JP2004534900A - 圧縮流体配合物 - Google Patents

Abstract

流体及び機能性材料の混合物を含んでなり、流体が圧縮されており、そして機能性材料が圧縮流体中に分散及び／又は可溶化されており、そしてこの混合物が、熱力学的に安定であるか若しくは熱力学的に準安定であるか又は両方である画像形成性組成物。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、圧縮された状態にある流体中に分散及び／又は可溶化された機能性材料を含む画像形成性組成物に関する。この組成物は支持体の上に高解像度パターン又は画像を作るのに使用される。
【０００２】
典型的なインクジェット記録又は印刷システムに於いて、インク小滴が、ノズルから記録要素又は媒体の方に噴出されて、媒体上に画像が作られる。このインク小滴又は記録液体は、一般的に、染料若しくは顔料又はポリマーのような機能性材料又は機能性材料群及び大量の溶媒からなっている。一般的なインクジェット印刷システムに於いて、液体インク小滴は、気泡形成から又はインク相変化から得られるインク小滴を発生するために、振動圧電結晶により又はノズルを加熱することにより発生された圧力パルスを使用して、ノズルから噴出される。溶媒又は担体液体は、典型的には、水、一価アルコール、多価アルコールのような有機材料又はこれらの混合物から作られる。受容体への析出の際に画素完全性を保持することを目標として、システム内に多数の添加物が存在していてよい。このような材料は、とりわけ、界面活性剤、保湿剤、殺生物剤、レオロジー変性剤、金属イオン封鎖剤、ｐＨ調節剤及び浸透剤であってよい。このような材料は、一般的なインク配合物中の高い水含有量のために必要である。
【０００３】
気体噴射剤を使用して、トナー粒子のような機能性材料を受容体の上に析出させる技術が、当該技術分野で公知である。例えば特許文献１に於いて、Peeters等は、マーキング装置内で使用するプリントヘッドであって、噴射剤気体がチャンネル内を通過し、機能性材料が噴射剤流の中に制御可能に導入されて、非コロイド状、固体若しくは半固体粒子又は液体を、マーキング材料を受容体に融合させるために十分な動力学的エネルギーで受容体の方に噴射する、弾道状エーロゾルを形成するプリントヘッドを開示している。この技術について、機能性材料と噴射剤流とは二つの異なった存在であり、機能性材料に動力学的エネルギーを与えるために噴射剤が使用されるという問題点が存在する。これは、機能性材料アグロメレーションを起こして、ノズル閉塞及び機能性材料析出への劣った制御に至るおそれがある。この技術での他の問題点は、機能性材料をチャンネル内で噴射剤流の中に添加したとき、それが、プリントヘッドから出る前に非コロイド状弾道状エーロゾルを形成することである。機能性材料と噴射剤との組合せである、この非コロイド状弾道状エーロゾルは、熱力学的に安定ではない。そのようなものなので、機能性材料は噴射剤流中で沈殿する傾向があり、次いで、機能性材料アグロメレーションを起こして、ノズル閉塞及び機能性材料析出への劣った制御に至るおそれがある。
【０００４】
熱色素転写プリンタでは、プラスチックフィルムから製造された転写リボンが使用される。リボン上のページサイズパネルは、固体状のシアン、マゼンタ及びイエロー色素からなっている。数千個の加熱要素からなり、正確な温度変化が可能である感熱プリントヘッドは、転写リボンを横切って移動する。加熱要素からの熱は、リボン上の色素を蒸発させて、特別にコートされた紙の表面上に拡散させる。正確な温度変化は、色素の変化する密度の原因である。加熱要素が熱いほど、より多くの色素が蒸発され、紙の表面上に拡散される。この技術での問題点には、固体であり、そして気体に転換され、次いで受容体の表面上に析出される機能性材料が含まれる。また、熱的に不安定な材料は、供与体シート内で使用することができない。受容体は、色素昇華印刷のために特別に設計しなくてはならず、保護のためにオーバーコートを必要とするかもしれない材料を含む。この方法は、配合物を、別個にカーテン塗布方法によって、次いで印刷に使用される転写リボン又は支持体の上に塗布する必要がある別個の工程を必要とする。
【０００５】
薄いフィルムを作るために超臨界流体溶媒を使用する技術も公知である。例えば1988年3月29日に発行された特許文献２に於いて、R.D.Smithは、固体材料を超臨界流体溶液の中に溶解させ、次いで、この溶液を急速に膨張させて、フィルムを製造するのに使用することができる微細な粉末又は長い細い繊維の形態で機能性材料の粒子を作ることによる、固体フィルムを析出させるか又は微細な粉末を製造する方法を開示している。この方法は、超臨界流体溶液の自由ジェット膨張が、非平行化／合焦しないスプレーになり、これは受容体上に高解像度パターンを作るために使用できないという問題がある。更に、合焦しないことによって、機能性材料が損失することになる。このSmith方法では、非常に僅かな材料が超臨界流体溶液中に完全に溶解でき、これによって、種々の応用で使用される、超臨界流体中に可溶性でない多くの一般的な材料の使用が制限されるという、他の問題点が存在する。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許第６，１１６，７１８号明細書
【特許文献２】
米国特許第４，７３４，２２７号明細書
【発明の開示】
【０００７】
「水管理」用添加剤についてのニーズを排除する、マーキングのための異なったアプローチが必要とされている。受容体上への機能性材料の、高速で、正確で且つ的確な析出を可能にする技術についてのニーズも存在する。超微細（ナノスケール）粒子の機能性材料析出を可能にする技術についてのニーズも存在する。受容体上に高解像度パターンを作るために使用することができる、受容体の高速で、正確で且つ的確なパターン形成を可能にする技術についてのニーズも存在する。低下した材料アグロメレーション特性を有する受容体の高速で、正確で且つ的確なパターン形成を可能にする技術についてのニーズも存在する。
【０００８】
発明の開示
本発明は、流体及び機能性材料の混合物を含む画像形成性組成物を提供することによって、前記の問題点を克服する。流体は圧縮されており、そして機能性材料は圧縮流体中に分散及び／又は可溶化されている。この混合物は、熱力学的に安定であるか若しくは熱力学的に準安定であるか又は両方である。
【０００９】
本発明は、また、二酸化炭素及び着色剤の混合物を含む画像形成性組成物を提供する。二酸化炭素は圧縮されており、そして着色剤は圧縮二酸化炭素中に分散及び／又は可溶化されている。この混合物は、熱力学的に安定であるか若しくは熱力学的に準安定であるか又は両方である。本発明は、インクジェット、有機発光ダイオードディスプレイ、カラーフィルターアレー、被覆応用、ポリマーフィルター及び薄膜形成応用のために有用である。
【００１０】
本発明は、流体及び機能性材料の混合物を含む画像形成性組成物であって、流体が圧縮されており、そして機能性材料が圧縮流体中に分散及び／又は可溶化されており、そしてこの混合物が、熱力学的に安定であるか若しくは熱力学的に準安定であるか又は両方である組成物を開示する。
【００１１】
発明の詳細な説明
下記に示す本発明の好ましい態様の詳細な説明に於いて、添付する図面を参照する。
【００１２】
本発明で有用な配合物は、圧縮流体中に分散及び／又は可溶化されている機能性材料を含む。この圧縮流体は、０．１グラム／ｃｃより大きい密度を有する任意の材料である。この圧縮流体には、圧縮液体及び／又は超臨界流体が含まれてよい。それらの臨界点よりも下で十分に高い温度及び圧力で存在する材料は、圧縮液体として知られている。環境条件下で気体として存在する、それらの超臨界流体及び／又は圧縮液体状態にある材料は、圧縮液体又は超臨界状態中に、関心のある機能性材料を可溶化及び／又は分散するそれらの独特の能力のために、本発明において応用を見出す。この状況に於いて、圧縮液体及び／又は超臨界流体状態を取る選択された材料は、環境圧力及び温度で気体である。環境条件は、好ましくは、この応用のために、−１００〜＋１００℃の範囲内の温度及び１×１０^-8〜１００気圧の範囲内の圧力として定義される。更に一般的に、環境条件は、この応用のために、０〜１００℃の範囲内の温度及び１×１０^-5〜１００気圧の範囲内の圧力である。当業者は、選択された圧縮流体が環境条件で気体であるような適切な環境条件を選択し、維持する方法を知るべきである。
【００１３】
圧縮流体には、これらに限定されないが、二酸化炭素、亜酸化窒素、アンモニア、キセノン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、クロロトリフルオロメタン、モノフルオロメタン、六フッ化硫黄及びこれらの混合物が含まれる。その特性、例えば低コスト、広い入手性等のために、二酸化炭素が、多くの応用で一般的に好ましい。
【００１４】
機能材料は、受容体に付与することが必要である任意の材料、例えば析出、エッチング、被覆、受容体上に機能性材料を配置することを含む他の工程等によって、受容体上にパターンを作るための、画像形成性色素、セラミックナノ粒子等であってよい。
【００１５】
この機能性材料は、有機、無機、金属有機、ポリマー、オリゴマー、金属、合金、セラミック、合成及び／又は天然ポリマー並びに上記のもののコンポジット材料のような種類のイオン及び／又は分子である種から選択することができる。この機能性材料は、固体又は液体であってよい。更に、この機能性材料は、有機分子、ポリマー分子、金属有機分子、無機分子、有機ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、金属有機ナノ粒子、無機ナノ粒子、有機マイクロ粒子、ポリマーマイクロ粒子、金属有機マイクロ粒子、無機マイクロ粒子及び／又はこれらの材料のコンポジット等であってよい。圧縮流体と適切に混合した後、圧縮流体との分散物であってよい機能性材料は、熱力学的に安定性の／準安定性の混合物内に均一に分布される。
【００１６】
更に、機能性材料は、圧縮流体内で機能性材料を溶解し、分散し及び／又は可溶化するために、機能化させることができる。この機能化は、エレクトロルミネセンス材料に、炭化フッ素、シロキサン、炭化水素機能性基を結合させることによって実施できる。
【００１７】
更に、配合物中の界面活性剤の機能性材料に対する比は、０．１：１〜５００：１である。更に好ましくは、界面活性剤の機能性材料に対する比は、１：１〜１００：１である。本発明の更に他の好ましい態様に於いて、配合物中の共溶媒の機能性材料に対する比は、０．０１：１〜１００：１である。本発明の更に他の態様に於いて、配合物中の圧縮流体の機能性材料に対する比は、１：１×１０⁵〜１：２０である。
【００１８】
更に、この配合物には、機能性材料を可溶化及び／又は分散させるために分散剤及び／又は界面活性剤が含有されていてよい。分散剤及び／又は界面活性剤は、圧縮液体及び／又は超臨界流体媒体中に於ける適切な溶解度を有し、同様に機能性材料を可溶化できるような機能性材料との相互作用を有する任意の群から選択することができる。このような材料には、これらに限定されないが、ペルフルオロポリエーテル、シロキサン化合物等のようなフッ素化ポリマーが含まれる。本発明に於いて好ましい界面活性剤には、フルオロリンク(Fluorolink)７００４（商標）（オーシモント・モンテジソン・グループ(Ausimont Montedison Group)）及びフォムブリン(Fomblin)ＭＦ−３００（商標）（オーシモント・モンテジソン・グループ）が含まれる。
【００１９】
圧縮流体は連続相を形成し、そして圧縮流体中に分散及び／又は可溶化された機能性材料は単一相を形成する。この配合物は、特定の応用で使用される機能性材料及び圧縮流体のために適した温度及び圧力で維持される。更に一般的に、配合物条件は、この応用のために、０〜１００℃の範囲内の温度及び１×１０^-2〜４００気圧の範囲内の圧力である。
【００２０】
本発明の配合物の製造方法について説明する。配合物を製造するのに使用される装置は、係属中の米国特許出願第０９／７９４，６７１号明細書（その全部を本明細書中に含める）に開示されている。簡潔に言うと、配合物リザーバーの中に機能性材料を制御可能な方法で導入する。また、圧縮流体も配合物リザーバー中に制御可能な方法で導入する。配合物リザーバーの内容物は、機能性材料と圧縮流体との間の緊密な接触を確保するように、混合装置を使用して適切に混合する。混合工程が進行したとき、機能性材料は圧縮流体中に可溶化されるか又は分散される。機能性材料の量及び混合が進行する速度を含む、溶解／分散の工程は、機能性材料自体、（機能性材料が固体である場合）機能性材料の粒子サイズ及び粒子サイズ分布、使用される圧縮流体、配合物リザーバーの中の温度及び圧力に依存する。混合工程が完結したとき、機能性材料及び圧縮流体の混合物又は配合物は、配合チャンバー内の温度及び圧力が一定に維持されている限り、無限に同じ状態で含有されているような方式で、機能性材料が圧縮流体中に溶解又は分散されている点で、熱力学的に安定／準安定である。この状態は、リザーバー内の温度及び圧力の熱力学的条件が変化しない限り、配合チャンバー内の機能性材料粒子の沈降、沈殿及び／又はアグロメレーションが存在しない点で、他の物理的混合物とは区別される。それ故、本発明の機能性材料及び圧縮流体混合物又は配合物は、熱力学的に安定／準安定であると言われる。
【００２１】
この配合物の適切な受容体への付与方法を検討する。本発明の配合物を適切な受容体に付与するために使用される装置は、係属中の米国特許出願第０９／７９４，６７１号明細書（その全部を本明細書中に含める）に開示されている。簡潔に言うと、機能性材料は、温度及び／又は圧力条件を操作及び／又は変化させることによって、圧縮流体から沈殿する。沈殿した機能性材料は、適切な形状の流れとして受容体の方に向けられる。機能性材料を含有する圧縮流体は、適当なオリフィスを通って環境雰囲気の中に膨張され、そこで圧縮流体は気体になるであろう。機能性材料は、粒子及び／又は粒子の集塊の表面を被覆し、それによって粒子の成長を制限する分散剤及び／又は界面活性剤と共に、粒子及び／又は粒子の集塊に非反応的に沈殿し始めるであろう。圧縮流体を含有しない、沈殿した及び／又は凝集した機能性材料は、的確で且つ正確な方式で受容体の上に析出して、所望の画像を形成する。こうして、受容体は、受容体上への機能性材料の付与の際に瞬間的に乾燥する。
【００２２】
受容体は、有機、無機、金属有機、金属、合金、セラミック、合成及び／又は天然ポリマー、ゲル、ガラス並びにコンポジット材料を含む任意の固体であってよい。受容体は多孔質又は非多孔質であってよい。
【００２３】
沈殿したナノ材料のサイズは、機能性材料の分散剤及び／又は界面活性剤に対する比によって制御することができる。沈殿したナノ材料のサイズは、溶液の温度、溶液の圧力、溶液の流速並びに機能性材料並びに分散剤及び／又は界面活性剤の濃度での、適当なオリフィス設計及び最適化による減圧工程によって制御することができる。沈殿したナノ材料のサイズは、分子上の機能性基の種類並びに特別の圧縮液体及び／又は超臨界流体中の溶解度のような、分散剤及び／又は界面活性剤材料の適切な選択によって制御することができる。受容体上に析出された機能性材料の典型的な粒子サイズは、１ナノメートル〜１０００ナノメートルの範囲内である。更に好ましくは、機能性材料の粒子サイズは、１ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲内である。
【００２４】
沈殿したナノ材料は、また、多数の方法によって集めることができる。例えば、沈殿したナノ材料を、固定化のための適当な支持体シートの中／上に注ぐことができ又はナノ材料を適当な液体中に集めることができる。減圧工程の間のナノ材料の界面活性剤被覆のために、ナノ材料は安定であって、顕著なアグロメレーションを受けないであろう。それにより、工程条件に依存して、分離したナノ材料を得ることができる。
【００２５】
特に示すか又は説明しなかった要素が、当業者に公知である種々の形態を取り得ることが理解されるべきである。更に、本発明の種々の面のために適当であるとして同定した材料、例えば機能性材料。これらは例示として処理されるべきであり、如何なる方法でも本発明の範囲を限定することを意図しない。
【実施例】
【００２６】
実施例１
デュアシン・アシッド・ブルー(Duasyn Acid Blue)ＡＥ−０２（商標）色素を含有する配合物の製造
０．０１ｇのデュアシン・アシッド・ブルーＡＥ−０２（商標）（クラリアント社(Clariant Corp.)）及び０．６４９ｇのフォムブリンＭＦ−３００（商標）（オーシモント・モンテジソン・グループ）（式ＩＩ）及び６．８２ｇのＣＯ₂（マセソン・グループ(Matheson Group)）を、２３℃で高圧セルの中に入れ、圧力を２０４気圧（３０００ｐｓｉｇ）に調節した。ビューセル(のぞき窓)の目視検査により、システム内の配合物は均一な単一相であったことが示唆された。このことは、システムの曇点が８６気圧（１２５８ｐｓｉｇ）であると測定されたとき、更に確認された。
実施例２
【００２７】
異なった界面活性剤と共にデュアシン・アシッド・ブルーＡＥ−０２（商標）色素を含有する他の配合物の製造
０．０１ｇのデュアシン・アシッド・ブルーＡＥ−０２（商標）（式ＩＩＩ）及び０．６４９ｇのフルオロリンク７００４（商標）（式Ｉ）（オーシモント・モンテジソン・グループ）及び６．８２ｇのＣＯ₂（マセソン・グループ）を、４０℃で高圧セルの中に入れ、圧力を１５０気圧に調節した。ビューセル（のぞき窓）の目視検査により、システム内の配合物は均一な単一相であったことが示唆された。
実施例３
【００２８】
銅フタロシアニン、インクジェット機能性材料を含有する他の配合物の製造
０．０１２６ｇの銅フタロシアニン（式ＩＶ）、０．４７６３ｇのフルオロリンク（商標）７００４及び７．０６ｇのＣＯ₂を、２５．３℃及び１５０気圧で高圧セル内に入れ、混合した。適当な時間の後、システムは目視で均一であった。この配合物を、ニードルバルブを通して５秒間環境条件に膨張させた。
実施例４
【００２９】
実施例２で製造した配合物を使用して線を書くこと（より低い周波数作動で）
実施例２からの配合物を、１５０気圧及び４０℃で配合物レザーバーの中に保存した。この配合物を、３００ミクロンのスロートを有するノズルを通して膨張させる。ノズルを３０Ｈｚで作動させた。ノズルの出口と支持体との間の距離を、５００ミクロンの隙間で設定する。２インチ／秒の支持体移動速度を使用した。図１は、約１００〜２００ミクロンの幅で作られた、得られた破線を示す。図２は、約１．５〜２ミリメートルの長さで作られた、得られた破線を示す。
実施例５
【００３０】
実施例２で製造した配合物を使用してドットを画像形成すること（より高い周波数作動で）
実施例２からの配合物を、１５０気圧及び４０℃で配合物レザーバーの中に保存した。この配合物を、３００ミクロンのスロートを有するノズルを通して膨張させる。ノズルを１５０Ｈｚで作動させた。ノズルの出口と支持体との間の距離を、５００ミクロンの隙間で設定する。２インチ／秒の支持体移動速度を使用した。図３は、約２ミリメートルの幅で作られた、得られたドットを示す。
【００３１】
式Ｉ：本発明で使用した界面活性剤フルオロリンク７００４（商標）の化学構造
【００３２】
【化１】

【００３３】
式ＩＩ：本発明で使用した界面活性剤フォムブリンＭＦ−３００（商標）の化学構造
【００３４】
【化２】

【００３５】
式ＩＩＩ：本発明で使用したデュアシン・アシッド・ブルーＡＥ−０２（商標）染料の化学構造
【００３６】
【化３】

【００３７】
式ＩＶ：本発明で使用した銅フタロシアニンの化学構造
【００３８】
【化４】

【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に於いて使用された、デュアシン・アシッド・ブルーＡＥ−０２（商標）色素を含む圧縮流体配合物を使用して描かれた線の顕微鏡写真である。破線は、約１００〜２００ミクロンの幅で作られている。
【図２】本発明に於いて使用された、デュアシン・アシッド・ブルーＡＥ−０２（商標）色素を含有する圧縮流体配合物を使用して描かれた線の顕微鏡写真である。破線は、約１．２〜５ミリメートルの長さで作られている。
【図３】本発明に於いて使用された、デュアシン・アシッド・ブルーＡＥ−０２（商標）色素を含有する圧縮流体配合物を使用して描かれたドットの顕微鏡写真である。ドットは、約２ミリメートルの幅で作られている。

Claims (10)

1. 流体及び機能性材料の混合物を含んでなり、
   流体が圧縮されており、そして機能性材料が圧縮流体中に分散及び／又は可溶化されており、そして
   前記混合物が熱力学的に安定であるか若しくは熱力学的に準安定であるか又は両方である画像形成性組成物。
2. 流体が圧縮液体及び超臨界流体の混合物である請求項１に記載の画像形成性組成物。
3. 流体が二酸化炭素、亜酸化窒素、アンモニア、キセノン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、クロロトリフルオロメタン、モノフルオロメタン及び六フッ化硫黄からなる群から選択される請求項１に記載の画像形成性組成物。
4. 機能性材料が有機分子、ポリマー分子、金属有機分子、無機分子、有機ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、金属有機ナノ粒子、無機ナノ粒子、有機マイクロ粒子、ポリマーマイクロ粒子、金属有機マイクロ粒子、無機マイクロ粒子及びコンポジット材料からなる群から選択される請求項１に記載の画像形成性組成物。
5. 機能性材料が画像形成性色素、画像形成性顔料、セラミックナノ粒子、磁気ナノ粒子又は半導体ナノ粒子である請求項１に記載の画像形成性組成物。
6. 機能性材料が微粒子である請求項１に記載の画像形成性組成物。
7. 機能性材料の平均粒子サイズが、１ナノメートル〜１０００ナノメートルである請求項１に記載の画像形成性組成物。
8. 圧縮流体の機能性材料に対する比が１：１×１０⁵〜１：２０である請求項１に記載の画像形成性組成物。
9. 二酸化炭素及び着色剤の混合物を含んでなり、
   二酸化炭素が圧縮されており、そして着色剤が圧縮二酸化炭素中に分散及び／又は可溶化されており、そして
   前記混合物が熱力学的に安定であるか若しくは熱力学的に準安定であるか又は両方である画像形成性組成物。
10. 流体及び機能性材料の混合物を含んでなり、
    流体が圧縮されており、そして機能性材料が、圧縮流体中に溶解、分散及び／又は可溶化されたエレクトロルミネセンス材料であり、そして
    前記混合物が熱力学的に安定であるか若しくは熱力学的に準安定であるか又は両方である画像形成性組成物。