren Polyurethan, das untersucht werden soll, werden zu Folien von einer Dicke von ungefähr 0,317 cm (0,125 inch) vergossen. Proben aus den verschiedenen vergossenen Materialien werden in Kammern mit regulierter Feuchtigkeit während einer vorbestimmten Anzahl von Tagen gegeben. Ein Satz von Kammern wird bei einer relativen Feuchtigkeit von 10% gehalten und ein anderer Satz von Kammern wird bei einer relativen Feuchtigkeit von 80% gehalten. Die Proben werden in den Kammern auf solche Weise angebracht, daß beide Seitsn der Atmosphäre ausgesetzt sind. Auf diese Weise nehmen die Proben innerhalb von 14 Tagen Wasser sehr nahe an den Gleichgewichtsmengen auf. Die spezifischen Widerstände werden nach Standardverfahren bestimmt, wobei man eine Wechselstrombrücke, Relaxationsverfahren und Verfahren im stetigen Zustand zur Bestimmung des spezifischen Widerstands verwendet. Diese Verfahren sind gut bekannt. Beispielsweise wird bei dem Entspannungsbzw. Relaxationsverfahren zur Bestimmung des spezifischen Widerstands ein kalibrierter Taster mit bekanntem beta verwendet und dieser wird auf die Vorspannwalze oder die PlattenoLerflctche aufgebracht. Ein bekanntes Potential wird auf die andere Seite der Platte oder der Oberfläche angelegt und die Ladungsentspannung durch das Polyurethan wird gemessen, indem man den Anstieg in dem Tasterpotential verfolgt. Dies erfolgt üblicherweise unter Verwendung eines Speicherungsoszilliskops.

Der spezifische Wechselstromwiderstand wurde bei 1000 Hz unter Verwendung einer General Radio Modell 1615A-Kapazitätsbrücke und eines Typ 1690 A(Hartshorn Typ)dielektrisehen Probenhalters gemessen. Die Proben sind mit der Matrize ausgeschnittene Scheiben mit einem Durchmesser von 5,08 cm (2 inch). Zinnfolienelektroden werden auf die Proben aufgebracht.

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Die spezifischen Widerstände, bestimmt bei 1Obiger und 8O?5iger relativer Feuchtigkeit, v/erden aufgezeichnet. Für die im folgenden angegebenen Beispiele wird das Verhältnis des spezifischen Widerstands bei 1Obiger relativer Feuchtigkeit zu dem spezifischen Widerstand bei SO&Lger relativer Feuchtigkeit bestimmt. Das entstehende Verhältnis wird als RH-Empfindlichkeit oder RH-Swing bezeichnet und in der folgenden Tabelle I als RH-Empfindlichkeit angegeben, wo die spezifischen Widerstände bei 1Obiger und bei 80%iger relativer Feuchtigkeit ebenfalls für die verschiedenen untersuchten Proben aufgeführt sind.

Beispiele 1 und 2

Polyurethan, hergestellt aus Polybutadienpolyol mit endständigen Hydroxygruppen (Acr-o-Polyolharz, erhältlich von Aero Chemical Co.) und einem Diisocyanat (DDI 1420, erhältlich von General Mills) wie in Tabelle I, Beispiel 1, angegeben, wird verwendet. Das Polybutadienpolyol ist in einer Menge von ungefähr 80 Gew.?S in dem Produkt vorhanden und das Diisocyanat ist in einer Menge von ungefähr 20 Gevr.% in dem Produkt vorhanden. Die Bestandteile werden in Anwesenheit von 1,2 Gevr.% bekannter Katalysatoren bei 1CO^VC vermisent. Die spezifischen Widerstände werden wie oben beschrieben bei den beiden angegebenen relativen Feuchtigkeiten gemessen und die relative Feuchtigkeitsempfindlichkeit wird nach einer Gleichgewichtszeit von 14 Tagen in einer relativen Feuchtigkeit skammer bestimmt.

Ein Zusatzstoff, Tetraheptyl-ammoniumbromid, wird zu dem Produkt, das wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt wurde, in Mengen von 1 bzw. 2 Gew.% zugefügt. Die Verminderung in dem spezifischen Widerstand des Polyurethanelastomeren ist in Tabelle I angegeben. Man beobachtet keine Verminderung in der RH-Ernpfindlichkeit.

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Beispiele 3 und 4

Ein hydrophobes, elastomeres Polyurethan wird aus Rizinusöl (DB Öl, erhältlich von Baker Castor QiI Co.) und 2,4-Tolylendiisocyanat in einer Urnesterungsreaktion hergestellt. Die Komponenten werden -unter Erwärmen auf 60 bis 65 C vermischt. Die spezifischen Widerstände der Polyurethane werden gemessen und die RH-Eiapfindlichkeit wird bestimmt. Die Gleichgewichtszeit in Tagen ist ebenfalls in der folgenden Tabelle I angegeben. Die Härte beträgt 16 Shore A. Beispiel 4 wird entsprechend Beispiel 3 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß V/o und 2% Tetraheptyl-ammoniumbroinid-Zusatzstoff verwendet werden, um den spezifischen Widerstand der entsprechenden Polyurethane zu regulieren. Die" Verminderung im spezifischen Widerstand unter Verwendung der entsprechenden Mengen an Zusatzstoff geht klar aus der folgenden Tabelle I hervor wie auch die redultierende Verminderung in der RH-Erapfindlichkeit.

Beispiele 5 und 6

Ein Polyurethan auf Polyestergrundlage, hergestellt aus dem Reaktionsprodukt von Spbacinsäure und Diäthylenglykol, wird zu 0,317 cm (0,125 inch) dicken Platten wie oben beschrieben vergossen. Die spezifischen Widerstände der elastomeren Polyurethane werden bei 10^iger und 80%iger Feuchtigkeit nach einer Gleichgewichtszeit von 14 Tagen in den Feuchtigkeitskammern bestimmt. Die RH-Empfindlichkeit für diese elastomeren Polyurethane wird nach dem Wechselstromverfahren bestimmt. Beispiel 6 wird entsprechend Beispiel 5 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß 0,02% Tetraheptyl-ammoniumbromid als Zusatzstoff zu dem Polyurethan auf Polyestergrundlage zugegeben werden, um den spezifischen Widerstand des Polyurethans zu regulieren. Die Verminderung im spezifischen Widerstand durch die Verwendung des Zusatzstoffs ist in der folgenden Tabelle I angegeben. Die relative Feuchtigkextsempfindlichkeit des Polyurethans auf Polyestergrundlage, das das Tetraheptyl-ammoniumbromid als Zusatzstoff enthält, wird ebenfalls

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■bestimmt. Ein Vergleich der relativen Feuchtigkeltsempfindlichkeit ten des Polyurethans auf Polyestergrundlage von Beispiel 5 mit dem Polyurethan auf Polyestergrundlage von Beispiel 6 zeigt, daß eine wesentliche Verminderung in der RH-Empfindlichke.it auftritt, wenn die quaternäre Ammoniumverbindung als Zusatzstoff verwendet wird, um den spezifischen Widerstand dieser elastoraeren Polyurethane, die in ihrer Natur hydrophil sind, zu regulieren.

Tabelle I

Feuchtigkeitsempfindlichkeiten verschiedener Polyurethan- ___ elastomerer . .

Bsp» Elastomer Spez.Widerstand bei der Zeit RH-

Nr. angegebenen relativen (Tage) Empfind-

Feuchtiffkeit lieh-

1Ö# ö6% keit

1 Polybd. - DDI 3,1 x 10¹⁴ 1,8 χ 10^iZt 14 1,7

2 Polybd. - DDI _{1n in}

a. V/o Zusatzstoff 4,1 χ 10^IU 2,4 χ 10^IU 14 1,7

b. 2% » 8,5 x 10⁹ 4,3 x 10⁹ 1,7

3 Rizinusöl - TDI 2,0 χ 10¹³ 4,6 χ 10¹² 6 4,3

auf Polyuretliangrundlage

4 wie 3 mit _{in Q}

a. V/o Zusatzstoff 3,1 χ 10^IU 9,4 χ 10^y 14 3,3

b. 2% " 1,1 χ 10¹⁰ 2,7 x 10⁹ 14 4,1

5 Polyester-poly- ^_n ρ urethan 2,2 χ 10^ιυ 4,7 χ 10° 14 47

6 wie 5 mit _{Q R}

0,02# Zusatzstoff 3,5 χ 10^y 1,7 χ 10^ö 14 21

Die obigen Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung. Es wird gezeigt, daß elastomere Polyurethane, die quaternäre Ammoniumverbindungen als Zusatzstoff enthalten, einen verminderten spezifischen Widerstand besitzen, wenn diese Verbindungen eingearbeitet werden. Weiterhin wird eine bemerkenswerte oder wesentliche Verminderung in der relativen Feuchtigkeitsempfindlichkeit der elastoraeren Polyurethane hydrophiler Natur beobachtet, wenn diese eine quaternäre

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Ammoniiünverbindung als Zusatzstoff einverleibt enthalten. Verwendet man die erfindungsgemäßen elastoraeren Polyurethane, so wird der spezifische Widerstand der Massen, die zur Herstellung vorspannbarer Übertragungseleiaente verwendet werden, vermindert. Der spezifische Widerstand von Vorspannübertragungswalzen mit einer elastischen, elastomeren Polyurethanschicht daran wurde erfindungsgemäß vermindert. Die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands der Vorspannübertragungswalze, die einen Überzug aus einem elastischen, elastomeren, hydrophilen Polyurethans darauf enthält, gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit ist ebenfalls wesentlich vermindert.

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Claims

25Ί7222

- 26 Patentansprüche

(Ί 7) Vorspannbares Übertragungselement, dadurch gekennzeichnet , daß es enthält: ein leitfähiges Substrat, um darauf ein einheitliches Vorspannpotential zu tragen, und mindestens einen Überzug aus einem elastomeren Polyurethan mit einem Zusatzstoff darin, um den spezifischen Widerstand des elastorneren Polyurethans zu reguliereiiy wobei der Überzug auf das leitfähige Substrat aufgebracht v/ird.

2. Vorspannbares Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich einen Außenüberzug enthält, der über dem elastomeren Polyurethanüberzug aufgebracht ist, v/obei das elastomere Polyurethan elastisch ist und der elastomere Polyurethanüberzug eine elastische Schicht bildet, die in Kontakt mit dem leitfähigen Substrat ist, wobei das elastomere Polyurethan einen elektrischen spezifischen Widerstand besitzt, der so ist, daß die Schicht ein Vorspannpotential von dem Substrat zu der Außenperipherie der Schicht leiten kann.

3· Vorspannbares Übertragungselement nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e· t , daß der Außenüberzug aus einem elastomeren Material mit einem spezifischen Wider-

10 15 stand zwischen ungefähr 10 und 10 ^ Ohm cm gebildet ist.

4. Vorspannbares Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der elastomere Polyurethanüberzug einen spezifischen Widerstand zwischen

7 11

ungefähr 10' und ungefähr 5,0 χ 10 0hm cm besitzt.

5. Vorspannbares Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elastomere Polyurethan eine Härte zwischen ungefähr 40 Shore OO und ungefähr 40 Shore A besitzt.

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6.. Vorspamibares Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Substrat, das einen überzug aus elastomerem Polyurethan enthält, aus einem leitfähigen Metall in Form eines endlosen Bandes gebildet ist.

7. Vorspannbares Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zusatzstoff für die Regulierung des spezifischen Widerstands enthält: polare oder ionische organische Farbstoffe, organische Pigmente, organische Salze, Polyelektrolyten, anorganische Salze, Weichmacher, anorganische Pigmente, Metallteilchen, Ladungsübertragungskomplexe und/oder Verbindungen, die Ladungsübertragungskomplexe mit den elastomeren Polyurethanen ergeben.

8. Vorspannbares Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elastomere Polyurethan ungefähr 0,01 bis ungefähr 6,0% Zusatzstoff enthält.

9. Vorspannbares Ü'bertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zusatzstoff eine quaternäre Aramoniumverbindung ist.

10. Vorspannbares Übertragungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das elastomere Polyurethan hydrophil ist und daß durch den Zusatzstoff für die Kontrolle des spezifischen Widerstands die Empfindlichkeit des Widerstands gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit wesentlich vermindert wird.

11. Verfahren zur Regulierung bzw. zur Kontrolle des spezifischen Widerstand eines vorspannbaren Übertragungselements, dadurch g e k enn zeichnet, daß man ein leitfähiges Substrat zum Tragen eines einheitlichen Vor-

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spannpotentials darauf mit mindestens einer Schicht aus einem elastomeren Polyurethan beschichtet, das mindestens einen Zusatzstoff darin einverleibt enthält, um den spezifischen Widerstand des elastomeren Polyurethans zu ändern.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch -gekennzeichnet , daß der spezifische Widerstand des elastomeren Polyurethans, das darin einverleibt einen Zusatzstoff

7 11

enthält, ungefähr 10' bis ungefähr 5,0 χ 10 Ohm cm beträgt.

13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der spezifische Widerstand erhöht ist.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der spezifische Widerstand " erniedrigt ist.

15· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß man dem elastomeren Polyurethan ungefähr 0,01 bis ungefähr 6,0% Zusatzstoff einverleibt.

16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß man das elastomere Polyurethan, das darin eine quatemäre Ammoniumverbindung als Zusatzstoff enthält, mit einem Außenüberzug beschichtet, wobei das elastomere Polyurethan eine elastische Schicht in Kontakt mit dem Substrat und einem solchen elektrischen spezifischen Widerstand besitzt, daß die Schicht fähig ist, ein Vorspannpotential von dem Substrat zu der Außenperipherie der. Schicht zu leiten.

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands des vorspannbaren Übertragungselements gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit durch Verwendung

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eines hydrophilen elastomeren Polyurethans und von einer quaternären Ammoniumverbindung als Zusatzstoff vermindert wird.

18. Übertragungsv/alze für das elektrische Zusammenwirken mit einer photoleitfähigen Platte, die,wenn-.sie in'Kontakt damit gebracht wird, geladene Tonerteilchen von der Platte in Richtung auf die Walze anzieht, dadurch gekennzeichnet , daß sie enthält: einen starren, zylindrischen Kern aus einem elektrisch leitfähigen Material mit mindestens einem Überzug aus einem elastischen, elastomeren Polyurethan, das darin einen Zusatzstoff enthält, um den spezifischen Widerstand des elastomeren Polyurethans zu regulieren.

19· Übertragungswalze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich einen elastischen Außenüberzug, aufgebracht auf dem elastomeren Polyurethan mit einem Zusatzstoff darin eingearbeitet enthält, wobei der Außenüberzug einen spezifischen Widerstand hat, durch den die Ionisierung der Umgebungsatmosphäre in und um die Kontaktr.one zwischen der Übergangswalze und der Dhoto-* leitfähigen Platte minimal gehalten wird.

20. Übertragungswalze nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß der Außenüberzug einen spezi-

10 fischen Widerstand zwischen ungefähr 10 und ungefähr

10¹⁵ Ohm cm besitzt.

21. Übertragungswalze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das elastische, elastomere Polyurethan,mit einer quaternären Ammoniumverbindung als Zusatzstoff darin eingearbeitet, einen spezifischen Wider-

7 11

stand zwischen ungefähr 10' und 5,0 χ 10 Ohm cm besitzt.

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I ΔΙ Δ

22. Übertragungswalze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß sie als Zusatzstoff für die Regulierung des spezifischen Widerstands enthält; polare oder ionische organische Farbstoffe, organische Pigmente, organische Salze, Polyelektrolyten, anorganische Salze, Weichmacher, anorganische Pigmente, Metallteilchen, Ladungsübergangskomplexe und Verbindungen, die mit dem elastomeren Polyurethan Ladungsüb ergangskoiap lexe ergeben.

23. Übertragungswalze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß in dem elastomeren Polyurethan ungefähr 0,01 bis ungefähr 6,0?£ Zusatzstoff eingearbeitet sind.

24. Übertragungsv/alze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzstoff eine quaternäre Amcioniumverbindung ist.

25· Übertragungswalze nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das elastomere Polyurethan hydrophil ist und daß der Zusatzstoff für die Kontrolle des Spezifik oh· :m Widerstands die Empfindlichkeit d?s specif!- ■ sehen Widerstands gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit wesentlich vermindert.

26. Verfahren zur Regulierung des spezifischen Widerstandes einer übertragungswalze, die elektrisch mit einer photoleitfähigen Platte zusammenwirkt, wenn sie damit in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet , daß man mindestens dem elastomeren Polyurethan einen Zusatzstoff einverleibt, um den spezifischen Widerstand zu ändern, und mindestens einen Überzug aus dem elastomeren Polyurethan, das den Zusatzstoff darin enthält, auf einen starren, zylindrischen Kern oder ein elektrisch leitfähiges Material aufträgt, die ein einheitliches Vorspannpotential daran tragen.

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27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß ungefähr 0,01 bis ungefähr 6,0% Zusatzstoff dem elastomeren Polyurethan einverleibt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich einen Außenüberzug aus einem elastomeren Polyurethan auf das elastomere Polyurethan, das den Zusatzstoff darin einverleibt enthält,aufbringt, wobei das elastomere Polyurethan, das den Zusatzstoff darin enthält, eine elastische Schicht besitzt mit einem solchen elektrischen spezifischen Widerstand, daß die Schicht das Vorspannpotential von dem leitfähigen Kern zu der äußeren Peripherie der Schicht leiten kann, und wobei der Außenüber-

10

zug einen spezifischen Widerstand von ungefähr 10 bis un-

15

gefähr 10 ^ 0hm cm aufweist und wobei die elastomere, elastische Polyurethanschicht einen spezifischen Widerstand von

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ungefähr 10' bis ungefähr 5»0 χ 10 0hm cm besitzt.

29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des elastomeren Polyurethans erhöht wird.

30. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , daß der spezifische Widerstand des elastomeren Polyurethans erniedrigt wird.

31. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeit des spezifischen Widerstands der Übertragungswalze gegenüber Änderungen in der relativen Feuchtigkeit wesentlich vermindert wird, indem man ein elastomeres Polyurethan, das hydrophil ist und als Zusatzstoff eine quaternäre Amrnoniumverbindung enthält, verwendet.

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