DE102014226340A1

DE102014226340A1 - Fluorierte organosiloxannetz-zusammensetzung

Info

Publication number: DE102014226340A1
Application number: DE102014226340.9A
Authority: DE
Inventors: Tony J. Wigglesworth; Adrien Pierre Côté; Brynn Mary Dooley
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2015-06-25
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: US9233539B2; US20160083624A1; US9670381B2; US20160083625A1; JP2015120346A; DE102014226340B4; US9683133B2; JP6289357B2; US20150174900A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte bereit. Die Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte beinhaltet eine Frontplatte; und ein auf der Frontplatte angeordnetes Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer. Das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ist ein Polymerisationsprodukt eines Gemischs mit etwa 2 bis etwa 12 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien, wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein hydrophobes Alkoxysilan-Vorläufermaterial ist; und wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein aromatisches Alkoxysilan-Vorläufermaterial ist. Das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ist in Lösungsmitteln unlöslich, die aus der Gruppe bestehend aus Ketonen, chlorierten Lösungsmitteln und Ethern ausgewählt ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein, in verschiedenen Ausgestaltungen, formbare Beschichtungen. Die Offenbarung betrifft eine Formulierungszusammensetzung zum Erzeugen einer Beschichtung für eine Frontplatte eines Tintenstrahldruckkopfes.
Materialien auf der Basis eines Organosiloxannetzes (OSN) sind für eine Reihe verschiedener industrieller Anwendungen inklusive haltbarer Oberflächenbeschichtungen, Antibenetzungsbeschichtungen, dielektrischer Materialien, Lichtwellenleiter, Kosmetika und Antifouling-Beschichtungen wichtig. Ihre Eigenschaften können durch sinnvolles Wählen von Bausteinen in einer Beschichtungsformulierung für spezifische Anwendungen maßgeschneidert werden.
Tintenstrahldrucken beinhaltet im Allgemeinen das Ausstoßen von Tintentröpfchen aus Öffnungen in einem Druckkopf auf eine Art Aufnahmemedium zum Bilden eines gewünschten Bildes. Drucker für solche Druckeinsätze können beispielsweise mit Festtinte oder mit Phasenwechseltinte arbeiten. Festtinten- oder Phasenwechseltintendrucker können Tinte in fester Form aufnehmen, die zuweilen als Festtintenstäbchen bezeichnet werden. Die Festtintenstäbchen können durch eine Einführungsöffnung eines Tintenladers für den Drucker eingeführt und von einem Vorschubmechanismus und/oder durch Schwerkraft zu einer Heizplatte bewegt werden. Die Heizplatte schmilzt die auf die Platte auftreffende Festtinte zu einer Flüssigkeit, die einer Druckkopfbaugruppe zum Spritzen auf ein Aufzeichnungsmedium zugeführt wird. Das Aufzeichnungsmedium kann beispielsweise Papier oder eine flüssige Schicht sein, die von einem Zwischenbilderzeugungselement wie einer Metalltrommel oder einem Metallband getragen wird.
Eine Druckkopfbaugruppe eines Phasenwechseltintendruckers kann einen oder mehrere Druckköpfe aufweisen, jeweils mit mehreren Tintenstrahlern, aus denen Tropfen von geschmolzener Festtinte auf das Aufzeichnungsmedium ausgestoßen werden. Die Tintenstrahler eines Druckkopfs erhalten die geschmolzene Tinte von einer Tintenzufuhrkammer (oder einem Verteiler) im Druckkopf, der wiederum Tinte von einer Quelle wie einem Schmelztintenreservoir oder einer Tintenpatrone erhält. Jeder Tintenstrahler hat einen Kanal mit einem Ende, das mit dem Tintenzufuhrverteiler verbunden ist. Das andere Ende des Tintenkanals hat eine Öffnung oder Düse zum Ausstoßen von Tintentropfen. Die Düsen der Tintenstrahler können in einer Loch- oder Düsenplatte ausgebildet sein, die Öffnungen hat, die den Düsen der Tintenstrahler entsprechen. Während des Betriebs aktivieren Tropfenausstoßsignale Aktuatoren in den Tintenstrahlern zum Ausstoßen von Fluidtropfen aus den Tintenstrahldüsen auf das Aufzeichnungsmedium. Durch selektives Aktivieren der Aktuatoren der Tintenstrahler zum Ausstoßen von Tropfen, während das Aufzeichnungsmedium und/oder die Druckkopfbaugruppe relativ zueinander bewegt werden, können die abgesetzten Tropfen präzise zum Erzeugen bestimmter Text- und Graphikbilder auf dem Aufzeichnungsmedium strukturiert werden.
Eine Schwierigkeit in Verbindung mit fluiden Tintenstrahlsystemen ist das Benetzen, Sabbern oder Fluten von Tinte auf der Druckkopffrontplatte. Dies kann durch Verschmutzen der Druckkopffrontplatte mit Tinte entstehen. 1 illustriert eine Frontplatte 5. Wie gezeigt, wird die Frontplatte 10 der Druckkopffrontplatte 5 mit den Tintendüsen 15 entlang dem Mittelstreifen der Frontplatte 10 befindlich angezeigt. Das gezeigte Bild ist ein Beispiel für Fluten, bei dem Tinte aus den Düsen 15 gesabbert 20 ist, so dass es zu einem Druckkopfausfall kommt. Die verschmutzte Frontplatte kann Tropfenausfall oder fehlende Tropfen, Tropfen von Untergröße oder anderweitig falscher Größe, Satelliten- oder fehlgeleitete Tropfen auf dem Aufzeichnungsmedium verursachen oder dazu beitragen, so dass die Druckqualität gemindert werden kann.
Somit besteht Bedarf an der Verwendung einer Formulierungszusammensetzung als Druckkopffrontplattenbeschichtung, die einen hohen Sabberdruck und eine geringe Tintenhaftung über die Lebensdauer des Teils beibehält.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte bereit. Die Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte beinhaltet eine Frontplatte und ein auf der Frontplatte vorgesehenes Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer. Das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ist ein Polymerisationsprodukt eines Gemischs, das etwa 2 bis etwa 12 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien beinhaltet, wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein hydrophobes Alkoxysilan-Vorläufermaterial ist; und wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein aromatisches Alkoxysilan-Vorläufermaterial ist. Das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ist in Lösungsmitteln unlöslich, die aus der Gruppe bestehend aus Ketonen, chlorierten Lösungsmitteln und Ethern ausgewählt ist.
In einigen Ausgestaltungen stellt die vorliegende Offenbarung ferner eine Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte bereit. Die Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte beinhaltet eine Frontplatte und ein auf der Frontplatte vorgesehenes Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer. Das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ist ein Polymerisationsprodukt eines Gemischs mit 2 bis 4 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien, wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein hydrophobes Alkoxysilan ist, repräsentiert durch:
und wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien aromatisch ist und repräsentiert ist durch:
und wobei n von 0 bis 4 ist, X₁, X₂ und X₃ jeweils eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind; R₁ eine lineare oder verzweigte perfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyestergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyestergruppe ist. Ar repräsentiert eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe mit 4 bis 24 Kohlenstoffatomen, wobei die Ar-Gruppe optional durch Fluoratome substituiert sein kann.
In einigen Ausgestaltungen stellt die vorliegende Offenbarung auch eine Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte mit einer Frontplatte und einem auf der Frontplatte vorgesehenen Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzten Polymer bereit. Das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ist ein Polymerisationsprodukt eines Gemischs mit 2 bis 4 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien, wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein Hydrophob ist, repräsentiert durch die Formeln:
und wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein Aromat ist, repräsentiert durch die Formeln:
wobei n von 0 bis 4 ist, X₁, X₂ und X₃ jeweils eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind; R₁ eine lineare oder verzweigte perfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyestergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyestergruppe ist. Ar repräsentiert eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe mit 4 bis 24 Kohlenstoffenatomen, wobei die Ar-Gruppe optional durch Fluoratome substituiert sein kann.
1 ist eine Darstellung einer sabbernden Frontplatte.
2 ist eine Darstellung eines Druckkopfes mit einer Beschichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Absorptionsspektrum des in Beispiel 3 verwendeten Chromophors.
4 ist eine optische Mikroaufnahme eines laserabladierten Lochs mit der in Beispiel 3 verwendeten Formulierung.
5 ist ein Absorptionsspektrum eines in Beispiel 4 verwendeten Chromophors.
6 ist eine optische Mikroaufnahme eines laserabladierten Lochs mit der in Beispiel 4 verwendeten Formulierung.
Es ist zu bemerken, dass einige Details der Figuren vereinfacht und zum Erleichtern des Verständnisses der Erfindung gezeichnet wurden, anstatt strikt auf strukturelle Genauigkeit, Detail und Maßstab zu achten.
In der vorliegenden Spezifikation und den nachfolgenden Ansprüchen beinhalten Singularformen wie „ein”, „eine” und „der/die/das” die Pluralformen, wenn nicht deutlich etwas anderes angegeben ist.
Das hierin benutzte Bestimmungswort „etwa”, in Verbindung mit einer Menge benutzt, schließt den angegebenen Wert ein und hat die durch den Zusammenhang festgelegte Bedeutung (zum Beispiel, er beinhaltet wenigstens den mit der Messung der jeweiligen Menge assoziierten Fehlergrad). Wenn im Zusammenhang mit einem Bereich benutzt, ist das Bestimmungswort „etwa” auch so anzusehen, dass es den durch die absoluten Werte der beiden Endpunkte definierten Bereich offenbart. Zum Beispiel, der Bereich „von etwa 2 bis etwa 4” offenbart auch den Bereich „von 2 bis 4”.
Die Begriffe „Kohlenwasserstoff” und „Alkan” beziehen sich beispielsweise auf verzweigte und unverzweigte Moleküle mit der allgemeinen Formel C_nH_2n+2, wobei n eine Zahl von 1 oder mehr ist, wie z.B. von etwa 1 bis etwa 60 oder von etwa 2 bis etwa 30 oder von etwa 4 bis etwa 20. Beispielhafte Alkane sind 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 funktionelle Gruppen substituiert werden, um Alkanderivatverbindungen zu bilden.
Der Begriff „funktionelle Gruppe” bezieht sich beispielsweise auf eine Gruppe von Atomen, die auf eine solche Weise angeordnet sind, dass die chemischen Eigenschaften der Gruppe und des daran angelagerten Moleküls bestimmt werden. Beispiele für funktionelle Gruppen sind Halogenatome, Hydroxylgruppen, Carbonsäuregruppen und dergleichen.
In einigen Ausgestaltungen stellt die vorliegende Offenbarung eine Formulierungszusammensetzung bereit (die austauschbar auch als „Zusammensetzung” oder „Formulierung” bezeichnet werden kann), die durch Laserablation sauber strukturiert und geformt werden kann. Die Zusammensetzung kann gehärtet werden, um ein vernetztes fluoriertes Organosiloxannetz (fOSN) herzustellen, das auch als Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer bezeichnet wird. Die Beschichtungen können auf einer Oberfläche eines Tintenstrahldruckkopfs (wie z.B. einer Frontplatte) gehärtet werden, die eine Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymerschicht auf dem Druckkopf bildet. Die gemäß der vorliegenden Offenbarung erzeugten Beschichtungen sind thermisch stabil, haben Antibenetzungs- und Antihaftungsinteraktionen mit Tinten wie z.B. Festtinte oder UV-härtbarer Tinte, so dass die Tinten auch nach längeren Kontaktzeiten leicht durch Kapillarwirkung von der Oberfläche abgeleitet werden können. Die Beschichtungen sind auch beständig gegen Oberflächenverschleiß oder -schäden.
Für spezifische Anwendungen wie z.B. für Antibenetzungs-Druckkopffrontplattenbeschichtungen wird eine Dünnfilmzusammensetzung benötigt, die sich durch Laserablation sauber strukturieren oder formen lässt. Dies ist notwendig, damit saubere Löcher mit einem Laser in die Beschichtung für jede einzelne Düse in einem Druckkopf gebohrt werden können. Diese Aufgabe ist schwierig, da sich das Material sauber bohren lassen muss, ohne beobachtbare(s) Reißen, Flockenbildung oder Abblättern.
Im Allgemeinen sind fluorierte Organosiloxannetze stark vernetzte Materialien, die über Siloxanverbindungen aneinander gebundene organische Segmente enthalten. Diese Materialien haben eine hohe thermische Robustheit und hohe mechanische Festigkeit. Die Oberflächen- und mechanischen Eigenschaften eines fluorierten Organosiloxannetzes können durch Wählen geeigneter Bausteine und Beschichtungsformulierungen für bestimmte Anwendungen maßgeschneidert werden. Das heißt, die fluorierten Organosiloxannetze gemäß der vorliegenden Offenbarung sind abstimmbare Materialien, deren Eigenschaften durch Wählen von Typ und Anzahl bestimmter Vorläufer variiert werden können, die zum Erzeugen der fluorierten Organosiloxannetze benutzt werden. Die Abstimmbarkeit von fluorierten Organosiloxannetzen macht diese zu einer attraktiven Materialplattform für Antibenetzungsbeschichtungen im Allgemeinen, wie z.B. für Antibenetzungsbeschichtungen für Tintenstrahlfrontplatten.
In einigen Ausgestaltungen kann die Formulierungszusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf eine Oberfläche eines Tintenstrahldruckkopfs wie z.B. eine Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte als stabile Nassschicht aufgebracht werden. In einigen Ausgestaltungen kann die Formulierungszusammensetzung gehärtet werden, um ein Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer auf der Oberfläche des Tintenstrahldruckkopfs auszubilden, wie z.B. ein Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer auf der Frontplatte des Tintenstrahldruckkopfs. Die mit den Verfahren der vorliegenden Offenbarung erzeugten Beschichtungen sind thermisch robust und haben gute Festtinten-Antibenetzungscharakteristiken. Zusätzlich hat die gemäß der vorliegenden Offenbarung erzeugte Beschichtung keine chemische Interaktion mit der Tinte. Das heißt, die gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzten Polymere oder vernetzten Siloxanbeschichtungen haben eine sehr geringe Haftung mit Tinten, wie z.B. UV-Tinte und Festtinte, gemessen mit einem Tintenkapillarwirkungstest, so dass Tintentropfen auf der Druckkopffrontplatte entfernt werden können und keine Rückstände hinterlassen. In einigen Ausgestaltungen bildet ein Tintentröpfchen einen Gleitwinkel mit der Beschichtung der vorliegenden Offenbarung, der kleiner als etwa 30°, wie z.B. kleiner als etwa 25° oder kleiner als etwa 20° oder kleiner als etwa 15° ist. In einigen Ausgestaltungen kann der Gleitwinkel beispielsweise 1° bis etwa 30°, zum Beispiel etwa 1° bis etwa 20° betragen. Das gemäß der vorliegenden Offenbarung erzeugte Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ermöglicht somit die Produktion qualitativ hochwertiger Druckbilder mit hohem Durchsatz mit Tinten wie z.B. UV-härtbarer Tinte oder Festtinte, die von einem Druckkopf ausgestoßen werden können, wobei die Bilder frei von Druckdefekten aufgrund von fehlgeleiteten Tröpfchen oder fehlenden Strahlen sind, verursacht durch Sabbern der Tinte von der Frontplatte, wie dies bei früheren Druckkopffrontplattenbeschichtungen anzutreffen ist.
Die Formulierungszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Offenbarung können auf eine Reihe verschiedener Substrate wie z.B. aus Edelstahl und Polyamid mit einer Reihe verschiedener Verarbeitungsmethoden auf Lösungsbasis (Sprüh-, Eintauch-, Streichbeschichtung) aufgebracht werden, so dass eine vom Benutzer vorbestimmte geeignete Dicke erzielt wird. Die Formulierungszusammensetzungen können zum Erzeugen eines Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzten Polymers oder eines fluorierten Organosiloxannetzes mit starker Haftung an einem gegebenen Substrat ausgewählt werden (d.h. Frontplattenfläche wie z.B. Edelstahl oder Polyimid), ohne Notwendigkeit für eine Oberflächenmodifikation oder die Verwendung von Promotoren, so dass eine Primer-freie Anwendung ermöglicht wird.
In einigen Ausgestaltungen können gestrahlte Tropfen von UV-härtbarer Tinte oder gestrahlte Festtintentropfen einen Kontaktwinkel mit der gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten vernetzten Siloxanzusammensetzung aufweisen, der größer ist als etwa 40°, wie z.B. von etwa 140° bis etwa 40° oder von etwa 110° bis etwa 45° oder von etwa 100° bis etwa 50°. Wenn Tinte in den Druckkopf gefüllt wird, dann ist es wünschenswert, die Tinte in der Druckkopfdüse zu halten, bis sie ausgestoßen wird. Im Allgemeinen gilt, je größer der Tintenkontaktwinkel, desto besser (oder höher) der Halte-(oder Sabber-)Druck. Der hohe Kontaktwinkel der vernetzten Siloxanzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung (wie z.B. dann, wenn sie als Tintenstrahldruckkopfbeschichtung verwendet wird) kann Antibenetzung und gestrahlte Tintenqualität verbessern und Auslaufen vermeiden. Der hierin verwendete Begriff „Haltedruck” bezieht sich auf die Messung der Fähigkeit einer Lochdüsenplatte, das Auslaufen von Tinte aus der Düsenöffnung zu vermeiden, wenn der Druck des Tintentanks (Reservoirs) zunimmt. Die Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann einen verbesserten Haltedruck und/oder ein reduziertes (oder eliminiertes) Auslaufen von Tinte aus der Düse vermeiden.
In einigen Ausgestaltungen stellt die vorliegende Offenbarung eine Formulierungszusammensetzung zum Erzeugen einer vernetzten Siloxanbeschichtung oder eines Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzten Polymers bereit, das als Druckkopffrontplattenbeschichtung benutzt werden kann. Die Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung können mit jedem Druckkopftyp verwendet werden. 2 illustriert einen Druckkopf 200 mit einer darauf aufgebrachten, gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellten Beschichtung 210. Der Druckkopf 200 beinhaltet ein Basissubstrat 202 mit Wandlern 204 auf einer Oberfläche und akustischen Linsen 206 auf einer gegenüberliegenden Fläche. In einem Abstand von dem Basissubstrat 202 befindet sich eine Flüssigkeitspegelregelplatte 208. Eine Beschichtung 210 oder ein Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer gemäß der vorliegenden Offenbarung ist entlang der Platte 208 angeordnet. In einigen Ausgestaltungen kann die Beschichtung eine Dicke im Bereich von etwa 100 nm bis etwa 20 μm, wie z.B. im Bereich von etwa 500 nm bis etwa 10 μm oder im Bereich von etwa 1 μm bis etwa 5 µm haben.
Das Basissubstrat 202 und die Flüssigkeitspegelregelplatte 208 definieren einen Kanal, der eine fließende Flüssigkeit 212 aufnimmt. Die Flüssigkeitspegelregelplatte 208 enthält eine Anordnung 214 von Löchern 216. Die Wandler 204, akutischen Linsen 206 und Löcher 216 sind alle axial ausgerichtet, so dass eine von einem einzelnen Wandler 204 erzeugte akustische Welle durch ihre ausgerichtete Akustik 206 etwa auf eine freie Fläche 218 der Flüssigkeit 212 in ihrem fluchtenden Loch 216 fokussiert wird. Wenn ausreichend Leistung vorhanden ist, dann wird ein Tröpfchen von der Oberfläche 218 emittiert.
Die Beschichtung 210 oder das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer, erzeugt gemäß der vorliegenden Offenbarung, kann auf einer Druckkopffrontplatte entlang der Platte 208 angeordnet sein und kann die Druckkopffrontplatte mit Gleitwinkelcharakteristiken versehen, um zu verhindern, dass Tinte sich in der Nähe der Düsen ansammelt und das Strahlen der Tintentröpfchen stört. In einigen Ausgestaltungen kann die Beschichtung 202 die Druckkopffrontplatte mit Gleitwinkelcharakteristiken versehen, so dass Satellitentröpfchen von Tinte, wie z.B. UV-härtbarer Tinte und Festtinte, mit einem niedrigen Gleitwinkel auf der Düsenplatte landen.
In einigen Ausgestaltungen bildet ein Tintentröpfchen einen Gleitwinkel mit der Beschichtung der vorliegenden Offenbarung, der kleiner als etwa 30°, wie z.B. kleiner als etwa 25° oder kleiner als etwa 20° oder kleiner als etwa 15° ist. Zum Beispiel, in einigen Ausgestaltungen kann der Gleitwinkel etwa 1° bis etwa 30° oder etwa 1° bis etwa 20° betragen.
Die hierin offenbarte Formulierungszusammensetzung ist ein Polymerisationsprodukt eines Gemischs mit etwa 2 bis etwa 12 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien, z.B. von 2 bis etwa 10 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien oder von etwa 2 bis etwa 8 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien. In einigen Ausgestaltungen ist wenigstens eines der Alkoxysilanmaterialien ein hydrophobes Alkoxysilan-Vorläufermaterial und wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ist ein aromatisches Alkoxysilan-Vorläufermaterial.
In einigen Ausgestaltungen hat die vernetzte Siloxanzusammensetzung oder das Siloxanfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ein Molverhältnis von hydrophoben Alkoxysilan-Vorläufermaterialien zu aromatischen Alkoxysilan-Vorläufermaterialien von etwa 1:9 bis etwa 9:1. Das aromatische Alkoxysilan-Vorläufermaterial verleiht dem Material eine Lichtabsorptionseigenschaft. Das aromatische Alkoxysilan-Vorläufermaterial dämpft die Laserablation des Materials.
Der Begriff hydrophob (oder superhydrophob) bezieht sich beispielsweise auf die Eigenschaft des Abstoßens von Wasser oder anderer polarer Spezies wie Methanol. Ferner impliziert hydrophob eine Unfähigkeit, starke Wasserstoffbindungen mit Wasser oder anderen Wasserstoffbindungsspezies zu bilden. Hydrophobe Materialien sind typischerweise dadurch charakterisiert, dass sie Wasserkontaktwinkel von mehr als 90° haben, gemessen mit einem Kontaktwinkelgoniometer oder einer ähnlichen Vorrichtung. Der hierin benutzte Begriff hoch hydrophob kann so beschrieben werden, dass ein Wassertröpfchen einen hohen Kontaktwinkel mit einer Oberfläche bildet, z.B. einen Kontaktwinkel von etwa 130° bis etwa 180°. Der hierin verwendete Begriff superhydrophob kann so beschrieben werden, dass ein Wassertröpfchen einen hohen Kontaktwinkel mit einer Oberfläche bildet, wie z.B. einen Kontaktwinkel von mehr als 150° oder von mehr als etwa 150° bis etwa 180°.
In einigen Ausgestaltungen können die hydrophoben Vorläufer im Hinblick auf die Anzahl ihrer Alkoxysubstitutionen unabhängig variieren. Zum Beispiel, in einigen Ausgestaltungen können die hydrophoben Alkoxysilan-Vorläufermaterialien unabhängig aus monofunktionellen, bifunktionellen oder trifunktionellen Alkoxysilanen ausgewählt werden. So können in einigen Ausgestaltungen die hydrophoben Alkoxysilan-Vorläufermaterialien monofunktionelle Alkoxysilane sein, wie z.B. Trimethylmethoxysilan; bifunktionelle Alkoxysilane wie Dimethyldimethoxysilan, Diphenyldimethoxysilan oder Methylphenyldimethoxysilan; oder trifunktionelle Alkoxysilane wie Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Ethyltrimethoxysilan, Methyltrimethoxyethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropyltriethoxysilane γ-Aminopropyltriethoxysilan, γ-Aminopropyltrimethoxysilan, γ-Aminopropylmethyldimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltriethoxysilan, (Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyl)triethoxysilan, (3,3,3-Trifluorpropyl)-trimethoxysilan, 3-(Heptafluorisopropoxy)propyltriethoxysilan, 1H,1H,2H,2H-Perfluoralkyltriethoxysilan, 1H,1H,2H,2H-Perfluordecyltriethoxysilan oder 1H,1H,2H,2H-Perfluoroctyltriethoxysilan.
In einigen Ausgestaltungen kann das hydrophobe Alkoxysilan-Vorläufermaterial ein linearer oder verzweigter Chlorwasserstoff sein. In einigen Ausgestaltungen können die hydrophoben Alkoxysilanvorläufer Siloxyfluorkohlenstoff-(SFC)-Vorläufer beinhalten. SFC-Vorläufer sind so ausgelegt, dass sie fluorierte Ketten beinhalten, die dem resultierenden Material Flexibilität und den Charakter einer niedrigen Oberflächenenergie hinzufügen. Eine Reihe verschiedener SFC-Vorläufer mit variierenden Siloxan- und Fluorkohlenstoffkomponenten können zum Herstellen von OSN-Beschichtungen benutzt werden, einschließlich Di- und Trialkoxysilane, linearer und verzweigter Fluoralkane und Fluorarene.
In einigen Ausgestaltungen kann das hydrophobe Alkoxysilan-Vorläufermaterial repräsentiert sein durch die Struktur:
wobei n von etwa 0 bis etwa 4 ist, R₁ eine lineare oder verzweigte perfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyestergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyestergruppe ist; und X₁, X₂ und X₃ reaktive Hydroxidfunktionalitäten, reaktive Alkoxidfunktionalitäten, unreaktive aliphatische Funktionalitäten von etwa 1 Kohlenstoffatom bis etwa 10 Kohlenstoffatomen oder unreaktive aromatische Funktionalitäten von etwa 1 Kohlenstoffatom bis etwa 10 Kohlenstoffatomen repräsentieren.
Zusätzlich zu den oben aufgeführten Monomeren kann der hydrophobe Alkoxysilanvorläufer durch die folgende Struktur repräsentiert sein:
wobei n, R₁, X₁, X₂ und X₃ wie oben definiert sind.
In einigen Ausgestaltungen kann das aromatische Alkoxysilan-Vorläufermaterial repräsentiert sein durch die Struktur:
wobei n von etwa 1 bis etwa 4 ist, wobei R₁ eine lineare oder verzweigte perfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyestergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyestergruppe ist; und X₁, X₂ und X₃ reaktive Hydroxidfunktionalitäten, reaktive Alkoxidfunktionalitäten, unreaktive aliphatische Funktionalitäten von etwa 1 Kohlenstoffatom bis etwa 10 Kohlenstoffatomen oder unreaktive aromatische Funktionalitäten von etwa 1 Kohlenstoffatom bis etwa 10 Kohlenstoffatomen repräsentieren. Ar repräsentiert eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe mit 4 bis 24 Kohlenstoffatomen. Die Ar-Gruppe kann optional durch Fluoratome substituiert sein. In einigen Ausgestaltungen beinhalten Ar-Gruppen Phenyl, Biphenyl, Naphthyl, Anthracenyl, Binaphthyl, 4-Nitrophenyl, 4-Fluorphenyl und dergleichen.
Zusätzlich zu den oben aufgeführten Monomeren kann der aromatische Alkoxysilanvorläufer durch die folgende Struktur repräsentiert sein:
wobei n von etwa 0 bis etwa 4 ist, X₁, X₂ und X₃ reaktive Hydroxidfunktionalitäten, reaktive Alkoxidfunktionalitäten, unreaktive aliphatische Funktionalitäten von etwa 1 Kohlenstoffatom bis etwa 10 Kohlenstoffatomen oder unreaktive aromatische Funktionalitäten von etwa 1 Kohlenstoffatom bis etwa 10 Kohlenstoffatomen repräsentieren.
Ar repräsentiert eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe von 4 bis 24 Kohlenstoffatomen. Die Ar-Gruppe kann optional durch Fluoratome substituiert werden. In einigen Ausgestaltungen beinhalten Ar-Gruppen Phenyl, Biphenyl, Naphthyl, Anthracenyl, Binaphthyl, 4-Nitrophenyl, 4-Fluorphenyl und dergleichen. Zusätzlich zu den oben aufgeführten Monomeren kann das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer mit Monomeren hergestellt werden, die aus der Gruppe bestehend aus Siliciumtetraalkoxid und verzweigten Pentasilanen ausgewählt sind. Das Siliciumtetraalkoxid ist durch die jeweilige Struktur repräsentiert:
Die verzweigten Pentasilane sind durch die jweilige Struktur repräsentiert:
wobei X₁, X₂ und X₃ wie oben definiert sind.
Die Monomere können so miteinander vernetzt werden, dass alle Monomere in der gehärteten Beschichtung über Siliciumoxid-(Si-O-Si)-Verknüpfungen molekular aneinander gebunden sind. Daher kann in einigen Ausgestaltungen kein Molekulargewicht für das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer angegeben werden, weil die Beschichtung zu einem System vernetzt werden kann.
In einigen Ausgestaltungen werden die Alkoxysilanvorläufer mit einem Sol-Gel-Prozess (nachfolgend erörtert) verarbeitet. In einigen Ausgestaltungen kann das Molverhältnis zwischen den hydrophoben Alkoxysilanvorläufern und den aromatischen Alkoxysilan-Vorläufermaterialien von etwa 1:9 bis etwa 9:1, wie z.B. von etwa 1:7 bis etwa 7:1 oder von etwa 3:5 bis etwa 5:3, oder etwa 1:1 betragen.
Das End-OSN kann mit einer Laserablationstechnik geformt werden, wobei die einfallende Strahlungswellenlänge auf oder nahe dem Absorptionsmaximum des aromatischen Chromophors liegt. In einigen Ausgestaltungen liegt die Strahlungswellenlänge innerhalb von 20 nm des Absorptionsmaximums des Arylchromophors. Die Endform des Materials ist von der Anwendung abhängig. Einige repräsentative Formen oder Muster beinhalten, aber ohne Begrenzung, individuelle Löcher oder Aperturen, Nanosäulen, Nanokegel, regelmäßige hexagonale Muster, Linien oder Kanäle, Oberflächenreliefgitter und 3D-Objekte einschließlich Buchstaben oder Symbolen.
Die aromatische Gruppe des aromatischen Alkoxysilan-Vorläufermaterials ist zum Absorbieren von Strahlen mit einer vorbestimmten Wellenlänge maßgeschneidert. So kann Material von der Zusammensetzung mit einem Laser bei der vorbestimmten Wellenlänge abladiert werden.
Wie oben erörtert, stellt die vorliegende Offenbarung in einigen Ausgestaltungen eine Formulierungszusammensetzung zum Erzeugen einer Organosiloxannetz-(OSN)-Zusammensetzung bereit, die auch als Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer bezeichnet wird. In einigen Ausgestaltungen kann die Formulierungszusammensetzung ein Sol umfassen, das von einem Gemisch von Monomeren hergestellt ist, die wenigstens ein Alkoxysilanmonomer; ein Lösungsmittel; einen Katalysator und Wasser umfassen. In einigen Ausgestaltungen können stabile Formulierungen durch Ausgleichen der Monomermenge mit der Katalysatormenge und durch Verwenden einer geeigneten Menge an Lösungsmittel auf Alkoholbasis erzeugt werden. In einigen Ausgestaltungen können die Formulierungszusammensetzungen in der Solphase auf ein Substrat aufgebracht werden und eine Gelierung kann nach Stehenlassen oder mit Wärmebehandung erfolgen.
Siloxyfluorkohlenstoffmonomere können per Lösungs-Gelierungs-(oder „Sol-Gel”)-Chemie vernetzt werden, wobei Hydrolyse und Kondensation von Alkoxid- oder Hydroxid-Gruppen erfolgen und wobei nach dem Härten bei erhöhten Temperaturen eine vernetzte Siloxanbeschichtung entsteht, die als Beschichtung benutzt werden kann, wie z.B. für Druckkopffrontplatten. Die gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellte vernetzte fluorierte Siloxanbeschichtung kann hohe Temperaturbedingungen ohne zu schmelzen oder zu zerfallen aushalten, ist unter solchen Bedingungen mechanisch robust und zeigt eine gute Ablösung unter solchen Bedingungen.
Dieser zweistufige Reaktionsprozess, der eine mischbare einphasige flüssige Lösung in ein Zweiphasenmaterial umwandelt, wird als „Sol-Gel-Übergang” bezeichnet. Im Allgemeinen hydrolysiert ein Alkoxysilan/Lösungsmittel/Wasser-Gemisch nur langsam. Die Hydrolyserate ist jedoch vom pH-Wert der Lösung abhängig und kann somit durch Zugeben einer Säure oder Base als Katalysator reguliert werden. Das Reaktionsgemisch kann ferner andere Materialien wie z.B. organische Monomere oder Polymere oder andere Additive enthalten, die entweder chemisch zu dem Polymernetz gebunden oder in der Polymerstruktur eingeschlossen werden.
Die Sol-Gel-Polymerisationsprozesse gemäß der vorliegenden Offenbarung können bei einer beliebigen geeigneten Temperatur wie z.B. von etwa 25°C bis etwa 200°C oder von etwa 40°C bis etwa 150°C oder von etwa 65°C bis etwa 100°C durchgeführt werden.
Die Monomere werden miteinander vernetzt, so dass alle Monomere in der gehärteten Beschichtung über Siliciumoxid-(Si-O-Si)-Verknüpfungen aneinander gebunden werden. Daher kann für das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer kein Molekulargewicht angegeben werden, weil die Beschichtung zu einem System vernetzt ist.
In einigen Ausgestaltungen können Metalloxid-(M=Si, Al, Ti usw.)-Funktionalitäten als Vernetzungskomponenten zwischen Fluorkohlenstoffketten benutzt werden. Damit es über den gesamten Verbundstoff zu einer effizienten Vernetzung kommen kann, werden bifunktionelle Fluorkohlenstoffketten verwendet. Monofunktionelle Fluorkohlenstoffketten können ebenfalls zum Anreichern des Fluorierungsgehaltes zugegeben werden. CF₃-terminierte Ketten richten sich an der Fusionsoberfläche aus, um Oberflächenenergie zu reduzieren und die Freisetzung zu verbessern.
Für Sol-Gel-Prozesse an Siloxykohlenstoffvorläufern und die Beschichtung von Schichten benutzte Lösungsmittel beinhalten organische Kohlenwasserstofflösungsmittel und fluorierte Lösungsmittel. Alkohole wie Methanol, Ethanol und Isopropanol werden zum Fördern von Sol-Gel-Reaktionen in Lösung benutzt. Weitere Beispiele von Lösungsmitteln beinhalten Ketone wie Methylethylketon und Methylisobutylketon. Es können Gemische von Lösungsmitteln verwendet werden. In einigen Ausgestaltungen kann das Lösungsmittel ein Alkohollösungsmittel sein. In einigen Ausgestaltungen kann das Alkohollösungsmittel in einer Menge von wenigstens 20 Gew.-% der Formulierungszusammensetzung vorliegen, wie z.B. von etwa 20 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% oder von etwa 30 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-% der Formulierungszusammensetzung.
In einigen Ausgestaltungen kann das Lösungsmittelsystem die Zugabe eines Wasseranteils beinhalten, wie z.B. von etwa 1 Moläquivalent bis 10 Moläquivalent Wasser im Vergleich zu Siloxyfluorkohlenstoff-Vorläufern oder den Siloxan-terminierten Fluorkohlenstoffen, oder von etwa 2 Moläquivalent bis etwa 6 Moläquivalent Wasser.
Nach der Zugabe von Wasser zu der Lösung von Sol-Gel-Vorläufern reagieren Alkoxygruppen mit Wasser und kondensieren zu Agglomeraten, die teilweise vernetzt sind, und werden als Sol bezeichnet. Das Sol kann nach Stehenlassen oder Trocknen ein Gel bilden.
In einigen Ausgestaltungen kann die Viskosität des Sols von etwa 1 Centipoise (cPs) bis etwa 10 cPs, wie z.B. von etwa 2 bis etwa 9 cPs oder von etwa 3 bis etwa 8 cPs betragen, wenn das Sol hergestellt wird.
In einigen Ausgestaltungen kann das Sol auf ein Substrat aufgebracht werden. Nach dem Beschichten eines Substrats mit dem Sol kann ein Gel nach Stehenlassen oder durch Trocknen mit Wärmebehandlung gebildet werden und eine voll vernetzte Siloxanbeschichtung auf dem Substrat bilden.
In einigen Ausgestaltungen löst sich die vernetzte Siloxanzusammensetzung nicht auf, wenn sie Lösungsmitteln ausgesetzt wird (wie z.B. Ketonen, chlorinierten Lösungsmitteln, Ethern usw.), zerfällt bei Temperaturen bis 350°C nicht und ist bei höheren Temperaturen stabil, je nach dem System.
In einigen Ausgestaltungen kann die Beschichtungslösung auf ein Substrat mit einer beliebigen geeigneten Flüssigkeitsabsetztechnik abgesetzt werden. Beispielhafte Verfahren zum Absetzen der Beschichtungslösung auf das Substrat beinhalten Abziehbeschichtung, Sprühbeschichtung, Schleuderbeschichtung, Fließbeschichtung, Eintauchen, Sprühen wie zum Beispiel mit mehreren Sprühaufträgen von sehr feinen dünnen Filmen, Gießen, Bahnbeschichten, Rollenbeschichten, Extrusionsformen, Laminieren und dergleichen. Die Dicke der Beschichtungslösung kann von etwa 100 nm bis etwa 20 μm, wie z.B. von 500 nm bis etwa 10 μm oder von etwa 1 μm bis etwa 5 μm betragen.
In einigen Ausgestaltungen kann eine angewandte Beschichtungstechnik eine Meniskusbeschichtung von Strahlerstapeln mit Stahloberflächen sein, während positiver Druck auf die Öffnungen aufgebracht wird, um deren Verstopfung beim Beschichten zu verhüten. Bei der Herstellung von Polyimidlochplatten werden die Strahlöffnungen durch Laserablation nach dem Beschichten gebildet. Die Beschichtung kann laserabsorptionsfähige Materialien beinhalten, um den Ablationsprozess zu unterstützen.
Wie oben erörtert, können stabile Formulierungszusammensetzungen durch Ausgleichen der Monomermenge zur Katalysatormenge und durch Verwenden einer ausreichenden Lösungsmittelmenge wie z.B. einem Lösungsmittel auf Alkoholbasis erzeugt werden. In einigen Ausgestaltungen wird eine Lösung von Monomeren in Ethanol oder einem anderen Alkohol wie Methanol oder Isopropanol oder ein alkoholhaltiges Gemisch bereitgestellt, wobei das Lösungsmittel in einer Menge von wenigstens 20 Gew.-% der Formulierungszusammensetzung vorliegt. Die Formulierungszusammensetzung kann durch Zugeben von Wasser von etwa 1 Moläquivalent bis etwa 10 Moläquivalenten Wasser im Vergleich zu Siloxyfluorkohlenstoff-Vorläufern oder den Siloxan-terminierten Fluorkohlenstoffen oder von etwa 2 Moläquivalent bis etwa 6 Moläquivalent hergestellt werden, mit einer katalytischen Menge an Säure oder Base zum Einleiten der Vernetzung. In einigen Ausgestaltungen ist der Katalysator ein Hydroxidionenkatalysator, der in einer Menge von etwa 0,1 Mol-% bis etwa 5 Mol-% Hydroxidion pro Siliciumatom vorliegt, wie z.B. von etwa 0,2 Mol-% bis etwa 3 Mol-% oder von etwa 0,3 Mol-% bis etwa 1 Mol-%.
In einigen Ausgestaltungen kann eine Feststoffbeladung von etwa 20 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%, wie z.B. von etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% oder von etwa 40 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-% erfolgen.
In einigen Ausgestaltungen kann das so erzeugte Sol vor dem Beschichten filtriert werden. In einigen Ausgestaltungen kann das Sol nach dem Filtrieren auch einem Vorhärtungsschritt unterzogen werden, wie beispielsweise durch Erhitzen bei einer Temperatur von etwa 40°C bis etwa 60°C, wie z.B. von etwa 45°C bis etwa 55°C oder von etwa 10 bis etwa 45 Minuten, wie z.B. von etwa 20 bis etwa 40 Minuten oder von etwa 25 bis etwa 35 Minuten. In einigen Ausgestaltungen kann das Vorhärten vor dem Beschichten eines Substrats mit dem Sol erfolgen. In einigen Ausgestaltungen kann das Vorhärten nach dem Beschichten eines Substrats mit dem Sol erfolgen.
In einigen Ausgestaltungen kann die Formulierungszusammensetzung auf eine Oberfläche eines Tintenstrahldruckkopfs wie z.B. eine Druckkopffrontplatte aufgebracht werden. Die Formulierung kann gehärtet werden, so dass eine vernetzte Siloxanschicht auf der Oberfläche des Tintenstrahldruckkopfs entsteht. In solchen Ausgestaltungen hat die vernetzte Siloxanschicht eine erhöhte Haftung an der Frontplatte (wie z.B. einer Metall- oder Polymerfrontplatte) sowie eine erhöhte Verschleißbeständigkeit im Vergleich zu einer Frontplattenbeschichtung ohne vernetzte Siloxanzusammensetzung. In einigen Ausgestaltungen hat die Deckschicht auch eine geringe oder gar keine Haftung mit UV-härtbaren oder Festtinten bei Temperaturen von etwa 40 bis etwa 180°C im Vergleich zu einer Deckschicht ohne vernetzte Siloxanzusammensetzung.
In einigen Ausgestaltungen kann ein Tintenstrahldruckkopf mit einer Frontplatte mit einer mit den Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellten, vernetzten Siloxanbeschichtung beim Drucken eines Bildes auf ein Substrat benutzt werden. Zum Beispiel, in einigen Ausgestaltungen kann der gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellte Tintenstrahldruckkopf zum Aufbringen einer Tintenstrahltinte auf ein Substrat benutzt werden. In einigen Ausgestaltungen hat die Frontplatte des Tintenstrahldruckkopfs eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, so dass die Tintenstrahldruckbeschichtungsfläche selbst nach 200 Reinigungszyklen mit einem Crock-Tuch einen niedrigen Gleitwinkel beibehält, wobei der niedrige Gleitwinkel von etwa 1° bis weniger als etwa 50° oder von etwa 1° bis weniger als etwa 30° beträgt.
Die folgenden Beispiele sollen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung illustrieren. Diese Beispiele sind lediglich illustrativ und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht begrenzen. Teile- und Prozentangaben sind nach Gewicht zu verstehen, wenn nichts anderes angegeben ist.
Als repräsentative Beispiele wurden mehrere fluorierte Organosiloxannetze (fOSN) als Dünnfilme (1–2 ☐m dick) auf Upilex-Polyimid- oder Quarzsubstraten mit einer Reihe von unterschiedlichen fluorierten und Aryldialkoxysilan-Bausteinen gemäß Beschreibung in den Beispielen unten hergestellt. Die Formulierungen wurden in n-Butanol (bei etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% Feststoffbeladung) mit einer Tetrabutylammoniumhydroxidbasis als Katalysator hergestellt (von etwa 0,5 Mol-% bis etwa 1 Mol-%) und mit Wasser (1 Moläquivalent) aktiviert. Nach sorgfältigem Mischen wurden die Formulierungen mit einem 0,45 ☐m PTFE-Spritzenfilter filtriert und mit Schleuder- oder Abziehbeschichtungstechniken beschichtet. Nach dem Härten bei etwa 155°C für etwa 40 Minuten wurden die Filme mit UV-Vis-Spektroskopie beurteilt und einzelne Löcher wurden durch Laserablation mit einem 248 nm Laser in die Filme gebohrt. Die verwendeten Materialien wurden für Anwendungen als Antibenetzungsbeschichtung für eine HD-Piezo-Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte ausgelegt und optimiert, was nicht begrenzend zu verstehen ist. Die Ergebnisse sind in den Beispielen unten dargestellt.
Vergleichsbeispiel 1. Baseline-Laserbohrleistung von fOSN
Eine fOSN-Beschichtung wurde von dem fluorierten Baustein der Struktur 1a unten hergestellt, um die Baseline-Laserbohrleistung bei 248 nm zu ermitteln. Diesem Material wurde kein Chromophor zugegeben und es absorbiert bei 248 nm nicht. Folglich ist die Laserbohrleistung schlecht und mit dieser Zusammensetzung konnten keine kompletten Löcher gefertigt werden.
Vergleichsbeispiel 2
Eine fOSN-Beschichtung wurde von den fluorierten Bausteinen mit Struktur 1a, Struktur 2a und Struktur 3a hergestellt, um ein Material mit niedriger Oberflächenenergie und guten Antibenetzungseigenschaften sowie einer verbesserten Laserbohrleistung bei 248 nm zu gewinnen. Dieses Material hat ein Chromophor, das bei 248 nm schwach absorbiert. Die Absorptionsfähigkeit des Arylchromophors, wie durch Struktur 3a repräsentiert, erreicht ihre Spitze bei einer Wellenlänge von etwa 202 nm. Die Absorptionsfähigkeit des Arylchromophors wie durch Struktur 3a repräsentiert bei 248 nm beträgt etwa 0,1 A.U. Folglich ist die Laserbohrleistung schlecht und es konnten keine kompletten Löcher mit dieser Zusammensetzung hergestellt werden.
Beispiel 3
Eine fOSN-Beschichtung wurde von den fluorierten Bausteinen wie unten mit den Strukturen 1a, 2b und 3c gezeigt hergestellt. Das resultierende Material hatte eine niedrige Oberflächenenergie, was ausgezeichnete Antibenetzungseigenschaften bedeutet. Dieses Material hatte das korrekte Chromophor und absorbiert stark bei 248 nm wie in 1 gezeigt. Die Laserbohrleistung bei 248 nm ist in 2 dargestellt. Infolgedessen ist die Laserbohrleistung verbessert und es konnten komplette Löcher mit dieser Zusammensetzung hergestellt werden.
Beispiel 4
Eine fOSN-Beschichtung wurde mit den fluorierten Bausteinen wie unten mit den Strukturen 1a, 2b und 3c gezeigt hergestellt. Das resultierende Material hatte eine niedrige Oberflächenenergie, was ausgezeichnete Antibenetzungseigenschaften bedeutet. Dieses Material hatte das korrekte Chromophor und absorbiert stark bei 248 nm, wie im UV-Spektrum von 3 gezeigt ist. Die Laserbohrleistung bei 248 nm ist in 4 dargestellt. Folglich ist die Laserbohrleistung verbessert und es konnten komplette Löcher mit dieser Zusammensetzung hergestellt werden. In 4 wird kein Reißen oder Abblättern um die Lochränder herum beobachtet. In dieser Formulierung haben alle Silanbausteine eine ähnliche Reaktivität, die zu einer homogenen Verteilung des Chromophors in der Beschichtung mit ausgezeichneter Laserbohrleistung führt.

Beispiel 4 zeigte ausgezeichnete Antibenetzungsleistungen mit Lance-Festtinte (Tabelle 1) gegenüber einer Reihe von Beschichtungen mit unterschiedlichen Fluorgehalten und Chromophorkonzentrationen. In allen Fällen lag der Kontaktwinkel über 55° und der Gleitwinkel war kleiner als 20°. Dies zeigt, dass diese Zusammensetzung eine sinnvolle Formulierungsbreite hat, die zum Optimieren der Beschichtung bei Pilotbeschichtungs-/Herstellungsversuchen wichtig sein wird. Tabelle 1. Antibenetzungsleistung von fOSN, das ein Biphenylchromophor enthält

Eingang	1a (Gew.-%)	2a (Gew.-%)	3c (Gew.-%)	Kontaktwinkel (°)	Gleitwinkel (°)
1	85	10	5	60–61	2,9–4,5
2	68	30	2	58–59	3,8–4,9
3	65	30	5	58–60	3,9–6,9
4	61	30	9	55–58	1,6–3,6

Es wird hierin eine formbare fOSN-Zusammensetzung mit kovalent gebundenen Chromophoren offenbart, die mit einer Laserablationstechnik sauber „geformt oder strukturiert” werden können. Die die vorliegende Erfindung ermöglichenden Hauptmerkmale sind der Einbau eines kovalent gebundenen Chromophors, das statistisch und gleichförmig im Netz verteilt ist und einen hohen Absorptionskoeffizienten auf der Strukturierungswellenlänge hat.
Man wird verstehen, dass Varianten der oben offenbarten und sonstigen Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon zu anderen, unterschiedlichen Systemen oder Anwendungen kombiniert werden können. Verschiedene derzeit unvorhergesehene oder unerwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen hierin können nachfolgend von der Fachperson vorgenommen werden und fallen ebenfalls unter die nachfolgenden Ansprüche.

Claims

Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte, die Folgendes umfasst: eine Frontplatte; und ein Siloxyfluorkohlenstoff-vernetztes Polymer, das auf der Frontplatte angeordnet ist, wobei das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer ein Polymerisationsprodukt eines Gemischs mit 2 bis 4 Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ist, wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein Hydrophob ist, repräsentiert durch die Formel:
und wobei wenigstens eines der Alkoxysilan-Vorläufermaterialien ein Aromat ist, repräsentiert durch die Formel:
wobei n von 0 bis 4 ist, X₁, X₂ und X₃ jeweils eine Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen oder eine Alkoxygruppe mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sind; R₁ eine lineare oder verzweigte perfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Kohlenwasserstoffgruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyethergruppe, eine lineare oder verzweigte perfluorierte Polyestergruppe, eine lineare oder verzweigte teilfluorierte Polyestergruppe ist; und Ar eine aromatische oder heteroaromatische Gruppe mit 4 bis 24 Kohlenstoffatomen repräsentiert, wobei die Ar-Gruppe optional durch Fluoratome substituiert werden kann.
Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte nach Anspruch 1, wobei gestrahlte Tropfen einer UV-härtbaren Tinte oder gestrahlte Tropfen einer Festtinte auf dem Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzten Polymer einen Kontaktwinkel von etwa 140° bis etwa 40° haben.
Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte nach Anspruch 1, wobei das Siloxyfluorkohlenstoff-vernetzte Polymer einen Gleitwinkel von weniger als etwa 30° hat.
Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte nach Anspruch 1, wobei aromatisches Alkoxysilan-Vorläufermaterial Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm absorbiert.
Tintenstrahldruckkopf-Frontplatte nach Anspruch 1, wobei die Alkoxysilan-Vorläufermaterialien über Siliciumoxid-(Si-O-Si)-Verknüpfungen in einem einzigen System aneinander gebunden sind und wobei das einzige System in Lösungsmitteln unlöslich ist, die aus der Gruppe bestehend aus Ketonen, chlorierten Lösungsmitteln und Ethern ausgewählt sind.