DE602004009080T2

DE602004009080T2 - Verfahren zur modifizierung der fläche eines substrats

Info

Publication number: DE602004009080T2
Application number: DE200460009080
Authority: DE
Inventors: John C. Saint Paul CLARK; Peter T. Saint Paul Elliott; Caroline M. Saint Paul Ylitalo; Naiyong Saint Paul JING; Gary A. Saint Paul KORBA
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2024-05-15
Also published as: US20040241451A1; ATE373569T1; JP2007501708A; EP1648709A1; DE602004009080D1; US6969166B2; EP1648709B1; WO2004106077A1

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche eines Substrats.
HINTERGRUND
Das Benetzungsverhalten einer Flüssigkeit auf einer Substratfläche hängt typischerweise von der Oberflächenenergie der Substratfläche und der Oberflächenspannung der Flüssigkeit ab. An der Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und der Substratfläche findet allgemein, wenn die Moleküle der Flüssigkeit eine stärkere Anziehung an die Moleküle der Substratfläche als aneinander aufweisen (die Adhäsionskräfte sind stärker als die Kohäsionskräfte) die Benetzung der Substratfläche statt. Alternativ bildet, wenn die Moleküle der Flüssigkeit stärker aneinander angezogen werden als an die Moleküle der Substratfläche (die Kohäsionskräfte sind stärker als die Adhäsionskräfte) die Flüssigkeit im Allgemeinen Perlen und benetzt die Oberfläche des Substrats nicht.
Eine Art und Weise des Quantifizierens der Oberflächenbenetzungscharakteristiken einer Flüssigkeit auf einer Fläche eines Substrats besteht darin, den Kontaktwinkel eines Tropfens von Flüssigkeit, der auf diese Oberfläche aufgebracht worden ist, zu messen. Der Kontaktwinkel ist der Winkel, der durch die Grenzfläche zwischen Feststoff/Flüssigkeit und der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit/Dampf, von der Seite der Flüssigkeit her gemessen, gebildet wird. Typischerweise benetzen Flüssigkeiten nasse Flächen, wenn ihr Kontaktwinkel weniger als 90 Grad beträgt. Typischerweise korreliert eine Abnahme des Kontaktwinkels zwischen der Flüssigkeit und der Fläche mit verstärkter Benetzung. Ein Kontaktwinkel von null entspricht im Allgemeinen dem spontanen Ausbreiten der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Substrats.
Für viele Anwendungen (beispielsweise Sensoren und Mikrofluidgeräte) kann die Fähigkeit, die Benetzung und/oder das Fließen einer Flüssigkeit auf einer Oberfläche eines Substrats einem genauen Auflösungsmuster gemäß genau einzustellen, wichtig sein. Es wäre jedoch wünschenswert, zusätzliche Verfahren und Materialien zur Hand zu haben, die ein derartiges Einstellen bieten können.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausgestaltung bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Modifizierung einer Fläche eines Substrats, umfassend:
das Bereitstellen eines Substrats, das eine Fläche aufweist;
das digitale Aufbringen eines ersten fixierbaren fluiden Materials auf mindestens einen Teil der Fläche des Substrats;
das Fixieren des ersten fixierbaren fluiden Materials, um eine erste fixierte Beschichtung auf mindestens einem Teil der Fläche des Substrats bereitzustellen, wobei die erste fixierte Beschichtung einen ersten im Durchschnitt abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist;
das digitale Aufbringen eines zweiten fixierbaren fluiden Materials auf mindestens einem Teil der Fläche des Substrats und einem Teil der ersten fixierten Beschichtung; und
das Fixieren des zweiten fluiden Materials unter Bereitstellung einer zweiten fixierten Beschichtung, wobei die zweite fixierte Beschichtung an der ersten fixierten Beschichtung anliegend ist, wobei die zweite fixierte Beschichtung einen zweiten im Durchschnitt abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist, wobei die Größe des Unterschieds zwischen den ersten und zweiten im Durchschnitt abnehmenden Kontaktwinkeln mindestens 30°C beträgt.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß kontaktieren die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen einander.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß umfasst das Verfahren des Weiteren das Aufbringen eines dritten fluiden Materials auf mindestens eine der ersten und zweiten fixierten Beschichtungen.
In einer anderen Ausgestaltung bietet die vorliegende Erfindung einen Gegenstand umfassend ein Substrat, das eine Fläche aufweist, und eine erste und zweite fixierte Beschichtung, wobei die erste fixierte Beschichtung einen ersten abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist und das Substrat kontaktiert, wobei die zweite fixierte Beschichtung einen zweiten abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist und mindestens eines unter dem Substrat und der ersten fixierten Beschichtung kontaktiert, wobei die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen aneinander anliegen und wobei die Größe des Unterschieds zwischen den ersten und zweiten abnehmenden Kontaktwinkeln mindestens 30 Grad beträgt und wobei mindestens eine der ersten und zweiten fixierten Beschichtungen eine Anordnung von Punkten umfasst, die eine Auflösung aufweisen, die mindestens eine Dimension größer als oder gleich 300 Punkten pro Zoll ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß kontaktiert die zweite fixierte Beschichtung die erste fixierte Beschichtung.
Verfahren und Gegenstände der vorliegenden Erfindung gemäß sind typischerweise für das Regelieren des Benetzens und/oder Fließens eines Fluids auf der Oberfläche eines Substrats nützlich.
In dieser Anmeldung beziehen sich alle Kontaktwinkel mit Wasser auf Bestimmungen unter Anwendung von entionisiertem Wasser bei 22°C.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Gegenstands einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß;
1b ist eine vergrößerte Ansicht der Grenzfläche 160 in 1a;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen beispielhaften Gegenstands einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Gegenstands einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß;
4 ist eine Digitalfotografie eines in den Beispielen verwendeten Druckmusters;
5 ist eine Digitalfotografie einer benetzten beschichteten Folie, die einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellt worden ist;
6 ist eine Digitalfotografie einer benetzten beschichteten Folie, die einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellt worden ist;
7 ist eine Digitalfotografie einer benetzten beschichteten Folie, die einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellt worden ist; und
8 ist eine Digitalfotografie einer benetzten beschichteten Folie, die einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellt worden ist.
GENAUE BESCHREIBUNG
Bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung wird ein erstes fixierbares fluides Material digital auf einen ersten Bereich der Fläche des Substrats aufgebracht und zum Bereitstellen einer ersten Beschichtung fixiert. Ein zweites fixierbares fluides Material wird digital auf einen zweiten Bereich der Fläche des Substrats und/oder der ersten fixierten Beschichtung aufgebracht und zum Bereitstellen einer zweiten fixierten Beschichtung fixiert. Die zweite fixierte Beschichtung liegt an der ersten fixierten Beschichtung an und kann sie kontaktieren. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß kann die zweite fixierte Beschichtung auf identische Weise auf die erste fixierte Beschichtung aufgebracht werden, jedoch ist sie es in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht.
Das Fixieren der fixierbaren fluiden Materialien kann sequentiell oder simultan erfolgen. Das Fixieren kann beispielsweise spontan sein oder aus einem zusätzlichen Schritt herrühren. Beispielhafte Verfahren zum Fixieren umfassen Verdampfen (beispielsweise Entfernung von flüchtigem Lösungsmittel), Kühlen (beispielsweise zu einer Phasenveränderung von Flüssigkeit zu Feststoff oder Viskositätsverdickung führend) und Aushärten (beispielsweise Polymerisation und/oder Vernetzen). Nach dem Fixieren weist jedes Material eine charakteristische durchschnittliche Oberflächenenergie auf. Durch Auswählen von Materialien, die zu fixierten Materialien mit ausreichend unterschiedlichen Oberflächenenergien führen, können Fluidregulierelemente direkt durch Anwendung digitaler Verfahren gebildet werden. Das Unterlassen des Fixierens des ersten fixierbaren fluiden Materials vor dem Aufdrucken des zweiten fixierbaren fluiden Materials kann beispielsweise zum Bewegen des ersten fixierbaren fluiden Materials von seiner ursprünglichen gedruckten Position auf der Substratfläche vor dem Aufdrucken des zweiten fixierbaren fluiden Materials (beispielsweise während der Handhabung des bedruckten Substrats) und/oder Mischens der ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien führen. So schließt der Begriff „fixierte Beschichtung" keine Beschichtungen ein, die Flüssigkeiten sind.
Um Materialien auf eine Substratfläche, wie oben beschrieben, aufzubringen, erfordern herkömmliche Verfahren (beispielsweise Siebdruck) typischerweise einen Umstellungsschritt und/oder weisen Probleme bezüglich des Aufrechterhaltens der genauen Deckungsgleichheit während des Aufbringungsvorgangs auf. Dies führt im Allgemeinen zu verschwendetem Material und zu zeitlichen Verzögerungen. Des Weiteren sind herkömmliche Verfahren im Allgemeinen nicht für Anwendungen mit kurzen Laufzeiten (das heißt diejenigen Verfahren, bei denen wenige Gegenstände mit einem Bild versehen werden sollen, bevor eine Umstellung des Bilddesigns erforderlich ist) sehr geeignet. Im Gegensatz dazu werden bei digitalen Aufbringungsverfahren derartige Probleme typischerweise durch Aufbringen von Material dort, wo und dann wann es erwünscht ist, überwunden.
Des Weiteren ist es durch Aufbringen von mindestens zwei geeignet ausgewählten Materialien typischerweise möglich, Fluidregulierelemente auf irgendeinem Substrat zu bilden, ohne sich auf die spezifischen Oberflächeneigenschaften des Substrats zu verlassen. So können identische Fluidregulierelemente auf Substraten, die aus unähnlichen Materialien (beispielsweise Glas und Polyolefin) bestehen, hergestellt werden.
Nützliche Digitalaufbringverfahren umfassen beispielsweise Sprühstrahl-, Ventilstrahl- und Tintenstrahldruckverfahren. Techniken und Rezepturanleitungen sind allgemein bekannt (man vergleiche beispielsweise „Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology", vierte Ausgabe (1996), Band 20, John Wiley and Sons, New York, Seite 112–117) und liegen innerhalb der Fähigkeiten eines mit dem Stand der Technik vertrauten Fachmannes. Kombinationen dieser Verfahren können ebenfalls bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 6,513,897 (Tokie) beschrieben, angewendet werden. Unter diesen Verfahren sind die Tintenstrahldruckverfahren typischerweise für Anwendungen, bei denen eine hohe Auflösung erwünscht ist, gut geeignet.
Beispielhafte Tintenstrahldruckverfahren umfassen Wärmetintenstrahl-, kontinuierliches Tintenstrahl-, Piezotintenstrahl-, Akustiktintenstrahl- und Heißschmelztintenstrahldrucken.
Wärmetintenstrahldrucker und/oder -druckerköpfe sind im Handel ohne weiteres beispielsweise von Hewlett-Packard Corporation (Palo Alto, Kalifornien) und Lexmark International (Lexington, Kentucky) erhältlich. Kontinuierliche Tintenstrahldruckerköpfe sind im Handel beispielsweise von Herstellern kontinuierlicher Drucker wie Domino Printing Sciences (Cambridge, Großbritannien) erhältlich. Piezotintenstrahldruckerköpfe sind im Handel beispielsweise von Trident International (Brookfield, Connecticut), Epson (Torrance, Kalifornien), Hitachi Data Systems Corporation (Santa Clara, Kalifornien), Xaar PLC (Cambridge, Großbritannien), Spectra (Lebanon, New Hampshire) und Idanit Technologies, Limited (Rishon Le Zion, Israel) erhältlich. Heißschmelztintenstrahldrucker sind im Handel beispielsweise von Xerox Corporation (Stamford, Connecticut) erhältlich.
Fluidmaterialien, die bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können digital auf irgendeinen Teil der Substratfläche durch verschiedene Techniken aufgebracht (beispielsweise tintenstrahlaufgedruckt) einschließlich beispielsweise Bewegen des Substrats mit Bezug auf einen fixierten Druckerkopf oder durch Bewegen eines Druckerkopfs mit Bezug auf das Substrat, aufgebracht werden. Dementsprechend sind Verfahren der vorliegenden Erfindung in der Lage, genaue Muster von Fluidmaterialien auf der Oberfläche eines Substrats zu bilden. Fluide Materialien werden typischerweise digital in einem vorbestimmten Muster (obwohl willkürliche Muster angewendet werden können) als Beschichtung auf eine Fläche des Substrats als Anordnung von Punkten aufgebracht, die je nach der Benetzungsfähigkeit und der Anzahl von Druckdurchgängen koaleszieren, getrennt bleiben oder eine Kombination davon durchmachen können. Beispielsweise kann bei Anwendung des Tintenstrahldruckens die Anordnung eine Auflösung in mindestens einer Dimension von mehr als oder gleich 120 Punkten/cm, 240 Punkten/cm, 350 Punkten/cm oder sogar mehr als oder gleich 470 Punkten/cm, insbesondere bei Anwendung von Tintenstrahldrucktechniken, aufweisen. Beispielhafte Muster umfassen Linien (beispielsweise gerade, gekrümmte oder gebogene Linien), die einen geometrischen Umriss, wie beispielsweise ein Vieleck oder eine Ellipse, bilden können.
In einigen Ausführungsformen kann die zweite fixierte Beschichtung ein Gradientenmuster von Punkten (beispielsweise ein Muster mit einer steigenden Punktdichte mindestens einer Dimension des Musters entlang) umfassen. In derartigen Ausführungsformen kann die erste fixierte Beschichtung eine diskontinuierliche (beispielsweise eine Anordnung von Punkten) oder kontinuierliche Beschichtung sein. In einer beispielhaften derartigen Ausführungsform können die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen jeweils entgegengesetzt orientierte Gradientenmuster umfassen.
Durch Aufbringen der ersten und zweiten fluiden Materialien auf das Substrat und Fixieren derselben in spezifischen Mustern ist es typischerweise möglich, ein oder mehrere Fluidregulierelemente auf der Oberfläche des Substrats zu bilden. Beispielhafte Fluidregulierelemente umfassen Leitungen und Vertiefungen, wie in 1a, b, 2 und 3 gezeigt.
Unter Bezugnahme auf 1a umfasst der beispielhafte Gegenstand 100 der vorliegenden Erfindung gemäß nun das Substrat 102 mit einer Fläche 110. Die erste fixierte Beschichtung 120 liegt an der zweiten fixierten Beschichtung 130 an und umschließt sie. Die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen 120 und 130 treffen jeweils an der Grenzfläche 160 aufeinander, wodurch die Vertiefung 150 gebildet wird. In einer Ausführungsform, die beispielsweise für das Regulieren wässriger Fluide geeignet ist, ist die erste fixierte Beschichtung 120 hydrophob und die zweite fixierte Beschichtung 130 ist hydrophil. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß können die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen 120 und 130 jeweils kontinuierliche Filme umfassen.
In einer anderen Ausführungsform, in 1b gezeigt, umfassen die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen 120 und 130 jeweils eine eng beabstandete Anordnung von Punkten, welche Punkte die gleiche Größe oder verschiedene Größen aufweisen können. In dieser Ausführungsform kann die Grenzfläche 160 eine oder beide der ersten und zweiten fixierten Beschichtungen 120 und 130 kontinuierlich kontaktieren oder auch nicht.
Unter Bezugnahme auf 2 umfasst der beispielhafte Gegenstand 200 der vorliegenden Erfindung gemäß nun das Substrat 202 mit der Fläche 210. Identische erste fixierte Beschichtungen 220a, b liegen an der zweiten fixierten Beschichtung 230 an, um eine Fluidleitung 250 zu bilden. Allgemeine Fluidhandhabungskomponenten 241 und 242 sind an entgegengesetzten Enden der zweiten fixierten Beschichtung 230 angeordnet. In einer Ausführungsform, die beispielsweise für das Regulieren wässriger Fluide geeignet sein kann, sind die ersten fixierten Beschichtungen 220a, b hydrophob und die zweite fixierte Beschichtung 230 ist hydrophil. Dementsprechend wird ein wässriges Fluid, das sich in Kontakt mit der Fluidhandhabungskomponente 241 befindet, durch Kapillarwirkung der zweiten fixierten Beschichtung 230 entlang zur Fluidhandhabungskomponente 242 gezogen.
In einer anderen Ausführungsform kann die zweite fixierte Beschichtung mindestens teilweise auf einem Teil der ersten fixierten Beschichtung, beispielsweise wie in 3 gezeigt, getragen sein. Unter Bezugnahme auf 3 umfasst der beispielhafte Gegenstand 300 der vorliegenden Erfindung gemäß das Substrat 302 mit der Fläche 310. Die erste fixierte Beschichtung 320 kontaktiert die Fläche 310. Die zweite fixierte Beschichtung 330 wird auf einem Teil der ersten fixierten Beschichtung 320 getragen. Bloßgelegte Flächen der ersten und zweiten fixierten Beschichtungen 320 und 330 treffen jeweils an der Grenzfläche 360 aufeinander unter Bildung der Vertiefung 350. In einer Ausführungsform, die beispielsweise für das Regulieren wässriger Fluide geeignet ist, ist die erste fixierte Beschichtung 320 hydrophob und die zweite fixierte Beschichtung 330 ist hydrophil. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform können die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen 320 und 330 jeweils kontinuierliche Filme umfassen.
Die ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien können irgendein Material sein, das digital als Fluid auf ein Substrat (beispielsweise durch Tintenstrahldrucken) aufgebracht und daraufhin auf der Fläche des Substrats fixiert wird. Nützliche fixierbare fluide Materialien können organisch, anorganisch oder eine Kombination davon sein.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß kann die erste fixierte Beschichtung nach dem Fixieren eine relativ niedrige Oberflächenenergie aufweisen, während die zweite fixierte Beschichtung eine relativ hohe Oberflächenenergie (beispielsweise eine hydrophobe erste fixierte Beschichtung und eine hydrophile zweite fixierte Beschichtung) aufweisen kann. In einer anderen Ausführungsform kann die erste fixierte Beschichtung eine relativ hohe Oberflächenenergie aufweisen, während die zweite fixierte Beschichtung eine relativ niedrige Oberflächenenergie (beispielsweise eine hydrophile erste fixierte Beschichtung und eine hydrophobe zweite fixierte Beschichtung) aufweist. In einigen Fällen, in denen das zweite fluide Material auf mindestens einen Teil der ersten fixierten Beschichtung aufgebracht wird, kann es wünschenswert sein, dass die erste fixierte Beschichtung eine Oberflächenenergie aufweist, die höher ist als die Oberflächenspannung des zweiten fluiden Materials, derart, dass ein spontanes Benetzen des zweiten fluiden Materials auf der ersten fixierten Beschichtung erfolgt.
Nützliche fixierbare fluide Materialien können beispielsweise Lösungen oder Dispersionen in Lösungsmittel, lösungsmittelfreie Mischungen aushärtbarer Monomere, geschmolzene Feststoffe (beispielsweise Wachse oder Thermoplaste bei erhöhter Temperatur) und Kombinationen derselben sein. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß können mindestens eines der ersten und zweiten fluiden Materialien ein flüchtiges flüssiges Vehikel (beispielsweise eine Dispersion oder eine Lösung) umfassen, wobei nichtflüchtige Komponenten darin dispergiert und/oder gelöst sind. Beispielhafte nichtflüchtige Komponenten umfassen ein oder mehrere organische Polymere, polymerisierbare Monomere und Oligomere, kolloidale anorganische Oxidteilchen und anorganische Oxidvorläufer und selbstzusammenbauende Materialien. Nützliche organische Polymere umfassen beispielsweise hydrophobe Polymere, hydrophile Polymere und Vorläufer derselben.
Fluide Materialien, die nach dem Fixieren eine geringe Oberflächenenergie aufweisen, schließen diejenigen Materialien ein, die Silicone, Siliconvorläufer, Fluorpolymere, Fluorpolymervorläufer, verschiedene selbstzusammenbauende Materialien und Kombinationen derselben wahlweise in Kombination mit einer oder mehreren reaktiven Komponenten (beispielsweise einem oder mehreren polymerisierbaren Monomeren) umfassen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß kann mindestens eines der ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien mindestens eines Fluorpolymers oder eines Fluorpolymervorläufers umfassen. Wie hier verwendet bezieht sich der Ausdruck „Fluorpolymer" auf irgendein organisches fluoriertes Polymer (beispielsweise ein Polymer mit einem Fluorgehalt von mindestens 20 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Polymers bezogen). Das Fluorpolymer kann beispielsweise in Lösungsmittel dispergiert oder gelöst oder bei der ausgewählten Digitalanwendungstemperatur eine Flüssigkeit sein. Nützliche Fluorpolymere können Fluor auf der Polymerrückgratkette und/oder den Seitenketten aufweisen. Fluorpolymervorläufer umfassen typischerweise oligomere und/oder monomere fluorierte organische Verbindungen, die kondensierbare, polymerisierbare und/oder vernetzbare Gruppen aufweisen, und können wahlweise ein oder mehrere Aushärtungsmittel (beispielsweise Initiator, Härter, Katalysatoren) enthalten.
Fluorpolymerlösungen, die für die Herstellung von mit Fluorpolymer beschichteten Substraten nützlich sind, können irgendeine Lösung sein, die mindestens ein lösliches Fluorpolymer und/oder einen Fluorpolymervorläufer umfassen. Nützliche Fluorpolymer- und Fluorpolymervorläuferlösungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 4,132,681 (Field et al.); 4,446,269 (Silva et al.); 6,350,306 (Tunelli et al.); 5,459,191 (Tuminello et al.); 6,365,276 (Rudisi et al.) und in der gemeinsam übertragenen US-Anmeldung Nr. 10/477,772, am 29. Mai 2003 eingereicht, mit dem Titel „METHOD OF MODIFYING A SURFACE OF A SUBSTRATE AND ARTICLES THEREFROM (Verfahren zur Modifizierung einer Oberfläche eines Substrats und Gegenstände daraus)" (Jing et al.) beschrieben.
Nützliche Lösungen im Handel erhältlicher Fluorpolymere und Fluorpolymervorläufer umfassen beispielsweise Lösungen aus FEVE-Duroplastfluorpolymer, die von Asahi Glass Company (Tokio, Japan) unter den Warenbezeichnungen „LUMIFLON LF200", „LUMIFLON LF600X" und LUMIFLON LF910LM" vertrieben werden; Fluorpolymerlösungen, die von 3M Company unter den Handelsbezeichnungen „3M NOVEC ELECTRONIC COATING EGC-1700", „3M NOVEC ELECTRONIC COATING EGC-1702" und „3M NOVEC ELECTRONIC COATING EGC-1704" vertrieben werden; und Fluorpolymerlösungen, die von Central Glass Company (Tokio, Japan) unter den Handelsbezeichnungen „CEFRAL COAT A202B", „CEFRAL COAT A600X" und „CEFRAL COAT PX40" vertrieben werden.
Beispielhafte nützliche, im Handel erhältliche, in Lösungsmittel lösliche Fluorpolymere umfassen ein Copolymer von VDF und HFP mit einem VDF/HFP-(Monomergewichts-) Verhältnis von 90/10, das von Dyneon, LLC (Oakdale, Minnesota) unter der Handelsbezeichnung „KYNAR 2800" erhältlich ist; ein Copolymer von VDF und TFE mit einem VDF/TFE-(Monomergewichts-) Verhältnis von 39/61, das von Dyneon, LLC (Oakdale, Minnesota) unter der Handelsbezeichnung „KYNAR 7201" erhältlich ist; und Terpolymere von VDF, HFP und TFE-Monomeren (VDF/HFP/TFE), die die Handelsbezeichnungen „THV 200" (Monomergewichtsverhältnis 40/20/40), „L-5447" ((Monomergewichtsverhältnis 65/11/24), „KYNAR 9301" ((Monomergewichtsverhältnis 56/19/25), „DYNEON FLUORELASTOMER FE-5530" ((Monomergewichtsverhältnis 63/28/9), „DYNEON FLUORELASTOMER FT-2481" (Monomergewichtsverhältnis 44/33/23), „DYNEON FLUORELASTOMER FE-5730" (Monomergewichtsverhältnis 41/35/24) und „DYNEON FLUORELASTOMER FE-5830" (Monomergewichtsverhältnis 36,6/38,5/24,9) und Fluorpolymere, die von E.I. du Pont de Nemours & Company unter den Handelsbezeichnungen „TEFLON AF 1600" und „TEFLON AF 2400" vertrieben werden.
Die Wahl von Lösungsmittel zum Lösen des Fluorpolymers hängt typischerweise von dem spezifischen Fluorpolymer ab. Verfahren zum Auswählen geeigneter Lösungsmittel sind im Stand der Technik allgemein bekannt. Beispielhafte organische Lösungsmittel, die zum Lösen des Fluorpolymers verwendet werden können, umfassen Amide (beispielsweise N,N-Dimethylformamid), Ketone (beispielsweise Methylethylketon), Alkohole (beispielsweise Methanol), Ether (beispielsweise Tetrahydrofuran), Hydrofluorether (beispielsweise diejenigen, die von 3M Company unter den Handelsbezeichnungen „3M NOVEC ENGINEERED FLUID HFE 7100", „3M NOVEC ENGINEERED FLUID HFE-7200" erhältlich sind), perfluorierte Lösungsmittel (beispielsweise ein perfluoriertes organisches Lösungsmittel das von 3M Company unter der Handelsbezeichnung „3M FLUORINERT ELECTRONIC LIQUID FC-77" erhältlich ist) und Kombinationen derselben.
Nützliche dispergierbare Fluorpolymere umfassen beispielsweise diejenigen, die in den US-Patentschriften Nr. 6,518,352 (Visca et al.); 6,451,717 (Fitzgerald et al.); 5,919,878 (Brothers et al.); und der PCT-Patentveröffentlichung WO 02/20676 A1 (Krupers et al., am 14. März 2002 veröffentlicht) beschrieben sind.
Nützliche Dispersionen im Handel erhältlicher Fluorpolymere und Fluorpolymervorläufer umfassen beispielsweise Polyvinylidendifluorid- (PVDF-) Dispersionen (beispielsweise wie sie von Atofina Chemical (Philadelphia, Pennsylvania) unter der Handelsbezeichnung „KYNAR 500" vertrieben werden); Polytetrafluorethylen- (PTFE-) Dispersionen (beispielsweise wie sie von E.I. du Pont de Nemours & Company unter den Handelsbezeichnungen „TEFLON PTFE GRADE 30", „TEFLON PTFE GRADE 307A" oder wie sie von Dyneon unter den Handelsbezeichnungen „DYNEON TF 5032 PTFE" oder „DYNEON TF 5050 PTFE" vertrieben werden); Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluoriddispersionen (beispielsweise wie sie von Dyneon unter den Handelsbezeichnungen „DYNEON THV 220D FLUOROTHERMOPLASTIC" und „DYNEON THV 340D TLUOROTHERMOPLASTIC" vertrieben werden).
Selbstzusammenbauende Materialien sind typischerweise relativ kleine (beispielsweise weniger als oder gleich 30 Kohlenstoffatome oder sogar weniger als oder gleich 18 Kohlenstoffatome aufweisende) Moleküle und sind im Allgemeinen durch einen relativ nichtpolaren Schwanz, der an eine polare Kopfgruppe angeknüpft ist, die mit einer Substratfläche koordiniert, gekennzeichnet.
Nützliche selbstzusammenbauende Materialien umfassen diejenigen, die an die Oberfläche des Substrats (beispielsweise durch kovalente oder nicht kovalente Bindung) fixiert (beispielsweise als Einzelschicht dicht gebunden) werden können, wie beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 6,433,359 (Kelley et al.) und 6,376,065 (Korba et al.) beschrieben. Derartige Materialien können für metallische Substrate, wie beispielsweise Kupfer, Nickel, Silber und Gold, besonders nützlich sein.
Beispielhafte nützliche selbstzusammenbauende Materialien umfassen diejenigen mit der Formel R_f-Z-X wobei
R_f eine Perfluoralkylgruppe mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen ist;
Z eine zweiwertige Verbindungsgruppe oder kovalente Bindung ist; und
X aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus -PO₃H, -CO₂H,
Nützliche Perfluoralkylgruppen R_f umfassen lineare Perfluoralkylgruppen (beispielsweise Perfluormethyl, Perfluorpropyl, Perfluorhexyl, Perfluoroctyl, Perfluordecyl, Perfluorhexadecyl und Perfluoreicosyl) und verzweigte Perfluoralkylgruppen (beispielsweise Perfluorisopropyl, Perfluorisooctyl und Perfluor(1,1,2-trimethylpentyl)).
Nützliche zweiwertige Verbindungsgruppen umfassen beispielsweise eine kovalente Bindung; eine organische Gruppe, wie beispielsweise ein lineares oder verzweigtes zweiwertiges Alkylen mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen (beispielsweise Methylen, Ethylen, Propylen, Decylen) oder zweiwertiges Arylen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen; zweiwertige aromatische Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Phenylen); Schwefel; Sauerstoff; Alkylimino (beispielsweise -NR-, wobei R eine niedere Alkylgruppe ist); Carbonyl, Carbonyloxy; Carbonylamino; Carbonyldioxy; Sulfonyl; Sulfonyloxy; Sulfonamido; Carbonamido; Sulfonamidoalkylen (beispielsweise -SO₂NR₁(CH₂)_x-, wobei x 1 bis 6 beträgt und R₁ niederes Alkyl mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist); Carbonamidoalkylen; Carbonyloxy; Ureylen und Kombinationen derselben. Andere zweiwertige Verknüpfungsgruppen können ebenfalls verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann Z so gewählt werden, dass es von aktiven Wasserstoffgruppen (beispielsweise Hydroxyl- oder sauren Wasserstoffatomen) oder anderen hydrophilen Gruppen frei ist, da diese dazu neigen können, den fortschreitenden Kontaktwinkel mit Wasser von Beschichtungen, die aus derartigen Materialien hergestellt werden, zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen kann Z relativ klein sein (beispielsweise weniger als 20 Atome in der R_f und X verbindenden Rückgratkette aufweisen.
Nützliche X-Gruppen umfassen -PO₃H, -CO₂H,
und Salze derselben.
Beispielhafte nützliche Salze umfassen Alkalimetallsalze (beispielsweise Natrium-, Lithiumund Kaliumsalze), Ammoniumsalze und Derivate derselben (beispielsweise Ammonium-, Alkylammonium- und quarternäre Ammoniumsalze) und quarternäre Phosphoniumsalze (beispielsweise Tetramethylphosphonium- und Phenyltributylphosphoniumsalze.
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, R_f und Z so auszuwählen, dass R_f und Z zusammengenommen mindestens 7 Kohlenstoffatome umfassen.
Weitere Einzelheiten bezüglich selbstzusammenbauender Materialien und Verfahren für ihre Herstellung sind beispielsweise in der gemeinsam übertragenen US-Anmeldung Nr. 10/448229, am 29. Mai 2003 eingereicht, mit dem Titel „METHOD OF MODYFYING A SURFACE OF A SUBSTRATE AND ARTICLES THEREFROM (Verfahren zur Modifizierung einer Oberfläche eines Substrats und Gegenstände daraus)" (Jing et al.) zu finden.
In einer Ausführungsform der Erfindung gemäß kann mindestens eines der ersten und zweiten fixierbaren Materialien mindestens ein Silicon und/oder einen Siliconvorläufer (beispielsweise Monomere, Oligomere und Polymere mit einer oder mehreren reaktiven Silylgruppen wie -SiR¹ _3-n(OR²)_n, wobei R¹ eine Aryl- oder Alkylgruppe darstellt, jedes R² unabhängig H, eine Alkylgruppe (beispielsweise mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen oder eine Acylgruppe darstellt und n 1, 2 oder 3 beträgt) umfassen, das bzw. der unter Bildung von Siliconen, wie beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 6,461,419 (Wu et al.) beschrieben, ausgehärtet werden kann.
Beispielhafte Silicone und Siliconvorläufer umfassen hydroxy- und/oder alkoxyterminierte Polydimethylsiloxane mit einer Molmasse von 400 bis 150.000; hydroxy- und/oder alkoxyterminierte Diphenylsiloxan-Dimethylsiloxan-Copolymere; hydroxy- und/oder alkoxyterminierte Polydiphenylsiloxane; hydroxysilyl- und/oder alkoxysilylterminierte Polytrifluorpropylmethylsiloxane, Polyester, Polyurethane und Polyacrylate; Dialkyl- und substituierte Dialkyldialkoxysilane (beispielsweise Diethyldiethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Diethyldiethoxysilan, Diisobutyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Diisopropyldimethoxysilan, Bis (3-cyanopropyl)dimethoxysilan, (2-Chorethyl)methyldimethoxysilan, Chlormethylmethyldiethoxysilan, (2-Chlorethyl)methyldiisopropoxysilan, (3-Chlorpropyl)methyldimethoxysilan, (3-Cyanopropyl)methyldimethoxysilan, Cyclohexylethyldimethoxysilan, Dodecylmethyldiethoxysilan, Isobutylmethyldimethoxysilan, 3-Mercaptopropylmethyldimethoxysilan, Mercaptomethylmethyldiethoxysilan, Methacryloxypropylmethyldiethoxysilan, Methacryloxypropylmethyldimethoxysilan, Methyldiethoxysilan, Methyldimethoxysilan, n-Octadecylmethyldiethoxysilan; n-Octylmethyldiethoxysilan, Dicyclopentyldimethoxysilan); aryl- und diarylsubstituierte Alkoxysilane (beispielsweise Diphenyldimethoxysilan, Phenyldiethoxysilan, Phenylmethyldiethoxysilan und Phenylmethyldimethoxysilan); hydroxysilyl- und alkoxysilylsubstituierte Arene (beispielsweise 1,4-Bis(hydroxydimethylsilyl)benzol und 1,3-Bis(methoxydimethylsilyl)benzol); trialkylsilylsubstituierte Alkoxysilane (beispielsweise Bis(trimethylsilylmethyl)dimethoxysilan und Trimethylsilylmethyldimethoxysilan); cyclische Alkoxysilane (beispielsweise 1,1-Diethoxy-1-silacyclopent-3-en); acyloxysubstituierte Silane (beispielsweise Dimethyldiacetoxysilan, Vinylmethyldiacetoxysilan und Diethylbenzoyloxyacetoxysilan); geminale Silandiole (beispielsweise Diphenylsilandiol und Dicyclohexylsilandiol); alkyl- und/oder arylsubstituierte cyclische Siloxane (beispielsweise 3-(3,3,3-Trifluorpropyl)heptamethyltrisiloxan-, -hexamethyltrisiloxan und -octamethyltetrasiloxan); alkenylsubstituierte Alkoxysilane (beispielsweise Vinylethyldiethoxysilan, Vinylmethyldimethoxysilan und Vinylphenyldiethoxysilan) und Kombinationen derselben.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß können Siliconvorläufer mindestens eine Verbindung enthalten, die mindestens 3 (beispielsweise 4 bis 6) reaktive Silylgruppen pro Molekül aufweist. Die reaktiven Silylgruppen können beispielsweise Alkoxysilyl- oder Acyloxysilylgruppen sein. Beispiele derartiger Verbindungen umfassen trifunktionelle Vernetzer (beispielsweise Isobutyltrimethoxysilan, Methytriethoxysilan, Methytrimethoxysilan, Octyltriethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, Chlorpropyltriethoxysilan, Chlorpropyltriethoxysilan, Mercaptopropyltrimethoxysilan, Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan und Vinyltrimethoxysilan); tetrafunktionelle Vernetzer (beispielsweise Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan, 1,3-Dimethyltetramethoxydisiloxan, 1,3-Di-n-octyltetramethoxydisiloxan, 1,3-Divinyltetraethoxydisiloxan, 1,1,3,3-Tetraethoxy-1,3-dimethyldisiloxan, Tetrakis(butoxyethoxyethoxy)silan, Tetrakis(ethoxyethoxy)silan, Tetrakis(trimethylsiloxy)silan, Tetrakis(2-ethylhexoxy)silan, Tetrakis(2-methacryloxyethoxysilan), Tetrakis(methoxyethoxyethoxy)silan, Tetrakis(methoxyethoxy)silan, Tetrakis(methoxypropoxy)silan, Tetra-n-propoxysilan); und Vernetzer höherer Funktionalität (beispielsweise Bis[3-(methyldimethoxysilyl)propyl]-polypropylenoxid, Bis(triethoxysilyl)ethan, Bis(triethoxysilyl)ethylen, Bis(triethoxysilyl)methan, 1,9-Bis(triethoxysilyl)nonan, Bis(triethoxysilyl)-1,7-octadien, Bis(triethoxysilyl)octan, Bis[3-(triethoxysilyl)propyl]tetrasulfid, Bis(3-(triethoxysilyl)propyl)harnstoff, Bis(trimethoxysilyl)ethan, 1,4- Bis(trimethoxysilylethyl)benzol, Bis(trimethoxysilyl)hexan, Bis(trimethylsiloxy)cyclobuten, Di-tert-butoxydiacetoxysilan, Hexamethoxydisilan, Hexaethoxydisilan, Tetraacetoxysilan, Tetraallyloxysilan, Tetra-n-butoxysilan, 1-Triethoxysilyl)-2-(diethoxymethylsilyl)ethan; und funktionelle Polymere (beispielsweise Poly(diethoxysiloxan), Diethoxysiloxan-s-butylaluminat-Copolymere, Diethoxysiloxan-Ethyltitanat-Copolymere, Diethoxysiloxan-Ethylphosphat-Copolymere); und Kombinationen derselben. Zusätzliche fixierbare fluide Materialien auf Siliconbasis sind beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 5,217,805 (Kessel et al.) und 5,286,815 (Leir et al.) beschrieben.
Eines oder beide der ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien können wahlweise mindestens ein Aushärtungsmittel (beispielsweise Katalysator, Initiator, Fotoinitiator, Vernetzer, Härter oder dergleichen) in einer Menge enthalten, die wirksam ist, um das fixierbare fluide Material mindestens teilweise auszuhärten. Derartige Aushärtungsmittel werden typischerweise auf der Basis der spezifischen chemischen Natur des fixierbaren fluiden Materials mit Hilfe von Verfahren, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind, ausgewählt.
Eine nützliche Klasse von Katalysatoren umfassen säurebildende Katalysatoren. Derartige Katalysatoren bieten Säure (beispielsweise nach einem Aktivierungsschritt), die das Aushärten (das heißt Vernetzen) kationisch polymerisierbarer Komponenten (beispielsweise von Siliconvorläufern mit hydrolysierbaren Gruppen), die in dem ersten fluiden Material vorliegen können, erleichtern. Die Aktivierung kann durch Erhitzen oder Bestrahlen des ersten fluiden Materials beispielsweise mit Ultraviolett-, sichtbarem Licht, Elektronenstrahl oder Mikrowellenstrahlung erreicht werden. Die für die anfängliche Hydrolyserektion des Aushärtungsmechanismus erforderliche Feuchtigkeit kann beispielsweise aus dem Substrat, dem Material selbst oder am häufigsten der Luftfeuchtigkeit erhalten werden. Wird ein Katalysator verwendet, so liegt er typischerweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen, beispielsweise 2 bis 7 Gewichtsteilen, auf 100 Gewichtsteile reaktive silanfunktionelle Verbindungen bezogen, vor. Weitere Einzelheiten bezüglich nützlicher saurer Katalysatoren sind beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 5,554,664 (Lamanna et al.); 5,514,728 (Lamanna et al.) und 5,340,898 (Cavezzan et al.) zu finden.
Silicone, Siliconvorläufer, Fluorpolymere, Fluorpolymervorläufer, fluorierte, selbstzusammenbauende Materialien und Kombinationen derselben können in irgendeiner Konzentration in dem fixierbaren ersten Material vorliegen. Jedoch kann, um die Absetzungsrate derartiger Materialien auf der Substratfläche zu erleichtern, ihre Konzentration in dem ersten fixierbaren Material mehr als 5, 10, 20, 30, 40 oder sogar mehr als 50 Gewichtsprozent, auf das Gesamtgewicht des Materials bezogen, betragen. Silicone, Siliconvorläufer, Fluorpolymere, Fluorpolymervorläufer, fluorierte selbstzusammenbauende Materialien und Kombinationen derselben können mehr als 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder sogar 90 Gewichtsprozent des Gehalts an nichtflüchtigen Komponenten des fixierbaren ersten Materials umfassen.
In einer anderen Ausführungsform kann mindestens eines der ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien eine Kombination der obigen Fluorpolymere und Silicone und/oder Vorläufer derselben und/oder sich selbst zusammenbauende Materialien umfassen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß kann mindestens eines der ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien einen hydrophilen Beschichtungsvorläufer wie beispielsweise eine Lösung eines hydrophilen Polymers oder eines Vorläufers desselben oder ein kolloidales anorganisches Oxidsol oder einen Vorläufer desselben oder eine Kombination derselben umfassen.
Nützliche hydrophile Polymere umfassen hydroxyle Polymere (beispielsweise Vinylalkoholhomopolymere und -copolymere, polyacrylsaure Homopolymere und Copolymere); amidfunktionelle Polymere (beispielsweise Vinylpyrrolidonhomopolymere und -copolymere, Polyacrylamidhomopolymere und -copolymere); Polyether (beispielsweise Polyethylenoxid, Polypropylenoxid und Polymere, die Segmente derselben enthalten); Cellulosepolymere (beispielsweise Carboxymethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Mischungen derselben), sulfonierte Fluorpolymere und Kombinationen derselben.
Nützliche kolloidale anorganische Oxide umfassen typischerweise Teilchen mindestens eines anorganischen Oxids, in einem Dispersionsmedium suspendiert. Das anorganische Oxid kann beispielsweise mindestens ein Oxid umfassen, das mindestens ein Element ausgewählt unter Aluminium, Zirconium, Silicium, Titan, Zinn, Indium, Zink, Blei, Germanium, Hafnium, Chrom, Kupfer, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Vanadium, Yttrium, Niob, Tantal und Molybdän umfasst. Beispielhafte kolloidale anorganische Oxide (einschließlich Sole) umfassen kolloidales Aluminiumoxid, kolloidales Siliciumdioxid, kolloidales Zirconiumoxid und Kombinationen derselben. Anorganische Kolloide, werden sie verwendet, sollten typischerweise eine maximale Teilchengröße von weniger als irgendeiner Öffnung (beispielsweise Düse) aufweisen, durch die sie hindurchgehen müssen. Typischerweise können kolloidale anorganische Oxide mit einer maximalen Teilchengröße von weniger als 100 Nanometern (beispielsweise weniger als 20 nm) für Tintenstrahldruckverfahren verwendet werden. Weitere Einzelheiten bezüglich durch Tintenstrahl aufdruckbarer kolloidaler anorganischer Oxide sind beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 6,485,138 (Kubota et al.) zu finden. Typischerweise ist das Dispersionsmedium Wasser oder ein gemischtes Lösungsmittel, das Wasser und mindestens ein organisches Lösungsmittel mit einer guten Verträglichkeit mit Wasser (beispielsweise Methanol, Ethanol und Isopropylalkohol) umfasst. Kolloidale anorganische Oxide sind ohne Weiteres im Handel von Lieferanten wie beispielsweise Nyacol Nanotechnologies, Inc. (Ashland, Massachusetts) unter der Handelsbezeichnung „NYACOL", von Bayer Corporation (Pittsburgh, Pennsylvania) unter der Handelsbezeichnung „LEVASIN" und von Nissan Chemical America Corp. (Houston, Texas) unter der Handelsbezeichnung „SNOWTEX" erhältlich.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemäß können fixierte erste Materialien einen abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser von mehr als 80 Grad oder sogar mehr als 110 Grad aufweisen.
Abnehmende Kontaktwinkel können ohne Weiteres einer Reihe verschiedener Verfahren gemäß, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind, einschließlich beispielsweise ASTM D5725-99 „Standardprüfmethode für die Oberflächenbenetzbarkeit und Absorptionsfähigkeit von bahnförmigen Materialien unter Anwendung eines automatisierten Kontaktwinkelprüfers" (1999) gemessen werden. In Fällen, wo der Oberflächenbereich des zu beurteilenden Materials für die Analyse zu klein ist oder wo die Oberfläche topografische Charakteristiken aufweist, die die erhaltenen Ergebnisse beeinflussen können, sollten Ergebnisse, die auf einem größeren, glatten Film der gleichen Zusammensetzung basieren, verwendet werden.
Mindestens eines der ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien kann Lösungsmittel (beispielsweise flüchtiges Lösungsmittel) enthalten. Das Lösungsmittel kann in einer Menge vorliegen, die ausreicht, um die Viskosität des ersten fluiden Materials beispielsweise auf eine Viskosität einzustellen, die für eine ausgewählte Digitalaufbringmethode geeignet ist. Beispielsweise kann, wenn das Tintenstrahldrucken als Digitalaufbringverfahren gewählt wird, das erste fluide Material durch Zusatz von Lösungsmittel bis zu einer Viskosität von weniger als oder gleich 30 Millipascal·Sekunden bei 60°C eingestellt werden. Beispielhafte Lösungsmittel umfassen Wasser, organische Lösungsmittel (beispielsweise Mono-, Di- oder Triethylenglykole oder höhere Ethylenglykole, Propylenglykol, 1,4-Butandiol oder Ether derartiger Glykole, Thiodiglycol, Glycerin und Ester und Ester derselben, Polyglycerin, Mono-, Di- und Triethanolamin, Propanolamin, N,N-Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon, 1,3-Dimethylimidazolidon, Methanol, Ethanol, Isopropanol, n-Propanol, Diacetonalkohol, Aceton, Methylethylketon, Propylencarbonat) und Kombinationen derselben.
Eines oder beide der ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien können ein oder mehrere wahlweise Zusatzmittel wie beispielsweise Färbemittel (beispielsweise Farbstoffe und/oder Pigmente), Thixotrope, Verdickungsmittel oder eine Kombination derselben enthalten. Jedoch kann es in Fällen, wo ein Material durch eine kleine Öffnung während des Aufbringens auf die Substratfläche (beispielsweise durch Tintenstrahldrucken) hindurchgedrückt wird, wünschenswert sein, ein Material zu verwenden, das im Wesentlichen von dispergierten Teilchen frei ist, die die Öffnung verstopfen können.
Die ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien können durch Kombinieren von Bestandteilskomponenten einer oder mehrerer allgemein bekannter Techniken gemäß, wie beispielsweise Rühren, Erhitzen, Beschallen, Mahlen oder Kombinationen derselben, hergestellt werden. Typischerweise kann irgendein festes Substrat bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise können nützliche Substrate opak, durchscheinend, klar, texturiert, bemustert, rau, glatt, steif, flexibel, behandelt, grundiert oder eine Kombination derselben sein. Typischerweise umfasst das Substrat organisches und/oder anorganisches Material. Das Substrat kann beispielsweise thermoplastisch, duroplastisch oder eine Kombination davon sein. Beispielhafte Substrate umfassen Folien, Platten, Bänder, Rollen, Formen, Bahnen, Blöcke, geformte Gegenstände, Stoffe und Faserverbundstoffe (beispielsweise Leiterbahnen) und können mindestens ein organisches Polymer, wie beispielsweise Polyamid, Polyester, Acryl, Polyurethan, Polyetter, Polyolefin (beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen), Polyamid und Kombinationen derselben umfassen. Beispielhafte anorganische Substrate umfassen Metalle (beispielsweise Chrom, Aluminium, Kupfer, Nickel, Silber, Gold und Legierungen derselben), Keramikmaterialien, Glas, Porzellan, Quarz, Polysilicon und Kombinationen derselben.
Die Substratfläche kann beispielsweise zum Unterstützen der Haftung des Fluorpolymers an der Substratfläche behandelt werden. Beispielhafte Behandlungen umfassen Corona-, Flammen- und chemische Behandlungen. Die chemische Behandlung (beispielsweise Behandlung mit einem Haftvermittler) der Substratfläche verbessert oft die Haftung der ersten und/oder zweiten fixierten Beschichtungen an der Substratfläche. Geeignete Haftungsvermittler umfassen herkömmliche Titanathaftungsvermittler, Zirconathaftungsvermittler und Silanhaftungsvermittler, die dazu fähig sind, Titandioxid, Zirconiumdioxid oder Siliciumdioxide auf die Pyrolyse hin zu bilden. Beispielhafte Silanhaftungsvermittler umfassen Vinyltriethoxysilan, Gamma-Mercaptopropyltrimethoxysilan, Allyltriethoxysilan, Diallyldichlorsilan, Gamma-Aminopropyltrimethoxysilan, Triethoxysilan, Trimethoxysilan, Triethoxysilanol, 3-(2-Aminoethylamino)propyltrimethoxysilan, Tetraethylorthosilicat und Kombinationen derselben. Werden sie verwendet, so können Haftungsvermittler als solche oder aus einer Lösung davon in beispielsweise einem flüchtigen organischen Lösungsmittel aufgebracht werden. Weitere Einzelheiten bezüglich chemischer Oberflächenbehandlungstechniken sind beispielsweise in S. Wu „Polymer interface and Adhesion (Polymergrenzfläche und Haftung)" (1982), Marcel Dekker, New York, Seite 406–434 beschrieben.
Nach dem digitalen Aufbringen werden die ersten und zweiten fluiden Materialien an der Oberfläche des Substrats fixiert. Der Begriff „fixiert", wie hier verwendet, bedeutet an die Substratfläche (beispielsweise physikalisch und/oder chemisch) gebunden. Fixieren kann beispielsweise spontan (wie Beispiele im Falle einiger thixotroper Materialien) sein oder aus einem zusätzlichen Schritt herrühren. Beispielhafte Verfahren des Fixierens umfassen Verdampfen (beispielsweise Entfernung von flüchtigem Lösungsmittel), Kühlen (beispielsweise zu einer Phasenumänderung von flüssig zu fest oder einem Viskositätsverdicken führend) und Aushärten (beispielsweise Polymerisation und/oder Vernetzung).
Das Verdampfen kann beispielsweise durch irgendeines einer Reihe verschiedener herkömmlicher Verfahren, einschließlich Lufttrocknen, Ofentrocknen, Mikrowellentrocknen und Verdampfen unter reduziertem Druck (beispielsweise Vakuum) erreicht werden. Während des Verdampfens werden nichtflüchtige Komponenten der ersten und/oder zweiten fixierten Beschichtungen auf der Oberfläche des Substrats, beispielsweise als kontinuierlicher oder diskontinuierlicher dünner Film, aufgebracht.
Die ersten und zweiten fixierbaren fluiden Materialien sollten typischerweise so ausgewählt werden, dass die Oberflächenenergie der ersten und zweiten fixierten Beschichtungen jeweils verschieden ist. Beispielsweise kann eines der fixierten Materialien hydrophil und das andere hydrophob sein. Dementsprechend verursacht ein Unterschied in der Oberflächenenergie typischerweise, dass irgendein darauffolgendes Fluid, das entweder auf das erste oder zweite fixierte Material aufgebracht werden kann, bevorzugt die Oberfläche entweder des ersten oder des zweiten fixierten Materials vollständig benetzt.
Die Grenzfläche oder Grenzflächen zwischen aneinander anliegenden fixierten Beschichtungen auf der Substratfläche können kontinuierlich sein oder sie können diskontinuierlich sein, wenn der Abstand zwischen aneinander anliegenden diskontinuierlichen Teilchen ausreichend nahe liegt, um das spontane Benetzen eines Teils des Substrats durch ein drittes fluides Material zu verhindern.
Typischerweise erhöht sich die Wirksamkeit der der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellten Fluidregulierelemente steigender Größe des Unterschieds in der Oberflächenenergie zwischen den ersten und zweiten fixierten Materialien. So sollte, wenn wässrige Fluide reguliert werden sollen, die Größe des Unterschieds im durchschnittlichen abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser zwischen den ersten und zweiten fixierten Materialien größer als null sein. Beispielsweise kann die Größe des Unterschieds des durchschnittlichen abnehmenden Kontaktwinkels mit Wasser zwischen den ersten und zweiten fixierten Materialien mindestens 30, 40, 50, 60, 70 oder sogar mindestens 90 Grad betragen. Für Anwendungen, bei denen wässrige Fluide involviert sind, kann es wünschenswert sein, dass eines oder beide der ersten und zweiten fixierten Materialien einen relativ niedrigen durchschnittlichen abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser (beispielsweise weniger als 20 Grad) aufweisen, um das Benetzen der Oberfläche des fixierten Materials bzw. der fixierten Materialien zu unterstützen. Einerseits kann es, wenn das Benetzen durch wässriges Fluid erwünscht ist, nützlich sein, dass eines oder beide der ersten und zweiten fixierten Materialien einen relativ höheren durchschnittlichen abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser (beispielsweise von mehr als 80 Grad und/oder mehr als 110 Grad) aufweist bzw. aufweisen.
Erfindungsgemäße Verfahren sind bei der Herstellung einer Reihe verschiedener Gegenstände, einschließlich beispielsweise Mikrofluidgeräten (beispielsweise „Labor auf einem Mikrochip)" und Arzneimittelabgabegeräte), analytische Teststreifen (beispielsweise Blutglucoseteststreifen) nützlich.
Gegenstände, die der vorliegenden Erfindung gemäß hergestellt werden, können als solche oder in Kombination mit einem dritten Material (typischerweise einem Fluid) verwendet werden. In derartigen Fällen wird typischerweise ein drittes fluides Material mit mindestens einem der ersten und zweiten fixierten Materialien in Kontakt gebracht, wobei es beispielsweise eingedämmt oder einer Fluidleitung durch Kapillarwirkung entlang geführt werden kann. Beispielhafte dritte fluide Materialien umfassen Wasser und biologische Fluide (beispielsweise Serum, Urin, Speichel, Tränen und Blut), organische Lösungsmittel (einschließlich fluorierte organische Lösungsmittel) und Tinte. Das dritte Material kann durch irgendein Verfahren, einschließlich beispielsweise Rakelbeschichten, Tiefdruckbeschichten, Beflutungsbeschichten, Stabbeschichten, Stangenbeschichten und Sprühbeschichten schichtförmig aufgebracht werden.
Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind durch die folgenden nichteinschränkenden Beispiele veranschaulicht, die spezifischen Materialien und Mengen derselben, die in diesen Beispielen angegeben sind, sowie andere Bedingungen und Einzelheiten sollten jedoch nicht als diese Erfindung übermäßig beschränkend aufgefasst werden.
BEISPIELE
Es sei denn, es wird etwas Anderes angegeben, so wurden alle in den Beispielen verwendeten Reagenzien von allgemeinen chemischen Lieferanten wie Aldrich Chemical Company (Milwaukee, Wisconsin) erhalten oder stehen von dort zur Verfügung oder können durch bekannte Verfahren synthetisiert werden.
In den folgenden Beispielen wurden Kontaktwinkel mit Hilfe von entionisiertem Wasser und einem Kontaktwinkelmessapparat, der unter der Handelsbezeichnung „VCA 2500XE VIDEOKONTAKTWINKELMESSSYSTEM" von AST Products (Billerica, Massachusetts) erhalten worden war, gemessen. Die aufgezeichneten Kontaktwinkel stellen einen Durchschnittswert dar, der durch Messen von mindestens drei Tropfen bestimmt wurde.
Herstellung der Fluorpolymerdispersion A:
Ein Dreihalskolben von 250 ml wurde mit einem Kühler, einem Rührstab und einem Thermometer ausgestattet. Eine Stickstoffmontagevorrichtung wurde an das Glasgerät mit einem Mineralölbarboteur am Auslass des Kühlers angeschlossen. Der Kolben werde mit 25 g N-Methylperfluoroctylsulfonamidoethylacrylat (dem allgemeinen, in der US-Patentschrift Nr. 2,803,615 (Ahlbrecht et al.) beschriebenen Verfahren gemäß herstellbar), 32 g Aceton, 128 g Wasser, 0,2 g wasserlöslichem Radikalinitiator, der unter der Handelsbezeichnung „V-50" von Wako Chemicals USA, Inc. (Richmond, Virginia) erhalten wurde und 1,7 g Tensid, das unter der Handelsbezeichnung „ETHOQUAD 18/12" von Akzo Nobel Chemicals, Inc. (Chicago, Illinois) erhalten wurde, beaufschlagt. Die Mischung wurde unter Stickstoff 20 Minuten lang unter Erhitzen bei 65°C mit Hilfe eines Heizmantels und einem Wärmeregler gerührt. Man ließ die Reaktion 8 Stunden lang fortfahren, während die Exotherme überwacht und reguliert wurde. Das Reaktionsprodukt wurde gekühlt, abgelassen, filtriert und durch Verdampfen unter reduziertem Druck von Aceton befreit. Die so gebildete Dispersion (Fluorpolymerdispersion A) wurde auf die Raumtemperatur abgekühlt. Die Dispersion hatte eine Teilchengröße von weniger als 100 nm, wie durch dynamische Lichtstreuung gemessen. Der Feststoffgehalt der Dispersion betrug 15 Gewichtsprozent und die Oberflächenspannung betrug 0,028 N/m.
Allgemeines Verfahren für die Herstellung von Sulfopolyesterdiolvorläufer (PCPSSIP)
Eine Mischung von 337,3 Teilen Dimethyl-5-natriumsulfoisophthalat, 483 Teilen Diethylenglykol und 0,82 Teilen Zinkacetat wurde bei 180°C erhitzt und das Methanolnebenprodukt wurde aus der Reaktionsmischung abdestilliert. Nach 4,5 Stunden zeigte die ¹H NMR-Analyse des Reaktionsprodukts, dass weniger als 1 Prozent restlicher Methylether in dem Produkt vorlag. Dibutylzinndilaurat (1,51 Teile) wurde der Reaktionsmischung hinzugegeben, die Temperatur bei 180°C gehalten und 1753 Teile Epsilon-Caprolacton (von Union Carbide Corp. (Danbury, CT) erhalten) wurde portionsweise über eine Zeitspanne von etwa 30 Minuten hinzugegeben. Nach Abschluss der Zugabe wurde die Reaktionsmischung 4 Stunden lang bei 180°C gehalten, dann abgekühlt, um das Produkt, ein Polycaprolactonnatriumsulfoisophthalat (PCPSSIP), zu ergeben.
Herstellung der SUS-Dispersion A
Eine wässrige Dispersion von silanolterminiertem Sulfopoly(esterurethan) wurde durch Kombinieren Folgender in einem Dreihalsrundkolben von 1 Liter hergestellt: 64,8 g PCPSSIP (dem allgemeinen Verfahren für die Herstellung von Sulfopolyesterdiolvorläufer gemäß hergestellt und mit einem Hydroxyläquivalenzgewicht = 370 g/Äquivalent), 10,86 g Polycaprolactondiol (unter der Handelsbezeichnung „TONE 201" von Union Carbide Corporation erhalten, Hydroxyläquivalenzgewicht 262 g/Äquivalent),14,30 g Ethylenglykol, 80,36 g Isophorondiisocyanat, 0,13 g Dibutylzinndilaurat und 90 ml Methylethylketon. Die Mischung wurde unter Erhitzen bei 80°C für 4 Stunden gerührt, nach welcher Zeit eine Lösung von 5,34 g 3-Aminopropyltriethoxysilan und 5,34 g Butylamin in 83 ml Methylethylketon dem Kolben zugegeben und die Mischung weitere 15 Minuten lang bei 55°C gerührt wurde. Während die Mischung kräftig gerührt wurde, wurden 260 ml Wasser in den Kolben über eine Zeitspanne von 15 Minuten eingegeben. Der Kolben wurde dann mit einem Destillationskopf und einem Kühler ausgestattet und das Methylethylketon aus dem Kolben unter reduziertem Druck abdestilliert, um eine Dispersion eines silanolterminierten Sulfopoly(esterurethans) in Wasser zu bilden. (SUS-Dispersion A, 41 Prozent Feststoffe).
Herstellung der SUS-Dispersion B
Eine wässrige Dispersion von silanolterminiertem Sulfopoly(esterurethan) wurde durch Kombinieren Folgender in einem Dreihalsrundkolben von 1 Liter hergestellt: 857,5 g PCPSSIP (dem allgemeinen Verfahren für die Herstellung von Sulfopolyesterdiolvorläufer gemäß hergestellt und mit einem Hydroxyläquivalenzgewicht = 333 g/Äquivalent), 655 g Polycaprolactondiol (unter der Handelsbezeichnung „TONE 201" von Union Carbide Corporation erhalten), 749,4 g 4,4'-Methylenbis(cyclohexylisocyanat), 1,1 ml Dibutylzinndilaurat und 2261,8 g Aceton. Die Mischung wurde 38 Stunden lang bei 45°C gerührt, dann wurde eine Lösung von 141,1 g 3-Aminopropyltriethoxysilan in 141 g Aceton in den Kolben eingegeben und die Mischung weitere 15 Minuten lang bei 45°C gerührt. Während die Mischung kräftig gerührt wurde, wurden 3566 g Wasser in den Kolben über eine Zeitspanne von 30 Minuten eingegeben. Der Kolben wurde dann mit einem Destillationskopf und einem Kühler ausgestattet und das Methylethylketon wurde aus dem Kolben unter reduziertem Druck abdestilliert, um eine Dispersion eines silanolterminierten Sulfopoly(esterurethans) in Wasser zu bilden. (SUS-Dispersion B, 43 Gewichtsprozent Feststoffe).
Beispiel 1
Ein fixierbares erstes fluides Material (FFM 1) wurde durch Kombinieren durch Mischen von Hand von 12 g SUS-Dispersion A, 12 g SUS-Dispersion B, 12,66 g Diethylenglykol, 13,34 g entionisiertem Wasser und 0,205 g eines Silicontensids, das unter der Handelsbezeichnung „SILWET L-77" von Crompton OSi Specialties (Middlebury, Connecticut) erhalten wurde, hergestellt.
Ein zweites fluides Material (SFM1) wurde durch Kombinieren unter Mischen von Hand von 15 g der Fluorpolymerdispersion A, 7,0 g Diethylenglykol und 0,205 g eines Silicontensids, das unter der Handelsbezeichnung „SILWET L-77" von Crompton OSi Specialties (Middlebury, Connecticut) erhalten wurde, hergestellt.
Die FFM1- und SFM1-Materialien wurden auf eine Vinylfolie (Dicke 50 Mikrometer, unter der Handelsbezeichnung „CONTROLTAC PLUS GRAPHIC FILM 180-10" von 3M Company erhalten) mit Hilfe eines Druckerkopfs unter der Handelsbezeichnung „XAARJET XJ128-360" von Xaar, PLC (Cambridge, Großbritannien) erhalten) durch Tintenstrahl aufgedruckt. Der Druckerkopf wurde in einer fixierten Position montiert und die Vinylfolie auf eine x-y-translatierbare Plattform montiert, die mit Bezug auf den Druckerkopf bewegt wurde, während eine gleichbleibende Entfernung zwischen dem Druckerkopf und der Plattform beibehalten wurde. Dementsprechend wurden die Materialien bei Raumtemperatur (Impulsspannung 35 V; Brennfrequenz 1,25 kHz) bei einer Auflösung von 116 × 124 Punkten pro Zentimeter mit einem Nenntropfenvolumen von 30 Picolitern gedruckt.
Das FFM1-Material wurde zweimal mit einem Tintenstrahl auf die Vinylfolie in einem ausgefüllten viereckigen Muster von 11 cm × 15 cm aufgedruckt (das heißt gedruckt und dann in Deckungsgleichheit überdruckt), und dann in einem Konvektionsofen bei 70°C getrocknet. Als Nächstes wurde das SFM1-Material viermal auf die Vinylfolie einem Muster gemäß durch Tintenstrahl aufgedruckt, wie es in 4 gezeigt ist (für Maßstabszwecke betrugen die großen Vierecke im gedruckten Muster 2,54 cm auf jeder Seite), wobei Bereiche, die den dunklen Bereichen in 4 entsprechen, mit dem SFM1-Material bedruckt und dann bei 130°C in einem Konvektionsofen getrocknet wurden.
Die so gebildete bedruckte Folie wies viereckige und runde Bereiche fixierter hydrophober Beschichtung (die durch das Trocknen des SFM1-Materials gebildet wurden) auf, die auf eine anliegende fixierte hydrophile Beschichtung (die durch das Trocknen des FFM1-Materials gebildet wurde) aufgedruckt und davon umgeben war. Die fixierte hydrophobe Beschichtung wies statische/fortschreitende/abnehmende Kontaktwinkel mit entionisiertem Wasser von jeweils 121/130/91 Grad auf.
Die fixierte hydrophile Beschichtung wies statische/fortschreitende/abnehmende Kontaktwinkel mit entionisiertem Wasser von jeweils 75/86/27 Grad auf.
Diese beschichtete Folie wurde mit Wasser durch Überfluten beschichtet. Das Wasser lief von Bereichen der Folie ab, die mit hydrophober Beschichtung beschichtet worden waren, benetzte jedoch die Fläche vollständig, die mit hydrophiler Beschichtung, wie in 5 gezeigt, beschichtet worden war.
FFM1-Material wurde auf eine Vinylfolie (Dicke 50 Mikrometer, unter der Handelsbezeichnung „CONTROLTAC PLUS GRAPHIC FILM 180-10" von 3M Company erhalten) mit Hilfe eines mit Draht umwickelten Stabs Nummer 6 von R D Specialties (Webster, New York) schichtförmig aufgebracht und durch Erhitzen in einem Ofen für 5 Minuten bei 70°C getrocknet. Die so gebildete getrocknete Beschichtung wies statische/fortschreitende/abnehmende Kontaktwinkel mit entionisiertem Wasser von jeweils 73/80/26 Grad auf.
SFM1-Material wurde auf eine Vinylfolie (Dicke 50 Mikrometer, unter der Handelsbezeichnung „CONTROLTAC PLUS GRAPHIC FILM 180-10" von 3M Company erhalten) mit Hilfe eines mit Draht umwickelten Stabs Nummer 6 von R D Specialties (Webster, New York) schichtförmig aufgebracht und durch Erhitzen in einem Ofen für 5 Minuten bei 135°C getrocknet. Die so gebildete getrocknete Beschichtung wies statische/fortschreitende/abnehmende Kontaktwinkel mit entionisiertem Wasser von jeweils 118/124/109 Grad auf.
Beispiel 2
Die Vorgehensweise von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass FFM1 zweimal in Deckungsgleichheit einem Muster gemäß aufgedruckt wurde, das das umgekehrte von dem war, das in 4 gezeigt ist (das heißt die hellen Bereiche von 4 wurden bedruckt). Die so gebildete bedruckte Folie wies viereckige und runde Bereiche fixierter hydrophober Beschichtung (die durch Trocknen des SFM1-Materials gebildet wurden) auf, die von einer anliegenden fixierten hydrophilen Beschichtung (die durch das Trocknen des FFM1-Materials gebildet wurde) umgeben war.
Diese beschichtete Folie wurde mit Wasser durch Überfluten beschichtet. Das Wasser lief von Bereichen der Folie ab, die mit hydrophober Beschichtung beschichtet worden waren, benetzte jedoch die Oberfläche vollkommen, die mit hydrophiler Beschichtung, wie in 6 gezeigt, beschichtet worden war.
Beispiel 3
Ein fixierbares erstes fluides Material (FFM2) wurde durch Kombinieren durch Mischen von Hand von 2,5 Polyacrylsäure (Katalognr. 32,366–7, Molmasse 2000 durch GPC bestimmt, von Aldrich Chemical Company erhalten) 2,5 g kolloidalem Siliciumdioxid (Teilchendurchmesser 20 nm; 40 Gewichtsprozent Feststoffe, unter der Handelsbezeichnung „NALCO 2327" von Ondea Nalco (Naperville, Illinois) erhalten), 45 g entionisiertem Wasser und 0,066 g eines Silicontensids, das unter der Handelsbezeichnung „SILWET L-77" von Crompton OSi Specialties erhalten worden war, hergestellt.
Die Vorgehensweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass das in Beispiel 1 verwendete FFM1 durch FFM2 ersetzt wurde.
Die so gebildete bedruckte Folie wies viereckige und runde Bereiche fixierter hydrophober Beschichtung (die durch Trocknen des SFM1-Materials gebildet wurden) auf, die auf eine anliegende fixierte hydrophile Beschichtung (die durch Trocknen des FFM2-Materials gebildet wurde) aufgedruckt und von dieser umgeben war. Die fixierte hydrophobe Beschichtung wies statische/fortschreitende/abnehmende Kontaktwinkel mit Wasser von jeweils 114/116/77 Grad auf. Die fixierte hydrophile Beschichtung wies statische/fortschreitende/abnehmende Kontaktwinkel mit Wasser von jeweils 75/82/34 Grad auf.
Diese beschichtete Folie wurde mit Wasser benetzt. Das Wasser lief von Bereichen der Folie, die mit der hydrophoben Beschichtung beschichtet worden waren, ab, benetzte jedoch die Oberfläche, die mit hydrophiler Beschichtung beschichtet worden war, wie in 7 gezeigt, vollständig.
FFM1-Material wurde auf eine Vinylfolie (Dicke 50 Mikrometer, unter der Handelsbezeichnung „CONTROLTAC PLUS GRAPHIC FILM 180-10" von 3M Company erhalten) mit Hilfe eines mit Draht umwickelten Stabs Nummer 6 von R D Specialties (Webster, New York) schichtförmig aufgebracht und durch Erhitzen in einem Ofen für 5 Minuten bei 70°C getrocknet. Die so gebildete getrocknete Beschichtung wies statische/fortschreitende/abnehmende Kontaktwinkel mit entionisiertem Wasser von jeweils 75/82/34 Grad auf.
Beispiel 4
Die Vorgehensweise von Beispiel 3 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass FFM2 zweimal in Deckungsgleichheit einem Muster gemäß aufgedruckt wurde, das das umgekehrte von dem war, das in 4 gezeigt ist (das heißt die hellen Bereiche von 4 wurden bedruckt). Die so gebildete bedruckte Folie wies viereckige und runde Bereiche fixierter hydrophober Beschichtung (die durch Trocknen des SFM1-Materials gebildet wurden) auf, die von einer anliegenden fixierten hydrophilen Beschichtung (die durch das Trocknen des FFM2-Materials gebildet wurde) umgeben war.
Diese beschichtete Folie wurde mit Wasser benetzt. Das Wasser lief von Bereichen der Folie ab, die mit hydrophober Beschichtung beschichtet worden waren, benetzte jedoch die Oberfläche vollkommen, die mit hydrophiler Beschichtung, wie in 8 gezeigt, beschichtet worden war.

Claims

Verfahren zur Modifizierung einer Fläche eines Substrats, umfassend: das Bereitstellen eines Substrats, das eine Fläche aufweist; das digitale Aufbringen eines ersten fixierbaren fluiden Materials auf mindestens einen Teil der Fläche des Substrats; das Fixieren des ersten fixierbaren fluiden Materials, um eine erste fixierte Beschichtung auf mindestens einem Teil der Fläche des Substrats bereitzustellen, wobei die erste fixierte Beschichtung einen ersten im Durchschnitt abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist; das digitale Aufbringen eines zweiten fixierbaren fluiden Materials auf mindestens einem Teil der Fläche des Substrats und einem Teil der ersten fixierten Beschichtung; und das Fixieren des zweiten fluiden Materials unter Bereitstellung einer zweiten fixierten Beschichtung, wobei die zweite fixierte Beschichtung an der ersten fixierten Beschichtung anliegend ist, wobei die zweite fixierte Beschichtung einen zweiten im Durchschnitt abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist, wobei die Größe des Unterschieds zwischen den ersten und zweiten im Durchschnitt abnehmenden Kontaktwinkeln mindestens 30°C beträgt, wobei der Kontaktwinkel mit Hilfe von entionisiertem Wasser bei 22°C bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Material auf einem Bereich der ersten fixierten Be schichtung aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fixieren des ersten Materials oder des zweiten fluiden Materials mindestens eines von Polymerisieren oder Vernetzen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der ersten und zweiten fluiden Materialien mindestens eines unter einer Fluorpolymerdispersion, einer Fluorpolymerlösung, einem Siliconpolymer oder einer Kombination derselben umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eines der ersten und zweiten fluiden Materialien ein selbstzusammenfügbares Material umfasst mit der Formel R_f-Z-X wobei R_f eine Perfluoralkylgruppe mit 1 bis 22 Kohlenstoffatomen ist; Z eine zweiwertige Verbindungsgruppe oder kovalente Bindung ist; und X aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus -PO₃H, -CO₂H,
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite fluide Material mindestens ein hydrophiles Polymer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Aufbringen eines dritten Materials auf mindestens nes dritten Materials auf mindestens eines der ersten und zweiten fixierten Materialien umfassend.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das dritte Material ein biologisches Fluid umfasst.
Gegenstand umfassend ein Substrat, das eine Fläche aufweist, und eine erste und zweite fixierte Beschichtung, wobei die erste fixierte Beschichtung einen ersten abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist und das Substrat kontaktiert, wobei die zweite fixierte Beschichtung einen zweiten abnehmenden Kontaktwinkel mit Wasser aufweist und mindestens eines unter dem Substrat und der ersten fixierten Beschichtung kontaktiert, wobei die ersten und zweiten fixierten Beschichtungen aneinander anliegen und wobei die Größe des Unterschieds zwischen den ersten und zweiten abnehmenden Kontaktwinkeln mindestens 30 Grad beträgt und wobei mindestens eine der ersten und zweiten fixierten Beschichtungen eine Anordnung von Punkten umfasst, die eine Auflösung aufweisen, die mindestens eine Dimension größer als oder gleich 300 Punkten pro Zoll ist, wobei der Kontaktwinkel mit Hilfe von entionisiertem Wasser bei 22°C bestimmt wird.
Gegenstand nach Anspruch 9, wobei mindestens eine der ersten und zweiten fixierten Beschichtungen ein selbstzusammenfügbares Material umfasst, das die Formel R_f-Z-X aufweist, wobei R_f eine Perfluoralkylgruppe mit 1 bis 22 Kohlen stoffatomen ist; Z eine zweiwertige Verbindungsgruppe oder kovalente Bindung ist; und X aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus -PO₃H, -CO₂H,