JP2013224028A - インクジェットプリントヘッド前面のための熱安定性疎油性低接着性被膜のための改良されたプロセス - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットプリントヘッドのノズルプレートにおける疎油性の低接着性表面被膜について、所望の機械的な頑強さを得る方法を提供する。
【解決手段】インクジェットプリントヘッド前面のための被膜であって、この中で、該被膜は、最高３００℃まで加熱した場合に約１５％未満の重量損失によって示されるような高い熱安定性を有する疎油性低接着性被膜を含み、かつこの中で、１滴の紫外（ＵＶ）ゲルインクおよび１滴の固体インクは、該被膜の表面との約５０°超の接触角度および約３０°未満の滑走角度を呈し、この中で、該被膜は、少なくとも２６０℃の温度に少なくとも３０分間曝露された後に該接触角度および滑走角度を維持する。
【選択図】図３

Description

本発明は、プリントヘッドのための低接着性被膜に関し、より詳細には、熱安定性疎油性低接着性被膜に関する。

多くの固体インクプリントヘッドにおいて、ノズルプレートとジェットスタックは典型的には、ステンレス鋼プレートからなる。ノズルプレートは、小孔または、時にはジェットとも呼ばれるノズルのアレイを有し、これらを通じてインクがジェットスタックを出る。ジェットスタックにおけるステンレス鋼ノズルプレートおよび他のプレートは、ポリイミドなどの可撓性ポリマー層と置き換えられている最中である。一部の場合においては、ポリイミド膜は防湿性の被膜を受け、ステンレス鋼窓板に結合し、次にレーザーアブレーションでポリイミド膜に孔をあける。

プリントヘッド前面上でのノズルの流涎、インクによる濡れ、およびインクの接着は、低い画質（ＩＱ）に加えて、噴霧欠損および間違った方向への噴霧をもたらす。プリントヘッドの内圧が、典型的にはインクまたは水中で測定される特定の圧力を超過する場合、ノズルの流涎がインクを滲み出させる。ノズルが滲み出しすることなくより高圧で維持できると、噴霧の範囲は大きくなり、性能は改良される。濡れは、プリントヘッドの前面が印刷後に乾いていないままである場合に生じる。プリントヘッド上に残存するこのインクは、ノズルを塞ぐ可能性があり、ノズル欠損および間違った方向への印刷を結果的に生じる。図１は、このような汚染したプリントヘッドの写真を示す。

目下、これらの問題を克服するための１つのアプローチは、アクティブクリーニングブレードシステムを使用することである。このシステムは、プリントヘッドとからインクを一掃した後、ワイパーブレードがインクを前面から拭き取る。インクの一掃は典型的には、システムが噴霧欠損を検知した後、および電源を落とした後、インクが凍結または凝固して縮小し、空気をシステムへと吸い込む場合に生じる。このインクの一掃は、汚染物、捕捉された空気を除去し、ノズルを浄化した後、ワイパーが前面を掃除する。将来のＥｎｅｒｇｙＳｔａｒ（登録商標）必要条件を満たすために、印刷機は夜間に運転停止し、この間、プリントヘッド、貯蔵器、およびアンビリカルケーブルは熱を受けない。期待されるプリントヘッドの寿命は６年間であり、毎日の一掃はおよそ２０００周期の一掃および拭き取りを必要とする。この拭き取りの増加は、いずれの防湿被膜も２０００周期超の間持続し、有益な特性を維持しなければならないことを意味する。

防湿被膜は、適切な流涎圧を維持するための大きな接触角度、および容易な浄化／自動浄化特徴を維持するための低滑走角度を有さなければならない。このことは、メンテナンスが少なくまたはまったく要らず、エンジン信頼性が高く、かつランニングコストの低いプリントヘッドカートリッジをもたらす。スタック製造プロセスは一般的に、高温および高圧を包含し、そのため被膜は、これらの特性をこれらの条件下、典型的には２９０℃および３５０ｐｓｉでおよそ３０分間維持しなければならない。一般的に、低滑走角度を有する低接着性被膜は、プリントヘッド前面を重力下で汚すことなく滑走することが示されている。

疎油性の低接着性表面被膜は、有意な性能の改良を提供してきた。しかしながら、このような被膜でさえ、プリントヘッド前面は、何回もの拭き取り周期を受ける。現行の被膜は、良好な熱安定性およびインク安定性を有するが、所望よりも低い機械的な頑強さという欠点がある。

別の問題がこれらの被膜で生じるかもしれない。先のアプローチの一部において使用される高温硬化プロセスの後、被膜は、その表面上に油の薄い層を有するかもしれない。この油は、表面特性およびプリントヘッド性能に有害に影響するように見えないが、保存期間問題ならびに包装および取り扱いにおける問題を生じるかもしれない。あるものは油層を拭き取り得るが、製造の複雑性および製造コストを増加させる。

図１は、プリントヘッドの汚染された前面の一例を示す。 図２は、ジェットスタックの一実施形態の側面図を示す。 図３は、疎油性の低接着性被膜を製造する方法の流れ図を示す。

本明細書において説明される実施形態には、インクジェットプリントヘッド前面のために使用可能な疎油性低接着性表面被膜が含まれ、この中で、該表面被膜は、疎油性低接着性ポリマー材料を含む。インクジェットプリントヘッド前面表面がこのような被膜を有する場合、「紫外（ＵＶ）インク」とも呼ばれるＵＶゲルインクの噴霧された滴、または固体インクの噴霧された滴は、表面被膜に対する低い接着を呈する。表面へのインク滴の接着は、インク滴の滑走速度を測定することによって決定することができ、ここで、滑走速度は、インク滴が残留物またはしみを残すことなく表面上を滑走し始める時に表面が水平位置に対して傾斜した角度である。滑走角度が低ければ低いほど、インク滴と表面の間の接着はより小さい。

本明細書で使用する場合、用語「低接着性」とは、表面としてプリントヘッド前面表面を用いて、紫外硬化性ゲルインクまたは固体インクを使用して測定した場合に、約３０°未満の低い滑走角度を意味する。一部の実施形態においては、低い滑走角度は、約２５°未満であり、他の実施形態においては、低い滑走角度は、プリントヘッド前面表面を表面として用いて紫外硬化性ゲルインクまたは固体インクを使用して測定した場合、約２０°未満である。なおも他の実施形態においては、低い滑走角度は、プリントヘッド前面表面を表面として用いて紫外硬化性ゲルインクまたは固体インクを使用して測定した場合、約１°超である。

本明細書で使用する場合、疎油性低接着性表面被膜は、該表面被膜が１８０℃と３２５℃の間の範囲、または約２００℃と約３００℃の間の範囲の温度などの高温、および１００ｐｓｉと４００ｐｓｉの間の範囲、または約１２０ｐｓｉと約３５０ｐｓｉの間の範囲の圧力などの高圧に長い時間曝露された後に、紫外ゲルインクまたは固体インクの滴が該表面被膜に対する低接着性を呈する場合、「熱安定性」である。長い時間は、１０分間と２時間の間の範囲または約１５分間と約１時間の間の範囲に収まってもよい。

一実施形態においては、表面被膜は、約２９０℃の温度に約３５０ ３００ｐｓｉの圧力で３０分間または約３０分間曝露した後で熱安定性である。表面被膜は、加速した寿命試験において１４０℃のインク中に２日間浸すなどの長い性能寿命も有する。ポリイミド基材上の表面被膜は、高温かつ高圧で何ら分解することなく、ステンレス鋼開口ブレースに結合することができる。それゆえ、結果として生じるプリントヘッドは、インク汚染を防止することができる。なぜなら、インク滴は、残留物をまったく残さずに、プリントヘッド前面を転がり落ちることができるからである。

一部の実施形態においては、印刷装置には、前面と、前面の表面に配備された疎油性低接着性表面被膜とを有するインクジェットプリントヘッドを含む。疎油性低接着性表面被膜には、紫外ゲルインクの噴霧された滴または固体インクの噴霧された滴が５０°超または約５０°の接触角度を呈するよう構成された疎油性低接着性ポリマー材料を含む。一実施形態においては、紫外ゲルインクの噴霧された滴または固体インクの噴霧された滴は、６０°超または約６０°の接触角度を呈する。別の実施形態においては、紫外ゲルインクの噴霧された滴または固体インクの噴霧された滴は、６５°超または約６５°の接触角度を呈する。一実施形態においては、紫外ゲルインクの噴霧された滴または固体インクの噴霧された滴と表面被膜の間に呈される接触角度に対する上限はない。別の実施形態においては、紫外ゲルインクの噴霧された滴または固体インクの噴霧された滴は、１５０°未満または約１５０°の接触角度を呈する。

なおも別の実施形態においては、紫外ゲルインクの噴霧された滴または固体インクの噴霧された滴は、９０°未満または約９０°の接触角度を呈する。インクがプリントヘッドへ充填される場合、インクを射出する時までインクをノズル内に維持することが所望である。一般的に、インク接触角度が大きければ大きいほど良好であり、そのことは、流涎圧がより高いことを意味する。流涎圧は、インクタンクまたは貯蔵器の圧力が増大する場合、ノズル開口の外にインクが垂れるのを防止する窓板の能力に関する。垂れることなくより高い圧力を維持することは、印刷コマンドが与えられたときに、より迅速に印刷することを可能にする。

一部の実施形態においては、被膜は、１８０℃と３２５℃の間の範囲、または約２００℃と約３００℃の間の範囲の温度など高温かつ、１００ｐｓｉと４００ｐｓｉの間の範囲の圧力など高圧へ、１０分間と２時間の間の長い時間曝露された後でさえ熱安定性であり、かつ前記特性を提供する。このことは、高い流涎圧を維持する。

一実施形態においては、被膜は、２９０℃の温度へ約３５０ｐｓｉの圧力で約３０分間曝露された後でさえ熱安定性であり、かつ前記特性を提供し、高い流涎圧の維持を可能にする。有利なことに、本明細書において説明される疎油性低接着性表面被膜は、組み合わせにおいて、紫外硬化性のゲルインクおよび固体インクのための低接着性および高い接触角度を提供し、このことはさらに、流涎圧が改善される、またはノズルの外へのインクの低い垂れもしくは垂れの除去という利点を提供する。

一部の実施形態においては、疎油性低接着性表面被膜は、少なくとも１つのイソシアナートと１つの機能性フッ素橋かけ材料とを含む反応体混合物の反応産物である。

好適なイソシアナートには、一般式Ｒ_１−（ＮＣＯ）_ｎ（式中、Ｒ_１は、アルキル基、アルキレン基、アリール基、アリーレン基、アリールアルキル基、アリールアルキレン基、アルキルアリール基、またはアルキルアリーレン基である）のものを含むがこれらに限定されないモノマー、オリゴマー、およびポリマーのイソシアナートを含む。

一実施形態においては、Ｒ_１は、アルキル基またはアルキレン基である（直鎖および分岐鎖の、飽和および不飽和の、環状および非環状の、ならびに置換および非置換のアルキル基およびアルキレン基を含み、この中で、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、またはこれらに類するものなどのヘテロ原子は、アルキル基またはアルキレン基中に存在してもまたは存在しなくてもいずれでもよい）。一実施形態においては、該アルキル基またはアルキレン基は、少なくとも約８の炭素原子を有する。別の実施形態においては、該アルキル基またはアルキレン基は、少なくとも約１０の炭素原子を有する。別の実施形態においては、該アルキル基またはアルキレン基は、少なくとも約１２の炭素原子を有する。別の実施形態においては、該アルキル基またはアルキレン基は、約６０以下の炭素原子を有する。別の実施形態においては、該アルキル基またはアルキレン基は、約５０以下の炭素原子を有する。なおも別の実施形態においては、該アルキル基またはアルキレン基は、約４０以下の炭素原子を有する。しかしながら、炭素原子の数がこれらの範囲の外側であることができることは認められる。

一実施形態においては、Ｒ_１は、アリール基またはアリーレン基である（置換および非置換のアリール基およびアリーレン基を含み、かつこの中で、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、またはこれらに類するものなどのヘテロ原子は、アリール基またはアリーレン基中に存在してもまたは存在しなくてもいずれでもよい）。一実施形態においては、該アリール基またはアリーレン基は、少なくとも約５の炭素原子を有する。別の実施形態においては、該アリール基またはアリーレン基は、少なくとも約６の炭素原子を有する。一実施形態においては、該アリール基またはアリーレン基は、約５０以下の炭素原子を有する。別の実施形態においては、該アリール基またはアリーレン基は、約２５以下の炭素原子を有する。なおも別の実施形態においては、該アリール基またはアリーレン基は、約１２以下の炭素原子を有する。しかしながら、炭素原子の数がこれらの範囲の外側であることができることは認められる。

一実施形態においては、Ｒ_１は、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基である（置換および非置換のアリールアルキル基およびアリールアルキレン基を含み、この中で、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基のアルキル部分は、直鎖または分岐鎖、飽和または不飽和、環状または非環状、および置換または非置換であることができ、この中で、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、リン、またはこれらに類するものなどのヘテロ原子は、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基のアリール部分またはアルキル部分のいずれかの中に存在してもまたは存在しなくてもいずれでもよい）。一実施形態においては、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、少なくとも約６の炭素原子を有する。別の実施形態においては、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、少なくとも約７の炭素原子を有する。一実施形態においては、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、約６０以下の炭素原子を有する。別の実施形態においては、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、約４０以下の炭素原子を有する。なおも別の実施形態においては、アリールアルキル基またはアリールアルキレン基は、約３０以下の炭素原子を有する。しかしながら、炭素原子の数がこれらの範囲の外側であることができることは認められる。

置換アルキル基、置換アルキレン基、置換アリール基、置換アリーレン基、置換アリールアルキル基、置換アリールアルキレン基、置換アルキルアリール基、および置換アルキルアリーレン基上の置換基は、ハロゲン原子、イミン基、アンモニウム基、シアノ基、ピリジン基、ピリジニウム基、エーテル基、アルデヒド基、ケトン基、エステル基、アミド基、カルボニル基、チオカルボニル基、スルファート基、スルホナート基、スルフィド基、スルホキシド基、ホスフィン基、ホスホニウム基、ホスファート基、ニトリル基、メルカプト基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホン基、アシル基、酸無水物基、アジド基、アゾ基、シアナト基、イソシアナト基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、カルボキシラート基、これらの混合物、またはそれらに類するものであることができ（しかしそれらに限定されず）、この中で、２または３以上の置換基は、単環を形成するために互いに結合することができ、かつｎは、イソシアナート基の数を表し、例えばモノマーのイソシアナートの場合、１、２、３、またはこれらに類するものであり、かつポリマーのイソシアナートの場合、上限が必要ではない整数である。

ジイソシアナートの例としては、式
のイソホロンジイソシアナート（ＩＰＤＩ）、２，４−トルエンジイソシアナート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアナート（ＭＤＩ）、水素化ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアナート（Ｈ１２ＭＤＩ）、テトラ−メチルキシレンジイソシアナート（ＴＭＸＤＩ）、式
のヘキサメチレン−１，６−ジイソシアナート（ＨＤＩ）、ナフタレン−１，５−ジイソシアナート、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ビフェニルジイソシアナート、３，３’−ジメチル−４，４’−ビメチル−４，４’−ビフェニルジイソシアナート、フェニレンジイソシアナート、４，４’−ビフェニルジイソシアナート、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、および式
の２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、テトラメチレンキシレンジイソシアナート、４，４’−メチレンビス（２，６−ジエチルフェニルイソシアナート）、１，１２−ジイソシアナトドデカン、１，５−ジイソシアナト−２−メチルペンタン、１，４−ジイソシアナトブタン、ジイソシアナートとシクロへキシレンジイソシアナートの二量体およびその異性体、ＨＤＩのウレチジオン二量体、またはこれらに類するもの、ならびにそれらの混合物が挙げられる。トリイソシアナートまたはその等価物の例としては、トリフェニルメタン−４，４’，４”−トリイソシアナート、トリス（ｐ−イソシナトフェニル）チオホスファート、ＴＤＩまたはこれに類するもののトリメチロールプロパン三量体、ＴＤＩ、ＨＤＩ、ＩＰＤＩ、またはこれらに類するもののイソシアヌラート三量体、およびＴＤＩ、ＨＤＩ、ＩＰＤＩ、またはこれらに類するもののビューレット三量体、およびそれらの混合物が挙げられる。より高次のイソシアナート官能性の例としては、ＴＤＩ／ＨＤＩのコポリマー、またはこれらに類するもの、およびＭＤＩオリゴマー、ならびにこれらの混合物が挙げられる。一部の実施形態においては、イソシアナート部分は、アロファナートにより修飾されたＭＤＩまたはアロファナートにより修飾されたＭＤＩのポリマーであることができる。一部の実施形態においては、イソシアナート部分は、従来技術（米国特許第４，８６３，９８６号、米国特許第４，７０４，４２０号、米国特許第６，０７１，５６４号）において説明され、およびすでにＦｌｕｏｒｏｂａｓｅ−Ｚとして市販されているような、ポリイソシアン酸官能性（ｐｏｌｙｉｓｏｃｙａｎｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）を有する（ペル）フルオロポリエーテル性プレポリマーでもあることができる。一部の実施形態においては、好適なイソシアナートは、Ｄｅｓｍｏｄｕｒ（登録商標）、Ｍｏｎｄｕｒ（登録商標）、またはＩｍｐｒａｎｉｌ（登録商標）の名称で得られてもよく、例えばＢａｙｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅから入手可能なＤｅｓｍｏｄｕｒ Ｎ ３３００（登録商標）、Ｄｅｓｍｏｄｕｒ Ｎ ３７９０（登録商標）など、またはこれらの混合物で得られてもよい。

好適なペルフルオロポリエーテル化合物には、モノヒドロキシルまたはジヒドロキシルで官能化したモノマー、オリゴマー、およびポリマーのペルフルオロポリエーテル化合物を含む。ジヒドロキシで官能化した好適なペルフルオロポリエーテル化合物の例としては、一般式
（式中、ｐおよびｑは、０〜５０の間の範囲の整数であり、但し、ｐおよびｑのうちの少なくとも１つは０ではなく、かつｘおよびｙは０〜１０の間の整数であることを条件とする）のものが挙げられる（がこれらに限定されない）。重要な基は、エチルオキシドスペーサーであり、該化合物を、すでに使用した化合物よりも非常に反応性にする。一実施形態においては、好適な二機能性ペルフルオロポリエーテル化合物は、式
によって表すことができる。

一部の実施形態においては、ジヒドロキシで官能化した好適なペルフルオロポリエーテル化合物は、Ｓｏｌｖａｙ Ｓｏｌｅｘｉｓから入手可能なＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋ（登録商標）、例えば、Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ Ｄ（登録商標）、Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ Ｄ１０（登録商標）、Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ Ｄ１０Ｈ（登録商標）、Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ Ｅ１０（登録商標）、Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ Ｅ１０Ｈ（登録商標）の名称、またはこれらに類するもの、あるいはそれらの混合物の下で得られてもよい。

ペルフルオロポリエーテル化合物のうちの１または２以上をイソシアナートのうちの１または２以上と縮合することによってウレタン化合物もしくはそれに類するもの、またはそれらの混合物を作製するためのいずれかの好適な反応条件を使用して、疎油性低接着性プリントヘッド前面被膜のポリマーを調製することができる。典型的には（必ずしも必要ではないが）、この反応は、ジブチルチンジラウラート、ビスマストリス−ネオデカノアート、安息香酸コバルト、酢酸リチウム、オクタン酸第一スズ（ｓｔａｎｎｏｕｓ ｏｃｔｏａｔｅ）、トリエチルアミン、またはこれらに類するものなど、任意の反応触媒の存在下で種々の温度（例えば、約２５℃〜約１６０℃）で実施することができる。他の例示的な触媒には、Ｒｈｅｉｎｅ Ｃｈｅｍｉｅ製のＲＣ触媒を含む。

一実施形態においては、反応条件は、反応産物の酸化または黄変を防止するために、および湿気による望ましくない副反応を防止するために、アルゴンガスもしくは窒素ガスまたは他の好適なガスなど、不活性雰囲気中で実施することができる。反応は、水なしでで（すなわち、溶媒を使用することなく）実施することができ、または何らかの所望のもしくは有効な溶媒を任意に採用することができる。好適な溶媒の例としては、キシレン、トルエン、ベンゼン、クロロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ニトロベンゼン、ジクロロベンゼン、Ｎ−メチルピロリジノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ヘキサン、テトラヒドロフラン、酢酸ブチル、酢酸アミル、ＨＦＥ７２００（３Ｍ製）、ＨＦＥ７５００（３Ｍ製）、Ｓｏｌｖｏｓｏｌ（Ｄｏｗ製）、およびこれらに類するもの、ならびにそれらの混合物が挙げられる。使用してもよい溶媒の別の例は、Ｃｙｔｏｎｉｘ ＬＬＣから入手可能なフッ素化溶媒であるＦＣＬ５２溶媒である。

本明細書において開示される疎油性低接着性表面被膜は、記録基質へインクを射出するよう構成されたインクジェットプリントヘッドのための防湿性プリントヘッド前面被膜として採用することができる。普通紙、例えば、ＸＥＲＯＸ（登録商標）４０２４紙、ＸＥＲＯＸ（登録商標）Ｉｍａｇｅ Ｓｅｒｉｅｓ紙、Ｃｏｕｒｔｌａｎｄ４０２４ ＤＰ紙、罫線入り帳面の紙、ボンド紙、シリカで被覆した紙、例えば、Ｓｈａｒｐ社製のシリカで被覆した紙、ＪｕＪｏ紙、Ｈａｍｍｅｒｍｉｌｌ Ｌａｓｅｒｐｒｉｎｔ紙、およびこれらに類するものなど、透明な材料、織物、テキスタイル製品、プラスチック類、ポリマーフィルム、金属および木材などの無機基質、ならびにそれらに類するものを含む何らかの好適な記録基質を採用してもよい。

本明細書において説明される複数の実施形態においては、疎油性低接着性被膜は熱安定性であり、それにより１°または約１°と３０°または約３０°の範囲の低い滑走角度、および４５°または約４５°と１５０°または約１５０°の範囲の高い接触角度を、１８０℃または約１８０℃と３２５℃または約３２５℃の範囲の温度など高温、かつ約１００ｐｓｉ〜約４００ｐｓｉの範囲の圧力など高圧への、約１０分間〜約２時間の範囲の長い時間の曝露の後でさえ提供する。一実施形態においては、疎油性低接着性被膜は、２９０℃の温度へ３００ｐｓｉの圧力で３０分間曝露した後でさえ熱安定性である。高密度ピエゾ式プリントヘッドの製造は、高温、高圧の接着結合工程を必要とする。それゆえ、前面被膜がこれらの高温かつ高圧条件に耐えることが所望であろう。本明細書において説明される疎油性低接着性表面被膜の高温かつ高圧での安定性は、現行のプリントヘッド製造プロセスと適合性がある。

インクジェットプリントヘッドの前面へと被覆される場合、疎油性低接着性表面被膜は、疎油性低接着性被膜上に残存するインク滴が単純な自動浄化様式でプリントヘッドを滑走することができるよう、インクジェットプリントヘッドから射出されるインクに関して十分な低接着性を呈する。インクジェットプリントヘッドの前面に時々見られる塵、紙粒子などのような汚染物は、滑走するインク滴によってインクジェットプリントヘッド前面から除去することができる。疎油性低接着性プリントヘッド前面被膜は、自動浄化の汚染物非含有のインクジェットプリントヘッドを提供することができる。

本明細書において使用する場合、疎油性低接着性被膜は、インクと疎油性低接着性被膜の間の接触角度が、一実施形態においては約４５°超であり別の実施形態においては約５５°超である場合、インクジェットプリントヘッドから射出されるインクに関して「十分に低い湿潤性」を呈することができる。

本明細書において開示される疎油性低接着性被膜は、連続的インクジェットプリンタ、サーマル式ドロップオンデマンド（ＤＯＤ）インクジェットプリンタ、および圧電性ＤＯＤインクジェットプリンタなど何らかの好適なインクジェットプリンタのインクジェットプリントヘッドのための疎油性低接着性プリントヘッド前面被膜として採用することができる。本明細書において使用する場合、用語「プリンタ」は、デジタル複写機、製本機、ファクシミリ機、多機能機、およびこれらに類するものなど、何らかの目的のために印刷出力機能を実行する何らかの装置を包含する。

本明細書において開示される疎油性低接着性被膜は、水性インク、溶媒インク、ＵＶ硬化性インク、染料昇華性（ｄｙｅ ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ）インク、固体インクなどのような何らかの好適なインクを射出するよう構成されたインクジェットプリントヘッドのための疎油性低接着性プリントヘッド前面被膜として採用することができる。本明細書において開示される疎油性低接着性被膜とともに使用するのに好適な例示的なインクジェットプリントヘッドを図２に関して説明する。

典型的なインクジェットプリントヘッドには、支持ブレースに典型的に結合したノズルプレートを含んでもよい。図２は、防湿被膜を有するプリントヘッドジェットスタックの一実施形態を示す。この実施形態においては、疎油性低接着性被膜２６は、ノズルプレート２４へと被覆される。ノズルプレートは、孔支持ブレース２２に結合したポリイミドフィルムなどのポリマーフィルムであってもよい。

支持ブレース２２は、ステンレス鋼などの何らかの好適な材料から形成されており、そこに形成される孔２２ａを含む。孔２２ａは、インク源（非表示）と連通していてもよい。ノズルプレート２４は、ポリイミドなどの何らかの好適な材料から形成されてもよく、そこに形成されるノズル２４ａを含む。ノズル２４ａは、インク源からのインクがプリントヘッド２０から記録基質上へとノズル２４ａを通じて噴霧可能であるよう孔２２ａを介してインク源と連通していてもよい。

説明される実施形態においては、ノズルプレート２４は、介在性接着材料２８によって支持ブレース２２に結合する。該接着材料２８は、熱可塑性接着剤が、ノズルプレート２４を支持ブレース２２に結合するための結合プロセスの間に融解できるものとして提供してもよい。典型的には、ノズルプレート２４および疎油性低接着被膜２６はまた、結合プロセスの間加熱される。熱可塑性接着剤を形成する材料に応じて、結合温度は、１８０℃と３２５℃の間の範囲で（または約１８０℃と約３２５℃の間の範囲で）あることができる。

従来の疎油性低接着性被膜は、典型的な結合プロセスまたはインクジェットプリントヘッドの製造の間に遭遇する他の高温、高圧プロセスの間に遭遇する温度に曝露されると、分解する傾向がある。しかしながら、本明細書において開示される疎油性低接着被膜２６は、結合温度まで加熱した後にインクに関して十分な低接着性（低い滑走角度によって示される）および高い接触角度を呈する。疎油性低接着被膜２６は、自動浄化の汚染物非含有のインクジェットプリントヘッド２０に高流涎圧を提供することができる。疎油性低接着性被膜２６が、高い温度への曝露の際の所望の表面特性（例えば、低い滑走角度および高い接触角度を含む）における実質的な分解に耐える能力によって、高い流涎圧を維持しながら自動浄化能力を有するインクジェットプリントヘッドは、高温かつ高圧のプロセスを使用して作製することができる。

一実施形態においては、疎油性低接着性被膜２６は、先に説明したように、少なくとも１のイソシアナートと少なくとも１のペルフルオロポリエーテル化合物とを含む反応体混合物を初期的に塗布することによって、基質２４上に形成してもよい。反応体混合物を基質、この場合においては、ノズルプレート２４に塗布した後、反応体は互いに反応して疎油性低接着性被膜２６を形成する。反応体は、例えば反応体混合物を硬化させることによって互いに反応することができる。一実施形態においては、反応体混合物はまず約１３０℃の温度で約３０分間〜２時間硬化した後、約２９０℃で約３０分間〜２時間、硬化後高温処理される。

一実施形態においては、反応体混合物は、ダイ押出成形被覆、浸漬被覆、噴霧被覆、スピンコーティング、流し塗、スタンプ印刷、およびブレード技術などの何らかの好適な方法を使用して、基質２４に塗布してもよい。エアブラシまたは自動空気／液体スプレーなどの空気霧化装置を使用して、反応体混合物を噴霧することができる。空気霧化装置は、基質２４の表面を均一なまたは実質的に均一な量の反応体混合物で覆うために均一なパターンで移動する自動往復装置上に装着することができる。ドクターブレードの使用は、反応体混合物を塗布するために採用することのできる別の技術である。流し塗においては、プログラム可能なディスペンサーを使用して、反応体混合物を塗布する。

図３は、低接着性被膜を製造するための一般的なプロセスの流れ図を示す。前駆体溶液ペルフルオロポリエーテルジオールを３０で調製する。本明細書における複数の実施形態のうちの一部における前駆体溶液は、該前駆体溶液を従来の前駆体溶液よりも反応性を高くするエチルオキシドスペーサーを有する。このことは一般的に、複合体におけるより高い橋かけをもたらし、油が表面上に形成するのを防止する。しかしながら、このプロセスには、後に考慮する油の存在とともに、従来の前駆体溶液を使用する可能性も含む。

３２で、下記の実施例において詳述に論じるように、イソシアナート溶液を調製する。このイソシアナート溶液および前記前駆体溶液を３４で互いに混合する。一部の実施形態においては、この混合は、異なる−ＯＨ／−ＮＣＯモル比および低い触媒量など、低接着性被膜の従来の実施形態とは異なる合成条件を包含する。次に、該被膜を、本明細書において基質と呼ばれる、低接着性被膜が所望である表面に塗布する。この被膜は、３８で第一の硬化を、および４０で第二の硬化を受ける。

上記のように、一部の実施形態は、より反応性の高い前駆体溶液を使用しなくてもよく、第二の硬化がより高温であると、表面上の油の層の形成を結果的に生じるかもしれない。このプロセスは、４２において油について試験する。油が４２で存在する場合、４４で溶媒と、被膜を損傷しない発泡ブラシとを使用して除去され、このプロセスは４６で終了する。下記の実施例において反応性のより高い前駆体溶液を使用する場合のように、油が存在しない場合、このプロセスは４６で終了する。

具体的な実施形態が以下詳細に説明される。これらの実施例は説明的であるよう意図されており、特許請求の範囲は、これらの実施形態において示される材料、条件、またはプロセスパラメータに制限されない。

（実施例１）
２３．４ｇのＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋ−Ｄを、添加漏斗、温度プローブ、および凝縮装置（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）を装備した３つ首丸底フラスコに入れた。１３５ｍＬのＮｏｖｅｃ７２００、９５ｍＬの酢酸エチル、および０．２１１ｇのジブチルチンジラウラート触媒をこの３つ首丸底フラスコに添加し、この内容物を窒素雰囲気下で撹拌および緩徐な還流加熱（約７１℃）をした。５．０４ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３７９０を１８５ｍＬの酢酸エチルおよび６３ｍＬのＮｏｖｅｃ７２００中に溶解することによって、第二の溶液を調製した。このイソシアナート溶液を次に、該丸底フラスコに接続した添加漏斗へ移し、Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ溶液に７１℃で２時間かけて滴下して添加した。結果として生じる混合物を次に、７１℃で一晩撹拌した。次に、これを室温に冷却し、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｏｐｔｉｃａｐ ＸＬフィルター（孔サイズ０．２ミクロン）を使用して濾過して、産物溶液を得た。該産物溶液の固体濃度は約４〜５％であった。

産物溶液を、Ｎｏｖｅｃ７２００を添加することによって約３％固体に希釈した。希釈した溶液を丸底フラスコに移し、これを、ビグリュー蒸留装置を使用する蒸留によって約１２％固体濃度に濃縮した。この濃縮した溶液を室温に冷却した後、該溶液をドローバーコーターを使用してポリイミド基質上に被覆した。被覆したフィルムを５分間空気乾燥させた後、オーブン中で、２つの連続した硬化工程を次のように使用して熱硬化した。空気乾燥したフィルムを１５０℃のオーブン中に３０分間置き（第一の硬化）、次に２６０℃で３０分間置いて（第二の硬化）、防湿被膜を製造した。異なる第一の硬化および第二の硬化の条件を使用した一連の被膜を、被覆１〜５を得るために説明されたように生じた。別の場合においては、第一の硬化の工程および第二の硬化の工程を、単一の傾斜硬化工程へと組み合わせて、被膜６を得た。被膜を、次に説明されるようにインクに対するフィルムの質および表面特性について評価した。

被膜の接触角度および滑走角度を、Ｄａｔａｐｈｙｓｉｃｓ製のＯＣＡ２０ゴニオメーターにおいて決定した。典型的な静的接触角度測定において、（それぞれ１１５℃または９０℃の典型的なインク噴射温度での）約１０μＬの固体インクまたはＵＶインクを被膜の表面上に緩徐に沈積させ、静的角度をコンピュータソフトウェア（ＳＣＡ２０）によって決定した。報告された各データは、５を超える独立した測定値の平均である。滑走角度測定を、約１０μＬ滴の固体インクまたはＵＶインクを使用して１°／秒の速度でベースユニットを傾斜させることによって実施した。滑走角度は、試験滴が滑走し始める傾斜角度として定義される。

オフライン試験であるいわゆる段積みを使用して、プリントヘッド作製中の接着結合を模倣した。典型的には、被膜を高圧かつ高温のストレス、例えば、２９０℃、３５０ｐｓｉで３０分間に供し、その後、接触角度および滑走角度を測定した。

インク劣化実験を、被膜の機能的寿命を模倣するための加速した試験として設計した。本実験を、１４０℃で２日間溶融した固体インク（等しい部分の青緑色、赤紫色、黄色、および黒色のインク）または９０℃で２日間溶融した青緑色のＵＶインクにおける段積み後の被膜を浸漬することによって実施した。インク劣化後の接触角度および滑走角度を先に説明した通り決定した。

被膜表面の質を、表面をＱ−チップで緩徐に摩擦し、汚れについて視覚的に観察することによって、ごく微量の油の存在について検査した。汚れの存在は、被膜表面上の油の存在を示す。

被膜１〜６についての結果は表１に要約されており、これらのうちのすべては、Ｑ−チップ試験後に汚れを示す。これらの表面特性は、インク滑走後の高いインク接触角度、低いインク滑走角度、および試験表面上の何らかの残留物の不在によって示されるように、良好であった。

（実施例２）
実施例１の被膜６を拭き取り浄化工程に以下の通り供した。２インチ幅の発泡ブラシ（Ｌｏｗｅｓ製）をＮｏｖｅｃ７２００中に浸漬し、滑らかに絵を描くような一回の動作で塗装において被膜表面をブラシ掛けした。５分間空気乾燥しておいた。このことは結果的に被膜７を生じ、この特性を表２に与える。この被膜の表面は、視認できる油を示さず、良好な表面特性を呈する。しかしながら、このような浄化工程は、被膜製造のコストおよび複雑性を増大させる。

（実施例３）
３８．３ｇのＦｌｕｏｒｏｌｉｎｋ−Ｅ１０Ｈを、添加漏斗、温度プローブ、および凝縮装置を装備した３つ首丸底フラスコに入れた。２４５ｍＬのＮｏｖｅｃ７２００、１７０ｍＬの酢酸エチル、および０．３３３ｇのジブチルチンジラウラート触媒をこの３つ首丸底フラスコに添加し、この内容物を窒素雰囲気下で撹拌および緩徐な還流加熱（約７１℃）をした。第二の溶液を、１１．６ｇのＤｅｓｍｏｄｕｒ３７９０を４４５ｍＬの酢酸エチルおよび１４５ｍＬのＮｏｖｅｃ７２００に溶解することによって調製した。次に、このイソシアナート溶液を、丸底フラスコに接続した添加漏斗に移し、Ｆｌｕｏｒｏｌｉｎｋ溶液に７１℃で２時間かけて滴下して添加した。結果として生じる反応体混合物を一晩撹拌した。室温に冷却した後、反応産物溶液を実施例１において説明した手順に従って濾過および蒸留し、約１０％の固体濃度の被膜溶液を得た。実施例１において説明した被覆手順および加熱硬化手順を使用して、ポリイミド基質上にいくつかの被覆したフィルムを作製した。これらのフィルム、すなわち被膜８〜１７の特性もまた、実施例１に提供した手順を使用して評価されており、これらの結果を表３に与える。

被膜８〜１７は、Ｑ−チップ試験による視認できる油を示さず、表面特性は、インク滑走後の高いインク接触角度、低いインク滑走角度、および試験表面上の何らかの残留物の不在によって示されるように、良好であった。被膜８〜１７は、被膜７と比較して、硬化後の油を除去するのに溶媒拭き取り工程を必要としないので、コストおよび製造の点で有利である。

（実施例４）
実施例３で得られた被膜溶液で押出成形ダイを使用してポリイミド基質を被覆した。被覆したフィルムを５分間空気乾燥させ、オーブンの代わりに赤外ヒーターランプを使用して硬化させた。このことは結果的に被膜１８を生じ、表面特性データを表４に与える。

（実施例５）
実施例３において合成した反応産物溶液を、Ｎｏｖｅｃ７２００溶媒を添加することによって約３．５％固体濃度に希釈した。希釈した溶液を実施例１において説明した通り、約１８％の固体濃度に蒸留した。この被膜溶液で、ドローバーコーターを使用してポリイミド基質上を被覆した。実施例１において説明した手順を使用して、被覆したフィルムを５分間空気乾燥させ、加熱硬化し、結果として被膜１９を生じた。結果を表５に与える。

先の実施例において得られた被膜は、２９０℃かつ３５０ｐｓｉで３０分間段積みして、溶融したインク中で１４０℃で２日間インク処理した後、良好な表面特性、高い接触角度、および低い滑走角度を保有している。これらの被膜は、最終的な硬化の後、良好な表面特性を維持しながら、表面上に油がないことを示す。これらの被膜は、保管寿命および取り扱いに関して問題を有さない。該被膜はまた、流し塗装置において成功裡に規模拡大し、製造の容易さを示す。このことは、これらの被膜を使用するプリントヘッドの全体的な製造コストを削減する。

Claims (7)

1. インクジェットプリントヘッド前面のための被膜であって、この中で、該被膜は、最高３００℃まで加熱した場合に約１５％未満の重量損失によって示される高熱安定性を有する疎油性低接着性被膜を含み、かつこの中で、１滴の紫外（ＵＶ）ゲルインクまたは１滴の固体インクは、該被膜の表面との約５０°超の接触角度および約３０°未満の滑走角度を呈し、この中で、該被膜は、少なくとも２９０℃の温度および少なくとも３５０ｐｓｉの圧力に曝露された後で該接触角度および滑走角度を維持する、該被膜。
2. 前記被膜は、前記疎油性低接着性被膜が前記温度に少なくとも３０分間曝露された後に、１滴のＵＶゲルインクまたは１滴の固体インクについて前記疎油性低接着性被膜の表面との約５０°超の接触角度を呈する、請求項１に記載の被膜。
3. 前記被膜は、
   約１５０℃の温度での３０分間と２時間の間の範囲の時間の第一の硬化処理、および
   約２６０℃の温度での約３０分間の第二の硬化処理
   に曝露された後、１滴のＵＶゲルインクまたは１滴の固体インクについての前記疎油性低接着性被膜の表面との約５０°超の接触角度を呈する、請求項１に記載の被膜。
4. 前記被膜は、溶融した固体インクまたはＵＶゲルインク中に約１４０℃の温度で２日間浸漬した後に、１滴のＵＶゲルインクまたは１滴の固体インクについて前記疎油性低接着性被膜の表面との約５０°超の接触角度および約３０°未満の滑走角度を呈する、請求項１に記載の被膜。
5. 前記疎油性低接着性被膜は、
   第一のイソシアナート化合物と
   エチルオキシド（ｅｔｈｙｌｏｘｉｄｅ）スペーサーを有する、ヒドロキシルで官能化したペルフルオロポリオキシアルカン橋かけ材料
   とを含む、請求項１に記載の被膜。
6. インクジェットプリントヘッド前面のための疎油性低接着性被膜を形成するプロセスであって、
   第一のイソシアナート化合物と、エチルオキシドスペーサーを有する、ヒドロキシルで官能化したフッ素橋かけ材料とを含む反応体混合物で基質を被覆し、この中で該反応体混合物は、少なくとも１つのフルオロアルキルエーテル溶媒と少なくとも１つの脂肪族エステル溶媒との混合物から被覆されること、
   該被覆した反応体混合物を約１５０℃の温度で約３０分間の時間の第一の硬化処理に供すること、および
   その後、該被覆した反応体混合物を約２６０℃の温度で約３０分間の時間の第二の硬化処理に供すること
   を含む、該プロセス。
7. 前記第一の硬化処理および前記第二の硬化処理は、室温から１３０〜１５０℃の間の範囲の温度へ、１分間あたり１〜１０℃の間の加熱速度で加熱すること、およびその温度で３０〜１２０分間保持すること、それに引き続いて、２５０〜３００℃の間の範囲の温度へ、１分間あたり１〜１０℃の間の加熱速度で加熱すること、およびその温度で３０〜６０分間保持することによって、単一の傾斜工程へと組み合わされる、請求項６に記載のプロセス。