CN107885050B - 电荷传输材料及制备光导器件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光打印耗材领域，且特别涉及一种电荷传输材料及制备光导器件的方法。电荷传输材料以重量份计，其由8‑12份碳化钨粉末、1.5‑4.5份铁、0.5‑1份酞菁类化合物、2‑5份二氧化锰、0.7‑1.2份硅以及3‑8份树脂类混合物制成。该电荷传输材料原料之间配合良好，能够保证其具有良好的光电导性同时具有良好的耐磨损性能。

Description

电荷传输材料及制备光导器件的方法

技术领域

本发明涉及激光打印耗材领域，且特别涉及一种电荷传输材料及制备光导器件的方法。

背景技术

光导器件，也称为硒鼓，是激光打印机的核心部件。它是一个光敏器件，主要用制成。它的基本工作原理就是“光电转换”的过程。它在激光打印机中作为消耗材料使用，而且它的价格也较为昂贵。光导器件常用的光导材料有(CdS)、硒-砷(Se-As)。有机光导材料(opc)等几种。一般由铝制成的基本基材，以及基材上涂上的感光材料所组成。但是现有光导器件容易出现打印时出现空心字、打印颜色较浅案或者出现背景散射、纹背景等现象。这些打印过程中出现的不良现象大多数都是由于光导材料与基体配合不良造成的或者是光导材料本身性质不足造成与基体配合不良。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电荷传输材料，该电荷传输材料电荷传输材料有良好的光电导性，能够快速使得电子跃迁，同时保证电子跃迁的数量，同时具有良好的耐磨损性能。

本发明的另一目的在于提供一种制备光导器件的方法，该制备方法操作简单，简化光导器件的结构，电荷传输材料与基体结合紧密，能够有效防止电荷传输材料与基体作用不良导致的打字不清等现象。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种电荷传输材料，以重量份计，其由8-12份碳化钨粉末、1.5-4.5份铁、0.5-1份酞菁类化合物、2-5份二氧化锰、0.7-1.2份硅以及3-8份树脂类混合物制成。

本发明提出一种利用上述电荷传输材料的制备光导器件的方法，包括以下步骤：以重量份计，将8-12份碳化钨粉末、1.5-4.5份铁、2-5份二氧化锰以及0.7-1.2份硅加热熔融后得到第一混合物。

将0.5-1份酞菁类化合物和3-8份树脂类混合物混合后涂布于基体上，而后将第一混合物涂布于所述基体上。

本发明实施例的电荷传输材料的有益效果是：本发明提供的电荷传输材料利用8-12份碳化钨粉末、1.5-4.5份铁、0.5-1份酞菁类化合物、2-5份二氧化锰、0.7-1.2份硅以及3-8份树脂类混合物制成，各个物质之间相互协同作用，提升电荷传输材料的电子传输性能，继而提升其光导性能，同时提升其耐疲劳和耐磨损，使得制备的光导器件结构简单，但是具有较长的使用寿命。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面对本发明实施例的一种电荷传输材料及制备光导器件的方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种电荷传输材料，以重量份计，其由8-12份碳化钨粉末、1.5-4.5份铁、0.5-1份酞菁类化合物、2-5份二氧化锰、0.7-1.2份硅以及3-8份树脂类混合物制成。优选地，电荷传输材料是由9-11份碳化钨粉末、2-3份铁、0.7-0.9份酞菁类化合物、2.5-3份二氧化锰、0.8-1份硅以及5-6份树脂类混合物制成。

现有的光导材料需要覆盖多层光导材料继而提升其光导电性能，但是设置多层电荷传输材料容易造成电荷传输材料和基体配合不良，同时采用单一的电荷传输材料其光导电性能也单一，不能使得电荷传输材料具有良好的光导性能。若只是将现有的各种电荷传输材料进行混合，也不能良好的增加其光导电性能，同时，可能容易造成性能之间的抵触，继而降低光导性能，同时，进一步降低电荷传输材料与基体之间的配合。因此，本发明在发明人付出创造性劳动的基础上将碳化钨粉末、铁、酞菁类化合物、二氧化锰、硅以及树脂类混合物进行有机的结合得到光导电性能良好同时与基体配合良好的电荷传输材料。同时，仅采用上述6中原料而不用添加其他的原料或者具有光导性能的材料，即可实现本发明的电荷传输材料良好的光导率，而添加其他一些具有光导性能的材料可能还会降低本发明的电荷传输材料的光导率、耐疲劳或者耐磨性能。

具体地，碳化钨粉末为电、热的良好导体，同时具有良好的耐磨性能。树脂类混合物能够为电荷传输材料提供良好的粘接力同时能够为电荷传输材料提供有机光导性能，促进电子的跃迁，而铁、酞菁类化合物能够促进电子的跃迁并保证跃迁的活性，再辅助二氧化锰、硅促进电子-空穴对的生成，且能够保证更对"光生载流子"增多，同时减少电荷传输材料对光线的散射和漫射，继而保证折射的光线的稳定性，继而保证打印效果，提升电荷传输材料与基体的配合。

进一步地，碳化钨粉末碳化钨粉(WC)是生产硬质合金的主要原料，化学式WC。全称为,碳化钨粉为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，为电、热的良好导体。在本发明实施例中，碳化钨具有良好的耐磨性能，可以增加电荷传输材料的耐疲劳和耐磨性能，同时可以具有一定地光导电性能。

进一步地，铁是一种金属元素，磁化之后不易去磁，是优良的硬磁材料，有良好的延展性、导电、导热性能。在本发明中金属铁的添加不仅仅可以增加电荷传输材料的耐磨性能，还可以提升电荷传输材料的可塑性，增加电荷传输材料与基体的结合力，增加电荷传输材料与具体之间的配合作用，提升电子跃迁的能力。

进一步地，酞菁类化合物为金属酞菁类化合物优选地，金属酞菁类化合物为四叔丁基酞菁铁。酞菁是一种具有18个电子的大共轭体系的化合物，它的结构非常类似于自然界中广泛存在的卟啉，但是，与在生物体中扮演重要角色的卟啉不同的是，酞菁是一种完全由人工合成的化合物。酞菁类化合物为金属酞菁类化合物能够具有较稳定的共轭体系，其化学稳定性高，能够为电荷传输材料提供耐磨性能，同时具有多个配位点，能够形成多种配合物，继而使得电荷传输材料更容易形成电子-空穴对，提电荷传输材料的导电性能。

四叔丁基酞菁铁具有更好的溶解性，同时请高度共轭结构，有利于光生载流子的发生，可以促进电荷传输材料的电导率和电导性能。

进一步地，树脂类混合物包括腙类化合物、聚乙烯咔唑以及热塑性树脂。腙类化合物、聚乙烯咔唑以及热塑性树脂相互协同作用能够进一步提升电荷传输材料和基体之间的配合效果，同时三者配合也有导电性能，而后上述3种物质与碳化钨粉末、酞菁类化合物、二氧化锰、硅等物质相互协同作用，进一步提升导电材料的导电性能。

进一步地，腙类化合物为苯并咪唑酰腙类化合物，苯并咪唑酰腙类化合物是以苯并咪唑为母核含有酰腙基团的化合物，酰腙具有强的配位能力，而苯并咪唑具有广发的生物活性的杂化化合物，二者结合使得其具有双重响应性能，能够提电荷传输材料的到点了，提升电子跃迁的能力，降低电子跃迁所需的能量，继而增加电子跃迁的数量，提升导电率。

聚乙烯咔唑是芳香性结构含氮杂环高聚物，为半透明软固体，有热塑性，耐稀酸、稀碱和氟化氢。吸湿性小，电绝缘性极优良，耐热性也好，具有光导性，具有较好的空穴传输能力，能够负载电荷，性能稳定，且不会产生臭氧，能够进一步提升电荷传输材料的环保程度。且能够提升热塑性树脂、苯并咪唑酰腙类化合物之间的相容性，提升各个原料之间的相溶性、匹配性，继而整体提升电荷传输材料的导电性能。

热塑性树脂具有受热软化、冷却硬化的性能，而且不起化学反应，无论加热和冷却重复进行多少次，均能保持这种性能。能够增加各个物质之间的相容性，同时使得各个物质能够良好地与基体作用，提升电荷传输材料的可塑性。

热塑性树脂包括聚碳酸酯、聚酰亚胺或者具聚醚酰亚胺中的任意一种。聚碳酸酯(简称PC)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其具有良好的电气特性，耐候性佳。

聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。聚酰亚胺具有良好的介电性能、可耐极低温、具有很高的耐辐照性能。

聚醚酰亚胺(Polyetherimide，简称PEI)是无定形聚醚酰亚胺所制造的超级工程塑料，具有最佳之耐高温及尺寸稳定性，以及抗化学性、阻燃、电气性、高强度、高刚性等等，PEI树脂可广泛应用耐高温端子，IC底座、照明设备、FPCB(软性线路板)、液体输送设备、飞机内部零件、医疗设备和家用电器等。

本发明还提供一种利用上述电荷传输材料的制备光导器件的方法，包括以下步骤：

S1、制备第一混合物；

以重量份计，将8-12份碳化钨粉末、2-5份二氧化锰以及0.7-1.2份硅加热熔融后得到第一混合物。具体地，在保护气体氛围下，将碳化钨粉末和铁在1000-1200℃条件下熔融后，将温度冷却至800-1000℃后加入二氧化锰以及硅再熔融。在保护气体氛围下进行加热熔融，是为了防止加热过程中各个原料被空气氧化，继而保证电荷传输材料的光导性能。一般碳化钨粉末的熔点在2000℃以上，而本发明采用将碳化钨和铁进行共同熔融，降低了熔点，此时碳化钨和铁能够互相熔融，碳化钨和铁可能以WC-Fe的化合物的形式存在。而后降低加热温度，在800-1000℃后加入二氧化锰以及硅，此时，二氧化锰和硅能够熔融，此时，二氧化锰、硅和WC-Fe的化合物之间可能以类似层状石墨烯的形式进行插层即二氧化锰和硅可能插入WC-Fe的化合物分子的间隙或者WC-Fe的化合物分子插入到二氧化锰或者硅的分子间隙内。

当碳化钨粉末、铁、二氧化锰以及硅熔融1-2小时后，使得上述物质反应完全后，将第一混合物的熔融液冷却至300-400℃。此时，第一混合物仍然以熔融液的状态存在，而完全冷却至固体，防止后续将第一混合物与基体作用时要反复加热第一混合物继而破坏第一混合物内物质的结构。

S2、制备第二混合物；

将0.5-1份酞菁类化合物和3-8份树脂类混合物混合，具体地，将酞菁类化合物和树脂类混合物与溶剂进行混合得到第二混合物，酞菁类化合物和树脂类混合物的混合物与溶剂的质量比为1：0.2-0.3，而后利用球磨将酞菁类化合物和树脂类混合物和溶剂分散均匀，同时减小酞菁类化合物和树脂类混合物的粒径，便于第二混合物能够均匀地涂布于基体上。

进一步地，溶剂为异丙醇、二氯甲烷、或者环己酮中的任意一种，采用上述物质能够较好地与酞菁类化合物和树脂类混合物混合均匀，同时便于后续涂布与基体。

S3、涂布；

利用雾化成膜法将第二混合物喷射在基体表面，同时在基体表面的另一侧喷射相同温度的氮气，防止基体表面在涂布的过程中由于受热不同而导致基体变形，继而导致光导器件的导电性能降低。同时，采用雾化成膜法能够大量且均地将第二混合物涂布于基体表面。

而后将基体进行适当的冷却，使得基体表面的温度在200-300℃，此时，第二混合物已经与基体结合，而后将第一混合物涂布于涂布有第二混合物的基体上，第一混合物又可以与基体结合，同时不会因为温度改变过多而导致基体变形。同时，该光导器件仅仅有两层光导层，而该两层光导层可以实现现有技术中多层光导层才能实现的光导率，甚至其光导率还可以进一步提升，而电荷传输材料的耐疲劳、耐磨性能也有显著提升。同时，光导器件的结构被简化，提升电荷传输材料与基体之间的配合，防止基体上粘接过多的电荷传输材料，而导致电荷传输材料与基体的配合作用降低。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种电荷传输材料，其由8份碳化钨粉末、1.5份铁、0.5份四叔丁基酞菁铁、2份二氧化锰、0.7份硅以及3份树脂类混合物制成。其中，树脂类混合物包括苯并咪唑酰腙类化合物、聚碳酸酯和聚乙烯咔唑。

本实施例还提供一种利用上述电荷传输材料的制备光导器件的方法，包括以下步骤：

S1、制备第一混合物；

在保护气体氛围下，将8份碳化钨粉末和1.5份铁在1000℃条件下熔融后，将温度冷却至800℃后加入2份二氧化锰以及0.7份硅再熔融1小时后，将第一混合物的熔融液冷却至300℃。

S2、制备第二混合物；

将0.5份四叔丁基酞菁铁和3份树脂类混合物与溶剂进行混合得到第二混合物，四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物的混合物与溶剂的质量比为1：0.2，而后利用球磨将四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物和溶剂分散均匀。其中，溶剂为异丙醇。

S3、涂布；

利用雾化成膜法将第二混合物喷射在基体表面，同时在基体表面的另一侧喷射相同温度的氮气，而后将基体进行适当的冷却，使得基体表面的温度在200℃，此时，第二混合物已经与基体结合，而后将第一混合物涂布于涂布有第二混合物的基体上。

实施例2

本实施例提供一种电荷传输材料，其由12份碳化钨粉末、4.5份铁、1份四叔丁基酞菁铁、5份二氧化锰、1.2份硅以及8份树脂类混合物制成。其中，树脂类混合物包括苯并咪唑酰腙类化合物、聚碳酸酯和聚乙烯咔唑。

本实施例还提供一种利用上述电荷传输材料的制备光导器件的方法，包括以下步骤：

S1、制备第一混合物；

在保护气体氛围下，将12份碳化钨粉末和4.5份铁在1200℃条件下熔融后，将温度冷却至900℃后加入5份二氧化锰以及1.2份硅再熔融2小时后，将第一混合物的熔融液冷却至400℃。

S2、制备第二混合物；

将1份四叔丁基酞菁铁和8份树脂类混合物与溶剂进行混合得到第二混合物，四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物的混合物与溶剂的质量比为1：0.3，而后利用球磨将四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物和溶剂分散均匀。其中，溶剂为二氯甲烷。

S3、涂布；

利用雾化成膜法将第二混合物喷射在基体表面，同时在基体表面的另一侧喷射相同温度的氮气，而后将基体进行适当的冷却，使得基体表面的温度在300℃，此时，第二混合物已经与基体结合，而后将第一混合物涂布于涂布有第二混合物的基体上。

实施例3

本实施例提供一种电荷传输材料，其由9份碳化钨粉末、2份铁、0.7份四叔丁基酞菁铁、2.5份二氧化锰、0.8份硅以及5份树脂类混合物制成。其中，树脂类混合物包括苯并咪唑酰腙类化合物、聚酰亚胺和聚乙烯咔唑。

本实施例还提供一种利用上述电荷传输材料的制备光导器件的方法，包括以下步骤：

S1、制备第一混合物；

在保护气体氛围下，将9份碳化钨粉末和2份铁在1100℃条件下熔融后，将温度冷却至850℃后加入2.5份二氧化锰以及0.8份硅再熔融1.5小时后，将第一混合物的熔融液冷却至330℃。

S2、制备第二混合物；

将0.7份四叔丁基酞菁铁和5份树脂类混合物与溶剂进行混合得到第二混合物，四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物的混合物与溶剂的质量比为1：0.25，而后利用球磨将四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物和溶剂分散均匀。其中，溶剂为环己酮。

S3、涂布；

利用雾化成膜法将第二混合物喷射在基体表面，同时在基体表面的另一侧喷射相同温度的氮气，而后将基体进行适当的冷却，使得基体表面的温度在260℃，此时，第二混合物已经与基体结合，而后将第一混合物涂布于涂布有第二混合物的基体上。

实施例4

本实施例提供一种电荷传输材料，其由11份碳化钨粉末、3份铁、0.9份四叔丁基酞菁铁、3份二氧化锰、1份硅以及6份树脂类混合物制成。其中，树脂类混合物包括苯并咪唑酰腙类化合物、聚醚酰亚胺和聚乙烯咔唑。

本实施例还提供一种利用上述电荷传输材料的制备光导器件的方法，包括以下步骤：

S1、制备第一混合物；

在保护气体氛围下，将11份碳化钨粉末和3份铁在1150℃条件下熔融后，将温度冷却至870℃后加入3份二氧化锰以及1份硅再熔融1.5小时后，将第一混合物的熔融液冷却至320℃。

S2、制备第二混合物；

将0.9份四叔丁基酞菁铁和6份树脂类混合物与溶剂进行混合得到第二混合物，四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物的混合物与溶剂的质量比为1：0.26，而后利用球磨将四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物和溶剂分散均匀。其中，溶剂为异丙醇。

S3、涂布；

利用雾化成膜法将第二混合物喷射在基体表面，同时在基体表面的另一侧喷射相同温度的氮气，而后将基体进行适当的冷却，使得基体表面的温度在220℃，此时，第二混合物已经与基体结合，而后将第一混合物涂布于涂布有第二混合物的基体上。

实施例5

本实施例提供一种电荷传输材料，其由10份碳化钨粉末、2.5份铁、0.8份四叔丁基酞菁铁、4份二氧化锰、1.1份硅以及7份树脂类混合物制成。其中，树脂类混合物包括苯并咪唑酰腙类化合物、和聚乙烯咔唑。

本实施例还提供一种利用上述电荷传输材料的制备光导器件的方法，包括以下步骤：

S1、制备第一混合物；

在保护气体氛围下，将10份碳化钨粉末和2.5份铁在1050℃条件下熔融后，将温度冷却至880℃后加入4份二氧化锰以及1.1份硅再熔融1小时后，将第一混合物的熔融液冷却至370℃。

S2、制备第二混合物；

将0.8份四叔丁基酞菁铁和7份树脂类混合物与溶剂进行混合得到第二混合物，四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物的混合物与溶剂的质量比为1：0.7，而后利用球磨将四叔丁基酞菁铁和树脂类混合物和溶剂分散均匀。其中，溶剂为二氯甲烷。

S3、涂布；

利用雾化成膜法将第二混合物喷射在基体表面，同时在基体表面的另一侧喷射相同温度的氮气，而后将基体进行适当的冷却，使得基体表面的温度在265℃，此时，第二混合物已经与基体结合，而后将第一混合物涂布于涂布有第二混合物的基体上。

实验例

对比例1：按照实施例1制备光导器件的方法制备光导器件，区别在于第二混合物中另外添加苯乙烯基三苯胺。

对比例2：按照实施例1制备光导器件的方法制备光导器件，区别在于使用的电荷传输材料的原料的比例发生变化，具体地，电荷传输材料由15份碳化钨粉末、6份铁、2份四叔丁基酞菁铁、1份二氧化锰、2份硅以及15份树脂类混合物制成。

对实施例1-5以及对比例1-2的光导器件在进行光电性能测试，具体检测结果见表1。具体地，光照使用日光灯，照射到光导器件表面的光强为580-600LUX，其中，感光灵敏度是指光照后表面点位衰减到初始电位一半时所需的光能密度。

表1光电性能

根据表1的结果可知，实施例1-5的电荷传输材料的暗衰率均明显大于对比例1的电荷传输材料的暗衰率，基本是对比例1的电荷传输材料暗衰率的7倍，说明电子流动性强，有极高的导电性。而从光灵敏度来看，实施例1-5的电荷传输材料的光灵敏度也远低于对比例1的电荷传输材料的光灵敏度，说明实施例1-5的电荷传输材料的光敏性良好。实施例1-5的电荷传输材料的充电电位也明显高于对比例1的电荷传输材料的充电电位，实施例1-5的电荷传输材料的残余电位也明显高于对比例1的电荷传输材料的残余电位，说明实施例1-5的电荷传输材料的导电率高且有良好的耐疲劳性。说明实施例1提供的电荷传输材料不用再添加其他具有光导性能的物质，添加其他光导性能的物质，会改变本发明电荷传输材料的结构和成分，继而降低其光导性能和耐疲劳、耐磨损等性能。

同理对比实施例1-5和对比例2可知，改变本发明的电荷传输材料的成分比例，会导致光导性能和耐疲劳、耐磨损等性能均下降。

综上，本发明实施例1-5提供的电荷传输材料利用8-12份碳化钨粉末1.5-4.5份铁、0.5-1份酞菁类化合物、2-5份二氧化锰、0.7-1.2份硅以及3-8份树脂类混合物制成，各个物质之间相互协同作用，提升电荷传输材料的光导性能，同时提升其耐疲劳和耐磨损，使得制备的光导器件结构简单，但是具有较长的使用寿命。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种电荷传输材料，其特征在于，以重量份计，其由8-12份碳化钨粉末、1.5-4.5份铁、0.5-1份四叔丁基酞菁铁、2-5份二氧化锰、0.7-1.2份硅以及3-8份树脂类混合物制成;

所述树脂类混合物包括腙类化合物和聚乙烯咔唑；

所述树脂类混合物还包括聚碳酸酯、聚酰亚胺或者聚醚酰亚胺中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的电荷传输材料，其特征在于，以重量份计，其由9-11份所述碳化钨粉末、2-3份所述铁、0.7-0.9份所述四叔丁基酞菁铁、2.5-3份所述二氧化锰、0.8-1份所述硅以及5-6份所述树脂类混合物制成。

3.根据权利要求1所述的电荷传输材料，其特征在于，所述腙类化合物为苯并咪唑酰腙类化合物。

4.一种利用权利要求1所述的电荷传输材料的制备光导器件的方法，其特征在于，包括以下步骤：以重量份计，将8-12份碳化钨粉末、1.5-4.5份铁、2-5份二氧化锰以及0.7-1.2份硅加热熔融后得到第一混合物；

将0.5-1份四叔丁基酞菁铁和3-8份树脂类混合物混合后涂布于基体上，而后将所述第一混合物涂布于所述基体上；

所述树脂类混合物包括腙类化合物和聚乙烯咔唑；

所述树脂类混合物还包括聚碳酸酯、聚酰亚胺或者聚醚酰亚胺中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的制备光导器件的方法，其特征在于，在保护气体氛围下，将所述碳化钨粉末、所述铁在100-1200℃条件下熔融后，将温度冷却至800-900℃后加入所述二氧化锰以及所述硅再熔融。

6.根据权利要求5所述的制备光导器件的方法，其特征在于，所述碳化钨粉末、所述铁、所述二氧化锰以及所述硅熔融后，冷却至300-400℃。

7.根据权利要求4所述的制备光导器件的方法，其特征在于，所述四叔丁基酞菁铁和所述树脂类混合物混合是采用球磨分散均匀。