DE60221819T2 - Wasserabweisender film und verfahren zu seiner herstellung sowie damit ausgerüsteter tintenstrahlkopf und entsprechendes tintenstrahldruckverfahren - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen wasserabweisenden Film mit hoher Alkaliresistenz und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Tintenstrahlkopf und eine Tintenstrahldruckvorrichtung, welche den wasserabweisenden Film verwendet.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein wasserabweisender Film, welcher Wasser und Öl abweisen kann und eine leichte Entfernung von Materialien erlaubt, welche an der Oberfläche daran anhaften, wurde in verschiedenen Bereichen umfangreich verwendet. Beispielsweise ist es durch Ausbilden eines wasserabweisenden Filmes auf Fenstern von Kraftfahrzeugen möglich, eine ausgezeichnete Sicht sicherzustellen, da die Fenster sogar bei regnerischen Tagen Wasser abweisen können.
  • Des Weiteren kann durch Ausbilden eines wasserabweisenden Filmes auf Stellen, wie der Oberfläche von Kochausrüstungen, Küchen, Badezimmern und dergleichen, Schmutz leicht von solchen Stellen entfernt werden und daher wird die Pflege davon erleichtert. In den jüngsten Jahren wurde ein solcher wasserabweisender Film des Weiteren als eine Hauptkomponente einer Tintenstrahldüse, welche einen Tintenstrahlkopf einer Tintenstrahldruckvorrichtung bildet, verwendet. Der Grund warum eine Tintenstrahldüse einen wasserabweisenden Film benötigt, wird unten im Detail beschrieben.
  • Der Mechanismus zum Drucken durch die Tintenstrahldruckvorrichtung ist der, einige Zehntel Picoliter Tinte aus jedem einer großen Anzahl von Düsenöffnungen mit einem Durchmesser von einigen Zehntel μm, welche in eine Düsenplatte eingebohrt sind, auf ein Druckmedium, wie Papier, auszutragen, um die ausgetragene Tinte auf einer vorbestimmten Position auf dem Druckmedium anzuordnen. Um die Tinte an einer vorbestimmten Position auf dem Druckmedium anzuordnen, wird die Tinte ausgetragen, während jeweils die Düsenplatte und das Druckmedium mechanisch bewegt werden, um ihre relative Position zu kontrollieren. 8A ist eine Querschnittsansicht, welche eine Düsenöffnung 34 und ihre Umgebung zeigt, worin ein Tintenraum 31 zur Speicherung einer festgelegten Menge von Tinte 32 auf einer Innenoberfläche einer Düsenplatte 33 mit einer Durchbohrung ausgebildet ist, aus welcher die Tinte 32 ausgetragen wird. Wie in 8B gezeigt ist, ist der Tintenraum 31 so ausgebildet, dass der Druck in dem Raum wie erforderlich erhöht werden kann, beispielsweise mittels mechanischer Deformation eines piezoelektrischen dünnen Filmes 35. Durch Erhöhen des Druckes in dem Tintenraum 31 kann eine vorbestimmte Menge von Tinte 36 durch die Durchbohrung der Düsenplatte aus dem Tintenraum ausgetragen werden, wie durch einen Pfeil 37 gezeigt ist. Hier sollte, um hoch definiertes Drucken durchzuführen, die aus der Durchbohrung ausgetragene Tinte auf dem Druckmedium akkurat angeordnet sein. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die relative Position der Düse und des Druckmediums genau zu kontrollieren, um die Menge an ausgetragener Tinte zu steuern und dieselbe zu minimieren und die Austragsrichtung der Tinte genau zu steuern. Davon sollte, um genau die Austragsrichtung der Tinte zu steuern, die Austragsrichtung der Tinte senkrecht zur Düsenplattenoberfläche sein. Hier, wie in 9A gezeigt ist, wird sich die Austragsrichtung von Tinte 47 gegen die verbleibende Tintenseite neigen und von der senkrechten Richtung, wie durch einen Pfeil 48 von 9B gezeigt ist, abweichen, wenn Tinte 45 in einem Abschnitt des Umfanges der Öffnung verbleibt. Da Anziehungskraft aufgrund der Oberflächenspannung zwischen der Tinte 47 und der verbleibenden Tinte 45 auftritt, wird die Tinte 47 aus der Düse 34 auf die Seite der Tinte 45 angezogen. Um diese Situation zu vermeiden, wird bei normalen Druckern verbleibende Tinte regelmäßig durch Abwischen des Umfanges der Öffnung mit einem Gummiblatt entfernt. Um die verbleibende Tinte durch Abwischen mit einem Gummiblatt deutlich zu entfernen, wurde hier gefunden, dass eine Tintenaustragsebene einer Düsenplatte wasserabweisend sein sollte. Zu diesem Zweck werden auf einer Oberfläche einer Tintendüsenplatte verschiedene wasserabweisende Filme ausgebildet.
  • Herkömmlicherweise wurden zur Ausbildung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Feststoffsubstrat im Allgemeinen Polytetrafluoroethylen (PTFE) und dessen Derivate, welche Wasserabweisung aufweisen, auf das Substrat zur Ausbildung eines Filmes aufgetragen. Jedoch weisen PTFE und dessen Derivate eine geringe Oberflächenenergie auf und, sogar wenn sie direkt auf das Substrat zur Ausbildung eines Filmes aufgetragen werden, schält sich der Film leicht von dem Substrat ab. Daher wurde, um die Haftung zwischen dem Film und dem Substrat sicherzustellen, ein Verfahren zur Aufrauung der Oberfläche des Substrates, mit nachfolgendem Auftrag eines wasserabweisenden Filmes auf die aufgeraute Oberfläche und ein Verfahren zur Aufrauung der Oberfläche des Substrates und Ausbilden einer Primerschicht (Haftschicht), aus Polyethylensulfid, etc. auf der aufgerauten Oberfläche, gefolgt von Sintern eines wasserabweisenden Filmes angewendet. Wenn des Weiteren das Feststoffsubstrat aus Metall gebildet ist, kann des Weiteren ein Verfahren zum Plattieren von Teilchen aus PTFE und dessen Derivaten zusammen mit dem Metall verwendet werden.
  • Andererseits wurden Verfahren zur Ausbildung eines wasserabweisenden Filmes mit ausgezeichneter Haftung direkt auf der Oberfläche eines Substrates unter Verwendung eines Silankupplungsmittels ohne Aufrauung der Oberfläche des Substrates vorgeschlagen. Als das erste Beispiel dieser Verfahren ist ein Verfahren zur Ausbildung eines wasserabweisenden monomolekularen oder polymeren Films beschrieben, indem Fluoralkyltrichlorsilan, wie CF3(CF2)8C2H4SiCl3 mit einem Substrat reagieren gelassen wird ( JP 2500816 und JP 2525536 ). In der oben erwähnten chemischen Formel bedeutet CF3(CF2)8C2H4- eine Fluoralkylgruppe, und -SiCl3 stellt eine Trichlorsilylgruppe dar. Bei diesem Verfahren wird ein Substrat mit aktivem Wasserstoff an der Oberfläche davon in Kontakt mit einer Lösung gebracht, in welcher Fluoralkyltrichlorsilan gelöst ist, um zu ermöglichen, dass eine Chlorsilylgruppe(-SiCl) mit aktivem Wasserstoff reagiert, wobei eine -Si-O-Bindung zu dem Substrat ausgebildet wird. Im Ergebnis wird eine Fluoralkylkette an dem Substrat über -Si-O-fixiert. Hier liefert die Fluoralkylkette einen Film mit Wasserabweisung. Abhängig von den Filmbildungsbedingungen wird der wasserabweisende Film ein monomolekularer Film oder ein polymerer Film. Als zweites Beispiel wird ein Verfahren beschrieben, in welchem ein poröses Substrat, imprägniert mit einer Verbindung, welche Fluor enthält, wie Fluoralkylalkoxysilan, im Vakuum erhitzt, um die Verbindung zu verdampfen, um so die Oberfläche des Substrates mit Wasserabweisung auszustatten ( JP 6 (1994)-143586 A ). Um die Haftung zwischen dem wasserabweisenden Film und dem Substrat zu verbessern, schlägt dieses Verfahren vor, dass eine Zwischenschicht aus Siliciumdioxid, etc. vorgesehen ist. Als drittes Beispiel wird ein Verfahren zur Ausbildung eines Filmes aus Titan, Titanoxid oder Indiumzinnoxid auf dem Substrat und Ausbilden einer auf Fluoralkylsilan basierenden Verbindung darauf durch Vakuumverdampfen beschrieben ( JP 10 (1998)-323979 A ). Als viertes Beispiel wird ein Verfahren zur Ausbildung feiner Oxidteilchen, wie Zircondioxid und Aluminiumoxid, auf der Oberfläche eines Substrates und dann Auftragen eines auf Fluor basierenden Silankupplungsmittels, wie Fluoralkylchlorsilan und Fluoralkylalkoxysilan, beschrieben ( JP 6 (1994)-171094 A ). Als fünftes Beispiel wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine gemischte Lösung, welche durch Zugabe von Metalloxid zu Fluoralkylalkoxysilan, wie CF3(CF2)8C2H4Si(OCH3)3, erhalten wird, einer Hydrolyse und Dehydratationspolymerisation unterworfen wird und dann die Lösung auf das Substrat aufgetragen wird, mit nachfolgendem Backen unter Ausbildung eines wasserabweisenden Filmes, in welchem Moleküle mit einer Fluoralkylkette in dem Metalloxid vermischt sind ( JP 2687060 , JP 2874391 , JP 2729714 und JP 2555797 ). Bei diesen Verfahren liefert eine Fluoralkylkette den Film mit Wasserabweisung und ein Metalloxid liefert den Film mit hoher mechanischer Festigkeit.
  • Der wasserabweisende Film muss durch Auswahl eines optimalen Verfahrens unter verschiedenen Ausbildungsverfahren, wie oben beschrieben, abhängig von seiner beabsichtigten Verwendung hergestellt werden. Zur Ausbildung eines wasserabweisenden Filmes, welcher insbesondere für eine Tintenstrahldüse verwendet wird, ist ein Verfahren, welches ein Silankupplungsmittel verwendet, effektiver als die anderen Verfahren, aufgrund folgender Überlegungen. Zunächst kann eine wasserabweisende Behandlung prinzipiell auf jedem Substrat einer Düse durchgeführt werden. Zweitens kann ein wasserabweisender Film dünn ausgeführt werden. Der Grund des Erfordernisses eines dünnen Filmes ist, wie in 10A gezeigt ist, dass Seitenflächen einer Düsendurchbohrung 34, welche in einen wasserabweisenden Film 55 eingebohrt sind, Wasserabweisung und eine kleine Filmdicke aufweisen sollten. Eine große Filmdicke eines wasserabweisenden Filmes 56, wie in 10B gezeigt ist, macht es für Tinte 32 unmöglich, aus einem Tintenraum 31 durch eine Durchbohrung 34 ausgetragen zu werden, infolge der Wasserabweisung der Seitenflächen davon. Um diese Situation zu vermeiden, sollte die Filmdicke ausreichend kleiner als ein Düsendurchmesser gemacht werden. Zu diesem Zweck kann in Betracht gezogen werden, dass das zweite Merkmal zunehmend wichtiger wird. Grund dafür ist, dass die Tendenz für das Erfordernis hoch definierten Druckens in Zukunft zunehmen wird und dementsprechend ein Düsendurchmesser reduziert werden wird und daher ein wasserabweisender Film mit einer Filmdicke kleiner als der Düsendurchmesser gefordert werden wird. Daher werden die oben erwähnten zweiten bis vierten Verfahren zur Ausbildung eines wasserabweisenden Filmes zur Verwendung für eine Tintenstrahldüse verwendet.
  • Da ein Silankupplungsmittel verwendender wasserabweisender Film auf verschiedenen Substraten ohne Durchführung einer Vorbehand lung ausgebildet werden kann, kann erwartet werden, dass er in verschiedenen Bereichen Anwendung finden wird. Er ist insbesondere bei einer Tintenstrahlkopfanwendung nützlich. Ein herkömmlicher wasserabweisender Film, welcher ein Silankupplungsmittel verwendet, weist jedoch eine mangelnde Dauerhaftigkeit gegen Alkalität auf. Insbesondere bei der Verwendung für einen Tintenstrahlkopf ist dies ein ernstes Problem. Grund dafür ist, dass die für eine Tintenstrahldruckvorrichtung verwendet Tinte im Allgemeinen alkalisch ist, und daher ein wasserabweisender Film, welcher für einen Tintenstrahlkopf verwendet wird, Beständigkeit gegen eine alkalische Lösung aufweisen muss.
  • Der herkömmliche monomolekulare Film oder polymere Film, welcher ein Silankupplungsmittel verwendet, wird an das Substrat über eine Si-O-Bindung gebunden. Da jedoch diese Bindung in einer alkalischen Lösung leicht hydrolisiert wird, wenn der herkömmliche wasserabweisende Film in einer alkalischen Lösung getränkt wird, verschwindet die Bindung leicht von dem Substrat. Das heißt, ein solcher Film weist keine Beständigkeit gegenüber einer alkalischen Lösung auf.
  • Die dritten und vierten Beispiele liefern dann ein Verfahren, bei welchem zur Verbesserung der Alkaliresistenz ein alkaliresistenter unterer Film aus Titandioxid-, Titan-, Zirkondioxidteilchen, Aluminiumoxidteilchen usw. unter einem wasserabweisenden Film ausgebildet wird. Demzufolge löst sich ein wasserabweisender Film schwer von dem Feststoffsubstrat, infolge des Wegbrechens der unteren Schicht. Andererseits wurde sogar bei dieser Konfiguration das Problem, dass eine Wasserstoffbindung oder Siloxanbindung zwischen dem wasserabweisenden Film und dem Substrat durch Alkalien gebrochen wird, nicht vollständig gelöst.
  • Die bei den herkömmlichen Verfahren vorgeschlagenen wasserabweisenden Filme verwenden ein Silankupplungsmittel mit einer reaktiven Gruppe nur an einem Ende eines geradkettigen Moleküles, beispielsweise Fluoralkylalkoxysilan und Fluoralkylchlor silan, etc. Bei einem solchen Kupplungsmittel, wie in 11 gezeigt ist, tritt infolge sterischer Hinderung zwischen Molekülen eine dreidimensionale Polymerisation zwischen Molekülen kaum auf, und die Filmdichte ist niedriger als jene eines allgemeinen polymeren Polymers. Ein Silankupplungsmittel 61 verursacht eine Hydrierungsreaktion 62 mit einer Hydroxylgruppe auf der Oberfläche des Substrates, unter Ausbildung einer Siloxanbindung, oder wird durch Wasserstoffbindung fixiert. Wie in 12A gezeigt ist, wird in dem Maße, wie die Dichte des Substrates 71 an Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des Substrates höher ist, die Dichte des Films 72 (ein Film des Silankupplungsmittels, gebunden an das Substrat) in Nachbarschaft des Substrates höher. Wie in 12B gezeigt ist, ist hier im Falle eines unteren Filmes 73 aus Titandioxid, Titan, Zirkondioxid, etc., da die Dichte von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche eines solchen Filmes niedrig ist, die Dichte des wasserabweisenden Filmes 74 (ein Film aus dem Silankupplungsmittel, gebunden an das Substrat), welcher in Kontakt mit dem unteren Film steht, niedrig. 13 ist eine schematische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in welchem wasserabweisende Filme 82 und 81, ausgebildet auf einer unteren Schicht 83 mit einer niedrigen Dichte von Hydroxylgruppen, einer alkalischen Komponente ausgesetzt sind. Im näheren Teil des unteren Films 83 sind die Silankupplungsmoleküle (ein wasserabweisender Film in der Nachbarschaft des unteren Films) 82 an den unteren Film 83 über Wasserstoffbindung und Siloxanbindung fixiert, und im entfernteren Teil des unteren Filmes 83 ist der wasserabweisende Film mit niedriger Dichte (ein wasserabweisender Film entfernt von dem unteren Film) 81 ausgebildet. Wird eine alkalische Tinte in Kontakt mit diesem Film gebracht, treten Hydroxylionen (OH–) 84 als alkalische Komponenten durch den Film 81 hindurch und wandern zu dem unteren Film 83. Ist die Dichte des wasserabweisenden Filmes 82 in Nachbarschaft zu dem unteren Film gering, treten Ionen 85 in die Zwischenschicht zwischen dem Film 82 und dem unteren Film 83 ein und brechen die Wasserstoffbindung und die Siloxanbindung, welche darin vorliegen. Sogar wenn der untere Film eine große Beständigkeit gegen eine alkalische Lösung aufweist, nimmt die Alkaliresistenz des wasserabweisenden Filmes ab, falls die Dichte der Hydroxylgruppen auf der Oberfläche davon niedrig ist.
  • Um die Alkaliresistenz zu verbessern, ist des Weiteren das fünfte Beispiel nützlich, in welchem ein Molekül mit einer Fluoralkylkette in dem Metalloxid, wie Titandioxid und Zirkondioxid, vermischt ist, welches die Stabilität gegen eine alkalische Lösung aufweist. Diese Metalloxide müssen jedoch hergestellt werden, indem Titanalkoxid und Zirkoniumalkoxid einer Hydrolyse und Dehydratationspolymerisation unterworfen werden, und diese Alkoxide weisen eine hohe Reaktivität auf und an Luft findet eine rasche Hydrolyse statt. Daher ist es schwierig, eine Beschichtungslösung unter Verwendung dieser Alkoxide zum Auftragen eines wasserabweisenden Filmes zu verwenden. Siliciumalkoxid, welches an Luft stabil ist, wurde daher häufig verwendet. Siliciumoxid, welches aus Siliciumalkoxid hergestellt wird, ist jedoch in einer alkalischen Lösung löslich. Es besteht daher das Problem, dass der wasserabweisende Film, welcher Siliciumalkoxid verwendet, eine niedrige Beständigkeit gegenüber einer alkalischen Lösung aufweist.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Um den oben dargestellten Problemen zu entsprechen, war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen wasserabweisenden Film mit Alkaliresistenz und ein Verfahren zur Herstellung desselben zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, indem dieser wasserabweisende Film aufgetragen bzw. angewendet wird, einen Tintenstrahlkopf und eine Tintenstrahldruckvorrichtung, umfassend eine mit einem wasserabweisenden Film ausgerüstete Tintenstrahldüse zur Verfügung zu stellen, welcher nach einem Langzeitkontakt mit einer alkalischen Tinte nicht gebrochen wird.
  • Um die oben angegebenen Aufgaben zu lösen, umfasst ein erster wasserabweisender Film der vorliegenden Erfindung, welcher auf einem Feststoffsubstrat ausgebildet ist, ein Molekül (A) der Formel -OSi(R1R2)(CH2)nSi(R1R2)O-, umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Endigungen, und eine Kohlenwasserstoffkette in einem mittleren Teil, (worin R1 und R2 eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxygruppe (-OCH3), eine Ethoxygruppe(-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH) oder Sauerstoff, welcher eine Siloxanbindung darstellt, bedeuten und n eine natürliche Zahl von 1 bis 10 ist) oder ein Molekül (A), umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Endigungen, und einen Benzolring in einem Mittelteil; und ein Molekül (B), umfassend eine Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) an einem anderen Ende, wobei ein Polymerfilm wenigstens mit dem Molekül (A) und dem Molekül (B) ausgebildet ist.
  • Ein zweiter wasserabweisender Film der vorliegenden Erfindung wird auf einem Feststoffsubstrat ausgebildet und besteht aus einem zweischichtigen dünnen Film. Bei dem wasserabweisenden Film ist eine erste Filmschicht, welche das Substrat kontaktiert, aus einer Mischung aus einem Siliciumoxid und einem Titanoxid gebildet, wobei das Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von 10% bis 30% (Mol) einschließlich liegt, und eine zweite Filmschicht, ausgebildet auf der ersten Schicht, ist ein Polymerfilm, welcher wenigstens einer ist, ausgewählt aus einem Hydrolysat oder einem dehydrierten Polymer eines Silankupplungsmittels, umfassend eine Fluorkohlenstoffkette.
  • Nun umfasst ein erstes Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Feststoffsubstrat der vorliegenden Erfindung die Schritte: Auftragen einer Beschichtungslösung auf das Substrat, worin die Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels (A), umfassend XsQ3-sSi(CH2)nSi(CH2)nSiR3-mXm (worin Q und R eine Methyl- oder eine Ethylgruppe darstellen; X eine Methoxygruppe (-OCH3) oder eine Ethoxygruppe (-OC2H5) darstellt; n eine natürliche Zahl zwischen 1 und 10 darstellt; s und m eine natürliche Zahl zwischen 1 bis 3 darstellen, wenn s = 1 und m = 1 erfüllt sind, zwei Qs und Rs jeweils vorhanden sind, jedoch jeweils Qs und Rs eine verschiedene Struktur aufweisen können) oder XsQ3-sSi(CH2)tC6H4(CH2)uSiR3-mXm (worin Q und R eine Methyl- oder eine Ethylgruppe darstellen; X eine Methoxygruppe (-OCH3) oder eine Ethoxygruppe (-OC2H5) darstellen; t und u eine natürliche Zahl zwischen 1 und 10 darstellen; s und m eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3 darstellen; C6H4 einen Benzolring darstellt; wenn s = 1 und m = 1 erfüllt sind, zwei Qs und Rs jeweils vorhanden sind, aber jede davon eine verschiedene Struktur aufweisen können), ein Silankupplungsmittel (B), umfassend eine Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und eine reaktive Funktionsgruppe an einem anderen Ende, ein organisches Lösungsmittel, Wasser und einen Säurekatalysator; und Erhitzen des Substrates, um so einen Polymerfilm mit dem Silankupplungsmittel (A) und dem Silankupplungsmittel (B) auszubilden.
  • Ein zweites Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes umfasst die Schritte: Auftragen einer ersten Beschichtungslösung auf das Substrat, gefolgt durch Brennen bzw. Backen bei 300°C oder höher, worin die erste Beschichtungslösung durch Mischen von Titanalkoxid, Siliciumalkoxid, einem organischen Lösungsmittel, Wasser und einem Säurekatalysator hergestellt wird und Auftragen einer zweiten Beschichtungslösung auf das Substrat mit nachfolgendem Brennen, wobei die zweite Beschichtungslösung durch Vermischen eines Silankupplungsmittels mit einer Fluorkohlenstoffkette, eines organischen Lösungsmittels, Wasser und einem Säurekatalysator hergestellt wird. Bei der ersten Beschichtungslösung liegt ein Verhältnis von Siliciumalkoxid zu Titanalkoxid im Bereich von 10% bis einschließlich 30%, in Mol.
  • Des Weiteren umfasst eine Tintenstrahldüse der vorliegenden Erfindung ein Substrat mit einer Düsenöffnung, aus welcher Tinte ausgetragen wird, und einen wasserabweisenden Film, welcher auf der Tintenaustragsseite des Substrates ausgebildet ist. Hier bedeutet der wasserabweisende Film den wasserabweisenden Film gemäß einem jeden der ersten und zweiten wasserabweisenden Filme der vorliegenden Erfindung.
  • Des Weiteren umfasst eine Tintenstrahldruckvorrichtung der vorliegenden Erfindung den Tintenstrahlkopf gemäß einem jeden der oben beschriebenen Tintenstrahlköpfe und eine Bewegungseinheit zur relativen Bewegung des Aufzeichnungsmediums.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer Konfiguration eines wasserabweisenden Filmes gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt schematisch einen Zustand, in welchem ein wasserabweisender Film gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, der auf einem Feststoffsubstrat ausgebildet ist, einer alkalischen Komponente ausgesetzt ist.
  • 3 ist eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren zeigt, in welchem ein hoch dichter Polymerfilm gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird.
  • 4 ist eine schematische Ansicht, welche einen Zustand der Oberfläche eines Substrats zeigt, welche einer Lösung ausgesetzt ist, die geradkettige Moleküle gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthält.
  • 5A ist eine schematische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, unmittelbar nachdem eine Beschichtungslösung, welche ein Silankupplungsmittel mit einer Fluoralkylkette enthält, einem Substrat ausgesetzt ist,
  • 5B ist eine schematische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, worin das Silankupplungsmittel mit einer Fluoralkylkette von der Oberfläche des Substrats absorbiert ist und
  • 5C ist eine schematische Ansicht, welche einen Zustand der Oberfläche des Substrats zeigt, welcher die Beschichtungslösung abweist.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht einer Düse und der Nachbarschaft gemäß der Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Tintenstrahldruckvorrichtung gemäß der Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung.
  • 8A ist eine Querschnittsansicht einer Düsenöffnung und der Nachbarschaft gemäß dem herkömmlichen Beispiel und
  • 8B ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Zustand zeigt, in welchem ein Tintenraum darin an Druck zunimmt, um so Tinte aus der Öffnung auszutragen.
  • 9A ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Zustand zeigt, in welchem Tinte in einer Düsenöffnung verbleibt, entsprechend dem herkömmlichen Beispiel und
  • 9B ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Fall zeigt, worin Tinte ausgetragen wird, wenn Tinte in der Tintenöffnung verbleibt.
  • 10A ist eine Querschnittsansicht, welche eine Düsenplatte und die Nachbarschaft zeigt, wenn die Film dicke des wasserabweisenden Filmes gemäß dem herkömmlichen Beispiel klein ist, und
  • 10B ist eine Querschnittsansicht, welche eine Düsenplatte und die Nachbarschaft zeigt, wenn die Filmdicke des wasserabweisenden Filmes groß ist.
  • 11 ist eine schematische Ansicht, welche die Polymerisation eines Silankupplungsmittels mit einer reaktiven Gruppe an nur einem Ende gemäß dem herkömmlichen Beispiel zeigt.
  • 12A ist eine schematische Ansicht, welche eine Konfiguration eines Silankupplungsmittels, gebunden an ein Substrat mit Hydroxylgruppen in hoher Dichte auf der Oberfläche davon gemäß dem herkömmlichen Beispiel zeigt, und
  • 12B ist eine schematische Ansicht, welche eine Konfiguration eines Silankupplungsmittels, gebunden an ein Substrat, mit Hydroxylgruppen niedriger Dichte auf der Oberfläche davon gemäß dem herkömmlichen Beispiel zeigt.
  • 13 ist eine schematische Ansicht, welche einen Zustand zeigt, in welchem ein wasserabweisender Film, ausgebildet auf einer unteren Schicht mit niedriger Dichte von Hydroxylgruppen gemäß dem herkömmlichen Beispiel einer alkalischen Komponente ausgesetzt ist.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Bei dem wasserabweisenden Film der vorliegenden Erfindung kann zwischen dem Feststoffsubstrat und dem wasserabweisenden Film ein erster unterer Polymerfilm des Weiteren ausgebildet sein, wobei der erste untere Polymerfilm mit einem Molekül ausgestal tet ist, umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden und eine Fluorkohlenstoffkette in einem Mittelteil.
  • Darüber hinaus kann zwischen dem Feststoffsubstrat und dem ersten unteren Polymerfilm ein zweiter unterer Oxidfilm ausgebildet sein, wobei der zweite untere Oxidfilm aus einer Mischung aus einem Siliciumoxid und einem Titanoxid hergestellt ist.
  • Zusätzlich dazu wird bevorzugt, dass die Dichte des Moleküls (B) in Nachbarschaft der äußersten Oberfläche des wasserabweisenden Filmes höher als die Dichte des Moleküls (B) innen in dem wasserabweisenden Film ist.
  • Zusätzlich ist es bei dem wasserabweisenden Film der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass ein Verhältnis des Moleküls (A) und des Moleküls (B) im Bereich von 0,001 bis 0,2 liegt (= das Molekül (B)/das Molekül (A)), welches durch ein Molverhältnis dargestellt ist.
  • Zusätzlich kann bei dem wasserabweisenden Film der vorliegenden Erfindung das Molekül (A) einen geradkettigen Kohlenwasserstoff umfassen. Alternativ kann bei dem wasserabweisenden Film der vorliegenden Erfindung das Molekül (A) einen Benzolring umfassen.
  • Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann zwischen dem Feststoffsubstrat und dem wasserabweisenden Film des Weiteren ein Polymerfilm durch Auftragen einer ersten Unterschicht-Beschichtungslösung auf das Substrat ausgebildet werden, wobei die erste Unterschicht-Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels, umfassend reaktive funktionelle Gruppen an beiden Enden und umfassend eine Fluorkohlenstoffkette in einem Mittelteil, eines organischen Lösungsmittels, Wasser und eines Säurekatalysators, hergestellt werden.
  • Es wird bevorzugt, dass nachdem die erste Unterschicht-Be schichtungslösung auf das Feststoffsubstrat aufgetragen worden ist, gefolgt von Erhitzen auf 100°C bis 300°C einschließlich, dann eine Beschichtungslösung, umfassend das Silankupplungsmittel (A) und das Silankupplungsmittel (B), darauf aufgetragen wird.
  • Zwischen dem Feststoffsubstrat und dem ersten Unterschicht-Polymerfilm kann des Weiteren ein Oxidfilm, welcher aus Siliciumoxid und Titanoxid hergestellt wird, durch Auftragen einer zweiten Unterschicht-Beschichtungslösung auf das Substrat ausgebildet werden, gefolgt von Brennen bzw. Backen, wobei die zweite Unterschicht-Beschichtung durch Vermischen von Titanalkoxid, Siliciumalkoxid, einem organischen Lösungsmittel, Wasser und einem Säurekatalysator hergestellt wird.
  • Zusätzlich wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wenn das Molekül (A) eine Kohlenwasserstoffkette umfasst, bevorzugt, dass die Anzahl von Kohlenstoffatomen, welche die geradkettige Kohlenwasserstoffkette bilden, im Bereich von 1 bis 10 einschließlich liegt. Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass das Molekül (A) einen Benzolring umfasst und ein Molverhältnis von Wasser/Molekül (A) = 20 bis 150 erfüllt ist. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass ein Molverhältnis von Molekül (A) und Molekül (B) im Bereich von 0,001 bis 0,2 liegt (= das Molekül (B)/das Molekül (A)).
  • Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass das organische Lösungsmittel der Beschichtungslösung, umfassend das Silankupplungsmittel (B), Alkohol mit Fluorkohlenstoff umfasst.
  • Darüber hinaus wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass ein Taupunkt der Atmosphäre zum Auftragen der Beschichtungslösung auf das Substrat um 5°C oder mehr niedriger als die Temperatur der Atmosphäre ist.
  • Darüber hinaus wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass, wenn das Molekül (A) eine geradkettige Kohlenwasserstoffkette umfasst, bevorzugt wird, dass die Anzahl der Kohlenstoffatome, welche die geradkettige Kohlenwasserstoffkette bilden, zwischen 1 bis einschließlich 10 liegt.
  • Darüber hinaus wird bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass ein Verfahren zum Auftragen der Beschichtungslösung auf die Oberfläche des Substrats wenigstens eines, ausgewählt aus einem Tauchverfahren, einem Sprühverfahren, einem Bürstverfahren und einem Verfahren unter Verwendung eines Tuches, einem Spinbeschichtungsverfahren, einem Walzverfahren, einem Messerbeschichtungsverfahren und einem Filmbeschichtungsverfahren ausgewählt ist.
  • Als Ergebnis verschiedener Analysen und Versuche durch die Erfinder hinsichtlich des Einflusses einer alkalischen Lösung auf einen wasserabweisenden Film und den Mechanismus, wurde ein Verfahren zur Verwirklichung eines wasserabweisenden Filmes mit hoher Alkaliresistenz gefunden, in dem ein Silankupplungsmittel verwendet wird. Darüber hinaus kann ein Tintenstrahlkopf sowie eine Tintenstrahldruckvorrichtung durch Anwenden dieses wasserabweisenden Filmes realisiert werden.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus Gründen der Klarheit der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht einzig auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt.
  • Ausführungsform 1
  • Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Film ein Molekül (A) mit wenigstens einer oder mehrerer Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden und eine Kohlenwasserstoffkette (-(CH2)n-; (n ist eine natürliche Zahl) im mittleren Teil und ein Molekül (B) mit einer Fluorkohlenstoffkette (-(CF2)n-; (n ist eine natürliche Zahl) an einem Ende und wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) am anderen Ende, wobei ein Polymer mit dem Molekül (A) und dem Molekül (B) gebildet wird. Die Fluorkohlenstoffkette des Moleküls (B) liefert den Film mit Wasserabweisung, da es ein nichtpolares Molekül ist. Dann bildet das Molekül (A) einen hoch dichten Polymerfilm durch die Siloxanbindung an beiden Enden des Moleküls und das Molekül (B) wird an diesen Polymerfilm über die Siloxanbindung gebunden.
  • Als ein Beispiel des Moleküls (A) ist -OSi(R1R2)(CH2)nSi(R1R2)O- umfasst (R1 und R2 sind eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxylgruppe (OCH3), eine Ethoxylgruppe (-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH) oder Sauerstoff, welcher eine Siloxanbindung bildet und n ist eine natürliche Zahl von 1 bis 10). Als Molekül (B) ist CF3(CF2)nC2H4Si(R1R2)O- umfasst (R1 und R2 sind eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxylgruppe (OCH3), eine Ethoxylgruppe (-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH) oder Sauerstoff, welcher eine Siloxanbindung bildet und n ist eine natürliche Zahl von 1 bis 12). Um den Film mit hoher Wasserabweisung auszurüsten, ist hier bei dem Molekül (B) n vorzugsweise 6 bis 10.
  • 1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Konfiguration eines wasserabweisenden Filmes 1 als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei diesem Beispiel ist das Molekül (A) (-O-)3Si(CH2)6Si(-O-)3 und das Molekül (B) ist CF3(CF2)7-C2H4Si(-O-)3. Bei dieser Konfiguration ist die Dichte des Moleküls in Nachbarschaft einer Oberfläche des wasserabweisenden Filmes hoch. Daher kann sogar wenn das Verhältnis des Moleküls (B) zum Molekül (A) niedrig ist, ein Film mit hoher Wasserabweisung erhalten werden. Wie das Verhältnis des Moleküls (B) abnimmt, wird die Filmdichte des wasserabweisenden Filmes verbessert. Daher besitzt der wasserabweisende Film der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. In 1 können als Substrat 2 Metall, Keramika und dergleichen verwendet werden.
  • Bei diesem Film liegt eine Siloxanbindung (-Si-O-) vor. Im Allgemeinen wird die Siloxanbindung in alkalischer Lösung hydrolisiert und gebrochen. Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass bei der Konfiguration des wasserabweisenden Filmes der vorliegenden Erfindung die wasserabweisende Kohlenwasserstoffkette und Fluorkohlenstoffkette in Nachbarschaft zu der Siloxanbindung vorliegen und diese Molekülketten verhindern, dass alkalische Lösung in den Film eindringt. Die Erfinder haben herausgefunden, dass im Ergebnis daraus der wasserabweisende Film nicht einmal in Gegenwart von Alkalien gebrochen wird.
  • Wie die Zahl an Kohlenstoffen, welche die geradkettige Kohlenwasserstoffkette des Moleküls (A) bilden, zunimmt, verhindert die Kette zunehmend, dass die alkalische Komponente in die Siloxanbindung eindringt, umgekehrt jedoch nimmt die Dichte des Filmes ab, so dass die Verschleißfestigkeit des Filmes abnimmt. Die Erfinder fanden heraus, dass wenn die Anzahl von Kohlenstoffatomen, welche die geradkettige Kohlenstoffkette des Moleküls (A) bilden, zwischen 1 bis 10 liegt, ein Film mit ausgezeichneter Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißresistenz realisiert werden kann.
  • Wie das Verhältnis des Moleküls (B) zunimmt, wird die Wasserabweisung des Filmes verbessert, die Verschleißresistenz davon nimmt jedoch ab. Nimmt dagegen das Verhältnis des Moleküls (B) ab, wird die Verschleißresistenz des Filmes verbessert, aber die Wasserabweisung davon nimmt ab. Die Erfinder fanden heraus, dass bei einem Molverhältnis von Molekül (B)/Molekül (A) = 0,001 bis 0,2 ein Film mit ausgezeichneter Wasserabweisung und ausgezeichneter Verschleißresistenz realisiert werden kann.
  • Umfasst das Molekül (A) einen Benzolring, wird die Hitzeresistenz des wasserabweisenden Filmes verbessert, da der Benzolring eine hohe Hitzeresistenz besitzt. Das heißt, wenn der mittlere Teil des Moleküls (A) nur die geradkettige Kohlenwasserstoffkette umfasst, zeigt der wasserabweisende Beschichtungsfilm eine Hitzeresistenz von etwa 250°C, wohingegen der einen Benzol ring umfassende wasserabweisende Film eine Hitzeresistenz von 300°C oder höher zeigt. Des Weiteren ist das einen Benzolring umfassende Molekül steifer als ein Molekül, das keinen Benzolring umfasst (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert) und daher ist das Molekül dicht gepackt und die Filmdichte nimmt zu, wodurch die Verschleißresistenz verbessert wird.
  • Als das Molekül (A) mit einem Benzolring ist -OSi(R1R2)-(CH2)tC6H4(CH2)uSi(R3R4)O- umfasst (R1, R2, R3 und R4 sind eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxylgruppe (-OCH3), eine Ethoxylgruppe (-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH) oder Sauerstoff, welcher eine Siloxanbindung bildet und t und o sind eine natürliche Zahl von 1 bis 10). Um die Hitzeresistenz des erzeugten Filmes zu verbessern, wird hier bevorzugt, dass die Länge der geradkettigen Kohlenwasserstoffkette so klein wie möglich gemacht wird und t und o von 1 bis 3 reichen.
  • Ausführungsform 2
  • Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit einem zweilagigen dünnen Film ausgebildet. Das heißt, eine erste Filmschicht ist ein Polymer, gebildet aus einem Molekül mit wenigstens einer oder mehreren Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden, und eine Fluorkohlenstoffkette im mittleren Teil und eine zweite Filmschicht, welche auf der ersten Filmschicht ausgebildet ist, umfasst ein Molekül (A) mit wenigstens einer oder mehreren Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden, und eine Kohlenwasserstoffkette im mittleren Teil und ein Molekül (B) mit einer Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) am anderen Ende, wobei ein Polymer mit dem Molekül (A) und dem Molekül (B) gebildet wird. Hier ist die Konfiguration der zweiten Filmschicht im Wesentlichen dieselbe wie jene des Filmes, welcher in Ausführungsform 1 verwendet wurde.
  • Als das Molekül mit einer Fluorkohlenstoffkette im Mittelteil ist -OSi(R1R2)C2H4(CF2)nC2H4Si(R3R4)O- umfasst (R1, R2, R3 und R4 sind eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxylgruppe (-OCH3) und eine Ethoxylgruppe (-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH) oder Sauerstoff, welcher eine Siloxanbindung bildet und n ist eine natürliche Zahl von 1 bis 12). Bei der ersten Polymerschicht, gebildet aus diesem Molekül, ist eine Siloxanbindung umfasst. Die wasserabweisende Fluorkohlenstoffkette in Nachbarschaft zu dieser Bindung verhindert jedoch, dass eine alkalische Lösung in den Film eindringt, wodurch das Brechen der Siloxanbindung durch die alkalische Lösung verhindert wird. Im Ergebnis kann dieser Polymerfilm eine Haltbarkeit gegenüber alkalischer Lösung aufweisen. Darüber hinaus ist ein Molekül mit einer Fluorkohlenstoffkette im mittleren Teil steifer als ein Molekül mit einer Kohlenwasserstoffkette im mittleren Teil (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert) und daher ist dieses Molekül dicht gepackt und die Filmdichte ist erhöht, wodurch die Verschleißresistenz und Festigkeit der Bindungskraft mit dem Substrat verbessert ist.
  • Die Erfinder haben herausgefunden, dass die erste Filmschicht als Haftschicht zwischen dem Substrat und der zweiten Filmschicht dient. Insbesondere im Fall eines Substrates aus Platin und Glimmer mit geringer Dichte von Hydroxylgruppen an der Oberfläche davon, wird bei Ausbilden der zweiten Filmschicht direkt darauf die Haftung des Filmes niedrig sein. Im Gegensatz dazu kann das Vorsehen der Haftschicht die Haftung des wasserabweisenden Filmes verbessern.
  • Ausführungsform 3
  • Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit einem dreischichtigen Film ausgebildet. Das heißt, einer ersten Filmschicht, die mit einem Substrat in Kontakt steht, ist aus einer Mischung eines Siliciumoxids und eines Titanoxids hergestellt. Eine zweite Filmschicht, welche auf der ersten Filmschicht ausgebildet ist, ist ein Polymer, welches aus einem Molekül mit wenigstens einer oder mehrerer Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden und einer Fluorkohlenstoffkette in dem mittleren Teil besteht und eine dritte Filmschicht, welche auf der zweiten Filmschicht ausgebildet ist, umfasst ein Molekül (A) mit wenigstens einer oder mehreren Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden, und einer Kohlenwasserstoffkette im mittleren Teil, und ein Molekül (B) mit einer Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und wenigstens einer oder mehreren Siloxanbindungen (-Si-O-) an einem anderen Ende, wobei ein Polymer mit dem Molekül (A) und dem Molekül (B) gebildet wird.
  • Hier ist der Filmaufbau der zweiten Filmschicht und der dritten Filmschicht im Wesentlichen der gleiche wie jener, der in Ausführungsform 2 gezeigt ist.
  • Das Siliciumoxid und das Titanoxid besitzen im Vergleich mit den Polymerfilmen der zweiten Schicht und der dritten Schicht eine höhere Härte und weisen eine bessere Haftung mit dem Substrat auf. Die Erfinder haben herausgefunden, dass der Titanoxidfilm den Film mit Alkaliresistenz liefert und der Siliciumoxidfilm zur Verbesserung der Haftung zwischen dem Substrat und der zweiten Filmschicht dient. Dann haben die Erfinder herausgefunden, dass die erste Filmschicht aus der Mischung aus Titan und Silicium gebildet ist und die Filme der zweiten Schicht und der dritten Schicht darauf ausgebildet sind, wodurch ein alkaliresistenter, wasserabweisender Film mit hoher Haftung an dem Substrat ausgebildet werden kann.
  • Des Weiteren verhindert bei dem wasserabweisenden Film dieser Ausführungsform die erste Filmschicht vollständig, dass eine alkalische Lösung in das Substrat eindringt und daher kann durch Ausbilden des wasserabweisenden Filmes auf einem Substrat mit niedriger Alkaliresistenz die Alkaliresistenz des Substrates verbessert werden.
  • Ausführungsform 4
  • Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mit einem zweischichtigen dünnen Film ausgebildet. Das heißt, eine erste Filmschicht, welche das Substrat kontaktiert, ist aus einer Mischung von Siliciumoxid und einem Titanoxid gebildet, wobei ein Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von 10% bis 30% in Mol liegt und eine zweite Filmschicht, die auf der ersten Filmschicht ausgebildet ist, ist aus einem Hydrolysat und/oder einem dehydrierten Polymer eines Silankupplungsmittels mit einer Fluorkohlenstoffkette gebildet.
  • Ist nur der Siliciumoxidfilm umfasst, ist die Haftungsdichte mit der zweiten Filmschicht hoch, da hoch-dichte Silanolgruppen (-SiOH) auf der Oberfläche davon vorliegen, der Film besitzt jedoch keine Alkaliresistenz. Ist nur der Titanoxidfilm umfasst, ist die Haftdichte des Filmes niedriger, da die Dichte der Hydroxylgruppen an der Oberfläche im Vergleich zu dem Siliciumoxidfilm niedriger ist, allerdings ist die Alkaliresistenz verbessert. Die Erfinder fanden heraus, dass die Adhäsionsdichte zu der zweiten Filmschicht hoch ist und die Alkaliresistenz verbessert ist, wenn das Verhältnis von Siliciumatomen zu Titanatomen in der ersten Filmschicht im Bereich von 10% bis 30% in Mol liegt.
  • 2 zeigt ein Beispiel eines wasserabweisenden Filmes gemäß dieser Ausführungsform. In 2 bezeichnet die Bezugsziffer 21 die erste Filmschicht, 22 bezeichnet die zweite Filmschicht, 23 bezeichnet einen Abschnitt des wasserabweisenden Filmes in der zweiten Filmschicht, welcher von der ersten Filmschicht beabstandet ist, und 24 bezeichnet einen Abschnitt des wasserabweisenden Filmes in der zweiten Filmschicht, welcher nahe zu der ersten Filmschicht ist. Bei diesem Filmaufbau besitzt der wasserabweisende Film 24 aus der zweiten Filmschicht, der nahe zu der ersten Filmschicht angeordnet ist, eine hohe Dichte, so dass sich der Film nicht von der ersten Schicht infolge alkalischer Komponenten 26 ablöst, welche durch den wasserabweisenden Film 23 als Abschnitt der zweiten Filmschicht, welche entfernt von der ersten Filmschicht ist, eindringt. In 2 bezeichnet hier Bezugsziffer 25 ein Ion der alkalischen Komponente, welche in den wasserabweisenden Film eindringt.
  • Ausführungsform 5
  • Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Feststoffsubstrat, worin ein Silankupplungsmittel (A) mit reaktiven funktionellen Gruppen an beiden Enden und umfassend eine Kohlenwasserstoffkette in dem Mittelteil, ein Silankupplungsmittel (B) mit einer Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und einer reaktiven funktionellen Gruppe an einem anderen Ende, ein organisches Lösungsmittel, Wasser und ein Säurekatalysator zur Herstellung einer Beschichtungslösung vermischt werden und diese Beschichtungslösung auf das Substrat aufgebracht wird, mit nachfolgendem Erhitzen des Substrates, um so ein Polymer mit dem Silankupplungsmittel (A) und dem Silankupplungsmittel (B) auszubilden.
  • Bei dem organischen Lösungsmittel, Wasser und Säurekatalysator nimmt ein Kupplungsteil -Si-X(X ist eine Alkoxylgruppe, Chlor, Acyloxy oder Amin) des Silankupplungsmittels an den Reaktionenteil, welche durch die folgenden chemischen Formeln 1 bis 3 ausgedrückt sind. -Si-X + H2O → -Si-OH + HX (Formel 1) -Si-X + -Si-OH → Si-O-Si- + HX (Formel 2) -SiOH + -SiOH → -Si-O-Si- + H2O (Formel 3)
  • Die durch Formel 1 ausgedrückte Reaktion zeigt die Erzeugung einer Silanolgruppe (Si-OH) durch Hydrolyse; die Formeln 2 und 3 zeigen die Bildung einer Siloxanbindung (-Si-O-) jeweils durch eine Dehydratationspolymerisation.
  • Gleich nachdem eine vorbestimmte Menge Silankupplungsmittel, organische Lösungsmittel, Wasser und Säurekatalysator vermischt sind, treten die durch die chemischen Formeln 1 bis 3 ausgedrückten Reaktionen auf. Daher enthält die Beschichtungslösung ein Hydrolysat, ein dehyriertes Polymer oder ein Molekül mit nicht umgesetzten funktionellen Gruppen des Silankupplungsmittels, die darin vermischt sind. Da die Umsetzungen nach den Formeln 1 bis 3 rasch fortschreiten, kann die Beschichtungslösung unmittelbar nach der Herstellung der Beschichtungslösung aufgetragen werden. Jedoch nimmt die Temperatur der Beschichtungslösung gleich nach dem Vermischen infolge von aus der chemischen Umsetzung resultierender Wärme zu, was Änderungen in dem Auftragszustand verursachen kann, und daher ist es wünschenswert, dass das Auftragen nach 1 bis 2 Stunden nach dem Vermischen durchgeführt wird. Wenn diese Beschichtungslösung auf das Substrat aufgetragen wird, bildet sich ein Film auf dem Substrat. Gleich nach dem Auftragen umfasst der Film das Silankupplungsmittel, Lösungsmittel, Wasser und den Säurekatalysator. Wird das Substrat jedoch auf 100°C oder mehr erhitzt, werden das Lösungsmittel, Wasser und der Säurekatalysator verdampft und demzufolge werden nicht umgesetzte reaktive funktionelle Gruppen zu Silanol oder die Dehydrierungspolymerisationsreaktion zwischen den Silanolgruppen schreitet fort. Im Ergebnis wird ein fester dünner Film auf dem Substrat gebildet.
  • Wie in 3 gezeigt ist, findet die Dehydrierungspolymerisationsreaktion in einem durch einen Pfeil 12 gezeigten Abschnitt statt, da das Silankupplungsmittel (A) 11 reaktive funktionelle Gruppen an beiden Enden des Moleküles besitzt, wodurch ein hoch dichter dreidimensionaler Polymerfilm gebildet wird. Daher besitzt der gebildete Film einen Aufbau, in welchem das Silankupplungsmittel (B) an den dreidimensionalen Polymerfilm des Silankupplungsmittels (A) über Siloxanbindung fixiert wird. Es ist hier festzustellen, dass bei dem Film das Silankupplungsmittel (A) und das Silankupplungsmittel (B) miteinander über Siloxanbindung unter Ausbildung eines Polymerfilmes gebunden sind. In dem Film können jedoch nicht umgesetzte reaktive funktionelle Gruppen oder Silanolgruppen (Si-OH) verbleiben. Je höher die Härtungstemperatur ist, desto weniger von diesen Gruppen bleiben zurück. Wenn des Weiteren Hydroxylgruppen (-OH) auf der Oberfläche des Substrates vorliegen, verursacht das Silan kupplungsmittel eine Dehydrierungsreaktion mit den Hydroxylgruppen, unter Ausbildung von Siloxanbindung oder einer Wasserstoffbindung. Daher ist der wasserabweisende Film an dem Substrat fest fixiert.
  • Es ist hier festzustellen, dass bei der vorliegenden Erfindung gleich nach dem Auftrag der Beschichtungslösung das Silankupplungsmittel (A) den dreidimensionalen Polymerfilm ausbildet, wohingegen das Silankupplungsmittel (B) sich infolge der thermischen Diffusion über den Film bewegt. Diese Bewegung hört zu der Zeit auf, wenn die Flüssigkomponente in dem Film in einigem Umfang verdampft ist. Als Ergebnis dieser Bewegung nimmt die Dichte des Silankupplungsmittels (B) auf der Oberfläche des Filmes zu. Mit anderen Worten, bei einer Aggregation von Materialien mit verschiedenen Oberflächenenergieniveaus ist es bekannt, dass die Materialien mit verschiedenen Oberflächeenergiewerten eine Phasenseparation dazwischen verursachen und Materialien mit näheren Niveaus dazu neigen, sich zu sammeln. Da sich die in dem Silankupplungsmittel (A) umfasste Kohlenwasserstoffkette und die in dem Silankupplungsmittel (B) umfasste Fluorkohlenstoffkette gegenseitig abstoßen, wird in dem Film wahrscheinlich Phasenseparierung auftreten. Andererseits kommt die Oberfläche der Beschichtungslösung gleich nach dem Auftragen der Beschichtungslösung auf das Substrat mit Luft in Kontakt und die Oberflächenenergie von Luft ist unter allen Materialien die kleinste. Die Fluorkohlenstoffkette in dem Silankupplungsmittel (B) besitzt die kleinste Oberflächenenergie in der Beschichtungslösung. Obwohl sich daher das Silankupplungsmittel (B) in der Beschichtungslösung in verschiedene Richtungen bewegt, wird dieses Molekül fixiert, wenn es die Oberfläche der Beschichtungslösung erreicht und das Molekül mit Luft in Kontakt kommt, welche eine kleinere Oberflächenenergie besitzt. Im Ergebnis erzeugt das Silankupplungsmittel (B) die Phasenseparierung vom Silankupplungsmittel (A), während es nahe der Oberfläche des Filmes fixiert wird. Das bedeutet, dass sogar wenn die Menge des Silankupplungsmittels (B) in der Beschichtungslösung relativ zu dem Silankupplungsmittel (A) reduziert ist, die Dichte der Fluorkohlenstoffkette auf der Oberfläche des Filmes zunimmt, so dass der Film Wasserabweisung zeigt. Um einen Film mit hoher Verschleißfestigkeit zu realisieren, ist es wichtig, dass der Film mit hoher Wasserabweisung erhalten werden kann, sogar wenn das Verhältnis des Silankupplungsmittels (B) klein ist. Grund dafür ist, dass das Silankupplungsmittel (B) eine reaktive funktionelle Gruppe nur an einem Ende des Moleküls aufweist, was es schwierig macht, einen dreidimensionalen Polymerfilm herzustellen. Wenn daher das Verhältnis des Silankupplungsmittels (B) in dem Film zunimmt, nimmt die Dichte des Filmes ab, wodurch die Verschleißfestigkeit davon abnimmt.
  • Als Silankupplungsmittel (A) ist XsQ3-sSi(CH2)nSiR3-mXm bevorzugt, in welcher Alkyoxylgruppen an beiden Enden eines geradkettigen Kohlenwasserstoffes vorhanden sind (Q und R sind eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe; n ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 10; s und m ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3, wenn s = 1 und m = 1 erfüllt sind, sind zwei Qs und Rs jeweils vorhanden, können jedoch eine unterschiedliche Struktur besitzen).
  • Wenn des Weiteren das Silankupplungsmittel (A) einen Benzolring umfasst, wird die Hitzeresistenz des wasserabweisenden Filmes verbessert, da der Benzolring eine hohe Hitzeresistenz besitzt. Des Weiteren ist das einen Benzolring umfassende Molekül steifer im Vergleich mit einem Molekül, das keinen Benzolring umfasst (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert) und daher ist dieses Molekül dicht gepackt und die Filmdichte ist erhöht, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert wird. Das einen Benzolring umfassende Silankupplungsmittel (A) umfasst XsQ3-sSi(CH2)tCH6H4(CH2)uSiR3-mXm (Q und R bedeuten eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe; t und u sind eine natürliche Zahl zwischen 1 und 10; s und m sind eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3, wenn s = 1 und m = 1 erfüllt sind, sind jeweils zwei Qs und Rs vorhanden, jedoch kann jedes der zwei Qs und Rs eine verschiedene Struktur besitzen). Um die Hitzeresis tenz des erzeugten Filmes zu verbessern, wird hier bevorzugt, dass die geradkettige Wasserstoffkette so kurz wie möglich ausgestaltet ist und t und u von 1 bis 3 reichen.
  • Es ist hier festzuhalten, dass in dem Maße, wie die Zahl der Kohlenstoffe, welche die geradkettige Kohlenwasserstoffkette des Silankupplungsmittels (A) bilde, zunimmt, die Kette zunehmend die alkalische Komponente daran hindert, in die Siloxanbindung einzudringen, aber im gegenläufigen Sinne die Dichte des Filmes abnimmt, wodurch die Verschleißfestigkeit abnimmt. Die Erfinder haben herausgefunden, dass, wenn die Zahl der Kohlenstoffe, welche die geradkettige Kohlenwasserstoffkette des Moleküls (A) bilde, von 1 bis 10 reicht, ein Film mit ausgezeichneter Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit realisiert werden kann.
  • Des Weiteren umfasst das Silankupplungsmittel (B) CF3(CF2)nC2H4SiR3-mXm (R bedeutet eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe; n ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 12; m ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3, wenn m = 1 erfüllt ist, sind zwei Rs vorhanden, aber beide der zwei Rs können unterschiedliche Strukturen aufweisen). Um einen Film mit hoher Wasserabweisung zu liefern, ist hier n = 6 bis 10 bevorzugt.
  • Es ist hier festzuhalten, dass in dem Maße, wie das Verhältnis des Silankupplungsmittels (B) zunimmt, die Wasserabweisung des Filmes verbessert wird, aber gegenläufig dazu die Verschleißresistenz davon abnimmt. Umgekehrt nimmt in dem Maße, wie das Verhältnis des Moleküls (B) abnimmt, die Verschleißresistenz des Filmes zu, aber die Wasserabweisung davon nimmt ab. Die Erfinder haben herausgefunden, dass wenn das Molverhältnis des Silankupplungsmittels (B)/des Silankupplungsmittels (A) = 0,001 bis 0,2 erfüllt ist, ein Film mit ausgezeichneter Wasserabweisung und ausgezeichneter Verschleißresistenz realisiert werden kann.
  • Um die Beschichtungslösung auf das Substrat zur Ausbildung ei nes Filmes aufzutragen, weist die Beschichtungslösung wünschenswerterweise Fluidität auf. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, dass nur ein Teil des Silankupplungsmittels in der Beschichtungslösung polymerisiert ist. Grund dafür ist, dass wenn das gesamte Silankupplungsmittel polymerisiert ist, die Beschichtungslösung zu einem Gel wird (ein Festzustand, umfassend etwas an flüssigem Charakter, wie beispielsweise Agar, Bohnenmus, etc.) und verliert Fluidität, was es unmöglich macht, sie auf das Substrat aufzutragen. Im Falle, in welchem X des Silankupplungsmittels Chlor ist, ist die Reaktivität des Kupplungsteiles zu hoch. Wenn die Menge an Wasser nicht streng kontrolliert wird, wird die Beschichtungslösung daher leicht ein Gel. Im Gegensatz dazu laufen Hydrolyse und Dehydratationspolymerisationreaktion in Gegenwart von Wasser und Säure langsam ab, für den Fall, in dem X eine Alkoxylgruppe ist, so dass die Beschichtungslösung leicht auf das Substrat aufgetragen werden kann.
  • Um die Hydrolyse und die Dehydratationspolymerisationsreaktion eines Silankupplungsmittels mit Silankupplungsteilen α an der Zahl pro Molekül vollständig durchzuführen, um ein dreidimensionales Polymer auszubilden, werden α/2 Wassermoleküle pro ein Molekül des Silankupplungsmittels benötigt, wie aus den Formeln 1 bis 3 theoretisch bestimmt wird. In praktischer Hinsicht reagieren jedoch die Silankupplungsteile nicht vollständig, sogar wenn die theoretisch erforderliche Menge an Wasser vorliegt, und der Grad des Reaktionsfortschrittes wird in Abhängigkeit von den Arten der Silankupplungsmittel verschieden sein. Grund dafür ist, dass die Reaktionsgeschwindigkeit der Formeln 1 bis 3 in Abhängigkeit von den Bedingungen, wie der dreidimensionalen Struktur der Moleküle des Silankupplungsmittels, die Arten der funktionellen Gruppen, welche in der Nachbarschaft zu den Silankupplungsteilen angeordnet sind und den Arten des Katalysators verändert wird. Im Allgemeinen nimmt jedoch in dem Maße, wie die Menge an Wassermolekülen zunimmt, die Reaktionsgeschwindigkeit zu. Wenn die Menge an Wasser zu stark zunimmt, verläuft die Polymerisation des Silankupplungsmittels exzessiv, was darin resultiert, dass es in der Beschichtungslösung nicht gelöst wird, was die Tendenz verursacht, dass die Beschichtungslösung trübe wird. Wird die trübe Beschichtungslösung auf das Substrat aufgetragen, kann kein gleichförmiger Film erhalten werden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass in dem Fall, in dem das Silankupplungsmittel (A) einen Benzolring besitzt, dieses in ausreichendem Maß reagieren kann, wenn das Molverhältnis von Wasser/Molekül (A) = 20 bis 150 erfüllt ist, so dass die Beschichtungslösung nicht trübe wird, wobei ein Film mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit, in welchem die dreidimensionale Polymerisationsreaktion ausreichend fortschreitet, gebildet werden kann.
  • Um einen gleichförmigen Film durch Auftragen der Beschichtungslösung auf das Substrat auszubilden, muss die Beschichtungslösung eine ausreichende Benetzbarkeit mit dem Substrat besitzen. Wenn eine Lösung, in welcher geradkettige Moleküle mit einer Fluoralkylkette an einem Ende und einer hydrophilen Gruppe am anderen Ende aufgelöst sind, auf einem Substrat exponiert werden, werden die geradkettigen Moleküle so an dem Substrat absorbiert, dass die Seite mit hydrophiler Gruppe zu dem Substrat ausgerichtet ist und die Seite mit der Fluoralkylgruppe auf die gegenüber liegende Seite ausgerichtet ist. Im Ergebnis zeigt die Oberfläche des Substrats Wasserabweisung. Da ein Teil des Silankupplungsmittels (B) der Beschichtungslösung hydrolysiert wird, damit sie eine hydrophile Silanolgruppe aufweist, wird, wenn die Beschichtungslösung auf das Substrat aufgetragen wird, das Silankupplungsmittel an der äußersten Oberfläche des Substrats absorbiert (4). In 4 bezeichnet Bezugsziffer 91 eine Lösung, in welcher geradkettige Moleküle aufgelöst sind, 92 bezeichnet die geradkettigen Moleküle in der Lösung, 93 bezeichnet ein geradkettiges Molekül, das an der Oberfläche des Substrats absorbiert ist, 94 bezeichnet das Substrat, 95 bezeichnet einen wasserabweisenden Teil des geradkettigen Moleküls und 96 bezeichnet einen hydrophilen Teil bzw. Abschnitt des geradkettigen Moleküls. Infolge dieser Konfiguration weist die Oberfläche des Substrats Wasserabweisung auf, wodurch die Beschichtungslösung abgestoßen wird (5A bis C), was in einem mangelnden gleichförmigen Auftrag der Beschichtungslösung auf dem Substrat resultiert. Die Erfinder haben herausgefunden, dass sogar für den Fall, dass die Beschichtungslösung ein Silankupplungsmittel mit einer Fluoralkylkette umfasst, die Oberflächenspannung der Beschichtungslösung durch Mischen mit Alkohol, welcher Fluorkohlenstoff enthält, reduziert werden kann, wobei die Benetzbarkeit mit dem Substrat deutlich verbessert werden kann. In den 5A bis C bezeichnet die Bezugsziffer 121 eine Beschichtungslösung, 122 bezeichnet ein Substrat, 123 bezeichnet eine Oberfläche mit Wasserabweisung und 124 gibt eine Beschichtungslösung in dem Zustand an, in welchem die Beschichtungslösung eine reduzierte Benetzbarkeit mit dem Substrat besitzt, wodurch sie gegen die Oberfläche des Substrats abgestoßen wird.
  • Als Ergebnis der detaillierten Untersuchungen durch die Erfinder hinsichtlich des Verfahrens zum Auftragen der Beschichtungslösung auf das Substrat zur Ausbildung eines dünnen Filmes, wurde des Weiteren herausgefunden, dass wenn ein Taupunkt der Atmosphäre zum Auftragen der Beschichtungslösung auf das Substrat um 5°C oder mehr niedriger ist als die Atmosphärentemperatur, ein gleichförmiger Film auf dem Substrat erzeugt werden kann. Der Grund dafür wird unten beschrieben werden. Mit anderen Worten, nachdem die Beschichtungslösung auf da Substrat aufgetragen ist, wird ein organisches Lösungsmittel in der Beschichtungslösung verdampft und die durch das Verdampfen erzeugte Hitze erniedrigt die Temperatur des Substrats. Daher wird die Oberflächentemperatur des Substrats niedriger als die Temperatur der Atmosphäre, welcher das Substrat ausgesetzt ist. Wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche des Substrates und der Atmosphäre zunimmt, kondensiert der in der Atmosphäre enthaltene Wasserdampf auf der Oberfläche des Substrats. Dies erfolgt aufgrund desselben Prinzips wie bei dem Phänomen, dass wenn ein kaltes Getränk an einem heißen Tag im Sommer in ein Glas gegossen wird, sich Wassertropfen auf einer Außenoberfläche des Glases bilden. Tritt die Kondensation von Wassergehalt auf dem Substrat auf, nimmt die Oberflächenspannung der Beschichtungslösung zu, was die Benetzbarkeit der Beschichtungslösung mit dem Substrat verschlechtert. Im Ergebnis wird es schwierig, einen gleichförmigen Film auszubilden. Als ein Ergebnis der Wiederholung verschiedener Untersuchungen durch die Erfinder wurde herausgefunden, dass bei einem Taupunkt der Atmosphäre, welcher um 5°C oder mehr niedriger ist als die Temperatur der Atmosphäre, die Kondensation auf der Oberfläche des Substrats nicht auftritt.
  • Ausführungsform 6
  • Die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Feststoffsubstrat. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Auftragen einer ersten Beschichtungslösung auf das Substrat, wobei die erste Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels mit reaktiven funktionellen Gruppen an beiden Enden und umfassend eine Fluorkohlenstoffkette in dem Mittelteil, eines organischen Lösungsmittels, Wasser und eines Säurekatalysators hergestellt wird; Auftragen einer zweiten Beschichtungslösung auf das Substrat, wobei die zweite Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels (A) mit reaktiven funktionellen Gruppen an beiden Enden und umfassend eine Kohlenwasserstoffkette in dem mittleren Teil, eines Silankupplungsmittels (B) mit einer Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und einer reaktiven funktionellen Gruppe an einem anderen Ende, eines organischen Lösungsmittels, Wasser und eines Säurekatalysators hergestellt wird; und Erhitzen des Substrats zur Ausbildung eines Polymeres mit dem Silankupplungsmittel (A) und dem Silankupplungsmittel (B).
  • Das Silankupplungsmittel in der ersten Beschichtungslösung ist beispielsweise X3Q3-sSiC2H4(CF2)nC2H4SiR3-mXm (X bedeutet eine Alkoxygruppe, Q und R stellen eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe dar; n ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 10; s und m sind eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3, wenn s = 1 und m = 1 erfüllt sind, sind jeweils zwei Qs und Rs vorhanden, jedoch können jede der zwei Qs und Rs verschiedene Strukturen besitzen). Im Allgemeinen weist ein Fluoratom in der Verbindung eine hohe Elektronegativität auf, mit der Eigenschaft, Elektronen eines Nachbaratoms anzuziehen. Auch bei dem Silankupplungsmittel der vorliegenden Erfindung zieht ein Fluoratom Elektronen von einem Nachbaratom ab, was in einem Mangelzustand an Elektronen von Silicium resultiert. Im Ergebnis wird die Bindung zwischen dem Silicium und X eine ionische Bindung, in welcher Hydrolyse rasch fortschreitet. Daher ist die Reaktivität eines Silankupplungsmittels mit einer Fluorkohlenstoffkette höher als jene des Silankupplungsmittels, welches nur eine Kohlenwasserstoffkette umfasst, und Hydrolyse und Dehydratationspolymerisationsreaktion laufen ausreichend ab, so dass der Polymerisationsgrad des Filmes zunimmt und der Film robust wird.
  • Die Beschichtungslösung für die zweite Schicht ist die gleiche wie die Beschichtungslösung, die in Ausführungsform 5 beschrieben ist. Gleich nach dem Auftragen der ersten Beschichtungslösung auf das Substrat befinden sich eine Anzahl von Silanolgruppen in einem hydrolysierten Zustand in dem Silankupplungsmittel. Aus diesem Grund bildet, wenn die zweite Beschichtungslösung darauf aufgetragen wird, gefolgt von Erhitzen, das Silankupplungsmittel in der zweiten Beschichtungslösung dann die Siloxanbindung mit dem Silankupplungsmittel in der ersten Beschichtungslösung, so dass diese beiden Filme fest miteinander verbunden werden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass als Resultat dieser Schritte die erste Filmschicht als eine Haftschicht zwischen der zweiten Filmschicht und dem Substrat dient, so dass der wasserabweisende Film fest mit dem Substrat verbunden werden kann.
  • Wenn die erste Beschichtungslösung und die zweite Beschichtungslösung kontinuierlich aufgetragen werden, kann hier die Temperatur der Endhärtung höher als die Hitzeresistenztemperatur der zweiten Filmschicht ausgeführt werden. Grund dafür ist, dass die Hitzeresistenz der zweiten Filmschicht mit Kohlenwas serstoffkette niedriger als die der ersten Filmschicht ist. Nachdem der erste Beschichtungsfilm auf das Feststoffsubstrat aufgetragen ist, gefolgt durch Erhitzen bei 100°C bis 300°C einschließlich, wird daher die zweite Beschichtungslösung auf das Substrat aufgetragen, wodurch die Dichte der ersten Filmschicht und die Haftung desselben an das Substrat verbessert werden kann. Da eine Anzahl von Silanolgruppen auf der Oberfläche der ersten Filmschicht nach dem Backen vorhanden sind, ist in diesem Fall ebenso die Haftung zwischen der ersten Filmschicht und der zweiten Filmschicht hoch.
  • Diese Ausführungsform ist besonders wirksam zur Ausbildung eines wasserabweisenden Filmes mit hoher Haftung an einem Substrat mit niedriger Dichte von Hydroxylgruppen auf der Oberfläche davon, wie Platin und Glimmer.
  • Ausführungsform 7
  • Die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Feststoffsubstrat. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Auftragen einer ersten Beschichtungslösung auf das Substrat, mit nachfolgendem Backen, wobei die erste Beschichtungslösung durch Mischen von Titanalkoxid, Siliciumalkoxid, einem organischen Lösungsmittel, Wasser und Säurekatalysator hergestellt wird; Auftragen einer zweiten Beschichtungslösung auf das Substrat, wobei die zweite Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels mit reaktiven funktionellen Gruppen an beiden Enden und umfassend eine Fluorkohlenstoffkette in dem mittleren Teil, eines organischen Lösungsmittels, Wasser und eines Säurekatalysators hergestellt wird; Auftragen einer dritten Beschichtungslösung auf das Substrat, wobei die dritte Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels (A) mit reaktiven funktionellen Gruppen an beiden Enden und umfassend eine Kohlenwasserstoffkette in dem mittleren Teil, eines Silankupplungsmittels (B) mit einer Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und einer reaktiven funktio nellen Gruppe an einem anderen Ende, eines organischen Lösungsmittels, Wasser und eines Säurekatalysators hergestellt wird; und Erhitzen des Substrats zur Ausbildung eines Polymers mit dem Silankupplungsmittel (A) und dem Silankupplungsmittel (B).
  • Das Titanalkoxid umfasst Titantetraethoxid (Ti(OC2H5)4), Titantetra-n-propoxid (Ti(OC2H4CH3)4), Titan-tetra-isopropoxid (Ti(OCHCH3CH3)4), Titan-tetra-n-butoxid (Ti(OC3H6CH3)4), etc. Das Siliciumalkoxid umfasst Tetramethoxysilan (Si(OCH3)4), Tetraethoxysilan (Si(OC2H5)4), etc. Das Titanalkoxid weist hier im Allgemeinen hohe Reaktivität auf, unter Erzeugung von Hydrolyse und Dehydratationspolymerisationsreaktion mit einer geringen Menge von Wasser, was die Beschichtungslösung instabil macht. Um daher die Reaktion bzw. Umsetzung von Titanalkoxid zu unterdrücken, wird der Beschichtungslösung ein Inhibitor zugegeben. Als Inhibitor ist zum Beispiel eine β-Diketonverbindung verfügbar, wie Acetylaceton und Acetoessigester und Amin. Wird die erste Beschichtungslösung auf das Substrat mit nachfolgendem Backen aufgetragen, wird dann der gemischte Film aus Titanoxid (TiOx; 0 < X ≤ 2) und Siliciumoxid (SiOy; 0 < y ≤ 2) gebildet. Danach werden die zweiten und die dritten Beschichtungslösungen auf diesen Film in gleicher Weise wie in Ausführungsform 6 aufgetragen, wobei ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz gebildet werden kann.
  • Hier liefert das Titanoxid in der ersten Filmschicht den Film mit Alkaliresistenz. Das Siliciumoxid besitzt eine Silanolgruppe und mittels der Wasserstoffbindung oder der Siloxanbindung dieser Silanolgruppe kann die zweite Filmschicht fest an der ersten Filmschicht gebunden werden. Als Ergebnis von Untersuchungen durch die Erfinder wurde bisher festgestellt, dass in dem Fall, in den die erste Schicht überhaupt kein Siliciumoxid enthält, sich die zweite Schicht manchmal von der ersten Schicht ablöst, wenn der wasserabweisende Film in einer alkalischen Lösung für eine lange Zeit getränkt wird. Zusätzlich wurde von den Erfindern festgestellt, dass bei Ausbildung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Substrat aus Platin und Glimmer mit vermindertem Oxidfilm und aktivem Sauerstoff auf der Oberfläche davon gebildet wird, die erste Filmschicht wirksam ist.
  • In dem Maße, wie die Temperatur zum Backen der ersten Schicht erhöht wird, kann ein Film mit besserer Haftung an dem Substrat und höherer Alkaliresistenz gebildet werden. Bevorzugte Temperaturen sind 300°C bis 500°C.
  • Diese Ausführungsform ist insbesondere zur Bildung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Glas oder einer Keramik mit verminderter Alkaliresistenz wirksam.
  • Ausführungsform 8
  • Die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes auf einem Feststoffsubstrat. Das Verfahren umfasst die Schritte: Auftragen einer ersten Beschichtungslösung auf das Substrat mit nachfolgendem Backen bei 300°C oder höher, wobei die erste Beschichtungslösung durch Mischen von Titanalkoxid, Siliciumalkoxid, einem organischen Lösungsmittel, Wasser und einem Säurekatalysator hergestellt wird; Auftragen einer zweiten Beschichtungslösung auf das Substrat, wobei die zweite Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels mit einer Fluorkohlenstoffkette, einem organischen Lösungsmittel, Wasser und einem Säurekatalysator hergestellt wird; und Erhitzen des Substrats auf 100°C oder höher. In der ersten Beschichtungslösung reicht ein Verhältnis von Siliciumalkoxid zu Titanalkoxid von 10% bis 30% in Mol.
  • Ähnlich zur Ausführungsform 7 umfassst das Titanalkoxid Titantetraethoxid (Ti(OC2H5)4), Titan-tetra-n-propoxid (Ti(OC2H4CH3)4), Titan-tetra-i-propoxid (Ti(OCHCH3CH3)4), Titan-tetra-n-butoxid (Ti(OC3H6CH3)4), etc. Das Siliciumalkoxid umfasst Tetramethoxysilan (Si(OCH3)4), Tetraethoxysilan (Si(OC2H5)4), etc. Das Titanalkoxid weist hier im Allgemeinen hohe Reaktivität auf, was Hydrolyse und Dehydratationspolymerisationsreaktion mit einer geringen Menge von Wasser erzeugt, was die Beschichtungslösung instabil macht. Um daher die Reaktion von Titanalkoxid zu unterdrücken, wird der Beschichtungslösung ein Inhibitor zugegeben. Als Inhibitor ist zum Beispiel eine β-Diketonverbindung verfügbar, wie Acetylaceton und Acetoessigester und Amin. Wird die erste Beschichtungslösung auf das Substrat mit nachfolgendem Backen aufgetragen, wird dann der gemischte Film aus Titanoxid (TiOx; 0 < X ≤ 2) und Siliciumoxid (SiOy; 0 < y ≤ 2) gebildet. Darüber hinaus umfasst, ähnlich zur Ausführungsform 5, das Silankupplungsmittel mit einer Fluorkohlenstoffkette CF3(CF2)nC2H4SiR3-mXm (R bedeutet eine Methylgruppe oder eine Ethylgruppe; n ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 12; n ist eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3, wenn m = 1 erfüllt ist, sind zwei Rs vorhanden, aber die beiden Rs können eine verschiedene Struktur besitzen). Hier wird, um einen Film mit hoher Wasserabweisung zu liefern, n = 6 bis 10 bevorzugt. Um darüber hinaus die Reaktion bzw. Umsetzung der Beschichtungslösung in günstiger Weise zu beeinflussen, ist X vorzugsweise eine Alkoxylgruppe. Um darüber hinaus einen Film mit höherer Dichte zu bilden, ist m vorzugsweise gleich 3.
  • Bei dem Silankupplungsmittel, bei welchem eine Alkoxysilylgruppe nur an ein Ende eines fluorhaltigen geradkettigen Moleküls gebunden ist, ist es schwierig, einen dreidimensional polymerisierten Film auszubilden, und die Dichte des Filmes ist niedriger als jene des Filmes von Ausführungsform 1 und daher durchdringt eine alkalische Lösung leicht den Film. Die Erfinder stellten jedoch fest, dass wenn ein Verhältnis von Siliciumatomen zu Titanatomen in dem Titan- und Siliciumoxidfilm als die erste Schicht im Bereich von 20% bis 30% in Mol liegt, ausreichend Hydroxylgruppen vorhanden sind, so dass das Silankupplungsmittel in der zweiten Schicht mit hoher Dichte daran gebunden werden kann, und der Film darüber hinaus Resistenz gegenüber einer alkalischen Lösung besitzt.
  • In dem Maße, wie die Temperatur zum Backen der ersten Schicht erhöht ist, kann der Film mit besserer Haftung an dem Substrat und höherer Alkaliresistenz gebildet werden. Bevorzugte Temperaturen sind 300°C bis 500°C.
  • Ausführungsform 9
  • Die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahldüse. Wie in 6 gezeigt ist, umfasst diese Ausführungsform als Konstruktionskomponenten eine Düsenplatte 33 mit einer Düsenbohrung 34, aus welcher Tinte ausgetragen wird, und eine Tintenstrahldüse 30, in welcher ein wasserabweisender Film 39 auf einer Tinte austragenden Seite der Platte ausgebildet ist. Als wasserabweisender Film ist der wasserabweisende Film verwendet, der in den Ausführungsformen 1 bis 4 beschrieben ist.
  • Ausführungsform 10
  • Die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Tintenstrahldüse, in welcher ein wasserabweisender Film auf einer Düsenplatte durch die Verfahren der Ausführungsformen 5 bis 8 der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
  • Ausführungsform 11
  • Die elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Tintenstrahldruckvorrichtung. 7 zeigt schematisch die Gesamtkonfiguration einer Tintenstrahldruckvorrichtung mit einem Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung. Eine Tintenstrahldruckvorrichtung 140 dieser Zeichnung ist mit einem Tintenstrahlkopf 141 der vorliegenden Erfindung ausgerüstet, welcher unter Verwendung einer piezoelektrischen Wirkung eines piezoelektrischen Elementes das Drucken durchführt. Tintentropfen, welche von diesem Tintenstrahlkopf 141 ausgetragen werden, gelangen auf ein Aufzeichnungsmedium 142, wie Papier, wobei das Drucken auf dem Aufzeichnungsmedium 142 durchgeführt wird. Der Tintenstrahlkopf 141 ist an einem Wagen bzw. Vorschub 144 befestigt, der entlang einer Vorschubachse 143, die in der Hauptabtastachse X angeordnet ist, vorgesehen. Übereinstimmend mit der Hin- und Herbewegung des Vorschubes 144 entlang der Vorschubachse 143 führt der Tintenstrahlkopf 141 ebenfalls eine Hin- und Herbewegung in der Hauptabtastrichtung X aus. Die Tintenstrahldruckvorrichtung 140 umfasst des Weiteren eine Vielzahl von Rollen (Bewegungselementen) 145, welche das Aufzeichnungsmedium 142 relativ in der Unterabtastrichtung Y bewegen, welche im Wesentlichen senkrecht zur Breitenrichtung des Tintenstrahlkopfes 141 (d.h. der Hauptabtastrichtung X) liegt.
  • Im Folgenden werden spezifische Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt ist.
  • Beispiel 1
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) einer Größe von 5 cm × 5 cm und einer Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet. Eine Beschichtungslösung wurde durch Mischen chemischer Substanzen hergestellt, mit den folgenden Komponenten:
    • (1) Ethanol: 60 ml
    • (2) 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan ((CH3O)3Si(CH2)6Si(OCH3)3): 4 ml
    • (3) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 1 ml
    • (4) Wasser: 1 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Die gemischte Lösung davon wurde auf das Substrat durch Spinbeschichtung aufgetragen. Die Spinbeschichtung wurde bei 800 U/min 20 Sekunden durchgeführt. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet, gefolgt von Backen bei 200°C für 30 Minuten. Die Umgebung während der Spinbeschichtung wurde auf eine Temperatur von 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 35% eingestellt. Der Taupunkt in dieser Umgebung beträgt 5°C.
  • Zum Vergleich wurden hier wasserabweisende Beschichtungsfilme unter Verwendung herkömmlicher Verfahren verwendet.
  • (a) Vergleichsbeispiel 1 (herkömmliches Beispiel 1)
  • Es wurden 400 ml reaktive Lösung hergestellt, worin 1 Vol.-% (2-Perfluoroctyl)ethyltrichlorsilan (CF3(CF2)7C2H4SiCl3) in Perfluoroctan gelöst wurde, und diese Lösung wurde in einen 500 ml Becher gegossen. Darüber hinaus wurden drei 500 ml Becher hergestellt und es wurden etwa 400 ml Perfluoroctan in diese Becher gegossen.
  • Danach wurde ein Substrat in dem die reaktive Lösung enthaltenden Becher für 2 Stunden getränkt. Danach wurde das Substrat herausgenommen und in dem Perfluoroctan enthaltenden Becher gewaschen. Das Waschen wurde durchgeführt, indem die drei Becher aufeinander folgend verwendet wurden. Im Ergebnis wurde ein monomolekularer Film von Fluoralkyltrichlorsilan auf dem Substrat gebildet. Diese Schritte wurden alle in einer Handschuhbox, welche mit einer trockenen Stickstoffatmosphäre befüllt war, durchgeführt.
  • (b) Vergleichsbeispiel 2 (herkömmliches Beispiel 2)
  • Eine Beschichtungslösung wurde durch Mischen chemischer Bestandteile hergestellt, mit den folgenden Komponenten:
    • (1) Ethanol: 100 ml
    • (2) Tetraethoxysilan (Si(OC2H5)4): 25 ml
    • (3) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 4 ml
    • (4) Wasser: 7 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,4 ml
  • Diese Beschichtungslösung wurde auf das Substrat durch Spinbeschichtung bei 3000 U/min für 20 Sekunden aufgetragen. Danach wurde das Substrat 30 Minuten bei 300°C gebacken.
  • Bewertungen der wasserabweisenden Filme wurden bezüglich der folgenden drei Punkte durchgeführt:
  • Bewertung der Wasserabweisung
    • (1) Ein statischer Kontaktwinkel des wasserabweisenden Filmes zu Wasser wurde gemessen.
    • (2) Alkaliresistenz: Ein Substrat, auf welchem ein wasserabweisender Film aufgebracht worden war, wurde in einer Pufferlösung von pH = 8,0 getränkt und wurde bei 80°C für 100 Stunden stehen gelassen. Dann wurde das Substrat entnommen und ein statischer Kontaktwinkel gegen reines Wasser wurde gemessen. Es ist festzuhalten, dass die Pufferlösung durch genaues Mischen der folgenden Lösungen A und B hergestellt wurde, so dass die gemischte Lösung einen pH-Wert von 8,0 besaß. Lösung A: 0,2 M Borsäure, 0,2 M Kaliumchlorid Lösung B: 0,2 M Natriumcarbonat
    • (3) Bewertungen der Verschleißfestigkeit
  • Ein mit Wasser befeuchtetes Tuch (100% Baumwolle) wurde gegen einen wasserabweisenden Film unter einer Belastung von 2 × 105 dyn/cm2 (etwa 0,2 kg Gewicht/cm2) gepresst, und der wasserabweisende Film wurde mit dem Tuch durch 1000-maliges Hin- und Herbewegen gerieben. Es wurde der statische Kontaktwinkel des so abgeriebenen wasserabweisenden Filmes gegen reines Wasser gemessen.
  • Die Ergebnisse dieser Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 1 gezeigt. Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden, realisiert werden.
  • Beispiel 2
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) einer Größe von 5 cm × 5 cm und einer Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet. Eine erste Beschichtungslösung und eine zweite Beschichtungslösung wurden durch die jeweiligen chemischen Substanzen mit den folgenden Komponenten vermischt:
  • Erste Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (vermischt in einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) 1,6-Bis(trimethoxysilylethyl)perfluorhexan ((CH3O)3SiC2H4(CF2)6C2H4Si(OCH3)3): 6 ml
    • (3) Wasser: 1 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Zweite Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (vermischt in einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan ((CH3O)3Si(CH2)6Si(OCH3)3): 4 ml
    • (2) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 1 ml
    • (3) Wasser: 1 ml
    • (4) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Zunächst wurde die erste Lösung auf das Substrat unter der Bedingung von 3000 U/min für 20 Sekunden aufgetragen mit nachfolgender Auftragung der zweiten Beschichtungslösung bei 800 U/min für 20 Sekunden. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet, nachfolgend bei 200°C für 30 Minuten gebacken. Hier wurde die Umgebung während der Spinbeschich tung auf eine Temperatur bei 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 34% eingestellt. Ein Taupunkt in dieser Umgebung betrug 5°C.
  • Die Ergebnisse der Bewertung des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Films sind in Tabelle 1 gezeigt. Mit diesem Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit realisiert werden, im Vergleich mit den wasserabweisenden Filmen, welche durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden. Bei diesem Beispiel wirkte die erste Schicht zur Verbesserung der Haftung zwischen dem wasserabweisenden Film und dem Substrat und daher konnte die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu Beispiel 1 verbessert werden.
  • Beispiel 3
  • Es wurde ein wasserabweisender Film in ähnlicher Weise zu Beispiel 2 ausgebildet. Nachdem jedoch die erste Beschichtungslösung auf das Substrat aufgetragen war, mit nachfolgendem Backen bei 300°C während 10 Minuten, wurde dann die zweite Beschichtungslösung darauf aufgetragen.
  • Die Ergebnisse der Bewertung des wasserabweisenden Filmes, welcher bei diesem Beispiel hergestellt wurde, sind in Tabelle 1 gezeigt. Durch dieses Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, welche durch herkömmliche Methoden hergestellt wurden, realisiert werden.
  • Beispiel 4
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) mit einer Größe von 5 cm × 5 cm und einer Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet.
  • Eine erste Beschichtungslösung, eine zweite Beschichtungslösung und eine dritte Beschichtungslösung wurden durch Vermischen der jeweiligen chemischen Substanzen mit den folgenden Komponenten hergestellt:
  • Erste Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischungsverhältnis von 8:2): 50 ml
    • (2) Titan-tetra-isopropoxid: 10 ml
    • (3) Tetraethoxysilan: 2 ml
    • (4) Acetylaceton: 3 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,2 ml
    • (6) Wasser: 2 ml
  • Zweite Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischungsverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) 1,6-Bis(trimethoxysilylethyl)perflurohexan ((CH3O)3SiC2H4(CF2)6C2H4Si(OCH3)3): 6 ml
    • (3) Wasser: 1 ml
    • (4) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Dritte Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischungsverhältnis in einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan ((CH3O)3Si(CH2)6Si(OCH3)3): 4 ml
    • (2) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 1 ml
    • (3) Wasser: 1 ml
    • (4) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Zunächst wurde nach dem Auftragen der ersten Lösung auf das Substrat durch Spinbeschichtung unter der Bedingung von 3000 U/min während 20 Sekunden das Substrat bei Raumtemperatur wäh rend 1 Stunde getrocknet und nachfolgend bei 450°C für 5 Minuten gebacken. Danach wurde in dem Zustand, nachdem das Substrat auf Raumtemperatur zurückgebracht worden ist, zunächst die zweite Beschichtungslösung auf das Substrat unter der Bedingung bei 3000 U/min für 20 Sekunden aufgetragen, mit nachfolgendem Auftrag der dritten Beschichtungslösung bei 800 U/min während 20 Sekunden. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet und nachfolgend bei 200°C während 30 Minuten gebacken. Hier wurde die Umgebung während der Spinbeschichtung auf eine Temperatur von 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 34% eingestellt. Ein Taupunkt in dieser Umgebung betrug 5°C.
  • Die Ergebnisse der Bewertungen des wasserabweisenden Filmes, hergestellt in diesem Beispiel, sind in Tabelle 1 gezeigt. Mit diesem Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich mit wasserabweisenden Filmen, welche durch die herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, realisiert werden. Hier waren bei diesem Beispiel die Haftung zwischen der ersten Schicht und dem Substrat oder der zweiten Schicht ausgezeichnet und daher konnte die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den Beispielen 1 und 2 verbessert werden.
  • Beispiel 5
  • Es wurde ein wasserabweisender Film in ähnlicher Weise zu Beispiel 4 hergestellt. Jedoch wurde, nachdem die zweite Beschichtungslösung auf das Substrat aufgetragen, und nachfolgend das Substrat bei 300°C für 10 Minuten gebacken worden war, die dritte Beschichtungslösung darauf aufgetragen.
  • Die Ergebnisse der Bewertung des bei diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 1 gezeigt. Mit diesem Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit realisiert werden, im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, welche durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden.
  • Beispiel 6
  • Ein wasserabweisender Film wurde in ähnlicher Weise wie im Beispiel 4 hergestellt. Anstelle von 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan wurde jedoch 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethan ((C2H5O)3Si(CH2)2Si(OC2H5)3) in der dritten Beschichtungslösung verwendet.
  • Die Ergebnisse der Bewertungen des wasserabweisenden Filmes, welcher bei diesem Beispiel hergestellt wurde, sind in Tabelle 1 gezeigt. Mit diesem Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, welche durch die herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, realisiert werden.
  • Beispiel 7
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) mit einer Größe von 5 cm × 5 cm und einer Dicke von 0,2 mm wurde als Substrat verwendet. Die unten erwähnten Lösungen C-1 und C-2 wurden hergestellt.
  • Lösung C-1
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei einem Volumenverhältnis von 8:2): 30 ml
    • (2) 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol ((CH3O)3SiC2H4C6H4C2H4Si(OCH3)3): 2 ml Nachfolgend wird diese chemische Substanz als ein Silankupplungsmittel (A) bezeichnet.
    • (3) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 0,2 ml Nachfolgend wird diese chemische Substanz als ein Silankupplungsmittel (B) bezeichnet.
  • Lösung C-2
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei einem Volumenverhältnis 8:2): 19,5 ml
    • (2) Reines Wasser: 30 ml
    • (3) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,5 ml
  • Eine kleine Menge der Lösung C-2 (5 ml) wurde in die Lösung C-1 unter Rühren der Lösung C-1 mit einem Rührer eingetropft. Nach dem Eintropfen wurde das Rühren für etwa 1 Stunde durchgeführt, um eine Beschichtungslösung herzustellen. In dieser Beschichtungslösung betrug das Molverhältnis von reinem Wasser/Silankupplungsmittel (A) etwa 30 und das Molverhältnis von Silankupplungsmittel (B)/Silankupplungsmittel (A) betrug etwa 0,1. Diese gemischte Lösung wurde auf das Substrat durch Spinbeschichtung aufgetragen. Die Spinbeschichtung wurde bei 3000 U/min während 20 Sekunden durchgeführt. Die Umgebung während der Spinbeschichtung wurde hier auf eine Temperatur von 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 34% eingestellt. Ein Taupunkt in dieser Umgebung betrug 5°C. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur für 1 Stunde mit nachfolgendem Backen bei 200°C während 30 Minuten getrocknet.
  • Die Ergebnisse der Bewertungen des wasserabweisenden Filmes, hergestellt durch dieses Beispiel, sind in Tabelle 1 gezeigt. Durch dieses Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, hergestellt durch die herkömmlichen Methoden, realisiert werden.
  • Da das bei diesem Beispiel verwendete 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol einen Benzolring umfasst, ist diese Substanz im Vergleich zu 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan, das in Beispiel 1 verwendet wurde, steifer (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert), und daher ist dieses Molekül dicht gepackt und die Filmdichte ist erhöht, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert ist.
  • Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 kann nicht wirklich ein Unterschied in der Verschleißfestigkeit dieses Beispiels und Beispiel 1 herausgefunden werden. Wurde jedoch trockenes Gewebepapier (100% Pulpe) anstelle von befeuchtetem Stoff bei dem Verschleißfestigkeitstest verwendet, wurde in ihren Eigenschaften ein Unterschied deutlich feststellbar. Das heißt, wurde ein wasserabweisender Film, hergestellt durch dieses Beispiel, und ein in Beispiel 1 hergestellter Film 500 mal durch trockenes Gewebepapier gerieben und der Zustand der Filmoberfläche beurteilt, wies die Filmoberfläche dieses Beispiels etwa 10 Kratzer auf, wohingegen im Falle von Beispiel 1 etwa 30 Kratzer beobachtet wurden. Es kann angenommen werden, dass im Falle der Abwesenheit von Wasser die Pulpe des Gewebepapiers als Abriebmittel in dem Verschleißtest wirkte, wodurch der Unterschied im Grad der Kratzer infolge eines Unterschiedes in der Filmdichte erzeugt wurde.
  • Beispiel 8
  • Es wurde ein wasserabweisender Film in ähnlicher Weise wie in Beispiel 2 hergestellt. Es wurde jedoch die Beschichtungslösung von Beispiel 7 als die zweite Beschichtungslösung verwendet. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 1 gezeigt. Mit diesem Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, welche durch die herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, realisiert werden.
  • Da hier 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol, das in diesem Beispiel verwendet wurde, einen Benzolring umfasst, ist diese Substanz im Vergleich zu 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan, das in Beispiel 2 verwendet wurde (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert), steifer, und daher ist das Molekül dichter gepackt und die Filmdichte ist erhöht, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert ist.
  • Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 kann ein Unterschied in der Verschleißfestigkeit nicht wirklich abgeleitet werden. Wenn jedoch trockenes Gewebepapier (100% Pulpe) anstelle von angefeuchtetem Stoff in dem Verschleißfestigkeitstest verwendet wurde, wurde ein Unterschied in ihren Eigenschaften deutlich. Das heißt, wurden der wasserabweisende Film, hergestellt bei diesem Beispiel, und der in Beispiel 2 erzeugte Film mit trockenem Gewebepapier 500 mal abgerieben und der Zustand der Filmoberfläche untersucht, wies die Filmoberfläche dieses Beispiels etwa 10 Kratzer auf, wohingegen im Falle von Beispiel 2 etwa 30 Kratzer beobachtet wurden. Es kann angenommen werden, dass im Zustand der Abwesenheit von Wasser, die Pulpe des Gewebepapiers als Abrasiv in dem Verschleißwiderstandstest wirkte, durch welches der Unterschied im Grad der Kratzer infolge eines Unterschiedes in der Dichte des Filmes erzeugt wurde.
  • Beispiel 9
  • Ein wasserabweisender Film wurde in ähnlicher Weise zu Beispiel 4 gebildet. Es wurde jedoch die Beschichtungslösung aus Beispiel 7 als die dritte Beschichtungslösung verwendet. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 1 gezeigt. Mit diesem Beispiel konnte ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, welche durch die herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, realisiert werden.
  • Da das hier bei diesem Beispiel verwendete 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol einen Benzolring umfasst, ist diese Substanz im Vergleich zu 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan, das in Beispiel 4 verwendet wurde, steifer (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert), und daher ist das Molekül dichter gepackt und die Filmdichte ist erhöht, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert ist.
  • Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 kann ein Unterschied in der Verschleißfestigkeit nicht wirklich abgeleitet werden. Wenn jedoch trockenes Gewebepapier (100% Pulpe) anstelle von angefeuchtetem Stoff in dem Verschleißfestigkeitstest verwendet wurde, wurde ein Unterschied in ihren Eigenschaften deutlich. Mit anderen Worten, wurden der wasserabweisende Film, hergestellt bei diesem Beispiel, und der in Beispiel 4 erzeugte Film mit trockenem Gewebepapier 500 mal abgerieben und der Zustand der Filmoberfläche untersucht, wies die Filmoberfläche dieses Beispiels etwa 10 Kratzer auf, wohingegen im Falle von Beispiel 4 etwa 30 Kratzer beobachtet wurden. Es kann angenommen werden, dass im Zustand der Abwesenheit von Wasser, die Pulpe des Gewebepapiers als Abrasiv in dem Verschleißfestigkeitstest wirkte, durch welches der Unterschied im Grad der Kratzer infolge eines Unterschiedes in der Dichte des Filmes erzeugt wurde.
  • Beispiel 10
  • Ein wasserabweisender Film wurde in ähnlicher Weise zu Beispiel 4 erzeugt. Es wurde jedoch die Beschichtungslösung aus Beispiel 7 als die dritte Beschichtungslösung verwendet. Darüber hinaus wurde die Backtemperatur nach dem Auftragen der dritten Beschichtungslösung für 15 Minuten auf 300°C eingestellt.
  • Die Ergebnisse der Bewertungen des bei diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 1 gezeigt. Mit diesem Beispiel konnte ein wasserabweisender Film hoher Alkaliresistenz und ausgezeichneter Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den wasserabweisenden Filmen, welche durch die herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, realisiert werden.
  • Da der bei diesem Beispiel als dritte Schicht verwendete wasserabweisende Film hohe Hitzeresistenz besaß, da er einen Benzolring umfasste, konnte dieser Film bei einer höheren Temperatur im Vergleich zu dem in Beispiel 4 hergestellten Film gebacken werden, beispielsweise jenem, welcher nur eine Kohlenwasserstoffkette umfasste. In dem Maße, wie die Backtemperatur zu nimmt, schreitet im Allgemeinen die Dehydratationspolymerisationsreaktion des Silankupplungsmittels zunehmend voran und es kann ein Polymerfilm mit höherer Dichte ausgebildet werden, so dass die Härte des Filmes und die Haftung davon an dem Substrat zunimmt. Wie daher in Tabelle 1 ebenso gezeigt ist, besitzt der in diesem Beispiel hergestellte wasserabweisende Film eine höhere Verschleißfestigkeit, im Vergleich mit den weiteren wasserabweisenden Filmen, welche bei 200°C gebacken wurden.
  • Des Weiteren wurde in ähnlicher Weise ein Unterschied in der Verschleißfestigkeit von dem in Beispiel 9 hergestellten Film untersucht. Wurde trockenes Gewebepapier (100% Pulpe) anstelle des befeuchteten Stoffes in dem Verschleißfestigkeitstest verwendet, wurde ein Unterschied in ihren Eigenschaften deutlich. Mit anderen Worten, wurden der in diesem Beispiel hergestellte wasserabweisende Film und der in Beispiel 9 hergestellte Film mit trockenem Gewebepapier 500 mal abgerieben und der Zustand der Filmoberfläche untersucht, wies der bei diesem Beispiel hergestellte Film keine Kratzer auf der Oberfläche auf, wohingegen im Falle von Beispiel 9 etwa 10 Kratzer erzeugt wurden. Dies zeigt, dass sogar wenn die gleiche Beschichtungslösung aufgetragen wird, die Verschleißfestigkeit in dem Film dieses Beispiels, welcher bei einer höheren Temperatur gebacken wurde als der Film von Beispiel 9, welcher bei niedrigerer Temperatur gebacken wurde, verbessert werden konnte. Tabelle 1 Bewertungsergebnisse von wasserabweisenden Filmen, hergestellt in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen.
    Arten der wasserabweisenden Filme Statischer Kontaktwinkel zu Wasser (°)
    Anfangswert Wert nach Tränken in einer Lösung von pH = 8 bei 70°C für 100 Stunden Wert nach Verschleißfestigkeitstest mit befeuchtetem Stoff
    Beispiel 1 101 100 92
    Beispiel 2 101 100 95
    Beispiel 3 101 100 98
    Beispiel 4 101 101 100
    Beispiel 5 101 101 100
    Beispiel 6 101 100 100
    Beispiel 7 101 100 100
    Beispiel 8 101 100 100
    Beispiel 9 101 100 100
    Beispiel 10 101 100 101
    Vergl.-Beispiel 1 110 15 109
    Vergl.-Beispiel 2 104 5 (Film wurde aufgelöst 103
  • Beispiel 11
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) mit einer Abmessung von 3 cm × 3 cm und einer Dicke von 100 μm wurde als ein Substrat verwendet. Es wurde eine Beschichtungslösung, hergestellt durch Mischen chemischer Substanzen, mit den folgenden Komponenten hergestellt:
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischen in einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan ((CH3O)3Si(CH2)6Si(OCH3)3): 4 ml
    • (3) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 1 ml
    • (4) Wasser: 1 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Die gemischte Lösung davon wurde auf das Substrat durch Spinbeschichtung aufgetragen. Die Spinbeschichtung wurde bei 800 U/min während 20 Sekunden durchgeführt. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet, mit nachfolgendem Backen bei 200°C für 30 Minuten. Die Umgebung während der Spinbeschichtung wurde hier auf eine Temperatur von 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 34% eingestellt. Ein Taupunkt in dieser Umgebung war 5°C. Danach wurden 400 Durchbohrungslöcher für Düsen mit einem Durchmesser von 30 μm in das Substrat eingebohrt, um eine Tintenstrahldüse (nachfolgend als Düsenplatte beschrieben) auszubilden, und diese wurde als ein Druckkopf zusammengestellt, welcher in einen Tintenstrahldrucker eingebracht wurde.
  • Bewertungen der Düsenplatte wurden hinsichtlich der folgenden Punkte durchgeführt: Die zu den Bewertungen verwendete Tinte war schwarze Tinte mit pH = 9,0 und einer Oberflächenspannung von 35 dyn/cm. Die Tinte wurde durch Vermischen von schwarzem Farbstoff, Glycerin, einem Penetrationsverbesserer, einem pH-Wert-Einsteller und Wasser in einem vorbestimmten Verhältnis hergestellt. Die Bewertungen (A) bis (C) wurden unter Verwendung eines Substrats ohne Düsenlöchern durchgeführt.
  • A. Bewertung der Wasserabweisung
  • Ein statischer Kontaktwinkel und ein ablaufender Kontaktwinkel eines wasserabweisenden Filmes zur Tinte wurden gemessen. Des Weiteren wurden etwa 30 μl Tinte auf die Düsenplatte getropft und mit einer aus Polybutadien hergestellten Gummiklinge einer Größe von 5 mm × 30 mm und einer Dicke von 1 mm abgewischt, um zu untersuchen, ob die Tinte zurückbleibt oder nicht. Genauer gesagt, wurde die Gummiklinge senkrecht zu der Düsenplattenflä che angeordnet, so dass eine Seite mit einer Länge von 5 mm die Düsenplatte kontaktierte, und wurde in einer Richtung bewegt, um die Tinte zu entfernen. Es wurde eine visuelle Untersuchung durchgeführt, ob die Tinte entfernt worden ist oder nicht.
  • B. Tintenfestigkeitseigenschaft
  • Nachdem die Düsenplatte in Tinte getränkt worden ist, wurde die Tinte bei 70°C für 500 Stunden stehen gelassen. Nachdem dann die Platte herausgenommen worden war und mit reinem Wasser gewaschen worden ist, wurden ein statischer Kontaktwinkel und ein abfallender Kontaktwinkel zu der Tinte gemessen. Darüber hinaus wurde die Tintenentfernungseigenschaft ebenfalls in gleicher Weise wie in (A) bewertet.
  • C. Verschleißfestigkeitseigenschaft
  • Ein Gummiblatt aus Polybutadien mit einer Abmessung von 5 mm × 30 mm und einer Dicke von 1 mm wurde senkrecht zu der Düsenplattenfläche angeordnet, so dass eine Seite mit einer Länge von 5 mm die Düsenplatte kontaktierte, und das Gummiblatt wurde um 2 mm gegen die Düsenplatte gedrückt. Dann wurde in diesem Zustand die Platte mit der Seite mit einer Länge von 5 mm 50.000 mal abgerieben. Danach wurden ein statischer Kontaktwinkel und ein ablaufender Kontaktwinkel der Düsenplatte zu der Tinte gemessen.
  • D. Bewertung der Tinteneigenschaft
  • Nachdem die Düsenplatte in der Tinte getränkt worden war und bei 70°C für 500 Stunden stehen gelassen wurde, wurde diese Düsenplatte als Druckkopf zusammengebaut, welcher in einen Drucker eingebracht wurde. Danach wurde mit diesem Drucker ein Druckvorgang durchgeführt. Die Druckqualität wurde mit jener verglichen, die mit einer Düsenplatte, die nicht so behandelt worden ist, gedruckt wurde. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • (1) Bewertung des Ergebnisses (A): Ein statischer Konaktwinkel und ein abfallender Kontaktwinkel der Tinte zu einem Fluorharz, das poliert wurde, um möglichst am nächsten zu einer Spiegeloberfläche zu kommen, betrugen jeweils 70°. Daher kann in Betracht gezogen werden, dass der wasserabweisende Film mit einem Wert näher zu diesem Wert, eine tintenabweisende Eigenschaft äquivalent zu dem Fluorharz besitzt. In dem Maße wie ein Wert des statischen Kontaktwinkels sich einem Wert des abfallenden Kontaktwinkels nähert, wird des Weiteren die verbleibende Tinte leichter entfernt, wenn die Düsenoberfläche mit einem Gummiblatt abgerieben wird. Aus diesen Ergebnissen konnte die tintenabweisende Eigenschaft, äquivalent zu dem Fluorharz, nicht erhalten werden, aber die Tinte konnte in ausreichendem Maße abgewiesen werden und die verbleibende Tinte konnte vollständig durch Abwischen mit der Gummiklinge entfernt werden. Daher zeigen diese Ergebnisse, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung verwirklicht werden konnte.
    • (2) Bewertung des Ergebnisses (B): Obwohl der Kontaktwinkel zur Tinte nach dem Test abgenommen hatte, wurde bestätigt, dass sogar im Falle dieses Wertes des statischen Kontaktwinkels die Tinte in ausreichendem Maße abgewiesen werden konnte und die verbleibende Tinte vollständig durch Abwischen mit der Gummiklinge entfernt werden konnte. Daher zeigen die Ergebnisse, dass ein wasserabweisender Film mit Festigkeit bzw. Dauerhaftigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • (3) Bewertung des Ergebnisses (C): Der Wert des Kontaktwinkels veränderte sich kaum. Daher zeigt dieses Ergebnis, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • (4) Bewertung des Ergebnisses (D): Die Austragseigenschaft war günstig wie die Düsenplatte vor dem Test. Mit diesem Ergebnis wird gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Aus diesen Ergebnissen konnte eine Düsenplatte, welche für einen Tintenstrahldrucker verwendbar ist, realisiert werden. Bei diesem Beispiel wurde die gemischte Lösung von Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol als ein Lösungsmittel der Beschichtungslösung verwendet. Diese Lösung besitzt eine gute Benetzbarkeit mit dem Substrat, so dass diese Lösung eine leichte Bildung eines gleichförmigen wasserabweisenden Filmes erlaubt. Darüber hinaus wurde bei dem Silankupplungsmittel mit einer Kohlenwasserstoffkette die Anzahl von Kohlenstoffen, welche die Kohlenstoffkette bilden, auf 6 eingestellt. Dieser Wert ist ausreichend, um zu verhindern, dass eine alkalische Komponente in den Film eindringt, und ist dazu fähig, einen hoch dichten Film mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit zu bilden.
  • Beispiel 12
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) mit einer Abmessung von 3 cm × 3 cm und einer Dicke von 100 μm wurde als Substrat verwendet. Eine erste Beschichtungslösung und eine zweite Beschichtungslösung wurden durch Mischen der jeweiligen chemischen Substanzen mit den folgenden Komponenten hergestellt:
  • 1. Erste Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischen in einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) 1,6-Bis(trimethoxysilyl)perfluorhexan ((CH3O)3SiC2H4(CF2)6C2H4Si(OCH3)3): 6 ml
    • (3) Wasser: 1 m
    • (4) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • 2. Zweite Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei dem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan ((CH3O)3Si(CH2)6Si(OCH3)3) 4 ml
    • (3) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 1 ml
    • (4) Wasser: 1 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Die gemischte Lösung davon wurde auf das Substrat durch Spinbeschichtung aufgetragen. Zunächst wurde die erste Beschichtungslösung auf das Substrat unter der Bedingung von 3000 U/min während 20 Sekunden aufgetragen, mit nachfolgendem Auftrag der zweiten Beschichtungslösung bei 800 U/min während 20 Sekunden. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet, danach bei 200°C während 30 Minuten gebacken. Die Umgebung während des Spinbeschichtens wurde auf eine Temperatur von 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 35% eingestellt. Ein Taupunkt in dieser Umgebung betrug 5°C. Die Ergebnisse der Bewertungen dieses in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Mit diesen Ergebnissen konnte eine Düsenplatte, welche für einen Tintenstrahldrucker verwendbar ist, realisiert werden.
  • Hier in diesem Beispiel wurde ein 1,8-Bis(trimethoxysilyl ethyl)perfluorhexan als das Silankupplungsmittel verwendet, welches die erste Filmschicht bildet. Die Länge einer Fluorkohlenstoffkette in diesem Kupplungsmittel ist ausreichend, um eine alkalische Komponente daran zu hindern, in den Film einzudringen und ist dazu in der Lage, einen Film mit hoher Dichte mit ausgezeichneter Verschleißfestigkeit auszubilden.
  • Beispiel 13
  • In ähnlicher Weise wie in Beispiel 12 wurde ein wasserabweisender Film ausgebildet. Nachdem jedoch die erste Beschichtungslösung auf das Substrat aufgetragen war, mit nachfolgendem Backen des Substrats bei 300°C während 10 Minuten, wurde dann die zweite Beschichtungslösung darauf aufgetragen. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Es ergibt sich, dass eine Düsenplatte, die für einen Tintenstrahldrucker verwendbar ist, realisiert werden konnte.
  • Beispiel 14
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) mit einer Abmessung von 3 cm × 3 cm und einer Dicke von 100 μm wurde als ein Substrat verwen det. Eine erste Beschichtungslösung, eine zweite Beschichtungslösung und eine dritte Beschichtungslösung wurden durch Mischen der jeweiligen chemischen Substanzen mit den folgenden Komponenten hergestellt:
  • 1. Erste Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung in einem Volumenverhältnis von 8:2): 50 ml
    • (2) Titan-tetra-isopropoxid: 10 ml
    • (3) Tetraethoxysilan: 2 ml
    • (4) Acetylaceton: 3 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,2 ml
    • (6) Wasser: 2 ml
  • 2. Zweite Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) 1,8-Bis(trimethoxysilyl)perfluorhexan ((CH3O)3SiC2H4(CF2)6C2H4Si(OCH3)3): 6 ml
    • (3) Wasser: 1 ml
    • (4) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • 3 Dritte Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan ((CH3O)3Si(CH2)6Si(OCH3)3): 4 ml
    • (3) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 1 ml
    • (4) Wasser: 1 ml
    • (5) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Zunächst wurde, nachdem die erste Lösung auf das Substrat durch Spinbeschichtung bei 3000 U/min während 20 Sekunden aufgetragen worden ist, das Substrat während 1 Stunde bei Raumtemperatur getrocknet und nachfolgend bei 450°C während 5 Minuten gebacken. Danach wurde in dem Zustand, in dem das Substrat auf Raumtemperatur zurückgekehrt war, die zweite Beschichtungslösung auf das Substrat unter der Bedingung von 3000 U/min während 20 Sekunden aufgetragen und danach die dritte Beschichtungslösung bei 800 U/min während 20 Sekunden aufgetragen. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet, und danach bei 200°C während 30 Minuten gebacken. Hier war die Umgebung während der Spinbeschichtung auf eine Temperatur von 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 34% eingestellt. Ein Taupunkt in dieser Umgebung betrug 5°C.
  • Die Ergebnisse der Bewertungen des bei diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Es ergibt sich, dass eine Düsenplatte, die für einen Tintenstrahldrucker verwendbar ist, realisiert werden konnte.
  • Hier in diesem Beispiel wurde das Volumenverhältnis des Siliciumalkoxids und des Titanalkoxids als Komponenten der ersten Filmschicht auf 2:10 eingestellt. Dieser Wert wird eingestellt, um zu verhindern, dass der Film durch die alkalische Komponente zerstört wird und um so eine ausreichende Dichte von Hydro xylgruppen auf der Oberfläche davon zu realisieren, welche die zweite Filmschicht damit in engen Kontakt bringt.
  • Beispiel 15
  • Ähnlich wie in Beispiel 14 wurde ein wasserabweisender Film ausgebildet. Nachdem die zweite Beschichtungslösung aufgetragen worden war, mit nachfolgendem Backen des Substrates bei 300°C während 10 Minuten wurde dann jedoch die dritte Beschichtungslösung darauf aufgetragen. Die Ergebnisse von Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Es ergibt sich, dass eine Düsenplatte, die für einen Tintenstrahldrucker anwendbar war, realisiert werden konnte.
  • Beispiel 16
  • Ähnlich wie in Beispiel 14 wurde ein wasserabweisender Film ausgebildet. Anstelle von 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan wie in der dritten Beschichtungslösung wurde jedoch 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethan ((C2H5O)3Si(CH2)2Si(OC2H5)3) verwendet. Die Ergebnisse von Bewertungen dieses in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Daraus ergibt sich, dass eine Düsenplatte, die in einem Tintenstrahldrucker anwendbar ist, realisiert werden konnte.
  • Beispiel 17
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) mit einer Abmessung von 3 cm × 3 cm und einer Dicke von 100 μm wurde als Substrat verwendet. Es wurden die unten angegebenen Lösungen C-1 und C-2 hergestellt.
  • Lösung C-1
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei dem Volumenverhältnis von 8:2): 30 ml
    • (2) 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol ((CH3O)3SiC2H4C6H4C2H4Si(OCH3)3): 2 ml Nachfolgend wird diese chemische Substanz als ein Silankupplungsmittel (A) bezeichnet.
    • (3) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 0,2 ml Nachfolgend wird diese chemische Substanz als ein Silankupplungsmittel (B) bezeichnet.
  • Lösung C-2
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei dem Volumenverhältnis 8:2): 19,5 ml
    • (2) Reines Wasser: 30 ml
    • (3) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,5 ml
  • Eine kleine Menge der Lösung C-2 (5 ml) wurde in die Lösung C-1 unter Rühren der Lösung C-1 mit einem Rührer getropft. Nach dem Eintropfen wurde das Rühren für etwa 1 Stunde durchgeführt, um eine Beschichtungslösung herzustellen. In dieser Beschichtungslösung betrug das Molverhältnis von reinem Wasser/Silankupplungsmittel (A) etwa 30 und das Molverhältnis von Silankupplungsmittel (B)/Silankupplungsmittel (A) betrug etwa 0,1. Ähnlich wie in Beispiel 11 wurde diese gemischte Lösung auf das Substrat durch Spinbeschichtung aufgetragen. Die Spinbeschichtung wurde bei 3000 U/min während 20 Sekunden durchgeführt. Hier wurde die Umgebung während der Spinbeschichtung auf eine Temperatur von 24°C und eine relative Feuchtigkeit von 34% eingestellt. Ein Taupunkt in dieser Umgebung betrug 5°C. Danach wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet und nachfolgend bei 200°C während 30 Minuten gebacken.
  • Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konn te.
  • Es ergibt sich, dass eine Düsenplatte, welche in einem Tintenstrahldrucker anwendbar ist, realisiert werden konnte.
  • Da das in diesem Beispiel verwendete 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol einen Benzolring umfasst, ist hier die Substanz im Vergleich zu dem in Beispiel 11 verwendeten 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan steifer (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert), und daher ist dieses Molekül dicht gepackt und die Filmdichte erhöht, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert ist.
  • Aus den in Tabelle 2 ersichtlichen Ergebnissen ist ein Unterschied in der Verschleißfestigkeit nicht so groß. Wurde jedoch der Verschleißfestigkeitstest in Gegenwart von Pigmenttinte durchgeführt, wurde ein Unterschied in ihren Eigenschaften deutlich. Mit anderen Worten, wurden der wasserabweisende Film, hergestellt in diesem Beispiel, und der in Beispiel 11 erzeugte Film mit einem Wattebausch, der mit Pigmenttinte imprägniert war, 100 mal abgerieben und der Zustand der Filmoberfläche untersucht, wies die Filmoberfläche dieses Beispiels etwa 10 Kratzer auf, wohingegen im Fall von Beispiel 11 etwa 30 Kratzer beobachtet wurden. Es kann angenommen werden, da die Pigmenttinte eine harte anorganische Substanz enthielt, dass diese Substanz als Abrasiv in dem Verschleißfestigkeitstest wirkte, durch welches der Unterschied im Grad der Kratzer infolge eines Unterschiedes in der Dichte des Filmes erzeugt wurde.
  • Beispiel 18
  • In ähnlicher Weise wie in Beispiel 12 wurde ein wasserabweisender Film ausgebildet. Jedoch wurde die Beschichtungslösung von Beispiel 17 als die zweite Beschichtungslösung verwendet. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit guter Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Es ergibt sich, dass eine Düsenplatte, welche in einem Tintenstrahldrucker anwendbar ist, realisiert werden konnte.
  • Da das in diesem Beispiel verwendete 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol einen Benzolring umfasst, ist hier die Substanz im Vergleich zu dem in Beispiel 12 verwendeten 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan steifer (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert), und daher ist dieses Molekül dicht gepackt und die Filmdichte erhöht, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert ist.
  • Aus den in Tabelle 2 ersichtlichen Ergebnissen kann ein Unterschied in der Verschleißfestigkeit nicht wirklich abgeleitet werden. Wurde jedoch der Verschleißfestigkeitstest in Gegenwart von Pigmenttinte durchgeführt, wurde ein Unterschied in ihren Eigenschaften deutlich. Mit anderen Worten, wurden der wasserabweisende Film, hergestellt in diesem Beispiel, und der in Beispiel 12 erzeugte Film mit einem Wattebausch, der mit Pigmenttinte getränkt war, 100 mal abgerieben und der Zustand der Filmoberfläche untersucht, wies die Filmoberfläche dieses Beispiels etwa 10 Kratzer auf, wohingegen im Fall von Beispiel 11 etwa 30 Kratzer beobachtet wurden. Es kann angenommen werden, da die Pigmenttinte eine harte anorganische Substanz enthielt, dass diese Substanz als Abrasiv in dem Verschleißfestigkeits test wirkte, durch welches der Unterschied im Grad der Kratzer infolge eines Unterschiedes in der Dichte des Filmes erzeugt wurde.
  • Beispiel 19
  • In gleicher Weise wie in Beispiel 14 wurde ein wasserabweisender Film ausgebildet. Jedoch wurde die Beschichtungslösung von Beispiel 17 als dritte Beschichtungslösung verwendet. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit einer guten Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Es ergibt sich, dass eine Düsenplatte, welche in einem Tintenstrahldrucker anwendbar ist, realisiert werden konnte.
  • Da das in diesem Beispiel verwendete 1,4-Bis(trimethoxysilylethyl)benzol einen Benzolring umfasst, ist hier die Substanz im Vergleich zu dem in Beispiel 14 verwendeten 1,6-Bis(trimethoxysilyl)hexan steifer (die für die Molekülstruktur zulässige Flexibilität ist reduziert), und daher ist dieses Molekül dicht gepackt und die Filmdichte erhöht, wodurch die Verschleißfestigkeit verbessert ist.
  • Aus den in Tabelle 2 ersichtlichen Ergebnissen kann ein Unter schied in der Verschleißfestigkeit nicht wirklich abgeleitet werden. Wurde jedoch der Verschleißfestigkeitstest in Gegenwart von Pigmenttinte durchgeführt, wurde ein Unterschied in ihren Eigenschaften deutlich. Mit anderen Worten, wurden der wasserabweisende Film, hergestellt in diesem Beispiel, und der in Beispiel 14 hergestellte Film mit einem Wattebausch, der mit Pigmenttinte getränkt war, 100 mal abgerieben und der Zustand der Filmoberfläche untersucht, wies die Filmoberfläche dieses Beispiels etwa 10 Kratzer auf, wohingegen im Fall von Beispiel 11 etwa 30 Kratzer beobachtet wurden. Es kann angenommen werden, da die Pigmenttinte eine harte anorganische Substanz enthielt, dass diese Substanz als Abrasiv in dem Verschleißfestigkeitstest wirkte, wodurch der Unterschied im Grad der Kratzer infolge einer Differenz in der Dichte des Filmes erzeugt wurde.
  • Beispiel 20
  • Ähnlich wie in Beispiel 14 wurde ein wasserabweisender Film ausgebildet. Jedoch wurde die Beschichtungslösung von Beispiel 17 als die dritte Beschichtungslösung verwendet. Darüber hinaus wurde die Backtemperatur nach dem Auftrag der dritten Beschichtungslösung auf 300°C während 30 Minuten eingestellt. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit einer guten Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
  • Es ergibt sich, dass eine Düsenplatte, welche in einem Tintenstrahldrucker anwendbar ist, realisiert werden konnte.
  • Da der in diesem Beispiel als dritte Schicht verwendete wasserabweisende Film eine hohe Hitzeresistenz aufwies, da er einen Benzolring umfasste, konnte hier dieser Film bei einer höheren Temperatur im Vergleich zu dem in Beispiel 14 hergestellten Film, zum Beispiel, welcher nur eine Kohlenwasserstoffkette enthielt, gebacken werden. In dem Maße wie die Backtemperatur zunimmt, schreitet im Allgemeinen die Dehydratationspolymerisationsreaktion des Silankupplungsmittels zunehmend voran und es kann ein Polymerfilm mit höherer Dichte ausgebildet werden, so dass die Härte des Filmes und die Haftung davon auf dem Substrat zunimmt. Daher weist der bei diesem Beispiel hergestellte wasserabweisende Film eine höhere Verschleißfestigkeit im Vergleich zu den anderen wasserabweisenden Filmen auf, welche bei 200°C gebacken wurden.
  • Aus den Ergebnissen von Tabelle 2 ist ein Unterschied in der Verschleißfestigkeit nicht so groß. Wurde jedoch der Verschleißfestigkeitstest in Gegenwart von Pigmenttinte durchgeführt, wurde ein Unterschied in ihren Eigenschaften deutlich. Mit anderen Worten, wurden der wasserabweisende Film, hergestellt in diesem Beispiel, und der in Beispiel 14 hergestellte Film mit einem Wattebausch, der mit Pigmenttinte imprägniert war, 100 mal abgerieben und der Zustand der Filmoberfläche untersucht, wies die Filmoberfläche dieses Beispiels etwa 10 Kratzer auf, wohingegen im Fall von Beispiel 14 etwa 30 Kratzer beobachtet wurden. Es kann angenommen werden, da die Pigmenttinte eine harte anorganische Substanz enthielt, dass diese Substanz als Abrasiv in dem Verschleißfestigkeitstest wirkte, wodurch der Unterschied im Grad der Kratzer infolge eines Unterschieds in der Dichte des Filmes erzeugt wurde.
  • Des Weiteren wurde in ähnlicher Weise ein Unterschied der Verschleißfestigkeit des in Beispiel 19 hergestellten Filmes un tersucht. Zu diesem Zweck wurde die Filmoberfläche mit einem Wattebausch, getränkt mit Pigmenttinte, 1000 mal abgerieben, um den Unterschied für beide Filme zu untersuchen. Im Ergebnis wies der in diesem Beispiel hergestellte Film etwa 20 Kratzer auf der Oberfläche auf, wohingegen der in Beispiel 19 hergestellte Film etwa 50 Kratzer auf der Oberfläche davon aufwies. Dies zeigt, dass sogar wenn dieselbe Beschichtungslösung aufgetragen wird, die Verschleißfestigkeit in dem Film dieses Beispiels, welcher bei hoher Temperatur gebacken wurde, im Vergleich zu dem Film von Beispiel 19, der bei niedrigerer Temperatur gebacken wurde, verbessert werden kann.
  • Beispiel 21
  • Ein rostfreies Substrat (SUS304) mit einer Abmessung von 3 cm × 3 cm und einer Dicke von 100 μm wurde als Substrat verwendet. Eine erste Beschichtungslösung und eine zweite Beschichtungslösung wurden durch Vermischen der jeweiligen chemischen Substanzen mit den folgenden Komponenten hergestellt:
  • 1. Erste Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung in einem Volumenverhältnis von 8:2): 50 ml Titan-tetra-isopropoxid: 10 ml
    • (2) Tetraethoxysilan: 2 ml
    • (3) Acetylaceton: 3 ml
    • (4) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,2 ml
    • (5) Wasser: 2 ml
  • 2. Zweite Beschichtungslösung
    • (1) Gemischte Lösung aus Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol (Mischung bei einem Volumenverhältnis von 8:2): 60 ml
    • (2) (2-Perfluoroctyl)ethyltrimethoxysilan (CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3): 6 ml
    • (3) Wasser: 1 ml
    • (4) Salzsäure (36 Vol.-%): 0,1 ml
  • Zunächst wurde, nachdem die erste Lösung auf das Substrat durch Spinbeschichtung unter der Bedingung von 3000 U/min während 20 Sekunden aufgetragen worden ist, das Substrat während 1 Stunde bei Raumtemperatur getrocknet, mit nachfolgendem Backen bei 450°C während 5 Minuten. Danach wurde in dem Zustand, in dem das Substrat auf Raumtemperatur zurückgekehrt war, die zweite Beschichtungslösung auf das Substrat unter der Bedingung von 800 U/min während 20 Sekunden aufgetragen und dann wurde das Substrat bei Raumtemperatur während 1 Stunde getrocknet, und danach bei 300°C während 30 Minuten gebacken. Die Ergebnisse der Bewertungen des in diesem Beispiel hergestellten wasserabweisenden Filmes sind in Tabelle 2 gezeigt.
    • 1. Bewertung des Ergebnisses (A): Es kann abgeschätzt werden, dass der Grund dafür, dass der statische Kontaktwinkel größer als der Wert bezüglich eines Fluorharzes derjenige ist, dass die Unebenheit auf der Oberfläche der zweiten Filmschicht groß ist. In dem Maße, wie die Unebenheit auf der Oberfläche zunimmt, besteht im Allgemeinen die Tendenz, dass ein abfallender Kontaktwinkel reduziert wird. Dieses Ergebnis kann auch durch diese Tendenz beeinflusst sein. Jedoch kann trotz der Gegenwart einer solchen Unebenheit Tinte in ausreichendem Maß abgewischt werden. Daher zeigt das Ergebnis an, dass ein wasserabweisender Film mit einer guten Tintenabweisung realisiert werden konnte.
    • 2. Bewertung des Ergebnisses (B): Es ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    • 3. Bewertung des Ergebnisses (C): Nach dem Test wurden der statische Kontaktwinkel und der abfallende Kontaktwinkel reduziert. Darüber hinaus wurden die Werte des statischen Kontaktwinkels und des abfallenden Kontaktwinkels kleiner. Dies zeigt, dass ein Teil der Oberfläche des wasserabweisenden Filmes der zweiten Schicht durch den Verschleißfestigkeitstest unter Ab flachung der Unebenheit der Oberfläche abgetragen wurde. Wurde eine Bewertung in diesem Zustand durchgeführt, ob die Tinte abgewischt werden kann oder nicht, konnte die Tinte vollständig entfernt werden. Daher ist gezeigt, dass ein wasserabweisender Film mit Verschleißfestigkeit realisiert werden konnte.
    • 4. Bewertung des Ergebnisses (D): Es ist gezeigt, dass eine Düsenplatte mit Beständigkeit gegen Tinte realisiert werden konnte.
    Tabelle 2 Bewertungsergebnisse von wasserabweisenden Filmen, hergestellt in den Beispielen
    Arten der wasserabweisenden Filme Kontaktwinkel zu Tinte (statischer Kontaktwinkel-abfallender Kontaktwinkel: Einheit: Grad
    Anfangswert Wert nach Tränken in Tinte bei 70°C für 500 Std. Nach 100.000-maligen Abreiben Druckeigenschaft nach Tränken in Tinte bei 70°C für 500 Std.
    Beispiel 11 61–59 50–48 61–59 gut
    Beispiel 12 62–60 50–48 62–60 gut
    Beispiel 13 62–61 50–48 62–61 gut
    Beispiel 14 62–61 50–48 62–61 gut
    Beispiel 15 62–61 50–48 62–61 gut
    Beispiel 16 62–61 45–40 62–61 gut
    Beispiel 17 65–62 55–52 65–62 gut
    Beispiel 18 66–62 55–52 66–62 gut
    Beispiel 19 66–62 55–52 66–62 gut
    Beispiel 20 66–62 55–52 66–62 gut
    Beispiel 21 90–70 70–40 70–60 gut
  • Im Ergebnis konnten wasserabweisende Filme mit Alkaliresistenz realisiert werden. Darüber hinaus konnten unter Verwendung dieser Filme Düsenplatten, welche für einen Tintenstrahldrucker anwendbar sind, realisiert werden. Hier ist in den Ausführungsformen und Beispielen der vorliegenden Erfindung nur eine Alkoxysilanverbindung als Silankupplungsmittel beschrieben. Jedoch ist das Silankupplungsmittel nicht darauf beschränkt und, wenn der Wassergehalt streng kontrolliert wird, können ähnlich wasserabweisende Filme unter Verwendung einer Chlorsilanverbindung, einer Silazanverbindung und dergleichen, welche hohe Reaktivität aufweisen, gebildet werden. Des Weiteren ist, obwohl Spinbeschichtung für das Auftragungsverfahren in allen Beispielen verwendet wird, dieses Auftragungsverfahren nicht darauf beschränkt, und es muss nicht ausdrücklich erwähnt werden, dass ein Tauchverfahren, ein Sprühverfahren und dergleichen verwendet werden kann. Darüber hinaus verwenden bei den Beispielen der vorliegenden Erfindung die wasserabweisenden Filme einige Arten von Silankupplungsmitteln, Ethanol und 2,2,2-Trifluorethanol als Lösungsmittel und Salzsäure als Säurekatalysator, welche jedoch nicht beschränkend sind. Beispielsweise stehen als Lösungsmittel Propanol, Butanol und Mischungen daraus zur Verfügung und, für den Säurekatalysator, Salpetersäure, Essigsäure, Ameisensäure, etc. Des Weiteren sind die Zusammensetzungen der Beschichtungslösung nicht auf jene beschränkt, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, und es können zwei oder mehrere Arten von Silankupplungsmitteln kombiniert werden. Zusätzlich können beispielsweise ein Inhibitor, ein Dickungsmittel, wie Polyethylenglykol und eine oberflächenaktive Substanz zur Kontrolle der Oberflächenspannung verwendet werden. Des Weiteren kann die Menge des Silankupplungsmittels in Abhängigkeit von einer beabsichtigten Verwendung variiert werden, beispielsweise kann die Menge an Silankupplungsmittel mit einer Fluoralkylkette erhöht werden, um die Wasserabweisung zu verbessern. Darüber hinaus sind in den Beispielen alle Düsenlöcher durch Bearbeitung mittels elektrische Entladung gebohrt. Das Verfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt und eine Bearbeitung durch Laser, Stanzen, Ätzen und dergleichen kann verwendet werden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Wie oben festgestellt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein wasserabweisender Film mit hoher Alkaliresistenz unter Verwendung eines Silankupplungsmittels realisiert werden.
  • Der wasserabweisende Film der vorliegenden Erfindung umfasst eine Fluoralkylkette, um eine niedrige Oberflächenenergie aufzuweisen. Daher kann der Film verschiedene Arten von Flüssigkeiten, wie Öl, zusätzlich zu Wasser abweisen und eine Festsubstanz, welche an dem Film anhaftet, kann leicht entfernt werden. Daher ist der wasserabweisende Film als ein Film gegen organische Oberflächenverschmutzung nützlich, welcher bei Haushaltsgeräten anwendbar ist, beispielsweise Kochgeschirr oder Bettpfannen, an welchen Schmutz anhaften kann. Insbesondere ist der wasserabweisende Film der vorliegenden Erfindung als Film gegen Oberflächenverschmutzung eines Teiles nützlich, das einem hoch alkalischen Detergens ausgesetzt ist. Des Weiteren ist der wasserabweisende Film der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Bereiche anwendbar, beispielsweise die Anwendung auf ein Teil, das immer einer alkalischen Lösung ausgesetzt ist.

Claims (19)

  1. Wasserabweisender Film, welcher auf der Oberfläche eines festen Substrates gebildet ist, umfassend: ein Molekül (A) der Formel -OSi(R1R2)(CH2)nSi(R1R2)O- umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxan (-Si-O-) an beiden Enden und eine Kohlenwasserstoffkette in einem mittleren Teil, wobei R1 und R2 eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxygruppe (-OCH3), eine Ethoxygruppe (-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH), oder Sauerstoff sind, welche die Siloxanbindung bilden und n eine natürliche Zahl von 1 bis 10 ist oder ein Molekül (A), umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden und eine Kohlenwasserstoffkette in dem mittleren Teil, umfassend einen Benzolring; und ein Molekül (B), umfassend eine Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) am anderen Ende, worin ein Polymerfilm mit wenigstens dem Molekül (A) und dem Molekül (B) gebildet ist.
  2. Wasserabweisender Film gemäß Anspruch 1, worin zwischen dem festen Substrat und dem wasserabweisenden Film des Weiteren ein erster niederpolymerer Film ausgebildet ist, wobei der erste niederpolymere Film mit einem Molekül ausgebildet ist, umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindun gen (-Si-O) an beiden Enden und eine Fluorkohlenstoffkette in einem Mittelteil.
  3. Wasserabweisender Film gemäß Anspruch 1 und 2, worin zwischen dem festen Substrat und dem ersten niederpolymeren Film ein zweiter Niederoxidfilm gebildet ist, wobei der zweite Niederoxidfilm aus einer Mischung eines Siliciumoxides und eines Titanoxides hergestellt ist.
  4. Wasserabweisender Film gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, worin eine Dichte des Moleküls (B) in der Nachbarschaft der äußersten Oberfläche des wasserabweisenden Films höher als die Dichte des Moleküles (B) innerhalb des wasserabweisenden Filmes ist.
  5. Wasserabweisender Film gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, wobei ein Verhältnis des Moleküles (A) und des Moleküles (B) im Bereich von 0,001 bis 0,2 liegt (= Molekül (B)/Molekül (A)), das durch ein Molverhältnis dargestellt ist.
  6. Wasserabweisender Film, welcher auf einem festen Substrat ausgebildet und aus einem zweischichtigen dünnen Film aufgebaut ist, worin ein Erstschichtfilm, welcher das Substrat kontaktiert aus einer Mischung eines Siliciumoxides und eines Titanoxides hergestellt ist, das Verhältnis von Silicium zu Titan im Bereich von 10% bis 30% einschließlich, ausgedrückt in Mol, liegt, und ein Zweitschichtfilm, welcher auf dem Erstschichtfilm ausgebildet ist, ein Polymerfilm ist, der wenigstens einer ist, ausgewählt aus einem Hydrolysat und einem dehydrierten Polymer eines Silankupplungsmittels, umfassend eine Fluorkohlenstoffkette.
  7. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes auf einem festen Substrat, umfassend die Schritte: Auftragen einer Beschichtungslösung auf das Substrat, wobei die Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels (A) der Formel XsQ3-sSi(CH2)nSiR3-mXm (worin Q und R eine Methyl- oder eine Ethylgruppe darstellen; X eine Alkoxygruppe, Chlor-, Acyloxy- oder Amingruppe darstellt; n eine natürliche Zahl von 1 bis 10 ist; s und m eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3 sind, wenn s = 1 und m = 1 erfüllt sind, zwei Qs and Rs jeweils vorhanden sind, wobei jedoch jede der zwei Qs und Rs eine verschiedene Struktur haben können) oder der Formel XsQ3-sSi(CH2)tC6H4(CH2)uSiR3-mXm (worin Q und R eine Methyl- oder eine Ethylgruppe darstellen; X eine Alkoxygruppe, Chlor-, Acyloxy- oder Amingruppe darstellt; t und u eine natürliche Zahl zwischen 1 und 10 sind; s und m eine natürliche Zahl zwischen 1 und 3 sind; C6H4 einen Benzolring darstellt; wenn s = 1 und m = 1 erfüllt sind, zwei Qs und Rs jeweils vorhanden sind, aber jede der zwei Qs und Rs eine verschiedene Struktur haben können), mit einem Silankupplungsmittel (B), umfassend eine Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und eine reaktive funktionelle Gruppe am anderen Ende, eines organischen Lösemittels, Wasser und eines sauren Katalysators hergestellt wird, und Erwärmen eines Substrates, um so einen Polymerfilm mit dem Silankupplungsmittel (A) und dem Silankupplungsmittel (B) auszubilden.
  8. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß Anspruch 7, worin zwischen dem festen Substrat und dem wasserabweisenden Film des Weiteren ein Polymerfilm durch Auftragen einer ersten Unterschichtbeschichtungslösung auf das Substrat ausgebildet wird, worin die erste Unterschicht-Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels, umfassend reaktive funktionelle Gruppen an beiden Enden und umfassend eine Fluorkohlenstoffkette in einem mittleren Teil und eines organischen Lösungsmittels, Wasser und eines sauren Katalysators, hergestellt wird.
  9. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß den Ansprüchen 7 und 8, worin, nach dem die erste Unterschicht-Beschichtungslösung auf das feste Substrat aufgetragen ist, gefolgt von Erwärmen bei 100°C bis 300°C einschließlich, dann eine Beschichtungslösung aufgetragen wird, welche das Silankupplungsmittel (A) und das Silankupplungsmittel (B) umfasst.
  10. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß den Ansprüchen 7 bis 9, worin zwischen dem festen Substrat und dem ersten Unterschicht-Polymerfilm ein Oxidfilm, welcher aus Siliciumoxid und Titanoxid besteht, des Weiteren durch Auftragen einer zweiten Unterschicht-Beschichtungslösung auf das Substrat ausgebildet wird, dann ein Einbrennen durchgeführt wird, worin die zweite Unterschicht-Beschichtung durch Mischen von Titanalkoxid, Siliconalkoxid, einem organischen Lösemittel, Wasser und einem sauren Katalysator hergestellt wird.
  11. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß den Ansprüchen 7 bis 10, worin das Molekül (A) einen Benzolring umfasst und das Molverhältnis von Wasser und dem Molekül (A) im Bereich von 150 liegt (= Wasser/Molekül (A)).
  12. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß den Ansprüchen 7 bis 11, worin das Molverhältnis des Moleküles (A) und des Moleküles (B) im Bereich von 0,001 bis 0,2 liegt (= Molekül (B)/Molekül (A)).
  13. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß den Ansprüchen 7 bis 12, worin das organischen Löse mittel und die Beschichtungslösung, umfassend das Silankupplungsmittel (B) Alkohol mit Fluorkohlenstoff umfasst.
  14. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß den Ansprüchen 7 bis 13, worin der Taupunkt der Atmosphäre zum Auftragen der Beschichtungslösung auf das Substrat um 5°C oder mehr niedriger als die Temperatur der Atmosphäre ist.
  15. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß den Ansprüchen 7 bis 14, worin ein Verfahren zum Auftragen der Beschichtungslösung auf die Oberfläche des Substrates wenigstens eines ist, ausgewählt aus einem Tauchverfahren, einem Sprühverfahren, einem Bürstverfahren, einem Verfahren das ein Tuch verwendet, einem Spinbeschichtungsverfahren, einem Walzenverfahren, einem Messerbeschichtungsverfahren und einem Filmbeschichtungsverfahren.
  16. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes auf einem festen Substrat, umfassend die Schritte: Auftragen einer ersten Beschichtungslösung auf das Substrat mit nachfolgendem Einbrennen bei 300°C oder höher, wobei die erste Beschichtungslösung durch Mischen von Titanalkoxid, Siliciumalkoxid, einem organischen Lösemittel, Wasser und einem sauren Katalysator hergestellt wird, und Auftragen einer zweiten Beschichtungslösung auf das Substrat mit nachfolgendem Einbrennen, wobei die zweite Beschichtungslösung durch Mischen eines Silankupplungsmittels mit einer Fluorkohlenstoffkette, eines organischen Lösemittels, Wasser und eines sauren Katalysators hergestellt ist, wobei in der ersten Beschichtungslösung das Verhältnis des Siliciumalkoxids zum Titanalkoxid im Bereich von 10% bis 30% einschließlich ausgedrückt in Molen liegt.
  17. Verfahren zur Herstellung eines wasserabweisenden Filmes gemäß Anspruch 16, worin ein Verfahren zum Auftragen der Beschichtungslösung auf die Oberfläche des Substrates wenigstens eines ist, ausgewählt aus einem Tauchverfahren, einem Sprühverfahren, einem Bürstverfahren, einem Verfahren das ein Tuch verwendet, einem Spinbeschichtungsverfahren, einem Walzverfahren, einem Messerbeschichtungsverfahren und einem Filmbeschichtungsverfahren.
  18. Tintenstrahlkopf, umfassend eine Tintenstrahldüse, worin ein wasserabweisender Film auf einer tinteausgebenden Seite eines Substrates der Tintenstrahldüse mit einem Düsenloch, aus welchem die Tinte ausgegeben wird, ausgebildet ist, worin der wasserabweisende Film ein Molekül (A) der Formel -OSi(R1R2)(CH2)nSi(R1R2)O- umfasst, umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) an beiden Enden und eine Kohlenwasserstoffkette in einem mittleren Teil, (worin R1 und R2 eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxygruppe (-OCH3), eine Ethoxygruppe (-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH), oder Sauerstoff darstellen, welche die Siloxanbindung bilden und n eine natürliche Zahl von 1 bis 10 ist) oder ein Molekül (A) umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (Si-O-) an beiden Enden und eine Kohlenwasserstoffkette in dem Mittelteil, umfassend einen Benzolring; und ein Molekül (B), umfassend eine Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O-) an einem anderen Ende, und worin ein Polymerfilm wenigstens mit dem Molekül (A) und dem Molekül (B) ausgebildet ist.
  19. Tintenstrahldruckvorrichtung, umfassend: einen Tintenstrahlkopf, in welchem ein wasserabweisender Film auf einer Tintenausgabeseite eines Substrates mit einem Düsenloch, aus welchem Tinte ausgegeben wird, ausgebildet ist, worin der wasserabweisende Film ein Molekül der Formel (A) -OSi(R1R2)(CH2)nSi(R1R2)O- umfasst, umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O) an beiden Enden und eine Kohlenstoffkette in einem mittleren Teil, (worin R1 und R2 eine Methylgruppe, eine Ethylgruppe, eine Methoxygruppe (-OCH3), eine Ethoxygruppe (-OC2H5), eine Hydroxylgruppe (-OH) oder Sauerstoff darstellen, welche die Siloxanbindung bilden und n eine natürliche Zahl von 1 bis 10 ist) oder ein Molekül (A) umfassend wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O) an beiden Enden und eine Kohlenwasserstoffkette in dem Mittelteil, umfassend einen Benzolring; und ein Molekül (B), umfassend eine Fluorkohlenstoffkette an einem Ende und wenigstens eine oder mehrere Siloxanbindungen (-Si-O) am anderen Ende und worin ein Polymerfilm wenigstens mit dem Molekül (A) und mit dem Molekül (B) gebildet ist und eine Bewegungseinheit zur relativen Bewegung eines Aufzeichnungsmediums.
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