1.本发明属于显影辊技术领域，尤其涉及一种聚氨酯水性抗静电涂层及其显影辊制备方法。


背景技术：

2.通常，打印机、复印机都由静电潜像承载构建(也称感光鼓)、为感光鼓充电的的充电辊、将墨粉转移至感光鼓使静电潜像形成可见的墨粉图像的显影辊、将墨粉由感光鼓转印至其它介质上的转印辊等导电胶胶辊构成。
3.近几年来，以打印机为代表的成像设备在人们的日常生活中得到了广泛的普及，打印机工作过程主要包括充电、曝光、显影、转印、定影、清洁六个过程。充电，将带有电压的导电性弹性辊按压在感光体表面上，通过与感光体同时接触并回转产生带电的装置使opc带上规定电荷。曝光，利用opc表面的光导特性,使opc表面曝光,形成一定形状不等位的电荷区。显影，碳粉颗粒在电场作用下吸附在opc表面被曝光的区域；转印，当打印纸通过转印辊时,被带上与碳粉相反的电荷,使碳粉颗粒按一定的形状转印到纸上；定影，已经印上字的打印纸上的碳粉颗粒，需要熔化才能渗透到纸里。清洁，opc表面的碳粉并未完全被转印纸上，通过刮刀清理后，并可完成下一轮转印成像过程。其中显影环节显影辊是显影过程的核心部件，对打印画稿品质起着决定性作用。
4.目前的显影辊不能够使墨粉有较高的带电量，且墨粉不容易从显影辊表面脱离，画稿浓度低，长期高速打印会因碳粉熔融而导致沾污感光鼓和刮刀而产生纵筋。


技术实现要素：

5.本发明提供一种聚氨酯水性抗静电涂层及其显影辊制备方法，旨在解决目前的显影辊不能够使墨粉有较高的带电量，且墨粉不容易从显影辊表面脱离，画稿浓度低，长期高速打印会因碳粉熔融而导致沾污感光鼓和刮刀而产生纵筋的问题。
6.本发明是这样实现的，一种显影辊制备方法，包括以下步骤：在金属轴芯1的外层覆盖弹性层2；在弹性层2的外层覆盖表面层3。
7.优选的，所述弹性层2为顺丁橡胶和丁腈橡胶的复合体系；所述顺丁橡胶占橡胶总质量份数的50-90％，体积电阻控制在10
3-108ω.cm。
8.优选的，所述表面层3为导电微球的聚氨酯水性抗静电涂层。
9.优选的，所述导电微球为苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球；所述苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球通过悬浮聚合工艺制备；所述苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球的tg控制在100～130℃。
10.优选的，所述苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球的单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中至少一种。
11.优选的，所述苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球使用疏水改性导电炭黑作为导电
剂，所述导电炭黑的添加量为3～10％；所述苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球中，链转移剂正十二硫醇为单体的1％-7％wt，油相引发剂过氧化特戊酸叔丁酯为单体的0.5％-5％wt，交联剂二乙烯基苯为单体的5％-15％wt。
12.一种聚氨酯水性抗静电涂层，包括如下重量份的组分：聚氨酯树脂乳液50-70％wt，去离子水5-25％wt，水性涂料助剂0.1-2％wt，离子液0.5～5％，导电微球3～10％wt，水性纳米金刚石分散液3～10％wt，聚四氟乙烯分散液1-8％wt，石墨1～3％wt，成膜助剂3～15％wt。
13.优选的，还包括硅烷偶联剂；所述硅烷偶联剂的使用量0.5～5％wt。
14.优选的，还包括固化剂；所述固化剂包括异氰酸酯、氮丙啶、聚碳化二亚胺中至少一种；固化剂的使用量为树脂的2～10％wt。
15.优选的，所述水性纳米金刚石分散液含有去离子水，分散剂，亲水处理纳米金刚石粉体，固含量10～25％wt。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种聚氨酯水性抗静电涂层及其显影辊制备方法，能够使墨粉有较高的带电量，画稿浓度高，并且能够使墨粉很容易脱离，长期高速打印不会因碳粉熔融而导致沾污感光鼓和刮刀而产生纵筋。
附图说明
17.图1为本发明显影辊的结构示意图；
18.图中：1、金属轴芯；2、弹性层；3、表面层。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.请参阅图1，一种显影辊制备方法，包括以下步骤：在金属轴芯1的外层覆盖弹性层2；在弹性层2的外层覆盖表面层3。弹性层2为顺丁橡胶和丁腈橡胶的复合体系；顺丁橡胶占橡胶总质量份数的50-90％wt，体积电阻控制在10
3-108ω.cm。表面层3为导电微球的聚氨酯水性抗静电涂层。导电微球为苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球；苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球通过悬浮聚合工艺制备；苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球的tg控制在100～130℃。苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球的单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中至少一种。苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球使用疏水改性导电炭黑作为导电剂，导电炭黑的添加量为3～10％wt；苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球中，链转移剂正十二硫醇为单体的1％-7％wt，油相引发剂过氧化特戊酸叔丁酯为单体的0.5％-5％wt，交联
剂二乙烯基苯为单体的5％-15％wt。
22.在本实施方式中，金属轴芯1材料没有特殊限制，具体可使用不锈钢、铝、铁、镍、铝合金等金属材料，也可以由导电树脂构成。
23.弹性体2中的橡胶主要使用丁腈橡胶和顺丁橡胶。其中顺丁橡胶含量控制在弹性层2中的橡胶总量的50％-90％wt，丁腈橡胶的含量控制在10％-50％wt。
24.对于顺丁橡胶，若含量低于50％wt，则显影辊弹性层2的弹性将会变差，若高于90％wt，则整个导电弹性体2橡胶体系的电阻会变高，加工性能也会变差。
25.对于丁腈橡胶，若含量低于10％wt，则不能很好的保证弹性层2配方体系的电阻，若高于50％wt，则弹性层2橡胶的混炼性、整个显影辊的研磨性和尺寸精度都会变差。对于丁腈橡胶，可以使用丙烯腈含量在43％以上的及高丙烯腈含量的丁腈橡胶或丙烯腈含量在36-43％的高丙烯腈含量的丁腈橡胶、丙烯腈含量25-35％的中丙烯腈含量的丁腈橡胶，也可以使用丙烯腈含量在24％以下的低丙烯腈含量丁腈橡胶。
26.但是考虑到环境稳定性，优选丙烯腈含量在25-35％的丁腈橡胶。对于顺丁橡胶，可以使用市面上任意一款顺丁橡胶，可以用非充油顺丁橡胶，如br9000、br9002、br9003、br9004、br9100等；也可以使用充油顺丁橡胶，如br9175、br9075、br9073等。但是考虑到对opc的污染情况，优选非充油顺丁橡胶。
27.为了保证良好的弹性及其压缩永久变形，对弹性体2的硬度做一定的限制，其askera控制在45-80
°
之间，优选在50-65
°
之间。若弹性层2的硬度低于45
°
，则需要加入小分子增塑剂从而导致压缩永久变形明显增大，长期打印则会产生一条压痕,并且小分子物质析出会会污染感光鼓和墨粉。若弹性层2的硬度高于80
°
，则显影辊的整体硬度则会增加，从而不能很好地控制辊隙宽度，从而容易导致墨粉团聚、低分子物质析出等弊端。
28.由于现有显影辊弹性体中的导电剂之离子导电体系如抗静电剂等存在环境稳定性差并且添加量大时会导致显影辊压缩永久变形大、析出污染感光鼓的问题。因此，本发明显影辊弹性体2中的导电剂选择电子导电体系，对于导电剂没有特别要求，可以使用炭黑、石墨、氧化铁、氧化铝、氧化锑等，但考虑到成本和来源建议使用炭黑，具体的可以使用科琴黑、乙炔黑等导电性炭黑，也可以使用saf、isaf、haf、fef、gpf、srf、ft、mt等橡胶用炭黑。使用量应控制在橡胶质量份数的20％-50％。若低于20％wt则不能很好的控制弹性层2的电阻值，若高于50％wt则对弹性层2电阻影响不大，同时会使硬度严重增加。对于弹性层2，其体积电阻尽量控制在10
3-10
11
ω.cm。
29.其中含有导电微球的聚氨酯水性抗静电涂层，必须满足如下条件，表面层3的表面电阻应控制在10
5-10
11
ω，苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球通过悬浮聚合工艺制备。构成苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球的单体选自苯乙烯-丙烯酸酯树脂苯乙烯结构单体选自苯乙烯、甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯等芳香族乙烯单体中的至少一种，丙烯酸酯结构单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯中至少一种，导电剂为导电炭黑，种类不受限制，添加量为3～10％。链转移剂正十二硫醇为单体的1％-7％wt，油相引发剂过氧化特戊酸叔丁酯为单体的0.5％-5％wt，交联剂二乙烯基苯为单体的5％-15％wt。苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球所使用的导电炭黑作为导电剂，其中导电炭黑使用前必须进行疏水处理，使用硅烷偶联剂如kh570进行表面处理。水性纳米金刚石分散液含有去离子水，分散剂，亲
水性纳米金刚石粉体，固含量15％～40％wt。
30.一、苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球的制备方法：
31.1、导电炭黑的疏水改性：
32.将偶联剂加入到乙醇/水的混合液中分散5～10min，加入颜料一定温度下高速分散3～6h，烘干，研磨至粒径0.05～1um。其中，硅烷偶联剂使用kh570，质量为炭黑的0.5～5％wt,炭黑为卡博特的vxc-72。
33.2、单体油相制备
34.按照使用量称量单体至连接砂磨机的反应釜中、边搅拌边添加交联剂二乙烯基苯、链转移剂正十二硫醇、疏水改性导电炭黑vxc-72，室温预分散30～60min,将上述组分通过隔膜泵转移至砂磨机中，研磨制备油相。
35.3、水相分散液氢氧化镁胶体的制备
36.1)氯化镁溶液的制备：按照实验量称量去离子水，边搅拌边添加氯化镁，其中氯化镁占5～20％wt，分散15～30min。
37.2)氢氧化钠溶液的制备：按照实验量称量去离子水，边搅拌边添加氯化镁，其中氯化镁占1～10％wt，分散15～30min。
38.3)将氯化镁溶液使用蠕动泵缓慢滴加到氢氧化钠溶液中，用u1tratalaxt50(由ika公司制造)高速剪切15～45min,停止高速剪切，使用中速搅拌机搅拌12～24h，制备出胶体粒径小于1um的氢氧化镁胶体。
39.4、悬浮法制备苯乙烯改性丙烯酸树脂的导电微球工艺：
40.1.造粒：将制备好的油相液体分散到水相分散液中，使用t50高速剪切造粒，形成含有单体、交联剂、链转移剂、引发剂的油滴，油滴粒径大约在4～15um，其中油相和水相的比例控制在1:2～1:10,为了保证体系的稳定性，以及不产生大量小粒子，进一步优选1:4～1:8。
41.2.聚合：将悬浮造粒后的油滴转分散液转移至聚合反应容器中，保持中速搅拌200～500rpm，是分散液滴悬浮分散，氮气氛保护，升温至85℃进行第一次聚合反应，反应持续6～15h,反应结束关闭加热装置，继续搅拌降温。
42.3.过滤：在上述混合液体中加入酸，直到ph值为6～7，使用抽真空过滤泵抽滤，保留上面微球粉体；
43.4.清洗：将上述微球粉体通过去离子水清洗，抽滤；
44.5.干燥：使用鼓风烘箱，75℃烘干4～6h。
45.二、抗静电涂层的制备过程：
46.1)按照使用量称量水性聚氨酯树脂乳液，边搅拌边添加水性涂料助剂；
47.2)边搅拌边添加导电微球粉体和石墨，高速分散15～30min；
48.3)转速调整至中速，边搅拌边添加离子液，分散5～10min；
49.4)边搅拌边添加水性纳米金刚石分散液,分散5～10min；
50.5)边搅拌边添加聚四氟乙烯分散液,分散5～10min；
51.6)边搅拌边添加成膜助剂,分散5～10min；
52.7)边搅拌边添加去离子水，高速搅拌,分散15～30min；
53.8)边搅拌边滴加附着力促进剂,分散5～10min；
54.9)边搅拌边滴加固化剂,分散5～10min。
55.10)出料，过滤。
56.三、显影辊具体的制备方法，如下：
57.弹性层2，使用密闭式炼胶机或开放式炼胶机，素炼丁腈橡胶和顺丁橡胶，然后向炼胶机内投入氧化锌、硬脂酸、碳酸钙、炭黑、硫磺等填料，加至上述混炼胶中，并分散均匀，得到导电混炼胶ⅰ；
58.将上述橡胶组合物ⅰ用标准单杆挤出机挤出成型，成型过程中在其中间放置金属轴芯1，使其形成图一所示结构的显影辊。
59.将该预成型胶辊放入鼓风烘箱中，在100-130℃的条件下，加热10-30min，进行预硫化，然后将鼓风烘箱温度设定在150-180℃硫化10-20min使其真正成型。
60.使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。
61.清洗胶辊表面并烘干表面的水分，使用喷涂或浸涂的方式形成表面层3，并使用鼓风烘箱进行表面的固化干燥处理。
62.下面结合实施例多本发明进一步详述。
63.实施例1：
64.将丁腈橡胶20份、顺丁橡胶80份；氧化锌5份、硬脂酸1份、碳酸钙20份、炭黑30份、硫磺1.5份，在开放式炼胶机或密闭式炼胶机上将他们混炼均匀，得到导电橡胶组合物i。
65.将上述橡胶组合物ⅰ用标准单杆挤出机挤出成型，成型过程中在其中间放置金属轴芯1，使其形成图一所示结构的显影辊。
66.然后将该预成型胶辊放入鼓风烘箱中，在100-130℃的条件下，加热10-30min，进行预硫化，然后将鼓风烘箱温度设定在150-180℃硫化10-20min使其真正成型。
67.最后使用砂轮将胶辊外层研磨掉，并控制尺寸。
68.清洗胶辊表面并烘干表面的水分，使用喷涂或浸涂的方式形成表面层3，其表面层3使用导电微球ⅰ，然后使用鼓风烘箱进行表面的固化处理。
69.实施例2：
70.本实施例中，除胶辊表面层使用导电微球ii与实施例1不同外，其余均与实施例1相同。
71.实施例3、实施例4
72.实施例3、实施例4除胶辊表面层导电微球与实施例1不同外，其余均与实施例1相同，其中实施例3使用导电微球iii作为表面层树脂，实施例4使用导电微球iv作为表面层3。
73.对比例1：
74.本实施例中，除胶辊表面层3使用导电微球v与实施例1不同外，其余均与实施例1相同。
75.对比例2：
76.本实施例中，除胶辊表面层3使用导电微球vi与实施例1不同外，其余均与实施例1相同。
77.对比例3
78.对比例3、对比例4除表面层3导电微球种类与实施例1不同外，其余均与实施例1相同，其中对比例3使用导电微球vii作为表面层树脂，对比例4使用导电微球viii作为表面层
3。
79.对比例4
80.对比例4与实施例1除表面层抗静电涂料不同外，其余均与实施例1相同，其中对比例4表面层3的抗静电涂料中添加了20％wt的导电微球ⅰ。
81.对比例5
82.对比例5与实施例1除表面层3抗静电涂料不同外，其余均与实施例1相同，其中对比例5表面层3的抗静电涂料中添加了微球
ⅷ
。
83.上述实验结果见表1和表2。
[0084][0085]
表1
[0086][0087][0088]
表2
[0089]
对比例1：由于导电微球的单体仅用苯乙烯单体，导电微球tg高于规定值，导电微球过硬，打印过程中由于摩擦剧烈，导致碳粉在刮刀上团聚，打印画稿出现纵筋，在10℃*20％湿度条件下情况更严重。
[0090]
对比例2：由于导电微球的单体丙烯酸丁酯单体使用量增加，导电微球tg低于规定值，表层喷涂完后固化的过程中导致微球变软融融，从而失去了微球的形貌和功能。打印时
导致墨粉带电量偏低，随着打印的进行画稿会越来越色浅。
[0091]
对比例3：与实施例1对比，导电微球合成过程中交联剂和链转移剂都增加了，超过了我们规定的上限范围，导致导电微球交联密度过高，从而导致导电微球太硬，打印过程中由于摩擦剧烈，导致碳粉在刮刀上团聚，打印画稿出现纵筋，在10℃*20％湿度条件下情况更严重。
[0092]
对比例4：与实施例1对比，导电微球添加量由10％增加到20％，由于微球添加量超出了我们的规定范围，导致摩擦剧烈，从而使碳粉带电量过高，打印过程中会使华高浓度变得过低，随着打印的进行画稿会越来越色浅，在10℃*20％湿度条件下情况更严重。
[0093]
对比例5：与实施例1对比，导电微球更换为不导电的微球
ⅷ
，由于微球不导电，导致胶辊表面局部绝缘，从而会导致画稿出现不规律白点。
[0094]
表面电阻测试方法：
[0095]
将抗静电涂料喷涂或浸涂在一绝缘底材上(此底材要求为正方形切边长为100mm)，使用鼓风干燥箱对其加热使其交联固化。在25℃*55％的条件下，使用高电阻测试仪测试抗静电涂层的表面电阻。结果见表2。
[0096]
墨粉带电量测试：
[0097]
在25℃*55％的条件下，使用trek model212hs q/m meter测试仪测试墨粉的带电量。
[0098]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。