ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Разработан состав, технология изготовления (в том числе промышленная) и технология реставрации органических фоторецепторов (барабанов, валов,opcdrum) для электрофотографических лазерных и светодиодных принтеров и копировально-множительных аппаратов, в том числе широкоформатных (включая формат А0).

Органические фоторецепторы изготавливаются методом последовательного нанесения и сушки слоев из растворов компонентов на подготовленную алюминиевую цилиндрическую заготовку. Состав многослойных покрытий предусматривает использование отечественных органических фотопроводников и специальных добавок, обеспечивающих высокое качество копий.

Разработана технология реставрации поверхности изношенного фоторецептора путем: а) нанесения на его поверхность тонких защитных слоев; б) удаления изношенных слоев и нанесения на подготовленную подложку новых слоев с соответствующими характеристиками. Разработаны упрощенная установка для нанесения защитных слоев на поверхность фоторецепторов и соответствующие растворы для реставрации. Разработана промышленная технология производства органических фоторецепторов, в том числе на основе собственной сырьевой базы, и апробирована на макетах основных узлов промышленных производственных линий.

Имеются авторские свидетельства и патенты РФ.

Технология изготовления фоторецепторов внедрена в экспериментальном производстве НИФТИ (ОАО «Компания Славич»).

Органические фоторецепторы (ОФР) являются одним из важнейших элементов электрофотографического узла копировально-множительной аппаратуры (КМА), лазерных принтеров (ЛП) и светодиодных принтеров (СДП).

Механизм создания изображения на ОФР включает следующие стадии:равномерная зарядка слоя высокоомного фотополупроводника (коронным разрядом, зарядным роликом,a- излучением);экспонирование (лампой накаливания, люминесцентной лампой, лазером, светодиодом), при котором образованные в освещенных участках слоя носители заряда перемещаютсяпод действием электрического поля, нейтрализуя поверхностный заряд (образование скрытого электростатического изображения (СЭИ));проявление СЭИ, которое может осуществляться тонером (сухим или жидкостным) с последующим переносом на другой носитель информации ( например, бумагу) и его закрепление ( тепловое, термосиловое, силовое, парами растворителя) - так называемый классический электрофотографический (ЭФГ) процесс,либо процесс без переноса изображения (электрофакс, ЭФГ-пластины, ОЭФП - пленки);а также тепловое проявление (и закрепление охлаждением) при фототермопластическом (ФТП) и электрофотофоретическом процессах. В последних визуализацию изображения получают модуляцией проходящего или отраженного света (для ФТП возможен контактный перенос рельефа поверхности на термопластичный материал);это фоторецепторы, как правило, многократного использования. Кроме того, возможно прямое электронное считывание СЭИ, а также перенос СЭИ на слой диэлектрика (tesi-, test-процессы) с последующим проявлением по любому из вышеназванных способов.

Основные стадии создания СЭИ и характеристическая кривая приведены на Рис.1.

Рис. 1 . Стадии создания скрытого изображения на ОФР: А) t ₀ - t ₂ - очувствление -равномерная зарядка слоя высокоомного фотополупроводника; Б) t ₁ - t ₂ - темновой спад потенциала; В) t ₂ - t ₃ - экспонирование - уменьшение поверхностного потенциала в освещенных местах. Характеристическая кривая - зависимость поверхностного потенциала от времени: 1) полуспад поверхностного потенциала - (t _1/2 - t ₂ )- экспозиция e _1/2 , при которой поверхностный потенциал уменьшается вдвое; 2) светочувствительность, по полуспаду потенциала, s _1/2 - величина, обратная экспозиции полуспада, s _1/2 = 1 / e _1/2 ; 3) остаточный потенциал - поверхностный потенциал при экспозиции, равной 10-кратной экспозиции полуспада;

ОФР нашли применение в классической ЭФГ (копировальные машины, лазерные и светодиодные принтеры), ЭФГ-плёнках (микрография), фототермопластических материалах (микрография,com-системы, голография, голографическая интерферометрия, системы отображения информации) ^{1, 2}.

По своей структуре органические фоторецепторы могут быть однослойными и многослойными. В последних осуществляется разделение функций компонентов по разным слоям, что способствует большей свободе совершенствования каждого из компонентов. На Рис.2 приведены различные варианты структуры фоторецепторов и их использования ³.

В вышеназванных ОФР в качестве регистрирующих сред находят применение органические полимерные фотополупроводники (сенсибилизированные карбазолсодержащие соединения, полиимиды, полиариламины, полиариламиноэфиры, полиариламиноуретаны, полигидразоны и т. д.), а также композиционные ( молекулярно-допированные - МДП ) покрытия, представляющие собой дисперсию (твердый раствор) низкомолекулярного органического фотополупроводника (ариламины, гидразоны, бутадиены, дифенохиноны и т. д.) в инертном полимерном связующем (поликарбонаты, полиэфиры, полиакрилаты и т. д.).

Следует отметить, что путь развития ЭФГ-материалов имел следующие этапы:однослойные ФР на основе неорганических (se, as ₂se ₃, zno, cds,a-si:h)и органических фотополупроводников (ПВК+ТНФ и т. д.);затем появились МДП- композиции и полимерные фотополупроводники нового поколения для однослойных и многослойных ОФР, причем в настоящее время фоторецепторы на органических фотопроводниках практически вытеснили селеновые.

Среди органических фоторецепторов наиболее распространены фоторецепторы, работающие в циклическом режиме, в виде металлических цилиндров или гибких металлизированных пленок, с нанесенными на них многослойными органическими фоточувствительными композициями. Структура светочувствительных покрытий фоторецепторов для КМА и ЛП в общем виде представлена на Рисунке 3.

ЭФГ- фоторецепторы, как правило, состоят из следующих основных функциональных слоёв:

- Алюминиевая цилиндрическая (или полимерная металлизированная) подложка;

- Грунтовочный слойГТС, толщиной 10 -20 мкм (в основном присутствует у фоторецепторов фирмыcanon- для выравнивания поверхности подложки, и как барьерный слой БС - для предотвращения темновой инжекции носителей заряда НЗ в ЗГС и ТС, и транспорта НС из ЗГС в подложку);

- Адгезионный слой, толщиной 0,2 - 1.5 мкм (барьерно-адгезионный БАС) слой (для увеличения адгезии ЗГС и предотвращения темновой инжекции носителей заряда в ЗГС);

- Зарядогенерационный слой ЗГС, толщиной 0,2 - 1,0 мкм (для поглощения света, образования электроно- дырочной пары, её разделения в электрическом поле и инжекции НЗ в ТС);

Транспортный слой ТС, толщиной 25 -35 мкм ( для переноса НЗ к поверхности фоторецептора и уменьшения поверхностного заряда);

-Защитный слой ЗС, толщиной 0,5 - 5 мкм (для защиты поверхности фоторецептора от механического износа и действия вредных факторов атмосферы и коронного разряда).

Так называемые "однослойные" органические фотопроводники (в которых функции фотогенерации и транспорта НЗ объединены в одном слое) сравнительно редки и изготавливаются в основном фирмойmita.Вопрос о достоинствах и недостатков таких фоторецепторов достаточно сложен и требует специального обсуждения.

Рис. 2. Виды фоточувствительных материалов на основе ОФП. ОФЧС - органический фоточувствительный слой; ЭФГ - электрофотографический материал; Фtp - фототермомпластический материал; ЖКМС -жидкокристаллические модуляторы света; ЭФФ - электрофотофоретический материал; ФГ- фотогенерация носителей заряда; ЗТФ - зарядо-транспортная функция; ТДФ - термопластическая деформационная функция; ЖКОФ - жидкокристаллическая ориентационная функция; Миграция - электрофотофоретическая (миграционная) функция подвижности.

Рис. 3. Структура фоторецепторов для КМА и ЛП ( толщина слоев дана условно ).

В 2-х слойных органических фоторецепторах БАС обычно состоит из спирторастворимых полиамидов; ФГС - из дисперсии светочувствительного пигмента в полимерных связующих; ТС - из твердого раствора органического фотопроводника ОФП в полимерном связующем; ЗС - из композиционной полимерной пленки или вакуумно осажденного покрытия.

В качестве полимерных связующих для ФГС используются обычно полиацетали, а для ТС - поликарбонаты (pc-a , pc-z ) или полиметилметакрилаты.

Как ОФП используются ароматические гидразоны (например,deh),полиариламины (например,tpd), замещенные полиарилбутадиены, стильбены, и другие классы соединений.

deh

tpd

В качестве светочувствительных пигментов используются специально подготовленные фталоцианины в нужной кристаллической модификации (например, фталоцианин титанилаtiopcили безметальный фталоцианинh ₂ pc)- в основном для лазерных принтеров, или бисазопигменты (например, пигмент 54, пигмент БОЗ), периленовые пигменты (например, ПП ) - в основном для копировально- множительных аппаратов.

tiopch ₂pc

Бисазопигмент (54)

Пигмент БОЗ

Пигмент ПП

Типичная зависимость светопропускания ФГС на основе фталоцианина титанила приведена на Рис. 4.

Рис.4. Зависимость светопропускания Т ( % ) фотогенерационного слоя , состоящего из 66.6 % tiopc и 33.3 % pvb от длины волныl( нм ). Зона светочувствительности выделена вертикальными линиями.

В соответствии с результатами сравнительных испытаний, проведенных в НИФТИ, получены следующие основные характеристики фоторецепторов различных типов и производителей (Таблица 1).

Таблица 1.

*- отмечены образцы фоторецепторов, изготовитель которых был неизвестен.

Как следует из таблицы , фоторецепторы и для КМА и для ЛП можно разделить на 2 класса каждый по светочувствительности. Следует отметить, что в таблице приведены данные по светочувствительности к свету лампы накаливания (интегральная светочувствительностьs _1/2), поэтому одинаковые величины интегральной светочувствительности совсем не означают равенство величин зональных или спектральных светочувствительностей, так как спектр светочувствительности различных типов фоторецепторов различен.

Так, слои на основе фталоцианинов поглощают свет в основном в красной и ближней ИК- области (Рис. 4), и их чувствительность к свету лампы накаливанияs _1/2сравнительно велика (s _1/2= 4,5 - 6,5lx^-1s^-1), однако чувствительность таких слоев к свету люминисцентных ламп (обычно используемых в современных КМА), излучающих в диапазоне 400 -650 нм, меньше, чем у слоев на основе бисазопигментов (s _1/2= 0,6 - 1,0).

В связи с этим подбор фоторецепторов (технология изготовления) для каждого типа аппарата индивидуален и определяется как спектром излучения и интенсивностью его источника освещения (длины волны лазера), так и конкретными условиями работы фоторецептора (условия и способ зарядки, время между окончанием зарядки и началом проявления, и т.п.).

Иллюстративный материал к описанию:

Рис. 1. Органические фоторецепторы (барабаны) для

аналоговых и цифровых копировальных аппаратов

и лазерных принтеров.

Публикации по теме объекта: более 100, в том числе:

1. photoelectrochemical stability of organic photoconductors doped in polymer layers. the 4th international conference on imaging science and hardcopy (isish'01), may 20-24, 2001, kunming, china, page 137-140.

2. Расходные материалы. Органические фоторецепторы. Основные сведения и понятия. Копировально-множительная техника, 1998.

3. restoration of photoreceptors for copiers, laser and diode printers. is&t's nip 13: 1997 int.conf. on dig.print. technol., 1997.- p. 266 - 269.