DE4207625C2

DE4207625C2 - Verwendung eines Hydrophobierungsmittels

Info

Publication number: DE4207625C2
Application number: DE19924207625
Authority: DE
Inventors: Carsten Dipl Ing Senge; Joerg Dipl Ing Erdmann; Jana Dipl Ing Dahlmeier
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1992-03-06
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2012-03-07
Also published as: DE4207625A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Hydrophobie rungsmittel mit vernetzbaren, hydroxylgruppenhaltigen Halo gencopolymeren, die mittels Polyisocyanaten vernetzt sind.

In vielen Bereichen der Technik können bei Gegenständen Oberflächen erwünscht sein, die von Flüssigkeiten schlecht oder nicht benetzt werden (hydrophobes Verhalten). Bei metallischen Oberflächen kann dies beispielsweise zur Ver meidung von Korrosionen erforderlich sein. Bei Einrichtungen zum gezielten Ausbringen einer Flüssigkeit hängen Zuverläs sigkeit und Qualität der Flüssigkeitsausbringung erheblich von dem Benetzungsverhalten der auszubringenden Flüssigkeit im Bereich der Ausbringungsöffnungen (Düsen) ab. Eine gut benetzende Oberfläche im Bereich einer Düse (z. B. eines Tintendruckkopfes) erhöht die Gefahr, daß Tinte aus der Düse herausläuft und eine im Extremfall die Düsenöffnung abdek kende und somit das gezielte Ausbringen eines Einzeltropfens verhindernde Tintenansammlung bildet.

Aus der WO 90/14958 ist ein Hydrophobierungsmittel zur Ober flächenbehandlung insbesondere bei Tintenstrahldruckköpfen bekannt, welches als wirksame Komponente ein Silan enthält, bei dem eine zumindest teilweise fluorierte organische Grup pe über einen gesättigten Rest an das Silizium angebunden ist. Dieses Hydrophobierungsmittel zeigt sowohl gegen wäß rige als auch organische Lösungsmittel einer auszubringenden Flüssigkeit eine gute abstoßende bzw. entnetzende Wirkung.

Eine aufgrund der Verwendung bekannter Hydrophobierungsmit tel gebildete Schicht weist auch bei Langzeitkontakt mit einer Tinte mit wäßrigem und organischem Lösungsmittel eine nahezu unverändert gute hydrophobierende Wirkung auf, sofern eine Lagertemperatur im Bereich von 50°C nicht überschritten wird. Bei Lagertemperaturen oberhalb 60°C vermindert sich die Stabilität und damit die hydrophobierende Wirkung der bekannten Hydrophobierungsmittelschicht. Dieser Effekt ist in der Vernetzungsstruktur des bekannten Hydrophobierungs mittels und in der Art der Vernetzung mit der behandelten Oberfläche begründet. Außerdem muß das bekannte Hydrophobie rungsmittel in absolut wasserfreier Atmosphäre aufgebracht werden, da Wasser den Vernetzungsvorgang und die Stabilität der gebildeten Schicht beeinträchtigt.

Aus der EP-B1-0 150 430 ist ein Hydrophobierungsmittel der eingangs genannten Art in Form von Grundierungs- und Deck lacken bekannt, das sich jedoch hinsichtlich seiner inneren Stabilität und seiner Abriebbeständigkeit nicht für mecha nisch - beispielsweise durch Wischen - und thermisch bean spruchte Flächen eignet, die insbesondere gegenüber organi schen Lösungsmitteln abstoßende Wirkung (Entnetzung) zeigen sollen. Insbesondere bei zunehmender Temperaturwechselbean spruchung und regelmäßigem Wischen, das beispielsweise zur Reinigung der Düsenaustrittsfläche eines Tintenstrahldruc kers erforderlich ist, würde diese Hydrophobierungsmittel schicht unter Verlust der hydrophoben Wirkung abgetragen werden.

Durch die vorgenannte Verwendung bekannter Hydrophobierungsmittel können Unebenheiten auf der zu beschichtenden Oberfläche nur unzulänglich ausgeglichen und auf der Oberfläche vorhandene Partikel nicht schützend eingeschlossen werden, derartige Partikel fungieren dann als Keime zur unerwünschten Ansammlung der Flüssigkeit, von der die beschichtete Oberfläche gerade ent netzt werden soll.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Verwen dung eines Hydrophobierungsmittel zu schaffen, das unter Beibehaltung seiner hydrophoben Wirkung gegen äußere Einflüsse höchst stabil ist und von der Oberflächenbeschaffenheit des zu beschichtenden Körpers weitgehend unabhängig eine Schicht mit zuverlässiger hydrophober Wirkung bildet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Hydrophobierungsmittel gemäß Anspruch 1 verwendet wird.

Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Flüssigkeit auf einer mit dem erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittel beschichte ten Fläche einen Benetzungswinkel (Kontaktwinkel) von 80° bis 90° ausbildet, der insbesondere die Austrittsverhältnis se bei einer Einrichtung zum gezielten Ausbringen einer Flüssigkeit verbessert. Langzeitversuche zeigen, daß die hydrophobe Wirkung der Beschichtung insbesondere bei für das sogenannte Bubble-Jet-Tintendruckverfahren verwendeten Tin ten auch bei Umgebungstemperaturen oberhalb 60°C unverän dert bleibt und eine gleichbleibend gute Haftung auf der Oberfläche beibehält. Bei dem Bubble-Jet-Tintendruckverfah ren wird in einem Tintenkanal befindliche Tinte über einem elektrischen Heizelement lokal derart erhitzt, daß es zur lokalen Ausbildung einer Dampfblase kommt, die nach Beendigung der Erhitzung spontan kollabiert. Dadurch wird ein Tintentropfen gezielt aus einer dem Tintenkanal zugeordneten Düse ausgebracht.

Weitere Versuche haben gezeigt, daß eine von dem erfindungsge mäß verwendeten Hydrophobierungsmittel gebildete Schicht einer Wischbe lastung von ca. 200 000 Wischungen ohne merklichen Abrieb und ohne nennenswerte Beeinträchtigungen der hydrophoben Wirkung standhält. Dies macht das erfindungsgemäß verwendeten Hydrophobierungs mittel im Hinblick auf Einrichtungen zum geziel ten Ausbringen einer Flüssigkeit attraktiv, bei denen zur Auf rechterhaltung der Funktionsfähigkeit, insbesondere nach längeren Funktionspausen, ein automatisches oder manuelles Abwischen des Flüssigkeitsaustrittsbereichs durch den Benutzer erfolgen muß.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung zumindest teilweise halogenierter Polyisocyanate oder Polythioisocyanate; dem erfindungsgemäß verwendeten Hydrophobierungsmittel wird durch die Substituenten (z. B. Chloratome) eine weiter erhöhte hydrophobe Wirkung verliehen.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Poly isocyanat zumindest anteilig Triisocyanat enthält; das Polyisocyanat kann beispielsweise aus einem Gemisch von Diisocyanat und Triisocyanat bestehen. Die Triisocynate bzw. der Anteil der Triisocyanate bewirken eine räumlich besonders vorteilhaft ausgebildete, dreidimensional vernetzte Struktur des erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittels, die eine besonders fest ausgebildete Schicht und ein äußerst gutes Haften an der zu beschichteten Oberfläche ermöglicht. Damit ist ein zuverlässiges Haften des Hydrophobierungsmittels auch ohne jeglichen Haftvermittler an einer unvorbehandelten Oberfläche möglich; so kann beispielsweise das erfindungs gemäß verwendete Hydrophobierungsmittel unmittelbar auf eine z. B. durch einen Sägevorgang erzeugte Düsenaustrittsfläche eines Tinten druckkopfes fest aufgebracht werden.

Das erfindungsgemäß verwendete Hydrophobierungsmittel wird zur hydrophoben Ausbildung des Düsenmündungsbereichs bei einer Einrichtung zum gezielten Ausbringen einer Flüssigkeit, bei einem Tinten druckkopf, benutzt. Ein derartiger Tintendruckkopf kann - wie beispielsweise in der WO 90/14958 ausführlich beschrieben - ein Metallplättchen, ein Siliziumsubstrat, Isolations- und Abdeckschichten, eine Tintenkanäle ausbil dende Fotolackschicht und eine Abdeckschicht aufweisen. Auf diesen Materialverbund kann das Hydrophobierungsmittel z. B. im Tauchverfahren oder mittels einer Sprühbeschichtung mit einer nach dem Bernoulli-Effekt arbeitenden Sprühpistole (Air-Brush) aufgetragen; die Beschichtung einer derartigen, aus verschiedenen Materialien gebildeten Stirnfläche ist problemlos unter Erzielung einer hohen hydrophoben Wirkung möglich. Beim Aufzeichnungsbetrieb bilden sich Tintentropfen unmittelbar über den Düsenmündungen und nicht auf seitlich den Düsenmündungen benachbarten Oberflächenbereichen. Die Tropfen besitzen demzufolge eine genau definierte Größe, die im wesentlichen von einstellbaren Parametern der Tinte (z. B. Viskosität oder Temperatur) abhängt und können in exakt reproduzierbarer Größe und stets entlang der gleichen Trop fenflugbahn auf einen Aufzeichnungsträger aufgebracht wer den.

Die Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel erläutert:

Bei der Verwendung des Hydrophobierungsmittels können als Basis beispielsweise vernetzbare, fluorhaltige Copolymere verwendet werden, wie sie aus der EP-B1-0 150 430 bekannt sind, auf die im Hinblick auf die Darstellung der Copolymere ausdrücklich Bezug genommen wird. Im einzelnen kann das flu orhaltige Copolymer bestehen aus:

a) 20 bis 80 Mol% an copolymerisierten Einheiten eines Vinylesters der Formel worin R¹, R² und R³ z. B. Alkylreste darstellen und höchstens einer dieser Reste Wasserstoff ist, wobei ferner der gesamte Alkylrest des Vinylesters vorzugsweise mindestens 9 und höch stens 28 Kohlenstoff-Atome besitzt,
b) 5 bis 50 Mol% an copolymerisierten Einheiten eines Vinyle sters der Formel CH₂ = CH-O-CO-R⁴worin R⁴ ein geradkettiger Alkylrest mit 1 bis 3 Kohlen stoffatomen ist und wobei 90 bis 100% der copolymerisierten Einheiten dieses Vinylesters der Komponente b in der durch Solvolyse erhaltenen OH-Form vorliegen, sowie
c) copolymeri sierten Einheiten eines Fluorolefins in einer Menge, die die Summe der Komponenten a und b auf 100 ergänzt, jedoch mit der Maßgabe, daß mindestens 10 Mol-% an copolymerisierten Einheiten dieses Fluorolefins im Copolymer vorhanden sind.

Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird das Hydrophobie rungsmittel direkt vor dem Auftrag aus zwei separaten Lösungen im geeigneten stöchiometrischen Verhältnis zusam mengemischt. Die erste Lösung enthält das fluorhaltige Copo lymer und ggf. einen Beschleuniger z. B. in Form eines ter tiären Amins oder einer Organo-Zinn-Verbindung (z. B. einer niederprozentigen Lösung eines Dibutylzinndilaurats). Die Fluorcopolymere und ggf. der Beschleuniger sind in einem polaren, organischen Lösungsmittel gelöst und in diesem in der erforderlichen Konzentration auch über längere Zeit lagerfähig.

Die zweite Lösung enthält den Härter in Form von Di- und/oder Tri- oder höheren Polyisocyanaten, die aromatische oder pseudo-aromatische Systeme als Grundgerüste enthalten. Ein geeignetes aromatisches Diisocyanat ist Diphenyl-Methyl- 4,4′-Diisocyanat mit der Struktur:

Es kann auch ein Diisocyanat verwendet werden, bei dem Sauerstoff durch Schwefel ersetzt ist (Dithioisocyanat). Gleichfalls ist die Verwendung pseudo-aromatischer Polyiso cyanate möglich, bei denen durch (teilweisen) Ersatz des Kohlenstoffs z. B. durch Stickstoff eine pseudo-aromatische Struktur der Form

entsteht. Durch Halogenierung (Substitution von Wasserstoff atomen z. B. durch Chloratome in dem Diisocyanat gemäß Strukturformel (III)) kann eine noch bessere hydrophobe Wirkung erreicht werden.

Auch der Härter ist in einem polaren Lösungsmittel gelöst und in diesem in der erforderlichen Konzentration lagerfähig.

Das Lösungsgemisch wird auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht, wobei unter Abdunsten des Lösungsmittels und ggf. unter Einwirkung des Beschleunigers und/oder Wärme die ein zelnen Komponenten unter Bildung einer hydrophob wirkenden Schicht vernetzen. Die polaren Eigenschaften der einzelnen Komponenten gehen bei dem Aushärtungsprozeß verloren. Bei Verwendung von Triisocyanat bildet sich ein Polyurethan der allgemeinen Struktur

X: Halogen oder Wasserstoff
aus. Jedes Triisocyanat ermöglicht eine vernetzende Bindung an drei (oder bei einem höheren Polyisocyanat entsprechend mehr) räumlich verschieden orientierten Punkten, wobei die Polyiso cyanate als kurze Verbindungsbrücken zwischen den Copolymeren fungieren, wodurch sich eine sehr dichte räumliche Vernetzung bildet. Die gebildete Schicht ist im wesentlichen nur durch physikalische/mechanische Verankerungen mit der beschichteten Oberfläche verbunden, die eine unbehandelte, rauhe Oberfläche aufweisen kann, weil die mechanische Stabilität der Beschich tung ausreicht, um auch Stellen mit unzureichender Teilhaftung zu überspannen. Die Beschichtung kann Schmutzpartikel ein schließen und überdecken, so daß diese Partikel nicht als Keime für eine Flüssigkeitsansammlung fungieren können; Une benheiten der zu behandelnden Oberfläche werden in weiten Grenzen kompensiert.

Die erfindungsgemäße Verwendung des Hydrophobierungsmittels ist einfach und aufgrund der hohen Oberflächengüte der gebildeten Beschichtung ist ein Feinschleifen des Düsenmün dungsbereichs beispielsweise bei einem Tintendruckkopf nicht notwendig; Düsenausbrüche werden vorteilhaft ausgeglichen.

Claims

1. Verwendung eines Hydrophobierungsmittels mit vernetzbaren, hydroxylgruppenhaltigen Halogenpolymeren, die mittels Isocyanat vernetzt sind und zumindest teilweise ein Tri- oder höheres Polythioisocyanat enthalten, zur hydrophoben Ausbildung der Düsenmündungsbereiche von Tintendruckköpfen.

2. Verwendung des Hydrophobierungsmittels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanat zumindest teilweise ein aromatisches oder pseudo-aromatisches Isocyanat ist.

3. Verwendung des Hydrophobierungsmittels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanat zumindest teilweise halogeniert ist.