DE102011081318A1

DE102011081318A1 - Thermisch stabile oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung für eine Vorderfläche eines Tintenstrahldruckkopfes

Info

Publication number: DE102011081318A1
Application number: DE102011081318A
Authority: DE
Inventors: Varun Sambhy; Kock-Yee Law; Hong Zhao; Samarth Chugh
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-02-23
Also published as: US8544987B2; JP2015221569A; KR101697377B1; JP2012040876A; KR20120042632A; US20120044298A1; CN102372940B; JP5963919B2; CN102372940A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtung für eine Vorderfläche eines Tintenstrahldruckkopfes, wobei die Beschichtung eine oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung aufweist. Wenn die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung auf eine Oberfläche der Vorderseite des Tintenstrahldruckkopfes aufgebracht wird, bilden ausgeworfene Tropfen einer Ultraviolett-Geltinte oder ausgeworfene Tropfen einer Festphasentinte einen Kontaktwinkel von größer als 45 Grad und einen geringen Gleitwinkel von weniger als ungefähr 30 Grad.

Description

Tintenstrahldrucker erzeugen Bilder, indem Tröpfchen aus flüssiger Tinte auf ein Aufzeichnungssubstrat bzw. ein Drucksubstrat (beispielsweise Papier) aus einem Tintenstrahldruckkopf ausgeworfen oder als Strahl ausgegeben werden. Der Druckkopf besitzt typischerweise eine Vorderfläche bzw. eine Frontfläche mit einer Düsenöffnung, die darin ausgebildet ist, durch welche flüssige Tinte als Tröpfchen auf das Drucksubstrat ausgeworfen wird.
Die Vorderfläche eines Tintenstrahldruckkopfes kann verschmutzt bzw. kontaminiert werden, wenn diese mit Tinte benetzt wird oder wenn zu viel Tinte ausgeworfen wird. Derartige Verschmutzungen können ein vollständiges oder teilweise eintretendes Blockieren der Düsenöffnung innerhalb der Vorderfläche des Tintenstrahldruckkopfes hervorrufen oder zumindest dazu beitragen. Diese Blockieren verhindert unter Umständen, dass Tintentröpfchen aus dem Tintenstrahldruckkopf ausgeworfen werden, verursacht ggf., dass Tintentröpfchen mit zu großem Volumen oder zu geringem Volumen aus dem Tintenstrahldruckkopf ausgeworfen werden, verändert ggf. die beabsichtigte Flugbahn der ausgeworfenen Tintentröpfchen auf das Drucksubstrat, und dergleichen, wobei diese möglichen Folgen alle zu einer beeinträchtigten Druckqualität von Tintenstrahldruckern beitragen.
Die Vorderfläche eines Tintenstrahldruckkopfes ist typischerweise mit einem Material beschichtet, etwa Polytetrafluorethylen (PTFE) (beispielsweise Teflon) oder Perfluoralkoxyl (PFA), um die Vorderfläche zu schützen. Aktuelle Druckköpfe wie Maverick, zeigen anfänglich mit Tinte von Xerox ein gutes Leistungsverhalten. Im Laufe der Funktionslebensdauer singt jedoch die Leistungsfähigkeit ab und die Tinte gleitet nicht effizient über die Beschichtungen der Druckkopfvorderflächen bei typischen Temperaturen ab, bei denen die Tinte ausgeworfen wird. Vielmehr neigt die Tinte dazu, haften zu bleiben und entlang der Beschichtung der Druckkopfvorderfläche zu fließen, so dass eine Resttintenschicht zurückbleibt, die die Düsenöffnung in der Vorderfläche des Tintenstrahldruckkopfes teilweise oder vollständig verschließen kann. Dieses Problem ist noch ausgeprägter bei UV-Geltinte, wobei ein Druckkopffehler auf Grund übermäßigem Tintenfluss in einer Anfangsphase auftreten kann. 1 ist ein Photo der Vorderfläche eines Tintenstrahldruckkopfes nach einem Druckdurchlauf, wobei die Benetzung und die Kontamination durch eine UV-aushärtbare Tinte über den größten Bereich der Vorderfläche hinweg gezeigt ist, die die Düsenöffnungen umgibt. Es sind daher oleophobe Beschichtungen mit geringer Haftung, die Fehler auf Grund von übermäßigem Tintenfluss verhindern, äußerst wichtig, um die Robustheit und Zuverlässigkeit zu verbessern, so dass eine bessere Vermarktungschancen für künftige UV-Geltinten ergeben.
Die Kontamination einer Tintenstrahldruckkopfvorderfläche kann zu einem gewissen Grade minimiert werden, indem Spül- und/oder Wischvorgänge angewendet werden. Diese Maßnahmen erfordern jedoch unerwünscht viel Zeit und/oder es wird ein Übermaß an Tinte verbraucht, wodurch die verfügbare Lebensdauer des Tintenstrahldruckkopfes reduziert wird. Die Kontamination einer Vorderfläche eines Tintenstrahldruckkopfes kann auch zu einem gewissen Grade verringert werden, indem eine oleophobe Druckkopfvorderflächenbeschichtung mit geringer Haftung verwendet wird, die sich nicht wesentlich mit Tinte benetzt, die aus Düsenöffnungen des Druckkopfes ausgeworfen wird. Bei Aufheizung auf Temperaturen, wie sie typischerweise während der Druckkopfherstellungsprozesse auftreten, können sich jedoch die Oberflächeneigenschaften bekannter oleophober Druckkopfvorderflächenbeschichtungen mit geringer Haftung bis zu einem Grade verschlechtern, so dass keine zuverlässige Minimierung der Kontamination der Tintenstrahldruckkopfvorderfläche gewährleistet ist.
1 ist ein Photo, das die Kontamination mit UV-Geltinte eines Düsenbereichs einer Druckkopfvorderfläche mit einer Polytetrafluorethylenbeschichtung nach einem Druckvorgang zeigt.
2 ist eine Schnittansicht eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
3 bis 5 zeigen einen Prozess zur Herstellung des in 2 gezeigten Tintenstahldruckkopfes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Graph des Verlusts in Gewichtsprozent in Abhängigkeit von der Temperatur für oleophobe Beschichtungen mit geringer Haftung.
Es wird eine oleophobe Oberflächenbeschichtung mit geringer Haftung für eine Vorderseite eines Tintenstrahldruckkopfes beschrieben, wobei die Oberflächenbeschichtung ein oleophobes Polymermaterial mit geringer Haftung umfasst. Wenn die Oberflächenbeschichtung auf der Fläche einer Vorderseite eines Tintenstrahldruckkopfes aufgebracht ist, zeigen ausgeworfene Tröpfchen aus ultravioletter-(UV)Geltinte (was hierin auch als „UV-Tinte” bezeichnet wird) oder ausgeworfene Tröpfchen einer Festphasentinte eine geringe Haftung in Bezug auf die Oberflächenbeschichtung. Die Haftung eines Tintentropfens an einer Oberfläche kann bestimmt werden, indem der Gleitwinkel des Tintentropfens gemessen wird (d. h., der Winkel, unter welchem eine Oberfläche in Bezug zu einer horizontalen Position geneigt ist, wenn der Tintentropfen über die Oberfläche zu gleiten beginnt, ohne dass ein Rest oder ein Fleck zurückbleibt). Je kleiner der Gleitwinkel ist, desto geringer ist die Haftung zwischen dem Tintentropfen und der Oberfläche. Im hierin verwendeten Sinne bedeutet der Begriff „mit geringer Haftung” einen kleinen Gleitwinkel von kleiner als ungefähr 30 Grad, wenn dieser mit einer ultraviolett aushärtbaren Geltinte oder einer Festphasentinte gemessen wird, wobei der Winkel zu der Vorderseitenoberfläche des Druckkopfes gemessen ist. In einigen Ausführungsformen ist ein kleiner Gleitwinkel kleiner als ungefähr 25 Grad, wenn dieser mit ultraviolett aushärtbarer Geltinte oder Festphasentinte in Bezug auf die Vorderseitenoberfläche des Druckkopfes gemessen ist. In einigen Ausführungsformen ist ein kleiner Gleitwinkel kleiner als ungefähr 20 Grad, wenn dieser mit ultraviolett aushärtbarer Geltinte oder Festphasentinte in Bezug auf die Oberfläche der Vorderseite des Druckkopfes gemessen ist. In einigen Ausführungsformen ist ein geringer Gleitwinkel größer als 1 Grad (oder größer als ungefähr 1 Grad), wenn dieser mit ultraviolett aushärtbarer Geltinte oder Festphasentinte in Bezug auf die Druckkopfvorderfläche gemessen ist. Im hierin verwendeten Sinne ist eine oleophobe Oberflächenbeschichtung mit geringer Haftung „thermisch stabil”, wenn Tröpfchen einer Ultraviollett-Geltinte oder einer Festphasentinte eine geringe Haftung zu der Oberflächenbeschichtung zeigen, nachdem die Oberflächenbeschichtung höheren Temperaturen ausgesetzt war (beispielsweise Temperaturen im Bereich von 180 Grad C bis 325 Grad C oder in einem Bereich von ungefähr 180 Grad bis ungefähr 325 Grad C) und auch höheren Drücken ausgesetzt war (beispielsweise einem Druck in einem Bereich von 100 psi bis 400 psi oder in einem Bereich zwischen ungefähr 100 psi und 400 psi), wobei diese Beaufschlagung über ausgedehntere Zeitdauern erfolgt ist (beispielsweise eine Zeitdauer in einem Bereich zwischen 10 Minuten und 2 Stunden oder in einem Bereich zwischen ungefähr 10 Minuten und ungefähr 2 Stunden). In einer Ausführungsform ist die Oberflächenbeschichtung thermisch stabil, nachdem die Oberflächenbeschichtung einer Temperatur von 290 Grad C (oder ungefähr 290 Grad C) bei einem Druck von 300 psi (oder ungefähr 300 psi) für 30 Minuten (oder ungefähr 30 Minuten) ausgesetzt war. Somit kann die Oberflächenbeschichtung auf eine Lochblendenhalterung aus rostfreiem Stahl bei hoher Temperatur und hohem Druck ohne Beeinträchtigung aufgebracht werden. Daher kann in dem resultierenden Druckkopf eine Tintenkontamination verhindert wird, da Tintentröpfchen von der Druckkopfvorderfläche ohne Rückstände abperlen können.
In einigen Ausführungsformen umfasst eine Druckvorrichtung einen Tintenstrahldruckkopf mit einer Vorderfläche bzw. Vorderseite oder Frontseite und eine oleophobe Oberflächenbeschichtung mit geringer Haftung, die auf einer Oberfläche der Vorderseite angebracht ist. Die oleophoe Oberflächenbeschichtung mit geringer Haftung umfasst ein oleophobes Polymermaterial mit geringer Haftung, das so gestaltet ist, dass ausgeworfene Tröpfchen einer Ultraviolett-Gelttinte oder ausgeworfene Tröpfchen einer Festphasentinte einen Kontaktwinkel aufweisen, der größer als 45 Grad (oder größer als ungefähr 45 Grad) ist. In einer Ausführungsform zeigen die ausgeworfenen Tropfen aus Ultraviolett-Gelttinte oder die ausgeworfenen Tropfen aus Festphasentinte einen Kontaktwinkel, der größer ist als 55 Grad (oder größer als ungefähr 55 Grad). In einer weiteren Ausführungsform zeigen die ausgeworfenen Tropfen einer Ultraviolett-Geltinte oder die ausgeworfenen Tropfen einer Festphasentinte einen Kontaktwinkel, der größer als 65 Grad (oder größer als ungefähr 65 Grad) ist. In einer Ausführungsform gibt es keine obere Grenze für den Kontaktwinkel zwischen den ausgeworfenen Tropfen einer Ultraviolett-Geltinte oder ausgeworfenen Tropfen einer Festphasentinte und der Oberflächenbeschichtung. In einer weiteren Ausführungsform bilden die ausgeworfenen Tropfen einer Ultraviolett-Geltinte oder die ausgeworfenen Tropfen einer Festphasentinte einen Kontaktwinkel von weniger als 150 Grad (oder weniger als ungefähr 150 Grad). In einer noch weiteren Ausführungsform bilden die ausgeworfenen Tropfen einer Ultraviolett-Geltinte oder die ausgeworfenen Tropfen einer Festphasentinte einen Kontaktwinkel von weniger als 90 Grad (oder weniger als ungefähr 90 Grad). Wenn Tinte in den Druckkopf eingefüllt wird, ist es vorteilhaft, die Tinte innerhalb der Düse bis zum Zeitpunkt des Auswerfens der Tinte zu halten. Generell ist bei einem größeren Tintenkontaktwinkel ein Druck für das Hervorrufen eines unerwünschten Austretens von Tinte besser (höher). Der Druck für unerwünschtes Tintenaustreten betrifft die Fähigkeit der Lochplatte zu vermeiden, dass Tinte aus der Düsenöffnung austritt, wenn der Druck in dem Tintentank (Reservoir) zunimmt. In einigen Ausführungsformen sind die Beschichtungen thermisch stabil und liefern diese Eigenschaften sogar nach der Einwirkung höherer Temperaturen (beispielsweise Temperaturen in einem Bereich von 180 Grad bis 325 Grad C oder in einem Bereich von ungefähr 180 Grad und ungefähr 325 Grad C) und nach der Einwirkung von hohen Drücken (beispielsweise Drücke in einem Bereich von 100 psi bis 400 psi oder in einem Bereich von ungefähr 100 psi bis ungefähr 400 psi) für längere Zeitdauern (beispielsweise für Zeitdauern von 10 Minuten bis 2 Stunden oder für Zeitdauern in einem Bereich zwischen ungefähr 10 Minuten und ungefähr 2 Stunden), so dass hohe Drücke im Hinblick auf das unerwünschte Tintenaustreten beibehalten werden. In einer Ausführungsform sind die Beschichtungen thermisch stabil und liefern diese Eigenschaft selbst nach der Einwirkung mit einer Temperatur von 290 Grad C (oder ungefähr 290 Grad) bei Drücken bei 300 psi (oder ungefähr 300 psi) für 30 Minuten (für ungefähr 30 Minuten), wodurch ein hoher Druck für das unerwünschte Tintenaustreten erreicht wird. Vorteilhafter Weise bieten die oleophoben Oberflächenbeschichtungen mit geringer Haftung, wie sie hierin beschrieben sind, eine geringe Haftung und einen großen Kontaktwinkel für ultraviolett aushärtbare Geltinte und Festphasentinte, wodurch der Vorteil erreicht wird, dass der Druck gegenüber unerwünschtem Tintenaustreten größer wird, oder dass das Heraussickern von Tinte aus der Düse reduziert oder verhindert wird.
In einigen Ausführungsformen ist die oleophobe Oberflächenbeschichtung mit geringer Haftung ein Reaktionsprodukt einer Mischung aus Reaktionsstoffen, die mindestens ein Isozyanat und ein hydroxyl-(beispielsweise Alkohol)funktionalisiertes fluorvernetzendes Material enthalten. In einer Ausführungsform ist das hydroxilfunktionalisierte fluorvernetzende Material in der Reaktionsmischung in einem Bereich von 30 Gewichtsprozent (oder ungefähr 30 Gewichtsprozent) bis 90 Gewichtsprozent (oder ungefähr 90 Gewichtsprozent) vorhanden. Das Reaktionsprodukt eines Alkohols und eines Isozyanats kann Urethan (beispielsweise ein Polyurethanpolymer) enthalten. In einer Ausführungsform enthält das hydroxylfunktionalisierte fluorvernetzende Material mindestens eine Perfluorpolyether-Verbindung.
Zu geeigneten Isozyanaten gehören: Monomere, Oligomere und Polymere Isozyanate mit (ohne einschränkend zu sein) jenen Verbindungen mit der allgemeinen Formel R₁-(NCO)_n, wobei R₁ eine Alkylgruppe, eine Alkylengruppe, eine Arylgruppe, Arylengruppe, eine Arylalkylgruppe, eine Arylalkylengruppe, eine Alkylarylgruppe oder eine Alkylarylengruppe ist.
In einer Ausführungsform ist R₁ eine Alkyl- oder Alkylengruppe (mit linearen oder verzweigten, gesättigten und nicht gesättigten zyklischen oder azyklischen und substituierten oder nicht substituierten Alkyl- und Alkylengruppen, und wobei Heteroatome, etwa Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Silizium, Phosphor oder dergleichen in der Alkyl- oder Alkylengruppe vorhanden sein können oder nicht). In einer Ausführungsform besitzt die Alkyl- oder Alkylengruppe mindestens ungefähr 8 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Alkyl- oder Alkylengruppe mindestens ungefähr 10 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Alkyl- oder Alkylengruppe mindestens ungefähr 12 Kohlenstoffatome. In einer Ausführungsform besitzt die Alkyl- oder Alkylengruppe nicht mehr als ungefähr 60 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Alkyl- oder Alkylengruppe nicht mehr als ungefähr 50 Kohlenstoffatome. In einer noch weiteren Ausführungsform besitzt die Alkyl- oder Alkylengruppe nicht mehr als ungefähr 40 Kohlenstoffatome. Zu beachten ist jedoch, dass die Anzahl an Kohlenstoffatome außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
In einer Ausführungsform ist R₁ eine Aryl- oder eine Arylengruppe (mit substituierten und nicht-substituierten Aryl- und Arylengruppen, und wobei Heteroatome, etwa Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Silizium, Phosphor, oder dergleichen in der Aryl- oder Arylengruppe vorhanden sein können oder auch nicht). In einer Ausführungsform besitzt die Arylgruppe- oder Arylengruppe mindestens ungefähr 5 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Aryl- oder Arylengruppe mindestens ungefähr 6 Kohlenstoffatome. In einer Ausführungsform besitzt die Aryl- oder Arylengruppe nicht mehr als ungefähr 50 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Aryl- oder Arylengruppe nicht mehr als ungefähr 25 Kohlenstoffatome. In einer noch weiteren Ausführungsform besitzt die Aryl- oder Arylengruppe nicht mehr als ungefähr 12 Kohlenstoffatome. Zu beachten ist jedoch, dass die Anzahl an Kohlenstoffatome auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
In einer Ausführungsform ist R₁ eine Arylalkyl- oder eine Arylalkylengruppe (mit substituierten oder nicht-substituierten Alkyl- und Arylalkylengruppen, wobei der Alkylanteil der Arylalkyl- oder Arylalkylengruppe linear oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt, zyklisch oder azyklisch und substituiert oder nicht-substituiert sein kann, wobei Heteroatome, etwa Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Silizium, Phosphor der dergleichen in dem Arylanteil oder dem Alkylanteil der Arylalkyl- oder Arylalkylengruppe vorhanden sein können oder auch nicht). In einer Ausführungsform besitzt die Arylalkyl- oder Arylalkylengruppe mindestens ungefähr 6 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Arylalkyl- oder Arylalkylengruppe mindestens ungefähr 7 Kohlenstoffatome. In einer Ausführungsform besitzt die Arylalkyl- oder Arylkalkylengruppe nicht mehr als ungefähr 60 Kohlenstoffatome. In einer weiteren Ausführungsform besitzt die Arylalkyl- oder Arylalkylengruppe nicht mehr als ungefähr 40 Kohlenstoffatome. In einer noch weiteren Ausführungsform besitzt die Arylalkyl- oder Arylalkylengruppe nicht mehr als ungefähr 30 Kohlenstoffatome. Zu beachten ist, dass die Anzahl der Kohlenstoffatome aber auch außerhalb dieser Bereiche liegen kann.
Die Substituenten an den substituierten Alkyl-, Alkylen-, Aryl-, Arylen-, Arylalkyl-, Aryalkylen-, Alkylaryl- und Alkylarylengruppen können (ohne einschränkend zu sein) sein Halogenatome, Imin-Gruppen, Ammonium-Gruppen, Zyano-Gruppen, Pyridin-Gruppen, Pyridinium-Gruppen, Ether-Gruppen, Aldehyd-Gruppen, Keton-Gruppen, Ester-Gruppen, Amid-Gruppen, Karbonyl-Gruppen, Thiokarbonyl-Gruppen, Sulfat-Gruppen, Sulfunat-Gruppen, Sulfid-Gruppen, Sulfoxid-Gruppen, Phosphin-Gruppen, Phosphonium-Gruppen, Phosphat-Gruppen, Nitril-Gruppen, Merkapto-Gruppen, Nitro-Gruppen, Nitroso-Gruppen, Sulfon-Gruppen, Acyl-Gruppen, Säuranhydrid-Gruppen, Acid-Gruppen, Azo-Gruppen, Zyanat-Gruppen, Isozyanat-Gruppen, Thiozyanat-Gruppen, Isothiozyanat-Gruppen, Carboxylatgruppen, Mischungen davon, oder dergleichen, wobei zwei oder mehr Substituenten verbunden sind, um einen Ring zu erzeugen, und wobei n eine Ganzzahl ist, die die Anzahl an Isozyanat-Gruppen darstellt, beispielsweise 1, 2, 3 und dgl., im Falle von Monomeren, Isozyanaten, wobei es nicht unnötigerweise eine obere Grenze im Falle von Polymerenisozyanaten gibt.
Beispiele von Diisozyanaten beinhalten Isophorendiisozyante (IPDI) mit der Formel
2,4-Toluendiisozyanate (TDI), Diphenylmethan-4,4'-Diisozyanat (MDI); hydrogenisiertes Diphenylmethan-4,4'-Diisozyanat (H12MDI); Tetramethylxylendiisozynat (TMXDI); Hexamethylen-1,5-Diisozyanat (HDI) mit der Formel: OCN-(CH₂)₆-NCO Naphthalen-1,5-Diiozyanat; 3,3'-Dimethoxy-4,4'-Biphenyldiiozyanat; 3,3'-Dimenthyl-4,4'-Bimethyl-4,4'Biphenyldiiozyanat; Phenylendiisozyanat; 4,4'-Biphenyldiisozyanat; 2,24-Trimethylhexamethyldiiozyanat und 2,44-Trimethylhexamethylendiioszyanat mit der Formel:
Tetramethylenxyelendiioszyanat; 4,4'-Methylenebis (2,6-Diethylphenylisozyanat); 1,12-Diisozyanatdodekan; 1,5-Diisozyanat-2-Menthylpentan; 1,4-Diisozyanatbutan; Dimerdiisozyanat und Zyklohexylendiioszyanat und seine Isomere; Uretidiondimere von HDI; oder dergleichen sowie Mischungen davon. Zu Beispielen von Triisozyanaten und ihren Äquivalenten gehören: Triphenylmethan-4-4', 4''-Triisozyanat; Tri(p-Isozynatphenyl), Thiophosphat; Trimethylpropantrimer aus TDI, oder dergleichen, Isozyanorattrimere aus TDI, HDI, IPDI und dergleichen und Biurettrimere aus TDI, HDI, IPDI oder dergleichen, sowie Mischungen davon. Zu Beispielen höherer Isozyanatfunktionalitäten gehören: Copolymer von TDI/HDI oder dergleichen und MDI-Oligomere, sowie Mischungen davon. In einigen Ausführungsformen kann der Isozyanatteil Allophonat modifizierte MDI oder Polymere von Allophonat modifizierten MDI sein. In einigen Ausführungsformen kann der Isozyanatteil auch ein (per)Fluorpolyether-Prepolymer mit Polyisozyan-Funktion sein, wie dies im Stand der Technik ( US-Patent-Nr. 4,863,986 ; US-Patent-Nr. 4,704,402 , US-Patent-Nr. 6,071,564 ) beschrieben ist, und wie sie früher kommerziell als Fluorbasis-Z erhältlich waren. In einigen Ausführungsformen können geeignete Isozyanate unter dem Namen Desmodur, Mondur oder Impranil, beispielsweise Desmondur N 3300, Desmodur N 3790, erhalten werden, etwa von Bayer Materials oder es können auch Mischungen davon verwendet werden.
Zu geeigneten Perfluoretherverbindungen gehören: Mono- oder Di-Hydroxyl funktionalisierte Monomere, Oligomere und Polymere, Perfluorpolyether-Verbindungen.
Zu Beispielen geeigneter dihydroxidfunktinalsierter Perfluorpolyetherverbindungen gehören (ohne einschränkend zu sein) jene mit der allgemeinen Formel: HO-(CH₂CH₂O)_a-CH₂-CF₂O-(CF₂CF₂O)_b-(CF₂O)_c-CF₂-CH₂-(OCH₂CH₂)_a-OH wobei a eine Ganzzahl im Bereich 0 bis 20, b und c Ganzzahlen im Bereich von 0 bis 50 sind, vorausgesetzt, dass zumindest b und c nicht Null sind. In einer Ausführungsform kann eine geeignete difunktionalisierte Perfluorpolyetherverbindung durch die Formel dargestellt werden: HOCH₂CF₂O(CF₂CF₂O)_b(CF₂O)_cCF₂CH₂OH
In einigen Ausführungsformen können geeignete dihydroxylfunktionalisierte Perfluorpolyetherverbindungen unter dem Namen Fluorolink beispielsweise Fluorolink D, Fluorolink D10, Fluorolink D10H, Fluorolink E10, Fluorolink E10H von Solvay Solexis oder dergleichen oder Mischungen davon erhalten werden.
Es können geeignete Reaktionsbedingungen zur Herstellung von Urethanverbindungen oder dergleichen oder Mischungen davon angewendet werden, indem ein oder mehrere der Perfluorpolyetherverbindungen mit einem oder mehreren der Zyanate kondensiert werden, um das Polymer der oleophoben Druckkopfvorderseitenbeschichtungen geringer Haftung herzustellen. Typischerweise (obwohl dies nicht notwendig ist) kann die Reaktion bei diversen Temperaturen (beispielsweise von ungefähr 25 Grad bis ungefähr 160 Grad C) in Anwesenheit eines optionalen Reaktionskatalysators ausgeführt werden, etwa in Anwesenheit von Dibutylindilaurat, Wismuth-tri-Neodecanoat, Kobaltbenzoat, Lithiumazetat, Zinnoktakt, Triethylamin oder dergleichen. Zu anderen anschaulichen Katalysatoren gehören RC-Katalysatoren von Rheine-Chemie.
Das Mol-Verhältnis der Reaktionsteilnehmer kann so eingestellt werden, dass die Isozyanat-Funktionalitäten vollständig in der Reaktion mit einem leichten molaren Überschuss des Alkohols aufgebraucht werden. Die Reaktionsmitglieder können zusammen in einer beliebigen Reihenfolge hinzugefügt werden und/oder können der Reaktion als physikalische Mischungen hinzugefügt werden. Bei Bedarf können die Reaktionsbedingungen und die Reihenfolge des Hinzufügens der Reaktionsteilnehmer im Hinblick auf unterschiedliche Gründe gesteuert werden, etwa um eine gesteuerte exotherme Reaktion bereitzustellen, um die Verteilung von Molekülen in gezielter Weise einzustellen, wenn ein Diisozyanat mit einer Mischung aus Alkohol und dergleichen zur Reaktion gebracht wird.
Wenn diese Einstellungen vorgenommen werden, können die unterschiedlichen Reaktionsverhalten auf Isozyanate von Alkohol gegenüber Aminen eingesetzt werden, sowie auch die unterschiedlichen Reaktionsverhalten der beiden separaten Isozyanatgruppen auf Diisozyanate, etwa Isophorendizioant angewendet werden können. Siehe beispielsweise J. H. Saunders und K. C. Frisch „Polyurethane Teil 1, Chemie", das von Interscience, New York, N. Y. 1962 veröffentlicht wurde, und LUXATE IM von Olin Chemicals, eine technische Information für Isophorenisozyanat, wobei die Offenbarungen dieser Beiträge hierin in ihrer Gesamtheit mit eingeschlossen sind, so dass damit eine weitere Erläuterung dieser Chemie angegeben ist. Wenn die Verteilung der Moleküle in dieser Weise zielgerichtet vorgenommen wird, kann man das fertige Produkt so steuern, dass es eine gesteuerte Viskosität besitzt, die für eine spezielle Anwendung ausgelegt ist, und es kann so gesteuert werden, dass eine gesteuerte Glasübergangstemperatur und/oder ein Schmelzpunkt erreicht werden, so dass auch gleichmäßige Eigenschaften von einer Charge zur nächsten erreicht werden, oder dergleichen.
In einer Ausführungsform können die Reaktionsbedingungen in einer inerten Atmosphäre eingestellt werden, etwa in Argon oder Stickstoffgas oder anderen geeigneten Gasen, um eine Oxidation oder ein Gelbwerden der Reaktionsprodukte zu verhindern und um unerwünschte Nebenreaktionen auf Grund der Feuchtigkeit zu vermeiden. Die Reaktion kann trocken ausgeführt werden (d. h. ohne ein Lösungsmittel), oder kann optional unter Anwendung eines gewünschten oder wirksamen Lösungsmittels erfolgen. Zu Beispielen geeigneter Lösungsmittel gehören Zylen, Toluen, Benzen, Chlorbenzen, Nitrobenzen, Dichlorbenzen, N-Methylpyrrolidinon, Dimethylformaid, Dimentylsulfoxid, Sulfolan, Hexan, Tetrahydrofuran, Butylazetat, Amylazetat, HFE7200 (3M), HFE 7500 (3M), Solvosol (Dow) und dergleichen, oder es können auch Mischungen davon verwendet werden. Ein weiteres beispielhaftes Lösungsmittel, das verwendbar ist, ist FCL 52, das von Cytonix LLC erhältlich ist.
Reaktionen, in denen Isozyanate mit Verbindungen, etwa Alkoholen, zur Reaktion gebracht werden, sind beispielsweise offenbart in den US-Patentanmeldungen oder Offenlegungsschriften: 2004/0077887, 6,821,327 , 2004/0082801, 2004/0167249, 10/918,0553 und 10/918,619, wobei die Offenbarungen dieser Schriften hiermit in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind.
Die oleophobe Oberflächenbeschichtung mit geringer Haftung, wie sie hierin offenbart ist, kann als Vorderseitenbeschichtung für Druckköpfe mit anti-benetzendem Verhalten für einen Tintenstrahldruckkopf verwendet werden, der dazu ausgebildet ist, Tinte auf ein Drucksubstrat aufzubringen. Es können beliebige Drucksubstrate verwendet werden, wozu einfaches Papier, Xeros 4024 Papier, XEROX-Abbildungspapier, Courtland 4024 DP-Papier, liniertes Notizblockpapier, gebundenes Papier, silikabeschichtete Papiere, etaw silikabeschichtetes Papier von Sharp Company, JuJo-Papier, Hammermill Laserdruckerpapier, und dergleichen, durchsichtige Materialien, Stoffe, Textprodukte, Kunststoffe, Polymerschichten, anorganische Substrate etwa Metalle, und Holz, und dergleichen gehören.
in einigen Ausführungsformen umfasst der Druckkopf eine Vorderseite bzw. Vorderfläche mit einer oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung, die auf einer Oberfläche darauf aufgebracht, wobei die Beschichtung ein oleophobes Polymermaterial mit geringer Haftung aufweist, wobei ausgeworfene Tropfen aus ultravioletter Geltinte oder ausgeworfene Tropfen aus Festphasentinte einen Kontakt mit der Oberflächenbeschichtung bilden, der größer als 45 Grad (oder größer als ungefähr 45 Grad) ist. In einigen Ausführungsformen ist der Kontakt größer als 55 Grad (oder größer als ungefähr 55 Grad). In einigen Ausführungsformen ist der Kontaktwinkel größer als 65 Grad (oder größer als ungefähr 65 Grad). In einer Ausführungsform gibt es keine obere Grenze für den Kontaktwinkel, der zwischen den ausgeworfenen Tropfen aus Ultraviolettgeltinte oder ausgeworfenen Tropfen aus Festphasentinte und der Oberflächenbeschichtung erzeugt wird. In einer weiteren Ausführungsform ist der Kontaktwinkel kleiner als 150 Grad (oder kleiner als ungefähr 150 Grad). In einer weiteren Ausführungsform ist der Kontaktwinkel kleiner als 90 Grad (oder kleiner als ungefähr 90 Grad). Je größer der Tintekontaktwinkel ist, um so höher ist der Druck für das unerwünschte Tintenaustreten. Der Druck für das unerwünschte Tintenaustreten bezeichnet die Fähigkeit der Lochplatte zu vermeiden, dass Tinte aus der Düse aussickert, wenn der Druck des Tintentanks bzw. (Reservoirs) ansteigt. In einigen Ausführungsformen bieten die Beschichtungen in Kombination eine geringe Haftung und einen großen Kontaktwinkel für ultraviolett aushärtbare Geltinte und Festphasentinte, wodurch der Druck für das unerwünschte Austreten vorteilhaft beeinflusst wird. In einigen Ausführungsformen bieten die Beschichtungen einen geringen Gleitwinkel von weniger als 30 Grad (oder weniger als ungefähr 30 Grad). In einigen Ausführungsformen ist der Gleitwinkel kleiner als 25 Grad (oder kleiner als ungefähr 25 Grad). In einigen Ausführungsformen ist der Gleitwinkel größer als 1 Grad (oder größer als ungefähr 1 Grad). Der Kontaktwinkel hängt nur geringfügig von der Tropfengröße ab. Der Kontaktwinkel kann jedoch beim Abgeben von 5 bis 10 Mikroliter Tröpfchen aus UV-Tinte und Festphasentinte auf einer Oberflächenbeschichtung gemessen werden. Der Gleitwinkel kann beim Ausgeben von 7 bis 11 Mikroliter Tröpfchen an UV-Tinte oder Festphasentinte auf die Oberflächenbeschichtung ermittelt werden.
In hierin beschriebenen Ausführungsformen sind die oleophoben Beschichtungen mit geringer Haftung thermisch stabil, so dass sie einen geringen Gleitwinkel in einem Bereich von 1 bis 30 Grad (oder in einem Bereich von ungefähr 1 Grad bis ungefähr 30 Grad) und einen großen Kontaktwinkel in einem Bereich von 45 Grad bis 150 Grad (oder in einem Bereich von ungefähr 45 Grad bis 150 Grad) bieten, selbst nachdem diese der Einwirkung hoher Temperaturen ausgesetzt wurden (beispielsweise Temperaturen in einem Bereich von 180 Grad C bis 325 Grad C oder in einem Bereich von ungefähr 180 Grad C bis ungefähr 325 Grad C) und nachdem sie hohen Drücken ausgesetzt wurden (beispielsweise Drücken in einem Bereich von 100 psi bis 400 psi oder in einem Bereich von ungefähr 100 psi bis ungefähr 400 psi) für längere Zeitdauern (beispielsweise für eine Zeitdauer im Bereich von 10 Minuten bis 2 Stunden oder in einem Bereich von ungefähr 10 Minuten bis ungefähr 2 Stunden. In einer Ausführungsform ist die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung thermisch stabil, nachdem diese einer Temperatur von 290 Grad C (oder ungefähr 290 Grad C) bei Drücken von 300 psi (oder ungefähr 300 psi) für 30 Minuten (oder ungefähr 30 Minuten) ausgesetzt wurde. Die Herstellung von Piezo-Druckköpfen mit hoher Dichte erfordert einen Herstellungsschritt zur Klebeverbindung mit hoher Temperatur und hohem Druck. Es ist daher wünschenswert für eine Vorderseitenbeschichtung, dass diese diesen hohen Temperaturen und diesen Bedingungen mit hohen Druck widersteht. Die Stabilität der olephoben Oberflächenbeschichtungen mit geringer Haftung, wie sie hierin beschrieben ist, für hohe Temperaturen und hohe Drücke ist damit kompatibel mit aktuellen Fertigungsprozessen für Druckköpfe.
Bei Beschichtung der Vorderseite eines Tintenstrahldruckkopfes zeigt die oleophobe Oberflächenbeschichtung mit geringer Haftung eine ausreichend geringe Haftung in Bezug auf die Tinten, die aus dem Tintenstrahldruckkopf ausgeworfen werden, so dass die Tintentröpfchen, die auf der oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung verbleiben, von dem Druckkopf in einfacher selbstreinigender Weise abgleiten können. Die Kombinationsstoffe, etwa Staub, Papierpartikel, etc., die manchmal auf der Vorderseite von Tintenstrahldruckköpfen auftreten, können von der Vorderseite des Tintenstrahldruckkopfes mittels des abgleitenden Tintentröpfchens entfernt werden. Somit kann die oleophobe Vorderseitenbeschichtung mit geringer Haftung einen selbstreinigenden kontaminationsfreien Tintenstrahldruckkopf bereitstellen.
Im hierin verwendeten Sinne bietet die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung eine „ausreichend geringe Benetzbarkeit” im Hinblick auf Tinten, die aus einem Tintenstrahldruckkopf ausgeworfen werden, wenn ein großer Kontaktwinkel zwischen der Tinte und der oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung in einer Ausführungsform größer als ungefähr 45 Grad und in einer weiteren Ausführungsform größer als ungefähr 55 Grad gebildet ist.
Die hierin offenbarte oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung kann als eine oleophobe Druckkopfvorderseitenbeschichtung mit geringer Haftung für einen Tintenstrahldruckkopf eines beliebigen geeigneten Tintenstrahldruckers eingesetzt werden (beispielsweise für kontinuierliche Tintenstrahldrucker, thermische Tintenstrahldrucker mit Tropfen auf Anforderung (DOD) und piezoelektrische DOD-Tintenstrahldrucker. Im hierin verwendeten Sinne umfasst der Begriff „Drucker” jegliche Vorrichtungen, etwa einen Digitalkopierer, eine Buchdruckanlage, ein Faxgerät, eine Multifunktionseinheit, und dergleichen, die eine Druckfunktion für einen beliebigen Zweck besitzen.
Die hierin offenbarte oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung kann als eine oleophobe Vorderseitenbeschichtung eines Druckkopfes mit geringer Haftung für einen Tintenstrahldruckkopf verwendet werden, der ausgebildet ist, eine beliebige geeignete Tinte auszuwerfen (beispielsweise wässrige Tinten, Lösungsmitteltinten, UV-aushärtbare Tinten, Farbstoffsublimationstinten, Festphasentinten, etc.). Ein anschaulicher Tintenstrahldruckkopf, der zur Verwendung mit der hierin offenbarten oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung geeignet ist, wird nunmehr in Bezug auf die 2 beschrieben.
2 zeigt einen Tintenstrahldruckkopf 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und umfasst eine Halteklammer 22, eine Düsenplatte 24, die mit der Halteklammer 22 verbunden ist, und eine oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung, etwa eine oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung 26.
Die Halteklammer 22 ist aus einem beliebigen geeigneten Material, etwa rostfreiem Stahl aufgebaut und enthält Öffnungen bzw. Löcher 22a, die darin ausgebildet sind. Die Öffnungen 22a stehen mit einer Tintenquelle (nicht gezeigt) in Verbindung. Die Düsenplatte 24 ist aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut, etwa Polyimid und enthält Düsen 24a, die darin ausgebildet sind. Die Düsen 24a stehen mit der Tintenquelle über die Öffnungen 22a derart in Verbindung, dass Tinte aus der Tintenquelle über den Druckkopf 20 auf ein Drucksubstrat durch eine Düse 24a als Strahl oder Tröpfchen ausgegeben werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Düsenplatte 24 mit der Halteklammer 22 über ein dazwischen liegendes Haftmaterial 28 verbunden. Das Haftmaterial 28 kann als ein Thermoplastmaterial während eines Verbindungsprozesses aufgeschmolzen werden, um die Düsenplatt 24 mit der Halteklammer 22 zu verbinden. Typischerweise werden auch die Düsenplatte 24 und die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung 26 ebenfalls während des Verbindungsprozesses erwärmt. Abhängig von der Materialart, aus der das thermoplastische Haftmittel hergestellt ist, kann eine Verbindungstemperatur im Bereich von 180 Grad bis 325 Grad C (oder in einem Bereich von ungefähr 180 Grad C bis ungefähr 325 Grad C) vorliegen.
Konverntionelle oleophobe Beschichtungen neigen zum Degradieren, wenn sie Temperaturen unterliegen, die während typischer Verbindungsprozesse oder während anderer Hochtemperatur-Hochdruckprozessen auftreten, die bei der Herstellung von Tintenstrahldruckköpfen typischerweise vorkommen. Die hierin offenbarte oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung 26 zeigt jedoch eine ausreichend geringe Haftung (wie dies durch die geringen Gleitwinkel angzeigt ist) und besitzt einen hohen Kontakwinkel in Bezug auf Tinte, nachdem die Beschichtung auf die Verbindungstemperatur erwärmt wurde. Somit kann die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung 26 einen selbstreinigenden kontaminationsfreien Tintenstrahldruckkopf 20 mit einem hohem Druck für das unerwünschte Tintenaustreten bereitstellen. Die Fähigkeit der olephoben Beschichtung mit geringer Haftung 26, einer wesentlichen Degradation im Hinblick auf wünschenswerte Oberflächeneigenschaften entgegenzuwirken (beispielsweise gehört dazu ein geringer Gleitwinkel und ein hoher Kontaktwinkel), wenn erhöhte Temperaturen einwirken, ermöglicht, dass Tintenstrahldruckköpfe mit Selbstreinigungseigenschaften erhalten werden, während ein hoher Druck im Hinblick auf das unerwünschte Tintenaustreten beibehalten wird, auch wenn Hochtemperatur- und Hochdruckprozesse angewendet werden bei der Herstellung des Tintenstrahldruckkopfes. Mit Bezug zu den 3 bis 5 wird nunmehr ein anschaulicher Prozess zur Herstellung eines Tintenstrahldruckkopfes beschrieben.
Gemäß 3 wird ein Tintenstrahldruckkopf, etwa der Tintenstrahldruckkopf 20, durch Herstellen einer oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung, etwa der oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung 26, auf einem Substrat 32 hergestellt. Das Substrat 32 kann aus einem beliebigen geeigneten Material, etwa Polyimid, aufgebaut sein.
In einer Ausführungsform wird die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung 26 auf dem Substrat 32 hergestellt, indem anfänglich die Mischung aus Reaktionsteilnehmern aufgebracht wird, die, wie zuvor beschrieben ist, zumindest ein Isozyanat und mindestens eine Perfluorpolyether-Verbindung enthält. Nachdem die Mischung der Reaktionsteilnehmer auf das Substrat 32 aufgebracht ist, werden diese Reaktionsteilnehmer miteinander zur Reaktion gebracht, um die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung 26 zu erzeugen. Die Reaktionsteilnehmer können zusammen beispielsweise durch Aushärten der Reaktionsmischung zur Reaktion gebracht werden. In einer Ausführungsform wird die Mischung der Reaktionsteilnehnmer zuerst bei einer Temperatur von ungefähr 130 Grad C für ungefähr 30 Minuten bis 2 Stunden ausgehärtet, woran sich ein nachgeordneter Temperaturschritt nach dem Aushärten bei ungefähr 290 Grad für ungefähr 30 Minuten bis 2 Stunden anschließt.
In einer Ausführungsform wird die Mischung aus Reaktionsteilnehmern auf das Substrat 32 aufgebracht, indem ein beliebiges geeignetes Verfahren angewendet wird, etwa Stempelextrusionsbeschichtung, Tauchbeschichtung, Sprühbeschichtung, Aufschleudern, Strömungsbeschichtung, Stempeldruck oder Techniken durch Abziehen mit einer glatten Kante. Es kann eine Luftzerstäubereinrichtung, etwa eine Drucklufteinheit oder eine automatisierte Luft/Flüssigkeits-Sprüheinrichtung verwendet werden, um die Mischung aus Reaktionsteilnehmern aufzusprühen. Die Drucklufteinrichtung kann auf einem automatisierten Reziprokator montiert sein, der sich in einem gleichmäßigen Muster bewegt, um die Oberfläche des Substrats 32 mit einer gleichmäßigen (oder im Wesentlichen gleichmäßigen) Menge an Mischung der Reaktionsteilnehmer zu beaufschlagen. Die Verwendung eines Skalpells ist eine weitere Technik, die zum Aufbringen der Mischung aus Reaktionsteilnehmern verwendet werden kann. Bei der Strömungsbeschichtung wird ein programmierbarer Dispenser verwendet, um die Mischung aus Reaktionsteilnehmern aufzubringen.
Gemäß 4 wird das Substrat 32 mit der Lochklammer 22 über ein Haftmittel 28 verbunden, worarus sich der in 5 gezeigte Aufbau ergibt. In einer Ausführungsform wird das Haftmaterial 28 mit der Lochklammer 22 verbunden, wodurch diese mit dem Substrat 32 verbunden wird. In einer weiteren Ausführungsform wird das Haftmaterial 28 mit dem Substrat 32 verbunden, bevor dieses mit der Lochklammer 22 verbunden wird. In einer noch weiteren Ausführungsform wird das Haftmaterial 28 gleichzeitig mit dem Substrat 32 und der Lochklammer 22 verbunden.
In Ausführungsformen, in denen das Haftmaterial 28 als ein Thermoplasthaftmaterial bereitgestellt wird, wird das Haftmaterial 28 mit dem Substrat 32 und der Lochklammer 22 verbunden, indem das Thermoplasthaftmaterial aufgeschmolzen wird bei einer Verbindungstemperatur und einem Verbindungsdruck, wobei auch die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung 26 diesen Bedingungen unterliegt. in einer Ausführungsform liegt die Verbindungstemperatur bei mindestens ungefähr 90 Grad C. In einer Ausführungsform beträgt die Verbindungstemperatur zumindest ungefähr 310 Grad. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Verbindungstemperatur bei mindestens ungefähr 325 Grad C. In einer Ausführungsform beträgt der Verbindungsdruck mindestens ungefähr 100 psi. In einer Ausführungsform kann der Verbindungsdruck mindestens ungefähr 300 psi betragen.
Nach der Verbindung des Substrats 32 mit der Lochklammer 22 wird diese als eine Maske während eines oder mehrerer Strukturierungsprozesse verwendet, um die Öffnungen 22a in das Haftmaterial 28 zu übertragen, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Lochklammer 22 kann auch als eine Maske während eines oder mehrerer Strukturierungsprozesse verwendet werden, um die Düsen 24a in dem Substrat 32 zu erzeugen, wodurch die in 2 gezeigte Düsenplatte 24 hergestellt wird. Der eine oder die mehreren Strukturierungsprozesse, die zur Herstellung der Düsen 24a verwendet werden, können auch angewendet werden, um Düsenöffnungen 26a in der oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung 26 zu erzeugen, wobei die Düsenöffnungen 26a mit den Düsen 24a in Verbindung stehen. In einer Ausführungsform werden die Öffnungen 22a in das Haftmaterial 28 durch einen Laserabtragungsstrukturierungsprozess oder dergleichen übertragen. In einer Ausführungsform werden die Düsen 24a und die Düsenöffnungen 26a in dem Substrat 32 bzw. auch in der polyphoben Beschichtung mit geringer Haftung 26 durch einen Laserabtragungsstrukturierungsprozess oder dergleichen hergestellt.
Es werden nun spezielle Ausführungsformen detaillierter beschrieben. Diese Beispiele sollen anschaulicher Natur sein und die Ansprüche sind nicht auf Materialien, Bedingungen, Prozessparameter eingeschränkt, die in diesen Ausführungsformen dargestellt sind.
Beispiele
Beispiel 1
Es wurden 5,5 Fluorolink-D (von Solvay Solexis), 1,5 Gramm Desmodur 3300, 1,0 Gramm Desmodur 3790 (von Bayer), 0,05 Gramm RC-Katalysator und 85 mL FCL 52 Lösungsmittel (von Cytonix) in einem Becher gemischt. Der Inhalt wurde 30 Minuten bei 35 Grad C gerührt und wurde dann auf ein Polyimidsubstrat unter Anwendung eines Ziehbalkenbeschichtungsgeräts aufgebracht. Die Beschichtung wurde einer ersten Aushärtbehandlung in einem Ofen bei einer Temperatur von 130 Grad C für 30 Minuten unterzogen. Anschließend wurde die Beschichtung einer zweiten Aushärtbehandlung in einem Ofen unterzogen, wobei die Temperatur mit einer Rate von 5 Grad C/Minute von Raumtemperatur auf 290 Grad C erhöht wurde und wobei anschließend die Temperatur bei 290 Grad C für 30 Minuten gehalten wurde, wodurch die Beschichtung Nr. 1 erzeugt wurde. Der Kontaktwinkel und der Gleitwinkel der Beschichtung wurden auf einem OCA20-Goniometer von Dataphysics bestimmt, das aus einem Computer gesteuerten automatischen Flüssigkeitsabscheidesystem, einer computergesteuerten Neigungsbasiseinheit (TBU90E) und einem computergestützten Bildverarbeitungssystem besteht.
In einer typischen statischen Kontaktwinkelmessung wurden vorsichtig 5 Mikroliter an Hexadekan oder ungefähr 3 Mikroliter UV-Tinte (bei einer typischen Tintenauswurftemperatur von 80 Grad C) und 1 Mikroliter Festphasentinte (bei einer typischen Tintenauswurftemperatur von 115 Grad C) auf die Oberfläche der Beschichtung aufgebracht und es wurde der statische Winkel durch die Computersoftware (SCA20) bestimmt, wobei jeder aufgeführte Datenpunkt der Mittelwert von mehr als 5 unabhängigen Messungen ist.
Die Gleitwinkelmessung wurde vorgenommen, indem die Basiseinheit mit einer Rate von 1 Grad/Sekunde mit ungefähr 10 Mikroliter Tröpfchen für Hexadekan, UV-Tinte (bei einer typischen Tintenauswurftemperatur von 80 Grad C) und Festphasentinte (bei einer typischen Tintenauswurftemperatur von 115 Grad C) geneigt wurde, wobei die Neigungsbasiseinheit TBU90E verwendet wurde. Der Gleitwinkel ist definiert als der Neigungswinkel eines beschichteten Polyimidsubstrats, bei welchem die Testtröpfchen (Hexadekan, UV-Tinte oder Festphasentinte) begannen, von dem beschichteten Polyimidsubstrat abzugleiten, ohne dass ein Rest oder Fleck zurückblieb.
Tabelle 1 zeigt die Zusammenfassung der Kontaktwinkel- und Gleitwinkeldaten für die Beschichtung, die gemäß dem Beispiel 1 erzeugt wurde. Tabelle 1

Beschichtung Festphasentinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel) UV-Tinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel) Hexadekan Kontaktwinkel (Gleitwinkel

1 78.3° (2.0°) 61.0° (4.0°) 68.1 (7°)
Beispiel 2
Es wurden 4,5 Gramm Fluorlink-D (von Solvay-Solexis), 1,5 Gramm Desmodur 3300, 1,0 Gramm Desmodur 3790 (von Bayer), 0,05 Gramm von RC-Katalysator und 85 mL FCL52-Lösungsmittel (von Cytonix) in einem Becher gemischt. Der Inhalt wurde 30 Minuten lang bei 25 Grad C gerührt und wurde dann auf ein Polyimid-Substrat unter Anwendung einer Ziehbalkenbeschichtungseinrichtung aufgebracht. Die Beschichtung wurde der in Beispiel 1 beschriebenen ersten und zweiten Aushärtbehandlung unterzogen, wodurch die Beschichtung Nr. 2 erzeugt wurde. Der Kontaktwinkel und der Gleitwinkel der Beschichtung wurden bestimmt, wobei wiederum die in Beispiel 1 beschriebene Prozedur Anwendung fand. Die Tabelle 2 nachfolgend fasst die Kontaktwinkel- und Gleitwinkeldaten für die Beschichtung zusammen, die gemäß dem Beispiel 2 erzeugt wurde. Tabelle 2

Beschichtung Festphasentinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel) UV-Tinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel) Hexadekan Kontaktwinkel (Gleitwinkel

2 76,0° (3.0°) 62,3° (7.0°) 67,0 (7,5°)
Beispiel 3
Es wurden 6,5 Fluorolink-D (von Solvay-Solexis), 1,5 Gramm Desmodur 3300, 1,0 Gramm Desmodur 3790 (von Bayer), 0,05 Gramm RC-Katalysator und 85 mL FCL52-Lösungsmittel (von Cytonix) im Becher gemischt. Der Inhalt wurde 30 Minuten lang bei 25 Grad C gerührt und wurde dann unter Anwendung einer Ziehbalkenbeschichters auf ein Polyimid-Substrat aufgebracht. Die Beschichtung wurde der ersten und der zweiten Aushärtbehandlung, wie sie in Beispiel 1 beschrieben sind, unterzogen, wodurch die Beschichtung Nr. 3 erzeugt wurde. Der Kontaktwinkel und der Gleitwinkel der Beschichtung wurden wiederum unter Anwendung der zuvor in Beispiel 1 beschriebenen Prozedur bestimmt. Die Tabelle 3 zeigt nachfolgend die Zusammenfassung der Daten für den Kontaktwinkel und ein Gleitwinkel für die Beschichtung, die gemäß dem Beispiel 3 erzeugt wurde. Tabelle 3

Beschichtung Festphasentinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel) UV-Tinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel) Hexadekan Kontaktwinkel (Gleitwinkel

3 72,0° (2.0°) 61,8° (9,5°) 66,0 (9,0°)
Beispiel 4

In Beispiel 4 wurde die Beschichtung Nr. 4 gemäß den Prozeduren erzeugt, wie sie in Beispiel 1 beschrieben sind, die Beschichtung 5 wurde gemäß den Prozeduren erzeugt, wie sie in Beispiel 2 beschrieben sind, und die Beschichtung 6 wurde hergestellt gemäß dem Verfahren, wie sie in Beispiel 3 beschrieben sind. Jedoch wurden die Beschichtungen 4, 5 und 6 nur der ersten Aushärtbehandlung, die in Beispiel 1 beschrieben ist, unterzogen. Die Oberflächeneigenschaften der Beschichtungen 4, 5 und 6 wurden durch Kontaktwinkelmessungen gemäß den Prozeduren bestimmt, die in Beispiel 1 beschrieben sind. Die nachfolgende Tabelle 4 gibt einen Überblick über die Daten für den Kontaktwinkel und den Gleitwinkel für die Beschichtungen, die gemäß dem Beispiel 4 hergestellt wurden. Tabelle 4

Beschichtung	Festphasentinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel)	UV-Tinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel)	Hexadekan Kontaktwinkel (Gleitwinkel
4	82.6° (7,6°)	62.7° (10.3°)	68.1 (7,8°)
5	80.1° (8,5°)	59,7° (11,3°)	66,1 (8.3°)
6	79,5° (6,3)	60,1° (8,9°)	65,7° (9.3°)

Beispiel 5 (Vergleichsbeispiel)
Es wurde ein Druckkopf aus rostfreiem Stahl unter Anwendung des Prozesses hergestellt, der in dem US-Patent 5,867,189 beschrieben ist. Die Lochplatte wurde mit PFA unter Anwendung einer Elektronenstrahlsputtertechnik beschichtet, wodurch die Beschichtung Nr. 7 erzeugt wurde. Der Kontakwinkel und der Gleitwinkel der Beschichtung Nr. 7 wurden gemäß dem Verfahren im Beispiel 1 bestimmt, und die Daten sind in der Tabelle 5 zusammengestellt. Im Vergleich ist der Kontaktwinkel für die Beschichtung 7 ähnlich zu den Kontaktwinkel der Beschichtungen 1 bis 3; jedoch ist der Gleitwinkel für die Beschichtung 7 deutlich größer als die Gleitwinkel der Beschichtungen 1 bis 3. Kleine Gleitwinkel bedeuten eine geringe Haftung zwischen den Tintensorten und der Beschichtungsoberfläche, wohingegen große Gleitwinkel eine hohe Haftung zwischen dem Tintentropfen und der Beschichtungsoberfläche kennzeichnen. Tabelle 5

Beschichtung Festphasentinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel) UV-Tinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel)

7 (PFA) 85.0° (~70°) 63.0° (Fließen mit Tintenresten)
Es wurden Tintenalterungsexperimente ausgeführt, indem die Beschichtung 1 und die Beschichtung 4 in einer Mischung geschmolzener Tinte mit dem Farben Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz bei 140 Grad C zwei Tage lang getränkt wurden. Es wurden der Kontaktwinkel und der Gleitwinkel sowohl vor als auch nach der Tintenalterung festgestellt. Die Daten für den Kontaktwinkel und den Gleitwinkel sind in der Tabelle 6 zusammengestellt. Die Daten zeigen, dass die gemäß dem Verfahren in Beispiel 1 hergestellte Beschichtung wesentlich robuster ist im Hinblick auf die Tintenalterung. In Beispiel 1 wurde die Beschichtung 1 bei 290 Grad C für eine halbe Stunde bis 2 Stunden vorgehärtet, wohingegen die Beschichtung 4 lediglich bei 30 Grad C für eine halbe Stunde lang ausgehärtet wurde. Tabelle 6

Beschichtung Festphasentinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel)

T = 0 T = 2 Tage

1 78.3° (2.0°) 73,5° (6.7°)

4 82,6° (7.6°) 68,7° (28.5°) wobei kleine Perlen zurückbleiben
Beispiel 7
Es wurde eine thermogravimetrische Analyse (TGA) für die Beschichtungen 1 und 4 ausgeführt. Die Beschichtungen 1 und 4 wurden in austarierten Platinpfannen gewogen und in oxidativer Umgebung (Luft) unter Anwendung eines TA TGA Q500-Instruments getestet. Die Proben wurden bei 50 Grad C 10 Minuten lang in den Gleichgewichtszustand gebracht und wurden dann bei 10 Grad C pro Minute bei einem Luftstrom von 25 mm pro Minute erwärmt. Die Gewichtsverlustprofile gegenüber Temperatur wurden aufgezeichnet und sind als Graph in 6 dargestellt. Wie in 6 gezeigt, hat die Beschichtung 1 eine Zerfallseinsetztemperatur von 215 Grad C bei nur einem Gewichtsverlust von 2% zwischen 30 Grad C bis 300 Grad C. Dies deutet an, dass die Beschichtung 1 eine hohe thermische Stabilität bestitzt. Im Gegensatz dazu besitzt die Beschichtung 4 eine Zerfallseinsetztemperatur von 200 Grad C mit 47% Gewichtsverlust zwischen 30 und 300 Grad C, so dass eine nur sehr geringe thermische Stabilität vorliegt.
Beispiel 8
In Tests, in denen der Klebeverbindungsschritt für die Druckkopfherstellung außerhalb der Fertigungslinie simuliert wurde, wurden die Beschichtungen 1 und 4 einem Verbindungsschritt bei hohem Druck und hoher Temperatur unterzogen, beispielsweise bei 290 Grad C bei 300 psi 30 Minuten lang. Der Kontaktwinkel und der Gleitwinkel wurden sowohl vor als auch nach dem Verbindungsschritt bestimmt. Die Daten für den Kontaktwinkel und den Gleitwinkel sind in Tabelle 8 zusammengefasst. Der Kontaktwinkel und der Gleitwinkel der Beschichtung 1 erwiesen sich als unverändert, wohingegen für die Beschichtung 4 eine Degradation beobachtet wurde. Tabelle 8

Beschichtung Festphasentinte Kontaktwinkel (Gleitwinkel)

vor dem Verbinden nach dem Verbinden

1 78.3° (2.0°) 78.2° (3.1°)

4 82.6° (7.6°) 63.0° (~40°) wobei kleine Perlen verblieben
Beispiel 9 (Herstellung eines Druckkopfes unter Anwendung einer oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen)
Es wurde erst ein Array aus Düsen auf der Polyimid-Schicht, die mit der Beschichtung mit geringer Haftung beschichtet war, etwa der Beschichtung 1 aus Beispiel 1, hergestellt, wobei die Laserabtragungstechnik angewendet wurde. Die Polyimidschicht wurde dann zu einer Lochklammer aus rostfreiem Strahl ausgerichtet und damit verbunden unter Anwendung eines Hochtemperaturhaftmittels bei 290 Grad und 300 psi für eine Dauer einer halben Stunde. Die sich daraus ergebende Lochplattenanordnung, die eine Lochplatte mit der Beschichtung mit geringer Haftung enthält, d. h. der Beschichtung 1, wurde dann angebracht und mit der Strahlstapel-(PZT)Anordnung und Verteilleitung verbunden, woraus sich ein Druckkopf ergab. Die Vorderfläche bzw. Vorderseite des resultierenden Druckkopfes zeigte Oberflächeneigenschaften, die identisch sind zu jenen der Beschichtung 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4863986 [0017]
US 4704402 [0017]
US 6071564 [0017]
US 6821327 [0025]
US 5867189 [0051]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. H. Saunders und K. C. Frisch „Polyurethane Teil 1, Chemie”, das von Interscience, New York, N. Y. 1962 [0023]

Claims

Beschichtung für eine Vorderseite eines Tintenstrahldruckkopfes, wobei die Beschichtung umfasst: eine oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung, wobei ein Tropfen einer Ultraviolett-(UV)Geltinte oder ein Tropfen einer Festphasentinte einen Gleitwinkel von kleiner als ungefähr 30 Grad mit einer Oberfläche der Beschichtung bildet, nachdem die Beschichtung einer Temperatur von mindestens 200 Grad für mindestens 30 Minuten ausgesetzt war.
Beschichtung nach Anspruch 1, wobei die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung umfasst: eine erste Isozyanat-Verbindung; und ein hydroxylfunktionalisiertes fluorvernetzendes Material.
Beschichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Isozyanatverbindung mindestens eines der folgenden Materialien aufweist: Diphenylmethandiisozyanat (MDI), Toluendiisozyanat (TDI), Hexamethylenediisozyanat (HDI), Isophorenediisozyanat (IPDI), hydrogenisiertes MDI, Tetramethylxylenediisozyanat, Naphthalendiisozyanat, Zyklihexylendiisozyanat, Trimethylhexamethylendiisozyanat, bis(4-Isozyanatzyklohexyl) Methan, Uretidiondimere von monomeren Diisozyanaten von einem oder mehreren von HDI, IPDI, TDI und MDI, zyklitrimerisierte Isozyanurate von monomeren Diisozyanaten von einem oder mehreren von HDI, IPDI und TDi, geeignete Oligomere, Polymere oder Copolymere enthaltende Isozyanat(-NCO)funktionale Gruppen und Mischungen davon.
Beschichtung nach Anspruch 2, wobei das hydroxylfunktionalisierte fluorvernetzende Material mindestens eine Dihydroxylperfluoroether-Verbindung umfasst.
Beschichtung nach Anspruch 2, wobei die oleophobe Beschichtung mit geringer Haftung ferner einen zweite Isozyanatverbindung aufweist, die sich von der ersten Zyanatverbindung unterscheidet.
Beschichtung nach Anspruch 5, wobei die zweite Isozyanatverbindung mindestens eines der folgenden Materialien umfasst: Diphenylmethandiisozyanat (MDI), Toluendiisozyanat (TDI), Hexamethylenediisozyanat (HDI), Isophorenediisozyanat (IPDI), hydrogenisiertes MDI, Tetramethylxylenediisozyanat, Naphthalendiisozyanat, Zyklihexylendiisozyanat, Trimethylhexamethylendiisozyanat, bis(4-Isozyanatzyklohexyl) Methan, Uretidiondimere von monomeren Diisozyanaten von einem oder mehreren von HDI, IPDI, TDI und MDI, zyklitrimerisierte Isozyanurate von monomeren Diisozyanaten von einem oder mehreren von HDI, IPDI und TDi, geeignete Oligomere, Polymere oder Copolymere enthaltende Isozyanat(-NCO)funktionale Gruppen und Mischungen davon.
Prozess zur Herstellung einer oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung für eine Tintenstrahldruckkopfvorderfläche, mit: Aufbringen einer Mischung aus Reaktionsteilnehmern mit einer ersten Isozyanatverbindung und einem hydroxylfunktionalisierten fluorvernetzenden Material auf ein Substrat; Ausführen einer ersten Aushärtbehandlung an der aufgebrachten Mischung aus Reaktionsteilnehmern bei einer ersten Temperatur; und anschließend Ausführen einer zweiten Aushärttemperatur an der aufgebrachten Mischung aus Reaktionsteilnehmern bei einer zweiten Temperatur, die höher ist als die erste Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das hydroxylfunktionalsierte fluorvernetzende Material in der Mischung aus Reaktionsteilnehmern in einem Bereich von ungefähr 30 Gewichtsprozent bis ungefähr 90 Gewichtsprozent vorhanden ist.
Tintenstrahldruckkopf mit: einer Halteklammer; einer mit der Halteklammer verbundenen Düsenplatte, die eine darin ausgebildete Düse aufweist, wobei Ultraviolett-(UV)Geltinte oder Festphasentinte aus dem Druckkopf durch die Düse auswerfbar ist; und einer oleophoben Beschichtung, die auf eine Vorderfläche der Düsenplatte aufgebracht ist, wobei ein Tropfen der UV-Geltinte oder ein Tropfen der Festphasentinte einen Gleitwinkel von weniger als ungefähr 30 Grad mit einer Oberfläche der oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung bildet.
Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 19, wobei ein Tropfen der UV-Geltinte oder ein Tropfen der Festphasentinte einen Kontaktwinkel von größer als ungefähr 45 Grad mit der Oberfläche der oleophoben Beschichtung mit geringer Haftung bildet.