DE102014209596A1

DE102014209596A1 - Drucktuchmaterialien für indirekte Druckverfahren

Info

Publication number: DE102014209596A1
Application number: DE102014209596.4A
Authority: DE
Inventors: Brynn Mary Dooley; Carolyn P. MOORLAG; Anthony James Wigglesworth; Adrien Pierre COTE; Yu Qi; Barkev Keoshkerian
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US20140354746A1; US9200120B2; JP2014231223A

Abstract

Ein Zwischenübertragungselement, das eine Schicht aus einem vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymer enthält. Ein Verfahren zum Herstellen eines Zwischenübertragungselements, das das Mischen einer Beschichtungslösung, die Siloxyfluorkohlenstoffpräkursormaterialien enthält; das Auftragen der Beschichtungslösung als Sol auf ein Substrat; und das Härten der Beschichtungslösung auf dem Substrat, um ein Zwischenübertragungselement zu bilden, das eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers enthält, umfasst. Die freie Oberflächenenergie des Zwischenübertragungselements kann ungefähr 10 mN/m bis ungefähr 40 mN/m betragen. Ein Verfahren zum Drucken eines Bildes auf ein Substrat umfasst das Auftragen einer Tintenstrahldruckfarbe auf ein Zwischenübertragungselement, das eine Schicht aus einem vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymer enthält; das Verteilen der Druckfarbe auf dem Zwischenübertragungselement; das Induzieren einer Eigenschaftsänderung der Druckfarbe; und das Übertragen der Druckfarbe auf ein Substrat umfasst.

Description

Die vorliegende Offenbarung ist im Allgemeinen auf indirekte Druckverfahren und im Spezifischen auf Zwischenübertragungselemente und Verfahren, die Zwischenübertragungselemente beinhalten, gerichtet.
Indirekte Druckverfahren umfassen im Allgemeinen einen 2-Schritte-Druckprozess, der zunächst das Auftragen von Druckfarbe bildweise auf ein Zwischenübertragungselement (z. B. eine Trommel oder ein Band) unter Verwendung eines Tintenstrahldruckkopfs, um ein vorübergehendes Bild zu erzeugen, und danach das Übertragen des vorübergehenden Bildes auf ein Substrat beinhaltet. Wenn die Druckfarbe auf das Zwischenübertragungselement (auch z. B. Zwischenaufnahmeelement, Drucktuch oder Transfixierdrucktuch genannt) aufgetragen ist, benetzt sie oder verteilt sich, um ein vorübergehendes Bild zu erzeugen. Das vorübergehende Bild durchläuft sodann eine Änderung der Eigenschaften (z. B. eine teilweise oder vollständige Trocknung, thermische oder Photohärtung, Gelbildung usw.) und wird auf das Substrat übertragen. Ein beispielhafter Offset- oder indirekter Druckprozess ist im US-Patent Nr. 5,389,958 offenbart.
Zwischenübertragungselemente, die sich für eine Verwendung beim indirekten Druck eignen, weisen wünschenswerterweise Oberflächeneigenschaften auf (z. B. Energie, Topologie usw.), die den Teilsystemanforderungen der Tintenstrahl-/Transfixier-Druckarchitektur entsprechen, darunter das Benetzen mit der Druckfarbe und danach (z. B. nach Phasenübergang oder dergleichen) das Übertragen des vorübergehenden Bildes (d. h. des Restfarbfilms gemeinsam mit Pigment) auf ein Substrat. Mehrere Materialklassen können verwendet werden, um Zwischenübertragungselemente zu bilden, darunter Silikon, Fluorsilikon und Viton. Dies sind jedoch hydrophobe Materialien und die inhärente niedrige Oberflächenspannung dieser Materialien schließt eine Benetzung mit wässrigen Druckfarbentropfen aus. Ein Material mit einer höheren Oberflächenspannung kann verwendet werden, um das Zwischenübertragungselement zu bilden, aber die hohe Oberflächenspannung solcher Materialien behindert eine effiziente Übertragung des Bildes vom Zwischenübertragungselement.
Da sich die Anforderungen des Zwischenübertragungselements, die in Bezug auf die Oberflächenenergie für eine Benetzung mit der Druckfarbe wünschenswert sind, von jenen für das Übertragen des vorübergehenden Bildes unterscheiden, übertragen Zwischenübertragungselemente, die eine gute Benetzbarkeit aufweisen, den Farbfilm nicht effizient auf ein Substrat, und im Gegenzug benetzen Zwischenübertragungselemente, die das Bild effizient auf das Substrat übertragen, nicht mit der Druckfarbe. Somit erfüllen Zwischenübertragungselemente bislang nicht beide Funktionen (d. h. Benetzung und Übertragung).
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Zwischenübertragungselement bereit, das eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers enthält, wobei die freie Oberflächenenergie des Zwischenübertragungselements ungefähr 10 nM/m bis ungefähr 40 mN/m beträgt.
Die vorliegende Offenbarung stellt darüber hinaus ein Verfahren zum Herstellen eines Zwischenübertragungselements bereit, wobei das Verfahren das Mischen einer Beschichtungslösung, die Siloxyfluorkohlenstoffpräkursormaterialien umfasst, das Auftragen der Beschichtungslösung als Sol auf ein Substrat und das Härten der Beschichtungszusammensetzung auf dem Substrat umfasst, um ein Zwischenübertragungselement zu bilden, das eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers umfasst, wobei die freie Oberflächenenergie einer Oberfläche des Zwischenübertragungselements ungefähr 10 mN/m bis ungefähr 40 mN/m beträgt.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Drucken eines Bildes auf ein Substrat bereit, wobei das Verfahren das Auftragen einer Tintenstrahldruckfarbe auf ein Zwischenübertragungselement unter Verwendung eines Tintenstrahldruckkopfs; das Induzieren einer Eigenschaftsänderung der Druckfarbe; und das Übertragen der Druckfarbe auf ein Substrat umfasst; wobei das Zwischenübertragungselement eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers umfasst; und wobei die freie Oberflächenenergie einer Oberfläche des Zwischenübertragungselements ungefähr 10 mN/m bis ungefähr 40 mN/m beträgt.
1 ist eine schematische Darstellung eines 2-Schritte-Druckprozesses.
2 ist ein Reaktionsschema, das die Synthese eines beispielhaften fluorierten Organosiloxannetzwerks durch einen solhärtbaren Prozess gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 zeigt ein beispielhaftes Zwischenübertragungselement gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
In dieser Beschreibung und in den nachstehenden Ansprüchen umfassen Singularformen wie z. B. ”ein” und ”der” die Pluralformen, außer wenn vom Kontext eindeutig anderweitig vorgegeben.
Wie hier verwendet, schließt der Modifikator ”ungefähr”, wenn in Verbindung mit einer Menge genutzt, den angegebenen Wert mit ein und hat die vom Kontext vorgegebene Bedeutung (z. B. umfasst er zumindest den Fehlergrad, der mit der Messung der bestimmten Menge assoziiert ist). Wenn im Kontext eines Bereichs verwendet, sollte der Modifikator ”ungefähr” auch als den Bereich offenbarend angesehen werden, der durch die absoluten Werte der beiden Endpunkte definiert ist. Beispielsweise umfasst der Bereich ”ungefähr 2 bis ungefähr 4” den Bereich ”2 bis 4”.
Die Ausdrücke ”Kohlenwasserstoff” und ”Alkan” beziehen sich z. B. auf verzweigte und unverzweigte Moleküle der allgemeinen Formel C_nH_2n+2, wobei n eine Zahl von 1 oder mehr ist, z. B. von ungefähr 1 bis ungefähr 60 oder von ungefähr 2 bis ungefähr 30 oder von ungefähr 4 bis ungefähr 20. Beispielhafte Alkane umfassen Methan, Ethan, n-Propan, Isopropan, n-Butan, Isobuten, tort-Butan, Octan, Decan, Tetradecan, Hexadecan, Eicosan, Tetracosan und dergleichen. Alkane können durch Ersetzen von Wasserstoffatomen durch eine oder mehrere Funktionsgruppen substituiert werden, um Alkanderivatverbindungen zu bilden.
Der Ausdruck ”Funktionsgruppe” bezieht sich z. B. auf eine Gruppe von Atomen, die auf eine Weise angeordnet sind, die die chemischen Eigenschaften der Gruppe und des Moleküls bestimmen, an dem sie angehaftet ist. Beispiele für Funktionsgruppen umfassen Halogenatome, Hydroxylgruppen, Carbonsäuregruppen und dergleichen.
Im Allgemeinen sind fluorierte Organosiloxannetzwerke (fOSNs) stark quervernetzte hybride vernetzte Materialien, die Fluorkohlenstoffketten enthalten, die über Silanverknupfungen miteinander verbunden sind. Die Materialien weisen hohe Wärmebeständigkeit und hohe mechanische Festigkeit auf. Die Oberflächen- und mechanischen Eigenschaften eines fluorierten Organosiloxannetzes können auf bestimme Anwendungen zugeschnitten werden, indem geeignete Bausteine und Beschichtungsformulierungen ausgewählt werden. Das heißt, dass die fluorierten Organosiloxannetze gemäß der vorliegenden Offenbarung abstimmbare Materialien sind, die durch die Auswahl des Typs und der Menge bestimmter Präkursoren variiert werden können, die verwendet werden, um das fluorierte Organosiloxannetz herzustellen. Fluorierte Organosiloxannetze sind dank ihrer Einstellbarkeit eine attraktive Materialplattform für Beschichtungen mit niedriger freier Oberflächenenergie für Drucktuchmaterialien. Beispielsweise ist die freie Oberflächenenergie der fluorierten Organosiloxannetze bei Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung einstellbar und kann z. B. im Bereich von ungefähr 10 mN/m bis ungefähr 40 mN/m, z. B. ungefähr 15 mN/m bis ungefähr 40 mN/m oder von ungefähr 19 mN/m bis ungefähr 30 mN/m betragen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Zwischenübertragungselement bereit, das eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers enthält, das z. B. bei indirekten Druckverfahren verwendet werden kann. Beispielsweise können die Zwischenübertragungselemente der vorliegenden Offenbarung eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers enthalten, wobei das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer einen Fluorgehalt von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-%, z. B. ungefähr 25 Gew.-% bis ungefähr 65 Gew.-% oder ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers aufweisen kann. Bei Ausführungsformen können die Eigenschaften des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers (und des Zwischenübertragungselements, das eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers enthält) durch Erhöhen oder Senken des Fluorgehalts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers eingestellt werden. Die oberflächenfreie Energie der Zwischenübertragungselemente gemäß der vorliegenden Offenbarung kann aus diesem Grund durch Einstellen des Fluorgehalts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers eingestellt werden, um eine gewünschte oberflächenfreie Energie zu erzielen, so dass ein Gleichgewicht zwischen Benetzbarkeits- und Übertragungsfähigkeiten eines Zwischenübertragungselements erzielt wird, das bei einem indirekten Druckprozess verwendet wird. Das heißt, dass die freie Oberflächenenergie der Zwischenübertragungselemente der vorliegenden Offenbarung durch Einstellen des Fluorgehalts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers auf unterschiedliche Oberflächenenergien eingestellt werden kann und die Oberflächentrenneigenschaften der Zwischenübertragungselemente zugeschnitten werden können, um eine Oberfläche mit einer Reihe von Benetzungseigenschaften bereitzustellen, die für das Ändern physikalischer Eigenschaften der Druckfarbe verfügbar sind, während das Benetzen durch Strahlausstoß, Verteilen und Übertragen fortschreitet.
Darüber hinaus erzielen die stark quervernetzten vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymere Zwischenübertragungselemente mit ausgezeichneter Wärmestabilität – das heißt, dass die Schicht aus vernetztem Siloxyfluorkohlenstoff gemäß der vorliegenden Erfindung sich bei Temperaturen von bis zu ungefähr 300°C nicht zersetzt und bei höheren Temperaturen (z. B. bei Temperaturen von bis zu ungefähr 305°C oder bis zu ungefähr 320°C oder bis zu ungefähr 350°C) stabil ist. Beispielsweise ist das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer gemäß der vorliegenden Offenbarung bei Ausführungsformen bei Temperaturen von ungefähr 300°C bis ungefähr 350°C oder von ungefähr 305°C bis ungefähr 350°C oder von ungefähr 320°C bis ungefähr 350°C stabil, je nach System. Die Zwischenübertragungselemente gemäß der vorliegenden Offenbarung weisen darüber hinaus gute Anti-Haft-Wechselwirkungen auf, wenn sie geschmolzener Druckfarbe und Toner ausgesetzt sind, so dass Druckfarbe, Toner und andere druckbezogenen Materialien nicht am Zwischenübertragungselement anhaften und entlang der Oberfläche gerollt und von der Schicht aus vernetztem Siloxyfluorkohlenstoff des Zwischenübertragungselements abgerollt werden können, ohne dass sich Streifen oder Spuren bilden. Die Zwischenübertragungselemente gemäß der vorliegenden Offenbarung sind darüber hinaus gegenüber Oberflächenverschleiß beständig und weisen eine starke Haftung an Substraten auf (wodurch eine primerfreie Anwendung ermöglicht wird).
1 zeigt eine Ausführungsform einer Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Druckvorrichtung 100 umfasst ein Zwischenübertragungselement 110. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Zwischenübertragungselement ein Zylinder (z. B. eine Trommel); das Zwischenübertragungselement kann jedoch auch in anderen Formen vorliegen. Beispielsweise kann das Zwischentransferelement in Form eines flexiblen Endlosbandes, einer Bahn, einer flexiblen Trommel oder Walze, einer steifen Walze oder eines steifen Zylinders, eines Bogens, eines Drelts (eine Kreuzung zwischen einer Trommel und einem Band), eines Nahtlosbands, das heißt ohne Nähte oder sichtbare Verbindungen in den Elementen, und dergleichen vorliegen.
Bei einigen Ausführungsformen dreht sich das Zwischenübertragungselement 110 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Vorrichtung enthält einen Tintenstrahldruckkopf 120, der Druckfarbe bildweise auf das Zwischenübertragungselement 110 aufträgt. Die Druckfarbe benetzt das Zwischenübertragungselement 110 und verteilt sich auf diesem, um das vorübergehende Bild 115 zu erzeugen. Das vorübergehende Bild 115 erfährt sodann eine Änderung der Eigenschaften (z. B. eine teilweise oder vollständige Trocknung, thermische oder Photohärtung, Gelbildung usw.). Die Änderung von Eigenschaften kann z. B. durch eine Eigenschaftsänderungseinrichtung 130 induziert werden. Die Eigenschaftsänderungseinrichtung 130 kann eine beliebige geeignete Einrichtung sein, die eine Änderung von Eigenschaften in Bezug auf das vorübergehende Bild 115 induzieren kann. Potenziell geeignete Eigenschaftsänderungseinrichtungen können z. B. eine Einrichtung, die Licht ausstrahlt, wie eine UV-Lampe oder eine UV-LD-(Laserdioden)-Anordnung, oder ein Kühler oder eine Luftkühleinrichtung oder eine Wärmequelle, z. B. eine Wärmelampe, eine optische Heizeinrichtung, z. B. ein Laser oder eine LED-Leiste, eine Thermodruckkopf, Widerstandsheizfinger oder eine Mikroheizeranordnung oder dergleichen umfassen.
Nachdem das Bild eine Änderung von Eigenschaften erfahren hat, kann das entstehende vorübergehende Bild 135 nach Phasenübergang auf ein Aufzeichnungsmedium oder ein Drucksubstrat 140 übertragen werden. Potenziell geeignete Aufzeichnungsmedien oder Drucksubstrate können Papier, Substrat, Transparenzmaterialien wie Polyester, Polycarbonat und dergleichen, Stoff, Holz und ein beliebiges anderes Material umfassen, auf das ein Bild platziert werden kann. Das Zwischenübertragungselement 110 kann eine Änderung von Eigenschaften erfahren, um eine Übertragung weiter zu ermöglichen. Bei der gezeigten Ausführungsform kann das Aufzeichnungsmedium oder Drucksubstrat 140, z. B. Papier, in Richtung des Pfeils einem Walzenspaltbereich 145 zugeführt werden. Das Druckfarbenbild kann dann vom Zwischenübertragungselement 110 auf das Drucksubstrat 140 übertragen werden. Eine Reinigungseinheit 150 kann das Zwischenübertragungselement 110 von jedweder Restdruckfarbe, Staub oder anderen Materialien reinigen, nachdem die Übertragung der Druckfarbenbilder abgeschlossen ist.
Bei Ausführungsformen kann ein indirekter Druckprozess gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Zwischenübertragungselement verwenden, das eine Schicht aus einem vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymer umfasst. Bei Ausführungsformen können die Oberflächentrenneigenschaften des Zwischenübertragungselements zugeschnitten werden, indem der Fluorgehalt des Zwischenübertragungselements eingestellt wird (z. B. durch Einstellen des Fluorgehalts der Schicht, die ein vernetztes Siloxyfluorkohlenstoffpolymer enthält). Beispielsweise ist die freie Oberflächenenergie der quervernetzten Siloxanzusammensetzung einstellbar und kann z. B. im Bereich von ungefähr 10 mN/m bis ungefähr 40 mN/m, z. B. ungefähr 15 mN/m bis ungefähr 30 mN/m oder von ungefähr 19 mN/m bis ungefähr 25 mN/m betragen.
Die freie Oberflächenenergie kann z. B. unter Verwendung der Lewis-Säure-Base-Methode berechnet werden. Die Lewis-Säure-Base-Theorie ist durch die folgende Gleichung für Fest-Flüssig-Grenzflächenenergie dargestellt:
wobei (LW), (+) und (–) dispersive, Säure- und Basen-Komponenten des SFE-Indexes sind und j sich auf Flüssigkeiten 1, 2 und 3 bezieht. θ_j ist der Kontaktwinkel der j-ten Flüssigkeit auf dem Substrat. γ_j ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit j und das tiefgestellte s bezieht sich auf den Feststoff.
Ein Zwischenübertragungselement, das sich für den obigen 2-Schritte-Druckprozess eignet, hat wünschenswerterweise Oberflächeneigenschaften (z. B. Energie, Topologie und so weiter), die sowohl das Benetzen mit der Druckfarbe als auch das vollständige Übertragen des vorübergehenden Bildes (Restfarbfilm gemeinsam mit Pigment) auf ein Substrat ermöglichen. Damit Druckfarbe gut auf das Zwischenübertragungselement benetzt wird (d. h. sich gut verteilt), ist die freie Oberflächenenergie der Oberfläche des Zwischenübertragungselements wünschenswerterweise höher als die Oberflächenspannung der flüssigen Druckfarbe. Damit die Druckfarbe danach vom Zwischenübertragungselement auf das Substrat übertragen wird, ist die freie Oberflächenenergie der Oberfläche des Zwischenübertragungselements wünschenswerterweise niedriger als die freie Oberflächenenergie der trockenen (Harz-)Druckfarbe.
Im Allgemeinen wird die Benetzbarkeit oder Verteilung eine Flüssigkeit auf einer Oberfläche durch die Kräfte einer Wechselwirkung zwischen der Flüssigkeit, der Oberfläche und der Umgebungsluft und insbesondere der freien Oberflächenenergie in Bezug auf die Oberflächenchemie und Oberflächentopologie geregelt. Die Oberflächenspannung ist ein Parameter, der als Wechselwirkung zwischen den Kohäsionskräften und den Haftkräften beschrieben werden kann, der bestimmt, ob eine Benetzung oder Verteilung von Flüssigkeit über eine Oberfläche erfolgt.
Die Young-Gleichung, die das Gleichgewicht von Kräften definiert, die durch einen nassen Tropfen auf einer trockenen Oberfläche verursacht werden, ist wie folgt: γ_SL + γ_LVcosθ = γ_SV wobei γ_SL die Kräfte einer Wechselwirkung zwischen einem Feststoff und einer Flüssigkeit sind; γ_LV die Kräfte einer Wechselwirkung zwischen einer Flüssigkeit und Umgebungsluft sind; γ_SV die Kräfte einer Wechselwirkung zwischen einem Feststoff und Umgebungsluft sind; und θ der Kontaktwinkel des Flüssigkeitstropfens in Bezug auf die Oberfläche ist. Die Young-Gleichung indiziert darüber hinaus, dass der Kontaktwinkel null ist und die Flüssigkeit die Oberfläche benetzt, wenn die Oberflächenspannung der Flüssigkeit geringer als die Oberflächenenergie ist. Die Oberflächenenergie hängt von diversen Faktoren ab, z. B. Struktur des Feststoffs und insbesondere dessen Oberfläche, geometrischen Charakteristika der Oberfläche und deren Rauheit und Vorhandensein von Molekülen, die von der Feststoffoberfläche physikalisch absorbiert oder chemisch an diese gebunden sind.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält das Zwischenübertragungselement eine quervernetzte Siloxanzusammensetzung, die ein fluoriertes Organosiloxannetz (fOSN) umfasst. fOSNs sind aus vernetzten Präkursoren zusammengesetzt, die reaktive Alkoxysilangruppen enthalten, die an Fluorkohlenstoffketten angehaftet sind. Das Verarbeiten von Alkoxysilanpräkursoren mittels Sol-Gel-Synthese leitet eine Quervernetzung ein, um ein chemisch stark gebundenes Materialsystem zu erhalten. Im fOSN-System binden Siloxangruppen effizient an Substrate wie z. B. Stahl und Polyimid, während Fluorkohlenstoffketten mit niedriger Oberflächenenergie zu einer Anti-Haft-Oberfläche beitragen. Die vorliegenden fOSN-Zusammensetzungen können verwendet werden, um ein Zwischenübertragungselement zu produzieren, wobei geschmolzene Druckfarben, wie z. B. trockene Druckfarben, feste Druckfarben oder UV-härtbare Druckfarben, und Toner nicht an der Oberfläche des Zwischenübertragungselements anhaften, wodurch eine effiziente Übertragung eines Bildes auf ein Substrat ermöglicht wird.
Bei Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein Zwischenübertragungselement bereit, das ein vernetztes fluoriertes Organoxilanpolymer enthält. Die fluorierten Alkoxysilanpräkursoren enthalten reaktive Alkoxysilanfunktionsgruppen, die mittels Sol-Gel-Verarbeitung vernetzt sind, wie in 2 gezeigt, wobei n durch die Präkursoren bestimmt wird, die verwendet werden, um das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer herzustellen, und eine Zahl von ungefähr 1 bis ungefähr 20, z. B. ungefähr 2 bis ungefähr 16 oder ungefähr 2 bis ungefähr 10, sein kann. fOSN-Präkursoren enthalten fluorierte Ketten, um dem entstehenden Material weitere Flexibilität und eine niedrige Oberflächenenergie zu verleihen. Eine Vielzahl von fOSN-Präkursoren mit variierenden Siloxan- und Fluorkohlenstoffkomponenten kann verwendet werden, um Beschichtungen herzustellen, darunter Di- und Trialkoxysilane, lineare und verzweigte Fluoralkane, Fluorarene und Mischungen davon.
Siloxyfluorkohlenstoffmonomere werden mittels Sol-Gel-Chemie vernetzt, wobei eine Hydrolyse und Kondensierung von Alkoxid- und Hydroxidgruppen erfolgen und beim Härten bei erhöhten Temperaturen eine Beschichtung produziert wird, die auf Schmelzfixieroberflächen verwendet wird. Das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer kann hohen Temperaturbedingungen standhalten, ohne zu schmelzen oder sich zu zersetzen, ist unter solchen Bedingungen mechanisch robust und zeigt unter solchen Bedingungen eine gute Trennung.
Monofunktionelle, bifunktionelle oder trifunktionelle Silanendgruppen können verwendet werden, um ein vernetztes fluoriertes Organosiloxanpolymer herzustellen. Siloxyfluorkohlenstoffmonomere werden durch die Struktur dargestellt:
wobei R₁ eine aliphatische oder aromatische Fluorkohlenstoffkette ist; L eine C_aH_2a-Linkergruppe ist, wobei a eine Zahl zwischen 0 und ungefähr 10 ist, z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 8 oder ungefähr 2 bis ungefähr 6; und X₁, X₂ und X₃ reaktive Hydroxidfunktionalitäten, reaktive Alkoxidfunktionalitäten, unreaktive aliphatische Funktionalitäten mit ungefähr 1 Kohlenstoffatom bis ungefähr 10 Kohlenstoffatomen, z. B. ungefähr 2 Kohlenstoffatomen bis ungefähr 8 Kohlenstoffatomen oder ungefähr 3 Kohlenstoffatomen bis ungefähr 6 Kohlenstoffatomen, oder unreaktive aromatische Funktionalitäten mit ungefähr 3 Kohlenstoffatomen bis ungefähr 10 Kohlenstoffatomen, z. B. ungefähr 4 Kohlenstoffatomen bis ungefähr 9 Kohlenstoffatomen oder ungefähr 5 Kohlenstoffatomen bis ungefähr 8 Kohlenstoffatomen, sind.
Neben den oben angeführten Monomeren kann das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer unter Verwendung von Monomeren mit der folgenden Struktur hergestellt werden:
wobei R₂ eine Fluorkohlenstoffkette darstellt, die aliphatisch oder aromatisch sein kann oder Mischungen von aliphatischen oder aromatische Fluorkohlenstoffketten enthalten kann; L eine C_aH_2a-Linkergruppe ist, wobei a eine Zahl zwischen 0 und ungefähr 10 ist, z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 8 oder ungefähr 2 bis ungefähr 6; und X₁, X₂ und X₃ wie oben definiert sind.
Bei Ausführungsformen kann vernetztes Siloxyfluorkohlenstoffpolymer gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung von 0 bis ungefähr 100 Gewichtsprozent einfach substituiertes Fluoralkoxysiloxan (in Bezug auf das zweifach substituierte Silan) hergestellt werden, z. B. 0 bis ungefähr 80 Gew.-% einfach substituiertes Fluoralkoxysilan oder 5 bis ungefähr 70 Gew.-% einfach substituiertes Fluoralkoxysilan oder ungefähr 10 bis ungefähr 50 Gew.-% einfach substituiertes Fluoralkoxysilan. Bei Ausführungsformen, bei denen das vernetzte fluorierte Organosiloxanpolymer einfach substituierte Fluoralkoxysilanmonomere und zweifach substituierte Fluoralkoxysilanmonomere umfasst, wobei die einfach substituierten Fluoralkoxysilanmonomere in das vernetzte fluorierte Organosiloxanpolymer in einer Menge von ungefähr 0 bis ungefähr 50 Gew.-% in Bezug auf die zweifach substituierten Fluoralkoxysilanmonomere oder in einer Menge von ungefähr 0,5 bis ungefähr 50 Gew.-% in Bezug auf die zweifach substituierten Fluoralkoxysilanmonomere oder in einer Menge von ungefähr 5 bis ungefähr 50 Gew.-% in Bezug auf die zweifach substituierten Fluoralkoxysilanmonomere integriert sind.
Neben den oben aufgelisteten Monomeren kann die Formulierungszusammensetzung unter Verwendung von Monomeren hergestellt werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Siliciumtetraalkoxid und verzweigten Pentasilanen. Das Siliciumtetraalkoxid kann im Allgemeinen durch die jeweilige Struktur dargestellt sein:
wobei R Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl, Isobutyl, andere Kohlenwasserstoffgruppen oder Mischungen davon sein kann. Die verzweigten Pentasilane können im Allgemeinen durch die jeweilige Struktur dargestellt sein:
wobei X₁, X₂ und X₃ wie oben definiert sind.
Das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer umfasst einen Fluorgehalt von ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-%, z. B. ungefähr 25 Gew.-% bis ungefähr 65 Gew.-% oder von ungefähr 30 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%, auf Basis des Gesamtgewichts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers. Der Siliciumgehalt (gewichtsbezogen) im vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymer beträgt ungefähr 1 Gew.-% Silicium bis ungefähr 20 Gew.-% Silicium oder ungefähr 1,5 Gew.-% Silicium bis ungefähr 15 Gew.-% Silicium oder ungefähr 2 Gew.-% Silicium bis ungefähr 10 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers.
Die Monomere werden miteinander vernetzt, so dass alle Monomere molekular in der gehärteten Zusammensetzung über Siliciumoxid-(Si-O-Si)-Verknüpfungen miteinander verbunden sind. Aus diesem Grund kann für das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer kein Molekulargewicht angegeben werden, da die Zusammensetzung in ein System quervernetzt ist.
Bei Ausführungsformen können Metalloxidfunktionalitäten (wobei M ein Metall wie z. B. Si, Al, Ti und dergleichen ist) als Quervernetzungskomponenten zwischen Fluorkohlenstoffketten verwendet werden. Damit eine effiziente Quervernetzung im gesamten Verbundstoff erfolgt, können bifunktionelle Fluorkohlenstoffketten verwendet werden. Monofunktionelle Fluorkohlenstoffketten können ebenfalls hinzugefügt werden, um den Fluorierungsgehalt zu erhöhen. Trifluormethyl-(CF3)-terminierte Ketten können an der Oberfläche ausgerichtet sein, um die Oberflächenenergie zu verringern und die Trennung zu verbessern.
Beispiele für Präkursoren, die verwendet werden können, um ein Verbundsystem zu bilden, umfassen Siliciumtetraalkoxid und siloxanterminierte Fluorkohlenstoffketten und sind im Folgenden gezeigt. Siloxanbasierte Sol-Gel-Präkursoren sind im Handel erhältlich. Die Zugabe eines Siliciumtetraalkoxids (z. B. ein Siliciumtetraalkoxid, unten) verleiht dem Material eine Quervernetzung und Robustheit, aber ist nicht erforderlich, um das Sol-Gel-Fluorkohlenstoffverbundsystem zu bilden.
Fluorkohlenstoffketten enthalten leicht verfügbare Dialkenpräkursoren, die danach über Hydrosilierung (Reaktion 1, unten) in Silane umgewandelt werden können. Monofunktionelle fluorierte Siloxanketten sind im Handel als Methyl- oder Ethylsiloxane erhältlich oder könnten aus Chlorsilan- oder Dialkenpräkursoren umgewandelt werden. Reaktion 1: Herstellung von Fluorkohlenstoffketten-Siliciumalkoxidpräkursoren
Nachstehend sind einige fluorierte und Siloxanpräkursoren gezeigt, die im Handel erhältlich sind. Fluorkohlenstoff- und Siloxanmaterialien sind von diversen Anbietern erhältlich, z. B. Gelest, Synquest, Apollo Scientific, Fluorochem, TCI America, Anachemica, Lancaster Synthesis Inc. und Polysciences Inc.
Für eine Sol-Gel-Verarbeitung von Siloxyfluorkohlenstoffpräkursoren und die Beschichtung von Schichten verwendete Lösungsmittel umfassen organische Kohlenwasserstofflösungsmittel und fluorierte Lösungsmittel. Alkohole wie Methanol, Ethanol und Isopropanol können verwendet werden, um Sol-Gel-Reaktionen in Lösung zu fördern. Weitere Beispiele für Lösungsmittel umfassen Ketone wie Methylethylketon und Methylisobutylketon. Mischungen von Lösungsmitteln können verwendet werden. Das Lösungsmittelsystem umfasste die Zugabe eines kleinen Teils Wasser, z. B. ungefähr 1 Moläquivalent bis 10 Moläquivalente Wasser im Vergleich zu Siloxyfluorkohlenstoffpräkursoren oder den siloxanterminierten Fluorkohlenstoffen oder ungefähr 2 Moläquivalente bis ungefähr 8 Moläquivalente Wasser oder ungefähr 3 bis ungefähr 6 Moläquivalante Wasser.
Bei Zugabe von Wasser zur Lösung von Sol-Gel-Präkursoren reagieren Alkoxygruppen mit Wasser und kondensieren, um Agglomerate zu bilden, die teilweise vernetzt sind und als Sol bezeichnet werden. Bei Beschichtung des teilweise vernetzten Sols auf ein Substrat wird bei Trocknung ein Gel gebildet und die vollständig vernetzte fOSN-Beschichtung (vernetztes Siloxyfluorkohlenstoffpolymer) wird mit der darauf folgenden Wärmebehandlung auf dem Substrat gebildet.
Bei Ausführungsformen löst sich das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer nicht auf, wenn Lösungsmitteln (z. B. Ketonen, chlorierten Lösungsmitteln, Ethern usw.) ausgesetzt, und zersetzt sich bei Temperaturen von bis zu ungefähr 300°C nicht und ist bei höheren Temperaturen (z. B. bei Temperaturen von bis zu ungefähr 305°C oder bis zu ungefähr 320°C oder bis zu ungefähr 350°C) stabil. Beispielsweise ist das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer gemäß der vorliegenden Offenbarung bei Ausführungsformen bei Temperaturen von ungefähr 300°C bis ungefähr 350°C oder von ungefähr 305°C bis ungefähr 350°C oder von ungefähr 320°C bis ungefähr 350°C stabil, je nach System. Bei Ausführungsformen beispielsweise kann der Gewichtsverlust des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers nach Erhitzen in Luft bei ungefähr 300°C für 30 Minuten weniger als ungefähr 5% betragen, z. B. weniger als ungefähr 3% oder weniger als ungefähr 2% oder weniger als ungefähr 1,5 Das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer weist eine gute Trennung auf, wenn einer großen Vielzahl von Druckfarben, Tonern oder anderen Verunreinigungen ausgesetzt, so dass Druckfarbe, Toner und andere druckbezogene Materialien nicht am Zwischenübertragungselement anhaften. Bei Ausführungsformen kann eine große Vielzahl von Druckfarben nach Wärmebehandlung der Druckfarbe, die auf das Zwischenübertragungselement strahlausgestoßen wurde, entlang der Oberfläche gerollt und von der Beschichtung abgerollt werden, ohne dass sich Streifen oder Spuren bilden. Bei Ausführungsformen verleiht das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer dem Zwischenübertragungselement Gleitwinkelcharakteristika, so dass Tropfen von Druckfarbe, z. B. UV-härtbarer Druckfarbe und fester Druckfarbe, die auf dem Zwischenübertragungselement landen, einen Gleitwinkel von ungefähr 5° bis ungefähr 25° zum Zwischenübertragungselement aufweisen, das das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer aufweist, z. B. ungefähr 5° bis ungefähr 20° oder ungefähr 5° bis ungefähr 15°.
Es kann ein beliebiges geeignetes Substrat verwendet werden. Bei Ausführungsformen kann das Substrat z. B. Metalle, Kautschuke und Gewebe beinhalten. Metalle umfassen z. B. Stahl, Aluminium, Nickel und deren Legierungen. Beispiele für geeignete Kautschuke können Ethylenpropylendiene, Fluorelastomere, n-Butyl-Kautschuke, Silikonkautschuke und andere Elastomere und dergleichen umfassen. Der Ausdruck ”ein Gewebematerial” bezieht sich z. B. auf eine Textilstruktur, die aus mechanisch verschränkten Fasern oder Filamenten besteht, die gewoben oder ein Vlies sein können. Gewebe können Materialien sein, die aus Fasern oder Fäden hergestellt und in einen Stoff oder filzartige Strukturen gewoben, gestrickt oder gepresst sind. Der Ausdruck ”gewoben” kann sich z. B. auf Fasern oder Filamente beziehen, die durch Kett- und Schussfäden in rechten Winkeln zueinander eng ausgerichtet sind. Der Ausdruck ”Vlies” kann sich z. B. auf zufällig integrierte Fasern oder Filamente beziehen. Beispiele für Gewebe können z. B. gewobenes oder Vlies-Baumwollgewebe, Graphitgewebe, Glasfaser, gewobenes oder Vlies-Polyimid (z. B. KEVLAR^TM, erhältlich von DuPont), gewobenes oder Vlies-Polyamid, z. B. Nylon oder Polyphenylenisophthalamid (z. B. NOMEXTM von E. I. DuPont, Wilmington, Delaware), Polyester, Aramide, Polycarbonat, Polyacryl, Polystyrol, Polyethylen, Polypropylen, Cellulose, Polysulfon, Polyxylol, Polyacetal und dergleichen sowie Mischungen davon umfassen. Das Substrat kann eine Dicke von ungefähr 1 bis ungefähr 70 mm aufweisen, z. B. ungefähr 10 bis ungefähr 65 mm oder ungefähr 30 bis ungefähr 60 mm.
Bei Ausführungsformen kann das Zwischenübertragungselement ein Substrat enthalten, auf dem eine oder mehrere Funktionsschichten gebildet sind. Bei Ausführungsformen kann die fOSN-Schicht als äußere Schicht auf der Funktionsschicht aufgetragen werden. Somit kann das Zwischenübertragungselement bei Ausführungsformen ein Substrat, ein oder mehrere auf dem Substrat gebildete Funktionsschichten und eine auf der einen oder den mehreren Funktionsschichten aufgetragene fOSN-Schicht enthalten. Beispielsweise zeigt 3 ein beispielhaftes Zwischenübertragungselement 200, das ein Substrat 210 mit einer oder mehreren Funktionsschichten (z. B. eine Funktionsschicht 220) und eine darauf gebildete Außenflächen-fOSN-Schicht 230 aufweist.
Beispiele für Funktionsschichten (z. B. die Funktionsschicht 220) umfassen Fluorsilikone, Silikonkautschuke, z. B. bei Raumtemperatur vulkanisierende (RTV-)Silikonkautschuke, bei hoher Temperatur vulkanisierende (HTV-)Silikonkautschuke und bei niedriger Temperatur vulkanisierende (LTV-)Silikonkautschuke. Diese Kautschuke sind bekannt und im Handel leicht erhältlich, z. B. SILASTIC^® 735 Black RTV und SILASTIC^® 732 RTV, jeweils von Dow Corning; 106 RTV Silicone Rubber und 90 RTV Silicone Rubber, jeweils von General Electric; und JCR6115CLEAR HTV und SE4705U HTV Silicone Rubbers von Dow Corning Toray Silicones. Andere geeignete Silikonmaterialien umfassen Siloxane (beispielsweise Polydimethylsiloxane); Fluorsilikone wie Silicone Rubber 552, erhältlich von Sampson Coatings, Richmond, Virginia; flüssige Silikonkautschuke wie quervernetzte wärmehärtbare Vinylkautschuke oder bei Raumtemperatur quervernetzte Silanolmaterialien; und dergleichen. Ein weiteres spezifisches Beispiel ist Dow Corning Sylgard 182. Im Handel erhältliche LSR-Kautschuke sind unter anderem Dow Corning Q3-6395, Q3-6396, SILASTIC^® 590 LSR, SILASTIC^® 591 LSR, SILASTIC^® 595 LSR, SILASTIC^® 596 LSR, und SILASTIC^® 598 LSR von Dow Corning. Die funktionellen Schichten bieten Elastizität und können je nach Wunsch mit anorganischen Partikeln vermischt werden, beispielsweise mit SiC oder Al₂O₃.
Beispiele für die Funktionsschicht (z. B. die Funktionsschicht 220) können auch Fluorelastomere umfassen. Fluorelastomere sind von der Klasse der 1) Copolymere von zweien von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen; wie die im Handel als VITON A^® bekannten, 2) Terpolymere von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen, z. B. die im Handel als VITON B^® bekannten; und 3) Tetrapolymere von Vinylidenfluorid, Hexafluorpropylen, Tetrafluorethylen und ein Cure Site Monomer, z. B. die im Handel als VITON GH^® oder VITON GF^® bekannten. Diese Fluorelastomere sind im Handel unter diversen Bezeichnungen bekannt, wie die oben angeführten und VITON E^®, VITON E 60C^®, VITON E430^®, VITON 910^® sowie VITON ETP^®. Die Bezeichnung VITON^® ist eine Handelsmarke von E. I. DuPont de Nemours, Inc. Das Cure Site Monomer kann 4-Bromperfluorbuten-1, 1,1-Dihydro-4-bromperfluorbuten-1, 3-Bromperfluorpropen-1, 1,1-Dihydro-3-bromperfluorpropen-1 oder ein anderes bekanntes geeignetes Cure Site Monomer sein, wie die von DuPont im Handel erhältlichen. Andere im Handel erhältliche Fluorpolymere umfassen FLUOREL 2170^®, FLUOREL 2174^®, FLUOREL 2176^®, FLUOREL 2177^® und FLUOREL LVS 76^®, FLUOREL^®, eine eingetragene Marke der 3M Company. Weitere im Handel erhältliche Materialien umfassen AFLAS^TM, ein Poly(propylentetrafluorethylen), und FLUOREL II^® (LII900), ein Poly(propylentetrafluorethylenvinylidenfluorid), jeweils ebenfalls von der 3M Company erhältlich, sowie die Tecnoflons, die als FOR-60KIR^®, FOR-LHF^®, NM^® FOR-THF^®, FOR-TFS^®, TH^®, NH^®, P757^®, TNS^®, T439^®, PL958^®, BR9151^® und TN505^® identifiziert und von Ausimont erhältlich sind.
Die Fluorelastomere VITON GH^® und VITON GE^® weisen relativ geringe Mengen an Vinylidenfluorid auf. VITON GE^® und VITON GH^® weisen ungefähr 35 Gew.-% Vinylidenfluorid, ungefähr 34 Gew.-% Hexafluorpropylen und ungefähr 29 Gew.-% Tetrafluorethylen und ungefähr 2 Gew.-% Cure Site Monomer auf. Bei Ausführungsformen kann die Dicke der Funktionsschicht ungefähr 10 bis ungefähr 500 μm betragen, z. B. ungefähr 15 bis ungefähr 200 μm oder ungefähr 20 bis ungefähr 100 μm.
Das Auftragen einer fOSN-Schicht kann mithilfe eines beliebigen geeigneten Verfahrens durchgeführt werden. Beispielhafte Verfahren für das Auftragen einer fOSN-Schicht auf das Substrat umfassen Drawdown-Coating, Sprühbeschichtung, Spin-Coating, Verlaufsbeschichtung, Eintauchen, Sprühen, z. B. durch mehrere Sprühauftragungen sehr feiner Dünnfilme, Guss, Bahnbeschichtung, Walzenbeschichtung, Anstreichen, Strangpressen, Laminierung oder dergleichen. Bei Ausführungsformen erfordert diese Beschichtung kein fluoriertes Lösungsmittel.
Bei Ausführungsformen kann eine Lösung von fluorierten Alkoxysilanmonomeren in Ethanol oder einem anderen Alkohol, z. B. Methanol oder Isopropanol, oder einer alkoholhaltigen Mischung als die Beschichtungslösung verwendet werden und kann durch Zugabe von ungefähr 1 bis 10 Moläquivalenten Wasser und einer katalytischen Menge einer Säure oder Base zur Einleitung einer Vernetzung hergestellt werden, z. B. von ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,1 Moläquivalenten Säure oder Base oder ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,09 Moläquivalenten Säure oder Base oder ungefähr 0,04 bis ungefähr 0,08 Moläquivalenten Säure oder Base. Bei Ausführungsformen kann die Säure aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Chlorwasserstoffsaure, Bromwasserstoffsäure, Perchlorsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Essigsäure, Ameisensäure und Mischungen davon. Bei Ausführungsformen kann die Base aus der Gruppe ausgewählt werden, bestehend aus Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid, Methylamin und Mischungen davon. Bei Ausführungsformen können die fluorkohlenstoffhaltigen Siliciumalkoxidgruppen in einer Menge von z. B. ungefähr 5 bis ungefähr 70 Gew.-% in Bezug auf das Gesamtgewicht der Beschichtungslösung vorhanden sein, kann das Alkohollösungsmittel in einer Menge von ungefähr 30 bis ungefähr 95 Gew.-% in Bezug auf das Gesamtgewicht der Beschichtungslösung vorhanden sein, z. B. ungefähr 40 bis ungefähr 90 Gew.-% oder ungefähr 50 bis ungefähr 80 Gew.-%, kann das Wasser in einer Menge von ungefähr 1 Moläquivalent bis ungefähr 10 Moläquivalenten Wasser im Vergleich zu Siloxyfluorkohlenstoffpräkursoren oder den siloxanterminierten Fluorkohlenstoffen oder von ungefähr 2 Moläquivalenten bis ungefähr 6 Moläquivalenten Wasser vorhanden sein; und kann der Katalysator in einer Menge von ungefähr 0,01 bis ungefähr 0,1 Moläquivalenten Säure oder Base oder von ungefähr 0,02 bis ungefähr 0,09 Moläquivalenten Säure oder Base oder von ungefähr 0,04 bis ungefähr 0,08 Moläquivalenten Säure oder Base vorhanden sein. Wie oben erörtert, kann das Lösungsmittel bei Ausführungsformen jedoch etwas Anderes als ein Alkohol sein.
Bei Ausführungsformen kann die Organosiloxanschicht nach Beschichtung bei einer Temperatur von ungefähr 80°C bis ungefähr 300°C oder ungefähr 100°C bis ungefähr 250°C oder ungefähr 125°C bis ungefähr 200°C luftgetrocknet oder wärmebehandelt werden. Bei Ausführungsformen vernetzt sich die Organosiloxanschicht nach dem Lufttrocknen und der Wärmebehandlung, um eine fOSN-Beschichtung zu erhalten. Die Siloxanfunktionalitäten eines fOSN-Sols binden sich selbst, um das Netzwerk zu bilden, und binden so auch an diverse Substrate. Siloxyfunktionalitäten binden an Substrate aus Metallen, Keramik und Polymeren. Die Dicke der fOSN-Schicht kann ungefähr 3 bis ungefähr 600 Mikrometer betragen, z. B. ungefähr 5 bis ungefähr 400 μm oder ungefähr 10 bis ungefähr 250 μm.
Die inhärente Festigkeit dieses Keramik-/Fluorkohlenstoff-Hybrids und die Selbsthaftung an Oberflächen machen das fOSN zu einem guten Kandidaten für eine primerfreie Anwendung. Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde festgestellt, dass fOSN-Beschichtungen auf Silikonsubstraten Oberflächenenergiewerte aufweisen, die geringfügig höher als jene von Polyfluoralkoxy (PFA) und ungefähr die gleiche Größenordnung wie ein Fluorelastomer sind, das unter der Handelsmarke VITON (erhältlich von E. I. du Pont de Nemours and Company (Wilmington, Del.)) verfügbar ist. Es wurde gezeigt, dass die Oberflächenenergie mit Erweiterung der Fluorkohlenstoffkettenlänge des Präkursors und einer entsprechenden Steigerung des Fluorgehalts erheblich verringert wird. Die Oberflächenenergie kann durch die Auswahl des Präkursors modifiziert werden.
Es kann jede beliebige Druckfarbe verwendet werden, die sich für eine Verwendung bei einem indirekten Druckverfahren eignet. Beispielhafte Druckfarbenzusammensetzungen beinhalten z. B. Phasenübergangs-Druckfarben, gelbasierte Druckfarben, härtbare Druckfarben, wässrige Druckfarben und Lösungsmitteldruckfarben. Der Ausdruck ”Druckfarbenzusammensetzung” kann sich z. B. auf alle Farben einer bestimmten Druckfarbenzusammensetzung beziehen, darunter z. B. anwendbare Farbsätze einer Druckfarbenzusammensetzung. Beispielsweise kann sich eine Druckfarbenzusammensetzung auf einen anwendbaren Farbsatz von Phasenübergangs-Druckfarben beziehen, der cyanfarbene, magentafarbene, gelbe und schwarze Druckfarben beinhaltet. Aus diesem Grund sind cyanfarbene Phasenübergangs-Druckfarben und magentafarbene PhasenübergangsDruckfarben, wie hier definiert, unterschiedliche Druckfarben-Farben der gleichen Druckfarbenzusammensetzung.
Der Ausdruck ”Phasenübergangs-Druckfarbe”, die auch als ”feste Druckfarbe” bezeichnet wird, kann sich z. B. auf Druckfarben beziehen, die bei Umgebungstemperatur in einer festen Phase bleiben und zu einer flüssigen Phase schmelzen, wenn über eine Schwellentemperatur erhitzt, die in manchen Fällen als Schmelztemperatur bezeichnet wird. Die Umgebungstemperatur ist die Temperatur der Luft, die die Bildgebungsvorrichtung umgibt; die Umgebungstemperatur kann jedoch Raumtemperatur ungefähr 20°C bis ungefähr 25°C sein, wenn die Bildgebungsvorrichtung in einem geschlossenen oder anderweitig definierten Raum positioniert ist. Schmelztemperaturen für Phasenübergangs-Druckfarben können z. B. ungefähr 70°C bis ungefähr 140°C, z. B. ungefähr 80°C bis ungefähr 100°C oder ungefähr 110°C bis ungefähr 130°C, sein. Wenn die Phasenübergangs-Druckfarbe unter die Schmelztemperatur sinkt, kehrt die Druckfarbe zurück in die feste Phase.
Die Ausdrücke ”Geldruckfarbe” und ”gelbasierte Druckfarbe” können sich z. B. auf Druckfarben beziehen, die bei Umgebungstemperatur in einem gelartigen Zustand bleiben und die erhitzt oder anderweitig verändert werden können, um eine unterschiedliche Viskosität aufzuweisen, die sich für einen Ausstoß durch einen Druckkopf eignet. Geldruckfarben im gelartigen Zustand können eine Viskosität von z. B. ungefähr 100.000 bis ungefähr 100.000.000 Centipoise (cPs) aufweisen, z. B. ungefähr 200.000 bis ungefähr 50.000.000 cPs oder ungefähr 300.000 bis ungefähr 10.000.000 cPs. Die Viskosität der Geldruckfarbe kann durch Erhitzen der Druckfarbe auf über eine Schwellentemperatur, die als Geliertemperatur bezeichnet wird, auf eine flüssigkeitsähnliche Viskosität verringert werden. Die Geliertemperatur kann z. B. ungefähr 30°C bis ungefähr 50°C, z. B. ungefähr 31°C bis ungefähr 38°C oder ungefähr 41°C bis ungefähr 48°C, sein. Die Viskosität der Geldruckfarbe erhöht sich, wenn die Druckfarbe unter die Geliertemperatur abkühlt.
Einige Druckfarbenzusammensetzungen, die hier als härtbare Druckfarben bezeichnet werden, können durch die Bildgebungsvorrichtung gehärtet werden. Der Prozess des ”Härtens” von Druckfarbe kann sich z. B. auf härtbare Verbindungen in einer Druckfarbe beziehen, die eine Erhöhung des Molekulargewichts in Reaktion auf eine Strahlungsaussetzung erfährt. Beispielhafte Prozesse zum Steigern des Molekulargewichts einer härtbaren Verbindung umfassen z. B. Quervernetzung und Kettenverlängerung. Gehärtete Druckfarbe eignet sich für eine Dokumentenverteilung, ist schmierfest und kann von einem Benutzer gehandhabt werden. Strahlung, die sich für die Härtung von Druckfarbe eignet, kann das volle Frequenzspektrum (oder Wellenlängenspektrum) umfassen, darunter z. B. Mikrowellen, Infrarot, sichtbar, ultraviolett und Röntgen. Beispielsweise wird ultraviolett härtbare Geldruckfarbe, die hier als UV-Geldruckfarbe bezeichnet wird, nach Aussetzung gegenüber UV-Strahlung gehärtet. Der Ausdruck ”ultraviolett” oder ”ultraviolette Strahlung” kann sich z. B. auf eine Strahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 50 nm bis ungefähr 500 nm beziehen.
Bei Ausführungsformen kann eine Druckfarbe, die sich zur Verwendung im oben beschriebenen 2-Schritte-Druckprozess eignet, eine Oberflächenspannung, eine Viskosität und eine Partikelgröße aufweisen, die sich für eine Verwendung in einem piezoelektrischen Tintenstrahldruckkopf eignet. Bei Ausführungsformen kann die Oberflächenspannung von strahlausstoßbarer Druckfarbe ungefähr 15 bis ungefähr 50 Dynes/cm betragen, z. B. ungefähr 18 bis ungefähr 45 Dynes/cm oder ungefähr 20 bis ungefähr 40 Dynes/cm oder ungefähr 22 bis ungefähr 32 Dynes/cm. Die Viskosität der strahlausstoßbaren Druckfarben kann z. B. ungefähr 1 bis ungefähr 30 Centipoise (cPs) bei 30°C betragen, z. B. ungefähr 3 bis ungefähr 20 cPs oder ungefähr 5 bis ungefähr 18 cPs oder ungefähr 6 bis ungefähr 17 cPs. Bei Ausführungsformen kann die Partikelgröße der strahlausstoßbaren Druckfarben weniger als ungefähr 600 nm betragen, z. B. ungefähr 10 nm bis ungefähr 550 nm oder ungefähr 100 nm bis ungefähr 500 nm.
Die folgenden Beispiele werden dargeboten, um die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen. Diese Beispiele sollen lediglich veranschaulichend sein und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, außer wenn anderweitig angegeben.
Formulierungen, die 0 bis 50 Gew.-% einfach substituiertes Perfluoralkoxysilan (in Bezug auf das zweifach substituierte Silan) enthielten, wurden hergestellt. Die Alkoxysilanmischung wurde in n-Butanol oder Mischungen von n-Butanol/Cyclopentanol aufgelöst, um eine Formulierung mit 40 bis 75 Gew.-% zu erhalten. 1 Moläquivalent Wasser und 0,5 bis 1,0 Mol.-% Hydroxidionenkatalysator (Tetrabutylammoniumhydroxid) wurden hinzugefügt, um die Solbildung zu induzieren. Die Sols waren für mehr als 2 h stabil (keine signifikante Änderung der Viskosität).
Hartbeschichtungen wurden durch Filtrieren des Sols und Drawdown-Beschichtung der Formulierung auf UPILEX^®-Substrat (Polyimid) hergestellt. Die Beschichtungen wurden bei 160 oder 180°C für 30 min oder 1 h sofort gehärtet, um einheitliche klare, farblose Filme von 1 bis 2 μm zu erhalten.
Wechselwirkungen zwischen Druckfarbe und fOSN wurden qualitativ (24 h Aussetzung gegenüber einer geschmolzenen Phasenübergangs-Druckfarbe; kurzzeitige Aussetzung gegenüber UV-Geldruckfarbe) und quantitativ (Phasenübergangs-Druckfarben-Kontakt- und Gleitwinkel, langfristige Phasenübergangs-Druckfarbentränkung) bewertet. Nach der Aussetzung gegenüber geschmolzener Druckfarbe konnten alle festen Druckfarben entlang der Oberfläche gerollt und von der Beschichtung abgerollt werden, ohne dass sich Streifen oder Spuren bilden. Qualitative Anti-Benetzungs-Tests zeigten, dass sowohl Phasenübergangs- als auch UV-Druckfarben keine permanente Haftung an der Oberfläche einer fluorierten Organosiloxannetzbeschichtung aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5389958 [0002]

Claims

Zwischenübertragungselement, das eine Schicht eines vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers umfasst, wobei die freie Oberflächenenergie des Zwischenübertragungselements ungefähr 10 nM/m bis ungefähr 40 mN/m beträgt.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 1, wobei das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer aus Siloxyfluorkohlenstoffmonomeren hergestellt ist, die durch die folgende Struktur repräsentiert sind:
wobei R₁ eine aliphatische oder aromatische Fluorkohlenstoffkette ist; L eine C_aH_2a-Linker-Gruppe ist, wobei a eine Anzahl zwischen 0 und 10 ist; und X₁, X₂ und X₃ reaktive Hydroxidfunktionalitäten, reaktive Alkoxidfunktionalitäten, unreaktive aliphatische Funktionalitäten mit ungefähr 1 Kohlenstoffatom bis ungefähr 10 Kohlenstoffatomen oder unreaktive aromatische Funktionalitäten mit ungefähr 3 Kohlenstoffatomen bis ungefähr 10 Kohlenstoffatomen sind.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 1, wobei das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer aus Monomeren hergestellt ist, die durch die folgende Struktur repräsentiert sind:
wobei R₂ eine Fluorkohlenstoffkette darstellt, die aliphatisch oder aromatisch sein kann oder Mischungen von aliphatischen oder aromatischen Fluorkohlenstoffketten enthalten kann; L eine C_aH_2a-Linker-Gruppe ist, wobei a eine Zahl zwischen 0 ungefähr 10 ist, und X₁, X₂ und X₃ reaktive Hydroxidfunktionalitäten, reaktive Alkoxidfunktionalitäten, unreaktive aliphatische Funktionalitäten mit ungefähr 1 Kohlenstoffatom bis ungefähr 10 Kohlenstoffatomen oder unreaktive aromatische Funktionalitäten mit ungefähr 3 Kohlenstoffatomen bis ungefähr 10 Kohlenstoffatomen sind.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 1, wobei das vernetzte Siloxyfluorkohlenstoffpolymer aus einfach substituierten Fluoralkoxysilanmonomeren und zweifach substituierten Fluoralkoxysilanmonomeren hergestellt ist, wobei die einfach substituierten Fluoralkoxysilanmonomere in einer Menge von ungefähr 0,1 bis ungefähr 50 Gew.-% in Bezug auf die zweifach substituierten Fluoralkoxysilanmonomere vorhanden sind.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 1, wobei das Zwischenübertragungselement einen Gewichtsverlust von weniger als ungefähr 5% nach Erhitzen für 30 Minuten bei einer Temperatur von ungefähr 300°C bis ungefähr 350°C zeigt.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 1, wobei der Fluorgehalt des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 70 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers beträgt.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 1, wobei die freie Oberflächenenergie des Zwischenübertragungselements durch Erhöhen oder Senken des Fluorgehalts des vernetzten Siloxyfluorkohlenstoffpolymers eingestellt werden kann.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 1, das darüber hinaus umfasst: ein Substrat; und eine auf dem Substrat aufgetragene Funktionsschicht; wobei die Schicht, die ein vernetztes Siloxyfluorkohlenstoffpolymer umfasst, als Außenschicht auf der Funktionsschicht aufgetragen ist.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 7, wobei die Funktionsschicht ein elastomeres Material umfasst.
Zwischenübertragungselement nach Anspruch 7, wobei die Schicht, die ein vernetztes Siloxyfluorkohlenstoffpolymer umfasst, eine Dicke von ungefähr 3 bis ungefähr 600 μm aufweist.