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WO2008035647A1 - Carbon-black-dispersed polyamic acid solution composition, and process for producing semiconductive polyimide resin belt therewith - Google Patents

Carbon-black-dispersed polyamic acid solution composition, and process for producing semiconductive polyimide resin belt therewith Download PDF

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Publication number
WO2008035647A1
WO2008035647A1 PCT/JP2007/068033 JP2007068033W WO2008035647A1 WO 2008035647 A1 WO2008035647 A1 WO 2008035647A1 JP 2007068033 W JP2007068033 W JP 2007068033W WO 2008035647 A1 WO2008035647 A1 WO 2008035647A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
carbon black
polyamic acid
acid solution
solution composition
dispersed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2007/068033
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Naoki Nishiura
Takashi Kuraoka
Toru Murakami
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gunze Ltd
Ube Corp
Original Assignee
Gunze Ltd
Ube Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gunze Ltd, Ube Industries Ltd filed Critical Gunze Ltd
Priority to CN200780034653XA priority Critical patent/CN101517000B/zh
Priority to HK10101093.2A priority patent/HK1133669B/xx
Priority to JP2008535341A priority patent/JP5441408B2/ja
Priority to KR1020097005543A priority patent/KR101449694B1/ko
Priority to EP07807437.4A priority patent/EP2072580B1/en
Priority to US12/441,980 priority patent/US8303852B2/en
Publication of WO2008035647A1 publication Critical patent/WO2008035647A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/02Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C41/04Rotational or centrifugal casting, i.e. coating the inside of a mould by rotating the mould
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
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    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/1067Wholly aromatic polyimides, i.e. having both tetracarboxylic and diamino moieties aromatically bound
    • C08G73/1071Wholly aromatic polyimides containing oxygen in the form of ether bonds in the main chain
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/04Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain; Polyhydrazides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08L79/08Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • GPHYSICS
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    • G03G15/14Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base
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    • G03G15/162Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer using at least one intermediate support details of the the intermediate support, e.g. chemical composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/002Physical properties
    • C08K2201/006Additives being defined by their surface area

Definitions

  • Carbon black-dispersed polyamic acid solution composition and method for producing semiconductive polyimide resin belt using the same Carbon black-dispersed polyamic acid solution composition and method for producing semiconductive polyimide resin belt using the same
  • the present invention relates to a carbon black-dispersed polyamic acid solution composition that is a raw material for a semiconductive polyimide belt, and a method for producing a semiconductive polyimide belt using the same.
  • the semiconductive polyimide belt obtained by the production method is used as an intermediate transfer belt for an electrophotographic copying machine, a printer, a facsimile, a composite machine of these, a digital printing machine and the like equipped with a color image forming apparatus.
  • a carbon black-dispersed polyamic acid solution composition which is a raw material for an intermediate transfer belt, is usually dispersed and mixed by adding carbon black to a polyamic acid solution obtained by polymerizing tetracarboxylic dianhydride and diamine.
  • a polyamic acid is a high molecular weight solution having a weight average molecular weight of 30000 or more from the viewpoint of film forming property of the belt. Therefore, polyamic acid resin has limited solubility in organic polar solvents and cannot be highly concentrated! / (For example, as solid content concentration in solution! /, Up to 20% by weight)! / There was a drawback.
  • Patent Document 1 exemplifies a conductive polyimide seamless belt in which powder resistance such as acetylene black and ketjen black is relatively small! /, Conductive carbon black force S, and dispersed in polyimide resin. I'm going.
  • this conductive carbon black significantly increases the adsorption and retention of polyamic acid and solvent, which causes problems such as increase in viscosity, deterioration in dispersibility, and deterioration in workability due to poor dispersion stability.
  • the intermediate transfer belt filled with the conductive carbon black has a problem that unevenness occurs in the formed image even when the volume resistivity value is set within a predetermined range. This is thought to be because, when this conductive carbon black is dispersed in a polyimide resin, the structure formation by primary aggregation and the conductive chain by secondary aggregation significantly affect the image.
  • Patent Document 2 there is provided a semiconductive belt obtained by blending 1 to 30 parts by weight of carbon black having one or more volatile components of 2% or more and less than 30% with respect to 100 parts by weight of the binder resin. It is disclosed. In addition, if the amount of carbon black exceeds 30 parts by weight, the formed semiconductive belt is brittle, and the inherent mechanical properties (here, toughness) of the binder resin are lost. Being! /
  • Patent Document 3 discloses a semiconductive polyimide belt using a conductive force-bon black containing 10 to 25% of a volatile component mainly composed of a volatile acid component. If the volatile content of the carbon black is less than 10%, it is described that the electric resistance value cannot be satisfied as a result of the poor dispersibility of the carbon black!
  • the surface has oxygen-containing functional groups such as a carboxyl group, a phenolic hydroxyl group, a quinone group, and a rataton group. Contains a lot. Therefore, it is known that the dispersibility in the polyamic acid solution is improved.
  • the volatile matter of the carbon black of the channel method is rich in impurities such as sulfur and undecomposed raw hydrocarbon (PAH) in addition to hydrogen and oxygen.
  • PAH undecomposed raw material hydrocarbons
  • PAH react with nitrogen oxides to form nitro compounds, which turn into polycyclic aromatic nitro compounds with strong carcinogenicity, so it is safe to use the channel method carbon black. From the viewpoint of safety and environmental compatibility.
  • carbon black of the oil furnace method is produced by thermally decomposing hydrocarbons in a reducing atmosphere in a high-temperature gas of 1400 ° C or higher where the fuel is burned. This is preferable because crystallites with significantly less impurities develop.
  • it has disadvantages such as carbon black agglomeration due to storage with poor dispersibility in a polyamic acid solution.
  • Patent Documents 4 to 7 for the purpose of producing carbon black suitable for applications such as liquid toner, ink, paint, etc., carbon black of the oil furnace method is modified and oxygen functionalized on the surface.
  • Various oxidation methods for providing groups have been reported.
  • Patent Document 1 JP-A-5-77252
  • Patent Document 2 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-309712
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-47451
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11 181326
  • Patent Document 5 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000 7937
  • Patent Document 6 JP 2000-290529 Noriyuki
  • Patent Document 7 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-40240
  • the object of the present invention is to use carbon black excellent in safety and environmental compatibility, and to provide fluidity and dispersion stability of carbon black dispersed in a polyamic acid solution.
  • An object of the present invention is to provide a carbon black-dispersed polyamic acid solution composition having excellent properties, high solid content concentration, high carbon concentration, and carbon black concentration.
  • Another object of the present invention is to provide a polyimide intermediate transfer belt capable of obtaining a transfer image. Means for solving the problem
  • the present inventor paid attention to the dispersibility of carbon black in a polyimide resin that is a matrix of the intermediate transfer belt in order to realize precise semiconductivity control in the intermediate transfer belt.
  • FIG. 2 is a photomicrograph reproducing the states (A) to (C).
  • A carbon black aggregates and resistance variation occurs at the micro level, resulting in image defect force S.
  • B the resistivity changes due to force mechanical or electrical stress that allows semiconductivity control with uniform dispersion.
  • C stable conductivity is exhibited, and the conductivity is almost determined by the powder resistance of carbon black.
  • the present inventors have oxidized carbon black by an oil furnace method to obtain carbon black having a high powder resistance in the range of 2 to 6% of volatile matter, and a polyamic acid solution composition in which this is dispersed. It was found that the product can be uniformly dispersed at a high concentration (about 20 to 30% by weight in the solid content). Further, when a belt formed by rotation using this polyamic acid solution composition is used as an intermediate transfer belt, it exhibits a desired uniform semiconductivity (surface resistivity 10 9 to 10 14 ⁇ / port) and high It has been found that a quality transfer image can be obtained. Based on this knowledge, further studies have been made and the present invention has been completed.
  • the present invention provides the following carbon black-dispersed polyamic acid solution composition and a semiconductive polyimide resin belt obtained using the polyamic acid solution composition.
  • Item [0020] Item 1. A polyamic acid solution obtained by reacting an approximately equimolar amount of biphenyltetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine, and a volatile content of 2 to 6% produced by an oil furnace method. A carbon black-dispersed polyamic acid solution composition containing carbon black, wherein the solid content concentration in the solution composition is 23% by weight or more, and the carbon black concentration in the solid content is 20 to 30% by weight. A carbon black-dispersed polyamic acid solution composition.
  • the pH of the carbon black is 2 to 3, the nitrogen adsorption specific surface area is 60 to 150 m 2 / g, the DBP absorption is 40 to; 120 ml / 100 g, and extraction of undecomposed raw hydrocarbon (PAH) Item 2.
  • Item 3 The carbon black-dispersed polyamic acid solution composition according to Item 1 or 2, wherein the carbon black is oxidized with an oxidizing agent containing ozone.
  • Item 4 The carbon black-dispersed polyamic acid solution composition according to Item 1, which is a polyamic acid solution having a polyamic acid weight average molecular weight of 30000 or less.
  • the biphenyltetracarboxylic dianhydride contains asymmetric 2,3,3 ′, 4, -biphenyltetracarboxylic dianhydride in an amount of about 10 to 80 mol%, and the aromatic diamine Item 2.
  • Item 6 A semiconductive polyimide in which the carbon black-dispersed polyamic acid solution composition according to any one of Items 1 to 4 is formed into a tubular product by a rotational molding method and imidized by heat treatment.
  • a method for producing a resin belt comprising:
  • the manufacturing method characterized by including.
  • Item 7. A semiconductive polyimide resin belt manufactured by the manufacturing method according to Item 6. [0027] Item 8. A semiconductive polyimide resin belt in which carbon black having a volatile content of 2 to 6% produced by an oil furnace method is uniformly dispersed in a polyimide resin, the polyimide resin being 70 to 80% by weight and A semiconductive polyimide resin belt comprising 20 to 30% by weight of the carbon black and having a surface resistivity of 10 9 to 10 1 4 ⁇ / mouth.
  • Item 9 The semiconductive polyimide resin belt according to Item 8, wherein the average film thickness is 50 to 150;
  • Item 10 An intermediate transfer belt for an electrophotographic apparatus comprising the semiconductive polyimide resin belt according to any one of Items 7 to 9.
  • the carbon black-dispersed polyamic acid solution composition of the present invention comprises carbon black having a volatile content of 2 to 6% obtained by oxidizing carbon black by an oil furnace method and a polyamic acid solution.
  • the solid content concentration in the solution composition is 23% by weight or more, and the carbon black concentration in the solid content is 20 to 30% by weight.
  • the carbon black having a high solid content concentration in the solution composition is uniformly dispersed in the polyamic acid solution.
  • the “solid content concentration” used in the present specification means a concentration measured by the method described in Examples.
  • the carbon black used in the present invention is a carbon black produced by the oil furnace method and further prepared by oxidation treatment to a volatile content of 2 to 6%.
  • the production method of carbon black by the oil furnace method is the mainstream of carbon black at present because it has better yield and productivity than the channel method and does not pollute the environment during production.
  • channel black contains a large amount of volatile components (usually 10.0 or more), it is familiar with polyamic acid solution and has excellent dispersibility, whereas oil furnace carbon black is more than channel black. Because of its extremely low volatile content (usually 1.5% or less), its dispersibility in the polyamic acid solution is poor, and carbon black aggregates during storage.
  • the carbon black of the oil furnace method is produced by pyrolyzing hydrocarbons in a reducing atmosphere in a high-temperature gas combusted with fuel, and therefore has a significantly higher volatile content than channel black produced at low temperatures in air. Because it ’s less.
  • carbon black of the oil furnace method is modified (oxidation treatment) to increase the volatile content to a range of 2 to 6%.
  • the type of oxidant used for the oxidation is particularly important.
  • an oxidant such as nitrogen oxide containing nitric acid, ozone, hypochlorous acid, or sulfuric acid gas can be used. Noh.
  • an oxidizing agent containing ozone, particularly ozone is preferably used from the viewpoint that undecomposed raw material hydrocarbon (PAH) is decomposed in carbon black after treatment with little residual oxidizing agent.
  • Undecomposed feedstock hydrocarbons (PAH) should be as low as possible, specifically 10 ppm or less.
  • the volatile content of the carbon black by the oil furnace method is in the range of 2 to 6%, preferably about 2.5 to 5%.
  • the surface of carbon black having a volatile content of 2 to 6% contains oxygen functional groups (particularly carboxyl groups) such as phenolic hydroxyl groups, carbonyl groups, and carboxyl groups. Stability is improved and affinity for polyimide resin is also improved.
  • the volatile content and the powder resistance are in a substantially proportional relationship. Since the oxygen functional group, which is the volatile component on the surface of the carbon black, acts as an insulator that inhibits the flow of ⁇ electrons, the powder resistance becomes larger than the carbon black produced by the oil furnace method that has not been oxidized. Is set in the above range, the powder resistance of carbon black can be controlled to a high value of about 3 to 30 ⁇ 'cm.
  • the carbon black is highly filled into the polyimide resin (polyimide resin medium force
  • the black density can be 20-30% by weight).
  • the carbon black concentration in the solid content in the carbon black-dispersed polyamic acid solution composition Can be controlled to a high concentration of 20 to 30% by weight.
  • the slope of the graph showing the relationship between the surface resistivity of the polyimide resin and the filling amount of the carbon black becomes gentle (for example, implementation) (See Example 4 and Figure 3). That is, the amount of change in the surface resistivity of the polyimide resin is smaller than the amount of change in the carbon black filling amount. For this reason, it is possible to eliminate extreme fluctuations in the surface resistivity due to a slight change in the carbon black filling amount during belt manufacture, and it is easy to control the surface resistivity of the belt.
  • Carbon black with a volatile content of less than 2% for example, Mitsubishi Carbon Black “MA11” “MA100” manufactured by Mitsubishi Chemical, “Printex 95” “Printex L6” manufactured by Dexa, etc.
  • Carbon black with a volatile content exceeding 6% are mostly channel method carbon black.
  • impurities such as sulfur and undecomposed raw material hydrocarbons (PAH), and this impurity deteriorates the mechanical properties of the binder resin such as polyimide resin.
  • PAH sulfur and undecomposed raw material hydrocarbons
  • it is an oil furnace carbon black, and when it is oxidized at a volatile content exceeding 6%, the powder resistance is greatly increased (because it becomes an insulating carbon black), so it is necessary as an intermediate transfer belt.
  • Surface resistivity 10 9 to 10 14 ⁇ / mouth cannot be realized.
  • the carbon black used in the present invention preferably has a nitrogen adsorption specific surface area (JIS K6217) of 60 to 15 Om 2 / g, more preferably 80 to 130 m 2 / g.
  • a nitrogen adsorption specific surface area JIS K6217
  • the larger the specific surface area the more oxygen functional groups are imparted.
  • Roller force S, powder resistance of carbon black, and the physical properties of these when blended with various materials correlate with the number of oxygen functional groups attached to the unit surface, not the absolute amount of oxygen functional groups.
  • the specific surface area is less than 60 m 2 / g, affinity with the polyamic acid solution cannot be obtained, and the powder resistance does not reach a sufficiently high value. If it exceeds 150 m 2 / g, carbon black with a high specific surface area, that is, primary particles are small or pores are formed even with the same particle size. As a result, carbon powder powder resistance does not increase even if oxygen functional groups are added. Therefore, a semiconductive polyimide resin belt having a high carbon black concentration in the solid content (for example, filled at a high concentration of 20% by weight or more) cannot be obtained. In other words, only a semiconductive polyimide resin belt with a low carbon black filling amount can be obtained.
  • the carbon black used in the present invention has a pH of 2 to 4, preferably 2 to 3.
  • the carbon black used in the present invention is suitable in the range of dibutyl phthalate absorption (DBP absorption) power of 40 to; 120 ml / 100 g, and further 50 to 90 ml / 100 g. If the DBP absorption exceeds 120ml / 100g, the powder resistance of carbon black will not increase even if it is oxidized. Therefore, a semiconductive polyimide resin belt filled with a carbon black concentration of 20% by weight or more in the solid content cannot be obtained. When the DBP absorption amount is less than 40 ml / 10 Og, the powder resistance becomes too high, so that the semiconductive polyimide resin belt cannot be obtained unless the carbon black concentration in the solid content exceeds 30% by weight.
  • DBP absorption dibutyl phthalate absorption
  • the raw hydrocarbon (PAH) is as small as possible. Specifically, if it is 10 ppm or less, the amount of nitro compounds that react with nitrogen oxides is negligible. .
  • This undecomposed raw material hydrocarbon (PAH) is accelerated by an oxidation treatment (in particular, an oxidation treatment with ozone).
  • the carbon black-dispersed polyamic acid solution composition of the present invention comprises a polyamic acid solution obtained by reacting approximately equimolar amounts of biphenyltetracarboxylic dianhydride and aromatic diamine in an organic polar solvent. It is adjusted by dispersing carbon black having a volatile content of 2-6%.
  • biphenyltetracarboxylic dianhydride examples include 2,3,3 ', 4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (a_BPDA), 3,3', 4,4'-biphenyl Tetracarboxylic dianhydride (s_BPDA), 2,2 ', 3,3'-biphenyltetracarboxylic dianhydride (i-BPDA), and biphenyl tetracarboxylic acid It is possible to list anhydrides.
  • the aromatic diamine includes, for example, diaminodiphenyl ether, specifically 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3,1-diaminodiphenyl ether, 3,4, -diaminodiphenyl ether, and the like.
  • an aprotic organic polar solvent is preferred, for example, N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as "NMP"), N, N-dimethylformamide, N, N-di Ethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, hexamethinorephosphoamide, 1,3-dimethyl-1-imidazolidinone and the like are used.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • N, N-dimethylformamide, N, N-di Ethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, hexamethinorephosphoamide, 1,3-dimethyl-1-imidazolidinone and the like are used.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • NMP N-dimethylformamide
  • N, N-di Ethylformamide N, N-dimethylacetamide
  • a typical example of the polyamic acid solution of the present invention is a polyamic acid solution obtained by reacting two or more kinds of biphenyltetracarboxylic dianhydride and an aromatic diamine in an organic polar solvent.
  • biphenyltetracarboxylic dianhydrides include both symmetrical and asymmetrical biphenyltetracarboxylic dianhydrides! /, Which are preferred.
  • the upper limit of the weight average molecular weight of the polyamic acid in the polyamic acid solution is 30000, preferably 25000 or less.
  • the lower limit is 3000, preferably 600 or more. Oligomer molecules with a weight average molecular weight of less than 3000 have no entanglement effect with internal molecules, resulting in the formation of a fragile layer on the surface of the semiconductive polyimide resin belt.
  • a biphenyltetracarboxylic dianhydride / aromatic diamine molar ratio is polymerized at 0.5 to 0.95 to form a polyamic acid having a predetermined molecular weight, and then, if necessary, biphenyltetracarboxylic acid.
  • a method of adding biphenyltetracarboxylic acid so that the acid / aromatic diamine is approximately equimolar for example, refer to Japanese Patent Publication No. 1-22290
  • biphenyltetracarboxylic dianhydride / aromatic diamine etc.
  • a method in which a predetermined amount of a compound that suppresses an increase in molecular weight, such as water, is allowed to coexist in a molar reaction (for example, Japanese Patent Publication No. 2-3820) Etc.).
  • the solubility of the polyamic acid in an organic polar solvent can be increased.
  • the solid content concentration of the polyamic acid solution can be adjusted to a high concentration of 23% by weight or more, particularly 25 to 50% by weight.
  • the high solid content can be prepared in this way because the polyamic acid has a high molecular weight and is easily dissolved in a solvent. Therefore, it is possible to easily manufacture a belt having a film thickness of 100 m or more, and since the amount of the solvent used is small, the cost can be reduced and the solvent can be easily removed by evaporation.
  • the method of mixing carbon black with the polyamic acid solution is not particularly limited as long as the carbon black is uniformly mixed and dispersed in the polyamic acid solution.
  • a method using a sand mill, a bead mill, an ultrasonic mill, a triple roll or the like is used.
  • the average particle size of the carbon black after mixing and dispersion is usually about 0.;! To 0.5 to 111, preferably about 0 • 2 ⁇ 0.4 mm.
  • the amount of carbon black added to the polyamic acid solution is determined to be 20 to 30% by weight in the solid content of the polyamic acid solution composition.
  • the lower limit is 20% by weight or more because, for example, when used as an intermediate transfer belt of a color image forming apparatus, it is possible to appropriately perform charge charging stability and slow charging, and to stably provide high quality over a long period of time. It is necessary to obtain a transfer image of 30% by weight or less so that the strength of the intermediate transfer belt is maintained and problems such as breakage of the intermediate transfer member do not occur even after long-term use. Because of this.
  • an imidazole compound (2-methylimidazole, 1,2-dimethylimidazole, 2-methyl-4-methylimidazole, 2-ethyl) is contained in the above composition within a range that does not adversely affect the effects of the present invention.
  • surfactant Add additives such as fluorosurfactants.
  • a polyamic acid solution composition in which carbon black is uniformly dispersed in the range of 20 to 30% by weight in the solid content is produced.
  • the viscosity of the dispersed polyamic acid solution composition of the carbon black is, for example, 0.5 to 50 Pa's, preferably 1 to; lOPa's can minimize the dispersion deterioration of the carbon black. it can.
  • the average particle size of carbon black in the solution is preferably in the range of 0.;! To 0.5 m, and the maximum particle size is preferably 1 m or less.
  • the semiconductive polyimide belt of the present invention is produced by forming the above-described carbon black-dispersed polyamic acid solution composition into a tubular product by a rotational molding method and heat-treating it.
  • a polyamic acid solution composition in which carbon black is uniformly dispersed on the inner peripheral surface of a cylindrical mold that rotates at a low speed with a centrifugal acceleration of 0.5 to 8 times the gravitational acceleration has a uniform thickness.
  • the cylinder mold is heated at a temperature of 100 to 140 ° C. while rotating at a low speed with a centrifugal acceleration of 0.5 to 8 times the gravitational acceleration.
  • liquid raw material a carbon black-dispersed polyamic acid solution composition
  • the liquid material is applied to the inner peripheral surface of the cylindrical mold rotating at a low speed with a centrifugal acceleration of 0.5 to 8 times the gravitational acceleration in a uniform thickness.
  • a centrifugal acceleration of 0.5 to 8 times the gravitational acceleration in a uniform thickness.
  • the shear force applied in the rotational direction is small when the liquid raw material is supplied, and the orientation of molecular chains and the structure orientation of fillers such as carbon black are reduced. Can be suppressed.
  • the centrifugal acceleration is less than 0.5 times the gravitational acceleration, there is a risk that the supplied liquid material will flow down (sag) without being in close contact with the inner peripheral surface of the cylindrical mold.
  • the centrifugal acceleration (G) used in the present invention is derived from the following equation.
  • r is the radius (m) of the cylindrical mold
  • is the angular velocity (rad / s)
  • n is the number of revolutions per second (the number of revolutions force Sr.pm for 60 s).
  • the gravitational acceleration (g) to be compared is 9.8 (m / s 2 ).
  • the liquid raw material supply means applies the liquid raw material to the inner peripheral surface of the cylindrical mold with a uniform thickness by moving it in the direction of the axis of rotation of the cylindrical mold rotating while being discharged by the nozzle method or spray method.
  • the shape of the coating head can be used in a timely manner such as a circle or a rectangle with no particular restrictions.
  • the size can be designed by combining with the viscosity of the discharged liquid raw material without any particular restrictions. There are no particular restrictions on the discharge pressure method, but compressed air, high viscosity liquid-compatible MONO pumps, gear pumps, etc. are used.
  • a release agent to the inner peripheral surface of the cylindrical mold so that the polyimide resin does not adhere.
  • a release agent there are no restrictions on the type of release material, but it is not affected by the solvent of the liquid raw material, the resin power during the heating reaction, or the water vapor generated from the heat!
  • the solvent is evaporated at a temperature of 100 to 140 ° C while rotating at a low speed with a centrifugal acceleration of 0.5 to 8 times the weight acceleration. It can be achieved by forming a self-supporting film on the inner peripheral surface of the cylindrical mold by setting the weight% or more.
  • the temperature rises to about 250 ° C in 60 to 120 minutes while remaining attached to the inner peripheral surface of the cylindrical mold, although it varies depending on the type of polyimide resin.
  • the film is heated at a temperature at which the polyimide is completely converted, for example, 300 to 350 ° C for 30 to 90 minutes. By doing so, a polyimide resin film can be formed.
  • a temperature at which the polyimide is completely converted for example, 300 to 350 ° C for 30 to 90 minutes.
  • the carbon black-dispersed polyamic acid solution composition has a high solid content concentration, and also has a high carbon black concentration in the solid content. Furthermore, semi-conductive polyimide resin belts molded using this material have a high carbon black concentration, and the original mechanical properties (toughness, etc.) of the polyimide resin are sufficient. Is retained.
  • the average film thickness of the obtained semiconductive polyimide belt is usually adjusted to about 50 to about 150 m, preferably about 60 to about 120 m.
  • the surface resistivity is usually adjusted to be about 10 9 to about 10 14 ⁇ / port, preferably about 10 1 () to about 10 13 ⁇ / port.
  • the semiconductive polyimide belt manufactured in this way is used, for example, as an intermediate transfer belt of a color image forming apparatus of an electrophotographic apparatus, it is possible to appropriately perform charge charging stability and slow charging. In addition, it becomes possible to obtain a high-quality transfer image stably for a long period of time.
  • the carbon black-dispersed polyamic acid solution composition of the present invention is excellent in the flowability and dispersion stability of carbon black in the solution, has a high solid content concentration in which the solvent is reduced as much as possible, and in the solid content. Has a high carbon black concentration.
  • the power to be used is one-bon black, which has an extremely low impurity content and is excellent in safety and environmental compatibility!
  • a polyimide resin belt produced using the polyamic acid solution composition can achieve accurate transfer in a color image forming apparatus when used as an intermediate transfer belt or the like, and is stable for a long time. Thus, a high quality transfer image can be obtained.
  • FIG. 1 shows a conductive model of carbon black in resin.
  • FIG. 2 is a photomicrograph reproducing the states (i) to (C) in FIG. ( ⁇ ) is partially continuous, and the carbon black aggregates, causing resistance variations at the micro level, resulting in image defects.
  • ( ⁇ ) is discontinuous, carbon black is uniformly dispersed, and semiconductivity can be controlled. However, the resistivity changes due to mechanical and electrical stress.
  • (C) It is continuous (ideal model) and exhibits conductivity only by the chain effect due to the high filling of carbon black. The conductivity is determined by the powder resistance of carbon black.
  • FIG. 3 shows the relationship between the carbon black filling amount of the semiconductive polyimide resin belt measured in Example 4 and the surface resistivity of the belt.
  • the nitrogen adsorption surface area was measured according to JIS K6217 (low temperature nitrogen adsorption method). Alternatively, reference was made to characteristic data of commercially available carbon.
  • DBP absorption was measured according to JIS K6217. Or, we referred to the characteristic data of commercial carbon.
  • the pH value was a value obtained by measuring a mixed solution of carbon black and distilled water with a glass electrode meter.
  • the liquid chromatogram analyzer is a Shimadzu LC-6A flow controller, Shimadzu SCL—6A detector, Millipore Corporation Watera 490E injection volume Performed at 5 ⁇ l.
  • the particle size of carbon black in the solution is a value measured using a LA-920 type laser diffraction 'scattering particle size distribution analyzer manufactured by HORIBA.
  • the solid content concentration of the carbon black-dispersed polyamic acid solution composition is a value calculated as follows.
  • the sample is precisely weighed in a heat-resistant container such as a metal cup, and the weight of the sample at this time is A (g). Place the heat-resistant container with the sample in an electric oven, heat and dry it while raising the temperature in sequence at 120 ° CX for 15 minutes, 180 ° CX for 15 minutes, 260 ° CX for 30 minutes, and 300 ° CX for 30 minutes.
  • B (g) be the weight of the solid content (solid weight).
  • the weight average molecular weight in this specification is a value measured by the GPC method (solvent: NMP, converted to polyethylene oxide).
  • SR surface resistivity
  • the semiconductive belt obtained was cut into a length of 400 mm, and a resistance measuring instrument “Neillesta IP 'UR probe” manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation was used. Using this, we measured the total of 12 locations, 3 locations at equal pitches in the width direction and 4 locations in the longitudinal (circumferential) direction, and indicated the average value of the total.
  • the surface resistivity (SR) was measured after 10 seconds when a voltage of 500V was applied.
  • polyamic acid solution (weight average molecular weight 29000) prepared by synthesizing 3,3 ', 4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride and 4,4'-diaminodiphenyl ether in NMP solution was prepared. .
  • This solution has a viscosity of 3. OPa-s, solid content of 18.0 wt. /. Met.
  • Carbon black and NMP solution of CB1 were added to 10 kg of this solution, and carbon black was uniformly dispersed with Sand Minore. As a standard for uniform dispersion, the dispersion conditions were set so that the average particle size of carbon black in the solution was 0.5 ⁇ m or less.
  • Table 2 shows the properties of the resulting single-bon black dispersed polyamic acid solution.
  • CB2 was used to prepare a vigorous bon black dispersed polyamic acid solution composition.
  • the characteristics are shown in Table 2.
  • Example 2 “Spedal Black 4” manufactured by Degussa was used to prepare a carbon black-dispersed polyamic acid solution composition. In order to uniformly disperse the average particle size of bon black in the solution to 0.5 ⁇ m or less, it was necessary to add a large amount of NMP solution, and the solid concentration was low. The characteristics are shown in Table 2.
  • a plurality of liquid raw materials adjusted to various carbon black concentrations were prepared from the carbon black-dispersed polyamic acid solution compositions (solutions;! To 5) of Examples 1, 2, and 3 or Comparative Examples 1 and 2.
  • Each liquid raw material is sprayed on the inner peripheral surface of a cylindrical mold while rotating a cylindrical mold having an outer diameter of 324 mm, an inner diameter of 300 mm, and a length of 500 mm at a centrifugal acceleration 4.0 times the acceleration of gravity. And uniformly applied with a width of 480 mm.
  • the coating thickness was calculated from the solid content concentration and determined so that the thickness of the intermediate transfer member was 100 m. After that, while rotating at a centrifugal acceleration of 4.0 times the gravitational acceleration, the temperature was raised to 120 ° C in 60 minutes and then dried at 120 ° C for 90 minutes.
  • this film was put in a high-temperature heating furnace while adhering to the inner peripheral surface of the cylindrical mold, heated to 320 ° C in 120 minutes, and heated at 320 ° C for 60 minutes. Polyimide conversion was completed. Then, it cooled to normal temperature and took out the semiconductive polyimide belt from the metal mold
  • Fig. 3 shows the relationship between the carbon black filling amount and the surface resistivity of the semiconductive polyimide belt thus obtained.
  • CB1, CB2, and CB3 can fill the polyimide resin with the carbon black concentration to 20% by weight or more.
  • conductivity is imparted by a chain of carbon blacks, and it has stable electrical characteristics that are hardly affected by the external environment and applied voltage.
  • the slope of the relationship between the surface resistivity of the polyimide resin and the amount of carbon black filling becomes gentle. Therefore, the extreme fluctuation of the surface resistivity based on a small change in the carbon black filling amount can be eliminated during belt manufacture, and the resistance control becomes simple.
  • This carbon black-dispersed polyamic acid solution composition had a solid content concentration of 23.15 wt%, and the carbon black concentration in the solid content was 23.1 wt%.
  • the average particle size of carbon black in the solution was 0.243 m, and the maximum particle size was 0.421 ⁇ 01.
  • Example 4 Using this carbon black-dispersed polyamic acid solution composition, the rotational composition shown in Example 4 was used.
  • a semiconductive polyimide belt was manufactured by a molding method. Table 3 shows the surface state, surface resistivity, and thickness of this semiconductive polyimide belt.
  • This carbon black-dispersed polyamic acid solution composition had a solid content concentration of 30.87 wt%, and the carbon black concentration in the solid content was 25.4 wt%.
  • the average particle size of carbon black in the solution was 0 ⁇ 281 m, and the maximum particle size was 0 ⁇ 51 ⁇ m.
  • This carbon black-dispersed polyamic acid solution composition had a solid content concentration of 38.13 wt%, and the carbon black concentration in the solid content was 28.3 wt%.
  • the average particle size of carbon black in the solution was 0 ⁇ 253 m, and the maximum particle size was 0 ⁇ 45 01.
  • a semiconductive polyimide belt was produced by the rotational molding method shown in Example 4. Table 3 shows the surface state, surface resistivity, and thickness of this semiconductive polyimide belt.
  • This carbon black-dispersed polyamic acid solution composition had a solid content concentration of 15.92% by weight, and the carbon black concentration in the solid content was 15.09% by weight.
  • the average particle size of carbon black in the solution was 0 ⁇ 51 H m, and the maximum particle size was 3.26 mm.
  • a semiconductive polyimide belt was produced by the rotational molding method shown in Example 4.
  • Table 3 shows the surface state, surface resistivity, and thickness (average film thickness) of this semiconductive polyimide belt.
  • Comparative Example 3 it takes a long time to volatilize a large amount of the organic polar solvent having a low solid content of the liquid raw material, and the production efficiency is very poor.
  • the buoyancy and surface tension that cause convection due to temperature convection and evaporation convection during the drying process of the rotational molding method, and solvent evaporation Due to the influence of viscosity change and density change, the “floating” phenomenon that occurs when the dispersion state of carbon black becomes non-uniform occurs and appears as a scale-like pattern.

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Description

明 細 書
カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物、及びそれを用いた半導電 性ポリイミド樹脂ベルトの製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導電性ポリイミドベルトの原料となるカーボンブラック分散ポリアミド酸 溶液組成物、及びそれを用いた半導電性ポリイミドベルトの製造方法に関するもので ある。該製造方法により得られる半導電性ポリイミドベルトは、カラー画像形成装置を 備えた電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機、さらにはデジタル印 刷機などの中間転写ベルトとして使用される。
背景技術
[0002] 近年、 OA機器では高速化及び高画質化への対応が急速に進み、最適な転写効 率を実現するために、中間転写ベルトにおいて精密な半導電性制御が不可欠となつ てきている。その中でも、中間転写ベルトの電気抵抗を精密に制御することが重要な 技術となってきている。
[0003] 中間転写ベルトの原料であるカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、通 常、テトラカルボン酸二無水物とジァミンを重合してなるポリアミド酸溶液にカーボン ブラックを添加して、分散 '混合されて作製されている。一般に、ポリアミド酸は、ベル トの製膜性等の点から重量平均分子量 30000以上の高分子量の溶液を用いている 。そのためポリアミド酸樹脂は有機極性溶媒に対する溶解性に限度があり、高濃度化 ができな!/、(例えば、溶液中の固形分濃度としてせ!/、ぜレ、20重量%まで)と!/、う欠点 があった。
[0004] また、ポリアミド酸溶液にカーボンブラックを添加すると、粘度の増加率が高ぐビー ズミルなどの分散機中で行われるボール間の衝撃力によってもカーボンブラックの粉 砕が困難となる。カーボンブラックを添加してポリアミド酸溶液に均一に分散するには 、分散機で行われるカーボンブラックの粉砕と、ほぐされていくカーボンブラックの溶 媒液による「ぬれ」という界面現象が伴わなければならない。そのため、カーボンブラ ックと共に有機極性溶媒を多量に添加することで、カーボンブラックを均一分散する 方法が採用されているのが現状である。その結果、カーボンブラックを高濃度に含む ポリアミド酸溶液組成物の固形分濃度は、通常 15〜20重量%程度のものしか得るこ とができなかった。
[0005] このような低固形分濃度ポリアミド酸溶液では、一度に膜厚の厚いベルトを成形す ることが困難であり、多くの有機極性溶媒を必要とするとともに、その蒸発除去に多く の時間を必要とする。結果として、全工程に要する時間とコストがかかり効率性及び 経済性の観点からも改善の余地があった。
[0006] 特許文献 1には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等の粉体抵抗が比較的小 さ!/、導電性カーボンブラック力 S、ポリイミド樹脂に分散されてなる導電性ポリイミドシー ムレスベルトが例示されてレ、る。
[0007] しかし、この導電性カーボンブラックでは、ポリアミド酸や溶媒の吸着 ·保持が著しく 増加するため、粘度増加、分散性劣化、そして分散安定性が悪ぐ加工性低下など の問題を生じる。さらに、この導電性カーボンブラックを充填した中間転写ベルトでは 、体積抵抗率の値を所定の範囲に設定したときであっても、形成画像にムラが発生 する問題があった。これは、この導電性カーボンブラックをポリイミド樹脂に分散させ た場合、 1次凝集によるストラクチャー形成や 2次凝集による導電性の連鎖が、画像 に顕著に影響を与えるためと考えられた。
[0008] 特許文献 2では、バインダー樹脂 100重量部に対し、 1種もしくは 2種類以上の揮発 分が 2%以上 30%未満であるカーボンブラックを 1〜30重量部配合してなる半導電 ベルトが開示されている。そして、カーボンブラック配合量が 30重量部を越えると、成 型した半導電ベルトが脆ぐバインダー樹脂本来の機械的特性 (ここでは強靭性)が 失われてしまうため好ましくな!/、ことが記載されて!/、る。
[0009] 特許文献 3では、揮発性酸成分を主とする揮発分 10〜25%を含有する導電性力 —ボンブラックを用いた半導電性ポリイミドベルトが開示されている。そして、カーボン ブラックの揮発分が 10%未満では、カーボンブラックの分散性が悪ぐ結果として電 気抵抗値も満足できなレ、ものであると記載されて!/、る。
[0010] また、チャンネル法のカーボンブラックは、空気中の低温で製造するため、表面に カルボキシル基、フエノール性水酸基、キノン基、ラタトン基等の酸素含有官能基を 多く含んでいる。そのため、ポリアミド酸溶液への分散性がよくなることが知られている 。しかし、チャンネル法のカーボンブラックの揮発分には、水素や酸素以外に、硫黄 や未分解原料炭化水素 (PAH)などの不純物が多く含まれている。なかでも、未分解 原料炭化水素(PAH)は、窒素酸化物と反応してニトロ化合物となり、発ガン性の強い 多環芳香族ニトロ化合物に変化するため、チャンネル法のカーボンブラックを用いる ことは安全性や環境適合性の観点から望ましくない。
[0011] 一方、オイルファーネス法のカーボンブラックは、燃料を燃やした 1400°C以上の高 温ガス中で炭化水素を還元雰囲気で熱分解してつくるため、粒子内部や表面の酸 素含有量や不純物が著しく少なぐ結晶子が発達するため好ましい。しかし、ポリアミ ド酸溶液への分散性が悪ぐ貯蔵によるカーボンブラック凝集などの欠点を有してレヽ
[0012] 特許文献 4〜7には、液体トナー、インキ、塗料等の用途に好適なカーボンブラック を製造することを目的として、オイルファーネス法のカーボンブラックを改質して、その 表面に酸素官能基を付与する種々の酸化方法が報告されている。
特許文献 1 :特開平 5— 77252号公報
特許文献 2:特開 2000— 309712号公報
特許文献 3:特開 2001— 47451号公報
特許文献 4:特開平 11 181326号公報
特許文献 5:特開 2000 7937号公報
特許文献 6:特開 2000— 290529号公幸
特許文献 7:特開 2001— 40240号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0013] 本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、安全性及び環境適合性に優 れたカーボンブラックを用い、ポリァミック酸溶液中に分散したカーボンブラックの流 動性及び分散安定性に優れ、高い固形分濃度及び高!、カーボンブラック濃度を有 するカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を提供することにある。
[0014] さらに、該ポリアミド酸溶液組成物を用いて、カラー画像形成装置において高品質 の転写画像を得ることができるポリイミド製の中間転写ベルトを提供することにある。 課題を解決するための手段
[0015] 本発明者は、中間転写ベルトにおいて精密な半導電性制御を実現するために、中 間転写ベルトのマトリックスであるポリイミド樹脂中のカーボンブラックの分散性に着目 した。
[0016] 例えば、図 1に示される樹脂中でのカーボンブラックの導電モデルでは、部分連続 するもの (A)、不連続なもの(B)、及び連続するもの(C)の 3種類が考えられる。その 右に示した等価回路より、ポリイミドベルトでの導電性は、カーボンブラックによる連鎖 効果 (R:抵抗体)とトンネル効果(C:コンデンサ)の組み合わせによって発現すること が理解できる。図 2は、(A)〜(C)の状態を再現した顕微鏡写真である。 (A)では、 カーボンブラックが凝集しミクロレベルでの抵抗バラツキが発生するために画像欠陥 力 S生じる。 (B)では、均一分散にて半導電性制御が可能である力 機械的又は電気 的ストレスにて抵抗率が変化してしまう。 (C)では、安定した導電性を発現しカーボン ブラックの粉体抵抗によって導電性がほぼ決定される。
[0017] 従って、図 1に示されるように、樹脂中でカーボンブラックが部分連続や不連続に分 散しているのではなぐ可能な限り連続して均一分散させることが必要であり、そのた めには、樹脂中にカーボンブラックを高充填化させること、即ち、カーボンブラック分 散ポリアミド酸溶液組成物における固形分中のカーボンブラック濃度を高くすることが 重要と考えた。
[0018] そこで、本発明者は、オイルファーネス法によるカーボンブラックを酸化処理して揮 発分 2〜6%の範囲の高い粉体抵抗を有するカーボンブラックとし、これを分散したポ リアミド酸溶液組成物では、高濃度(固形分中 20〜30重量%程度)で均一に分散で きることを見出した。さらに、このポリアミド酸溶液組成物を用いて回転成型したベルト を中間転写ベルトに用いた場合、所望の均質な半導電性 (表面抵抗率 109〜; 1014 Ω /口程度)を示し、高品質の転写画像が得られることを見出した。かかる知見に基づ き、さらに研究を重ねて本発明を完成するに至った。
[0019] 即ち、本発明は下記のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物、及びそのポリ アミド酸溶液組成物を用いて得られる半導電性ポリイミド樹脂ベルトを提供する。 [0020] 項 1. ビフエニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジァミンとの略等モル量を反 応して得られるポリアミド酸溶液、及びオイルファーネス法で製造された揮発分 2〜6 %のカーボンブラックを含むカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物であり、該 溶液組成物中の固形分濃度が 23重量%以上であり、該固形分中の該カーボンブラ ック濃度が 20〜30重量%であるカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[0021] 項 2. 前記カーボンブラックの pHが 2〜3、窒素吸着比表面積が 60〜150m2/g 、 DBP吸収量が 40〜; 120ml/100g、かつ未分解原料炭化水素(PAH)の抽出量が 1 Oppm以下である項 1に記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[0022] 項 3. 前記カーボンブラックがオゾンを含有する酸化剤で酸化処理されたものであ る項 1又は 2に記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[0023] 項 4. 前記ポリアミド酸溶液力 ポリアミド酸の重量平均分子量が 30000以下のポ リアミド酸溶液である項 1に記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[0024] 項 5. 前記ビフエニルテトラカルボン酸二無水物が非対称性の 2,3,3',4,ービフエ ニルテトラカルボン酸二無水物を 10〜80モル%程度含有し、前記芳香族ジァミンが 4, 4'ージアミノジフエニルエーテルである項 1に記載のカーボンブラック分散ポリアミ ド酸溶液組成物。
[0025] 項 6. 項 1〜4のいずれかに記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物 を回転成形法にて管状物に成形し、これを加熱処理してイミド化する半導電性ポリイ ミド樹脂ベルトの製造方法であって、
(1)重力加速度の 0. 5〜8倍程度の遠心加速度で回転する円筒金型の内周面に、 該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を均一な厚さで塗布する工程、
(2)該円筒金型を重力加速度の 0. 5〜8倍程度の遠心加速度で回転させたまま 10 0〜140°C程度の温度で加熱して、自己支持性 (皮膜の流動が発生しない)の皮膜 を形成する工程、及び
(3)該皮膜を円筒金型の内周面に付着した状態のまま約 300°C以上の温度で加熱 してイミド化する工程、
を含むこと特徴とする製造方法。
[0026] 項 7. 項 6に記載の製造方法により製造される半導電性ポリイミド樹脂ベルト。 [0027] 項 8. ポリイミド樹脂中にオイルファーネス法で製造された揮発分 2〜6%のカーボ ンブラックが均一分散した半導電性ポリイミド樹脂ベルトであり、該ポリイミド樹脂を 70 〜80重量%及び該カーボンブラックを 20〜30重量%含み、表面抵抗率が 109〜; 10 14 Ω /口である半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
[0028] 項 9. 平均膜厚が 50〜; 150 ^ 01である項 8に記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト
[0029] 項 10. 項 7〜9のいずれかに記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルトからなる電子写 真機器の中間転写ベルト。
[0030] 以下、本発明を詳細に説明する。
[0031] 本発明のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、オイルファーネス法によ るカーボンブラックを酸化処理して得られる揮発分 2〜6%の範囲を有するカーボン ブラックとポリアミド酸溶液とを含み、該溶液組成物中の固形分濃度が 23重量%以 上であり、該固形分中の該カーボンブラック濃度が 20〜30重量%であることを特徴 とする。該溶液組成物中の固形分濃度が高ぐ該カーボンブラックはポリアミド酸溶液 中に均一に分散している。なお、本明細書で用いる「固形分濃度」とは、実施例に記 載の方法により測定された濃度を意味する。
1.揮発分 2〜 6 %の範開を有するカーボンブラック
本発明で使用するカーボンブラックは、オイルファーネス法で製造されたカーボン ブラックを、さらに酸化処理により揮発分 2〜6%の範囲に調製されたものである。
[0032] オイルファーネス法によるカーボンブラックの製法は、チャンネル法に比べて歩留ま り及び生産性が良く製造の際に環境を汚さないため、現在ではカーボンブラックの主 流となっている。し力もながら、チャンネルブラックは揮発分を多く(通常 10. 0以上) 含むため、ポリアミド酸溶液と馴染みが良く分散性に優れるのに対し、オイルファーネ ス法のカーボンブラックは、チャンネルブラックに比べて揮発分が著しく少ない(通常 1. 5%以下)ため、ポリアミド酸溶液への分散性が悪ぐ貯蔵の際カーボンブラック凝 集するなどの欠点をもっている。これは、オイルファーネス法のカーボンブラックは燃 料を燃やした高温ガス中で、炭化水素を還元雰囲気で熱分解して製造されるため、 空気中低温で作るチャンネルブラックに比べて、揮発分が著しく少なくなるためであ [0033] 本発明では、オイルファーネス法のカーボンブラックを改質(酸化処理)して揮発分 を 2〜6%の範囲に増加させる。
[0034] 酸化処理では、その酸化に使う酸化剤の種類は特に重要であり、その酸化剤として は、硝酸を含む窒素酸化物、オゾン、次亜塩素酸類、硫酸ガス等の酸化剤が使用可 能である。特に、処理後のカーボンブラックに原料の酸化剤の残存が少なぐ未分解 原料炭化水素(PAH)が分解される点から、オゾンを含む酸化剤、特にオゾンが好適 に使用される。未分解原料炭化水素 (PAH)は可能な限り少ない方が良ぐ具体的に は lOppm以下であればよい。
[0035] 酸化処理により、オイルファーネス法によるカーボンブラックの揮発分を 2〜6%の 範囲とすることが重要であり、好ましくは 2. 5〜5%程度である。
[0036] 揮発分 2〜6%のカーボンブラックの表面には、フエノール性水酸基やカルボニル 基、カルボキシル基等の酸素官能基(特に、カルボキシル基)を含むため、ポリアミド 酸溶液での流動性及び分散安定性が向上し、またポリイミド樹脂への親和性も向上 する。
[0037] また、オイルファーネス法で製造された同じ比表面積及びジブチルフタレート吸着 量 (DBP吸収量)のカーボンブラックであれば、その揮発分量と粉体抵抗はほぼ比例 関係にある。該カーボンブラック表面の揮発分である酸素官能基は π電子の流れを 阻害する絶縁物としてはたらくため、酸化処理されていないオイルファーネス法によ るカーボンブラックよりも粉体抵抗が大きくなり、揮発分を上記の範囲に設定すること により、カーボンブラックの粉体抵抗を 3〜30 Ω 'cm程度の高い値で制御することが できる。
[0038] そのため、ポリイミド樹脂ベルトの表面抵抗率を所望の範囲(109〜; 1014Ω /口)に 設定する場合に、ポリイミド樹脂中へ該カーボンブラックを高充填 (ポリイミド樹脂中力 一ボンブラック濃度が 20〜30重量%)することができる。これにより、カーボンブラック 同士の連鎖による導電性が付与され、外部環境や印加電圧に影響を受けにくい安 定した電気特性を有するポリイミド樹脂ベルトを得ることができる。換言すれば、カー ボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物における固形分中のカーボンブラック濃度 を 20〜30重量%の高濃度に制御できることになる。
[0039] さらに、ポリイミド樹脂中のカーボンブラックの充填量 (濃度)が大きくなると、カーボ ンブラック充填量に対するポリイミド樹脂の表面抵抗率の関係を示すグラフにおいて 、その傾きが緩やかになる(例えば、実施例 4及び図 3を参照)。つまり、カーボンブラ ック充填量の変化量に対し、ポリイミド樹脂の表面抵抗率の変化量が小さくなる。その ため、ベルト製造時において、カーボンブラック充填量の微量の変化に基づく表面抵 抗率の極端な変動をなくすることができ、ベルトの表面抵抗率の制御が簡便になる。
[0040] なお、カーボンブラックの揮発分は、実施例に記載の方法により測定される。
[0041] 揮発分が 2%未満のカーボンブラック (例えば、三菱化学製 三菱カーボンブラック 「MA11」「MA100」、デクサ製「Printex 95」「Printex L6」など)では、ポリアミド酸溶液 に対する親和性の問題があり、分散後にファンデルワールス力によって 2次凝集体を 形成しやすい傾向にある。
[0042] また、揮発分が 6%を越えるカーボンブラック(例えば、デクサ製「Color Black FW20 0」 special Black 5」「 Special Black 4」「Printex 150T」など)は、チャンネル法のカー ボンブラックがほとんどであり、水素や酸素以外に、硫黄や未分解原料炭化水素(PA H)などの不純物が多く含まれ、この不純物がポリイミド樹脂などのバインダー樹脂本 来の機械的特性を低下させてしまう。また、オイルファーネス法のカーボンブラックで あり揮発分 6%を超えて酸化処理した場合には、粉体抵抗が大幅に高くなるため(絶 縁性カーボンブラックになるため)、中間転写ベルトとして必要な表面抵抗率 109〜1 014 Ω /口を実現できない。
[0043] 本発明で使用するカーボンブラックは、窒素吸着比表面積 (JIS K6217)が 60〜; 15 Om2/g、さらに 80〜; 130m2/gの範囲が好適である。一般にカーボンブラックを各 種の方法で酸化すると、比表面積が大きくなるほど酸素官能基は多く付与される。と ころ力 S、カーボンブラックの粉体抵抗やこれを各種材料に配合した際の物性は、酸素 官能基の絶対量でなく単位表面に付与している酸素官能基の数と相関している。
[0044] 比表面積が 60m2/gより小さレ、場合は、ポリアミド酸溶液との親和性が得られず粉 体抵抗も十分に高い値にならない。また、 150m2/gを越える場合は、高比表面積 のカーボンブラック、即ち一次粒子が小さいか又は同一粒子径においても細孔を形 成したカーボンブラックとなり、酸素官能基を付与しても結果的にカーボンブラックの 粉体抵抗が高くならない。そのため、該固形分中のカーボンブラック濃度が高い(例 えば、 20重量%以上の高濃度で充填した)半導電性ポリイミド樹脂ベルトが得られな くなる。つまり、低いカーボンブラック充填量の半導電性ポリイミド樹脂ベルトしか得ら れなレ、。
[0045] 本発明で使用するカーボンブラックは、 pHが 2〜4、好ましくは 2〜3である。
[0046] また、本発明で使用するカーボンブラックは、ジブチルフタレート吸収量 (DBP吸収 量)力 40〜; 120ml/100g、さらに 50〜90ml/100gの範囲カ好適である。 DBP吸収 量が 120ml/100gを越えると、酸化処理を施してもカーボンブラックの粉体抵抗が高 くならない。そのため該固形分中のカーボンブラック濃度を 20重量%以上の高濃度 で充填した半導電性ポリイミド樹脂ベルトが得られなくなる。 DBP吸収量が 40ml/10 Og未満では粉体抵抗が高くなりすぎるため、該固形分中のカーボンブラック濃度は 3 0重量%を越えて充填しないと半導電性ポリイミド樹脂ベルトが得られなくなる。
[0047] さらに、未分解原料炭化水素(PAH)は可能な限り少ない方が良ぐ具体的には 10 ppm以下であれば、窒素酸化物と反応する量も少なぐ生成するニトロ化合物は無視 できる。この未分解原料炭化水素(PAH)は、酸化処理 (特に、オゾンによる酸化処理 )することで分角早される。
2. カーボンブラック分¾ポリアミド酸滚液組成,物
本発明のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、有機極性溶媒中で、ビ フエニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジァミンとの略等モル量を反応して得ら れるポリアミド酸溶液に、揮発分 2〜6%の範囲を有するカーボンブラックを分散させ て調整される。
[0048] ビフエ二ルテトラカルボン酸二無水物の具体例としては、 2,3,3',4'ービフエニルテ トラカルボン酸二無水物(a_BPDA)、 3,3',4,4'ービフエニルテトラカルボン酸二無水 物(s_BPDA)、 2,2 ' , 3, 3'ービフエニルテトラカルボン酸二無水物(i-BPDA)、さらに は、前記を 2種以上ブレンドしたビフエニルテトラカルボン酸二無水物などを挙げるこ と力 Sできる。
[0049] 芳香族ジァミンとしては、例えばジァミノジフエニルエーテルが挙げられ、具体的に は、 4,4'—ジアミノジフエニルエーテル、 3,3,一ジアミノジフエニルエーテル、 3,4, - ジアミノジフエニルエーテル等が挙げられる。
[0050] 有機極性溶媒としては、非プロトン系有機極性溶媒が好ましぐ例えば N—メチル —2—ピロリドン(以下、「NMP」と呼ぶ。)、 N, N—ジメチルホルムアミド、 N, N—ジ ェチルホルムアミド、 N, N—ジメチルァセトアミド、ジメチルスルホキシド、へキサメチ ノレホスホアミド、 1 , 3—ジメチル一 2—イミダゾリジノン等が使用される。これらのうちの 1種又は 2種以上の混合溶媒であってもよい。特に、 NMPが好ましい。
[0051] また、本発明のポリアミド酸溶液の典型例として、 2種以上のビフエニルテトラカルボ ン酸ニ無水物及び芳香族ジァミンを有機極性溶媒中で反応して得られるポリアミド酸 溶液が挙げられる。中でも、ビフエニルテトラカルボン酸二無水物として、対称性及び 非対称性のビフエニルテトラカルボン酸二無水物を共に含んで!/、るものが好ましレ、。 非対称性の 2,3,3',4'ービフエニルテトラカルボン酸二無水物を 10〜80モル% (特 に、 15〜50モル%)及び対称性のビフエ二ルテトラカルボン酸二無水物を 90〜20 モル0 /0 (特に、 85〜50モル0 /0)含有するものがより好ましぐさらに、非対称性の 2,3, 3,,4,ービフエニルテトラカルボン酸二無水物を 20〜30モル%及び 3,3,,4,4,ービ フエニルテトラカルボン酸二無水物を 80〜70モル0 /0含有するものが特に好ましい。
[0052] ポリアミド酸溶液中のポリアミド酸の重量平均分子量は、その上限値としては 3000 0であり、好ましくは 25000以下である。下限ィ直としては 3000であり、好ましくは 600 0以上である。重量平均分子量が 3000未満のオリゴマー状態の分子は内部分子と の絡み合い効果がなぐ結果的に半導電性ポリイミド樹脂ベルトの表面に脆弱層を形 成してしまうことになる。
[0053] なお、ポリアミド酸の分子量の調節は、公知のいずれの方法を用いても構わない。
例えば、ビフエニルテトラカルボン酸二無水物/芳香族ジァミンのモル比を 0. 5〜0 . 95で重合して所定の分子量のポリアミド酸を形成した後で、必要に応じてビフエ二 ルテトラカルボン酸/芳香族ジァミンが略等モルになるようにビフエニルテトラカルボ ン酸を添加する方法 (例えば、特公平 1— 22290号公報参照)や、ビフエニルテトラ カルボン酸二無水物/芳香族ジァミンを略等モルで反応するに際して、水のような高 分子量化を抑制する化合物を所定量共存させる方法 (例えば、特公平 2— 3820号 公報参照)等により、好適に行うことができる。
[0054] 特に、上記した対称性及び非対称性のビフエ二ルテトラカルボン酸二無水物を共 に含むポリアミド酸溶液の場合には、ポリアミド酸の有機極性溶媒への溶解性を高め ることが可能となり、ポリアミド酸溶液の固形分濃度を、 23重量%以上、特に 25〜50 重量%の高い濃度に調製することができる。このように高い固形分濃度に調製できる のは、ポリアミド酸が高分子量化して!/、な!/、ため溶媒に溶解しやすレ、こと力 S挙げられ る。そのため、容易に膜厚 100 m以上あるベルトを製造することができ、使用する溶 媒の量が少ないためコストが抑えられ溶媒の蒸発除去が簡便になる。
[0055] また、蒸発させる溶媒が多いと乾燥過程における温度対流や蒸発対流を起こす浮 力と表面張力、溶媒蒸発による粘度変化、密度変化などが大きぐカーボンブラック の分散状態が不均一になって起こる「浮きまだら現象」を発生させてしまう。しかし、本 発明のポリアミド酸溶液組成物では溶媒の量が少ないためこの様な問題が極力抑え られる。
[0056] カーボンブラックをポリアミド酸溶液に混合する方法は、カーボンブラックがポリアミ ド酸溶液中に均一に混合、分散される方法であれば特に制限はない。例えば、サン ドミル、ビーズミル、超音波ミル、 3本ロール等を用いた方法が用いられる。混合及び 分散後のカーボンブラックの平均粒子径は、通常 0.;!〜 0. 5 111程度、好ましくは 0 • 2—0. 4〃m程度である。
[0057] ポリアミド酸溶液に添加されるカーボンブラックの量は、ポリアミド酸溶液組成物の 固形分中 20〜30重量%となるように決定される。下限が 20重量%以上であるのは、 例えばカラー画像形成装置の中間転写ベルトなどとして使用した場合、電荷の帯電 安定性と徐電を適切に行うことができ、並びに長期間安定して高品質の転写画像を 得るために必要であり、 30重量%以下とするのは、中間転写ベルトとしての強度を保 持し、長期間の使用でも中間転写部材の破損などの問題が発生しないようにするた めである。
[0058] なお、本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、上記組成物中にイミダゾール系 化合物(2-メチルイミダゾール、 1 ,2—ジメチルイミダゾール、 2-メチル -4-メチルイミ ダゾール、 2-ェチル -4-ェチルイミダゾール、 2-フエ二ルイミダゾール)、界面活性剤 (フッ素系界面活性剤等)等の添加剤を加えてもょレ、。
[0059] 力、くしてカーボンブラックが固形分中 20〜30重量%の範囲で均一分散されたポリ アミド酸溶液組成物が製造される。
[0060] このカーボンブラックの分散ポリアミド酸溶液組成物の粘度は、例えば、 0. 5〜50P a' s、好ましくは 1〜; lOPa' sにすれば、カーボンブラックの分散悪化を最小限に制御 できる。また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒径は 0.;!〜 0. 5 mの範囲で、 最大粒子径は 1 m以下にすることが好ましい。
3.半導電性ポリイミドベルトの製造方法
本発明の半導電性ポリイミドベルトは、上記のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶 液組成物を回転成形法にて管状物に成形し、これを加熱処理して製造される。
[0061] 特に、(1)重力加速度の 0. 5〜8倍の遠心加速度で低速回転する円筒金型の内 周面に、カーボンブラックを均一に分散させたポリアミド酸溶液組成物を均一な厚さ で塗布する工程、(2)該円筒金型を重力加速度の 0. 5〜8倍の遠心加速度で低速 回転させたまま、 100〜; 140°Cの温度で加熱し溶媒を揮発させて自己支持性 (皮膜 の流動が発生しない)の皮膜を形成する工程、及び(3)該皮膜を円筒金型の内周面 に付着した状態のまま約 300°C以上の温度で加熱してイミド化する工程、を有するこ とを特徴とする。
[0062] 以下、カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物(以下、簡略化して「液体原料」 とも呼ぶ)を使った半導電性ポリイミドベルトの製造方法につ!/、て説明する。
[0063] 液体原料は、重力加速度の 0. 5〜8倍の遠心加速度で低速回転する円筒金型の 内周面に均一な厚さで塗布される。つまり、重力加速度の 0. 5〜8倍の遠心加速度 という低速回転で、液体原料が供給されることで回転方向に受けるせん断力が小さく 、分子鎖の配向やカーボンブラックなどのフィラーのストラクチャー配向を抑制できる 。前記の遠心加速度が重力加速度の 0. 5倍未満であると、供給された液体原料が 円筒金型の内周面に密着せずに流れ落ちる(たれ)危険性がある。一方、重力加速 度の 8倍より大きくなると、供給時にうける回転方向へのせん断力による分子鎖の配 向やカーボンブラックなどのフィラーのストラクチャー配向だけでなぐ遠心力による 液体原料の流動が発生するためである。 [0064] なお、本発明で使用する遠心加速度(G)は、下記式から導かれる。
[0065] G(m/s2) = r - ω 2 = Γ · (2 · π · η)2
ここで、 rは円筒金型の半径 (m)、 ωは角速度(rad/s)、 nは 1秒間での回転数(60s 間の回転数力 Sr.p.m)を示す。比較する重力加速度(g)は、 9. 8 (m/s2)である。
[0066] 液体原料の供給手段は、ノズル法やスプレー法で吐出させながら回転する円筒金 型の回転軸方向に移動させることによって、円筒金型の内周面に液体原料を均一な 厚みで塗布する。塗布ヘッドの形状は、特に制約はなぐ円形や矩形など適時使用 できる。また、その大きさも特に制約はなぐ吐出される液体原料の粘度との組み合 わせによって設計することが可能である。吐出圧力の方式には特に制限はないが、 圧縮空気や高粘度液対応のモーノポンプ、ギヤポンプなどが用いられる。
[0067] このように円筒金型の内周面に均一な厚みで液体原料を塗布した場合は、円筒金 型の高速回転、即ち、遠心力によって液体原料を流動させ塗膜の膜厚を均一にさせ る必要はない。遠心力を利用した回転成形では、原料を供給後、遠心力により液体 原料を円筒金型の内面に均一に流延させる。そして遠心力によって生じる流動によ つてカーボンブラックの粒子が流動方向にストラクチャーを成形したように並ぶ。その ため、これによつてポリイミド製中間転写ベルトの電気特性に悪影響を引き起こす場 合がある。これに対し、高速回転しない本発明の方法によれば、この様な問題はほと んど生じない。
[0068] 円筒金型の内周面には、ポリイミド樹脂が密着しないように、離型剤を塗布すること が好ましい。離型材の種類に制限はないが、液体原料の溶媒や加熱反応時に樹脂 力、ら発生する水の蒸気などに侵されな!/、ものであれば特に限定はな!/、。
[0069] 液体樹脂の皮膜形成工程においては、重量加速度の 0. 5〜8倍の遠心加速度で 低速回転させたまま、 100〜; 140°Cの温度で溶媒を揮発して固形分濃度を 40重量 %以上とすることで円筒金型の内周面に自己支持性の皮膜を形成することで達成で きる。
[0070] ポリイミド樹脂皮膜形成工程においては、ポリイミド樹脂の種類によって異なるが円 筒金型の内周面に付着した状態のまま、 60〜120分間で約 250°Cに上昇する。次 に完全にポリイミド転化する温度、例えば 300〜350°Cで 30〜90分間、皮膜を加熱 させることでポリイミド樹脂皮膜を形成することができる。皮膜形成を円筒金型の内周 面に付着した状態で行うことで、イミド化反応や溶媒揮発で起こる収縮を抑えてその 応力でポリマー鎖を面内方向に均一配向させることが可能となる。
[0071] 以上のように、カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、高い固形分濃度を 有し、し力、も該固形分中に高いカーボンブラック濃度を有している。さらに、これを用 V、て成形される半導電性ポリイミド樹脂ベルトは高!/、カーボンブラック濃度を有してお り、しかも、ポリイミド樹脂の本来の機械的特性(強靭性等)が充分に保持されている。
[0072] 得られる半導電性ポリイミドベルトの平均膜厚は、通常 50〜; 150 m程度、好ましく は 60〜; 120 m程度に調節される。
[0073] また、表面抵抗率は、通常 109〜; 1014 Ω /口程度、好ましくは 101()〜; 1013 Ω /口程 度になるように調節される。
[0074] このように製造した半導電性ポリイミドベルトは、例えば、電子写真機器のカラー画 像形成装置の中間転写ベルトとして使用した場合、電荷の帯電安定性と徐電を適切 に行うことができ、並びに長期間安定して高品質の転写画像を得ることが可能となる
発明の効果
[0075] 本発明のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、該溶液中のカーボンブ ラックの流動性及び分散安定性に優れ、溶媒を極力低減した高い固形分濃度を有し 、しかも該固形分中において高いカーボンブラック濃度を有している。また、用いる力 一ボンブラックは不純物の含有量が極めて低ぐ安全性及び環境適合性に優れて!/、 る。さらに、該ポリアミド酸溶液組成物を用いて製造されるポリイミド樹脂ベルトは、中 間転写ベルト等として用いた場合、カラー画像形成装置において正確な転写を実現 することができ、力、つ長期間安定して高品質の転写画像を得ることができる。
図面の簡単な説明
[0076] [図 1]樹脂中でのカーボンブラックの導電モデルを示す。
[図 2]図 1における (Α)〜(C)の状態を再現した顕微鏡写真である。 (Α)は部分連続 であり、カーボンブラックが凝集しミクロレベルでの抵抗バラツキがあり、画像欠陥を 生じる。 (Β)は不連続であり、カーボンブラックが均一分散し半導電性の制御が可能 であるが、機械的及び電気的ストレスにより抵抗率が変化する。 (C)連続 (理想モデ ノレ)であり、カーボンブラックの高充填による連鎖効果のみで導電性を発現し、カーボ ンブラックの粉体抵抗によって導電性が決定する。
[図 3]実施例 4で測定した半導電性ポリイミド樹脂ベルトのカーボンブラック充填量と 該ベルトの表面抵抗率との関係を示す。
発明を実施するための最良の形態
[0077] 以下、比較例と共に実施例を用いて本発明をより詳細に説明する力 本発明はこ れら実施例に限定されるものではない。
[0078] 本明細書に記載される各物性値の測定は、以下のようにして行った。
(1)窒素吸着表面積
窒素吸着表面積は、 JIS K6217 (低温窒素吸着法)に準拠して測定した。或いは、 市販カーボンの特性データを参照した。
(2) DBP吸収量
DBP吸収量は、 JIS K6217に準拠して測定した。或いは、巿販カーボンの特性デー タを参照した。
(3)カーボンブラックの揮発分
揮発分は、 JIS K6221に準拠して、該カーボンブラックを 950°Cで 7分間加熱した時 の減量を測定し、加熱前のカーボンブラック重量に対する減量をパーセント表示(重 量%)した。
(4)カーボンブラックの pH
pH値は、カーボンブラックと蒸留水の混合液をガラス電極メーターで測定した値と した。
(5)カーボンブラックの未分解原料炭化水素 (PAH)の抽出量
80°Cで 24時間乾燥したカーボンブラック 5gを円筒状のガラス濾紙に入れ、溶媒と してモノクロルベンゼンを 180cc用いソックスレー抽出を 48時間行う。この抽出液を 濃縮し、液体クロマトグラムにより抽出量を定量し、カーボンブラック重量で割り含有 量とした。液体クロマトグラム分析計は、島津製作所社製 LC- 6A フローコントロー ラ 島津製作所製 SCL— 6A検出器 ミリポア一社製 Watera 490E型 注入量 5 μ 1で実施した。
(6)カーボンブラックの粒度
溶液中でのカーボンブラックの粒度は、 HORIBA社製 LA—920型レーザ回折 '散 乱式粒度分布測定装置を用いて測定した値である。
(7)ポリアミド酸溶液組成物中の固形分及びその濃度
カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物の固形分濃度は、次のように算出され た値である。試料を金属カップ等の耐熱性容器で精秤しこの時の試料の重量を A (g )とする。試料を入れた耐熱性容器を電気オーブンに入れて、 120°C X 15分、 180 °C X 15分、 260°C X 30分、及び 300°C X 30分で順次昇温しながら加熱、乾燥し、 得られる固形分の重量(固形分重量)を B (g)とする。同一試料について 5個のサンプ ルの A及び Bの値を測定し (n= 5)、次式にあてはめて固形分濃度を求めた。その 5 個のサンプルの平均値を、固形分濃度として採用した。
[0079] 固形分濃度 = B/A X 100 (%)
(8)ポリアミド酸の重量平均分子量
本明細書における重量平均分子量は、 GPC法 (溶媒: NMP、ポリエチレンォキサイ ド換算)により測定した値である。
(9)半導電性ベルトの表面抵抗率
表面抵抗率(SR)の測定は、得られた半導電性ベルトを長さ 400mmにカットしたも のをサンプルとして、三菱化学株式会社製の抵抗測定器"ノヽィレスタ IP 'URプロ— ブ"を使って、幅方向に等ピッチで 3力所と縦 (周)方向に 4力所の合計 12ケ所につい て各々測定し、全体の平均値で示した。表面抵抗率(SR)は電圧 500V印加の下 10 秒経過後に測定した。
[0080] 製造例 1
原料油としてエチレンボトム油を用い、燃焼用にはコークス炉ガス用いて、通常のォ ィルファーネス法で 3種類のカーボンブラックを作製した。反応停止水としては、ィォ ン交換樹脂で処理した純水を用いた。
[0081] 上記のカーボンブラック 800gを内径 50cm、長さ 80cmの円筒型キルンに入れ、そ の底から 100%の酸素を原料ガスとして、米国 PCI社製のオゾン発生器により発生し たオゾン濃度 10wt%のガスを、カーボンブラックと接触反応させた。このオゾンガス 中の窒素酸化物量は Oppmであった。得られたカーボンブラック(CB1〜3)の特性を 表 1に示した。
[0082] また、市販されている三菱化学製カーボンブラック「MA100」、デグサ製カーボンブ [0083] [表 1]
Figure imgf000018_0001
[0084] 実施例 1
3, 3', 4, 4'ービフエニルテトラカルボン酸二無水物と 4, 4'ージアミノジフエニル エーテルとを、 NMP溶液中で合成したポリアミド酸溶液(重量平均分子量 29000)を 50kg用意した。この溶液は粘度 3. OPa - s,固形分濃度 18. 0重量。 /。であった。この 溶液 10kgに、 CB1のカーボンブラックと NMP溶液を加えて、サンドミノレにてカーボ ンブラックの均一分散を行った。均一分散の目安として溶液中でのカーボンブラック の平均粒径が 0. 5 ^ m以下になるように分散条件をそれぞれ設定した。得られた力 一ボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物の特性を表 2に示す。
[0085] 実施例 2
実施例 1の CB1に代えて、 CB2を使用し力一ボンブラック分散ポリアミド酸溶液組 成物を作製した。その特性を表 2に示す。
[0086] 実施例 3
実施例 1の CB1に代えて、 CB3を使用しカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組 成物を作製した。その特性を表 2に示す。 [0087] 比齩例 1
実施例 1の CB 1に代えて、三菱化学製「MA100」を使用しカーボンブラック分散ポ リアミド酸溶液組成物を作製した。溶液中でのカーボンブラックの平均粒径が 0 · 5 11 m以下に均一分散するためには NMP溶液を大量に加える必要があり、揮発分濃度 は低くなつた。その特性を表 2に示す。
[0088] 比較例 2
実施例 1の CB 1に代えて、デグサ製「Spedal Black 4」を使用しカーボンブラック分 散ポリアミド酸溶液組成物を作製した。溶液中での力一ボンブラックの平均粒径が 0. 5 μ m以下に均一分散するためには NMP溶液を大量に加える必要があり、固形分 濃度は低くなつた。その特性を表 2に示す。
[0089] [表 2]
Figure imgf000019_0001
[0090] 実施例 4 (回転成形法による半導電性ポリイミド樹脂ベルトの製造)
実施例 1、 2、 3叉は比較例 1、 2のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物 (溶 液;!〜 5)から、種々のカーボンブラック濃度に調整した複数の液体原料を調整した。
[0091] 各液体原料を、外径 324mm、内径 300mm、長さ 500mmの円筒金型を、重力加速 度の 4. 0倍の遠心加速度で回転させながら、その円筒金型の内周面にスプレー法 にて均一に幅 480mmで塗布した。塗布厚さは、固形分濃度から算出し、中間転写部 材の厚さが 100 mになるよう決定した。その後も重力加速度の 4. 0倍の遠心加速 度で回転させたまま、 60分間で 120°Cに昇温し、その後 120°Cでの 90分間乾燥さ せた。 [0092] 次に、この皮膜を円筒金型の内周面に付着したまま高温加熱炉に投入し、 120分 間で 320°Cに昇温し、 320°Cで 60分間高温加熱することでポリイミド転化を完了した 。その後、常温まで冷却して金型より半導電性ポリイミドベルトを取り出した。
[0093] この様にして得られた半導電性ポリイミドベルトについて、カーボンブラック充填量と 表面抵抗率の関係を図 3に示す。
[0094] 図 3より、「MA100」や「SB4」では、ポリイミド樹脂中へ該カーボンブラック濃度を 20 重量%も充填すると、カーボンブラックの連鎖効果により高い導電性を発現し、中間 転写ベルトに必要な半導電性領域(109〜; 1014 Ω /口程度)でのコントロールができ なくなる。具体的には、表面抵抗率が I X 108 Ω /口以下 (underレンジ)となってしまう
[0095] 一方で、 CB1、 CB2、 CB3はポリイミド樹脂中へ該カーボンブラック濃度を 20重量 %以上に充填できることがわかる。これにより、カーボンブラック同士の連鎖による導 電性が付与され、外部環境や印加電圧に影響を受けにくい安定した電気特性を有 することになる。さらに、カーボンブラック充填量に対するポリイミド樹脂の表面抵抗率 の関係において、その傾きが緩やかになる。そのため、ベルト製造時において、カー ボンブラック充填量の微量の変化に基づく表面抵抗率の極端な変動をなくすることが でき、抵抗の制御が簡便になる。
[0096] 実施例 5
3, 3' , 4, 4'—ビフエニルテトラカルボン酸二無水物と 4, 4'ージアミノジフエニル エーテルとを、 NMP溶液中で合成したポリアミド酸溶液(重量平均分子量 24000)を 10kg用意した。この溶液は粘度 3. OPa - s,固形分濃度 19重量%であった。この溶 液に CB1を 570gと NMP: 100gをカロえて、サンドミルにてカーボンブラックの均一分 散を行った。
[0097] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、組成物中の固形分濃度が 23 . 15重量%であり、該固形分中のカーボンブラック濃度が 23. 1重量%であった。ま た、溶液中でのカーボンブラックの平均粒径は 0. 243 m、最大粒径は 0. 421 ^ 01 であった。
[0098] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を使用し、実施例 4に示す回転成 形法にて半導電性ポリイミドベルトを製造した。この半導電性ポリイミドベルトの表面 状態、表面抵抗率及び厚さを、表 3に示す。
[0099] 実施例 6
4, 4'ージアミノジフエニルエーテルを NMP溶液に 100モル0 /0溶解させた後、 2,3,3 ,,4,ービフエニルテトラカルボン酸二無水物: 20モル%と 3, 3,, 4, 4,ービフエ二ノレ テトラカルボン酸二無水物: 80モル%をそれぞれ投入し、これに水を加えて特公平 2 -3820号公報に従い合成したポリアミド酸溶液(重量平均分子量 12000)を 5kg用意 した。この溶液は粘度 5. 5Pa' s、固形分濃度 30. 0重量%であった。この溶液に CB 2を 510gと NMP: 1000gをカロえて、サンドミルにてカーボンブラックの均一分散を行 つた。
[0100] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、組成物中の固形分濃度が 30 . 87重量%であり、該固形分中のカーボンブラック濃度が 25. 4重量%であった。ま た、溶液中でのカーボンブラックの平均粒径は 0· 281 m、最大粒径は 0· 51 μ mで あった。
[0101] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を使用し、実施例 4に示す回転成 形法にて半導電性ポリイミドベルトを製造した。この半導電性ポリイミドベルトの表面 状態、表面抵抗率及び厚さを、表 3に示す。
Figure imgf000021_0001
4, 4'ージアミノジフエニルエーテルを NMP溶液に 100モル0 /0溶解させた後、 2,3,3 ,,4,ービフエニルテトラカルボン酸二無水物: 50モル%と 3, 3,, 4, 4,ービフエ二ノレ テトラカルボン酸二無水物: 50モル%をそれぞれ投入し合成したポリアミド酸溶液( 重量平均分子量 7000)を 5kg用意した。この溶液は粘度 6. 5Pa' s、固形分濃度 38 • 0重量0 /0であった。この溶 ί夜に CB3を 750gと NMP: 1200gをカロ免て、サンドミノレに てカーボンブラックの均一分散を行った。
[0103] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、組成物中の固形分濃度が 38 . 13重量%であり、該固形分中のカーボンブラック濃度が 28. 3重量%であった。ま た、溶液中でのカーボンブラックの平均粒径は 0· 253 m、最大粒径は 0· 45 01で あった。 [0104] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を使用し、実施例 4に示す回転成 形法にて半導電性ポリイミドベルトを製造した。この半導電性ポリイミドベルトの表面 状態、表面抵抗率及び厚さを、表 3に示す。
[0105] 比較例 3
3, 3' , 4, 4'—ビフエニルテトラカルボン酸二無水物と 4, 4'ージアミノジフエニル エーテルとを、 NMP溶液中で合成したポリアミド酸溶液(重量平均分子量 32000)を 10kg用意した。この溶液は粘度 5. OPa - s,固形分濃度 18. 0重量%であった。この 溶液に、三菱化学製「MA100」:320gと NMP : 3000gをカロえて、サンドミルにてカー ボンブラックの均一分散を行った。ここで、 NMPの加える量が 3000gとしたのは、溶 液粘度が高ぐカーボンブラックの均一分散が困難であったためである。
[0106] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物は、組成物中の固形分濃度が 15 . 92重量%であり、該固形分中のカーボンブラック濃度が 15. 09重量%であった。 また、溶液中でのカーボンブラックの平均粒径は 0· 51 H m、最大粒径は 3· 26〃 m であった。
[0107] このカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を使用し、実施例 4に示す回転成 形法にて半導電性ポリイミドベルトを製造した。この半導電性ポリイミドベルトの表面 状態、表面抵抗率及び厚さ(平均膜厚)を、表 3に示す。
[0108] [表 3]
Figure imgf000022_0001
[0109] 表 3より、カーボンブラックの揮発分濃度を増加させることで、ボリイミド樹脂中へ該 カーボンブラック濃度を上昇させることが可能なことが分かる。
[0110] また、比較例 3では、液体原料の固形分濃度が低ぐ大量の有機極性溶媒を揮発 するのに多大な時間が必要となり生産効率が非常に悪い。また、回転成形法の乾燥 過程における温度対流や蒸発対流が対流を起こす浮力と表面張力、溶媒の蒸発に よる粘度変化、密度変化などの影響によって、カーボンブラックの分散状態が不均一 になって起こる「浮きまだら現象 (Floating)」が発生し、ゥロコ状の模様となって現れた
実施例 5、 6、 7の半導電性ポリイミドベルトをカラー画像形成装置の中間転写ベル トとして用いた場合、電荷の帯電安定性と徐電を適切に行うことができ、並びに長期 間安定して高品質の転写画像を得ることが可能であった。

Claims

請求の範囲
[1] ビフエニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジァミンとの略等モル量を反応して得 られるポリアミド酸溶液、及びオイルファーネス法で製造された揮発分 2〜6%のカー ボンブラックを含むカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物であり、該溶液組成 物中の固形分濃度が 23重量%以上であり、該固形分中の該カーボンブラック濃度 力 ¾0〜30重量%であるカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[2] 前記カーボンブラックの pHが 2〜4、窒素吸着比表面積が 60〜150m2/g、 DBP吸 収量力 0〜; 120ml/100g、かつ未分解原料炭化水素(PAH)の抽出量が lOppm以 下である請求項 1に記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[3] 前記カーボンブラックがオゾンを含有する酸化剤で酸化処理されたものである請求 項 1又は 2に記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[4] 前記ポリアミド酸溶液力 ポリアミド酸の重量平均分子量が 30000以下のポリアミド酸 溶液である請求項 1に記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物。
[5] 前記ビフエニルテトラカルボン酸二無水物が非対称性の 2,3,3',4'ービフエ二ルテト ラカルボン酸二無水物を 10〜80モル%程度含有し、前記芳香族ジァミンが 4, 4' ジアミノジフエニルエーテルである請求項 1に記載のカーボンブラック分散ポリアミド 酸溶液組成物。
[6] 請求項 1〜5のいずれかに記載のカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を回 転成形法にて管状物に成形し、これを加熱処理してイミド化する半導電性ポリイミド 樹脂ベルトの製造方法であって、
(1)重力加速度の 0. 5〜8倍程度の遠心加速度で回転する円筒金型の内周面に、 該カーボンブラック分散ポリアミド酸溶液組成物を均一な厚さで塗布する工程、
(2)該円筒金型を重力加速度の 0. 5〜8倍程度の遠心加速度で回転させたまま 10 0〜140°C程度の温度で加熱して、自己支持性の皮膜を形成する工程、及び
(3)該皮膜を円筒金型の内周面に付着した状態のまま約 300°C以上の温度で加熱 してイミド化する工程、
を含むこと特徴とする製造方法。
[7] 請求項 6に記載の製造方法により製造される半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
[8] ポリイミド樹脂中にオイルファーネス法で製造された揮発分 2〜6%のカーボンブラッ クが均一分散した半導電性ポリイミド樹脂ベルトであり、該ポリイミド樹脂を 70〜80重 量%及び該カーボンブラックを 20〜30重量%含み、表面抵抗率が 109〜; 1014 Ω / 口である半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
[9] 平均膜厚が 50〜; 150 mである請求項 8に記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルト。
[10] 請求項 7〜9の!/、ずれかに記載の半導電性ポリイミド樹脂ベルトからなる電子写真 機器の中間転写ベルト。
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