DE4207626C2 - Hydrophobierungsmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrophobierungsmittel zur hydro­ phoben Ausbildung von Düsenmündungsbereichen von Tintendruck­ köpfen.

Hydrophobierungsmittel verleihen der behandelten Oberfläche eine abstoßende Wirkung (Entnetzungswirkung) sowohl gegen wäßrige als auch gegen organische Lösungsmittel. Von Flüssig­ keiten schlecht oder nicht benetzbare Oberflächen können in den verschiedensten Bereichen der Technik erwünscht sein. Bei metallischen Oberflächen kann dies zur Vermeidung von Korro­ sion erforderlich sein. Bei anderen Gegenständen kann eine Benetzung der Oberfläche aus technischen Gründen unerwünscht sein; beispielsweise ist bei Druckköpfen das Benetzungsver­ halten der Düsenaustrittsfläche im Bereich der Düsenöffnungen für die erzielbare Druckqualität von großer Bedeutung.

In diesem Zusammenhang ist aus der WO 90/14958 ein Hydropho­ bierungsmittel zur Oberflächenbehandlung, insbesondere für die Düsenaustrittsfläche eines Tintendruckkopfes bekannt, welches als wirksame Komponente ein Silan enthält, bei dem eine zumin­ dest teilweise fluorierte organische Gruppe über einen gesät­ tigten Rest an das Silizium angebunden ist. Dieses Hydropho­ bierungsmittel ist bei Raumtemperatur flüssig und kann bei­ spielsweise durch Tauchen, Besprühen oder Bedampfen auf die zu behandelnde Oberfläche aufgetragen werden. Der Auftrag muß allerdings in trockener, absolut wasserfreier Atmosphäre erfolgen, wozu das Hydrophobierungsmittel beispielsweise in einer den zu behandelnden Körper enthaltenden geschlossenen Kammer erwärmt wird. Das Hydrophobierungsmittel schlägt sich dabei auf der zu beschichtenden Fläche nieder. Die Art und Gleichmäßigkeit des Niederschlags bestimmt unmittelbar die Gleichmäßigkeit und Stabilität der gebildeten Hydrophobie­ rungsmittelschicht.

Aus der EP-B1-0 150 430 ist ein Hydrophobierungsmittel der eingangs genannten Art auf der Basis vernetzbarer, fluor­ haltiger Copolymere bekannt. Die Copolymere sind in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise in einem ali­ phatischen Alkohol oder Polyglykol, gelöst. Unter Zusatz eines Vernetzungsmittels (Härter) lassen sich aus diesen Copolymeren haftfeste, korrosions- und witterungsstabile Grundierungen erzeugen. Eine aus diesen bekannten Hydrophobierungsmitteln gebildete Schicht weist jedoch bei mechanischer Belastung - beispielsweise durch häufiges Wischen - nur unzureichende langzeitstabile Haftungseigenschaften auf und kann Bereiche mit unzureichender Teilhaftung nur ungenügend überdecken. Außerdem kann das bekannte Hydrophobierungsmittel auf der Oberfläche befindliche Schmutzpartikel nur unzureichend Überdecken und einkleiden, so daß diese Schmutzpartikel als Keime für eine unerwünschte Flüssigkeitsansammlung auf der beschichteten Oberfläche dienen können. Ein weiteres Problem des bekannten Hydrophobierungsmittels besteht darin, daß beim Aufdampfen oder Aufsprühen auf der zu behandelnden Oberfläche Inseln entstehen, die durch ein unzureichendes Zusammenlaufen der auf der Oberfläche niedergeschlagenen Hydrophobierungs­ mitteltropfen entstehen. Das Zusammenlaufen der Hydropho­ bierungsmitteltropfen ist im wesentlichen abhängig von der Viskosität beim Auftragungszeitpunkt. Die Viskosität wird im wesentlichen durch den ursprünglichen Gewichtsanteil und den Siedepunkt des verwendeten Lösungsmittels sowie durch dessen auftragsartbedingte Verflüchtigung beeinflußt. In jedem Fall ist es mit dem bekannten Hydrophobierungsmittel schwierig, eine gleichmäßige Beschichtung zu erzeugen, da ein relativ großer Lösungsmittelanteil zwar ein gutes Zusam­ menlaufen der aufgetragenen Hydrophobierungsmitteltropfen er­ laubt, gleichzeitig aber das aufgetragene Hydrophobierungs­ mittel infolge des hohen Lösungsmittelanteils zum unerwünsch­ ten Ablaufen von der zu behandelnden Oberfläche neigt. Ein beim Auftrag relativ geringer Lösungsmittelanteil vermeidet zwar das unerwünschte Ablaufen, jedoch ist damit die Gefahr der beschriebenen Bildung von Inseln wesentlich erhöht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Hydropho­ bierungsmittel bereitzustellen, das bei einfacher Verarbei­ tung eine gleichmäßige, geschlossene Beschichtung auf der zu behandelnden Oberfläche ausbildet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Hydrophobie­ rungsmittel der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an sich bekannte Halogencopolymere ver­ wendet werden, die in an sich bekannter Weise vernetzbar sind, und die zum Aufbringen auf den Tintendruckkopf in einem Lö­ sungsmittelgemisch aus tertiärem Butylacetat und γ-Butyro­ lacton gelöst sind.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Hydrophobie­ rungsmittels besteht darin, daß sein Fließ- und Benetzungs­ verhalten auf der zu behandelnden Oberfläche durch geeignete Abstimmung der beiden Lösungsmittel im Lösungsmittelgemisch zueinander und deren Siedepunkte weitestgehend frei einstell­ bar ist. Das tertiäre Betylacetat, welches sich beim Auftrag bereits annähernd (z. B. bis auf wenige Gew.%) verflüchtigt, ermöglicht eine gute Lagerung des Hydrophobierungsmittels vor seinem Auftrag und verleiht diesem bei der Verarbeitung (z. B. dem Austritt aus einer Spritzdüse) vorteilhafte niedrig- viskose Eigenschaften. Während dieses Lösungsmittel beim Auf­ treffen des Hydrophobierungsmittels auf die zu behandelnde Oberfläche bereits weitgehend verflüchtigt ist, ist durch das γ-Butylacetat ein noch zähviskoses Ver­ halten des Hydrophobierungsmittels sichergestellt, so daß die einzelnen Hydrophobierungsmitteltropfen zusammenlaufen können. Mit dem langsamen Entweichen des zweiten Lösungsmittels bildet sich eine äußerst gleichmäßige, glatte und in hohem Maße hy­ drophob wirkende Beschichtung auf der behandelten Oberfläche aus, die vorteilhaft auch Partikeleinschlüsse und Unebenheiten überdeckt und beispielsweise bei Flüssigkeitsaufzeichnungs­ köpfen auch zum Ausgleich sogenannter Düsenausbrüche (fehler­ hafte Düsenränder) geeignet ist.

Die Aushärtungsgeschwindigkeit kann gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittels da­ durch erhöht werden, daß das Hydrophobierungsmittel weiterhin einen Beschleuniger enthält.

Als besonders vorteilhaft hinsichtlich der Verarbeitungsfä­ higkeit und der ausgebildeten hydrophob wirkenden Schicht hat sich erfindungsgemäß ein Hydrophobierungsmittel erwiesen, dessen Lösungsmittelgemisch aus zwei Teilen tertiärem Butyla­ cetat und einem Teil γ-Butyrolacton bei einem Mengenverhältnis von Halogencopolymere zu γ-Butyrolacton von eins zu zwei besteht.

Besonders vorteilhaft kann ein Tintendruckkopf mit mehreren Tintenaustrittsdüsen, aus denen bedarfsweise eine Tinten­ flüssigkeit ausbringbar ist, im Bereich der Tintenaustritts­ düsen mit dem erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittel be­ schichtet sein. Das erfindungsgemäße Hydrophobierungsmittel weist nämlich auch oberhalb von Temperaturen von ca. 60°C eine ausgezeichnete Haftbeständigkeit aus, die auch durch häu­ figes Wischen nicht beeinträchtigt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 einen Tintendruckkopf in schematischer Darstellung,

Fig. 2 den mit einem bekannten Hydrophobierungsmittel be­ schichteten Düsenaustrittsbereich eines Tintendruckkopfes,

Fig. 3 den mit dem erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittel beschichteten Düsenaustrittsbereich eines Tintendruckkopfes in jeweils stark vergrößerter Darstellung, sowie

Fig. 4 schematisch die Darstellung der Viskosität des erfin­ dungsgemäßen Hydrophobierungsmittels beim Auftragen in Ab­ hängigkeit von der Zeit.

Fig. 1 zeigt einen in Schichtbauweise hergestellten Tinten­ druckkopf, bei dem auf ein Metallplättchen 1 ein Silizium­ substrat 2 aufgeklebt ist. Darüber befinden sich als Isola­ tions- und Abdeckschichten zwei Siliziumdioxidschichten 3 und 4, zwischen denen nicht dargestellte elektrische Leitungen und Widerstandsheizelemente eingebettet sind, die jeweils tinten­ gefüllten Tintenkanälen 6 zugeordnet sind. Die Tintenkanäle 6 sind in einer Fotolackschicht realisiert, die aus einem Acrylatharz bestehen kann. Die obere Begrenzung der Tinten­ kanäle 6 bildet eine Acrylatschicht 7 mit darüber aufgeklebter Glasplatte 8. Die Tintenkanäle 6 enden an einer Düsenaus­ trittsfläche 9, die in einer durch die Koordinatenachsen a und b aufgespannten Ebene liegt, jeweils in Düsen 10. Bei Strom­ beaufschlagung eines der nicht gezeigten Widerstandsheiz­ elemente bildet sich in dem zugeordneten Tintenkanal 6 eine Dampfblase, die bei Beendigung der Stromzufuhr schlagartig kollabiert. Dadurch wird aus der entsprechenden Düse 10 ein Tintentropfen ausgetrieben. Die Funktionsfähigkeit und die Reproduzierbarkeit der Tintentröpfchengröße sowie die Ab­ flugrichtung werden erheblich von der Oberflächenbeschaffenheit der Düsenaustrittsfläche 9 bestimmt, die zur Verbesserung der vorgenannten Eigenschaften mit einem Hydrophobierungsmittel beschichtet ist.

Wenn das Hydrophobierungsmittel nur ein Lösungsmittel enthält, besteht die Gefahr der Bildung von Inseln 20 (Fig. 2) auf­ grund eines unzureichenden Zusammenlaufens der auf der Dü­ senaustrittsfläche 9 aufgebrachten Tröpfchen des Hydropho­ bierungsmittels 21. Um das Zusammenlaufen zu verbessern, kann zwar der Anteil des Lösungsmittels erhöht werden, wodurch jedoch das Hydrophobierungsmittel 21 zum unerwünschten Ab­ laufen von der Düsenaustrittsfläche 9 neigt.

Fig. 3 zeigt die Düsenaustrittsfläche 9 eines Tintendruck­ kopfes gemäß Fig. 1, die mit dem erfindungsgemäßen Hydropho­ bierungsmittel 30 beschichtet worden ist. Die in Fig. 3 erkennbaren schwarzen Punkte 32 stellen betriebsgemäß auftre­ tende Tintenreste dar, die jedoch in einem weiten Abstand zu den Düsen 10 des Tintendruckkopfes liegen. In der Nähe der Düsen 10 sind keine Tintenreste 32 vorhanden; nur vereinzelt sind Tintenreste 33 in einem ausreichenden Abstand von den Tintendüsen 10 erkennbar. Ein mit dem erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittel beschichteter Tintendruckkopf weist also im Bereich seiner Tintendüsen 10 keine Tintenreste auf, die die Tropfenausbildung hinsichtlich Größe und Abflug­ richtung beeinflussen können, und ermöglicht daher eine höchstgenau reproduzierbare Bildpunkterzeugung.

Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Viskosität ϕ bzw. der Vernetzung und der Zeit t bei dem erfindungsgemäßen Hydro­ phobierungsmittel 30. Das Hydrophobierungsmittel 30 weist bis zum Verarbeitungszeitpunkt t_o eine geringe Viskosität ϕ_o auf, die eine sehr einfache Verarbeitung und eine gute Lagerung ermöglicht. Das Hydrophobierungsmittel 30 wird aus einer (angedeuteten) Sprühdüse 40 zum Zeitpunkt t_o in Richtung auf die zu beschichtende Oberfläche gesprüht, auf der sie zum Zeitpunkt t₁ auftrifft. Die Zeitdauer t₁ - t_o ist durch Verfahrensparameter (insbesondere Sprühdruck, Abstand zwischen Sprühdüse/Oberfläche, Umgebungstemperatur, Zerstäubungsgrad) in weiten Bereichen einstellbar. Die Zeitdauer t₁-t₀ wird vorzugsweise derart eingestellt, daß zum Zeitpunkt t₁ - also beim Auftreffen des Hydrophobierungsmittels auf der zu be­ handelnden Oberfläche - das eine Lösungsmittel weitgehend verdampft ist; dies verursacht einen verhältnismäßig starken Anstieg der Viskosität ϕ (vgl. Kurvenverlauf zwischen t_o und t₁). Beim Auftreffen auf die zu behandelnde Oberfläche wird die Viskosität des Hydrophobierungsmittels im wesentlichen nur noch durch das weitere Lösungsmittel bestimmt, das einen we­ sentlich höheren Siedepunkt und damit eine geringere Flüch­ tigkeit aufweist; mit dessen zunehmendem Entweichen setzt die Härtung bzw. Vernetzung des Hydrophobierungsmittels auf der Oberfläche bis zur vollständigen Vernetzung ϕ_v zum Zeitpunkt t₂ ein. Das weitere Lösungsmittel dient durch Auswahl eines entsprechenden Siedepunktes und eines geeigneten Mengenanteils zur Optimierung des Zusammenlaufens der aufgebrachten Hydro­ phobierungsmitteltropfen auf der Oberfläche, wobei mit dem Verflüchtigen des einen Lösungsmittels bereits ein derart zähviskoses Verhalten des Hydrophobierungsmittels eingestellt ist, daß das Hydrophobierungsmittel nicht von der Oberfläche ablaufen kann. Durch geeignete Einstellung der Verfahrenspa­ rameter ist lediglich zu gewährleisten, daß das eine (leicht­ flüchtige) Lösungsmittel zum Zeitpunkt t₁ im wesentlichen verdampft ist; Restanteile (z. B. 10 Gew.%) oder ein voll­ ständiges Verflüchtigen bereits vor dem Zeitpunkt t₁ sind in verhältnismäßig weiten Grenzen tolerierbar. Die einzustel­ lenden Verfahrensparameter können also verhältnismäßig große Toleranzen aufweisen.

Das erfindungsgemäße Hydrophobierungsmittel kann beispiels­ weise 200 mg eines vernetzbaren, fluorhaltigen Copolymers (z. B. erhältlich unter dem Handelsnamen Genoflon) enthalten, das aus der EP-B1-0 150 430 - auf die im Hinblick auf die Darstellung der Copolymere hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird - bekannt ist. Das eine, niedrigsiedende Lösungsmittel ist 8 g tertiäres Butylacetat (Siedepunkt 97°C). Als weiteres, hochsiedendes Lösungsmittel werden 400 mg γ-Butyrolacton (Siedepunkt 205°C) verwendet. Zusätzlich können noch 0,28 mg Dibutylzinndilaurat als Beschleuniger beigefügt werden. Ferner enthält das Hydrophobierungsmittel 80 mg Diphenylmethyl-4,4′-Diisocyanat als Vernetzungsmittel (Härtersystem).

Mit der vorgenannten Rezeptur lassen sich - insbesondere bei Tintendruckköpfen - hervorragend hydrophob wirkende Beschich­ tungen erzielen, die sich durch eine äußerst hohe mechanische Beständigkeit und eine vollständig geschlossene Oberfläche (Fig. 3) auszeichnen. Die Beschichtung erlaubt in weitem Umfang einen Ausgleich von Unebenheiten der Düsenaustritts­ fläche 9 (Fig. 1) und weist auch bei Teilbereichen mit ungenügender Haftung insgesamt eine sehr hohe Stabilität und mechanische Festigkeit in sich und in der Verbindung mit der Düsenaustrittsfläche 9 auf. Ferner eignet sich die Schicht hervorragend zum Ausgleich von sogenannten Düsenausbrüchen.

Claims (4)

1. Hydrophobierungsmittel zur hydrophoben Ausbildung von Dü­ senmündungsbereichen von Tintendruckköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß an sich bekannte Halogencopolymere verwendet werden, die in an sich bekannter Weise vernetzbar sind, und die zum Aufbringen auf den Tintendruckkopf in einem Lösungsmittelgemisch aus tertiärem Butylacetat und γ-Butyrolacton gelöst sind.

2. Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von Halogencopolymere zu γ-Butyrolacton wie eins zu zwei ist.

3. Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittelgemisch aus zwei Teilen tertiärem Butylacetat und einem Teil γ-Butyrolacton besteht.

4. Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dibutylzinndilaurat als Beschleuniger eingesetzt ist.