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JP2004307636A - Conductive polyurethane foam - Google Patents

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JP2004307636A
JP2004307636A JP2003102944A JP2003102944A JP2004307636A JP 2004307636 A JP2004307636 A JP 2004307636A JP 2003102944 A JP2003102944 A JP 2003102944A JP 2003102944 A JP2003102944 A JP 2003102944A JP 2004307636 A JP2004307636 A JP 2004307636A
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Japan
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polyurethane foam
aqueous dispersion
polypyrrole
conductive
conductive polyurethane
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JP2003102944A
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武生 谷口
Yasuhisa Nishiyama
育央 西山
Akira Matsumoto
章 松本
Yoshimitsu Hine
義光 日根
Yuji Mori
佑二 森
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Marubishi Oil Chemical Co Ltd
Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
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Marubishi Oil Chemical Co Ltd
Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
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Abstract

【課題】内部まで均一に、使用環境温湿度で10Ω〜1010Ωの安定した表面固有抵抗値を有し、且つその耐久性に優れ、成形性、透明性、密着性、耐水性に優れた導電性ポリウレタンフォームを提供する。
【解決手段】ポリウレタンフォームの連通気孔表面にポリウレタンフォームに対して0.1〜10重量%のポリピロールが付着されてなる導電性ポリウレタンフォーム。ポリウレタンフォームにポリピロールを含む水分散液を含浸してなる上記の導電性ポリウレタンフォーム。ポリピロールを含む水分散液が、高分子酸および酸化重合触媒を含む水溶液中でピロールを化学酸化重合することによって得られるポリピロールと高分子酸とを含有する水分散液である上記導電性ポリウレタンフォーム。上記ポリピロールを含む水分散液にさらに高分子バインダーを併用してなる導電性ポリウレタンフォーム。
【選択図】なし
[Object] To provide a stable surface specific resistance value of 10 4 Ω to 10 10 Ω at a use environment temperature and humidity even inside, and to have excellent durability, moldability, transparency, adhesion, and water resistance. Provide excellent conductive polyurethane foam.
An electrically conductive polyurethane foam comprising 0.1 to 10% by weight of polypyrrole based on the polyurethane foam on the surface of continuous pores of the polyurethane foam. The above-mentioned conductive polyurethane foam obtained by impregnating a polyurethane foam with an aqueous dispersion containing polypyrrole. The above conductive polyurethane foam, wherein the aqueous dispersion containing polypyrrole is an aqueous dispersion containing polypyrrole and a polymer acid obtained by chemically oxidizing and polymerizing pyrrole in an aqueous solution containing a polymer acid and an oxidation polymerization catalyst. A conductive polyurethane foam obtained by further using a polymer binder in combination with the aqueous dispersion containing polypyrrole.
[Selection diagram] None

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真、静電記録等のプリンターにおける導電ローラー等に用いるに好適な導電性ポリウレタンフォームに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年広く普及し今日の社会活動にとっては不可欠のものとなっている電子写真は、一般にそのプロセスは1)帯電、2)露光、3)現像、4)転写、5)定着、6)除電 の各工程からなり、いずれの工程においても各種のローラーが使用されている。ローラーの素材は従来種々のゴムが使用されてきたが、感光ドラム等の精密部品と接触するためそれらの相手を傷つけないこと、あるいはローラーの接触面積を増してグリップ性を確実にする等の目的から柔軟性に優れたポリウレタンフォームが用いられるようになってきた。各工程で使用されるローラーには静電気を精密に制御することのできる素材が求められており、導電ローラー等は、環境が変化しても大きく変動しない導電性が要求される。
【0003】
このような要求に応えるために導電性物質を添加したポリウレタンフォームが提案されている。使用されている導電性物質としては、カーボンや金属酸化物が主たるものである(特許文献1〜2参照)。特許文献1には、導電性カーボン、グラファイト、導電性金属粉、金属酸化物等の電子伝導機構による導電性付与物質と、NaClOその他の金属塩と多価アルコール等との錯体等のイオン伝導機構による導電性付与物質とをポリウレタンフォームを構成する材料中に混合分散させた後発泡させてなる導電性ポリウレタンフォームが開示されている。また、特許文献2には、アニリン、アニリン誘導体またはこれらの混合物の酸化重合物をポリウレタン中に分散させてなる半導電性材料が開示されている。
【0004】
しかし、開示された方法はいずれも導電性付与物質をポリウレタンフォームの原料中に予め混合し、均一な原料混合物としてから重合および発泡して導電性ポリウレタンフォームを製造している。通常ポリウレタンフォームは生産性の向上のために大きな塊であるスラブとして製造しているが、スラブの上部と下部とでは発泡状態が異なり、比較的嵩密度の低い上部と気泡が細かく比較的嵩密度の高い下部とでは添加剤である導電性付与物質の単位体積当たりの存在量も異なってくる。そのため切り出されたフォームは切りだし部分によって電気特性も当然異なったものとなる。また特許文献2において使用されているような分子量の高い添加物をポリウレタン原料に混合すると原料の粘度が著しく増加して良好な発泡体を得ることは困難となる。
【0005】
また、発泡させたポリウレタンフォームに導電性物質を付与する技術も開示されている(特許文献3)。特許文献3にはカーボン塗料のような導電性物質を後処理によってポリウレタンフォームに付与して得られる導電性ポリウレタンフォームが記載されている。しかし使用されているカーボン塗料では、カーボン粒子が比較的大きな粒子であるため、ウレタンフォームの内部まで均一に付着しない。このような導電性ポリウレタンフォームでは表面と内部で導電性が不均一であり、内部の導電性は十分に改良されない。
特許文献4には、ポリウレタンフォームの表面に酸化剤を塗布したのち、ピロールのような共役二重結合を持つ化合物を気相重合によって導電性重合体をポリウレタンフォームの表面に形成する技術が記載されている。しかしこの方法の場合も、ポリウレタンフォームの表面層だけに導電特性が付与されるに過ぎない。
しかし、例えば本発明の主たる用途である電子写真用導電ローラ等ではローラー内部の導電性が重要であって、導電性の大きさおよびその均一性が強く求められる。
さらに最近、ピロールと酸化剤をポリウレタンフォームに含浸させた状態でピロールを重合してポリウレタンフォームに導電性を付与する技術(特許文献5参照)、ポリピロールを含む水分散液をポリウレタンフォームに含浸してポリウレタンフォームに導電性を付与する技術(特許文献6参照)が開示されている。しかし、特許文献5及び6によって得られる導電性ポリウレタンフォームはともにポリピロールの基材への付着性を目的としたバインダーを使用していないため耐久性の点で問題がある。均一で且つ上記用途にとって適切な大きさの導電性を付与した導電性ポリウレタンフォームはこれまで得られていなかった。
【0006】
【特許文献1】
特許第2601782号公報
【特許文献2】
特開平4−292654号公報
【特許文献3】
特開平5−262907号公報
【特許文献4】
特開平6−298989号公報
【特許文献5】
特開平9−25357号公報
【特許文献6】
特開平9−67506号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の種々の課題を解決するためになされたものであり、湿度依存性がなく、内部まで均一に、使用環境温湿度で10Ω〜1010Ωの安定した表面抵抗値を発現し、表面抵抗値のバラツキが小さく、さらに導電性の耐久性に優れ、成形性、透明性、密着性、耐水性に優れた導電性ポリウレタンフォームを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ポリウレタンフォームの連通気孔表面にポリウレタンフォームに対して0.1〜10重量%のポリピロールが付着されてなる導電性ポリウレタンフォームに関する。
本発明は、詳しくは、ポリウレタンフォームにポリピロールを含む水分散液(以下、「PPy含有水分散液」という。)を含浸してなる上記の導電性ポリウレタンフォームに関する。
特に、本発明は、上記において、PPy含有水分散液が、高分子酸および酸化重合触媒を含む水溶液中でピロールを化学酸化重合することによって得られるポリピロールと高分子酸とを含有する水分散液である導電性ポリウレタンフォームに関する。
また、本発明では、上記のPPy含有水分散液は高分子バインダーを併用することができる。
さらにまた、本発明では、上記のPPy含有水分散液は界面活性剤および/または消泡剤をさらに含有していてもよい。
また、上記本発明の導電性ポリウレタンフォームは、10〜1010Ωの表面抵抗値を持ちうる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の導電性ポリウレタンフォームは、ポリウレタンフォームの連通気孔表面にポリピロールが付着されたものである。このような導電性ポリウレタンフォームは、ポリウレタンフォームにPPy含有水分散液を含浸することによって得られる。
本発明の導電性ポリウレタンフォームの特徴は、ポリピロールが水分散液としてポリウレタンフォームに含浸されているため、ポリウレタンフォームの表面だけでなく、連通気孔の内部表面まで均一に導電性物質であるポリピロールが付着されているところにある。したがって、本発明の導電性ポリウレタンフォームはその表面だけでなく内部まで均一に導電性が付与されている。
【0010】
本発明で使用する導電性ポリピロールは、、ピロールを高分子酸の存在下に化学酸化重合することによって、ポリピロールの水分散液として得られる。本発明の導電性ポリウレタンフォームは、そのようなポリピロール含有水分散液にポリウレタンフォームを含浸させ、乾燥させることにより得られる。
【0011】
ポリウレタンフォームに含浸する、本発明で用いる上記のPPy含有水分散液は、例えば、特開平7−165892号公報の[0007]〜[0011]に記載された方法によって得ることができる。すなわち、高分子酸および酸化重合触媒を含む水溶液にピロールを添加するか、ピロールおよび高分子酸を含む水溶液に酸化重合触媒を添加することにより、ピロールを化学酸化重合させて、導電性のPPy含有水分散液を得ることができる。
このとき必要であれば、得られた水分散液を再沈法や透析法によって精製することができる。
【0012】
高分子酸は、ポリピロールの分散安定剤として働くものであり、ポリピロールを反応媒体中に安定分散し得るものであれば特に制限はなく、具体的にはアルギン酸、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリビニル硫酸等が挙げられ、単独で使用しても2種以上を併用してもよい。これらの高分子酸は酸基の一部がナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩のような塩の形になっていてもよい。あるいは一部がエステル化していてもよい。
これらの高分子酸の量は、ピロール1モルに対して、フリーの酸基が好ましくは0.01〜20当量、より好ましくは0.1〜5当量となるように用いる。
【0013】
酸化重合触媒としては、ピロールを重合し得るものであればよく、例えば、過硫酸アンモニウム、塩化第2鉄、重クロム酸カリウム、過マンガン酸カリウム等、または過酸化水素−第1鉄塩等のレドックス触媒等が好ましく用いられる。これらの酸化重合触媒は単独で使用しても2種以上を併用してもよい。
【0014】
また、PPy含有水分散液は、分散体の再凝集や沈殿に対する安定性を向上させるために、各種の界面活性剤、増粘剤等を、あるいは泡立ちを防ぐために消泡剤を併用することができる。
【0015】
本発明のPPy含有水分散液には、ポリピロールをポリウレタンフォームの気孔表面に強固に付着させるために高分子バインダーを含有することが好ましい。このようなバインダーによってポリピロールをポリウレタンフォームに付着させることにより、ポリウレタンフォームの導電特性に耐久性を持たせることができる。高分子バインダーとしては、水溶性高分子化合物または水系でエマルジョンを形成する高分子化合物が用いられる。このような高分子化合物は水溶液または水性エマルジョンとしてPPy含有水分散液に混合することができる。
【0016】
水溶性高分子化合物の具体例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルホルマール等のポリビニルアルコール類、ポリアクリルアミド、ポリアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸等のポリアクリルアミド類、ポリビニルピロリドン類、水溶性アルキド樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、水溶性フェノール樹脂、水溶性エポキシ樹脂、水溶性ポリブタジエン樹脂、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性アクリル/スチレン樹脂、水溶性酢酸ビニル/アクリル共重合樹脂、水溶性ポリエステル樹脂、水溶性スチレン/マレイン酸共重合樹脂、水溶性フッ素樹脂およびこれらの共重合体等が挙げられる。
【0017】
水系でエマルジョンを形成する高分子化合物の具体例としては、水系アルキド樹脂、水系メラミン樹脂、水系尿素樹脂、水系フェノール樹脂、水系エポキシ樹脂、水系ポリブタジエン樹脂、水系アクリル樹脂、水系ウレタン樹脂、水系アクリル/スチレン樹脂、水系酢酸ビニル樹脂、水系酢酸ビニル/アクリル共重合樹脂、水系ポリエステル樹脂、水系スチレン/マレイン酸共重合樹脂、水系フッ素樹脂、水系塩素化ポリオレフィン樹脂およびこれらの共重合体等が挙げられる。
特に好ましい高分子バインダーは、水系アクリル樹脂、水系ウレタン樹脂及び水系ポリエステル樹脂である。これらのバインダーは水溶液としてポリピロール水分散液に混合すると、水分散液の粘度を上げ、その結果ポリウレタンフォームへの含浸性が低下するため、エマルジョンまたはサスペジョンのような分散液として用いることが好ましい。
【0018】
PPy含有水分散液中と併用する高分子バインダーの量は、PPy含有水分散液固形分:高分子バインダー固形分として、10:90〜90:10、好ましくは30:70〜70:30(重量比)である。
【0019】
本発明の導電性ポリウレタンフォームにおけるポリピロールの付着量は、ポリウレタンフォームに対して、好ましくは0.1〜10重量%である。0.1重量%未満では安定した表面抵抗値が得られず、10重量%以上では得られる表面抵抗値が一定に近づくため、付着量を多くしてもコストが上昇し、かつ生産性が低下する傾向になる。好ましい範囲は1.0〜5重量%、より好ましくは1.0〜4.0重量%である。
これにより、表面抵抗値が10〜1010Ωの導電性ポリウレタンフォームが安定して得られる。
【0020】
なお、本発明で特定する表面抵抗値は、抵抗測定器(三菱化学社製Hiresta IP MCP−HT260 HA型プローブ)を用いて10Vの電圧下、10秒で測定した。
【0021】
本発明で使用するポリウレタンフォームは、2個以上の活性水素を含有する化合物と2個以上のイソシアネート基を有する化合物と、触媒、発泡剤、整泡剤等の添加剤と共に撹拌混合して発泡硬化させてなるポリウレタンフォームであり、2個以上の活性水素を含有する化合物としては、一般のポリウレタンフォームに用いられるポリオール、即ち末端にOH基を有するポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルエステルポリオールなどが挙げられる他、ポリマーポリオール等も使用できる。2個以上のイソシアネート基を含有する化合物としては、同様に一般的なポリウレタンフォームで使用されるポリイソシアネートが使用できる。例えば、トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)およびこれらのポリイソシアネートの混合物や変性物などである。なお、密度および硬度はその用途によって任意に選ぶことができる。
【0022】
本発明の導電性ポリウレタンフォームは、上記のポリウレタンフォームに、ポリピロールを含む上記の水分散液を含浸し、乾燥することによって製造することができる。乾燥は必ずしも加熱を必要としないが、付着をより確実にするためには、高分子バインダーの軟化点以上の温度で加熱することが好ましい。
【0023】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をより詳細に且つ具体的に説明する。
PPy含有水分散液(A)の調製
水100mlにポリアクリル酸2g、硫酸第1鉄(7水和物)0.5g、ピロール2mlを溶解した。これを室温で攪拌しながら、過酸化水素(31%水溶液)3.8gを水で100mlとしてものを1時間かけてゆっくり滴下し、さらに3時間反応させてポリピロー水分散液を得た。得られた水分散液を25%アンモニア水でpHを10.0に調整したのち、メタノールで沈殿させ、濾過し、濾過物に全量が50gとなる量の水を加えて再分散して、固形分濃度が8重量%の精製ポリピロールを含有する水分散液を得た。また、未反応モノマーの定量の結果により、ポリピロール濃度は3.2重量%であった。
【0024】
実施例 1〜4
上記で調製した固形分濃度が8重量%のPPy含有水分散液(A)にアクリルエマルジョン「マルサーブ760」〔丸菱油化工業社製、商品名;アクリル樹脂含量50重量%〕及び水を混合して全固形分中のPPy含有水分散液(A)の固形分の割合が40重量%一定で総固形分濃度がそれぞれ10(実施例1)、12(実施例2)、14(実施例3)、15(実施例4)重量%の処理液を調製し、この中に、見かけ密度35kg/mの軟質ポリウレタンフォーム(寸法:2.5cm(a)×7.5cm(b)×15cm(c))を3分間浸漬後、マングル(ロール径:12.5cm、絞り圧:5.0kg/cm)で絞った。マングルで絞った後、オーブン中で80℃×2時間乾燥した。
放冷後、試料内部から(a)×(b)面に平行に試料の先端から、5cm、10cmの所で切断し、(イ)先端(a)×(b)面、(ロ)5cm切断面、(ハ)10cm切断面の表面抵抗値を測定した。
なお、未処理の軟質ポリウレタンフォームの表面抵抗値は3.0×1014Ωであった。
ポリピロール(PPy)固形分の付着率と表面固有抵抗値のデータを表1に記載した。
ここでポリピロール付着率とは処理前の乾燥ポリウレタンフォームの重量に対する付着処理液ポリピロールの百分率をいう。
【0025】
実施例 5〜8
PPy含有水分散液(A)にアクリルエマルジョン「マルサーブ760」〔丸菱油化工業社製、商品名;アクリル樹脂含量50重量%〕及び水を混合して全固形分中のPPy含有水分散液(A)の固形分の割合が50重量%一定で総固形分濃度がそれぞれ10(実施例5)、11(実施例6)、12(実施例7)、13(実施例8)重量%の処理液を調製した。この原液に実施例1〜4と同様に軟質ポリウレタンフォームを浸漬して、フォームにポリピロールを付着した。
ポリピロール(PPy)付着率と表面固有抵抗値のデータを表2に記載した。
【0026】
実施例 9〜12
PPy含有水分散液(A)にアクリルエマルジョン「マルサーブ760」〔丸菱油化工業社製、商品名;アクリル樹脂含量50重量%〕及び水を混合して全固形分中のPPy含有水分散液(A)の固形分の割合が60重量%一定で総固形分濃度がそれぞれ10(実施例9)、10.5(実施例10)、11(実施例11)重量%の処理液を調製した。この原液に実施例1〜4と同様に軟質ポリウレタンフォームを浸漬して、フォームにポリピロールを付着した。さらに、実施例12として、PPy含有水分散液(A)にアクリルエマルジョン「マルサーブ760」〔丸菱油化工業社製、商品名;アクリル樹脂含量50重量%〕及び水を混合して全固形分中のPPy含有水分散液(A)の固形分の割合が65重量%一定で総固形分濃度が11重量%の処理液を調製した。この原液に実施例1〜4と同様に軟質ポリウレタンフォームを浸漬して、フォームにポリピロールを付着した。実施例9〜12のポリピロール(PPy)付着率と表面固有抵抗値のデータを表3に記載した。
なお、得られた実施例1〜12のポリピロール付着フォームを、10万回繰返し圧縮試験後、抵抗値を測定したところ、繰返し試験前の抵抗値と比較して、ほとんど変化は見られなかった。
【0027】
【表1】

Figure 2004307636
【0028】
【表2】
Figure 2004307636
【0029】
【表3】
Figure 2004307636
【0030】
【発明の効果】
本発明は、内部まで均一に優れた導電性を有するポリウレタンフォームを提供することができ、電子写真、静電記録等のプリンターにおける導電ローラー等として有用である。この導電性ポリウレタンフォームは10Ωのオーダーの高い導電性をもち、その耐久性にも優れている。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a conductive polyurethane foam suitable for use as a conductive roller in a printer for electrophotography, electrostatic recording, and the like.
[0002]
[Prior art]
Electrophotography, which has become widespread in recent years and has become indispensable for today's social activities, generally involves the following processes: 1) electrification, 2) exposure, 3) development, 4) transfer, 5) fixing, and 6) static elimination. It consists of steps, and in each step, various rollers are used. Various types of rubber have been used as the material of the roller in the past, but they do not damage the opponent because they are in contact with precision parts such as the photosensitive drum, or to increase the contact area of the roller to ensure grip Therefore, polyurethane foams having excellent flexibility have been used. Rollers used in each step are required to be made of a material capable of precisely controlling static electricity, and conductive rollers and the like are required to have conductivity that does not greatly change even when the environment changes.
[0003]
In order to meet such a demand, a polyurethane foam to which a conductive substance is added has been proposed. The conductive materials used are mainly carbon and metal oxides (see Patent Documents 1 and 2). Patent Literature 1 discloses a conductive material such as conductive carbon, graphite, conductive metal powder, and metal oxide which imparts conductivity by an electron conduction mechanism, and ion conduction such as a complex of NaClO 4 or another metal salt with a polyhydric alcohol or the like. A conductive polyurethane foam obtained by mixing and dispersing a conductivity-imparting substance by a mechanism in a material constituting the polyurethane foam and then foaming the mixture is disclosed. Patent Document 2 discloses a semiconductive material in which an oxidized polymer of aniline, an aniline derivative, or a mixture thereof is dispersed in polyurethane.
[0004]
However, in each of the disclosed methods, a conductive polyurethane foam is produced by previously mixing a conductivity-imparting substance in a raw material of a polyurethane foam, forming a uniform raw material mixture, and polymerizing and foaming the mixture. Normally, polyurethane foam is manufactured as a large slab to improve productivity.However, the foamed state is different between the upper and lower parts of the slab. The amount of the conductive material, which is an additive, per unit volume is different between the lower part and the higher part. Therefore, the cut-out foam naturally has different electrical characteristics depending on the cut-out portion. Further, when an additive having a high molecular weight as used in Patent Document 2 is mixed with a polyurethane raw material, the viscosity of the raw material is significantly increased, and it is difficult to obtain a good foam.
[0005]
In addition, a technique for imparting a conductive substance to a foamed polyurethane foam is also disclosed (Patent Document 3). Patent Document 3 describes a conductive polyurethane foam obtained by applying a conductive substance such as a carbon paint to a polyurethane foam by post-treatment. However, in the carbon coating used, since carbon particles are relatively large particles, they do not uniformly adhere to the inside of the urethane foam. In such a conductive polyurethane foam, the conductivity is not uniform between the surface and the inside, and the inside conductivity is not sufficiently improved.
Patent Literature 4 describes a technique in which an oxidizing agent is applied to the surface of a polyurethane foam, and then a compound having a conjugated double bond such as pyrrole is subjected to gas phase polymerization to form a conductive polymer on the surface of the polyurethane foam. ing. However, also in this method, only the surface layer of the polyurethane foam is provided with conductive properties.
However, for example, in a conductive roller for electrophotography which is a main application of the present invention, the conductivity inside the roller is important, and the magnitude and uniformity of the conductivity are strongly required.
More recently, a technique of imparting conductivity to a polyurethane foam by polymerizing pyrrole in a state in which the polyurethane foam is impregnated with pyrrole and an oxidizing agent (see Patent Document 5), and impregnating a polyurethane foam with an aqueous dispersion containing polypyrrole. A technique for imparting conductivity to a polyurethane foam (see Patent Document 6) is disclosed. However, the conductive polyurethane foams obtained in Patent Literatures 5 and 6 both have a problem in durability because they do not use a binder for the purpose of adhering polypyrrole to a substrate. Until now, conductive polyurethane foams which have been imparted with conductivity of a uniform size suitable for the above-mentioned applications have not been obtained.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2601782 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-292654 [Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-262907 [Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-298889 [Patent Document 5]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-25357 [Patent Document 6]
JP-A-9-67506
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve the above-described various problems, has no humidity dependency, and has a stable surface resistance value of 10 4 Ω to 10 10 Ω at a use environment temperature and humidity evenly to the inside. It is an object of the present invention to provide a conductive polyurethane foam which exhibits a small variation in surface resistance value, has excellent conductivity durability, and is excellent in moldability, transparency, adhesion and water resistance.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a conductive polyurethane foam comprising 0.1 to 10% by weight of polypyrrole based on the polyurethane foam on the surface of continuous pores of the polyurethane foam.
More specifically, the present invention relates to the above-mentioned conductive polyurethane foam obtained by impregnating a polyurethane foam with an aqueous dispersion containing polypyrrole (hereinafter, referred to as a “PPy-containing aqueous dispersion”).
In particular, the present invention relates to the above-mentioned, wherein the PPy-containing aqueous dispersion contains polypyrrole obtained by chemically oxidatively polymerizing pyrrole in an aqueous solution containing a polymeric acid and an oxidative polymerization catalyst, and an aqueous dispersion containing a polymeric acid. And a conductive polyurethane foam.
Further, in the present invention, the PPy-containing aqueous dispersion may be used in combination with a polymer binder.
Furthermore, in the present invention, the PPy-containing aqueous dispersion described above may further contain a surfactant and / or an antifoaming agent.
In addition, the conductive polyurethane foam of the present invention may have a surface resistance of 10 4 to 10 10 Ω.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The conductive polyurethane foam of the present invention is obtained by attaching polypyrrole to the surface of continuous pores of a polyurethane foam. Such a conductive polyurethane foam is obtained by impregnating a polyurethane foam with an aqueous dispersion containing PPy.
The feature of the conductive polyurethane foam of the present invention is that polypyrrole is impregnated into the polyurethane foam as an aqueous dispersion, so that not only the surface of the polyurethane foam but also the inner surface of the communicating pores, polypyrrole, which is a conductive substance, adheres uniformly. Where they are. Therefore, the conductive polyurethane foam of the present invention is uniformly provided with conductivity not only on the surface but also on the inside.
[0010]
The conductive polypyrrole used in the present invention can be obtained as an aqueous dispersion of polypyrrole by subjecting pyrrole to chemical oxidative polymerization in the presence of a polymeric acid. The conductive polyurethane foam of the present invention can be obtained by impregnating such a polypyrrole-containing aqueous dispersion with a polyurethane foam and drying.
[0011]
The above-mentioned PPy-containing aqueous dispersion used in the present invention to be impregnated into a polyurethane foam can be obtained, for example, by a method described in JP-A-7-165892 [0007] to [0011]. That is, by adding pyrrole to an aqueous solution containing a polymeric acid and an oxidative polymerization catalyst, or by adding an oxidative polymerization catalyst to an aqueous solution containing a pyrrole and a polymeric acid, the pyrrole is chemically oxidized and polymerized, and the conductive PPy-containing An aqueous dispersion can be obtained.
At this time, if necessary, the obtained aqueous dispersion can be purified by a reprecipitation method or a dialysis method.
[0012]
The polymer acid serves as a dispersion stabilizer for polypyrrole, and is not particularly limited as long as polypyrrole can be stably dispersed in the reaction medium.Specifically, alginic acid, polyacrylic acid, polystyrenesulfonic acid, polyvinyl Sulfonic acid, polyallylsulfonic acid, polyvinyl sulfuric acid and the like are mentioned, and they may be used alone or in combination of two or more. These polymeric acids may have some of the acid groups in the form of salts such as sodium salts, potassium salts, and ammonium salts. Alternatively, some may be esterified.
The amount of these polymeric acids is such that the amount of free acid groups is preferably 0.01 to 20 equivalents, more preferably 0.1 to 5 equivalents, per 1 mol of pyrrole.
[0013]
As the oxidative polymerization catalyst, any catalyst capable of polymerizing pyrrole may be used. For example, redox such as ammonium persulfate, ferric chloride, potassium dichromate, potassium permanganate, or hydrogen peroxide-ferrous salt is used. Catalysts and the like are preferably used. These oxidation polymerization catalysts may be used alone or in combination of two or more.
[0014]
Further, the PPy-containing aqueous dispersion may be used in combination with various surfactants, thickeners and the like in order to improve the stability of the dispersion against re-aggregation and precipitation, or with an antifoaming agent in order to prevent foaming. it can.
[0015]
The PPy-containing aqueous dispersion of the present invention preferably contains a polymer binder for firmly attaching polypyrrole to the pore surface of the polyurethane foam. By attaching polypyrrole to the polyurethane foam with such a binder, durability can be imparted to the conductive properties of the polyurethane foam. As the polymer binder, a water-soluble polymer compound or a polymer compound that forms an emulsion in an aqueous system is used. Such a polymer compound can be mixed with the PPy-containing aqueous dispersion as an aqueous solution or an aqueous emulsion.
[0016]
Specific examples of the water-soluble polymer compound include polyvinyl alcohols, polyvinyl alcohols such as polyvinyl formal, polyacrylamides, polyacrylamides such as polyacrylamide methylpropanesulfonic acid, polyvinylpyrrolidones, water-soluble alkyd resins, and water-soluble melamine resins. , Water-soluble urea resin, water-soluble phenol resin, water-soluble epoxy resin, water-soluble polybutadiene resin, water-soluble acrylic resin, water-soluble urethane resin, water-soluble acryl / styrene resin, water-soluble vinyl acetate / acryl copolymer resin, water-soluble Examples include polyester resins, water-soluble styrene / maleic acid copolymer resins, water-soluble fluororesins, and copolymers thereof.
[0017]
Specific examples of the polymer compound that forms an emulsion in an aqueous system include an aqueous alkyd resin, an aqueous melamine resin, an aqueous urea resin, an aqueous phenol resin, an aqueous epoxy resin, an aqueous polybutadiene resin, an aqueous acrylic resin, an aqueous urethane resin, and an aqueous acrylic resin. Examples include styrene resin, aqueous vinyl acetate resin, aqueous vinyl acetate / acrylic copolymer resin, aqueous polyester resin, aqueous styrene / maleic acid copolymer resin, aqueous fluororesin, aqueous chlorinated polyolefin resin, and copolymers thereof.
Particularly preferred polymer binders are aqueous acrylic resins, aqueous urethane resins and aqueous polyester resins. When these binders are mixed with an aqueous polypyrrole dispersion as an aqueous solution, the viscosity of the aqueous dispersion is increased, and as a result, the impregnation property of the polyurethane foam is reduced. Therefore, it is preferable to use the binder as a dispersion such as an emulsion or a suspension.
[0018]
The amount of the polymer binder used in combination with the PPy-containing aqueous dispersion is 10:90 to 90:10, preferably 30:70 to 70:30 (weight: PPy-containing aqueous dispersion solid: polymer binder solid). Ratio).
[0019]
The attached amount of polypyrrole in the conductive polyurethane foam of the present invention is preferably 0.1 to 10% by weight based on the polyurethane foam. If the amount is less than 0.1% by weight, a stable surface resistance cannot be obtained. If the amount is more than 10% by weight, the obtained surface resistance approaches a constant value. Tend to. A preferred range is 1.0 to 5% by weight, more preferably 1.0 to 4.0% by weight.
Thereby, a conductive polyurethane foam having a surface resistance value of 10 4 to 10 10 Ω can be stably obtained.
[0020]
The surface resistance value specified in the present invention was measured in 10 seconds under a voltage of 10 V using a resistance measuring device (Hiresta IP MCP-HT260 HA type probe manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
[0021]
The polyurethane foam used in the present invention is foam-hardened by stirring and mixing with a compound containing two or more active hydrogens, a compound having two or more isocyanate groups, and additives such as a catalyst, a foaming agent, and a foam stabilizer. Polyurethane foam obtained by the above, as a compound containing two or more active hydrogen, polyols used in general polyurethane foam, that is, polyether polyol having a terminal OH group, polyester polyol, polyether ester polyol and the like In addition, polymer polyols and the like can also be used. As the compound containing two or more isocyanate groups, polyisocyanate which is also used in a general polyurethane foam can be used. For example, tolylene diisocyanate (TDI), 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI), and mixtures or modified products of these polyisocyanates. The density and hardness can be arbitrarily selected depending on the application.
[0022]
The conductive polyurethane foam of the present invention can be produced by impregnating the above polyurethane foam with the above aqueous dispersion containing polypyrrole and drying. Drying does not necessarily require heating, but it is preferable to heat at a temperature higher than the softening point of the polymer binder in order to ensure adhesion.
[0023]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to examples.
Preparation of PPy-Containing Aqueous Dispersion (A) 2 g of polyacrylic acid, 0.5 g of ferrous sulfate (heptahydrate) and 2 ml of pyrrole were dissolved in 100 ml of water. While stirring the mixture at room temperature, 3.8 g of hydrogen peroxide (31% aqueous solution) was adjusted to 100 ml with water and slowly added dropwise over 1 hour. The mixture was further reacted for 3 hours to obtain an aqueous polypillow dispersion. The resulting aqueous dispersion is adjusted to pH 10.0 with 25% aqueous ammonia, precipitated with methanol, filtered, and redispersed by adding 50 g of water to the filtrate to obtain a solid. An aqueous dispersion containing purified polypyrrole having a concentration of 8% by weight was obtained. In addition, according to the result of quantification of the unreacted monomer, the polypyrrole concentration was 3.2% by weight.
[0024]
Example 1-4
Acrylic emulsion "Mulserve 760" (trade name, manufactured by Marubishi Yuka Kogyo Co., Ltd .; acrylic resin content: 50% by weight) and water are mixed with the aqueous dispersion (A) containing PPy having a solid concentration of 8% by weight prepared above. Then, the proportion of the solid content of the PPy-containing aqueous dispersion (A) in the total solid content was constant at 40% by weight, and the total solid content concentration was 10 (Example 1), 12 (Example 2), and 14 (Example), respectively. 3) and 15 (Example 4) were prepared by weight of a treatment liquid, into which a flexible polyurethane foam having an apparent density of 35 kg / m 3 (dimensions: 2.5 cm (a) × 7.5 cm (b) × 15 cm) (C)) was immersed for 3 minutes, and then squeezed with a mangle (roll diameter: 12.5 cm, drawing pressure: 5.0 kg / cm 2 ). After squeezing with a mangle, it was dried in an oven at 80 ° C. × 2 hours.
After allowing to cool, cut from the inside of the sample at 5 cm and 10 cm from the tip of the sample in parallel to the (a) × (b) plane, and cut (a) the tip (a) × (b) plane and (b) 5 cm The surface resistance value of the 10 cm section was measured.
The untreated flexible polyurethane foam had a surface resistance of 3.0 × 10 14 Ω.
Table 1 shows data of the adhesion ratio of polypyrrole (PPy) solids and the surface resistivity.
Here, the adhesion ratio of polypyrrole means the percentage of the adhesion treatment liquid polypyrrole to the weight of the dried polyurethane foam before the treatment.
[0025]
Example 5-8
The PPy-containing aqueous dispersion (A) is mixed with an acrylic emulsion "Mulserve 760" (manufactured by Marubishi Yuka Kogyo Co., Ltd., trade name; acrylic resin content 50% by weight) and water, and the PPy-containing aqueous dispersion in the total solid content is mixed. The solid content ratio of (A) is 50% by weight and the total solid concentration is 10 (Example 5), 11 (Example 6), 12 (Example 7), and 13 (Example 8)% by weight. A treatment liquid was prepared. A soft polyurethane foam was immersed in this stock solution in the same manner as in Examples 1 to 4, and polypyrrole was attached to the foam.
Table 2 shows data of the adhesion ratio of polypyrrole (PPy) and the specific surface resistance.
[0026]
Example 9-12
The PPy-containing aqueous dispersion (A) is mixed with an acrylic emulsion “Mulserve 760” (trade name, manufactured by Marubishi Yuka Kogyo Co., Ltd .; acrylic resin content 50% by weight) and water, and the PPy-containing aqueous dispersion in the total solid content is mixed. A treatment solution was prepared in which the solid content ratio of (A) was constant at 60% by weight and the total solid content concentration was 10 (Example 9), 10.5 (Example 10), and 11 (Example 11)% by weight, respectively. . A flexible polyurethane foam was immersed in this stock solution in the same manner as in Examples 1 to 4, and polypyrrole was attached to the foam. Further, as Example 12, the PPy-containing aqueous dispersion (A) was mixed with an acrylic emulsion “Mulserve 760” (trade name, manufactured by Marubishi Yuka Kogyo Co., Ltd .; acrylic resin content: 50% by weight) and water to obtain a total solid content. A treatment liquid was prepared in which the PPy-containing aqueous dispersion (A) had a solid content of 65% by weight and a total solid content of 11% by weight. A flexible polyurethane foam was immersed in this stock solution in the same manner as in Examples 1 to 4, and polypyrrole was attached to the foam. Table 3 shows the data of the adhesion ratio of polypyrrole (PPy) and the surface resistivity of Examples 9 to 12.
In addition, when the resistance value of the obtained polypyrrole-adhered foams of Examples 1 to 12 was measured after repeating the compression test 100,000 times, almost no change was observed as compared with the resistance value before the repeated test.
[0027]
[Table 1]
Figure 2004307636
[0028]
[Table 2]
Figure 2004307636
[0029]
[Table 3]
Figure 2004307636
[0030]
【The invention's effect】
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can provide a polyurethane foam having excellent conductivity even inside, and is useful as a conductive roller in a printer for electrophotography, electrostatic recording, or the like. This conductive polyurethane foam has a high conductivity of the order of 10 4 Ω and is excellent in durability.

Claims (6)

ポリウレタンフォームの連通気孔表面にポリウレタンフォームに対して0.1〜10重量%のポリピロールが付着されてなる導電性ポリウレタンフォーム。A conductive polyurethane foam comprising 0.1 to 10% by weight of polypyrrole based on the polyurethane foam on the surface of the continuous pores of the polyurethane foam. ポリウレタンフォームにポリピロールを含む水分散液を含浸後、乾燥させてなる請求項1に記載の導電性ポリウレタンフォーム。The conductive polyurethane foam according to claim 1, wherein the polyurethane foam is impregnated with an aqueous dispersion containing polypyrrole and then dried. ポリピロールを含む水分散液が、高分子酸および酸化重合触媒を含む水溶液中でピロールを化学酸化重合することによって得られるポリピロールと高分子酸とを含有する水分散液である請求項2に記載の導電性ポリウレタンフォーム。The aqueous dispersion containing polypyrrole is an aqueous dispersion containing polypyrrole and a polymer acid obtained by chemically oxidatively polymerizing pyrrole in an aqueous solution containing a polymer acid and an oxidative polymerization catalyst. Conductive polyurethane foam. ポリピロールを含む水分散液が高分子バインダーを併用してなる請求項2または3に記載の導電性ポリウレタンフォーム。The conductive polyurethane foam according to claim 2 or 3, wherein the aqueous dispersion containing polypyrrole is used in combination with a polymer binder. ポリピロールを含む水分散液が界面活性剤および/または消泡剤をさらに含有する請求項2〜4のいずれかに記載の導電性ポリウレタンフォーム。The conductive polyurethane foam according to any one of claims 2 to 4, wherein the aqueous dispersion containing polypyrrole further contains a surfactant and / or an antifoaming agent. 表面抵抗値が10〜1010Ωである請求項1〜5のいずれかに記載の導電性ポリウレタンフォーム。The conductive polyurethane foam according to any one of claims 1 to 5, having a surface resistance of 10 4 to 10 10 Ω.
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CN108795014A (en) * 2018-05-11 2018-11-13 重庆工商大学 A kind of easy construction, instant polyurathamc conductive foam and preparation method thereof

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