DE69318469T2

DE69318469T2 - Leitfähiger Polyurethanschaumstoff

Info

Publication number: DE69318469T2
Application number: DE69318469T
Authority: DE
Inventors: Hiroya Fukuda; Yuichiro Mori; Shohei Morikawa; Eiji Sawa; Hitoshi Yaguchi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-03-10
Also published as: US5656344A; EP0565237B1; EP0565237A1; DE69318469D1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch leitfähigen Polyurethanschaumstoff, der sich zur Verwendung als Material für Walzen eignet, die das zu kontaktierende Objekt elektrostatisch steuern, wie z.B. Tonerwalzen, Ladewalzen, Entwicklungswalzen und Reinigungswalzen, die in Druckern für Elektrofotografie- und elektrostatische Aufzeichnungssysteme verwendet werden.
Im Falle der bekannten Elektrofotografiesysteme, bei denen in der Tonerpatrone enthaltener Toner einem lichtempfindlichen Element mit darauf ausgebildeten latenten elektrostatischen Bildern zugeführt wird, um dadurch Bilder auf Papier zu übertragen bzw. umzudrucken und zu fixieren, weist das System Mechanismen auf, die beispielsweise zum (1) elektrischen Aufladen, (2) Belichten, (3) Entwickeln, (4) Übertragen, (5) Fixieren und (6) Ausgeben dienen. Jeder Mechanismus schließt verschiedene Walzentypen zur prazisen Steuerung der statischen Elektrizität ein. Die Qualitätsanforderungen an die Materialien derartiger Walzen sind in den letzten Jahren immer strenger geworden.
Bei Walzen, die im Entwicklungsmechanismus verwendet werden, wie z.B. Tonerübertragwalzen, elektrisierten Walzen, Entwicklungswalzen, und bei Walzen, die für die Funktion des Reinigungsmechanismus eingesetzt werden, um das zu kontaktierende Objekt elektrisch zu steuern, muß die elektrische Leitfähigkeit ihre Materials gegen Veränderungen der Umgebungsbedingungen beständig sein. Zum Beispiel sollte die Schwankung des Widerstands innerhalb einer Zehnerstelle bleiben, z.B. zwischen 1 10&sup8; Ω-cm und 1 10&sup9; Ω-cm, wenn die Umgebungsbedingungen zwischen 5ºC bei 30% relativer Feuchtigkeit und 30ºC bei 85% relativer Feuchtigkeit liegen.
Gewöhnlich wird flexibler Polyurethanschaumstoff als Material für derartige Walzen verwendet, da diese Walzen die Präzisionsteile, wie z.B. die lichtempfindliche Trommeln, beim Kontakt nicht beschädigen sollten, oder weil die Kontaktflächen der Walzen für eine feste Griffwirkung vergrößert werden müssen. Da außerdem die elektrostatische Steuerungsoperation durch diese Walzen gewöhnlich in einem sehr begrenzten Bereich ausgeführt wird, muß die Poren- bzw- Zellgröße eines solchen Polyurethanschaumstoffs sehr fein sein.
Als elektrisch leitfähiger Polyurethanschaumstoff, der als Material für derartige Walzen verwendbar ist, sind dem Fachmann die folgenden Materialien bekannt:
(1) Polyurethanschaumstoff, den man durch Mischen von elektrisch leitfähigem Kohlenstoff mit einem Gemisch aus Polyol, Isocyanat, Katalysator, Wasser und Schaummittel, wie z.B. Fluorkohlenstoff, erhält,
(2) Polyurethanschaumstoff, den man wie unter (1) mit Zusatz eines ionischen Antistatikums erhält, und
(3) Polyurethanschaumstoff, der mit Kohlefarbstoff usw. imprägniert wird.
Bei dem herkömmlichen Polyurethan, das wie oben gemäß (1) gewonnen wird, muß eine größere Menge Kohlenstoff zugesetzt werden, um die Leitfähigkeit zu erhöhen (spezifischer Volumenwiderstand von höchstens 1 10&sup9; Ω-cm). Dies erhöht die Viskosität des Systems und führt zu einer ungleichmäßigen Mischung des Kohlenstoffs mit anderen Komponenten, wodurch es schwierig wird, feine und gleichmäßige Zellen in dem leitfähigen Polyurethanschaumstoff zu erhalten. Da ein sehr feiner Unterschied im Kohlenstoffzusatz zu einem äußerst großen Unterschied in der Leitfähigkeit führt, ist die Leitfähigkeit so zu steuern, daß der spezifische Volumenwiderstand mindestens 1 10&sup8; Ω-cm beträgt, und eine genaue Steuerung der Leitfähigkeit war schwierig. Ferner ist die Leitfähigkeit (der spezifische Widerstand) des resultierenden Polyurethanschaumstoffs in hohem Maße von der Umgebung abhängig.
Das wie oben gemäß (2) gewonnene Polyurethan ist insofern mangelhaft, als seine Leitfähigkeit (sein spezifischer Widerstand) besonders stark von der Umgebung abhängig ist.
Das wie oben gemäß (3) gewonnene Polyurethan ist insofern mangelhaft, als die Zellen in dem Schaumstoff zum Imprägnieren mit der Kohlenstoffdispersion relativ groß sein müssen. Sind die Zellen klein, dann dringen die Kohlenstoffteilchen nicht in den Schaumstoff ein (da der Schaumstoff als Filter wirkt), und die Leitfähigkeit wird ungleichmäßig.
Ferner wird auf die Offenbarungen der JP-A-4-138213 und EP-A-0048986 verwiesen.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, einen elektrisch leitfähigen Polyurethanschaumstoff mit feinen und gleichmäßigen Zellen zu schaffen, dessen Leitfähigkeit relativ stabil gegenüber Veränderungen in der Umgebung ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, werden Ausgangsmaterialien für Polyurethanschaumstoff mit elektrisch leitfähigen Substanzen und ionenleitfähigen Substanzen vermischt und dispergiert, und dann wird das Gemisch zur Schaumbildung einer mechanischen Bewegung mittels Inertgas ausgesetzt.
Die vorliegende Erfindung schafft einen elektrisch leitfähigen Polyurethanschaumstoff, herstellbar durch Zugabe und Dispergieren einer elektrisch leitfähigen Substanz und einer ionenleitfähigen Substanz zu bzw. in einer Zusammensetzung, die zur Bildung eines Polyurethans reagiert, und mechanische Bewegung des Gemischs mit Inertgas zur Schaumbildung,
(I) wobei die leitfähige Substanz unter den folgenden Substanzen ausgewählt wird:
(a) Pulver oder faserförmiger Stoff auf Kohlenstoff- oder Graphitbasis;
(b) Pulver oder faserförmiger Stoff aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber;
(c) Pulver oder faserförmiger Stoff aus Metalloxid, wie z.B. Zinnoxid, Titanoxid und Indiumoxid;
(d) metallisierter Füllstoff; und/oder
(e) feines Pulver oder faserförmiger Stoff aus einer organischen Substanz, wie z.B. aus Polyacetylen, Polypyrrol und Polyanilin;
(II) und wobei die ionenleitfähige Substanz unter den folgenden Substanzen ausgewählt wird:
(f) Lithium-, Natrium-, Kalium-, Calcium- und Bariumsalzen und deren Komplexen oder Gemischen; und/oder
(g) Antistatika, wie z.B. einem kationenaktiven Tensid, einem anionenaktiven Tensid oder einem ampholytischen Tensid.
Der erfindungsgemäße leitfähige Polyurethanschaumstoff weist wegen seines Ionenleitungsmechanismus einen niedrigeren spezifischen Widerstand auf, selbst wenn der Zusatz von feinkörnigem leitfähigem Pulver, wie z.B. Kohlenstoff, geringer ist als bei den bekannten Verfahren. Wegen der niedrigen Viskosität des Systems während der Schaumbildung kann man auch feine Zellen mit gleichmäßiger Durchmesserverteilung erhalten. Es ist möglich, eine Leitfähigkeit im Bereich von 1 10¹¹ Ω-cm bis 1 10&sup6; Ω-cm bei geringer Abhängigkeit von der Umgebung zu erzielen (in der Größenordnung einer Zehnerstelle bei 5ºC x 30% relativer Feuchtigkeit bis 30ºC x 85% relativer Feuchtigkeit, z.B. im Bereich von 1 10&sup8; Ω-cm bis 1 10&sup9; Ω-cm).
In der folgenden Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung von Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung und eines Vergleichsbeispiels, bei dem nur leitfähiger Kohlenstoff zugesetzt wird, bezüglich der Temperatur, der (relativen) Feuchtigkeit und des spezifischen Volumenwiderstands;
Fig. 2 ein ähnliches Diagramm wie Fig. 1, welches das Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel bei dem nur Graphit zugesetzt wird, darstellt;
Fig. 3 ein ähnliches Diagramm wie Fig. 1, das einen Polyurethanschaumstoff, der MP-100-A allein als ionenleitfähige Substanz enthält, und einen Polyurethanschaumstoff darstellt, der keine derartige Substanz enthält;
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung von Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung, mit einem Polyurethanschaumstoff, dem nur leitfähiges Kohlenstoffpulver zugesetzt wird, und einem Polyurethanschaumstoff, dem nur eine quartäre Ammoniumverbindung zugesetzt wird, bezüglich der Temperatur, der (relativen) Feuchtigkeit und des spezifischen Volumenwiderstands;
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung von Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung, mit einem Polyurethanschaumstoff, dem nur leitfähiges Kohlenstoffpulver zugesetzt wird, und einem Polyurethanschaumstoff, dem nur ein ionenleitfähiges Antistatikum zugesetzt wird bezüglich der Temperatur, der (relativen) Feuchtigkeit und des spezifischen Volumenwiderstands; und
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Walze.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Beispiele beschrieben.
Als Harz zur Bildung von Polyurethanschaumstoff wird ein Gemisch verwendet, das eine Polyhydroxyverbindung, eine organische Polyisocyanatverbindung, einen Katalysator, einen Schaumstabilisator und andere Zusätze enthält. Dem Gemisch werden ferner eine elektrisch leitfähige Substanz wie z.B. Kohlenstoff und eine ionenleitfähige Substanz zugesetzt, die unter Metallsalzen ausgewählt ist, wie z.B. von Lithium, Natrium und Kalium und deren Komplexen, oder Metallsalzen von Calcium und Barium und deren Komplexen, und/oder eine ionenleitfähige Substanz, die unter Antistatika ausgewählt ist, wie z.B. einem kationischen Tensid, einem anionischen Tensid und einem ampholytischen Tensid. Das Gemisch wird dann mit einem Inertgas mechanisch in Bewegung versetzt, damit es zur stabilen Schaumbildung gleichmäßig im System verteilt wird. Das verschäumte System wird durch Erhitzen ausgehärtet.
Zu den bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Polyhydroxyverbindungen gehören Polyol, d.h. Polyetherpolyol und Polyesterpolyol, die mit einer Hydroxylgruppe abgeschlossen sind, sowie Polyetherpolyesterpolyol, ein Copolymer der ersten beiden Verbindungen; sie werden im allgemeinen zur Herstellung von weichem Polyurethanschaumstoff und Urethanelastomer verwendet. Sogenannte gewöhnliche Polymerpolyole, die man durch Polymerisieren ungesättigter Ethylenmonomere in Polyol erhält, können gleichfalls verwendet werden. Als Polyisocyanatverbindungen können Polyisocyanate verwendet werden, die für die Herstellung weichem Polyurethanschaumstoff und Urethanelastomer eingesetzt werden. Dazu gehören Toluylendiisocyanat (TDI), Roh-TDI, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MDI), Roh-MDI, aliphatische Polyisocyanate mit 2 bis 18 Kohlenstoffatomen, aliphatische Polyisocyanate mit 4 bis 15 Kohlenstoffatomen, aromatische Polyisocyanate mit 8 bis 15 Kohlenstoffatomen, und Gemische und modifizierte Verbindungen derartiger Polyisocyanate, wie z.B. Vorpolymere, die man durch teilweise Umsetzung von Polyisocyanaten mit Polyol erhält. Zu den bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren Katalysatoren gehören allgemein bekannte metallorganische Verbindungen, wie z.B. Dibutylzinndilaurat, Zinnoctylat, Zinkoctylat, Alkali- und Erdalkalimetallverbindungen, wie z.B. Alkoxide und Phenoxide, tertiäre Amine, wie z.B. Triethylamin, Triethyldiamin, N-Methylmorphol in und Dimethylaminomethylphenol, quartäre Ammoniumverbindungen und Imidazole. Nickelacetylacetonat und Nickeldiacetylacetonat können ebenfalls verwendet werden. Irgendein bekanntes Schaumtensid zum Verschäumen von Polyurethan kann ohne Einschränkungen verwendet werden. Andere Zusätze, die nötigenfalls verwendet werden können, sind unter anderem diejenigen, die allgemein für die Herstellung von Urethanschaumstoff benutzt werden, wie z.B. Pigmente, Farbstoffe und organische oder anorganische Füllstoffe.
Teilchenförmige oder faserförmige elektrisch leitfähige Substanzen können eingesetzt werden, um ein elektrisch leitfähiges Produkt zu erhalten, wie z.B. Pulver oder zerkleinerte Faserstränge aus leitfähigem Kohlenstoff oder Graphit, Pulver oder faserförmige Produkte aus leitfähigen Metallen wie z.B. Kupfer, Nickel und Silber, Metalloxiden wie z.B. Zinnoxid, Titanoxid und Indiumoxid, verschiedenen Füllstoffen, die metallisiert sind, um sie leitfähig zu machen, und elektrisch leitfähigen organischen feinkörnigen Pulvern, wie z.B. Pulver aus Polyacetylen, Polypyrrol und Polyanilin.
Zu den ionenleitfähigen Substanzen, die dem Produkt elektrische Leitfähigkeit verleihen sollen, gehören LiCF&sub3;SO&sub3;, NaClO&sub4;, LiClO&sub4;, LiAsF&sub6;, LiBF&sub4;, NaSCN, KSCN und NaCl, die Metallsalze von Li&spplus;, Na&spplus; und K&spplus; in der Gruppe I des Periodensystems sind, Elektrolyte von Salzen, wie z.B. NH4&spplus;, Metallsalze von Ca&spplus;&spplus;, Ba&spplus;&spplus; usw. in der Gruppe II des Periodensystems, wie z.B. Ca(ClO&sub4;)&sub2;, Komplexe der Metallsalze mehrwertigen Alkoholen und ihren Derivaten, wie z.B. 1,4-Butandiol, Ethylenglycol, Polyethylenglycol, Propylenglycol und Polypropylenglycol, und Komplexe der Metallsalze mit Monoolen, wie z.B. Ethylenglycolmonomethylether und Ethylenglycolmonoethylether.
Die Erfindung wird ferner anhand der folgenden Erläuterungsbeispiele beschrieben.

BEISPIEL 1

100 Teile Polyetherpolyol (OH-Zahl: 33) (Excenol (eingetragenes Warenzeichen) 828 von Asahi Glass Company) mit einem Molekulargewicht von 5000, das durch Zugabe von Propylenoxid und Ethylenoxid zu Glycerin gewonnen wurde
17,5 Teile urethan-modifiziertes MDI (Sumidur (eingetragenes Warenzeichen) PF von Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.), NCO% = 23%
1,0 Teil 1,4-Butandiol
1,5 Teile Silicontensid (L-520 von Nippon Unicar Co., Ltd.)
0,01 Teil Dibutylzinndilaurat
1 bis 2 Teile leitfähiger Kohlenstoff (Denka Black von Denki Kagaku Kogyo KK)
0,5 bis 1 Teil eines Komplexes aus LiClO&sub4; und CH&sub3;OCH&sub2;CH&sub2;OCH&sub2;CH&sub2;OH (MP- 100-A von Akishima Chemical Industries Co., Ltd.)
Diese Materialien wurden in einen 1-Liter-Kunststoffbehälter gefüllt und 2 Minuten mit einem Handmischer gerührt, um ein Schaumstoffprodukt mit winzigen und gleichmäßigen Zellen zu erhalten.
Das Schaumstoffprodukt wurde dann in eine Form mit den Maßen 100 mm x 100 mm x 50 mm (Tiefe) gegossen, erhitzt und 7 Minuten bei 140ºC ausgehärtet und dann in Scheiben geschnitten, um den Zellendurchmesser, die Leitfähigkeit usw. zu messen. Das Schaumstoffprodukt wies einheitliche Zellen mit einer Dichte von 0,52 g/cm³ und einem Zellendurchmesser von höchstens 200 um auf. Der spezifische Volumenwiderstand des zu einer 2 mm dicken Scheibe geschnittenen Produkts wurde mit Hilfe von Widerstandsmeßzellen, d.h. von Widerstandmessern 4329A und 16008A von Yokogawa Hewlett-Packard, Ltd. und gemäß JIS-K6911 gemessen. In dem Diagramm von Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen A ein Schaumstoffprodukt gemäß Beispiel 1, das 1 Teil leitfähigen Kohlenstoff und 0,5 Teil LiClO&sub4;-Komplex (MP-100- A) enthält, und das Bezugszeichen B bezeichnet ein Schaumstoffprodukt, das 2 Teile leitfähigen Kohlenstoff und 1 Teil LiClO&sub4; enthält. Die Bezugszeichen C bis E bezeichnen Schaumstoffprodukte, die nur leitfähigen Kohlenstoff in Anteilen von 0,5, 1 bzw. 2 Teilen enthalten. Die Umgebungsabhängigkeit der Leitfähigkeit der Schaumstoffprodukte wurde untersucht. Wie in Fig. 1 dargestellt, zeigten Schaumstoffprodukte, denen nur leitfähiger Kohlenstoff zugesetzt wurde (C bis E), eine Abhängigkeit von der Umgebung. Der Zusatz von LiClO&sub4;-Komplex (A, B) verminderte die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der Umgebung. Außerdem wurde im Vergleich zu den Produkten mit alleiniger Zugabe von leitfähigem Kohlenstoff eine Abnahme des Widerstands bei Zugabe eines LiClO&sub4;-Komplexes festgestellt, was zeigt, daß die Zugabe von Kohlenstoff wesentlich verringert werden könnte, um einen vergleichbaren Widerstand zu erhalten (die geringere Viskosität des Systems erleichterte die Schaumbildung). Eine Walze mit der in Fig. 6 dargestellten Struktur wurde unter Verwendung des Polyurethanschaumstoffs von Beispiel 1 hergestellt und als Übertragwalze verwendet. Es wurden gleichmäßige Abbildungen erzielt. Hervorragende Abbildungen wurden auch erzielt, wenn die Walze als Ladewalze verwendet wurde. In Fig. 6 bezeichnet das Bezugszeichen 1 leitfähigen Polyurethanschaumstoff, und 2 bezeichnet eine Metallwelle.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Polyurethanschaumstoff, der durch alleinigen Zugabe von 0,5 bis 2 Teilen Kohlenstoff ohne Zugabe eines LiClO&sub4;-Komplexes hergestellt wurde, hatte eine Dichte von 0,52 g/cm³. Polyurethanschaumstoff, dem 2 Teile Kohlenstoff zugesetzt wurden, war besonders grobporig, mit einem mittleren Zellendurchmesser von 500 um, und zeigte eine höhere Umgebungsabhängigkeit der Leitfähigkeit.

BEISPIEL 2

100 Teile Polyetherpolyol (OH-Zahl: 33) (Excenol (eingetragenes Warenzeichen) 828 von Asahi Glass Company) mit einem Molekulargewicht von 5000, das durch Zugabe von Propylenoxid und Ethylenoxid zu Glycerin gewonnen wurde
25,0 Teile urethan-modifiziertes MDI (Sumidur (eingetragenes Warenzeichen) PF von Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.), NCO% = 23%
2,5 Teile 1,4-Butandiol
1,5 Teile Silicontensid (L-520 von Nippon Unicar Co., Ltd.)
0,01 Teil Dibutylzinndilaurat
10 bis 60 Teile feinkörniges Graphitpulver (elektrisch leitfähige Substanz) (AUP von Nippon Kokuen, Ltd.)
1 bis 2 Teile eines Komplexes aus Ca(ClO&sub4;)&sub2; und CH&sub3;OCH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;OH (mit 35 Gew.-% Ca(ClO&sub4;)&sub2;) (Diethylenglycolmonomethylether) (MP-100-E von Akishima Chemical Industries Co., Ltd.)
Das Produkt "AUP" von Nippon Kokuen Ltd. mit einem Gehalt von 99% festem Kohlenstoff und 1% Asche mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,7 um.
Diese Ausgangsmaterialien wurden ähnlich wie in Beispiel 1 verschäumt, und die elektrische Leitfähigkeit (der spezifische Volumenwiderstand) des entstehenden Produkts wurde gemessen. Wie in Fig. 2 dargestellt, zeigen die Systeme mit alleinigem Graphitzusatz (H bis K) mit niedrigerem spezifischem Widerstand stets eine stärkere Abhängigkeit von der Umgebung bei bestimmten Werten des spezifischen Widerstands, mit Ausnahme eines Systems (30 Teile Graphit). Das Bezugszeichen F in Fig. 2 bezeichnet ein System gemäß Beispiel 2 mit 30 Teilen feinkörnigem Graphitpulver und einem Teil des Komplexes (MP-100-E) von Ca(ClO&sub4;)&sub2;, und das Bezugszeichen G bezeichnet ein System mit 60 Teilen bzw. 2 Teilen der genannten Materialien. Die Bezugszeichen H bis K bezeichnen Systeme mit alleinigem Zusatz von 10, 15, 30 bzw. 60 Teilen feinkörnigem Graphitpulver.
Es zeigte sich, daß die kombinierte Verwendung des Ca(ClO&sub4;)&sub2;- Komplexes zu Systemen (F, G) mit einem spezifischen Volumenwiderstand führte, der weniger von der Umgebungstemperatur abhängig war.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Obwohl Systeme, denen nur der LiClO&sub4;-Komplex, jedoch kein leitfähiger Kohlenstoff gemäß Beispiel 1 zugesetzt wurde, hervorragende Schaumstoffe mit feinen und gleichmäßigen Zellen ergaben, war die Umgebungsabhängigkeit ihrer Leitfähigkeit (des spezifischen Volumenwiderstands) äußerst signifikant, und die Tendenz blieb trotz Änderungen der Zusatzmenge unverändert (Fig. 3). Das Bezugszeichen L in dem Diagramm von Fig. 3 bezeichnet ein System ohne Zusatz von elektrisch leitfähigen oder ionenleitfähigen Substanzen, M ein System mit alleinigem Zusatz von 0,5 Teil MP-100-A, und N ein System mit alleinigem Zusatz von 1,0 Teil MP-100- A.
Erfindungsgemäßer Polyurethanschaumstoff weist sowohl Elektronen- als auch Ionenleitungsmechanismen mit relativ hoher Stabilität gegen Veränderungen in der Umgebung auf. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete mechanische Bewegung erzeugt außerdem feine Zellen von gleichmäßiger Größe.
Außer Substanzen, die den Produkten durch den obenerwähnten Ionenleitungsmechanismus Leitfähigkeit verleihen, werden gewöhnlich Antistatika verwendet, die unter cationischen Tensiden, wie z.B. quartären Ammoniumverbindungen, anionischen Tensiden, wie z.B. einem aliphatischen Sulfonat, einem höheren Alkylsulfat, einem höheren Alkylethersulfat, einem höheren Alkylphosphat und einem höheren Alkyletherphosphat, und ampholytischen Tensiden, wie z.B. Betain, ausgewählt werden, wobei derartige Antistatika eine Gruppe mit mindestens einem aktiven Wasserstoffatom aufweisen, die mit Isocyanat reagiert, wie z.B. eine Hydroxylgruppe, eine Carboxylgruppe, eine primäre oder sekundäre Amingruppe. Die obenerwähnten leitfähigen Substanzen können gleichfalls verwendet werden.

BEISPIEL 3

100 Teile Polyetherpolyol (OH-Zahl: 33) mit einem Molekulargewicht von 5000, das durch Zugabe von Propylenoxid und Ethylenoxid zu Glycerin gewonnen wurde (Excenol 828 (eingetragenes Warenzeichen) von Asahi Glass Company)
20,0 Teile urethan-modifiziertes MDI (Sumidur PF (eingetragenes Warenzeichen) von Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.), NCO% = 23%
1,5 Teile 1,4-Butandiol
1,5 Teile Silicontensid (L-520 von Nippon Unicar Co., Ltd.)
0,01 Teil Dibutylzinndilaurat
1 Teil leitfähiger Kohlenstoff (Denka Black von Denki Kagaku Kogyo KK)
20 Teile einer quartären Ammoniumverbindung mit Ionenleitungsmechanismus als Antistatikum für Urethan (LAROSTAT 377 DPG von Jordan Chemical).
Diese Ausgangsmaterialien wurden in einen 1-Liter-Kunststoffbehälter gefüllt und 2 Minuten mit einem Handmischer gerührt, um ein Schaumstoffprodukt mit winzigen und gleichmäßigen Zellen zu erhalten. Das Schaumstoffprodukt wurde in eine Form mit den Maßen 100 mm x 100 mm x 50 mm gegossen, erhitzt und 7 Minuten bei 140ºC ausgehärtet, um einen leitfähigen Polyurethanschaumstoff zu erhalten. Der so erhaltene leitfähige Polyurethanschaumstoff wurde zur Herstellung einer in Fig. 6 dargestellten Walze verwendet, die dann wieder als Übertragwalze verwendet wurde. Es wurden gleichmäßige Abbildungen erzielt. Entsprechend erhielt man hervorragende Abbildungen, wenn die Walze als Ladewalze verwendet wurde. Man kann auch 10 Teile einer quartären Ammoniumverbindung und 0,05 Teil eines Komplexes mit Calciumperchlorat Ca(ClO&sub4;)&sub2; und Diethylenglycolmonomethylether als ionenleitfähige Substanz kombinieren.
Das Schaumstoffprodukt wies nach dem Aushärten gleichmäßige Zellen mit einer Dichte von 0,52 g/cm³ und einem Zellendurchmesser von 200 um auf. Der spezifische Volumenwiderstand des in 2 mm dicke Scheiben geschnittenen Produkts wurde mit Hilfe von Meßzellen für den spezifischen Widerstand, d.h. von Hochohm-Meßgeräten 4329A und 16008A von Yokogawa Hewlett-Packard und gemäß JIS-K6911, gemessen. In dem Diagramm von Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen II ein Schaumstoffprodukt mit alleinigem Zusatz von leitfähigem Kohlenstoff (1 Teil). Das Bezugszeichen III bezeichnet ein Schaumstoffprodukt, das nur eine quartäre Ammoniumverbindung enthält; es enthält 20 Teile LAROSTAT 377DPG. Das Schaumstoffprodukt IV enthält 1 Teil leitfähigen Kohlenstoff, 10 Teile LAROSTAT und 0,05 Teil MP-100-E als ionenleitfähige Substanzen. Die Umgebungsabhängigkeit der Leitfähigkeit wurde bezüglich dieser Schaumstoffprodukte untersucht. Wie in Fig. 4 dargestellt, zeigten die Produkte mit alleinigem Zusatz von Kohlenstoff (Produkt II) und mit alleinigem Zusatz einer quartären Ammoniumverbindung (Produkt III) eine höhere Abhängigkeit, während die kombinierte Verwendung von Kohlenstoff und einer quartären Ammoniumverbindung (Produkt I) die Umgebungsabhängigkeit der Leitfähigkeit wesentlich verringern konnte. In einem breiteren Temperaturbereich, außer bei tiefen Temperaturen, zeigten die erfindungsgemäßen Schaumstoffprodukte bei alleinigem Zusatz von Kohlenstoff einen niedrigeren Widerstand, wenn der gleiche Kohlenstoffanteil zugesetzt wurde.

BEISPIEL 4

100 Teile Polyetherpolyol (OH-Zahl: 33) mit einem Molekulargewicht von 5000, das durch Zugabe von Propylenoxid und Ethylenoxid zu Glycerin gewonnen wurde (Excenol 828 (eingetragenes Warenzeichen) von .Asahi Glass Company)
20,0 Teile urethan-modifiziertes MDI (Sumidur PF (eingetragenes Warenzeichen) von Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.) NCO% = 23%
1,5 Teile 1,4-Butandiol
1,5 Teile Silicontensid (L-520 von Nippon Unicar Co., Ltd.)
0,01 Teil Dibutylzinndilaurat
2 Teile leitfähiger Kohlenstoff (Denka Black von Denki Kagaku Kogyo KK)
15 Teile nichtionisches Antistatikum für Urethan mit einer OH-Gruppe, die mit organischem Polyisocyanat als ionenleitfähiger Substanz reaktionsfähig ist (STATURE von Dow Chemical Japan Ltd.).
Diese Materialien wurden auf ähnliche Weise wie in Beispiel 3 verschäumt, um leitfähigen Polyurethanschaumstoff zu erhalten.
In dem Diagramm von Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen V ein Produkt, das die in Beispiel 4 angegebenen 2 Teile leitfähigen Kohlenstoff und 15 Teile eines nichtionischen Antistatikums (STATURE) enthält. Dem Produkt VI werden nur 2 Teile leitfähiger Kohlenstoff zugesetzt. Das Produkt VII enthält nur 15 Teile STATURE als nichtionisches Antistatikum. Es wurde die Umgebungsabhängigkeit der Leitfähigkeit untersucht. Wie in Fig. 5 dargestellt, zeigten Produkte mit alleinigem Zusatz entweder von Kohlenstoff (VI) oder des nichtionischen Antistatikums eine stärkere Umgebungsabhängigkeit, während die Produkte mit Zusatz sowohl von Kohlenstoff als auch von nichtionischem Antistatikum eine geringere Umgebungsabhängigkeit zeigten.
Erfindungsgemäße Polyurethanschaumstoffe wiesen nicht nur einen Elektronenleitungsmechanismus und einen Ionenleitungsmechanismus auf, sondern sind auch äußerst beständig gegenüber Umgebungsveränderungen. Außerdem werden durch die bei der vorliegenden Erfindung angewandte mechanische Bewegung feine und gleichmäßige Zellen erzeugt.

Claims

1. Elektrisch leitfähiger Polyurethanschaumstoff, herstellbar durch Zugabe und Dispergieren einer elektrisch leitfähigen Substanz und einer ionenleitenden Substanz zu bzw. in einer Zusammensetzung, die zur Bildung eines Polyurethans reagiert, und mechanische Bewegung des Gemischs mit Inertgas zur Schaumbildung,

(I) wobei die leitfähige Substanz unter den folgenden Substanzen ausgewählt wird:

(a) Pulver oder faserförmiger Stoff auf Kohlenstoff- oder Graphitbasis;

(b) Pulver oder faserförmiger Stoff aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer, Nickel oder Silber;

(c) Pulver oder faserförmiger Stoff aus Metalloxid, wie z.B. Zinnoxid, Titanoxid und Indiumoxid;

(d) metallisierter Füllstoff; und/oder

(e) feines Pulver oder faserförmiger Stoff aus einer organischen Substanz, wie z.B. aus Polyacetylen, Polypyrrol und Polyanilin;

(II) und wobei die ionenleitfähige Substanz unter den folgenden Substanzen ausgewählt wird:

(f) Lithium-, Natrium-, Kalium-, Calcium- und Bariumsalzen und deren Komplexen oder Gemischen; und/oder

(g) Antistatika, wie z.B. einem kationenaktiven Tensid, einem anionenaktiven Tensid oder einem ampholytischen Tensid.