DE102016202711A1 - Abbildungselemente, die Zusammensetzungen aus gecapptem strukturiertem organischen Film umfassen - Google Patents

Abbildungselemente, die Zusammensetzungen aus gecapptem strukturiertem organischen Film umfassen Download PDF

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Abstract

Eine Abbildungselementaußenschicht, die einen strukturierten organischen Film umfasst, umfassend eine Mehrzahl von Segmenten und eine Mehrzahl von Linkern, die als kovalentes organisches Gerüst angeordnet sind, wobei der strukturierte organische Film ferner fluorierte Segmente und Capping-Einheiten beinhaltet, die Lochtransportmaterialien umfassen.

Description

  • Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf einen strukturierten organischen Film (SOF), der eine Mehrzahl von Segmenten und eine Mehrzahl von Linkern umfasst, die als kovalentes organisches Gerüst (COF) angeordnet sind, wobei der SOF Capping-Einheiten umfasst. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst der SOF fluorierte Segmente und sind die Capping-Einheiten Lochtransportmoleküle. Bei den vorliegenden Ausführungsformen wird der SOF zum Bilden der Außenschicht eines Abbildungselements verwendet.
  • In der Elektrophotographie, auch als Xerographie, elektrophotographische Bildgebung oder elektrostatographische Bildgebung bekannt, wird die Oberfläche einer/s elektrophotographischen Platte, Trommel, Bandes oder dergleichen (Abbildungselement oder Photorezeptor), die/das eine photoleitfähige Isolierschicht auf einer leitfähigen Schicht enthält, zunächst gleichmäßig elektrostatisch geladen. Danach wird das Abbildungselement einem Muster aus aktivierender elektromagnetischer Strahlung, z. B. Licht, ausgesetzt. Die Strahlung leitet die Ladung auf den beleuchteten Bereichen der photoleitfähigen Isolierschicht selektiv ab, während sie gleichzeitig ein elektrostatisches latentes Bild auf den nicht-beleuchteten Bereichen hinterlässt. Dieses elektrostatische latente Bild kann dann entwickelt werden, um ein sichtbares Bild zu bilden, und zwar durch Ablagern von feinteiligen elektroskopischen Markierungspartikeln auf der Oberfläche der photoleitfähigen Isolierschicht. Das entstehende sichtbare Bild kann danach vom Abbildungselement direkt oder indirekt (beispielsweise mithilfe eines Übertragungs- oder anderen Elements) auf ein Drucksubstrat, beispielsweise eine Folie oder Papier, übertragen werden. Der Abbildungsprozess kann mit wiederverwendbaren Abbildungselementen vielmals wiederholt werden.
  • Auch wenn mit mehrschichtigen Band- oder Trommelphotorezeptoren ausgezeichnete Tonerbilder erhalten werden können, wurde herausgefunden, dass der Anspruch an die Druckqualität mit der Entwicklung von fortschrittlicheren und schnelleren elektrophotographischen Kopierern, Vervielfältigungsapparaten und Druckern steigt. Das empfindliche Gleichgewicht bei der Ladung von Bild- und Vorspannpotenzialen muss beibehalten und die Eigenschaften des Toners und/oder des Entwicklers müssen aufrecht erhalten werden. Dies schränkt die Qualität der Photorezeptorherstellung und somit die Ausbeute der Herstellung zusätzlich ein.
  • Abbildungselemente werden im Allgemeinen einem sich wiederholenden elektrophotographischen Cycling unterzogen, bei dem die exponierte geladene Transportschicht oder alternativ die obere Schicht davon mechanischem Verschleiß, chemischem Befall und Wärme ausgesetzt wird. Dieses sich wiederholende Cycling führt zu einer schrittweisen Verschlechterung der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der exponierten Ladungstransportschicht. Physische und mechanische Schäden, die während längerer Nutzung entstehen, insbesondere die Bildung von Kratzdefekten an der Oberfläche, zählen zu den Hauptgründen für das Versagen von Bandphotorezeptoren. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die mechanische Robustheit von Photorezeptoren zu verbessern und insbesondere deren Kratzfestigkeit zu erhöhen, wodurch deren Lebensdauer erhöht wird. Darüber hinaus ist es wünschenswert, die Widerstandsfähigkeit gegenüber leichten Erschütterungen zu verbessern, so dass Geisterbilder, Hintergrundschatten und dergleichen bei Drucken minimiert werden.
  • Die Nutzdauer von Photorezeptoren wird für gewöhnlich durch das Vorsehen einer Mantelschutzschicht erhöht. Für gewöhnlich wird beispielsweise eine polymere Anti-Kratz- und Anti-Riss-Mantelschicht als robustes Manteldesign verwendet, um die Lebensdauer von Photorezeptoren zu verlängern. Diese herkömmliche Mantelschichtformulierung führt bei Drucken jedoch zu Geisterbildern und Hintergrundschatten. Durch eine Steigerung der Widerstandsfähigkeit gegenüber leichten Erschütterungen wird ein stabileres Abbildungselement bereitgestellt, wodurch die Druckqualität verbessert wird.
  • Obwohl bereits diverse Ansätze zur Bildung von Abbildungselementen verfolgt wurden, besteht weiterhin ein Bedarf an einer Verbesserung des Designs von Abbildungselementen, um die Abbildungsleistung zu verbessern und die Lebenszeit zu verlängern, die Risiken für Mensch und Umwelt zu verringern und dergleichen.
  • Die hier beschriebenen gecappten ”strukturierten organischen Filme” (SOFs) sind chemisch und mechanisch außergewöhnlich robuste Materialien, die viele verbesserte Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Photorezeptormaterialien aufweisen und die Lebensdauer von Photorezeptoren steigern, indem die durch den xerographischen Prozess bedingten Mechanismen des chemischen Abbaus verhindert werden. Darüber hinaus können Zusatzstoffe die morphologischen Eigenschaften des SOF verbessern, indem sie den SOF mit den gewünschten Eigenschaften versehen.
  • Bei Ausführungsformen wird ein strukturierter organischer Film bereitgestellt, der eine Mehrzahl von Segmenten und eine Mehrzahl von Linkern umfasst, die als kovalentes organisches Gerüst angeordnet sind, wobei das kovalente organische Gerüst auf makroskopischer Ebene ein Film ist.
  • Bei Ausführungsformen wird ein Abbildungselement bereitgestellt, das umfasst: ein Substrat; eine Ladungserzeugungsschicht; eine Ladungstransportschicht; und eine optionale Mantelschicht, wobei eine äußerste Schicht des Abbildungselements einen strukturierten organischen Film (SOF) umfasst, der eine Mehrzahl von Segmenten und eine Mehrzahl von Linkern umfasst, die als kovalentes organisches Gerüst (COF) angeordnet sind, wobei der SOF Capping-Einheiten umfasst und ferner wobei die Capping-Einheiten Lochtransportmoleküle umfassen.
  • Bei weiteren Ausführungsformen wird ein Abbildungselement bereitgestellt, das umfasst: ein Substrat; eine Ladungserzeugungsschicht; eine Ladungstransportschicht; und eine optionale Mantelschicht, wobei eine äußerste Schicht des Abbildungselements einen strukturierten organischen Film (SOF) umfasst, der eine Mehrzahl von Segmenten, die zumindest ein fluoriertes Segment beinhalten, und eine Mehrzahl von Linkern umfasst, die als kovalentes organisches Gerüst (COF) angeordnet sind, wobei der SOF ferner Capping-Einheiten umfasst, die Lochtransportmoleküle sind, ferner wobei eine Ladung einer Capping-Einheit mehr als 5 Gew.-% des Gesamtgewichts des SOF beträgt.
  • Bei noch anderen Ausführungsformen wird eine xerographische Vorrichtung bereitgestellt, die umfasst: ein Abbildungselement, wobei eine äußerste Schicht des Abbildungselements einen strukturierten organischen Film (SOF) umfasst, der eine Mehrzahl von Segmenten und eine Mehrzahl von Linkern umfasst, die als kovalentes organisches Gerüst (COF) angeordnet sind, wobei der SOF Capping-Einheiten umfasst, und ferner wobei die Capping-Einheiten Lochtransportmoleküle umfassen; eine Ladeeinheit, um dem Abbildungselement eine elektrostatische Ladung zu verleihen; eine Expositionseinheit, um ein elektrostatisches latentes Bild auf dem Abbildungselement zu erzeugen; eine Bildmaterialzuführeinheit, um ein Bild auf dem Abbildungselement zu erzeugen; eine Übertragungseinheit, um das Bild vom Abbildungselement zu übertragen; und eine optionale Reinigungseinheit.
  • Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren hervor, die veranschaulichende Ausführungsformen darstellen:
  • 1 veranschaulicht die Unterschiede zwischen einem typischen SOF und einem gecappten SOF. Links: Darstellung eines typischen SOF-Gerüsts; rechts: Darstellung eines gecappten SOF, wobei Unterbrechungen im Gerüst und eine kovalent verknüpfte Capping-Gruppe (Kreis) veranschaulicht sind.
  • 2 stellt eine vereinfachte Seitenansicht eines beispielhaften Photorezeptors dar, der einen SOF der vorliegenden Offenbarung enthält.
  • 3 stellt eine vereinfachte Seitenansicht eines zweiten beispielhaften Photorezeptors dar, der einen SOF der vorliegenden Offenbarung enthält.
  • 4 stellt eine vereinfachte Seitenansicht eines dritten beispielhaften Photorezeptors dar, der einen SOF der vorliegenden Offenbarung enthält.
  • 5 stellt eine vereinfachte schematische veranschaulichende Bildung eines fluorierten SOF mit Lochtransportmolekül-Capping-Einheiten gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
  • Falls nicht anderweitig angegeben, bezieht sich das gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren auf das gleiche oder ein ähnliches Merkmal.
  • ”Strukturierter organischer Film” (SOF) bezieht sich auf ein COF, bei dem es sich um einen Film auf makroskopischer Ebene handelt. Die Abbildungselemente der vorliegenden Offenbarung umfassen Verbund-SOFs, wobei optional eine Capping-Einheit oder Capping-Gruppe zum SOF hinzugefügt ist.
  • In dieser Beschreibung und in den Ansprüchen, die folgen, umfassen Singularformen wie z. B. ”ein”, ”eine” und ”der” die Pluralformen, außer wenn vom Kontext eindeutig anderweitig vorgegeben.
  • Der Ausdruck ”SOF” bezieht sich im Allgemeinen auf ein kovalentes organisches Gerüst (COF), das ein Film auf makroskopischer Ebene ist. Der Ausdruck ”makroskopische Ebene” bezieht sich z. B. auf die Betrachtung der vorliegenden SOFs mit dem bloßen Auge. Auch wenn COFs ein Netzwerk auf ”makroskopischer Ebene” oder ”molekularer Ebene” sind (das die Verwendung einer leistungsstarken Vergrößerungsgerätschaft erfordert oder wie unter Verwendung von Streuverfahren bewertet), unterscheidet sich der vorliegende SOF auf der ”makroskopischen Ebene” drastisch, beispielsweise da der Film abdeckungsbezogen mehrere Größenordnungen größer als ein COF-Netzwerk auf mikroskopischer Ebene ist. Hier beschriebene SOFs weisen makroskopische Morphologien auf, die sich von den bisher synthetisierten typischen COFs stark unterscheiden.
  • Wenn eine Capping-Einheit in den SOF eingebracht wird, wird außerdem das SOF-Gerüst an den Stellen, an denen die Capping-Einheiten vorhanden sind, lokal ”unterbrochen”. Diese SOF-Zusammensetzungen sind ”kovalent dotiert”, da ein Fremdmolekül an das SOF-Gerüst gebunden wird, wenn Capping-Einheiten vorhanden sind. Zusammensetzungen aus gecapptem SOF können die Eigenschaften von SOFs verändern, ohne dass konstitutive Bausteine verändert werden. Beispielsweise können sich die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des gecappten SOF, wobei das SOF-Gerüst unterbrochen ist, von jenen eines nicht-gecappten SOF unterscheiden.
  • Die SOFs der vorliegenden Offenbarung sind auf makroskopischer Ebene im Wesentlichen lochfreie SOFs oder lochfreie SOFs mit durchgehenden kovalenten organischen Gerüsten, die sich über größere Längenskalen erstrecken können, z. B. über viel mehr als einen Millimeter bis Längen wie z. B. einem Meter oder in der Theorie sogar Hunderte von Metern. Es wird außerdem verstanden, dass SOFs dazu neigen, größere Aspektverhältnisse aufzuweisen, wobei für gewöhnlich zwei Dimensionen eines SOF viel größer als die dritte sind. SOFs haben deutlich weniger makroskopische Ränder und nicht verbundene Außenflächen als eine Sammlung von COF-Partikeln.
  • Ein ”im Wesentlicher lochfreier SOF” oder ”lochfreier SOF” kann bei Ausführungsformen aus einem Reaktionsgemisch gebildet werden, das auf der Oberfläche eines zugrunde liegenden Substrats abgelegt ist. Der Ausdruck ”im Wesentlichen lochfreier SOF” bezieht sich z. B. auf einen SOF, der ggf. vom zugrunde liegenden Substrat, auf dem er gebildet worden war, entfernt wurde und der im Wesentlichen keine Löcher, Poren oder Lücken enthält, die größer als der Abstand zwischen den Kernen von zwei benachbarten Segmenten pro Quadratzentimeter sind; wie z. B. weniger als 10 Löcher, Poren oder Lücken mit einem Durchmesser von mehr als 250 Nanometern pro cm2 oder weniger als 5 Löcher, Poren oder Lücken mit einem Durchmesser von mehr als 100 Nanometern pro cm2. Der Ausdruck ”lochfreier SOF” bezieht sich z. B. auf einen SOF, der ggf. von dem Substrat, auf dem er gebildet worden war, entfernt wurde, und der keine Löcher, Poren oder Lücken enthält, die größer als der Abstand zwischen den Kernen von zwei benachbarten Segmenten pro Mikrometer2 sind, wie z. B. keine Löcher, Poren oder Lücken mit einem Durchmesser von mehr als 500 Angstrom pro Mikrometer2 oder keine Löcher, Poren oder Lücken mit einem Durchmesser von mehr als ungefähr 250 Angstrom pro Mikrometer2 oder keine Löcher, Poren oder Lücken mit einem Durchmesser von mehr als ungefähr 100 Angstrom pro Mikrometer2.
  • Bei Ausführungsformen umfasst der SOF zumindest ein Atom eines Elements, das nicht Kohlenstoff ist, wie z. B. zumindest ein Atom, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Silicium, Phosphor, Selen, Fluor, Bor und Schwefel. Bei weiteren Ausführungsformen ist der SOF a boroxin-, borazin-, borosilikat- und boronatesterfreier SOF.
  • Der Ausdruck ”fluorierter SOF” bezieht sich z. B. auf ein SOF, das Fluoratome enthält, die kovalent an einen oder mehrere Segment- oder Linkertypen des SOF gebunden sind. Die fluorierten SOFs der vorliegenden Offenbarung können ferner fluorierte Moleküle umfassen, die nicht kovalent an das Gerüst des SOF gebunden sind, sondern in der fluorierten SOF-Zusammensetzung (d. h. einem fluorierten Verbund-SOF) willkürlich verteilt sind. Ein SOF, der keine Floratome enthält, die kovalent an einen oder mehrere Segment- oder Linkertypen des SOF gebunden sind, der lediglich fluorierte Moleküle beinhaltet, die nicht an ein oder mehrere Segmente oder einen oder mehrere Linker des SOF gebunden sind, ist jedoch ein Verbund-SOF und kein fluorierter SOF.
  • Das Entwerfen und Einstellen des Fluorgehalts in den SOF-Zusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung ist einfach und erfordert weder die Synthese von spezifischen Polymeren noch Misch-/Dispergierverfahren. Ferner können die SOF-Zusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung SOF-Zusammensetzungen sein, bei denen der Fluorgehalt auf molekularer Ebene gleichmäßig dispergiert und strukturiert ist. Der Fluorgehalt in den SOFs der vorliegenden Offenbarung kann durch Ändern der für die SOF-Synthese verwendeten Molekularbausteine oder durch Ändern der Menge an verwendeten Fluorbausteinen eingestellt werden.
  • Bei Ausführungsformen kann der fluorierte SOF durch Reagieren eines oder mehrerer geeigneter Molekularbausteine hergestellt werden, wobei zumindest eines der Molekularbausteinsegmente Fluoratome umfasst.
  • Molekularbaustein
  • Die SOFs der vorliegenden Offenbarung umfassen Molekularbausteine mit einem Segment (S) und funktionellen Gruppen (Fg). Molekularbausteine erfordern zumindest zwei funktionelle Gruppen (≧ 2) und können einen einzelnen Typ oder zwei oder mehr Typen von funktionellen Gruppen umfassen. Funktionelle Gruppen sind reaktive chemische Einheiten von Molekularbausteinen, die an einer chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des SOF-Bildungsprozesses beteiligt sind. Ein Segment ist der Teil des Molekularbausteins, der funktionelle Gruppen trägt und alle Atome umfasst, die nicht mit funktionellen Gruppen assoziiert sind. Ferner bleibt die Zusammensetzung eines Molekularbausteinsegments nach SOF-Bildung unverändert.
  • Funktionelle Gruppe
  • Funktionelle Gruppen sind die reaktiven chemischen Einheiten von Molekularbausteinen, die an einer chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des SOF-Bildungsprozesses beteiligt sein können. Funktionelle Gruppen können aus einem einzelnen Atom zusammengesetzt sein oder funktionelle Gruppen können aus mehr als einem Atom zusammengesetzt sein. Die atomaren Zusammensetzungen von funktionellen Gruppen sind jene Zusammensetzungen, die für gewöhnlich nicht mit reaktiven Einheiten in chemischen Verbindungen assoziiert sind. Nicht-einschränkende Beispiele für funktionelle Gruppen umfassen Halogene, Alkohole, Ether, Ketone, Carbonsäuren, Ester, Carbonate, Amine, Amide, Imine, Harnstoffe, Aldehyde, Isocyanate, Tosylate, Alkene, Alkyne und dergleichen.
  • Molekularbausteine enthalten eine Mehrzahl von chemischen Einheiten, aber nur eine Teilmenge dieser chemischen Einheiten ist als funktionelle Gruppen während des SOF-Bildungsprozesses vorgesehen. Ob eine chemische Einheit als funktionelle Gruppe angesehen wird, hängt von den für den SOF-Bildungsprozess ausgewählten Reaktionsbedingungen ab. Funktionelle Gruppen (Fg) bezeichnen eine chemische Einheit, die eine reaktive Einheit ist, d. h. eine funktionelle Gruppe während des SOF-Bildungsprozesses.
  • Beim SOF-Bildungsprozess wird die Zusammensetzung einer funktionellen Gruppe durch den Verlust von Atomen, den Zuwachs von Atomen oder sowohl der Verlust als auch den Zuwachs von Atomen verändert; oder die funktionelle Gruppe kann überhaupt verloren gehen. Im SOF werden Atome, die zuvor mit funktionellen Gruppen assoziiert waren, mit Linkergruppen assoziiert, bei denen es sich um die chemischen Einheiten handelt, die die Segmente miteinander verbinden. Funktionelle Gruppen weisen charakteristische Chemien auf und der Durchschnittsfachmann kann das eine oder die mehreren Atome, die eine oder mehrere funktionelle Gruppen darstellen, in den vorliegenden Molekularbausteinen im Allgemeinen erkennen. Es sei angemerkt, dass ein Atom oder eine Gruppierung von Atomen, die als Teil der funktionellen Gruppe eines Molekularbausteins identifiziert wurde, in der Linkergruppe des SOF konserviert sein kann. Linkergruppen sind nachstehend beschrieben.
  • Capping-Einheit
  • Capping-Einheiten der vorliegenden Offenbarung sind Moleküle, die das reguläre Netzwerk von kovalent gebundenen Bausteinen, die für gewöhnlich in einem SOF vorhanden sind, ”unterbrechen”. Die Unterschiede zwischen einem SOF und einem gecappten SOF sind in 1 veranschaulicht. Zusammensetzungen aus gecapptem SOF sind einstellbare Materialien, deren Eigenschaften durch den Typ und die Menge der eingebrachten Capping-Einheit variiert werden. Capping-Einheiten können einen einzelnen Typ oder zwei oder mehr Typen von funktionellen Gruppen und/oder chemischen Einheiten umfassen.
  • Bei Ausführungsformen weisen die Capping-Einheiten eine Struktur auf, die mit keiner Struktur der Molekularbausteine verwandt ist, die zur SOF-Formulierung hinzugefügt werden, die (nach Filmbildung) schließlich zum SOF wird.
  • Bei Ausführungsformen weisen die Capping-Einheiten eine Struktur auf, die im Wesentlichen der Struktur eines der Molekularbausteine entspricht (wie z. B. der Molekularbausteine für SOFs, die in den US-Patentanmeldungen mit den fortl. Nummern 12/716,524; 12/716,449; 12/716,706; 12/716,324; 12/716,686; 12/716,571 und 12/815,688 ausführlich beschrieben), der zur SOF-Formulierung hinzugefügt wird, wobei jedoch eine oder mehrere der funktionellen Gruppen, die auf dem Baustein vorhanden sind, entweder fehlen oder durch eine unterschiedliche chemische Einheit oder funktionelle Gruppe ersetzt wurde, die an keiner chemischen Reaktion (mit der einen oder den mehreren funktionellen Gruppen der Bausteine, die anfänglich vorhanden sind) teilnimmt, um Segmente während des SOF-Bildungsprozesses miteinander zu verknüpfen.
  • Bei Ausführungsformen können die Moleküle einer Capping-Einheit monofunktionalisiert sein. Bei Ausführungsformen beispielsweise umfassen die Capping-Einheiten ggf. nur eine einzelne geeignete oder komplementäre funktionelle Gruppe (wie oben beschrieben), die an einer chemischen Reaktion teilnimmt, um Segmente während des SOF-Bildungsprozesses miteinander zu verknüpfen, und können somit keine weiteren benachbarten Molekularbausteine überbrücken (bis ein Baustein mit einer geeigneten oder komplementären funktionellen Gruppe hinzugefügt wird, z. B. wenn ein weiterer SOF oben auf einer Basisschicht eines gecappten SOF gebildet wird und eine mehrschichtiger SOF gebildet wird).
  • Wenn solche Capping-Einheiten in die SOF-Beschichtungsformulierung eingebracht werden, werden beim Härten Unterbrechungen im SOF-Gerüst eingebracht. Unterbrechungen im SOF-Gerüst sind daher Stellen, an denen die einzelne geeignete oder komplementäre funktionelle Gruppe der Capping-Einheiten mit dem Molekularbaustein reagiert hat und die Erstreckung des SOF-Gerüsts lokal beendet (oder cappt) und das reguläre Netzwerk von kovalent verknüpften Bausteinen, die für gewöhnlich in einem SOF vorhanden sind, unterbricht. Der Typ der Capping-Einheit (oder Struktur oder der Capping-Einheit), die in das SOF-Gerüst eingebracht wird, kann verwendet werden, um die Eigenschaften des SOF einzustellen.
  • Bei Ausführungsformen können die Moleküle der Capping-Einheit mehr als eine chemische Einheit oder funktionelle Gruppe umfassen. Beispielsweise kann die SOF-Beschichtungsformulierung, die (nach Filmbildung) schließlich im SOF gebunden wird, eine Capping-Einheit mit zumindest zwei oder mehr chemischen Einheiten oder funktionellen Gruppen, wie z. B. 2, 3, 4, 5, 6 oder mehr chemische Einheiten oder funktionelle Gruppen, umfassen, wobei nur eine der funktionellen Gruppen eine geeignete oder komplementäre funktionelle Gruppe (wie oben beschrieben) ist, die an einer chemischen Reaktion teilnimmt, um Segmente während des SOF-Bildungsprozesses miteinander zu verknüpfen. Die diversen anderen chemischen Einheiten oder funktionellen Gruppen, die auf dem Molekularbaustein vorhanden sind, sind chemischen Einheiten oder funktionelle Gruppen, die nicht geeignet oder komplementär sind, um an der spezifischen chemischen Reaktion teilzunehmen, mit der anfänglich vorhandene Segmente während des SOF-Bildungsprozesses miteinander verknüpft werden, und können somit keine weiteren benachbarten Molekularbausteine überbrücken. Nach Bildung des SOF können solche chemischen Einheiten und/oder funktionellen Gruppen jedoch für eine weitere Reaktion (ähnlich wie frei anhängende funktionelle Gruppen, wie nachstehend erörtert) mit zusätzlichen Komponenten verfügbar sein und somit die weitere Feinabstimmung und Einstellung der diversen Eigenschaften des gebildeten SOF oder das chemische Anbinden diverser anderer SOF-Schichten bei der Bildung von mehrschichtigen SOFs ermöglichen.
  • Bei Ausführungsformen können die Molekularbausteine x funktionelle Gruppen aufweisen (wobei x drei oder mehr ist) und können die Moleküle der Capping-Einheit ein Molekül der Capping-Einheit mit x – 1 funktionellen Gruppen umfassen, die eine geeignete oder komplementäre funktionelle Gruppe (wie oben beschrieben) sind und die an einer chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des SOF-Bildungsprozesses teilnehmen. Beispielsweise wäre X für Tris-(4-hydroxymethyl)triphenylamin (oben) drei und wäre x für den unten veranschaulichten Baustein, N,N,N',N'-Tetrakis-[(4-hydroxymethyl)phenyl]-biphenyl-4,4'-diamin, vier:
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  • Ein Molekül einer Capping-Einheit mit x – 1 funktionellen Gruppen, die geeignete oder komplementäre funktionelle Gruppen (wie oben beschrieben) sind und an einer chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des SOF-Bildungsprozesses teilnehmen, weist zwei funktionelle Gruppen (für einen Molekularbaustein wie z. B. Tris-(4-hydroxymethyl)triphenylamin) und drei funktionelle Gruppen (für N,N,N',N'-Tetrakis-[(4-hydroxymethyl)phenyl]-biphenyl-4,4'-diamin) auf, die eine geeignete oder komplementäre funktionelle Gruppe sind und an einer chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des SOF-Bildungsprozess teilnehmen. Die andere vorhandene funktionelle Gruppe kann eine chemische Einheit oder eine funktionelle Gruppe sein, die geeignet oder komplementär ist, um an der spezifischen chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des SOF-Bildungsprozesses teilzunehmen, und kann somit keine weiteren benachbarten Molekularbausteine überbrücken. Nach Bildung des SOF können solche funktionellen Gruppen jedoch für eine weitere Reaktion mit zusätzlichen Komponenten verfügbar sein und somit die weitere Feinabstimmung und Einstellung der diversen Eigenschaften des gebildeten SOF ermöglichen.
  • Bei Ausführungsformen kann die Capping-Einheit eine Mischung von Capping-Einheiten umfassen, wie z. B. eine beliebige Kombination einer ersten Capping-Einheit, einer zweiten Capping-Einheit, einer dritten Capping-Einheit, einer vierten Capping-Einheit usw., wobei die Struktur der Capping-Einheit variiert. Bei Ausführungsformen kann die Struktur einer Capping-Einheit oder einer Kombination von mehrere Capping-Einheiten so ausgewählt werden, dass die chemischen und physikalischen Eigenschaften des SOF entweder gesteigert oder verringert werden; oder die Identität der chemischen Einheiten oder einer oder mehrerer funktioneller Gruppen, die nicht geeignet oder komplementär sind, um an der chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des SOF-Bildungsprozesses teilzunehmen, kann variiert werden, um eine Mischung von Capping-Einheiten zu bilden. Somit kann der Typ der Capping-Einheit, die in das SOF-Gerüst eingebracht wird, so ausgewählt werden, dass eine gewünschte Eigenschaft des SOF eingebracht oder eingestellt wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Capping-Einheit ein oder mehrere Lochtransportmoleküle oder -materialien, wie weiter unten in Bezug auf die Ladungstransportschicht erörtert. Insbesondere umfassen veranschaulichende Ladungstransportmaterialien z. B. ein positives Lochtransportmaterial, das aus Verbindungen ausgewählt ist, die in der Hauptkette oder Seitenkette einen polycyclischen aromatischen Ring, wie z. B. Athracen, Pyren, Phenanthren, Coronen und dergleichen, oder einen stickstoffhaltigen Heteroring aufweisen, wie z. B. Indol-, Carbazol-, Oxazol-, Isoxazol-, Thiazol-, Imidazol-, Pyrazol-, Oxadiazol-, Pyrazolin-, Thiadiazol-, Triazol- und Hydrazonverbindungen. Typische Lochtransportmaterialien beinhalten Elektronendonatormaterialien wie z. B. Carbazol; N-Ethylcarbazol; N-Isopropylcarbazol; N-Phenylcarbazol; Tetraphenylpyren; 1-Methylpyren; Perylen; Chrysen; Anthracen; Tetraphen; 2-Phenylnaphthalen; Azopyren; 1-Ethylpyren; Acetylpyren; 2,3-Benzochrysen; 2,4-Benzopyren; 1,4-Brompyren; Poly(N-vinylcarbazol); Poly(vinylpyren); Poly(vinyltetraphen); Poly(vinyltetracen) und Poly(vinylperylen). Geeignete Elektronentransportmaterialien beinhalten Elektronenakzeptoren wie z. B. 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon; 2,4,5,7-Tetranitrofluorenon; Dinitroanthracen; Dinitroacriden; Tetracyanopyren; Dinitroanthrachinon; und Butylcarbonylfluorenmalononitril, siehe US-Patent Nr. 4,921,769 . Andere Lochtransportmaterialien umfassen Arylamine, die im US-Patent Nr. 4,265,990 beschrieben sind, wie z. B. N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(alkylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, wobei Alkyl aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Hexyl und dergleichen. Andere bekannte Ladungstransportschichtmoleküle können ausgewählt werden, wobei z. B. auf die US-Patente Nr. 4,921,773 und 4,464,450 verwiesen wird.
  • Durch Einbinden von überschüssigen Lochtransportmolekülen während der Bildung des SOF waren Capping-Einheiten von Lochtransportmolekülen in der Lage, an mehr als 50% der verfügbaren funktionellen Gruppe auf den Molekularbausteinen (aus denen die Linker entstehen) zu binden. Durch Einbinden dieser Unterbrechungen von Capping-Einheiten verbesserte sich die Bildqualität von mit den Abbildungselementen hergestellten Drucken unerwarteterweise. Auch wenn die Capping-Einheiten die Vernetzungshöhe im SOF-Netzwerk verringerten, wurde das Vorhandensein von Lochtransportmolekülen erhöht und verhinderte das Einfangen von Ladung während des xerographischen Cyclings, indem die Ladungsmobilität verbessert wurde. Es wurde gezeigt, dass die erhöhte Ladungsmobilität durch die SOF-Schicht Geisterbilderartefakte verringert.
  • Segment
  • Ein Segment ist der Teil des Molekularbausteins, der funktionelle Gruppen trägt, und umfasst alle Atome, die nicht mit funktionellen Gruppen assoziiert sind. Ferner bleibt die Zusammensetzung eines Molekularbausteinsegments nach SOF-Bildung unverändert. Bei Ausführungsformen kann der SOF ein erstes Segment mit einer Struktur enthalten, die wie jene eines zweiten Segments ist oder sich von dieser unterscheidet. Bei anderen Ausführungsformen können die Strukturen des ersten und/oder des zweiten Segments wie jene eines dritten Segments, eines vierten Segments, eines fünften Segments usw. sein oder sich von diesen unterscheiden. Ein Segment ist außerdem der Teil des Molekularbausteins, der eine veranlagte Eigenschaft bereitstellen kann. Veranlagte Eigenschaften sind weiter unten in den Ausführungsformen beschrieben.
  • Bei spezifischen Ausführungsformen umfasst das Segment des SOF zumindest ein Atom eines Elements, das nicht Kohlenstoff ist, wie z. B. zumindest ein Atom, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Silicium, Phosphor, Selen, Fluor, Bor und Schwefel.
  • Eine ausführliche Beschreibung von diversen beispielhaften Molekularbausteinen, Linkern, SOF-Typen, Strategien zur Synthese eines spezifischen SOF-Typs mit beispielhaften chemischen Strukturen, Bausteinen, deren symmetrischen Elemente umrissen sind, und Klassen von beispielhaften Molekularentitäten und Beispiele für Mitglieder jeder Klasse, die als Molekularbausteine für SOFs dienen können, sind in den US-Patentanmeldungen mit den fortl. Nr. 12/716,524; 12/716,449; 12/716,706; 12/716,324; 12/716,686; und 12/716,571, mit den Titeln ”Structured Organic Films”, ”Structured Organic Films Having an Added Functionality”, ”Mixed Solvent Process for Preparing Structured Organic Films”, ”Composite Structured Organic Films”. ”Process For Preparing Structured Organic Films (SOFs) Via a Pre-SOF” und ”Electronic Devices Comprising Structured Organic Films” zu finden.
  • Linker
  • Ein Linker ist eine chemische Einheit, die in einem SOF bei chemischer Reaktion zwischen funktionellen Gruppen entsteht, die auf den molekularen Bausteinen und/oder der Capping-Einheit vorhanden sind.
  • Ein Linker kann eine kovalente Bindung, ein einzelnes Atom oder eine Gruppe von kovalent gebundenen Atomen umfassen. Letzterer ist als kovalenter Bindungslinker definiert und kann z. B. eine einzelne kovalente Bindung oder eine doppelte kovalente Bindung sein und entsteht, wenn funktionelle Gruppen auf allen Partnerbausteinen gänzlich verloren gehen. Der letztere Linkertyp ist als chemischer Einheitslinker definiert und kann eine oder mehrere Atome umfassen, die durch einzelne kovalente Bindungen, doppelte kovalente Bindungen oder Kombinationen dieser beiden verbunden sein können. Atome, die in Verknüpfungsgruppen enthalten sind, entstammen aus Atomen, die in funktionellen Gruppen auf Molekularbausteinen vor dem SOF-Bildungsprozess vorhanden sind. Chemische Einheitslinker können hinlänglich bekannte chemische Gruppen wie z. B. Ester, Ketone, Amide, Imine, Ether, Urethane, Carbonate und dergleichen oder Derivate davon sein.
  • Beispielsweise wenn zwei funktionelle Hydroxyl-(––OH)-Gruppen verwendet werden, um Segmente in einem SOF über ein Sauerstoffatom zu verbinden, ist der Linker das Sauerstoffatom, das ebenfalls als Etherlinker beschrieben werden kann. Bei Ausführungsformen kann der SOF einen ersten Linker mit einer Struktur enthalten, die wie jene eines zweiten Linkers ist oder sich von dieser unterscheidet. Bei anderen Ausführungsformen können die Strukturen des ersten und/oder zweiten Linker wie jene eines dritten Linkers usw. sein oder sich von diesen unterscheiden.
  • Eine Capping-Einheit kann in SOF in einer beliebigen Höhe gebunden sein, solange das allgemeine SOF-Gerüst ausreichend aufrechterhalten wird. Bei Ausführungsformen beispielsweise kann eine Capping-Einheit an zumindest 0,1% aller Linker, aber nicht mehr als ungefähr 40% aller Linker gebunden sein, die in einem SOF vorhanden sind, wie z. B. ungefähr 0,5% bis ungefähr 30% oder ungefähr 2% bis ungefähr 20%. Wenn Capping-Einheiten an mehr als 50% der verfügbaren funktionellen Gruppen auf den Molekularbausteinen (aus denen die Linker entstehen) gebunden sind, können sich anstatt eines SOF vorwiegend Oligomere, lineare Polymere und Molekularbausteine, die mit Capping-Einheiten vollständig gecappt sind, bilden.
  • Bei spezifischen Ausführungsformen umfasst der Linker zumindest ein Atom eines Elements, das nicht Kohlenstoff ist, wie z. B. zumindest ein Atom, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Silicium, Phosphor, Selen, Fluor, Bor und Schwefel.
  • Bei Ausführungsformen enthält ein SOF Segmente, die sich nicht an den Rändern des SOF befinden, die durch Linker mit zumindest drei anderen Segmenten und/oder Capping-Gruppen verbunden sind. Bei Ausführungsformen umfasst der SOF beispielsweise zumindest einen symmetrischen Baustein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optimalen dreieckigen Bausteinen, verzerrten dreieckigen Bausteinen, optimalen vierflächigen Bausteinen, verzerrten vierflächigen Bausteinen, optimalen viereckigen Bausteinen und verzerrten viereckigen Bausteinen. Bei Ausführungsformen enthält SOF von Typ 2 und 3 zumindest einen Segmenttyp, der sich nicht an den Rändern des SOF befindet, der über Linker mit zumindest drei anderen Segmenten und/oder Capping-Gruppen verbunden ist. Bei Ausführungsformen umfasst der SOF beispielsweise zumindest einen symmetrischen Baustein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optimalen dreieckigen Bausteinen, verzerrten dreieckigen Bausteinen, optimalen vierflächigen Bausteinen, verzerrten vierflächigen Bausteinen, optimalen viereckigen Bausteinen und verzerrten viereckigen Bausteinen.
  • Bei Ausführungsformen umfasst der SOF eine Mehrzahl von Segmenten, wobei alle Segmente eine identische Struktur aufweisen, und eine Mehrzahl von Linkern, die eine identische Struktur aufweisen können, wobei die Segmente, die sich nicht an den Rändern des SOF befinden, über Linker mit zumindest drei anderen Segmenten und/oder Capping-Gruppen verbunden sind. Bei Ausführungsformen umfasst der SOF eine Mehrzahl von Segmenten, wobei die Mehrzahl von Segmenten zumindest ein erstes und ein zweites Segment umfasst, die sich strukturell unterscheiden, und wobei das erste Segment über Linker mit zumindest drei anderen Segmenten und/oder Capping-Gruppen verbunden ist, wenn es nicht am Rand des SOF liegt.
  • Bei Ausführungsformen umfasst der SOF eine Mehrzahl von Linkern, die einen ersten und einen zweiten Linker beinhalten, die sich strukturell unterscheiden, und umfasst die Mehrzahl von Segmenten entweder zumindest ein erstes und ein zweites Segment, die sich strukturell unterscheiden, wobei das erste Segment, wenn es am Rand des SOF liegt, mit zumindest drei anderen Segmenten und/oder Capping-Gruppen verbunden ist, wobei zumindest eine der Verbindungen über den ersten Linker erfolgt und zumindest eine der Verbindungen über den zweiten Linker erfolgt; oder Segmente, die allesamt eine identische Struktur aufweisen, und wobei die Segmente, die nicht an den Rändern des SOF liegen, über Linker mit zumindest drei anderen Segmenten und/oder Capping-Gruppen verbunden sind, wobei zumindest eine der Verbindungen über den ersten Linker erfolgt und zumindest eine der Verbindungen über den zweiten Linker erfolgt.
  • Metrische Parameter der SOFs
  • SOFs weisen ein beliebiges geeignetes Aspektverhältnis auf. Bei Ausführungsformen weisen SOFs Aspektverhältnisse von z. B. mehr als ungefähr 30:1 oder mehr als ungefähr 50:1 oder mehr als ungefähr 70:1 oder mehr als ungefähr 100:1, wie z. B. 1000:1, auf. Das Aspektverhältnis eines SOF ist als das Verhältnis dessen durchschnittlicher Breite oder dessen durchschnittlichen Durchmessers (d. h. die Dimension, die neben dessen Dicke am größten ist) zu dessen durchschnittlicher Dicke (d. h. dessen kürzeste Dimension) definiert. Der Ausdruck ”Aspektverhältnis”, wie hier verwendet, ist nicht an eine Theorie gebunden. Die längste Dimension eines SOF ist dessen Länge und wird bei Berechnung des SOF-Aspektverhältnisses nicht berücksichtigt.
  • Im Allgemeinen weisen SOFs Breiten und Längen oder Durchmesser von mehr als 500 Mikrometern auf, wie z. B. ungefähr 10 mm oder 30 mm. Die SOFs weisen in Bezug auf eine Einfachsegment-Dickschicht die folgenden veranschaulichenden Dicken auf: ungefähr 10 Angstrom bis ungefähr 250 Angstrom, wie z. B. ungefähr 20 Angstrom bis ungefähr 200 Angstrom, und in Bezug auf eine Mehrsegment-Dickschicht von ungefähr 20 nm bis ungefähr 5 mm, ungefähr 50 nm bis ungefähr 10 mm.
  • SOF-Dimensionen können unter Verwendung diverser Werkzeuge und Verfahren gemessen werden. Für eine Dimension von ungefähr 1 Mikrometer oder weniger ist die Rasterelektronenmikroskopie das bevorzugte Verfahren Für eine Dimension von ungefähr 1 Mikrometer oder mehr ist ein Mikrometer (oder Lineal) das bevorzugte Verfahren.
  • Mehrschichtige SOFs
  • Ein SOF kann eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten (d. h. zwei, drei oder mehr Schichten) umfassen. SOFs, die aus einer Mehrzahl von Schichten bestehen, können physikalisch verbunden (z. B. Dipol- und Wasserstoffbindung) oder chemisch verbunden sein. Physikalisch angebundene Schichten sind durch schwächere Interaktionen oder Adhäsion unter den Schichten gekennzeichnet; daher können physikalisch angebundene Schichten dazu neigen, sich voneinander abzulösen. Es wird erwartet, dass chemisch angebundene Schichten chemische Bindungen (z. B. kovalente oder ionische Bindungen) aufweisen oder zahlreiche physikalische oder intermolekulare (supramolekulare) Verschränkungen aufweisen, die benachbarte Schichten stark verknüpfen.
  • Aus diesem Grund ist es viel schwieriger, chemisch angebundenen Schichten abzulösen. Chemische Anbindungen zwischen Schichten können unter Verwendung von spektroskopischen Verfahren wie z. B. fokussierender Infrarot- oder Raman-Spektroskopie oder mit anderen Verfahren mit einer räumlichen Auflösung nachgewiesen werden, die chemische Spezies an Grenzflächen genau nachweisen kann. Wenn chemische Anbindungen zwischen Schichten andere chemische Spezies als jene innerhalb der Schichten selbst sind, ist es möglich, diese Anbindungen mit empfindlichen Massenanalysen wie z. B. Solid-State-Kernspinresonanzspektroskopie oder unter Verwendung von anderen Massenanalyseverfahren nachzuweisen.
  • Bei den Ausführungsformen kann der SOF eine einzelne Schicht (ein Segment dick oder mehrere Segmente dick) oder mehrere Schichten (wobei jede Schicht ein Segment dick oder mehrere Segmente dick ist) sein. ”Dicke” bezieht sich z. B. auf die kleinste Dimension des Films. Wie oben erörtert, sind Segmente in einem SOF Molekulareinheiten, die über Linker kovalent gebunden sind, um das Molekulargerüst des Films zu erzeugen. Die Dicke des Films kann auch in Bezug auf die Anzahl von Segmenten definiert werden, die entlang dieses Achse des Films gezählt wird, wenn der Film im Querschnitt betrachtet wird. Ein ”einschichtiger” SOF ist der einfachste Fall und bezieht sich z. B. auf den Fall, dass ein Film ein Segment dick ist. Ein SOF, bei dem zwei oder mehr Segmente entlang dieser Achse vorhanden sind, wird als ein ”mehrere Segmente” dicker SOF bezeichnet.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung von physikalisch angebundenen mehrschichtigen SOFs beinhaltet: (1) Bilden einer SOF-Basisschicht, die mit einem ersten Härtungszyklus gehärtet werden kann, und (2) Bilden einer zweiten reaktiven Nassschicht auf der Basisschicht, gefolgt von einem zweiten Härtungszyklus und nach Wunsch Wiederholen des zweiten Schritts zur Bildung einer dritten Schicht, einer vierten Schicht usw. Die physikalisch gestapelten mehrschichtigen SOFs weisen eine Dicke von mehr als ungefähr 20 Angstrom auf, wie z. B. die folgenden veranschaulichenden Dicken: ungefähr 20 Angstrom bis ungefähr 10 cm, ungefähr 1 nm bis ungefähr 10 mm oder ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 5 mm. Grundsätzlich ist die Anzahl der Schichten, die physikalisch gestapelt werden können, bei diesem Verfahren nicht begrenzt.
  • Bei Ausführungsformen wird ein mehrschichtiger SOF mithilfe eines Verfahrens zur Herstellung von chemisch angebundenen mehrschichtigen SOFs gebildet durch: (1) Bilden einer SOF-Basisschicht mit funktionellen Gruppen auf der Oberfläche (oder frei hängenden funktionellen Gruppen) aus einer ersten reaktiven Nassschicht, und (2) Bilden einer zweiten SOF-Schicht auf der Basisschicht aus einer zweiten reaktiven Nassschicht, die Molekularbausteine mit funktionellen Gruppen umfasst, die in der Lage sind, mit den frei hängenden funktionellen Gruppen auf der Oberfläche der SOF-Basisschicht zu reagieren. Bei weiteren Ausführungsformen kann ein gecappter SOF als Basisschicht dienen, wobei die vorhandenen funktionellen Gruppen, die nicht geeignet oder komplementär waren, um an der spezifischen chemischen Reaktion zur Verknüpfung von Segmenten miteinander während des Basisschicht-SOF-Bildungsprozesses teilzunehmen, für das Reagieren mit den Molekularbausteinen der zweiten Schicht verfügbar sein können, um einen chemisch gebundenen mehrschichtigen SOF zu bilden. Nach Wunsch sollte die Formulierung, die verwendet wird, um die zweite SOF-Schicht zu bilden, Molekularbausteine mit funktionellen Gruppen umfassen, die in der Lage sind, mit den funktionellen Gruppen aus der Basisschicht sowie zusätzlichen funktionellen Gruppen zu reagieren, die ermöglichen, dass eine dritte Schicht chemisch an die zweite Schicht angebunden wird. Die chemisch gestapelten mehrschichtigen SOFs weisen eine Dicke von mehr als ungefähr 20 Angstrom auf, wie z. B. die folgenden veranschaulichenden Dicken: ungefähr 20 Angstrom bis ungefähr 10 cm, ungefähr 1 nm bis ungefähr 10 mm oder ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 5 mm. Grundsätzlich ist die Anzahl der Schichten, die chemisch gestapelt werden können, bei diesem Verfahren nicht begrenzt.
  • Bei Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur Herstellung von chemisch angebundenen mehrschichtigen SOFs das Fördern der chemischen Anbindung eines zweiten SOF an einen bestehenden SOF (Basisschicht) unter Verwendung eines kleinen Überschusses eines Molekularbausteins (wenn mehr als ein Molekularbaustein vorhanden ist) während des Prozesses, der verwendet wurde, um den SOF (Basisschicht) zu bilden, wodurch die auf diesem Molekularbaustein vorhandenen funktionellen Gruppen auf der Oberfläche der Basisschicht vorhanden sind. Die Oberfläche der Basisschicht kann mit einem Mittel behandelt werden, um die Reaktivität der funktionellen Gruppen zu verbessern oder um eine erhöhte Anzahl von funktionellen Gruppen zu erzeugen.
  • Bei einer Ausführungsform können die frei anhängenden funktionellen Gruppen oder chemischen Einheiten, die auf der Oberfläche eines SOF oder gecappten SOF vorhanden sind, verändert werden, um die Neigung für eine kovalente Anbindung einer bestimmten Klasse von Molekülen oder einzelnen Molekülen, wie z. B. SOFs, an eine Basisschicht oder ein beliebiges zusätzliches Substrat oder SOF-Schicht zu erhöhen (oder alternativ die kovalente Anbindung zu entgünstigen). Beispielsweise kann die Oberfläche einer Basisschicht, wie z. B. einer SOF-Schicht, die reaktive frei anhängende funktionelle Gruppen enthalten kann, durch Oberflächenbehandlung mit einer chemischen Capping-Gruppe stillgelegt werden (”pacified”). Beispielsweise kann eine SOF-Schicht mit frei anhängenden Hydroxylalkoholgruppen durch Behandlung mit Trimethylsilylchlorid stillgelegt werden, wodurch Hydroxylgruppen als stabile Trimethylsilylether gecappt werden. Alternativ kann die Oberfläche der Basisschicht mit einem nicht-chemischen Bindemittel, wie z. B. Wachs, behandelt werden, um eine Reaktion mit frei anhängenden funktionellen Gruppen von darauf folgenden Schichten zu blockieren.
  • Molekularbausteinsymmetrie
  • Die Molekularbausteinsymmetrie bezieht sich auf die Positionierung von funktionellen Gruppen (Fgs) um den Umfang der Molekularbausteinsegmente. Ohne sich auf eine chemische oder mathematische Theorie zu stützen, ist ein symmetrischer Molekularbaustein einer, bei dem die Positionierung von Fgs mit den Enden einer Stange, Scheitelpunkten einer regelmäßigen geometrischen Form oder Scheitelpunkten einer verzerrten Stange oder verzerrten geometrischen Form assoziiert sein kann. Beispielsweise ist die symmetrischste Option für Molekularbausteine, die vier Fgs enthalten, jene, deren Fgs sich mit den Ecken eines Quadrats oder den Apizes eines Tetraeders überlappen.
  • Aus den folgenden beiden Gründen werden symmetrische Bausteine bei Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet: (1) die Musterung von Molekularbausteinen lässt sich besser antizipieren, da die Verknüpfung von regelmäßigen Formen ein in der retikulären Chemie besser verstandener Prozess ist, und (2) die vollständige Reaktion zwischen Molekularbausteinen wird erleichtert, da fehlerhafte Konformationen/Ausrichtungen für weniger symmetrische Baublöcke angenommen werden können, die möglicherweise zahlreiche Verknüpfungsdefekte innerhalb SOFs auslösen können.
  • Bei Ausführungsformen enthält ein SOF vom Typ 1 Segmente, die sich nicht an den Rändern des SOF befinden, die durch Linker mit zumindest drei anderen Segmenten verbunden sind. Bei Ausführungsformen umfasst der SOF beispielsweise zumindest einen symmetrischen Baustein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optimalen dreieckigen Bausteinen, verzerrten dreieckigen Bausteinen, optimalen vierflächigen Bausteinen, verzerrten vierflächigen Bausteinen, optimalen viereckigen Bausteinen und verzerrten viereckigen Bausteinen. Bei Ausführungsformen enthält SOF von Typ 2 und 3 zumindest einen Segmenttyp, der sich nicht an den Rändern des SOF befindet, der über Linker mit zumindest drei anderen Segmenten verbunden ist. Bei Ausführungsformen umfasst der SOF beispielsweise zumindest einen symmetrischen Baustein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus optimalen dreieckigen Bausteinen, verzerrten dreieckigen Bausteinen, optimalen vierflächigen Bausteinen, verzerrten vierflächigen Bausteinen, optimalen viereckigen Bausteinen und verzerrten viereckigen Bausteinen.
  • Ausübung der Verknüpfungschemie
  • Bei Ausführungsformen kann eine Verknüpfungschemie erfolgen, wobei die Reaktion zwischen funktionellen Gruppen ein flüchtiges Nebenprodukt produziert, das während des Filmbildungsprozesses oder danach aus dem SOF größtenteils verdampft oder gelöscht werden kann, oder wobei kein Nebenprodukt gebildet wird. Die Verknüpfungschemie kann so gewählt werden, dass ein SOF für Anwendungen erzielt wird, bei denen das Vorhandensein von Verknüpfungschemienebenprodukten nicht erwünscht ist. Verküpfungschemiereaktionen können z. B. Kondensation, Addition/Eliminierung und Additionsreaktionen, wie z. B. jene, die Ester, Imine, Ether, Carbonate, Urethane, Amide, Acetale und Silylether produzieren, beinhalten.
  • Bei Ausführungsformen die Verknüpfungschemie über eine Reaktion zwischen Funktionsgruppen, die ein nicht-flüchtiges Nebenprodukt produzieren, das nach dem Filmbildungsprozess größtenteils innerhalb des SOF eingebunden bleibt. Die Verknüpfungschemie kann bei Ausführungsformen so ausgewählt werden, dass ein SOF für Anwendungen erzielt wird, bei denen das Vorhandensein von Verknüpfungschemienebenprodukten die Eigenschaften nicht beeinflusst, oder für Anwendungen, bei denen das Vorhandensein von Verknüpfungschemienebenprodukten die Eigenschaften eines SOF (wie z. B. das elektroaktive, hydrophobe oder hydrophile Wesen des SOF) verändern kann. Verknüpfungschemiereaktionen können z. B. Substitution, Metathese und metallkatalysierte Kopplungsreaktionen beinhalten, wie z. B. jene, die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen produzieren.
  • Für alle Verknüpfungschemien ist die Fähigkeit, die Rate und das Ausmaß der Reaktion zwischen Bausteinen über die Chemie zwischen funktionellen Gruppen von Bausteinen zu steuern, ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Gründe für das Steuern der Rate und des Ausmaßes der Reaktion können das Anpassen des Filmbildungsprozesses für unterschiedliche Beschichtungsverfahren und das Einstellen der mikroskopischen Anordnung von Bausteinen zum Erzielen eines periodischen SOF, wie in vorherigen Ausführungsformen definiert, beinhalten.
  • Angeborene Eigenschaften von COFs
  • COFs weisen angeborene Eigenschaften wie z. B. hohe Wärmestabilität (für gewöhnlich mehr als 400°C unter atmosphärischen Bedingungen); schlechte Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln (chemische Stabilität) und Porosität (können Gäste reversibel aufnehmen) auf. Bei Ausführungsformen können SOFs ebenfalls diese angeborenen Eigenschaften aufweisen.
  • Hinzugefügte Funktionalität von SOFs
  • Eine hinzugefügte Funktionalität beschreibt eine Eigenschaft, die herkömmlichen COFs nicht inhärent ist und durch die durch Auswahl von Molekularbausteinen auftreten kann, wobei die molekularen Zusammensetzungen die hinzugefügte Funktionalität im entstehenden SOF bereitstellen. Eine hinzugefügte Funktionalität kann auch bei Zusammenfügen von Molekularbausteinen und/oder Capping-Einheiten entstehen, die eine ”veranlagte Eigenschaft” für diese hinzugefügte Funktionalität aufweisen. Eine hinzugefügte Funktionalität kann auch beim Zusammenfügen von Molekularbausteinen ohne ”veranlagte Eigenschaft” für diese hinzugefügte Funktionalität entstehen, der entstehende SOF verfügt jedoch infolge der Verknüpfung von Segmenten (S) und Linkern in einen SOF über die hinzugefügte Funktionalität. Bei Ausführungsformen kann die hinzugefügte Funktionalität auch bei Addition und Zusammenfügen von Molekularbausteinen und Capping-Einheiten ohne ”veranlagte Eigenschaft” für diese Funktionalität entstehen, der entstehende SOF verfügt jedoch infolge der Verknüpfung von Segmenten, Linkern und Capping-Einheiten in einen SOF über die hinzugefügte Funktionalität. Eine hinzugefügte Funktionalität kann ferner aus der kombinierten Wirkung der Verwendung von Molekularbausteinen mit einer ”veranlagten Eigenschaft” für diese hinzugefügte Funktionalität auftreten, deren veranlagte Eigenschaft beim Verknüpfen der Segmente und Linker miteinander in einen SOF modifiziert oder verbessert wird.
  • Eine veranlagte Eigenschaft eine Molekularbausteins
  • Der Ausdruck ”veranlagte Eigenschaft” eines Molekularbausteins bezieht sich z. B. auf eine Eigenschaft, von der bekannt ist, dass sie bei gewissen molekularen Zusammensetzungen besteht, oder eine Eigenschaft, die von einem Fachmann bei Prüfung der molekularen Zusammensetzung eines Segments angemessen identifizierbar ist. Wie hier verwendet, beziehen sich die Ausdrücke ”veranlagte Eigenschaft” und ”hinzugefügte Funktionalität” auf die gleiche allgemeine Eigenschaft (z. B. hydrophob, elektroaktiv usw.), eine ”veranlagte Eigenschaft” wird jedoch im Kontext des Molekularbausteins verwendet und eine ”hinzugefügte Funktionalität” im Kontext des SOF.
  • Das hydrophobe (superhydrophobe), hydrophile, lipophobe (superlipophobe), lipophile, photochrome und/oder elektroaktive (Leiter, Halbleiter, Ladungstransportmaterial) Wesen eines SOF sind einige Beispiele für die Eigenschaften, die eine ”hinzugefügte Funktionalität” eines SOF darstellen können. Diese und andere hinzugefügte Funktionalitäten können aus den veranlagten Eigenschaften der Molekularbausteine entstehen oder können aus Bausteinen entstehen, die die jeweilige hinzugefügte Funktionalität, die beim SOF beobachtet wird, nicht aufweisen.
  • Der Ausdruck ”hydrophob” (superhydrophob) bezieht sich z. B. auf die Eigenschaft des Abstoßens von Wasser oder anderen polaren Spezies wie z. B. Methanol, außerdem steht es für die Unfähigkeit, Wasser zu absorbieren und/oder infolge zu quellen. Ferner impliziert hydrophob die Unfähigkeit, starke Wasserstoffbindungen mit Wasser oder anderen wasserstoffbindenden Spezies zu bilden. Hydrophobe Materialien sind für gewöhnlich dadurch gekennzeichnet, dass sie Wasserkontaktwinkeln von mehr als 90° aufweisen, und superhydrophobe Materialien weisen Wasserkontaktwinkeln von mehr als 150° auf, laut Messung unter Verwendung eines Kontaktwinkelgoniometers oder einer ähnlichen Vorrichtung.
  • Der Ausdruck ”hydrophil” bezieht sich z. B. auf die Eigenschaft des Anziehens, Adsorbierens oder Absorbierens von Wasser oder anderen polaren Spezies oder eine Oberfläche, die durch eine solche Spezies leicht zu benetzen ist. Hydrophile Materialien sind für gewöhnlich dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Wasserwinkel von weniger als 20° aufweisen, laut Messung unter Verwendung eines Kontaktwinkelgoniometers oder einer ähnlichen Vorrichtung. Hydrophilie kann auch durch das Quellen eines Materials durch Wasser oder eine andere polare Spezies oder eines Materials, das Wasser oder eine andere polarer Spezies durch sich selbst diffundieren oder transportieren kann, gekennzeichnet sein. Hydrophilie ist ferner durch die Fähigkeit gekennzeichnet, starke und zahlreiche Wasserstoffbindungen mit Wasser oder anderen wasserstoffbindenden Spezies zu bilden.
  • Der Ausdruck ”lipophob” (oleophob) bezieht sich z. B. auf die Eigenschaft des Abstoßens von Öl oder anderen nicht-polaren Spezies wie Alkanen, Fetten und Wachsen. Lipophobe Materialien sind für gewöhnlich durch Ölkontaktwinkel von mehr als 90° gekennzeichnet, laut Messung unter Verwendung eines Kontaktwinkelgoniometers oder einer ähnlichen Vorrichtung.
  • Der Ausdruck ”lipophil” (oleophil) bezieht sich z. B. auf die Eigenschaft des Anziehens von Öl und anderen nicht-polaren Spezies wie Alkanen, Fetten und Wachsen oder eine Oberfläche, die durch solche Spezies leicht zu benetzen ist. Lipophile Materialien sind für gewöhnlich durch einen Kontaktwinkel gekennzeichnet, der laut Messung unter Verwendung von z. B. eines Kontaktwinkelgoniometers gering bis null ist. Lipophilie kann auch durch Quellen eines Materials durch Hexan oder andere nicht-polare Flüssigkeiten gekennzeichnet sein.
  • Der Ausdruck ”photochrom” bezieht sich z. B. auf die Fähigkeit, bei Aussetzung gegenüber elektromagnetischer Strahlung umkehrbare Farbänderungen zu zeigen. SOF-Zusammensetzungen, die photochrome Moleküle enthalten, können hergestellt werden und zeigen bei Aussetzung gegenüber elektromagnetischer Strahlung umkehrbare Farbänderungen. Diese SOFs können die hinzugefügte Funktionalität des Photochromismus aufweisen. Die Widerstandsfähigkeit von photochromen SOFs kann es möglich machen, dass sie in vielen Anwendungen verwendet werden, wie z. B. photochrome SOFs für löschbares Papier und lichtreagierende Filme für Fenstertönung/-verdunkelung und Augenschutz. SOF-Zusammensetzungen können ein beliebiges geeignetes photochromes Molekül enthalten, wie z. B. ein difunktionelles photochromes Molekül als SOF-Molekularbausteine (chemisch in die SOF-Struktur gebunden), ein monofunktionelles photochromes Molekül als SOF-Capping-Einheiten (chemisch in die SOF-Struktur gebunden, oder nicht-funktionalisierte photochrome Moleküle in einem SOF-Verbundstoff (nicht chemisch in die SOF-Struktur gebunden). Photochrome SOFs können ihre Farbe bei Aussetzung gegenüber ausgewählten Lichtwellenlängen ändern und die Farbänderung kann reversibel sein.
  • SOF-Zusammensetzungen, die photochrome Moleküle enthalten, die chemisch an die SOF-Struktur binden, sind chemisch und mechanisch außergewöhnlich widerstandsfähige photochrome Materialien. Solche photochromen SOF-Materialien zeigen gegenüber verfügbaren polymeren Alternativen viele bessere Eigenschaften, wie z. B. hohe Anzahl von umkehrbaren Farbänderungsprozessen.
  • Der Ausdruck ”elektroaktiv” bezieht sich z. B. auf die Eigenschaft, elektrische Ladung (Elektronen und/oder Löcher) zu transportieren. Elektroaktive Materialien umfassen Leiter, Halbleiter und Ladungstransportmaterialien. Leiter sind als Materialien definiert, die elektrische Ladung bei Vorhandensein eines Potenzialunterschieds leicht transportieren. Halbleiter sind als Materialien definiert, die Ladung nicht inhärent leiten, aber bei Vorhandensein eines Potenzialunterschieds und angelegten Reizen, wie z. B. eines elektrischen Felds, elektromagnetischer Strahlung, Wärme und dergleichen, leitfähig werden. Ladungstransportmaterialien sind als Materialien definiert, die Ladung transportieren können, wenn Ladung von einem anderen Material, wie z. B. Farbstoff, Pigment oder Metall, bei Vorhandensein eines Potenzialunterschieds eingebracht wird.
  • Leiter können ferner als Materialien definiert werden, die ein Signal von ungefähr 0,1 bis ungefähr 107 S/cm laut Potenziometer ausgeben.
  • Halbleiter können ferner als Materialien definiert werden, die bei Vorhandensein von angelegten Reizen, wie z. B. einem elektrischen Feld, elektromagnetischer Strahlung, Wärme und dergleichen, ein Signal von ungefähr 10–6 bis ungefähr 104 S/cm laut Potenziometer ausgeben. Alternativ können Halbleiter als Materialien definiert werden, die eine Elektronen- und/oder Lochbeweglichkeit im Bereich von 10–10 bis ungefähr 106 cm2V–1s–1, gemessen mithilfe von Flugzeitmethoden, aufweisen, wenn sie angelegten Reizen wie z. B. einem elektrischen Feld, elektromagnetischer Strahlung, Wärme und dergleichen ausgesetzt werden.
  • Ladungstransportmaterialien können ferner als Materialien definiert werden, die eine Elektronen- und/oder Lochbeweglichkeit im Bereich von 10–10 bis ungefähr 106 cm2V–1s–1 aufweisen, gemessen mithilfe von Flugzeitmethoden. Es sei angemerkt, dass Ladungstransportmaterialien unter gewissen Umständen als Halbleiter klassifiziert werden können.
  • SOFs mit einer hydrophoben hinzugefügten Funktionalität können mithilfe von Molekularbausteinen hergestellt werden, die hydrophobe veranlagte Eigenschaften und/oder eine raue, texturierte oder poröse Oberfläche im Submikrometer- bis Mikrometermaßstab aufweisen. Ein Dokument, das Materialien mit einer rauen, strukturierten oder porösen Oberfläche im Submikrometer- bis Mikrometerbereich als hydrophob beschreibt, wurde von Cassie und Baxter verfasst (Cassie, A. B. D.; Baxter, S. Trans. Faraday Soc., 1944, 40, 546).
  • Molekularbausteine, die stark fluorierte Segmente umfassen oder tragen, weisen hydrophobe veranlagte Eigenschaften auf und können zu SOFs mit einer hydrophoben hinzugefügten Funktionalität führen. Stark fluorierte Segmente sind als die Anzahl von Fluoratomen auf dem einen oder den mehreren Segmenten geteilt durch die Anzahl von Wasserstoffatomen auf dem einen oder den mehreren Segmenten größer als 1 definiert. Fluorierte Segmente, bei denen es sich um nicht stark fluorierte Segmente handelt, können auch zu SOFs mit hydrophober hinzugefügter Eigenschaft führen.
  • Die oben erwähnten fluorierten Segmente können z. B. Tetrafluorhydrochinon, Perfluoradipinsäurehydrat, 4,4'-(Hexafluorisopropyliden)diphthalsäureanhydrid, 4,4'-(Hexafluorisopropyliden)diphenol und dergleichen umfassen.
  • SOFs mit einer rauen, texturierten oder porösen Oberfläche im Submikrometer-bis Mikrometerbereich können ebenfalls hydrophob sein. Die raue, texturierte oder poröse SOF-Oberfläche kann aus frei anhängenden funktionellen Gruppen an der Filmoberfläche oder aus der Struktur des SOF entstehen. Die Art des Musters und der Grad der Musterung hängen von der Geometrie der Molekularbausteine und der Effizienz der Verknüpfungschemie ab. Die Kenngröße, die zu einer Oberflächenrauheit oder -textur führt, beträgt ungefähr 100 nm bis ungefähr 10 μM, beispielsweise ungefähr 500 nm bis ungefähr 5 μM.
  • SOFs mit einer hydrophilen hinzugefügten Funktionalität können unter Verwendung von Molekularbausteinen mit hydrophilen veranlagten Eigenschaften und/oder polare Verknüpfungsgruppen umfassend hergestellt werden.
  • Molekularbausteine, die Segmente mit polaren Substituenten umfassen, weisen hydrophile veranlagte Eigenschaften auf und können zu SOFs mit hydrophiler hinzugefügter Funktionalität führen. Der Ausdruck ”polare Substituenten” bezieht sich z. B. auf Substituenten, die Wasserstoffbindungen mit Wasser bilden können, und beinhalten z. B. Hydroxyl, Amino, Ammonium und Carbonyl (wie z. B. Keton, Carbonsäure, Ester, Amid, Carbonat und Harnstoff).
  • SOFs mit einer elektroaktiven hinzugefügten Funktionalität können unter Verwendung von Molekularbausteinen mit elektroaktiven veranlagten Eigenschaften hergestellt werden und/oder können durch das Zusammenfügen von konjugierten Segmenten und Linkern elektroaktiv sein. In den folgenden Abschnitten werden Molekularbausteine mit veranlagten Lochtransporteigenschaften, veranlagten Elektronentransporteigenschaften und veranlagten Halbleitereigenschaften beschrieben.
  • SOFs mit hinzugefügter Lochtransportfunktionalität können durch Auswählen von Segmentkernen, wie z. B. Triarylaminen, Hydrazonen ( US-Patent Nr. 7,202,002 B2 von Tokarski et al.) und Enaminen ( US-Patent Nr. 7,416,824 B2 von Kondoh et al.), mit den folgenden allgemeinen Strukturen erhalten werden:
    Figure DE102016202711A1_0003
  • Der Segmentkern, der ein Triarylamin umfasst, ist durch die folgende allgemeine Formel dargestellt:
    Figure DE102016202711A1_0004
    wobei Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 und Ar5 jeweils unabhängig eine substituierte oder unsubstituierte Arylgruppe darstellen oder Ar5 unabhängig eine substituierte oder unsubstituierte Arylengruppe darstellt und k 0 oder 1 darstellt, wobei zumindest zwei von Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 und Ar5 eine Fg (zuvor definiert) umfassen. Ar5 kann ferner beispielsweise als ein substituierter Phenylring, substituiertes/unsubstituiertes Phenylen, substituierte/unsubstituierte monovalent verknüpfte aromatische Ringe wie z. B. Biphenyl, Terphenyl und dergleichen oder substituierte/unsubstituierte fusionierte aromatische Ringe wie z. B. Naphthyl, Anthranyl, Phenanthryl und dergleichen definiert werden.
  • Segmentkerne mit hinzugefügter Lochtransportfunktionalität, die Arylamine umfassen, beinhalten z. B. Arylamine wie z. B. Triphenylamin, N,N,N',N'-Tetraphenyl-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, N,N'-Bis(4-butylphenyl)-N,N'-diphenyl-[p-terphenyl]-4,4''-diamin; Hydrazone wie z. B. N-Phenyl-N-methyl-3-(9-ethyl)carbazylhydrazon und 4-Diethylaminobenzaldehyd-1,2-diphenylhydrazon; und Oxadiazole wie z. B. 2,5-Bis(4-N,N'-diethylaminophenyl)-1,2,4-oxadiazol, Stilbene und dergleichen.
  • Molekularbausteine, die Triarylaminkernsegmente mit veranlagten Lochtransporteigenschaften umfassen, können von der Auflistung von chemischen Strukturen abgeleitet werden, die z. B. die unten angeführten beinhalten:
    Figure DE102016202711A1_0005
    Figure DE102016202711A1_0006
    Figure DE102016202711A1_0007
    Figure DE102016202711A1_0008
  • Der Segmentkern, der ein Hydrazon umfasst, ist durch die folgende allgemeine Formel dargestellt:
    Figure DE102016202711A1_0009
    wobei Ar1, Ar2 und Ar3 jeweils unabhängig eine Arylgruppe darstellen, die optional einen oder mehrere Substituenten enthält, und R ein Wasserstoffatom, eine Arylgruppe oder eine Alkylgruppe darstellt, die optional einen Substituenten enthält; wobei zumindest zwei von Ar1, Ar2 und Ar3 eine Fg (wie zuvor definiert) umfassen; und ein verwandtes Oxadiazol durch die folgende allgemeine Formel dargestellt ist:
    Figure DE102016202711A1_0010
    wobei Ar und Ar1 jeweils unabhängig eine Arylgruppe darstellen, die eine Fg (zuvor definiert) umfasst.
  • Molekularbausteine, die Hydrazon und Oxadiazolkernsegmente mit veranlagten Lochtransporteigenschaften umfassen, können von der Auflistung von chemischen Strukturen abgeleitet werden, die z. B. die unten angeführten beinhalten:
    Figure DE102016202711A1_0011
    Figure DE102016202711A1_0012
  • Der Segmentkern, der ein Enamin umfasst, ist durch die folgende allgemeine Formel dargestellt:
    Figure DE102016202711A1_0013
    wobei Ar1, Ar2, Ar3 und Ar4 jeweils unabhängig eine Arylgruppe darstellen, die optional einen oder mehrere Substituenten enthält, oder eine heterocyclische Gruppe, die optional einen oder mehrere Substituenten enthält, und R ein Wasserstoffatom, eine Arylgruppe oder eine Alkylgruppe darstellt, die optional einen Substituenten enthält; wobei zumindest zwei von Ar1, Ar2, Ar3 und Ar4 eine Fg (zuvor definiert) umfasst.
  • Molekularbausteine, die Enaminkernsegmente mit veranlagten Lochtransporteigenschaften umfassen, können von der Auflistung von chemischen Strukturen abgeleitet werden, die z. B. die unten angeführten beinhalten:
    Figure DE102016202711A1_0014
    Figure DE102016202711A1_0015
    Figure DE102016202711A1_0016
  • SOFs mit hinzugefügter Elektronentransportfunktionalität können durch Auswählen von Segmentkernen erhalten werden, die z. B. Nitrofluorenone, 9-Fluorenylidenmalononitrile, Diphenochinone und Naphthalentetracarbondiimide umfassen, mit den folgenden allgemeinen Strukturen:
    Figure DE102016202711A1_0017
  • Es sei angemerkt, dass die Carbonylgruppen von Diphenylchinonen im SOF-Bildungsprozess auch als Fgs agieren könnten.
  • SOFs mit hinzugefügter Halbleiterfunktionalität können durch Auswählen von Segmentkernen erhalten werden, wie z. B. Acenen, Thiophenen/Oligothiophenen/fusionierten Thiophenen, Perylenbisimiden oder Tetrathiofulvalenen und Derivaten davon, mit den folgenden allgemeinen Strukturen:
    Figure DE102016202711A1_0018
  • Der SOF kann ein p-Typ-Halbleiter, ein n-Typ-Halbleiter oder ein ambipolarer Halbleiter sein. Der SOF-Halbleitertyp hängt vom Wesen der Molekularbausteine ab. Molekularbausteine mit Elektronendonatoreigenschaft wie Alkyl-, Alkoxy-, Aryl- und Aminogruppen, wenn im SOF vorhanden, können den SOF zu einem p-Typ-Halbleiter machen. Alternativ können elektronenentziehende Molekularbausteine, wie z. B. Cyano-, Nitro-, Fluor-, fluorierte Alkyl- und fluorierte Arylgruppen, den SOF zum n-Typ-Halbleiter machen.
  • Molekularbausteine, die Acenkernsegmente mit veranlagten Halbleitereigenschaften umfassen, können von der Auflistung von chemischen Strukturen abgeleitet werden, die z. B. die unten angeführten beinhalten:
    Figure DE102016202711A1_0019
    Figure DE102016202711A1_0020
  • Molekularbausteine, die Thiophen-/Oligothiophen-/fusionierte Thiophenkernsegmente mit veranlagten Halbleitereigenschaften umfassen, können von der Auflistung von chemischen Strukturen abgeleitet werden, die z. B. die unten angeführten beinhalten:
    Figure DE102016202711A1_0021
    Figure DE102016202711A1_0022
    Figure DE102016202711A1_0023
  • Beispiele für Molekularbausteine, die Perylenbisimidkernsegmente mit veranlagten Halbleitereigenschaften umfassen, können von der nachstehenden chemischen Struktur abgeleitet sein:
    Figure DE102016202711A1_0024
  • Molekularbausteine, die Tetrathiofulvalenkernsegmente mit veranlagten Halbleitereigenschaften umfassen, können von der Auflistung von chemischen Strukturen abgeleitet werden, die z. B. die unten angeführten beinhalten:
    Figure DE102016202711A1_0025
    Figure DE102016202711A1_0026
    wobei Ar jeweils unabhängig eine Arylgruppe darstellt, die optional einen oder mehrere Substituenten enthält, oder eine heterocyclische Gruppe, die optional einen oder mehrere Substituenten enthält. Gleichermaßen hängt die Elektroaktivität von mit diesen Molekularbausteinen hergestellten SOFs von dem Wesen der Segmente, dem Wesen der Linker und der Ausrichtung der Segmente innerhalb des SOF ab. Man geht davon aus, dass Linker, die bevorzugte Ausrichtungen der Segmenteinheiten im SOF begünstigen, zu einer höheren Elektroaktivität führen.
  • Prozess zum Herstellen eines gecappten strukturierten organischen Films (SOF)
  • Der Prozess zum Herstellen von gecappten SOFs (die nachstehend als ein ”SOF” bezeichnet werden können) umfasst für gewöhnlich eine ähnliche Anzahl von Aktivitäten oder Schritten (nachstehend ausgeführt), die für die Herstellung eines nicht-gecappten SOF verwendet wird. Die Capping-Einheit kann entweder während Schritt a, b oder c hinzugefügt werden, je nach der gewünschten Verteilung der Capping-Einheit im entstehenden SOF. Beispielsweise wenn erwünscht ist, dass die Verteilung der Capping-Einheit Ober den entstehenden SOF hinweg im Wesentlichen gleichmäßig ist, kann die Capping-Einheit während Schritt a hinzugefügt werden. Wenn beispielsweise eine heterogenere Verteilung der Capping-Einheit erwünscht ist, kann das Hinzufügen der Capping-Einheit (wie z. B. durch Sprühen auf den Film, der während Schritt b oder während des Förderschritts von Schritt c gebildet wurde) alternativ während Schritt b und c erfolgen.
  • Der Prozess zum Herstellen von SOFs umfasst für gewöhnlich eine Reihe von Aktivitäten oder Schritten (unten angeführt), die in einer geeigneten Abfolge durchgeführt werden können, oder wobei zwei oder mehrere Aktivitäten gleichzeitig oder in zeitlich enger Abfolge durchgeführt werden:
    Ein Prozess zum Herstellen eines strukturierten organischen Films, der umfasst:
    • (a) Herstellen eines flüssigkeitshaltigen Reaktionsgemischs, das eine Mehrzahl von molekularen Bausteinen umfasst, wobei jeder davon ein Segment und eine Anzahl von funktionellen Gruppen umfasst;
    • (b) Ablagern des Reaktionsgemischs als nassen Film;
    • (c) Fördern einer Veränderung des nassen Films, der die Molekularbausteine enthält, zu einem trockenen Film, der den SOF umfasst, umfassend eine Mehrzahl der Segmente und eine Mehrzahl von Linkern, die als kovalentes organisches Gerüst angeordnet sind, wobei das kovalente organische Gerüst auf makroskopischer Ebene ein Film ist;
    • (d) optionales Entfernen des SOF vom Beschichtungssubstrat, um einen freistehenden SOF zu erhalten;
    • (e) optionales Verarbeiten des freistehenden SOF in eine Rolle;
    • (f) optionales Schneiden und Säumen des SOF in ein Band; und
    • (g) optionales Durchführen des einen oder der mehreren obigen SOF-Bildungsprozesse an einem SOF (der gemäß dem einen oder den mehreren SOF-Bildungsprozessen hergestellt wurde) als Substrat für den einen oder die mehreren darauf folgenden SOF-Abbildungsprozesse.
  • Die obigen Aktivitäten oder Schritte können bei atmosphärischem, superatmosphärischem oder subatmosphärischem Druck durchgeführt werden. Der Ausdruck ”atmosphärischer Druck”, wie hier verwendet, bezieht sich auf einen Druck von ungefähr 1,01 bar (760 Torr). Der Ausdruck ”superatmosphärisch” bezieht sich auf Drücke, die zwar über atmosphärischem Druck liegen, jedoch unter 20 atm. Der Ausdruck ”subatmosphärischer Druck” bezieht sich auf Drücke unter atmosphärischem Druck. Bei einer Ausführungsform können die Aktivitäten oder Schritte bei oder nahe atmosphärischem Druck durchgeführt werden. Im Allgemeinen können Drücke von ungefähr 0,1 atm bis ungefähr 2 atm, wie z. B. ungefähr 0,5 atm bis ungefähr 1,5 atm oder 0,8 atm bis ungefähr 1,2 atm, praktischerweise verwendet werden.
  • Prozessaktion A: Herstellen des flüssigkeithaltigen Reaktionsgemischs
  • Das Reaktionsgemisch umfasst eine Mehrzahl von Molekularbausteinen, die in einer Flüssigkeit aufgelöst, suspendiert oder vermischt sind. Die Mehrzahl der Molekularbausteine kann von einem Typ oder von zwei oder mehr Typen sein. Wenn einer oder mehrere der Molekularbausteine eine Flüssigkeit sind, ist die Verwendung einer zusätzlichen Flüssigkeit optional. Katalysatoren können optional zum Reaktionsgemisch hinzugefügt werden, um eine SOF-Bildung zu ermöglichen oder die Kinetik der SOF-Bildung während der oben beschriebenen Aktion C zu modifizieren. Zusatzstoffe oder Sekundärkomponenten können optional zum Reaktionsgemisch hinzugefügt werden, um die physikalischen Eigenschaften des entstehenden SOF zu verändern.
  • Die Reaktionsgemischkomponenten (Molekularbausteine, optional eine Capping-Einheit, Flüssigkeit, optional Katalysatoren und optional Zusatzstoffe) werden in einem Gefäß kombiniert. Die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten des Reaktionsgemischs kann variieren; für gewöhnlich wird jedoch der Katalysator zuletzt hinzugefügt. Bei bestimmten Ausführungsformen werden die Molekularbausteine ohne Katalysator in der Flüssigkeit erhitzt, um die Auflösung der Molekularbausteine zu unterstützen. Das Reaktionsgemisch kann auch gemischt, gerührt, gemahlen oder dergleichen werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Formulierungskomponenten vor Ablagern des Reaktionsgemischs als nassen Film sicherzustellen.
  • Das Reaktionsgemisch kann bei Ausführungsformen vor Ablagerung als nasser Film erhitzt werden. Dies kann die Auflösung von einem oder mehreren der Molekularbausteine fördern und/oder die Viskosität des Reaktionsgemischs durch teilweise Reaktion des Reaktionsgemischs vor Ablagerung der nassen Schicht zur Bildung der Nassschicht erhöhen. Dieser Ansatz kann hingegen verwendet werden, um die Ladung der Molekularbausteine in der Reaktionsmischung zu erhöhen.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen muss das Reaktionsgemisch eine Viskosität aufweisen, die die abgelagerte Nassschicht unterstützt. Die Viskositäten des Reaktionsgemischs liegen im Bereich von ungefähr 10 bis ungefähr 50.000 cPs, wie z. B. von ungefähr 25 bis ungefähr 25.000 cPs oder von ungefähr 50 bis ungefähr 1.000 cPs.
  • Die Molekularbaustein- oder Capping-Einheit-Ladung oder die ”Ladung” im Reaktionsgemisch ist als das Gesamtgewicht der Molekularbausteine und optional der Capping-Einheiten und Katalysatoren geteilt durch das Gesamtgewicht des Reaktionsgemischs definiert. Bausteinladungen können im Bereich von ungefähr 3 bis 100% liegen, wie z. B. von ungefähr 5 bis ungefähr 50% oder von ungefähr 15 bis ungefähr 40%. Wenn ein flüssiger Molekularbaustein als einzige flüssige Komponente des Reaktionsgemischs verwendet wird (d. h. es wird keine weitere Flüssigkeit verwendet), beträgt die Bausteinladung ungefähr 100%. Die Capping-Einheit-Ladung kann so gewählt werden, dass die gewünschte Ladung der Capping-Gruppe erzielt wird. Abhängig vom Zeitpunkt der Zugabe der Capping-Einheit zum Reaktionsgemisch können Capping-Einheit-Ladungen z. B. im Bereich von ungefähr 3 bis 80 Gew.-%, wie z. B. ungefähr 5 bis ungefähr 50 Gew.-% oder ungefähr 15 bis ungefähr 40 Gew.-%, liegen.
  • Bei Ausführungsformen ist die theoretische Obergrenze für die Capping-Einheit-Molekularbaustein-Ladung im Reaktionsgemisch (flüssige SOF-Formulierung) die molare Menge an Capping-Einheiten, die die Anzahl von verfügbaren Verknüpfungsgruppen auf 2 pro Molekularbaustein in der flüssigen SOF-Formulierung verringert. Bei einer solchen Ladung kann eine wesentliche SOF-Bildung durch Erschöpfen (durch Reagieren mit der jeweiligen Capping-Gruppe) der Anzahl von verfügbaren verknüpfbaren funktionellen Gruppen pro Molekularbaustein wirksam gehemmt werden. In einer solchen Situation (wenn die Capping-Einheit-Ladung ausreichend ist, um zu gewährleisten, dass der molare Überschuss von verfügbaren Verknüpfungsgruppen geringer als 2 pro Molekularbaustein in der flüssigen SOF-Formulierung ist) beispielsweise können sich anstatt eines SOF vorwiegend Oligomere, lineare Polymere und Molekularbausteine, die mit Capping-Einheiten vollständig gecappt sind, bilden.
  • Bei Ausführungsformen kann die Capping-Einheit-Baustein-Ladung der flüssigen SOF-Formulierung verwendet werden, um die Konzentration von Capping-Einheiten, die schließlich in den trockenen SOF eingebunden werden, einzustellen. Somit kann die Verschleißrate des trockenen SOF des Abbildungselements oder einer bestimmten Schicht des Abbildungselements durch Auswählen einer vordefinierten Capping-Einheit-Baustein-Ladung der flüssigen SOF-Formulierung eingestellt oder moduliert werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die vordefinierte Capping-Einheit vor dem SOF-Bildungsprozesses auf einem Baustein vorinstalliert werden, oder bei spezifischen Ausführungsformen kann sie eine Baustein-Fg sein, die im SOF unreagiert bleibt, indem eine substöchiometrische Menge eines komplementären Bausteins verwendet wird. Bei Ausführungsformen kann eine wirksame Capping-Einheit und/oder eine wirksame Capping-Einheit-Konzentration im trockenen SOF kann gewählt werden, um die Verschleißrate des Abbildungselements zu senken oder die Verschleißrate des Abbildungselements zu erhöhen. Bei Ausführungsformen kann die Verschleißrate des Abbildungselements in Bezug auf ein nicht-gecapptes SOF, das das gleiche eine oder die gleichen mehreren Segmente und den gleichen einen oder die gleichen mehreren Linker umfasst, um zumindest ungefähr 2% pro 1000 Zyklen, wie z. B. um zumindest ungefähr 5% pro 100 Zyklen oder zumindest 10% pro 1000 Zyklen, verringert werden.
  • Im Reaktionsgemisch verwendete Flüssigkeiten können reine Flüssigkeiten sein, wie z. B. Lösungsmittel und/oder Lösungsmittelmischungen. Flüssigkeiten werden verwendet, um die Molekularbausteine und den Katalysator/die Modifikatoren im Reaktionsgemisch aufzulösen oder zu suspendieren. Die Auswahl der Flüssigkeit basiert im Allgemeinen auf dem Gleichgewicht der Löslichkeit/Dispersion der Molekularbausteine und einer bestimmten Bausteinladung, der Viskosität des Reaktionsgemischs und dem Siedepunkt der Flüssigkeit, der die Förderung der Nassschicht zum trockenen SOF beeinflusst. Geeignete Flüssigkeiten können Siedepunkte von ungefähr 30 bis ungefähr 300°C, wie z. B. von ungefähr 65°C bis ungefähr 250°C oder von ungefähr 100°C bis ungefähr 180°C, aufweisen.
  • Flüssigkeiten können Molekülklassen wie z. B. Alkan (Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan, Cyclohexan, Cycloheptan, Cyclooctan, Decalin); gemischte Alkane (Hexane, Heptane); verzweigte Alkane (Isooctan); aromatische Verbindungen (Toluol, o-, m-, p-Xylol, Mesitylen, Nitrobenzol, Benzonitril, Butylbenzol, Anilin); Ether (Benzylethylether, Butylether, Isoamylether, Propylether); cyclische Ether (Tetrahydrofuran, Dioxan), Ester (Ethylacetat, Butylacetat, Butylbutyrat, Ethoxyethylacetat, Ethylpropionat, Phenylacetat, Methylbenzoat); Ketone (Aceton, Methylethylketon, Methylisobutylketon, Diethylketon, Chloraceton, 2-Heptanon), cyclische Ketone (Cyclopentanon, Cyclohexanon), Amine (1°-, 2°- oder 3°-Amine, wie z. B. Butylamin, Diisopropylamin, Triethylamin, Diisopropylethylamin; Pyridin); Amide (Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidinon, N,N-Dimethylformamid); Alkohole (Methanol, Ethanol, n-, i-Propanol, n-, t-Butanol, 1-Methoxy-2-propanol, Hexanol, Cyclohexanol, 3-Pentanol, Benzylalkohol); Nitrile (Acetonitril, Benzonitril, Butyronitril), halogenierte aromatische Stoffe (Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Hexafluorbenzol), halogeniert Alkane (Dichlormethan, Chloroform, Dichlorethylen, Tetrachlorethan); und Wasser beinhalten.
  • Gemischte Flüssigkeiten, die ein erstes Lösungsmittel, ein zweites Lösungsmittel, ein drittes Lösungsmittel und so weiter umfassen, können im Reaktionsgemisch ebenfalls verwendet werden. Zwei oder mehr Flüssigkeiten können verwendet werden, um die Auflösung/Dispersion der Molekularbausteine zu unterstützen; und/oder die Molekularbausteinladung zu erhöhen; und/oder das Ablagern eines stabilen Nassfilms durch Unterstützen der Benetzung des Substrats und des Ablagerungsinstruments zu ermöglichen; und/oder die Förderung der Nassschicht zum trockenen SOF zu modulieren. Bei Ausführungsformen ist das zweite Lösungsmittel ein Lösungsmittel, dessen Siedepunkt oder Dampfdruckkurve oder Affinität für die Molekularbausteine sich von jenem bzw. jener des ersten Lösungsmittels unterscheidet. Bei Ausführungsformen weist eine erstes Lösungsmittel einen höheren Siedepunkt als das zweite Lösungsmittel auf. Bei Ausführungsformen weist das zweite Lösungsmittel einen Siedepunkt kleiner gleich ungefähr 100°C, wie z. B. im Bereich von ungefähr 30°C bis ungefähr 100°C oder im Bereich von ungefähr 40°C bis ungefähr 90°C oder ungefähr 50°C bis ungefähr 80°C, auf.
  • Bei Ausführungsformen weist das erste Lösungsmittel oder das Lösungsmittel mit dem höheren Siedepunkt, einen Siedepunkt größer gleich ungefähr 65°C, wie z. B. im Bereich von ungefähr 80°C bis ungefähr 300°C oder im Bereich von ungefähr 100°C bis ungefähr 250°C oder ungefähr 100°C bis ungefähr 180°C, auf. Das Lösungsmittel mit dem höheren Siedepunkt kann z. B. Folgendes beinhalten (der Wert in der Klammer ist der Siedepunkt der Verbindung): Amylbenzol (202°C), Isopropylbenzol (152°C), 1,2-Diethylbenzol (183°C), 1,3-Diethylbenzol (181°C), 1,4-Diethylbenzol (184°C), Cyclohexylbenzol (239°C), Dipenten (177°C), 2,6-Dimethylnaphthalen (262°C), p-Cymen (177°C), Kampferöl (160–185°C), Solvent Naphtha (110–200°C), cis-Decalin (196°C), trans-Decalin (187°C), Decan (174°C), Tetralin (207°C), Turpentinöl (153–175°C), Kerosen (200–245°C), Dodecan (216°C), Dodecylbenzol (verzweigt) und so weiter; Keton- und Aldehydlösungsmittel, wie z. B. Acetophenon (201,7°C), Isophoron (215,3°C), Phoron (198–199°C), Methylcyclohexanon (169,0–170,5°C), Methyl-n-heptylketon (195,3°C) und so weiter; Esterlφsungsmittel, wie z. B. Diethylphthalat (296,1°C), Benzylacetat (215,5°C), γ-Butyrolacton (204°C), Dibutyloxalat (240°C), 2-Ethylhexylacetat (198,6°C), Ethylbenzoat (213,2°C), Benzylformiat (203°C) und so weiter; Diethylsulfat (208°C), Sulfolan (285°C) und Halokohlenwasserstofflösungsmittel; veretherte Kohlenwasserstofflösungsmittel; Alkohollösungsmittel; Ether-/Acetallösungsmittel; polyhydrische Alkohollösungsmittel; Carbonsäureanhydridlösungsmittel; Phenollösungsmittel; Wasser; und Silikonlösungsmittel.
  • Das Verhältnis der gemischten Flüssigkeiten ist für den Fachmann erdenklich. Das volumenbezogene Verhältnis von Flüssigkeiten in einer binären vermischten Flüssigkeit kann ungefähr 1:1 bis ungefähr 99:1 betragen, wie z. B. ungefähr 1:10 bis ungefähr 10:1 oder ungefähr 1:5 bis ungefähr 5:1. Wenn n Flüssigkeiten verwendet werden, wobei n im Bereich von ungefähr 3 bis ungefähr 6 liegt, liegt die Menge jeder Flüssigkeit im Bereich von ungefähr 1% bis ungefähr 95%, so dass die Summe jedes Anteils der Flüssigkeit 100% ergibt.
  • Bei Ausführungsformen umfasst die gemischte Flüssigkeit zumindest ein erstes und ein zweites Lösungsmittel mit unterschiedlichen Siedepunkten. Bei weiteren Ausführungsformen kann dieser Unterschied des Siedepunkts zwischen dem ersten und dem zweiten Lösungsmittel ungefähr 0 bis ungefähr 150°C betragen, wie z. B. 0 bis ungefähr 50°C. Beispielsweise kann der Siedepunkt des ersten Lösungsmittels den Siedepunkt des zweiten Lösungsmittels um ungefähr 1°C bis ungefähr 100°C übersteigen, wie z. B. um ungefähr 5°C bis ungefähr 100°C oder um ungefähr 10°C bis ungefähr 50°C. Die gemischte Flüssigkeit kann zumindest ein erstes und ein zweites Lösungsmittel mit verschiedenen Dampfdrücken umfassen, wie z. B. Kombinationen von Lösungsmitteln mit hohem Dampfdruck und/oder Lösungsmitteln mit niedrigem Dampfdruck. Der Ausdruck ”Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck” bezieht sich z. B. auf ein Lösungsmittel mit einem Dampfdruck von zumindest ungefähr 1 kPa, wie z. B. ungefähr 2 kPa oder ungefähr 5 kPa. Der Ausdruck ”Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck” bezieht sich z. B. auf ein Lösungsmittel mit einem Dampfdruck von weniger als ungefähr 1 kPa, wie z. B. ungefähr 0,9 kPa oder ungefähr 0,5 kPa. Bei Ausführungsformen kann das erste Lösungsmittel ein Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck sein, wie z. B. Terpinol, Diethylengylkol, Ethylenglykol, Hexylenglykol, N-Methyl-2-pyrrolidon und Tri(ethylenglykol)dimethylether. Ein Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck ermöglicht ein schnelles Entfernen des Lösungsmittels durch Trocknen und/oder Verdampfen bei Temperaturen unter dem Siedepunkt. Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck können z. B. Aceton, Tetrahydrofuran, Toluol, Xylol, Ethanol, Methanol, 2-Butanon und Wasser beinhalten.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen gemischte Flüssigkeiten, die ein erstes Lösungsmittel, ein zweites Lösungsmittel, ein drittes Lösungsmittel und so weiter umfassen, im Reaktionsgemisch verwendet werden, können das Fördern der Veränderung des Nassfilms und das Bilden des trockenen SOF z. B. das Erhitzen des Nassfilms auf eine Temperatur über dem Siedepunkt des Reaktionsgemischs, um den trockenen SOF zu bilden; oder das Erhitzen des Nassfilms auf eine Temperatur über dem Siedepunkt des zweiten Lösungsmittels (unter der Temperatur des Siedepunkts des ersten Lösungsmittels), um das zweite Lösungsmittel zu entfernen, während das erste Lösungsmittel im Wesentlichen zurückbleibt, und danach nach dem im Wesentlichen Entfernen des zweiten Lösungsmittels das Entfernen des ersten Lösungsmittels durch Erhitzen der entstehenden Zusammensetzung bei einer Temperatur über oder unter dem Siedepunkt des ersten Lösungsmittels, um den trockenen SOF zu bilden; oder Erhitzen des Nassfilms unter dem Siedepunkt des zweiten Lösungsmittels, um das zweite Lösungsmittel (das ein Lösungsmittel mit hohem Dampfdruck ist) zu entfernen, während das erste Lösungsmittel im Wesentlichen zurückbleibt, und nach dem Entfernen des zweiten Lösungsmittels das Entfernen des ersten Lösungsmittels durch Erhitzen der entstehenden Zusammensetzung bei einer Temperatur über oder unter dem Siedepunkt des ersten Lösungsmittels, um den trockenen SOF zu bilden, umfassen.
  • Der Ausdruck ”im Wesentlichen Entfernen” bezieht sich z. B. auf eine Entfernung des jeweiligen Lösungsmittels von zumindest 90%, wie z. B. eine Entfernung des jeweiligen Lösungsmittels von ungefähr 95%. Der Ausdruck ”im Wesentlichen zurückbleibt” bezieht sich z. B. auf die Entfernen des jeweiligen Lösungsmittels von nicht mehr als 2%, wie z. B. das Entfernen des jeweiligen Lösungsmittels von nicht mehr als 1%.
  • Diese gemischten Flüssigkeiten können verwendet werden, um die Rate der Umwandlung von der Nassschicht zum SOF zu verlangsamen oder zu beschleunigen, um die Charakteristika der SOFs zu manipulieren. Beispielsweise bei Kondensations- und Additions-/Eliminierungsverknüpfungschemien können Flüssigkeiten wie z. B. Wasser, 1°-, 2°- oder 3°-Alkohole (wie z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, 1-Methoxy-2-propanol, tert-Butanol) verwendet werden.
  • Optional kann ein Katalysator im Reaktionsgemisch vorhanden sein, um die Bildung der Nassschicht zum trockenen SOF zu fördern. Die Auswahl und Verwendung des optionalen Katalysators hängen von den funktionellen Gruppen auf den Molekularbausteinen ab. Katalysatoren können homogen (aufgelöst) oder heterogen (nicht aufgelöst oder teilweise aufgelöst) sein und beinhalten Brönsted-Säuren (HCl(wässr.), Essigsäure, p-Toluolsulfonsäure, amingeschützte p-Toluolsulfonsäure wie z. B. Pyrridium-p-toluolsulfonat, Trifluoressigsäure), Lewis-Säuren (Bortrifluoretherat, Aluminiumtrichlorid); Brönsted-Basen (Metallhydroxide wie z. B. Natriumhydroxid, Lithiumhydroxid, Kaliumhydroxid; 1°-, 2°- oder 3°-Amine wie z. B. Butylamin, Diisopropylamin, Triethylamin, Diisopropylamin); Lewis-Basen (N,N-Dimethyl-4-aminopyridin); Metalle (Cu-Bronze); Metallsalze (FeCl3, AuCl3); und Metallkomplexe (ligierte Palladiumkomplexe, ligierte Rutheniumkatalysatoren). Typische Katalysatorladungen liegen im Bereich von ungefähr 0,01% bis ungefähr 25%, wie z. B. von ungefähr 0,1% bis ungefähr 5%, der Molekularbausteinladung im Reaktionsgemisch. Der Katalysator kann in der finalen SOF-Zusammensetzung vorhanden sein oder auch nicht.
  • Optional können Zusatzstoffe und Sekundärkomponenten wie z. B. Dotiermittel im Reaktionsgemisch und der Nassschicht vorhanden sein. Solche Zusatzstoffe oder Sekundärkomponenten können auch in einen trockenen SOF eingebunden werden. Zusatzstoffe oder Sekundärkomponenten können im Reaktionsgemisch und der Nassschicht oder in einem trockenen SOF homogen oder heterogen sein. Im Gegensatz zu Capping-Einheiten bezieht sich der Ausdruck ”Zusatzstoff” oder ”Sekundärkomponente” auf z. B. Atome oder Moleküle, die im SOF nicht kovalent gebunden, aber in der Zusammensetzung willkürlich verteilt sind. Geeignete Sekundärkomponenten und Zusatzstoffe sind in der US-Patentanmeldung mit der fortl. Nr. 12/716,324, Titel ”Composite Structured Organic Films”, beschrieben.
  • Bei Ausführungsformen können die Sekundärkomponenten ähnliche oder unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, um die beabsichtigte Eigenschaft des gecappten SOF zu betonen oder hybridisieren (synergistische Wirkungen oder verbessernde Wirkungen sowie die Fähigkeit zur Verringerung von inhärenten oder veranlagten Eigenschaften des gecappten SOF), so dass die Leistungsziele erreicht werden können. Beispielsweise verlängert das Dotieren der gecappten SOFs mit antioxidativen Verbindungen die Lebensdauer des gecappten SOF, indem Mechanismen des chemischen Abbaus verhindert werden. Darüber hinaus können Zusatzstoffe hinzugefügt werden, um die morphologischen Eigenschaften des gecappten SOF zu verbessern, indem die Reaktion eingestellt wird, die während des Förderns der Veränderung des Reaktionsgemischs auftritt, um den gecappten SOF zu bilden.
  • Prozessaktion B: Ablagern des Reaktionsgemischs als Nassfilm
  • Das Reaktionsgemisch kann mithilfe von Flüssigablagerungsverfahren als Nassfilm auf eine Vielzahl von Substraten aufgetragen werden. Die Dicke des SOF hängt von der Dicke des Nassfilms und der Molekularbausteinladung im Reaktionsgemisch ab. Die Dicke des Nassfilms hängt von der Viskosität des Reaktionsgemischs und dem Verfahren ab, das zum Ablagern des Reaktionsgemischs als Nassfilm verwendet wird.
  • Substrate beinhalten z. B. Polymere, Papiere, Metalle und Metalllegierungen, dotierte und undotierte Formen von Elementen der Gruppen III–VI des Periodensystems, Metalloxide, Metallchalkogenide und zuvor hergestellte SOFs oder gecappte SOFs. Beispiele für Polymerfilmsubstrate beinhalten Polyester, Polyolefine, Polycarboante, Polystyrole, Polyvinylchlorid, Block- und statistische Copolymere davon und dergleichen. Beispiele für metallische Oberflächen beinhalten metallisierte Polymere, Metallfolien, Metallplatten; gemischte Materialsubstrate wie z. B. Metalle, die auf Polymer-, Halbleiter-, Metalloxid- oder Glassubstraten strukturiert oder abgelagert sind. Beispiele für Substrate, die aus dotierten und undotierten Elementen der Gruppen aus dem Periodensystem bestehen, beinhalten Aluminium, Silicium, Silicium, n-dotiert mit Phosphor, Silicium, p-dotiert mit Bor, Zinn, Galliumarsenide, Blei, Galliumindiumphosphid und Indium. Beispiele für Metalloxide beinhalten Siliciumdioxid, Titandioxid, Indiumzinnoxid, Zinndioxid, Seleniumdioxid und Aluminiumoxid. Beispiele für Metallchalkogenide beinhalten Cadmiumsulfid, Cadmiumtellurid und Zinkselenid. Darüber hinaus wird verstanden, dass chemisch behandelte oder mechanisch modifizierte Formen der obigen Substrate innerhalb des Umfangs von Oberflächen bleiben, die mit dem Reaktionsgemisch beschichtet werden können.
  • Bei Ausführungsformen kann das Substrat z. B. aus Silicium, Glasplatte, Kunststofffilm oder -bogen zusammengesetzt sein. Bei baulich flexiblen Vorrichtungen kann ein Kunststoffsubstrat wie z. B. Polyester-, Polycarbonat- und Polyimidbögen und dergleichen verwendet werden. Die Dicke des Substrats kann ungefähr 10 Mikrometer bis mehr als 10 Millimeter betragen, mit einer beispielhaften Dicke von ungefähr 50 bis ungefähr 100 Mikrometer, insbesondere für ein flexibles Kunststoffsubstrat, und ungefähr 1 bis ungefähr 10 Millimeter für ein steifes Substrat wie Glas oder Silicium.
  • Das Reaktionsgemisch kann unter Verwendung diverser Flüssigkeitsablagerungsverfahren aufgetragen werden, beispielsweise Spin-Coating, Blade-Coating, Gewebebeschichtung, Tauchbeschichtung, Cup-Coating, Stangenbeschichtung, Siebdruck, Tintenstrahldruck, Sprühbeschichtung, Stanzen und dergleichen. Das Verfahren, das zum Ablagern der Nassschicht verwendet wird, hängt vom Wesen, der Größe und der Form des Substrats und der gewünschten Nassschichtdicke ab. Die Dicke der Nassschicht kann im Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 5 mm, wie z. B. von ungefähr 100 nm bis ungefähr 1 mm oder von ungefähr 1 μm bis ungefähr 500 μm liegen.
  • Bei Ausführungsformen kann bzw. können die Capping-Einheit und/oder die Sekundärkomponente nach Abschluss der oben beschriebenen Prozessaktion B eingebracht werden. Das Einbinden der Capping-Einheit und/oder der Sekundärkomponente auf diese Weise kann mithilfe eines beliebigen Mittels erzielt werden, das dazu dient, die Capping-Einheit und/oder die Sekundärkomponente homogen, heterogen oder als spezifisches Muster über den Nassfilm zu verteilen. Nach Einbringen der Capping-Einheit und/oder der Sekundärkomponente können darauf folgende Prozessaktionen durchgeführt werden, wobei mit Prozessaktion C fortgefahren wird.
  • Beispielsweise nach Abschluss der Prozessaktion B (d. h. nachdem das Reaktionsgemisch auf das Substrat aufgetragen werden kann), können eine oder mehrere Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponenten (Dotiermittel, Zusatzstoffe usw.) mithilfe eines beliebigen geeigneten Verfahrens zur Nassschicht hinzugefügt werden, wie z. B. durch Verteilen (z. B. Verstäuben, Sprühen, Gießen, Berieseln usw., abhängig davon, ob die Capping-Einheit und/oder die Sekundärkomponente ein Partikel, ein Pulver oder eine Flüssigkeit ist bzw. sind), der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente oben auf der Nassschicht. Die Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponenten können auf homogene oder heterogene Weise auf die gebildete Nassschicht aufgetragen werden, einschließlich diverser Muster, wobei die Konzentration oder Dichte der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente in spezifischen Bereichen verringert ist, so dass ein Muster von sich abwechselnden Banden hoher und geringer Konzentrationen der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente einer bestimmten Breite auf der Nassschicht gebildet wird. Bei Ausführungsformen kann das Auftragen der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente oben auf die Nassschicht dazu führen, dass ein Teil der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente in die Nassschicht diffundiert oder einsinkt und dadurch eine heterogene Verteilung der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente innerhalb der Dicke des SOF gebildet wird, so dass ein linearer oder nicht-linearer Konzentrationsgradient im entstehenden SOF erhalten werden kann, nachdem die Veränderung der Nassschicht zu einem trockenem SOF gefördert wurde. Bei Ausführungsformen können eine oder mehrere Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponenten zur oberen Oberfläche einer abgelagerten Nassschicht hinzugefügt werden, die nach Förderung einer Veränderung im Nassfilm zu einem SOF mit einer heterogenen Verteilung der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente im trockenem SOF führt. Je nach Dichte des Nassfilms und der Dichte der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente kann ein Großteil der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente schließlich in der oberen Hälfte (d. h. gegenüber dem Substrat) des trockenen SOF landen und kann ein Großteil der einen oder mehreren Capping-Einheiten und/oder Sekundärkomponente schließlich in der unteren Hälfte (d. h. dem Substrat benachbart) des trockenen SOF landen.
  • Prozessaktion C: Fördern der Änderung des Nassfilms zum trockenen SOF
  • Der Ausdruck ”Fördern” bezieht sich z. B. auf ein beliebiges geeignetes Verfahren, um eine Reaktion der Molekularbausteine zu erleichtern, wie z. B. eine chemische Reaktion der funktionellen Gruppen der Bausteine. Muss eine Flüssigkeit entfernt werden, um den trockenen Film zu bilden, bezieht sich ”Fördern” auch auf die Entfernung der Flüssigkeit. Eine Reaktion der Capping-Einheiten und Molekularbausteine und das Entfernen der Flüssigkeit können sequentiell oder gleichzeitig erfolgen. Bei Ausführungsformen kann die Capping-Einheit hinzugefügt werden, während das Fördern der Änderung des Nassfilms zum trockenen SOF erfolgt. Bei gewissen Ausführungsformen ist die Flüssigkeit auch einer der Molekularbausteine und in den SOF eingebunden. Der Ausdruck ”trockener SOF” bezieht sich z. B. auf im Wesentlichen trockene SOFs (wie z. B. gecappte SOFs), beispielsweise auf einen Flüssigkeitsgehalt von weniger als ungefähr 5 Gew.-% des SOF oder auf einen Flüssigkeitsgehalt von weniger als ungefähr 2 Gew.-% des SOF.
  • Bei Ausführungsformen der trockene SOF oder eine bestimmte Region des trockenen SOF (wie z. B. die Oberfläche einer Tiefe, die ungefähr 10% der Dicke des SOF entspricht, oder einer Tiefe, die ungefähr 5% der Dicke des SOF, des oberen Viertels des SOF oder der oben erörterten Bereiche entspricht) sind die Capping-Einheiten in Bezug auf die Gesamtmol der vorhandenen Capping-Einheiten und Segmente in einer Menge von größer gleich ungefähr 0,5 Mol-% vorhanden, wie z. B. ungefähr 1 Mol-% bis ungefähr 40 Mol-% oder ungefähr 2 Mol-% bis ungefähr 25 Mol-% in Bezug auf die Gesamtmol der vorhandenen Capping-Einheiten und Segmente. Beispielsweise wenn die Capping-Einheiten in Bezug auf die Gesamtmol der vorhandenen Capping-Einheiten und Segmente in einer Menge von ungefähr 0,5 Mol-% vorhanden sind, sind in der Probe ungefähr 0,05 Mol Capping-Einheiten und ungefähr 9,95 Mol Segmente vorhanden.
  • Das Fördern der Nassschicht zum Bilden eines trockenen SOF kann mithilfe eines beliebigen geeigneten Verfahrens erzielt werden. Das Fördern der Nassschicht zum Bilden eines trockenen SOF beinhaltet für gewöhnlich eine Wärmebehandlung, einschließlich z. B. eine Ofentrocknung, Infrarotbestrahlung (IR) und dergleichen, wobei die Temperaturen im Bereich von 40 bis 350°C und von 60 bis 200°C und von 85 bis 160°C liegen. Die Gesamterhitzungszeit kann im Bereich von ungefähr 4 Sekunden bis ungefähr 24 Stunden liegen, wie z. B. 1 Minute bis 120 Minuten oder 3 Minuten bis 60 Minuten.
  • Die IR-Förderung der Nassschicht zum COF-Film kann unter Verwendung eines IR-Erhitzungsmoduls erzielt werden, das über einem Bandtransportsystem angebracht ist. Es können diverse IR-Emitter verwendet werden, wie z. B. Kohlenstoff-IR-Emitter oder Kurzwellen-IR-Emitter (erhältlich von Heraerus). Zusätzliche veranschaulichende Informationen in Bezug auf Kohlenstoff-IR-Emitter oder Kurzwellen-IR-Emitter sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
    IR-Lampe Spitzenwellenlänge Anzahl von Lampen Modulleistung (kW)
    Kohlenstoff 2,0 Mikrometer 2-Twin-Röhrchen 4,6
    Kurzwelle 1,2–1,4 Mikrometer 2-Twin-Röhrchen 4,5
  • Prozessaktion D: Optionales Entfernen des gecappten SOF vom Beschichtungssubstrat, um einen freistehenden gecappten SOF zu erhalten
  • Bei Ausführungsformen ist ein freistehender SOF erwünscht. Freistehende gecappte SOFs können erhalten werden, wenn ein geeignetes Substrat mit niedriger Adhäsion verwendet wird, um die Ablagerung der Nassschicht zu unterstützen. Geeignete Substrate, die eine geringe Adhäsion am SOF aufweisen, können z. B. Metallfolien, metallisierte Polymersubstrate, Trennpapiere und SOFs, wie z. B. SOFs, die mit einer Oberfläche hergestellt wurden, die so verändert wurde, dass sie eine geringe Adhäsion oder eine verringerte Neigung zu Adhäsion oder Anhaftung aufweist, beinhalten. Das Entfernen des SOF vom Trägersubstrat kann durch den Fachmann mithilfe einer Vielzahl von Methoden erzielt werden. Beispielsweise kann das Entfernen des SOF vom Substrat durchgeführt werden, indem an einer Ecke oder einem Rand des Films begonnen wird und dies optional durch Führen des Substrats und des SOF über eine gekrümmte Oberfläche unterstützt wird.
  • Prozessaktion E: Optionales Verarbeiten des freistehenden SOF in eine Rolle
  • Optional kann ein freistehender SOF oder ein SOF, der von einem flexiblen Substrat getragen wird, zu einer Rolle verarbeitet werden. Der SOF kann zu Lagerungs-, Handhabungs- oder diversen anderen Zwecken in eine Rolle verarbeitet werden. Die anfängliche Krümmung der Rolle wird so gewählt, dass der SOF während des Rollprozesses nicht gekrümmt oder eingerissen wird.
  • Prozessaktion F: Optionales Schneiden und Säumen des SOF in eine Form, wie z. B. ein Band
  • Das Verfahren zum Schneiden und Säumen des SOF ähnelt jenem, das im US-Patent Nr. 5,455,136 , veröffentlicht am 3. Okt. 1995, (für Polymerfilme) beschrieben ist Ein SOF-Band kann aus einem einzelnen SOF, einem mehrschichtigen SOF oder einem aus einer Bahn geschnittenen SOF-Bogen hergestellt werden. Solche Bögen können rechteckig sein oder je nach Wunsch eine bestimmte Form aufweisen. Alle Seiten des einen oder der mehreren SOFs können die gleiche Länge aufweisen oder ein Paar von parallelen Seiten kann Länger als das andere Paar von parallelen Seiten sein. Die einen oder mehreren SOFs können zu Formen gebildet werden, beispielsweise durch Überlappverbindung von gegenüberliegenden Randendbereichen des SOF-Bogens zu einem Band. Für gewöhnlich wird an der Verbindungsstelle in den Randendbereichen ein Saum gebildet. Das Verbinden kann mithilfe eines beliebigen geeigneten Mittels erfolgen. Typische Verbindungsverfahren beinhalten z. B. Schweißen (einschließlich Ultraschall), Leimen, Verkleben, Heißdruckverschweißen und dergleichen. Verfahren wie z. B. Ultraschallschweißen sind wünschenswerte allgemeine Verfahren zum Verbinden von flexiblen Bögen, und zwar aufgrund ihrer Geschwindigkeit, Reinheit (keine Lösungsmittel) und Bildung eines dünnen und schmalen Saums.
  • Prozessaktion G: Optionales Verwenden eines SOF als Substrat für darauf folgenden SOF-Bildungsprozesse
  • Ein SOF kann als Substrat beim SOF-Bildungsprozess herangezogen werden, um einen mehrschichtigen strukturierten organischen Film bereitzustellen. Die Schichten eines mehrschichtigen SOF können chemisch gebunden sein oder in physikalischen Kontakt stehen. Chemisch gebundene mehrschichtige SOFs werden gebildet, wenn funktionelle Gruppen, die auf der Substrat-SOF-Oberfläche vorhanden sind, mit den Molekularbausteinen reagieren können, die in der abgelagerten Nassschicht vorhanden sind, die verwendet wurde, um die zweite Schicht aus strukturiertem organischen Film zu bilden. Mehrschichtige SOFs in physikalischem Kontakt dürfen nicht chemisch aneinander binden.
  • Ein SOF-Substrat kann vor Ablagerung der Nassschicht optional chemisch behandelt werden, um die chemische Anhaftung einer zweiten SOF-Schicht zu ermöglichen und zu fördern, so dass ein mehrschichtiger strukturierter organischer Film gebildet wird.
  • Alternativ kann ein SOF-Substrat vor Ablagerung der Nassschicht optional chemisch behandelt werden, um eine chemische Anhaftung einer zweiten SOF-Schicht (Oberflächenstilllegung) zu blockieren, so dass ein mehrschichtiger SOF mit physikalischem Kontakt gebildet wird.
  • Andere Verfahren, wie z. B. Laminierung von zwei oder mehr SOFs, können ebenfalls verwendet werden, um physikalisch kontaktierte mehrschichtige SOFs herzustellen.
  • Anwendungen von SOFs in Abbildungselementen wie z. B. Photorezeptorschichten
  • Repräsentative Strukturen eines elektrophotographischen Abbildungselements (z. B. eines Photorezeptors) sind in den 2–4 gezeigt. Diese Abbildungselemente sind mit einer Anti-Curl-Schicht 1, einem Trägersubstrat 2, einer elektrisch leitfähigen Massefläche 3, einer Ladungsblockierungsschicht 4, einer Haftschicht 5, einer Ladungserzeugungsschicht 6, einer Ladungstransportschicht 7, einer Mantelschicht 8 und einem Masseband 9 versehen. In 4 ersetzt eine Abbildungssicht 10 (die sowohl Ladungserzeugungsmaterial als auch Ladungstransportmaterial enthält) die separate Ladungserzeugungsschicht 6 und Ladungstransportschicht 7.
  • Wie aus den Figuren ersichtlich, können ein Ladungserzeugungsmaterial (LEM) und ein Ladungstransportmaterial (LTM) bei der Herstellung eines Photorezeptors entweder in Laminattypkonfiguration, bei der das LEM und LTM in unterschiedlichen Schichten vorgesehen sind (siehe z. B. die 2 und 3) oder in einer Einzelschichtkonfiguration, bei der die LEM und LTM in der gleichen Schicht vorgesehen sind (z. B. 4), abgelagert werden. Die Photorezeptoren können bei Ausführungsformen hergestellt werden, indem die Ladungserzeugungsschicht 6 und optional eine Ladungstransportschicht 7 über die elektrisch leitfähige Schicht aufgetragen werden. Die Ladungserzeugungsschicht und die Ladungstransportschicht (wenn vorhanden), können bei Ausführungsformen in jeder beliebigen Reihenfolge aufgetragen werden.
  • Anti-Curl-Schicht
  • Bei einigen Anwendungen kann eine optionale Anti-Curl-Schicht 1 vorgesehen sein, die organische oder anorganische filmbildende Polymere umfasst, die elektrisch isolierend oder leicht halbleitend sind. Die Anti-Curl-Schicht stellt Ebenheit und/oder Abriebbeständigkeit bereit.
  • Die Anti-Curl-Schicht 1 kann an der Rückseite des Substrats 2 gegenüber den Abbildungsschichten gebildet sein. Die Anti-Curl-Schicht kann neben dem filmbildendem Harz einen Adhäsionspromotor-Polyesterzusatzstoff beinhalten. Beispiele für filmbildende Harze, die als Anti-Curl-Schicht nützlich sind, beinhalten Polyacrylat, Polystyrol, Poly(4,4'-isopropylidendiphenylcarbonat), Poly(4,4'-cyclohexylidendiphenylcarbonat), Mischungen davon und dergleichen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
  • Zusatzstoffe können in der Anti-Curl-Schicht in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 40 Gew.-% der Anti-Curl-Schicht vorhanden sein. Zusatzstoffe beinhalten organische und anorganische Partikel, die die Verschleißbeständigkeit weiter verbessern und/oder Ladungsrelaxationeigenschaft bereitstellen können. Organische Partikel beinhalten Teflonpulver, Industrieruß und Graphitpartikel. Anorganische Partikel beinhalten isolierende und halbleitende Metalloxidpartikel wie z. B. Siliciumdioxid, Zinkoxid, Zinnoxid und dergleichen. Ein weiterer halbleitender Zusatzstoff sind die oxidierten Oligomersalze, wie im US-Patent Nr. 5,853,906 beschrieben. Die Oligomersalze sind oxidiertes N,N,N',N'-Tetra-p-tolyl-4,4'-biphenyldiaminsalz.
  • Typische Adhäsionspromotoren, die als Zusatzstoffe nützlich sind, beinhalten duPont 49.000 (duPont), Vitel PE-100, Vitel PE-200, Vitel PE-307 (Goodyear), Mischungen davon und dergleichen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Für gewöhnlich werden bezogen auf das Gewicht des filmbildenden Harzes ungefähr 1 bis ungefähr 15 Gew.-% Adhäsionspromotor für die Zugabe von filmbildendem Harz ausgewählt.
  • Die Dicke der Anti-Curl-Schicht beläuft sich für gewöhnlich auf ungefähr 3 Mikrometer bis ungefähr 35 Mikrometer, wie z. B. auf von ungefähr 10 Mikrometer bis ungefähr 20 Mikrometer oder auf ungefähr 14 Mikrometer.
  • Die Anti-Curl-Schicht kann in Form einer Lösung aufgetragen werden, die durch Auflösen des filmbildenden Harzes und des Adhäsionspromotors in einem Lösungsmittel wie Methylenchlorid hergestellt wurde. Die Lösung kann auf die Rückseite des Trägersubstrats (die den Abbildungsschichten gegenüber liegenden Seite) der Photorezeptorvorrichtung aufgetragen werden, z. B. durch Bahnbeschichtung oder durch andere Verfahren, die auf dem Gebiet bekannt sind. Das Beschichten der Mantelschicht und der Anti-Curl-Schicht kann gleichzeitig durch Bahnbeschichtung auf einen mehrschichtigen Photorezeptor erzielt werden, der eine Ladungstransportschicht, eine Ladungserzeugungsschicht, eine Haftschicht, eine Blockierschicht, eine Massefläche und ein Substrat umfasst. Die Nassfilmbeschichtung wird dann getrocknet, um die Anti-Curl-Schicht 1 zu produzieren.
  • Das Trägersubstrat
  • Wie oben ausgeführt, werden die Photorezeptoren hergestellt, indem zuerst ein Substrat 2, d. h. ein Träger, bereitgestellt wird. Das Substrat kann trüb oder im Wesentlichen transparent sein und kann ein oder mehrere beliebige weitere geeignete Materialien umfassen, die bestimmte erforderliche mechanische Eigenschaften aufweisen, wie z. B. die in den US-Patenten Nr. 4,457,994 ; 4,871,634 ; 5,702,854 ; 5,976,744 ; und 7,384,717 beschriebenen.
  • Das Substrat kann eine Schicht aus elektrisch nicht-leitfähigem Material oder eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material, wie z. B. eine anorganische oder organische Zusammensetzung, umfassen. Wenn ein nicht-leitfähiges Material verwendet wird, ist es womöglich notwendig, eine elektrisch leitfähige Massefläche über ein solches nicht-leitfähiges Material vorzusehen. Wenn ein leitfähiges Material als Substrat verwendet wird, ist eine separate Massefläche womöglich nicht erforderlich.
  • Das Substrat kann biegsam oder steif sein und eine Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen aufweisen, beispielsweise Bogen, Rolle, flexibles Endlosband, Bahn, Zylinder und dergleichen. Der Photorezeptor kann auf ein steifes, trübes, leitfähiges Substrat wie z. B. eine Aluminiumtrommel beschichtet sein.
  • Diverse Harze können als elektrisch nicht-leitfähige Materialien verwendet werden, einschließlich z. B. Polyestern, Polycarbonaten, Polyamiden, Polyurethanen und dergleichen. Ein solches Substrat kann ein im Handel erhältliches biaxial ausgerichtetes Polyester, bekannt als MYLARTM, erhältlich von E. I. duPont de Nemours & Co., MELINEXTM, erhältlich von ICI Americas Inc., oder HOSTAPHANTTM, erhältlich von American Hoechst Corporation, sein. Andere Materialien, aus denen das Substrat bestehen kann, beinhalten polymere Materialen wie z. B. Polyvinylfluorid, erhältlich als TEDLARTTM von E. I. duPont de Nemours & Co., Polyethylen und Polypropylen, erhältlich als MARLEXTM von Phillips Petroleum Company, Polyphenylensulfid, RYTONTM erhältlich von Phillips Petroleum Company, und Polyimide, erhältlich als KAPTONTM von E. I. duPont de Nemours & Co. Der Photorezeptor kann auch auf eine isolierende Kunststofftrommel beschichtet werden, mit der Maßgabe, dass eine leitfähige Massefläche zuvor auf dessen Oberfläche beschichtet wurde, wie oben beschrieben. Solche Substrate können gesäumt oder saumlos sein.
  • Wenn ein leitfähiges Substrat verwendet wird, kann ein beliebiges geeignetes leitfähiges Material verwendet werden. Beispielsweise kann das leitfähige Material Metallflocken, -pulver oder -fasern wie z. B. Aluminium, Titan, Nickel, Chrom, Messing, Gold, Edelstahl, Industrieruß, Graphit oder dergleichen in einem Bindeharz, einschließlich Metalloxiden, Sulfiden, Siliciden, quartären Ammoniumsalzzusammensetzungen, leitfähigen Polymeren wie z. B. Polyacetylen oder dessen Pyrolyse- oder dotierten Molekularprodukte, Ladungsübertragungskomplexe und Polyphenylsilan und dotierte Molekularprodukte von Polyphenylsilan beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Eine leitfähige Kunststofftrommel kann verwendet werden, wie auch eine leitfähige Metalltrommel aus einem Material wie Aluminium.
  • Die Dicke des Substrats hängt von diversen Faktoren ab, einschließlich der erforderlichen mechanischen Leistung und ökonomischer Aspekte. Die Dicke des Substrats liegt für gewöhnlich in einem Bereich von ungefähr 65 Mikrometern bis ungefähr 150 Mikrometer, beispielsweise ungefähr 75 Mikrometern bis ungefähr 125 Mikrometer, um eine optimale Biegsamkeit und eine minimale induzierte Oberflächenbiegespannung beim Wickeln um Rollen mit kleinem Durchmesser, z. B. Rollen mit einem Durchmesser von 19 mm, vorzusehen. Das Substrat für ein flexibles Band kann eine erhebliche Dicke, beispielsweise über 200 Mikrometer, oder eine minimale Dicke, beispielsweise weniger als 50 Mikrometer, aufweisen, mit der Maßgabe, dass keine unerwünschten Auswirkungen auf die finale photoleitfähige Vorrichtungen vorliegen. Wenn eine Trommel verwendet wird, sollte die Dicke ausreichend sein, um die notwendige Steifheit bereitzustellen. Diese beläuft sich für gewöhnlich auf ungefähr 1 bis 6 mm.
  • Die Oberfläche des Substrats, auf die eine Schicht aufzutragen ist, kann gereinigt werden, um eine stärkere Adhäsion einer solchen Schicht zu fördern. Die Reinigung kann z. B. durch Aussetzen der Oberfläche der Substratschicht gegenüber Plasmaentladung, Ionenbeschuss und dergleichen umgesetzt werden. Andere Verfahren wie z. B. Lösungsmittelreinigung können ebenfalls verwendet werden.
  • Unabhängig von der verwendeten Technik zum Bilden einer Metallschicht bildet sich bei den meisten Metallen auf der Außenfläche bei Luftaussetzung im Allgemeinen eine Dünnschicht aus Metalloxid. Somit ist beabsichtigt, dass, wenn andere Schichten, die die Metallschicht überlagern, als ”zusammenhängende” Schichten charakterisiert sind, diese überlagernden zusammenhängenden Schichten tatsächlich eine Metalloxiddünnschicht kontaktieren, die sich auf der Außenfläche der oxidierbaren Metallschicht gebildet hat.
  • Die elektrisch leitfähige Massefläche
  • Wie oben erwähnt, umfassen die hergestellten Photorezeptoren bei Ausführungsformen ein Substrat, das entweder elektrisch leitfähig oder elektrisch nicht-leitfähig ist. Wenn ein nicht-leitfähiges Material verwendet wird, muss eine elektrisch leitfähige Massefläche 3 herangezogen werden, wobei die Massefläche als die leitfähige Schicht agiert. Wenn ein leitfähiges Substrat verwendet wird, kann das Substrat als die leitfähige Schicht agieren, auch wenn eine leitfähige Massefläche ebenfalls vorgesehen werden kann.
  • Wenn eine elektrisch leitfähige Massefläche verwendet wird, wird sie über dem Substrat positioniert. Geeignete Materialien für die elektrisch leitfähige Massefläche beinhalten beispielsweise Aluminium, Zirkonium, Niob, Tantal, Vanadium, Hafnium, Titan, Nickel, Edelstahl, Chrom, Wolfram, Molybdän, Kupfer und dergleichen und Mischungen und Legierungen davon. Bei Ausführungsformen können Aluminium, Titan und Zirkonium verwendet werden.
  • Die Massefläche kann mithilfe von bekannten Beschichtungstechniken aufgetragen werden, wie z. B. Lösungsbeschichtung, Dampfabscheidung und Sputtern. Ein Verfahren zum Auftragen einer elektrisch leitfähigen Massefläche ist durch Vakuumabscheidung. Andere geeignete Verfahren können ebenfalls verwendet werden.
  • Bei Ausführungsformen kann die Dicke der Massefläche über einen im Wesentlichen großen Bereich variieren, je nach der optischen Transparenz und Flexibilität, die für das elektrophotoleitfähige Element gewünscht ist. Für eine flexible photoempfindliche Abbildungsvorrichtung kann die Dicke der leitfähigen Schicht zwischen ungefähr 20 Angström und ungefähr 750 Angström liegen; wie z. B. ungefähr 50 Angström bis ungefähr 200 Angström, um eine optimale Kombination von elektrischer Leitfähigkeit, Flexibilität und Lichtübertragung zu erhalten. Die Massefläche kann auf Wunsch jedoch auch trüb sein.
  • Die Ladungsblockierschicht
  • Nach Ablagerung einer beliebigen elektrisch leitfähigen Masseflächeschicht kann eine Ladungsblockierschicht 4 auf diese aufgetragen werden. Elektronenblockierschichten für positiv geladene Photorezeptoren ermöglichen, dass Löcher von der Abbildungsoberfläche des Photorezeptors hin zur leitfähigen Schicht wandern. Bei negativ geladenen Photorezeptoren kann eine geeignete Lochblockierschicht verwendet werden, die in der Lage ist, eine Barriere zu bilden, um die Locheinbringung von der leitfähigen Schicht in die gegenüberliegende photoleitfähige Schicht zu verhindern.
  • Wenn eine Blockierschicht verwendet wird, kann sie über der elektrisch leitfähigen Schicht positioniert werden. Der Ausdruck ”über”, wie hier in Verbindung mit vielen verschiedenen Typen von Schichten verwendet, sollte so verstanden werden, dass er nicht auf Fälle beschränkt ist, in denen die Schichten zusammenhängend sind. Vielmehr bezieht sich der Ausdruck ”über” z. B. auf die relative Platzierung der Schichten und beinhaltet den Einschluss nicht-spezifizierter Zwischenschichten.
  • Die Blockierschicht 4 kann Polymere wie z. B. Polyvinylbutyral, Epoxidharze, Polyester, Polysiloxane, Polyamide, Polyurethan und dergleichen; stickstoffhaltige Siloxane oder stickstoffhaltige Titanverbindungen wie z. B. Trimethoxysilylpropylethylendiam in, N-beta(Aminoethyl)-gamma-aminopropyltrimethoxysilan, Isopropyl-4-aminobenzolsulfonyltitanat, Di(dodecylbenzolsulfonyl)titanat, Isopropyldi(4-aminobenzoyl)isostearoyltitanat, Isopropyltri(N-ethylamino)titanat, Isopropyltrianthraniltitanat, Isopropyltri(N,N-dimethyl-ethylamino)titanat, Titan-4-aminobenzolsulfonatoxyacetat, Titan-4-aminobenzoatisostearatoxyacetat, gamma-Aminobutylmethyldimethoxysilan, gamma-Aminopropylmethyldimethoxysilan und gamma-Aminopropyltrimethoxysilan beinhalten, wie in den US-Patenten Nr. 4,338,387 ; 4,286,033 ; und 4,291,110 offenbart.
  • Die Blockierschicht kann kontinuierlich sein und eine Dicke im Bereich von beispielsweise ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 Mikrometer, wie z. B. von ungefähr 0,05 bis ungefähr 5 Mikrometer, aufweisen.
  • Die Blockierschicht 4 kann mithilfe einer beliebigen geeigneten Technik aufgetragen werden, wie z. B. Sprühen, Tauchbeschichtung, Zugstangenbeschichtung, Tiefdruckbeschichtung, Filmdruck, Luftrakelbeschichtung, Revers-Roll-Beschichtung, Vakuumabscheidung, chemische Behandlung und dergleichen. Für einen einfacheren Erhalt von Dünnschichten kann die Blockierschicht in Form einer verdünnten Lösung aufgetragen werden, wobei das Lösungsmittel nach Ablagerung der Beschichtung mithilfe herkömmlicher Techniken wie z. B. Vakuum, Erhitzen und dergleichen entfernt wird. Im Allgemeinen ist ein Gewichtsverhältnis von Blockierschichtmaterial und Lösungsmittel zwischen ungefähr 0,5:100 bis ungefähr 30:100, wie z. B. ungefähr 5:100 bis ungefähr 20:100, für eine Sprüh- und Tauchbeschichtung zufriedenstellend.
  • Die vorliegende Offenbarung stellt des Weiteren ein Verfahren zum Bilden des elektrophotographischen Photorezeptors bereit, wobei die Ladungsblockierschicht unter Verwendung einer Beschichtungslösung gebildet wird, die aus den kornförmigen Partikeln, den nadelförmigen Partikeln, dem Bindeharz und einem organischen Lösungsmittel zusammengesetzt ist.
  • Das organische Lösungsmittel kann ein Gemisch eines azeotropen Gemischs von C1-3-Niederalkohol und einem weiteren organischen Lösungsmittel sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Dichlormethan, Chloroform, 1,2-Dichlorethan, 1,2-Dichlorpropan, Toluol und Tetrahydrofuran. Die oben erwähnte azeotrope Mischung ist eine Gemischlösung, bei der eine Zusammensetzung der flüssigen Phase und eine Zusammensetzung der Dampfphase bei einem gewissen Druck miteinander in Kontakt gebracht werden, um ein Gemisch mit einem konstanten Siedepunkt zu erhalten. Beispielsweise ist ein Gemisch, das aus 35 Gewichtsteilen Methanol und 65 Gewichtsteilen 1,2-Dichlorethan besteht, eine azeotrope Lösung. Das Vorhandensein einer azeotropen Zusammensetzung führt zu einer gleichmäßigen Verdampfung, wodurch eine gleichmäßige Ladungsblockierschicht ohne Beschichtungsschäden gebildet und die Lagerstabilität der Ladungsblockierbeschichtungslösung verbessert wird.
  • Das in der Blockierschicht enthaltende Bindeharz kann aus den gleichen Materialien wie die Blockierschicht gebildet sein, die aus einer einzelnen Harzschicht gebildet ist. Aus diesen kann ein Polyamidharz verwendet werden, da es diverse Bedingungen erfüllt, die für das Bindeharz erforderlich sind, wie z. B. (i) dass das Polyamidharz in einer Lösung, die zum Bilden der Abbildungsschicht auf der Blockierschicht verwendet wird, weder aufgelöst oder aufgequellt wird, und (ii) dass das Polyamidharz ein ausgezeichnetes Adhäsionsvermögen mit einem leitfähigen Träger sowie Flexibilität aufweist. Im Polyamidharz kann ein alkohollösliches Nylonharz verwendet werden, z. B. Copolymernylon, polymerisiert mit 6-Nylon, 6,6-Nylon, 610-Nylon, 11-Nylon, 12-Nylon und dergleichen; und Nylon, das chemisch denaturiert ist, wie z. B. mit N-Alkoxymethyl denaturiertes Nylon und mit N-Alkoxyethyl denaturiertes Nylon. Ein weiterer Typ eines Bindeharzes, der verwendet werden kann, ist ein Phenolharz oder Polyvinylbutyralharz.
  • Die Ladungsblockierschicht wird gebildet, indem das Bindeharz, die kornförmigen Partikel und die nadelförmigen Partikel im Lösungsmittel dispergiert werden, um eine Beschichtungslösung für die Blockierschicht zu bilden; indem der leitfähige Träger mit der Beschichtungslösung beschichtet und diese getrocknet wird. Das Lösungsmittel wird ausgewählt, um die Dispersion im Lösungsmittel zu verbessern und zu verhindern, dass die Beschichtungslösung mit der Zeit geliert. Darüber hinaus kann das azeotrope Lösungsmittel verwendet werden, um zu verhindern, dass die Zusammensetzung der Beschichtungslösung mit der Zeit verändert wird, wodurch die Lagerstabilität der Beschichtungslösung verbessert und die Beschichtungslösung reproduziert werden kann.
  • Der Ausdruck ”n-Typ” bezieht sich beispielsweise auf Materialien, die vorwiegend Elektronen transportieren. Typische n-Typ-Materialien beinhalten Dibromanthanthron, Benzimidazolperylen, Zinkoxid, Titanoxid, Azo-Verbindungen wie Chlordian Blue und Bisazo-Pigmente, substituierte 2,4-Dibromtriazine, polynukleäre aromatische Chinone, Zinksulfid und dergleichen.
  • Der Ausdruck ”p-Typ” bezieht sich beispielsweise auf Materialien, die Löcher transportieren. Typische organische p-Typ-Pigmente beinhalten beispielsweise metallfreies Phthalcyanin, Titanylphthalcyanin, Galliumphthalcyanin, Hydroxygalliumphthalcyanin, Chlorgalliumphthalcyanin, Kupferphthalcyanin und dergleichen.
  • Die Haftschicht
  • Eine Zwischenschicht 5 zwischen der Blockierschicht und der Ladungserzeugungsschicht kann auf Wunsch vorgesehen werden, um die Adhäsion zu fördern. Eine tauchbeschichtete Aluminiumtrommel kann bei Ausführungsformen jedoch ohne Haftschicht verwendet werden.
  • Darüber hinaus können bei Bedarf Haftschichten zwischen den Schichten in den Photorezeptoren vorgesehen werden, um eine Adhäsion der benachbarten Schichten sicherzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann das Haftmaterial in eine oder beide der jeweiligen anzuhaftenden Schichten integriert sein. Solche optionalen Haftschichten können eine Dicke von ungefähr 0,001 Mikrometern bis ungefähr 0,2 Mikrometer aufweisen. Eine solche Haftschicht kann z. B. durch Auflösen von Haftmaterial in einem geeigneten Lösungsmittel, Auftragen durch Hand, Sprühen, Tauchbeschichtung, Zugstangenbeschichtung, Tiefdruckbeschichtung, Filmdruck, Luftrakelbeschichtung, Vakuumabscheidung, chemische Behandlung, Walzenbeschichtung, drahtgewickelte Stangenbeschichtung dergleichen und Trocknen zum Entfernen des Lösungsmittels hergestellt werden. Geeignete Haftmittel beinhalten z. B. filmbildende Polymere wie z. B. Polymer, dupont 49,000 (erhältlich von E. I. dupont de Nemours & Co.), Vitel PE-100 (erhältlich von Goodyear Tire und Rubber Co.), Polyvinylbutyral, Polyvinylpyrrolidon, Polyurethan, Polymethylmethacrylat und dergleichen. Die Haftschicht kann aus einem Polyester mit einem Mw von ungefähr 50.000 bis ungefähr 100.000, wie z. B. ungefähr 70.000, und einem Mn von ungefähr 35.000 zusammengesetzt sein.
  • Die Abbildungsschicht(en)
  • Die Abbildungsschicht bezieht sich auf eine Schicht oder Schichten, die Ladungserzeugungsmaterial, Ladungstransportmaterial oder sowohl das Ladungserzeugungsmaterial als auch das Ladungstransportmaterial enthält bzw. enthalten.
  • Beim vorliegenden Photorezeptor kann entweder ein n-Typ- oder p-Typ-Ladungserzeugungsmaterial verwendet werden.
  • Wenn das Ladungserzeugungsmaterial und das Ladungstransportmaterial in unterschiedlichen Schichten vorliegen – z. b. eine Ladungserzeugungsschicht und eine Ladungstransportschicht – kann die Ladungstransportschicht einen SOF umfassen, der ein gecappter SOF sein kann. Wenn sich das Ladungserzeugungsmaterial und das Ladungstransportmaterial in der gleichen Schicht befinden, kann diese Schicht einen SOF umfassen, der gecappter SOF sein kann.
  • Ladungserzeugungsschicht
  • Veranschaulichende organische photoleitfähige Ladungserzeugungsmaterialien beinhalten Azo-Pigmente wie z. B. Sudan Red, Dian Blue, Janus Green B und dergleichen; Chinonpigmente wie z. B. Algol Yellow, Pyrene Quinone, Indanthrene Brilliant Violet RRP und dergleichen; Chinocyaninpigmente; Perylenpigmente wie z. B. Benzimidazolperylen; Indigopigment wie z. B. Indigo, Thioindigo und dergleichen; Bisbenzoimidazolpigmente wie z. B. Indofast Orange und dergleichen; Phthalocyaninpigmente wie z. B. Kupferphthalocyanin, Aluminochlorphthalocyanin, Hydroxygalliumphthalocyanin, Chlorgalliumphthalocyanin, Titanylphthalocyanin und dergleichen; Chinacridonpigmente; oder Azulenverbindungen. Geeignete anorganische photoleitfähige Ladungserzeugungsmaterialien beinhalten z. B. Cadmiumsulfid, Cadmiumsulfoselenid, Cadmiumselenid, kristallines und amorphes Selen, Bleioxid und andere Chalkogenide. Bei Ausführungsformen können Selenlegierungen verwendet werden und beinhalten z. B. Selenarsen, Selentellurarsen und Selentellur.
  • In der Ladungserzeugungsschicht kann jedes geeignete inaktive Harzbindematerial verwendet werden. Typische organische harzartige Bindemittel beinhalten Polycarbonate, Acrylatpolymere, Methacrylatpolymere, Vinylpolymere, Cellulosepolymere, Polyester, Polysiloxane, Polyamide, Polyurethane, Epoxide, Polyvinylacetale und dergleichen.
  • Um eine Dispersion zu erzeugen, die als Beschichtungszusammensetzung nützlich ist, wird ein Lösungsmittel mit dem Ladungserzeugungsmaterial verwendet. Das Lösungsmittel kann z. B. Cyclohexanon, Methylethylketon, Tetrahydrofuran, Alkylacetat und Mischungen davon sein. Das Alkylacetat (wie z. B. Butylacetat und Amylacetat) kann in der Alkylgruppe 3 bis 5 Kohlenstoffatome aufweisen. Die Lösungsmittelmenge in der Zusammensetzung liegt im Bereich von z. B. ungefähr 70 Gew.-% bis ungefähr 98 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung.
  • Die Menge des Ladungserzeugungsmaterials in der Zusammensetzung liegt im Bereich von beispielsweise ungefähr 0,5 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Zusammensetzung, enthaltend ein Lösungsmittel. Die Menge an photoleitfähigen Partikeln (d. h. des Ladungserzeugungsmaterials), die in einer getrockneten photoleitfähigen Beschichtung dispergiert sind, variiert bis zu einem gewissen Grad je nach den spezifischen ausgewählten photoleitfähigen Pigmentpartikeln. Beispielsweise wenn organische Phthalocyaninpigmente wie z. B. Titanylphthalocyanin und metallfreies Phthalocyanin verwendet werden, werden zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, wenn die getrocknete photoleitfähige Beschichtung zwischen ungefähr 30 Gew.-% und ungefähr 90 Gew.-% aller Phthalocyaninpigmente umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der getrockneten photoleitfähigen Beschichtung. Da die photoleitfähigen Charakteristika durch die relative Pigmentmenge pro beschichteten Quadratzentimeter beeinflusst werden, kann eine geringere Pigmentladung verwendet werden, wenn die getrocknete photoleitfähige Beschichtungsschicht dicker ist. Im Gegensatz dazu sind höhere Pigmentladungen wünschenswert, wenn die getrocknete photoleitfähige Schicht dünner sein soll.
  • Im Allgemeinen werden zufriedenstellende Ergebnisse mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als ungefähr 0,6 Mikrometer erzielt, wenn die photoleitfähige Beschichtung mittels Tauchbeschichtung aufgetragen wird. Die durchschnittliche Größe der photoleitfähigen Partikel kann weniger als ungefähr 0,4 Mikrometer betragen. Die Größe der photoleitfähigen Partikel ist bei Ausführungsformen darüber hinaus geringer als die Dicke der getrockneten photoleitfähigen Beschichtung, in der sie dispergiert sind.
  • Bei einer Ladungserzeugungsschicht liegt das Gewichtsverhältnis des Ladungserzeugungsmaterials (LEM) zum Bindemittel im Bereich von 30 (LEM):70 (Bindemittel) bis 70 (LEM):30 (Bindemittel).
  • Bei mehrschichtigen Photorezeptoren, die eine Ladungserzeugungsschicht (hier auch als photoleitfähige Schicht bezeichnet) und eine Ladungstransportschicht umfassen, können zufriedenstellende Ergebnisse mit einer gewünschten Beschichtungsdicke der photoleitfähigen Schicht zwischen ungefähr 0,1 Mikrometern und ungefähr 10 Mikrometern erzielt werden. Bei Ausführungsformen beträgt die Dicke der photoleitfähigen Schicht zwischen ungefähr 0,2 Mikrometer und ungefähr 4 Mikrometer. Diese Dicken hängen jedoch auch von der Pigmentladung ab. Somit ermöglichen höhere Pigmentladungen die Verwendung von dünneren photoleitfähigen Beschichtungen. Dicken außerhalb dieser Bereiche können ausgewählt werden, mit der Maßgabe, dass die Ziele der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
  • Es kann eine beliebige geeignete Technik verwendet werden, um die photoleitfähigen Partikel im Bindemittel und Lösungsmittel der Beschichtungszusammensetzung zu dispergieren. Typische Dispersionstechniken beinhalten z. B. Kugelmahlen, Walzenmahlen, Mahlen in vertikalen Attritoren, Sandmahlen und dergleichen. Typische Mahlzeiten unter Verwendung einer Kugelwalzenmühle belaufen sich auf zwischen ungefähr 4 bis ungefähr 6 Tage.
  • Ladungstransportmaterialien beinhalten ein organisches Polymer, ein nicht-polymeres Material oder ein SOF, der gecappter SOF sein kann, das/der in der Lage ist, die Einbringung von photoangeregten Löchern oder Transportelektronen aus dem photoleitfähigen Material zu unterstützen, und den Transport dieser Löcher oder Elektronen durch die organische Schicht ermöglicht, um eine Oberflächenladung selektiv abzuleiten.
  • Organische polymere Ladungstransportschicht
  • Veranschaulichende Ladungstransportmaterialien beinhalten z. B. ein positives Lochtransportmaterial, das aus Verbindungen ausgewählt ist, die in der Hauptkette oder Seitenkette einen polycyclischen aromatischen Ring, wie z. B. Athracen, Pyren, Phenanthren, Coronen und dergleichen, oder einen stickstoffhaltigen Heteroring aufweisen, wie z. B. Indol-, Carbazol-, Oxazol-, Isoxazol-, Thiazol-, Imidazol-, Pyrazol-, Oxadiazol-, Pyrazolin-, Thiadiazol-, Triazol- und Hydrazonverbindungen. Typische Lochtransportmaterialien beinhalten Elektronendonatormaterialien wie z. B. Carbazol; N-Ethylcarbazol; N-Isopropylcarbazol; N-Phenylcarbazol; Tetraphenylpyren; 1-Methylpyren; Perylen; Chrysen; Anthracen; Tetraphen; 2-Phenylnaphthalen; Azopyren; 1-Ethylpyren; Acetylpyren; 2,3-Benzochrysen; 2,4-Benzopyren; 1,4-Brompyren; Poly(N-vinylcarbazol); Poly(vinylpyren); Poly(vinyltetraphen); Poly(vinyltetracen) und Poly(vinylperylen). Geeignete Elektronentransportmaterialien umfassen Elektronenakzeptoren wie z. B. 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon; 2,4,5,7-Tetranitrofluorenon; Dinitroanthracen; Dinitroacriden; Tetracyanopyren; Dinitroanthrachinon; und Butylcarbonylfluorenmalononitril, siehe US-Patent Nr. 4,921,769 . Andere Lochtransportmaterialien umfassen Arylamine, die im US-Patent Nr. 4,265,990 beschrieben sind, wie z. B. N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(alkylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, wobei Alkyl aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Hexyl und dergleichen. Andere bekannte Ladungstransportschichtmoleküle können ausgewählt werden, wobei z. B. auf die US-Patente Nr. 4,921,773 und 4,464,450 verwiesen wird.
  • In der Ladungstransportschicht kann jedes geeignete inaktive Harzbindemittel verwendet werden. Typische inaktive Harzbindemittel, die in Methylenchlorid löslich sind, beinhalten Polycarbonatharz, Polyvinylcarbazole, Polyester, Polyacrylat, Polystyrol, Polyacrylat, Polyether, Polysulfon und dergleichen. Das Molekulargewicht kann zwischen ungefähr 20.000 bis ungefähr 1.500.000 variieren.
  • Bei einer Ladungstransportschicht liegt das Gewichtsverhältnis des Ladungstransportmaterials (LTM) zum Bindemittel im Bereich von 30 (LTM):70 (Bindemittel) bis 70 (LTM):30 (Bindemittel).
  • Es kann eine beliebige geeignete Technik verwendet werden, um die Ladungstransportschicht und die Ladungserzeugungsschicht auf das Substrat aufzutragen. Typische Beschichtungstechniken beinhalten Tauchbeschichtung, Walzenbeschichtung, Sprühbeschichtung, Drehzerstäuber und dergleichen. Bei den Beschichtungstechniken kann eine breite Konzentration von Feststoffen verwendet werden. Der Feststoffgehalt liegt zwischen ungefähr 2 Gew.-% und ungefähr 30 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion. Der Ausdruck ”Feststoffe” bezieht sich z. B. auf die Ladungstransportpartikel und Bindemittelkomponenten der Ladungstransportbeschichtungsdispersion. Diese Feststoffkonzentrationen sind bei Tauchbeschichtung, Walzenbeschichtung, Sprühbeschichtung und dergleichen nützlich. Im Allgemeinen kann für die Walzenbeschichtung eine stärker konzentrierte Beschichtungsdispersion verwendet werden. Das Trocknen der abgelagerten Beschichtung kann mithilfe jedes geeigneten herkömmlichen Verfahrens erfolgen, beispielsweise Ofentrocknung, Infrarotstrahlungstrocknung, Lufttrocknung und dergleichen. Im Allgemeinen liegt die Dicke der Transportschicht zwischen ungefähr 5 Mikrometern und ungefähr 100 Mikrometer, Dicken außerhalb dieser Bereiche können jedoch ebenfalls verwendet werden. Im Allgemeinen wird das Verhältnis der Dicke der Ladungstransportschicht zur Ladungserzeugungsschicht z. B. auf ungefähr 2:1 bis 200:1 und in manchen Fällen auf ungefähr 400:1 gehalten.
  • Gecappte SOF-Ladungstransportschicht
  • Veranschaulichende gecappte Ladungstransport-SOFs umfassen ein positives Lochleitungsmaterial, das aus Verbindungen mit einem Segment ausgewählt ist, das einen polycyclischen aromatischen Ring wie Anthracen, Pyren, Phenanthren, Coronen und dergleichen oder einen stickstoffhaltigen Heteroring wie Indol, Carbazol, Oxazol, Isoxazol, Thiazol, Imidazol, Pyrazol, Oxadiazol, Pyrazolin, Thiadiazol, Triazol und Hydrazonverbindungen enthält. Typische Lochtransport-SOF-Segmente beinhalten Elektronendonatormaterialien wie Carbazol; N-Ethylcarbazol; N-Isopropylcarbazol; N-Phenylcarbazol; Tetraphenylpyren; 1-Methylpyren; Perylen; Chrysen; Anthracen; Tetraphen; 2-Phenylnaphthalen; Azopyren; 1-Ethylpyren; Acetylpyren; 2,3-Benzochrysen; 2,4-Benzopyren; und 1,4-Brompyren. Geeignete Elektronentransport-SOF-Segmente beinhalten Elektronenakzeptoren wie z. B. 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon; 2,4,5,7-Tetranitrofluorenon; Dinitroanthracen; Dinitroacriden; Tetracyanopyren; Dinitroanthrachinon; und Butylcarbonylfluorenmalononitril, siehe US-Patent Nr. 4,921,769 . Andere Lochtransport-SOF-Segmente beinhalten Arylamine, die im US-Patent Nr. 4,265,990 beschrieben sind, wie z. B. N,N'-Diphenyl-N,N'-bis(alkylphenyl)-(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamin, wobei Alkyl aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Hexyl und dergleichen. Andere bekannte Ladungstransportschicht-SOF-Segmente können ausgewählt werden, wobei z. B. auf die US-Patente Nr. 4,921,773 und 4,464,450 verwiesen wird.
  • Die gecappte SOF-Ladungstransportschicht kann hergestellt werden durch:
    • (a) Herstellen eines flüssigkeitshaltigen Reaktionsgemischs, das eine Mehrzahl von Molekularbausteinen mit veranlagten Ladungstransporteigenschaften umfasst, wobei jeder davon ein Segment und eine Anzahl von funktionellen Gruppen umfasst;
    • (b) Ablagern des Reaktionsgemischs als Nassfilm; und
    • (c) Fördern einer Veränderung des Nassfilms, der die Molekularbausteine enthält, zu einem trockenen Film, der den SOF umfasst, umfassend eine Mehrzahl der Segmente und eine Mehrzahl von Linkern, die als kovalentes organisches Gerüst angeordnet sind, wobei das kovalente organische Gerüst auf makroskopischer Ebene ein Film ist.
  • Das Hinzufügen der Capping-Einheit kann während beliebiger der Schritte a, b, c, wie oben beschrieben, durchgeführt werden. Die Ablagerung des Reaktionsgemischs als Nassschicht kann durch eine beliebige geeignete herkömmliche Technik erzielt und mithilfe einer Vielzahl von Auftragungsverfahren aufgetragen werden. Typische Auftragungsverfahren beinhalten z. B. Handbeschichtung, Sprühbeschichtung, Bahnbeschichtung, Tauchbeschichtung und dergleichen. Beim gecappten SOF-Bildungsreaktionsgemisch kann eine große Bandbreite an Molekularbausteinladungen verwendet werden. Bei Ausführungsformen liegt die Ladung zwischen ungefähr 2 Gew.-% und 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Reaktionsgemischs. Der Ausdruck ”Ladung” bezieht sich z. B. auf die Molekularbausteinkomponenten des Reaktionsgemischs aus gecapptem Ladungstransport-SOF. Diese Ladungen sind bei Tauchbeschichtung, Walzenbeschichtung, Sprühbeschichtung und dergleichen nützlich. Im Allgemeinen kann für die Walzenbeschichtung eine stärker konzentrierte Beschichtungsdispersion verwendet werden. Das Trocknen der abgelagerten Beschichtung kann mithilfe jedes geeigneten herkömmlichen Verfahrens erfolgen, beispielsweise Ofentrocknung, Infrarotstrahlungstrocknung, Lufttrocknung und dergleichen. Im Allgemeinen beläuft sich die Dicke der Ladungstransport-SOF-Schicht auf ungefähr 5 Mikrometer bis ungefähr 100 Mikrometer, wie z. B. ungefähr 10 Mikrometer bis ungefähr 70 Mikrometer oder ungefähr 10 Mikrometer bis ungefähr 40 Mikrometer. Im Allgemeinen kann das Verhältnis der Dicke der Ladungstransportschicht zur Ladungserzeugungsschicht auf ungefähr 2:1 bis 200:1 und in manchen Fällen auf 400:1 gehalten werden.
  • Einzelschicht-P/R – Organisches Polymer
  • Die hier beschriebenen Materialien und Verfahren können verwendet werden, um einen Photorezeptor vom Einzelabbildungsschicht herzustellen, der ein Bindemittel, ein Ladungserzeugungsmaterial und ein Ladungstransportmaterial enthält. Beispielsweise kann der Feststoffgehalt in der Dispersion für die Einzelabbildungssschicht im Bereich von ungefähr 2 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Dispersion liegen.
  • Wenn die Abbildungsschicht eine Einzelschicht ist, die die Funktionen der Ladungserzeugungsschicht und der Ladungstransportschicht kombiniert, sind beispielhafte Mengen der darin enthaltenen Komponenten wie folgt: Ladungserzeugungsmaterial (ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 40 Gew.-%) mit einer hinzugefügten veranlagten Funktionalität eines Ladungstransportmolekularbausteins (ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 60 Gew.-%).
  • Einzelschicht-P/R – Gecappter SOF
  • Die hier beschriebenen Materialien und Verfahren können verwendet werden, um einen Photorezeptor vom Einzelabbildungsschichttyp herzustellen, der ein Bindemittel, ein Ladungserzeugungsmaterial und einen gecappten Ladungstransport-SOF enthält. Beispielsweise kann der Feststoffgehalt in der Dispersion für die Einzelabbildungsschicht im Bereich von ungefähr 2 Gew.-% bis ungefähr 30 Gew.-% bezogen auf das Gewicht der Dispersion liegen.
  • Wenn die Abbildungsschicht eine Einzelschicht ist, die die Funktionen der Ladungserzeugungsschicht und der Ladungstransportschicht kombiniert, sind beispielhafte Mengen der darin enthaltenen Komponenten wie folgt: Ladungserzeugungsmaterial (ungefähr 2 Gew.-% bis ungefähr 40 Gew.-%) mit einer hinzugefügten veranlagten Funktionalität eines Ladungstransportmolekularbausteins (ungefähr 20 Gew.-% bis ungefähr 75 Gew.-%).
  • Die Mantelschicht
  • Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können optional des Weiteren eine oder mehrere Mantelschichten 8 beinhalten, die, falls vorhanden, über der Ladungserzeugungsschicht oder über der Ladungstransportschicht positioniert sind. Diese Schicht umfasst gecappte SOFs, die elektrisch isolierend oder leicht halbleitend sind.
  • Eine solche Mantelschutzschicht enthält ein Reaktionsgemisch für die Bildung eines gecappten SOF, das eine Capping-Einheit und eine Mehrzahl von Molekularbausteinen enthält, die optional Ladungstransportsegmente enthalten. 5 stellt eine vereinfachte schematische Veranschaulichung der Bildung einer Außenschicht eines Abbildungselements gemäß den vorliegenden Ausführungsformen dar. Wie gezeigt, werden die Bausteine, die Lochtransporteinheiten 15 und fluorierte Bausteine 20 umfassen, verwendet, um einen fluorierten SOF mit Lochtransportmolekül-Capping-Einheiten zu bilden. Wie gezeigt, ist R eine Lochtransporteinheit und sind R-OH zusammen eine Lochtransportmolekül-Capping-Einheit. Auf der rechten Seite ist die Filmstruktur auf Molekularebene gezeigt. Wie gezeigt, gibt es im Netzwerk und in den Lochtransportmolekül-Capping-Einheiten Unterbrechungen. Dieser fluorierter SOF, der Lochtransportmolekül-Capping-Einheiten umfasst, kann auch als Abbildungsschicht verwendet werden, wie z. B. die Ladungstransportschicht.
  • Zusatzstoffe können in der Mantelschicht in einer Menge im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 40 Gew.-% der Mantelschicht vorhanden sein. Zusatzstoffe können bei Ausführungsformen organische und anorganische Partikel beinhalten, die die Verschleißbeständigkeit verbessern und/oder Ladungsrelaxationeigenschaft bereitstellen können. Organische Partikel beinhalten bei Ausführungsformen Teflonpulver, Industrieruß und Graphitpartikel. Anorganische Partikel beinhalten bei Ausführungsformen isolierende und halbleitende Metalloxidpartikel wie z. B. Siliciumdioxid, Zinkoxid, Zinnoxid und dergleichen. Ein weiterer halbleitender Zusatzstoff sind die oxidierten Oligomersalze, wie im US-Patent Nr. 5,853,906 beschrieben. Die Oligomersalze sind bei Ausführungsformen oxidiertes N,N,N',N'-Tetra-p-tolyl-4,4'-biphenyldiaminsalz.
  • Die gecappte SOF-Mantelschicht kann hergestellt werden durch:
    • (a) Herstellen eines flüssigkeitshaltigen Reaktionsgemischs, das eine Mehrzahl von Molekularbausteinen mit veranlagten Ladungstransporteigenschaften umfasst, wobei jeder davon ein Segment und eine Anzahl von funktionellen Gruppen umfasst;
    • (b) Ablagern des Reaktionsgemischs als Nassfilm; und
    • (c) Fördern einer Veränderung des Nassfilms, der die Molekularbausteine enthält, zu einem trockenen Film, der den SOF umfasst, umfassend eine Mehrzahl der Segmente und eine Mehrzahl von Linkern, die als kovalentes organisches Gerüst angeordnet sind, wobei das kovalente organische Gerüst auf makroskopischer Ebene ein Film ist.
  • Das Hinzufügen der Capping-Einheit kann während beliebiger der Schritte a, b, c, wie oben beschrieben, durchgeführt werden. Die Ablagerung des Reaktionsgemischs als Nassschicht kann durch eine beliebige geeignete herkömmliche Technik erzielt und mithilfe einer Vielzahl von Auftragungsverfahren aufgetragen werden. Typische Auftragungsverfahren beinhalten z. B. Handbeschichtung, Sprühbeschichtung, Bahnbeschichtung, Tauchbeschichtung und dergleichen. Das Fördern der Veränderung des Nassfilms zum trockenen SOF kann mithilfe beliebiger geeigneter Techniken umgesetzt werden, wie z. B. Ofentrocknung, Infrarotbestrahlungstrocknung, Lufttrocknung und dergleichen.
  • Mantelschichten von ungefähr 2 Mikrometern bis ungefähr 15 Mikrometer, wie z. B. ungefähr 3 Mikrometern bis ungefähr 8 Mikrometer, sind bei der Verhinderung von Ladungstransportmoleküllaugung, Kristallisation und Ladungstransportschichtriss wirksam und stellen außerdem Kratz- und Verschleißbeständigkeit bereit.
  • Das Masseband
  • Das Masseband 9 kann ein filmbildendes Bindemittel und elektrisch leitfähige Partikel umfassen. Cellulose kann verwendet werden, um die leitfähigen Partikel zu dispergieren. In der elektrisch leitfähigen Massebandschicht 8 können jedwede geeignete elektrisch leitfähige Partikel verwendet werden. Die Massebandschicht 8 kann z. B. Materialien umfassen, die die im US-Patent Nr. 4,664,995 aufgelisteten beinhalten. Typische elektrisch leitfähige Partikel beinhalten z. B. Industrieruß, Graphit, Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Tantalum, Chrom, Zirkonium, Vanadium, Niob, Indiumzinnoxid und dergleichen.
  • Die elektrisch leitfähigen Partikel können eine beliebige geeignete Form aufweisen. Typische Formen beinhalten unregelmäßig, kornförmig, kugelförmig, elliptisch, würfelförmig, flockenförmig, filamentförmig und dergleichen. Bei Ausführungsformen sollten die elektrisch leitfähigen Partikel eine Partikelgröße aufweisen, die geringer als die Dicke der elektrisch leitfähigen Massebandschicht ist, um zu vermeiden, dass eine elektrisch leitfähige Massebandschicht eine übermäßig unregelmäßig Außenfläche aufweist. Eine durchschnittliche Partikelgröße von weniger als ungefähr 10 Mikrometern vermeidet im Allgemeinen ein übermäßiges Vorstehen der elektrisch leitfähigen Partikel an der Außenfläche der getrockneten Massebandschicht und gewährleistet eine relativ gleichmäßige Dispersion der Partikel durch die Matrix der getrockneten Massebandschicht. Die Konzentration der leitfähigen Partikel, die es im Masseband zu verwenden gilt, hängt von Faktoren wie z. B. der Leitfähigkeit der verwendeten spezifischen leitfähigen Materialien ab.
  • Die Massebandschicht kann bei Ausführungsformen eine Dicke von ungefähr 7 Mikrometern bis ungefähr 42 Mikrometer, wie z. B. ungefähr 14 Mikrometern bis ungefähr 27 Mikrometer, aufweisen.
  • Ein Abbildungselement kann bei Ausführungsformen einen gecappten SOF als Oberflächenschicht (OCL oder CTL) umfassen. Dieses Abbildungselement kann ein gecappter SOF sein, der N,N,N',N'-Tetra-(methylenphenylen)biphenyl-4,4'-diamin und Segmente N,N,N',N'-Tetraphenyl-terphenyl-4,4'-diaminsegmente umfasst. Ein solcher gecappter SOF kann aus N,N,N',N'-Tetrakis-[(4-hydroxymethyl)phenyl]-biphenyl-4,4'-diamin- und N,N'-Diphenyl-N,N'-bis-(3-hydroxyphenyl)-terphenyl-4,4'-diamin-Molekularbausteinen hergestellt werden. Das SOF-Abbildungselement kann außerdem N,N,N',N'-Tetra-(methylenphenylen)biphenyl-4,4'-diamin und Segmente N,N,N',N'-Tetraphenyl-biphenyl-4,4'-diaminsegmente umfassen. Der SOF des Abbildungselements kann bei Ausführungsformen aus N,N,N',N'-Tetrakis-[(4-hydroxymethyl)phenyl]-biphenyl-4,4'-diamin- und N,N'-Diphenyl-N,N'-bis-(3-hydroxyphenyl)-biphenyl-4,4'-diamin-Molekularbausteinen hergestellt werden.
  • Bei Ausführungsformen kann das Abbildungselement einen SOF umfasse, der eine gecappte SOF-Schicht sein kann, wobei die Dicke der SOF-Schicht zwischen 1 und 15 Mikrometern liegt. Der SOF, der gecappter SOF sein kann, kann bei einem solchen Abbildungselement eine Einzelschicht oder zwei oder mehrere Schichten sein.
  • Bei Ausführungsformen kann bzw. können ein SOF und/oder gecappter SOF in diverse Komponenten einer Bilderzeugungsvorrichtung eingebunden werden. Beispielsweise kann bzw. können ein SOF und/oder ein gecappter SOF in einen elektrophotographischen Photorezeptor, eine Kontaktladevorrichtung, eine Belichtungsvorrichtung, einen Expositionsvorrichtung, eine Übertragungsvorrichtung und/oder eine Reinigungseinheit eingebunden sein. Bei Ausführungsformen kann eine solche Bilderzeugungsvorrichtung mit einer Bildfixiervorrichtung ausgestattet sein, und einem Medium, auf das ein Bild zu übertragen ist, wird über die Übertragungsvorrichtung zur Bildfixiervorrichtung befördert.
  • Die Kontaktladevorrichtung kann ein walzenförmiges Kontaktladeelement aufweisen. Das Kontaktladeelement kann so angeordnet sein, dass es mit einer Oberfläche des Photorezeptors in Kontakt gelangt, und eine Spannung wird angelegt, wodurch es in der Lage ist, der Oberfläche des Photorezeptors ein spezifiziertes Potenzial zu verleihen. Bei Ausführungsformen kann ein Kontaktladeelement aus einem SOF und/oder einem gecappten SOF und/oder einem Metall wie z. B. Aluminium, Eisen oder Kupfer, einem leitfähigen Polymermaterial wie z. B. einem Polyacetylen, eine Polypyrrole oder einem Polythiophen, oder einer Dispersion von Feinpartikeln von Industrieruß, Kupferiodid, Silberiodid, Zinksulfid, Siliciumcarbid, einem Metalloxid oder dergleichen in einem Elastomermaterial wie z. B. Polyurethankautschuk, Silikonkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, Ethylenpropylenkautschuk, Acrylkautschuk, Fluorkautschuk, Styrolbutadienkautschuk oder Butadienkautschuk gebildet werden.
  • Darüber hinaus kann eine Deckschicht, die optional einen SOF umfasst, ebenfalls auf einer Oberfläche des Kontaktladeelements von Ausführungsformen vorgesehen sein. Um die Widerstandsfähigkeit weiter einzustellen, kann der SOF ein Verbund-SOF oder ein gecappter SOF oder eine Kombination davon sein, und um eine Verschlechterung zu verhindern, kann der SOF zugeschnitten sein, um ein Antioxidationsmittel zu umfassen, das daran entweder gebunden oder addiert ist.
  • Der Widerstand des Kontaktladeelements von Ausführungsformen kann in einem beliebigen Bereich liegen, beispielsweise von ungefähr 100 bis ungefähr 1014 Ωcm oder von ungefähr 102 bis ungefähr 1012 Ωcm. Wenn eine Spannung an dieses Kontaktladeelement angelegt wird, kann entweder eine DC-Spannung oder eine AC-Spannung als angelegte Spannung verwendet werden. Darüber hinaus kann eine überlagerte Spannung einer DC-Spannung und einer AC-Spannung verwendet werden.
  • Bei einer beispielhaften Vorrichtung kann das Kontaktladeelement, das optional einen SOF wie z. B. einen gecappten SOF umfasst, der Kontaktladevorrichtung die Form einer Walze aufweisen. Ein solches Kontaktladeelement kann jedoch auch die Form einer Schaufel, eines Bandes, einer Bürste oder dergleichen aufweisen.
  • Bei Ausführungsformen kann eine optische Vorrichtung, die eine gewünschte bildweise Aussetzung gegenüber einer Oberfläche des elektrophotographischen Photorezeptors mit einer Lichtquelle, wie z. B. einem Halbleiterlaser, einer LED (lichtemittierenden Diode) oder einem Kristallshutter durchführen kann, als Expositionsvorrichtung verwendet werden.
  • Bei Ausführungsformen kann eine bekannte Entwicklungsvorrichtung, bei der ein normales oder Umkehrentwicklungsmittel eines 1-Komponenten-Systems, eines 2-Komponenten-Systems oder dergleichen verwendet wird, bei Ausführungsformen als Entwicklungsvorrichtung verwendet werden. Das Bilderzeugungsmaterial (wie z. B. Toner, Druckfarbe oder dergleichen, flüssig oder fest), das bei Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden kann, unterliegt keinen bestimmten Beschränkungen.
  • Kontakttyp-Übertragungsladevorrichtungen, bei denen ein Band, eine Walze, eine Gummischaufel oder dergleichen verwendet wird, oder ein Scorotron-Übertragungslader oder ein Scorotron-Übertragungslader, bei dem eine Koronaentladung verwendet wird, können bei diversen Ausführungsformen als Übertragungsvorrichtung verwendet werden. Bei Ausführungsformen kann die Ladeeinheit eine vorgespannte Ladewalze sein, wie z. B. die vorgespannten Ladewalzen, die im US-Patent Nr. 7,177,572 , Titel ”A Biased Charge Roller with Embedded Electrodes with Post-Nip Breakdown to Enable Improved Charge Uniformity”, beschrieben sind.
  • Des Weiteren kann die Reinigungsvorrichtung bei Ausführungsformen eine Vorrichtung zum Entfernen von zurückbleibendem Bilderzeugungsmaterial wie z. B. Toner oder Druckfarbe (flüssig oder fest), das nach einem Übertragungsschritt an der Oberfläche des elektrophotographischen Photorezeptors anhaftet, und der elektrophotographische Photorezeptor, der dem oben genannten Bilderzeugungsprozess wiederholt unterzogen wird, kann damit gereinigt werden. Die Reinigungsvorrichtung kann bei Ausführungsformen eine Reinigungsklinge, eine Reinigungsbürste, eine Reinigungswalze oder dergleichen sein. Materialien für die Reinigungsklinge und können SOFs oder Urethankautschuk, Neoprenkautschuk und Silikonkautschuk beinhalten.
  • Bei einer beispielhaften Bilderzeugungsvorrichtung werden die jeweiligen Schritte des Ladens, Exponierens, Entwickelns, Übertragens und Reinigens wiederum im Drehschritt des elektrophotographischen Photorezeptors durchgeführt, wodurch eine Bilderzeugung wiederholt durchgeführt wird. Der elektrophotographische Photorezeptor kann mit spezifizierten Schichten versehen sein, die SOFs umfassen, und mit photoempfindlichen Schichten, die den gewünschten SOF umfassen, und somit können Photorezeptoren mit einer ausgezeichneten Entladungsgasbeständigkeit, mechanischen Festigkeit, Kratzbeständigkeit, Partikeldispergierbarkeit usw. bereitgestellt werden. Demgemäß kann die gute Bildqualität sogar bei Ausführungsformen, bei denen der Photorezeptor gemeinsam mit der Kontaktladevorrichtung oder der Reinigungsklinge oder des Weiteren mit sphärischem Toner verwendet wird, der durch chemische Polymerisation erhalten wurde, erhalten werden, ohne dass es zu Bilddefekten wie Schleierbildung kommt. Das heißt, dass Ausführungsformen der Erfindung Bilderzeugungsvorrichtungen bereitstellen, die eine gute Bildqualität stabil über einen längeren Zeitraum bereitstellen können.
  • Eine Anzahl von Beispielen für den Prozess, der zur Herstellung von SOFs und gecappten SOFs verwendet wird, ist hier angeführt und für die unterschiedlichen Zusammensetzungen, Bedingungen und Techniken veranschaulichend, die verwendet werden können. Bei jedem Beispiel werden die nominellen Aktionen identifiziert, die mit dieser Aktivität assoziiert sind. Die Abfolge und die Anzahl von Aktionen sowie Betriebsparameter wie z. B. Temperatur, Zeit, Beschichtungsverfahren und dergleichen werden durch die folgenden Beispiele nicht eingeschränkt. Alle Proportionen basieren auf dem Gewicht, falls nicht anderweitig angegeben. Der Ausdruck ”RT” bezieht sich z. B. auf Temperaturen im Bereich von ungefähr 20°C bis ungefähr 25°C. Mechanische Messungen wurden auf einem dynamischen mechanischen Analysator, DMA Q800, TA Instruments, unter Verwendung von auf dem Gebiet standardmäßigen Verfahren durchgeführt. Eine dynamische Differenzkalorimetrie wurde auf einem dynamischen Differenzkalorimeter, DSC 2910, TA Instruments, unter Verwendung von auf dem Gebiet standardmäßigen Verfahren durchgeführt. Eine thermogravimetrische Analyse wurde auf einem thermogravimetrischen Analysator, TGA 2950, TA Instruments, unter Verwendung von auf dem Gebiet standardmäßigen Verfahren durchgeführt. FT-IR-Spektren wurden auf einem Spektrometer, Magna 550, Nicolet, unter Verwendung von auf dem Gebiet standardmäßigen Verfahren durchgeführt. Dickemessungen von < 1 Mikrometer wurden auf einem Dektak Surface Profiler, 6 m, durchgeführt. Die Oberflächenenergien wurden auf einem Kontaktwinkelinstrument, DAT 100, Fibro (Schweden), unter Verwendung von auf dem Gebiet standardmäßigen Verfahren gemessen. Falls nicht anderweitig angegeben, waren die in den folgenden Beispielen hergestellten SOFs entweder lochfreie SOFs oder im Wesentlichen lochfreie SOFs.
  • Die auf Mylar beschichteten SOFs wurden durch Eintauchen in ein Wasserbad (Raumtemperatur) abgelöst. Nach 10-minütigem Eintauchen löste sich der SOF im Allgemeinen vom Mylar-Substrat. Dieses Verfahren ist mit einem SOF am effizientesten, der auf Substrate beschichtet ist, von denen bekannt ist, dass sie eine hohe Oberflächenenergie aufweisen (polar), wie Glas, Glimmer, Salz und dergleichen.
  • Aus den nachstehenden Beispielen geht hervor, dass die mithilfe der Verfahren der vorliegenden Offenbarung hergestellten Zusammensetzungen mit vielen Typen von Komponenten ausgeübt werden kann und viele verschiedene Anwendungen gemäß der Offenbarung, wie oben und hier nachfolgend aufgezeigt, haben kann.
  • Die SOF-Capping-Einheiten können auch zu einem SOF hinzugefügt werden, wobei die mikroskopische Anordnung der Segmente gemustert ist. Der Ausdruck ”Mustern” bezieht sich z. B. auf die Abfolge, in der Segmente miteinander verknüpft sind.
  • Ein gemusterter Film kann unter Verwendung von spektroskopischen Techniken nachgewiesen werden, die in der Lage sind, die erfolgreiche Bildung von Verknüpfungsgruppen in einem SOF zu bewerten. Solche Spektroskopien beinhalten z. B. Fourier-Transfer-Infrarot-Spektroskopie, Raman-Spektroskopie und Solid-State-Kernspinresonanzspektroskopie. Nach Erfassen der Daten aus einer Probe mithilfe eines spektroskopischen Verfahrens indizieren das Fehlen von Signalen von funktionellen Gruppen auf Bausteinen und das Vorhandensein von Signalen von Verknüpfungsgruppen die Reaktion zwischen Bausteinen und begleitende Musterung und Bildung eines SOF.
  • Unterschiedliche Musterungsgrade sind ebenfalls umfasst. Eine vollständige Musterung eines SOF wird durch das gänzliche Fehlen von spektroskopischen Signalen von funktionellen Gruppen von Bausteinen nachgewiesen. Außerdem sind SOFs mit verringerten Musterungsgraden umfasst, wobei innerhalb des SOF Musterdomänen vorhanden sind. SOFs mit Musterdomänen erzeugen, wenn spektroskopisch gemessen, Signale von funktionellen Gruppen von Bausteinen, die am Rand einer gemusterten Domäne unmodifiziert bleiben.
  • Es wird verstanden, dass ein sehr geringer Musterungsgrad mit einer nicht effizienten Reaktion zwischen Bausteinen und der Unfähigkeit zur Bildung eines Films assoziiert ist. Aus diesem Grund ist für die erfolgreiche Umsetzung des Prozesses der vorliegenden Offenbarung eine nennenswerte Musterung zwischen Bausteinen innerhalb des OF erforderlich. Der Musterungsgrad, der für die Bildung eines SOF erforderlich ist, variiert und kann von ausgewählten Capping-Einheiten, Bausteinen und gewünschten Verknüpfungsgruppen abhängen. Der erforderliche Mindestgrad an Musterung ist jener, der erforderlich ist, dass sich ein Film unter Verwendung des hier beschriebenen Prozesses bildet, und kann als Bildung von ungefähr 20% oder mehr der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen, wie z. B. ungefähr 40 $ oder mehr der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen oder ungefähr 50% oder mehr der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen, quantifiziert werden. Die Bildung von Verknüpfungsgruppen und Capping-Einheiten kann spektroskopisch wie zuvor in den Ausführungsformen beschrieben nachgewiesen werden.
  • Mechanische/Chemische Eigenschaften
  • Bei Ausführungsformen weisen gewisse gecappte SOFs eine unterschiedliche Zähheit auf. Durch Einbringen von Capping-Einheiten und Variieren der Konzentration von Capping-Gruppen in einem SOF kann die Zähheit des SOF gesteigert werden oder kann die Zähheit des SOF verringert werden.
  • Bei Ausführungsformen kann die Zähheit durch Messen der Spannungs-Dehnungs-Kurve für SOFs bewertet werden. Dieser Test wird durchgeführt, indem ein hundeknochenförmiges Stück eines SOF mit bekannten Dimensionen zwischen zwei Klemmen befestigt wird, eine ortsfest, die andere beweglich. Die bewegliche Klemme übt eine Kraft in einem bekannten Rate (N/min) aus, wodurch eine Spannung (Kraft/Fläche) auf den Film angelegt wird. Diese Spannung bewirkt, dass sich der Film dehnt und eine Graph wird erstellt, der Spannung vs. Dehnung zeigt. Der Elastizitätsmodul (Steigung des linearen Abschnitts) sowie der Zerreißpunkt (Spannung und Dehnung beim Bruch) und Zähheit (Integral der Kurve) können bestimmt werden. Diese Daten liefern Einblicke in die mechanischen Eigenschaften des Films. Für die Zwecke von Ausführungsformen sind die Unterschiede der mechanischen Eigenschaften (Zähheit) zwischen SOFs durch deren jeweilige Zerreißpunkte ausgewiesen.
  • Bei Ausführungsformen können die Zerreißpunkte von Filmen aus gecapptem SOF (in Bezug auf die entsprechenden Zusammensetzungen aus nicht-gecapptem SOF) um ungefähr 1% bis ungefähr 85%, wie z. B. ungefähr 5% bis ungefähr 25%, verringert werden.
  • Bei Ausführungsformen können die Zerreißpunkte von Filmen aus gecapptem SOF (in Bezug auf die entsprechenden Zusammensetzungen aus nicht-gecapptem SOF) um ungefähr 1% bis ungefähr 400%, ungefähr 20% bis ungefähr 200% oder ungefähr 50% bis ungefähr 100% gesteigert werden.
  • Bei Ausführungsformen können die Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung eine äußerste Schicht aufweisen, die einen fluorierten SOF umfassen, wobei ein erstes Segment mit Lochleitungseigenschaften, das aus der Reaktion eines fluorierten Bausteins erhalten werden kann oder auch nicht, mit einem zweiten Segment verknüpft sein kann, das fluoriert ist, wie z. B. ein zweites Segment, das aus der Reaktion eines fluorhaltigen Molekularbausteins erhalten wurde.
  • Bei Ausführungsformen kann der Fluorgehalt der fluorierten SOFs, die in den Abbildungselementen und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst sind, im gesamten SOF homogen verteilt sein. Die homogene Verteilung des Fluorgehalts im SOF, der in den Abbildungselementen und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst ist, durch den SOF-Bildungsprozess gesteuert werden und somit kann der Fluorgehalt auch auf Molekularebene gemustert werden.
  • Bei Ausführungsformen umfasst die äußerste Schichte der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren einen SOF, wobei die mikroskopische Anordnung von Segmenten gemustert ist. Der Ausdruck ”Mustern” bezieht sich z. B. auf die Abfolge, in der Segmente miteinander verknüpft sind. Ein gemusterter fluorierter SOF wäre daher eine Zusammensetzung, wobei z. B. Segment A (mit Lochleitungsmolekülfunktionen) nur mit Segment B (ein fluoriertes Segment) verbunden ist und Segment B wiederum nur mit Segment A verbunden ist.
  • Bei Ausführungsformen umfasst die äußerste Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren einen SOF mit nur einem Segment, z. B. Segment A (das z. B. sowohl Lochtransportmolekülfunktionen aufweist als auch fluoriert ist) wird verwendet, wie gemustert, da A nur mit A reagieren soll.
  • Grundsätzlich kann ein gemusterter SOF unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Segmenttypen erzielt werden. Die Musterung von Segmenten kann unter Verwendung von Molekularbausteinen gesteuert werden, deren Reaktivität von funktionellen Gruppen einen Partnermolekularbaustein ergänzen soll, und wobei die Wahrscheinlichkeit, dass ein Molekularbaustein mit sich selbst reagiert, minimiert wird. Die oben erwähnte Strategie zur Segmentmusterung ist nicht-einschränkend.
  • Bei Ausführungsformen umfasst die äußerste Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren gemusterte fluorierte SOFs mit unterschiedlichen Musterungsgraden. Beispielsweise kann der gemusterte fluorierte SOF eine vollständige Musterung aufweisen, die durch das gänzliche Fehlen von spektroskopischen Signalen von funktionellen Gruppen von Bausteinen nachgewiesen werden kann. Bei anderen Ausführungsformen die gemusterten fluorierten SOFs mit geringeren Musterungsgraden, wobei Musterungsdomänen innerhalb des SOF vorliegen.
  • Es wird verstanden, dass ein sehr geringer Musterungsgrad mit einer nicht effizienten Reaktion zwischen Bausteinen und der Unfähigkeit zur Bildung eines Films assoziiert ist. Aus diesem Grund ist für die erfolgreiche Umsetzung des Prozesses der vorliegenden Offenbarung eine nennenswerte Musterung zwischen Bausteinen innerhalb des OF erforderlich. Der Grad der Musterung, der für eine Bildung eines gemusterten fluorierten SOF erforderlich ist, der sich für die Außenschicht von Abbildungselementen und/oder Photorezeptoren eignet, kann von den ausgewählten Bausteinen und gewünschten Verknüpfungsgruppen abhängen. Der Mindestmusterungsgrad, der für die Bildung eines geeigneten gemusterten fluorierten SOFs für die Außenschicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren erforderlich ist, kann als Bildung von ungefähr 40% oder mehr der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen oder ungefähr 50% oder mehr der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen quantifiziert werden; der nominelle Musterungsgrad, der durch die vorliegende Offenbarung umgesetzt wird, ist eine Bildung von ungefähr 80% oder mehr der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen, wie z. B. eine Bildung von ungefähr 95% oder mehr der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen oder ungefähr 100% der beabsichtigten Verknüpfungsgruppen. Die Bildung von Verknüpfungsgruppen kann spektroskopisch nachgewiesen werden.
  • Bei Ausführungsformen kann der Fluorgehalt der fluorierten SOFs, die in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst sind, heterogen über den gesamten SOF verteilt sein, einschließlich diverser Muster, wobei die Konzentration oder Dichte des Fluorgehalts in spezifischen Bereichen verringert ist, z. B. um ein Muster von sich abwechselnden Banden hoher und geringer Fluorkonzentrationen einer bestimmten Breite zu bilden. Eine solche Musterung kann auch unter Verwendung einer Mischung von Molekularbausteinen erzielt werden, die die gleiche Ausgangsmolekularbausteinstruktur aufweisen, sich jedoch im Fluorierungsgrad (d. h. in der Anzahl der durch Fluor ersetzten Wasserstoffatome) des Bausteins unterscheiden.
  • Bei Ausführungsformen können die SOFs, die in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst sind, eine heterogene Verteilung des Fluorgehalts aufweisen, z. B. durch Anwendung eines hochfluorierten oder perfluorierten Molekularbausteins oben auf die gebildete Nassschicht, was dazu führen kann, dass sich ein höherer Teil der hochfluorierten oder perfluorierten Segmente auf einer bestimmten Seite des SOF bildet und somit eine heterogene Verteilung von hochfluorierten oder perfluorierten Segmenten innerhalb der Dicke des SOF gebildet wird, so dass im entstehenden SOF, der nach Förderung der Veränderung der Nassschicht zu einem trockenen SOF erhalten wird, ein linearer oder nicht-linearer Konzentrationsgradient erhalten werden kann. Bei solchen Ausführungsformen kann ein Großteil der hochfluorierten oder perfluorierten Segmenten schließlich in der oberen Hälfte (die dem Substrat gegenüberliegt) des trockenen SOF landen und kann ein Großteil der hochfluorierten oder perfluorierten Segmenten schließlich in der unteren Hälfte (die dem Substrat benachbart liegt) des trockenen SOF landen.
  • Bei Ausführungsformen können die SOFs, die in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst sind, nicht-fluorierte Molekularbausteine (die Lochtransportmolekülfunktionen aufweisen können oder auch nicht) umfassen, die zur Deckfläche einer abgelagerten Nassschicht hinzugefügt werden können, was nach Förderung einer Veränderung im Nassfilm zu einem SOF mit einer heterogenen Verteilung der nicht-fluorierten Segmente im trockenen SOF führt. Bei solchen Ausführungsformen kann ein Großteil der nicht-fluorierten Segmenten schließlich in der oberen Hälfte (die dem Substrat gegenüberliegt) des trockenen SOF landen und kann ein Großteil der nicht-fluorierten Segmenten schließlich in der unteren Hälfte (die dem Substrat benachbart liegt) des trockenen SOF landen.
  • Bei Ausführungsformen kann der Fluorgehalt im SOF, der in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst ist, auf einfache Weise verändert werden, indem der fluorierte Baustein oder der Grad der Fluorierung in einem bestimmten Molekularbaustein verändert wird. Beispielsweise können die fluorierten SOF-Zusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung hydrophob sein und können auch zugeschnitten sein, so dass sie eine verbesserte Ladungstransporteigenschaft aufweisen, und zwar durch Auswahl von bestimmten Segmenten und/oder Sekundärkomponenten.
  • Die fluorierten SOFs können bei Ausführungsformen durch Reagieren von einem oder mehreren Molekularbausteinen hergestellt werden, wobei zumindest einer der Molekularbausteine Fluor enthält und zumindest einer der Molekularbausteine Ladungstransportmolekülfunktionen erfüllt (oder bei Reaktion zu einem Segment mit Lochleitungsmolekülfunktionen führt). Beispielsweise können zumindest ein, zwei oder mehr Molekularbausteine mit dem gleichen oder unterschiedlichen Fluorgehalt und Lochleitungsmolekülfunktionen reagiert werden, um einen fluorierten SOF herzustellen. Bei spezifischen Ausführungsformen können alle Molekularbausteine im Reaktionsgemisch Fluor enthalten, die als äußerste Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Bei Ausführungsformen ein unterschiedliches Halogen, wie z. B. Chlor, und optional in den Molekularbausteinen enthalten sein.
  • Die fluorierte Molekularbausteine können von einem oder mehreren Bausteinen, die einen Kohlenstoff- oder Siliciumatomkern enthalten; Bausteinen, die Alkoxykerne enthalten; Bausteinen, die einen Stickstoff- oder Phosphoratomkern enthalten; Bausteinen, die Arylkerne enthalten; Bausteinen, die Carbonatkerne enthalten; Bausteinen, die carbocyclische, carbobicyclische oder carbotricyclische Kerne enthalten; und Bausteinen, die einen Oligothiophenkern enthalten, abgeleitet werden. Solche fluorierten Molekularbausteine können durch Ersetzen oder Austauschen eines oder mehrerer Wasserstoffatome durch ein Fluoratom abgeleitet werden. Bei Ausführungsformen können bei einem oder mehreren der obigen Molekularbausteine alle kohlenstoffgebundenen Wasserstoffatome durch Fluor ersetzt sein. Bei Ausführungsformen können bei einem oder mehreren der obigen Molekularbausteine ein oder mehrere Wasserstoffatome durch ein unterschiedliches Halogen, wie z. B. Chlor, ersetzt sein. Neben Chlor können die SOFs der vorliegenden Offenbarung auch andere Halogen, wie z. B. Chlor, beinhalten.
  • Ein oder mehrere fluorierten Molekularbausteine können bei Ausführungsformen jeweils einzeln oder gesammelt im fluorierten SOF, der in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren umfasst ist, in einem Prozentsatz von ungefähr 5 bis ungefähr 100 Gew.-%, wie z. B. zumindest ungefähr 50 Gew.-%, oder zumindest ungefähr 75 Gew.-%, in Bezug auf 100 Gewichtsteile des SOF vorhanden sein.
  • Bei Ausführungsformen können beim fluorierten SOF mehr als ungefähr 20% der H-Atome durch Fluoratome ersetzt sein, wie z. B. mehr als ungefähr 50%, mehr als ungefähr 75%, mehr als ungefähr 80%, mehr als ungefähr 90% oder mehr als ungefähr 95% der H-Atome durch Fluoratome oder ungefähr 100% der H-Atome durch Fluoratome ersetzt sein.
  • Bei dem fluorierten SOF können mehr als ungefähr 20%, mehr als ungefähr 50%, mehr als ungefähr 75%, mehr als ungefähr 80%, mehr als ungefähr 90%, mehr als ungefähr 95% oder ungefähr 100% der C-gebundenen H-Atome durch Fluoratome ersetzt sein.
  • Bei Ausführungsformen kann auch ein signifikanter Wasserstoffgehalt, z. B. als kohlenstoffgebundener Wasserstoff, in den SOFs der vorliegenden Offenbarung vorhanden sein. Bei Ausführungsformen kann der Prozentsatz der Wasserstoffatome in Bezug auf die Summe der C-gebundenen Wasserstoff- und C-gebundenen Fluoratome auf eine beliebige gewünschte Menge zugeschnitten sein. Beispielsweise kann das Verhältnis von C-gebundenem Wasserstoff zu C-gebundenem Fluor weniger als ungefähr 10 betragen, wie z. B. ein Verhältnis von C-gebundenem Wasserstoff zu C-gebundenem Fluor von weniger als ungefähr 5 oder ein Verhältnis von C-gebundenem Wasserstoff zu C-gebundenem Fluor von weniger als ungefähr 1 oder ein Verhältnis von C-gebundenem Wasserstoff zu C-gebundenem Fluor von weniger als ungefähr 0,1 oder ein Verhältnis von C-gebundenem Wasserstoff zu C-gebundenem Fluor von weniger als ungefähr 0,01.
  • Bei Ausführungsformen kann der Fluorgehalt des fluorierten SOF, der in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst ist, ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 75 Gew.-%, wie z. B. ungefähr 5 Gew.-% bis ungefähr 65 Gew.-% oder ungefähr 10 Gew.-% bis ungefähr 50 Gew.-%, betragen. Der Fluorgehalt des fluorierten SOF, der in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst ist, beträgt bei Ausführungsformen nicht weniger als ungefähr 5 Gew.-%, wie z. B. nicht weniger als ungefähr 10 Gew.-% oder nicht weniger als ungefähr 15 Gew.-%, und ein oberer Grenzwert des Fluorgehalts liegt bei ungefähr 75 Gew.-% oder ungefähr 60 Gew.-%.
  • Bei Ausführungsformen kann die äußerste Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung und SOF, wobei eine beliebige Menge der Segmente im SOF fluoriert sein kann. Der Prozentsatz an fluorhaltigen Segmenten kann z. B. höher als ungefähr 10 Gew.-%, beispielsweise höher als ungefähr 30 Gew.-% oder höher als 50 Gew.-% sein; und ein oberer Grenzwert der fluorhaltigen Segmente kann 100%, wie z. B. weniger als ungefähr 90 Gew.-% oder weniger als ungefähr 70 Gew.-%, sein.
  • Bei Ausführungsformen kann die äußerste Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung ein erstes fluoriertes Segment und ein zweiten elektroaktives Segment im SOF der äußersten Schicht in einer Menge von mehr als ungefähr 80 Gew.-% des SOF, wie z. B. ungefähr 85 bis ungefähr 99,5 Gew.-% des SOF oder ungefähr 90 bis ungefähr 99,5 Gew.-% des SOF, umfassen.
  • Der fluorierte SOF, der in der äußersten Schicht der Abbildungselemente und/oder Photorezeptoren der vorliegenden Offenbarung umfasst ist, kann ein ”lösungsmittelresistenter” SOF, ein gemusterter SOF, ein gecappter SOF, ein Verbund-SOF und/oder ein periodischer SOF sein, die im Folgenden allesamt im Allgemeinen als ”SOF” bezeichnet werden, außer wenn anderweitig angegeben.
  • Der Ausdruck ”lösungsmittelresistent” bezieht sich z. B. auf das wesentliche Fehlen von (1) jeglichem Auslaugen von Atomen und/oder Molekülen, die einmal kovalent an den SOF und/oder die SOF-Zusammensetzung (beispielsweise Verbund-SOF) gebunden waren, und/oder (2) jeglicher Phasentrennung von Molekülen, die einmal Teil des SOF und/oder der SOF-Zusammensetzung (beispielsweise Verbund-SOF) waren, wodurch die Anfälligkeit der Schicht, in die der SOF eingebunden wird, gegenüber Lösungsmitteln/Spannungsrissen oder Abbau erhöht wird. Der Ausdruck ”das wesentliche Fehlen” bezieht sich z. B. darauf, dass weniger als 0,5% der Atome und/oder Moleküle des SOF ausgelaugt sind, nachdem das SOF-umfassende Abbildungselement (oder die SOF-Abbildungselementschicht) kontinuierlich einem Lösungsmittel (wie z. B. einem wässrigen Fluid oder einem organischen Fluid) über einen Zeitraum von ungefähr 24 h oder länger (wie z. B. ungefähr 48 h oder ungefähr 72 h) ausgesetzt oder in dieses getaucht wurde, wie z. B. dass weniger als ungefähr 0,1 % der Atome und/oder Moleküle des SOF ausgelaugt sind, nachdem der SOF, umfassend, über einen Zeitraum von ungefähr 24 h oder länger (wie z. B. ungefähr 48 h oder ungefähr 72 h) einem Lösungsmittel ausgesetzt oder in dieses getaucht wurde, oder dass weniger als ungefähr 0,01% der Atome und/oder Moleküle des SOF ausgelaugt sind, nachdem der SOF einem Lösungsmittel über einen Zeitraum von ungefähr 24 h oder länger (wie z. B. ungefähr 48 h oder ungefähr 72 h) ausgesetzt oder in dieses getaucht wurde.
  • Der Ausdruck ”organisches Fluid” bezieht sich z. B. auf organische Flüssigkeiten oder Lösungsmittel, die z. B. Alkene wie z. B. geradkettige aliphatische Kohlenwasserstoffe, verzweigtkettige aliphatische Kohlenwasserstoffe und dergleichen, z. B. wobei die gerad- oder verzweigtkettigen aliphatischen Kohlenwasserstoffe ungefähr 1 bis ungefähr 30 Kohlenstoffatome, wie z. B. ungefähr 4 bis ungefähr 20 Kohlenstoffatome, aufweisen; aromatische Stoffe wie z. B. Toluol, Xylole (wie z. B. o-, m-, p-Xylol) und dergleichen und/oder Mischungen davon; Isoparlösungsmittel oder isoparaffine Kohlenwasserstoffe wie z. B. eine nicht-polare Flüssigkeit der Reihe ISOPARTM, wie z. B. ISOPAR E, ISOPAR G, ISOPAR H, ISOPAR L und ISOPAR M (hergestellt von der Exxon Corporation, diese Kohlenwasserstoffflüssigkeiten werden als schmale Abschnitte von isoparaffinen Kohlenwasserstofffraktionen angesehen), der Flüssigkeitenreihe NORPARTM, bei der es sich um Zusammensetzungen von n-Paraffinen handelt, erhältlich von der Exxon Corporation, die Flüssigkeitenreihe SOLTROLTM, erhältlich von der Phillips Petroleum Company, und die Flüssigkeitenreihe SHELLSOLTM, erhältlich von der Shell Oil Company, oder isoparaffine Kohlenwasserstofflösungsmittel mit ungefähr 10 bis ungefähr 18 Kohlenstoffatomen und/oder Mischungen davon beinhalten können. Bei Ausführungsformen kann das organische Fluid auf Wunsch eine Mischung aus einem oder mehreren Lösungsmitteln sein, d. h. ein Lösungsmittelsystem. Außerdem können auf Wunsch mehrere polare Lösungsmittel verwendet werden. Beispiele für stärker polare Lösungsmittel, die verwendet werden können, beinhalten halogenierte und nicht-halogenierte Lösungsmittel, wie z. B. Tetrahydrofuran, Trichlor- und Tetrachlorethan, Dichlorethan, Chloroform, Monochlorbenzol, Aceton, Methanol, Ethanol, Benzol, Ethylacetat, Dimethylformamid, Cyclohexanon, N-Methylacetamid und dergleichen. Das Lösungsmittel kann aus einem, zwei, drei oder mehr unterschiedlichen Lösungsmitteln und/oder anderen diversen Mischungen der oben erwähnten Lösungsmittel zusammengesetzt sein.
  • Diverse beispielhafte Ausführungsformen, die hier umfasst sind, beinhalten ein Abbildungsverfahren, das das Erzeugen eines elektrostatischen latenten Bildes auf einem Abbildungselement, das Entwickeln eines latenten Bildes und das Übertragen des entwickelten elektrostatischen Bildes auf ein geeignetes Substrat beinhaltet.
  • Auch wenn sich die obige Beschreibung auf bestimmte Ausführungsformen bezieht, wird verstanden, dass viele Modifikationen vorgenommen werden können, ohne sich von deren Geist zu entfernen. Die beiliegenden Ansprüche sollen solche Modifikationen so abdecken, als würden diese in den korrekten Umfang und Geist von vorliegenden Ausführungsformen fallen.
  • Die vorliegend offenbarten Ausführungsformen sind daher als in sämtlicher Hinsicht veranschaulichend und nicht einschränkend anzusehen, wobei der Umfang von Ausführungsformen durch die beiliegenden Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben wird. Alle Änderungen, die in die Bedeutung und der Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen darin umfasst sein.
  • BEISPIELE
  • Die hier nachstehend angeführten Beispiele und veranschaulichen verschiedene Zusammensetzungen und Bedingungen, die bei der Ausübung der vorliegenden Ausführungsformen verwendet werden können. Alle Proportionen basieren auf dem Gewicht, falls nicht anderweitig angegeben. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Ausführungsformen mit vielen Typen von Zusammensetzungen ausgeübt werden können und viele unterschiedliche Verwendungen gemäß der Offenbarung, wie oben und hier nachfolgend aufgezeigt, aufweisen können.
  • Um den Vorteil eines Lochtransportmoleküls der vorliegenden Ausführungsformen aufzuzeigen, z. B. Bis[4-(methoxymethyl)phenyl]phenylamin, wurden die folgenden ”prophetischen” (prophetic) Beispiele durchgeführt und beschrieben, so dass die Durchführbarkeit der vorliegenden Ausführungsformen gezeigt wird.
  • Prophetisches Beispiel 1: Synthese eines fluorierten strukturierten organischen Films (FSOF), der Capping-Einheiten mit Lochtransporteigenschaften enthält.
  • Eine FSOF-Lösung wird durch Mischen eines ersten Bausteins 1H,1H,8H,8H-Dodecafluor-1,8-octanediol; (7,49), eines zweiten Bausteins TME-Ab118; (6,37); eines Antioxidationsmittels TrisTPM; (0,29 g) hergestellt. Eine Capping-Einheit HTM-(4-(diphenylamino)phenyl)methanol (1,53 g), ein Säurekatalysator, bereitgestellt als 0,8 g einer 20-gew-%igen Lösung von Nacure XP-357, eines Verlaufszusatzstoffs, bereitgestellt als 0,64 g einer 25-gew.-%igen Lösung von Silclean 3700, und 22,7 g 1-Methoxy-2-propanol.
  • Das Gemisch wird geschüttelt und bei 65°C für 3 h erhitzt, wodurch die Feststoffbestandteile aufgelöst werden und die Bausteine miteinander reagieren, um ein strukturiertes Netzwerk mit Capping-Einheiten zu bilden. Das entstehende Gemisch wird danach durch eine 1-μm-PTFE-Membran filtriert und mittels Tsukiagi-Becher auf einen 40-mm-Trommelphotorezeptor beschichtet und in einem Umluftofen bei 155°C für 40 min getrocknet. Die entstehende gehärtete FSOF-Mantelschicht ist ungefähr 6 Mikrometer dick.
  • Prophetisches Beispiel 2
  • Eine FSOF-Lösung wird durch Mischen eines ersten Bausteins 1H,1H,8H,8H-Dodecafluor-1,8-octanediol; (7,49), eines zweiten Bausteins TME-Ab118; (6,37); eines Antioxidationsmittels TrisTPM; (0,29 g) hergestellt. Eine Capping-Einheit 3-(Phenyl(p-tolyl)amino)phenol (1,53 g), ein Säurekatalysator, bereitgestellt als 0,8 g einer 20-gew-%igen Lösung von Nacure XP-357, eines Verlaufszusatzstoffs, bereitgestellt als 0,64 g einer 25-gew.-%igen Lösung von Silclean 3700, und 22,7 g 1-Methoxy-2-propanol.
  • Das Gemisch wird geschüttelt und bei 65°C für 3 h erhitzt, wodurch die Feststoffbestandteile aufgelöst werden und die Bausteine miteinander reagieren, um ein strukturiertes Netzwerk mit Capping-Einheiten zu bilden. Das entstehende Gemisch wird danach durch eine 1-μm-PTFE-Membran filtriert und mittels Tsukiagi-Becher auf einen 40-mm-Trommelphotorezeptor beschichtet und in einem Umluftofen bei 155°C für 40 min getrocknet. Die entstehende gehärtete FSOF-Mantelschicht ist ungefähr 6 Mikrometer dick.
  • Prophetisches Vergleichsbeispiel 3
  • Eine FSOF-Lösung wird durch Mischen eines ersten Bausteins 1H,1H,8H,8H-Dodecafluoro-1,8-octandiol; (9,83 g), eines zweiten Bausteins TME-Ab118; (9,41 g); eines Antioxidationsmittels 2,5-Di(tert-amyl)hydrochinon; (0,19 g), eines Säurekatalysators, bereitgestellt als 1,0 g einer 20-gew.-%igen Lösung von Nacure XP-357, eines Verlaufszusatzstoffs, bereitgestellt als 0,8 g einer 25-gew.-%igen Lösung von Silclean 3700, und 28,6 g 1-Methoxy-2-propanol hergestellt.
  • Das Gemisch wird geschüttelt und bei 65°C für 3 h erhitzt, wodurch die Feststoffbestandteile aufgelöst werden und die Bausteine miteinander reagieren, um ein strukturiertes Netzwerk mit Capping-Einheiten zu bilden. Das entstehende Gemisch wird danach durch eine 1-μm-PTFE-Membran filtriert und mittels Tsukiagi-Becher auf einen 40-mm-Trommelphotorezeptor beschichtet und in einem Umluftofen bei 155°C für 40 min getrocknet. Die entstehende gehärtete FSOF-Mantelschicht ist ungefähr 6 Mikrometer dick.
  • Prophetisches Vergleichsbeispiel 4
  • Der Basisherstellungsphotorezeptor, der für die Beispiele 1 bis 3 verwendet wurde und keine Mantelschicht aufweist, wird für ein Vergleichsbeispiel verwendet.
  • Elektrische Beurteilung
  • Das Vergleichsbeispiel 4 ohne Mantelschicht wird auf einem elektrischen 40-mm-Universalscanner, eingestellt auf einen Zeitablauf von 75 ms und mit einer Exposition und Löschung von 680 nm, mit den Beispielen 1 bis 3 verglichen. Kurven zur photoinduzierten Entladung (PIDC) aller Proben wurden aufgezeichnet und verglichen. Die Beispiele 1 und 2 zeigen im Vergleich zu den Beispielen 3 und 4 eine verbesserte Photoentladung. Man geht davon aus, dass dies auf die hinzugefügten Capping-Einheiten mit Lochtransporteigenschaften zurückzuführen ist, die einen verbesserten Ladungstransport bereitstellen.
  • Beurteilung von der Erzeugung von Geisterbildern
  • Das Vergleichsbeispiel 3 ohne eine Capping-Einheit wird mit den Beispielen 1 bis 2 verglichen, indem sie in einem Xerox Workcentre 7435 Drucker platziert werden. Ein Drucktest wird in einer belastenden Umgebung (A-Zone: 28 Grad Celsius, 85% rF) und unter Verwendung eines bekannten Geisterbildertestmusters durchgeführt, um die Bildqualität und insbesondere Geisterbilder zu beurteilen. Die Beispiele 1 und 2 zeigen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 3 verbesserte Erzeugung von Geisterbildern. Man geht davon aus, dass dies auf die hinzugefügten Capping-Einheiten mit Lochtransporteigenschaften zurückzuführen ist, die einen verbesserten Ladungstransport bereitstellen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (10)

  1. Abbildungselement, umfassend: ein Substrat; eine Ladungserzeugungsschicht; eine Ladungstransportschicht; und eine optionale Mantelschicht, wobei eine äußerste Schicht des Abbildungselements einen strukturierten organischen Film (SOF) umfasst, umfassend eine Mehrzahl von Segmenten und eine Mehrzahl von Linkern, die als kovalentes organisches Gerüst (COF) angeordnet sind, wobei der SOF Capping-Einheiten umfasst und ferner wobei die Capping-Einheiten Lochtransportmoleküle umfassen.
  2. Abbildungselement nach Anspruch 1, wobei der SOF ein erstes fluoriertes Segment beinhaltet.
  3. Abbildungselement nach Anspruch 2, wobei das erste fluorierte Segment ein Segment ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
    Figure DE102016202711A1_0027
  4. Abbildungselement nach Anspruch 1, wobei die Lochtransportmoleküle aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Carbazol; N-Ethylcarbazol; N-Isopropylcarbazol; N-Phenylcarbazol; Tetraphenylpyren; 1-Methylpyren; Perylen; Chrysen; Anthracen; Tetraphen; 2-Phenylnaphthalen; Azopyren; 1-Ethylpyren; Acetylpyren; 2,3-Benzochrysen; 2,4-Benzopyren; 1,4-Bromopyren; Poly(N-vinylcarbazol); Poly(vinylpyren); Poly(vinyltetraphen); Poly(vinyltetracen); Poly(vinylperylen); Arylamin; 2,4,7-Trinitro-9-fluorenon; 2,4,5,7-Tetranitro-fluorenon; Dinitroanthracen; Dinitroacridin; Tetracyanopyren; Dinitroanthrachinon; Butylcarbonylfluorenmalononitril; und Mischungen davon.
  5. Abbildungselement nach Anspruch 1, wobei das Lochtransportmolekül aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus N,N,N',N'-Tetra-(p-tolyl)biphenyl-4,4'-diamin:
    Figure DE102016202711A1_0028
    und N4,N4'-Bis(3,4-dimethylphenyl)-N4,N4'-di-p-tolyl-[1,1'-biphenyl]-4,4'-diamin:
    Figure DE102016202711A1_0029
  6. Abbildungselement nach Anspruch 1, wobei die Ladungstransportschicht die äußerste Schicht ist und die Ladungstransportschicht zwischen ungefähr 10 und ungefähr 40 Mikrometer dick ist.
  7. Abbildungselement nach Anspruch 1, wobei die Ladungserzeugungsschicht und die Ladungstransportschicht in einer einzelnen Schicht mit einer Dicke zwischen ungefähr 10 und ungefähr 10 Mikrometer kombiniert sind.
  8. Abbildungselement nach Anspruch 1, wobei die Capping-Einheiten eine veranlagte oder inhärente Eigenschaft des SOF verbessern.
  9. Abbildungselement, umfassend: ein Substrat; eine Ladungserzeugungsschicht; eine Ladungstransportschicht; und eine optionale Mantelschicht, wobei eine äußerste Schicht des Abbildungselements einen strukturierten organischen Film (SOF) umfasst, umfassend eine Mehrzahl von Segmenten, die zumindest ein erstes fluoriertes Segment beinhalten, und eine Mehrzahl von Linkern, die als kovalentes organisches Gerüst (COF) angeordnet sind, wobei der SOF ferner Capping-Einheiten umfasst, die Lochtransportmoleküle sind, und ferner wobei eine Capping-Einheitladung mehr als 5 Gew.-% des Gesamtgewichts des SOF ist.
  10. Xerographische Vorrichtung, die umfasst: ein Abbildungselement, wobei eine äußerste Schicht des Abbildungselements einen strukturierten organischen Film (SOF) umfasst, umfassend eine Mehrzahl von Segmenten und eine Mehrzahl von Linkern, die als kovalentes organisches Gerüst (COF) angeordnet sind, wobei der SOF Capping-Einheiten umfasst und ferner wobei die Capping-Einheiten Lochtransportmoleküle umfassen; eine Ladeeinheit, um dem Abbildungselement eine elektrostatische Ladung zu verleihen; eine Expositionseinheit, um ein elektrostatisches latentes Bild auf dem Abbildungselement zu erzeugen; eine Bildmaterialzuführeinheit, um ein Bild auf dem Abbildungselement zu erzeugen; eine Übertragungseinheit, um das Bild vom Abbildungselement zu übertragen; und eine optionale Reinigungseinheit.
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