KR101835145B1 - 유기 필름을 포함하는 잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재 - Google Patents

유기 필름을 포함하는 잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재 Download PDF

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Abstract

잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재는 공유결합 유기 골격 구조로 배열된 복수의 세그먼트와 복수의 링커를 가진 구조적 유기 필름(SOF)를 포함하는 최외각층을 가지고, 상기 구조적 유기 필름은 다수의 세그먼트 두께일 수 있다.

Description

유기 필름을 포함하는 잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재{IMAGING MEMBERS FOR INK-BASED DIGITAL PRINTING COMPRISING STRUCTURED ORGANIC FILMS}
본 발명은 구조적 유기 필름을 포함하는 잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재에 관한 것이다.
전자 사진, 전자 사진 이미징 또는 정전 사진 이미징에서, 전도층에 광전도성 절연층을 포함하는 전자 사진 판, 드럼, 벨트 등(이미징 부재 또는 광수용체)의 표면은 첫째로 정전기적으로 균일하게 충전된다. 그 후 이미징 부재는 빛과 같은 전자기 방사선을 활성화시키는 패턴에 노출된다. 방사선은 광전도성 절연층의 조명된 부분에 전하를 선택적으로 소멸시키고 조명되지 않은 부분은 정전기 잠상을 남겨놓게 된다. 정전기 잠상은 광전도성 절연층의 표면에 균일하게 나눠진 검전 표시 입자들을 증착시켜 볼 수 있는 이미지를 형성하도록 현상될 수 있다. 볼 수 있는 이미지는 이미징 부재로부터 슬라이드 또는 종이와 같은 인쇄 기판으로 직접적 또는 간접적으로(예컨대 전사 또는 또 다른 부재에 의해) 전사될 수 있다. 상기 이미징 공정은 재사용가능한 이미징 부재로 수차례 반복될 수 있다.
전자 사진 이미징 부재는 여러 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 이미징 부재는 유리질 세레늄과 같은 단일 물질의 균질한 층일 수 있거나 광전도체 및 또 다른 물질을 포함하는 복합층일 수 있다. 추가로, 이미징 부재는 층을 이룰 수 있다. 층을 이룬 유기 이미징 부재는 일반적으로 적어도 하나의 기판층 및 두개의 활성층을 가진다. 활성층은 일반적으로 (1) 빛-흡수 물질을 포함하는 전하 발생층 및 (2) 전자 도너 분자를 포함하는 전하 이송층을 포함한다. 상기 층들은 임의의 순서로 형성될 수 있고, 단일 또는 혼합층으로 결합될 수 있다. 기판층은 전도성 물질로부터 형성될 수 있다. 또한, 전도층은 비전도성 기판에 형성될 수 있다.
이미징 부재는 일반적으로 반복적인 전자 사진 사이클링에 노출되고, 노출된 전하 이송층은 마모, 화학 침식, 열 및 빛의 다수의 노출에 영향을 받게 된다. 반복적인 사이클링은 노출된 전하 이송층의 기계적, 전기적 특성들을 점진적으로 열화시킨다. 상기의 문제점을 극복하기 위한 시도가 있어왔다. 그러나, 하나의 문제점을 해결하면 추가적인 문제가 생성한다.
예를 들어, 또 다른 이미지 부재 시스템은 노출된 영역의 기계적, 전기적 특성들이 점차적으로 열화되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허번호 2,324,550 및 4,078,927에는 리소그래피 잉크 시스템이 기술되어 있고, 그룬드라흐(Grundlach) 등에 의해 기술된 미국 특허번호 3,801,315는 이미지 전사 영역에서 점진적으로 열화되는 그라비아(gravure) 잉크 시스템이 기술되어 있다.
발명의 목적은 유기 필름을 포함하는 잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재를 제공하는 것이다.
본 발명은 기판; 전하 발생층(charge generating layer); 선택적 전하 이송층(optional charge transport layer); 및 최외곽 층(outermost layer)을 포함하고, 상기 최외곽 층은 공유결합 유기 골격 구조(COF)로 배열되는 복수의 세그먼트(segement)와 복수의 링커(lineker)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재를 제공하고, 이러한 이미징 부재를 제조하는 방법을 제공한다.
도 1은 SOF를 포함하는 광수용체의 측면도를 나타낸다.
도 2 는 SOF를 포함하는 광수용체의 단순화된 측면도를 나타낸다.
도 3은 SOF를 포함하는 광수용체의 단순화된 측면도를 나타낸다.
도 4는 N4,N4,N4',N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민만 액체 반응 혼합물(상부)에 첨가하고, 벤젠-1,4-디메탄올은 액체 반응 혼합물(중간부)에 첨가하며, SOF를 형성하는데 필요한 성분들은 액체 반응 혼합물(하부)에 있는 대조 실험 혼합물의 생성물의 FT-IR 스펙트럼을 비교하는 그래프이다.
도 5는 N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민 세그먼트, p-크실릴 세그먼트 및 에테르 링커를 포함하는 SOF의 FT-IR 스펙트럼의 그래프이다.
도 6은 N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민 세그먼트, n-헥실 세그먼트 및 에테르 링커를 포함하는 SOF의 FT-IR 스펙트럼의 그래프이다.
도 7은 N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민 세그먼트, 4,4'-(시클로헥산-1,1-디일)디페닐 및 에테르 링커를 포함하는 SOF의 FT-IR 스펙트럼의 그래프이다.
도 8은 트리페닐아민 세그먼트 및 에테르 링커를 포함하는 SOF의 FT-IR 스펙트럼의 그래프이다.
도 9는 트리페닐아민 세그먼트, 벤젠 세그먼트 및 이민 링커를 포함하는 SOF의 FT-IR 스펙트럼의 그래프이다.
도 10은 트리페닐아민 세그먼트 및 이민 링커를 포함하는 SOF의 FT-IR 스펙트럼의 그래프이다.
도 11은 SOF 오버코트층의 광전도성을 도시하는 PIDC(photo-induced discharge curve) 그래프이다.
도 12는 왁스 첨가물을 함유하는 SOF 오버코트층의 광전도성을 예시하는 PIDC 그래프이다.
도 13은 SOF 오버코트층의 광전도성을 예시하는 PIDC 그래프이다.
도 14는 실시예 7 및 18에서 제조된 SOF에 대한 2차원 X-선 산란 데이터의 그래프이다.
도 15 다양한 오버코트층의 광전도성을 예시하는 PIDC 그래프이다.
도 16은 다양한 SOF 오버코트층에 대해 얻어지는 사이클링 데이터의 그래프이다.
본 발명은 디지털 인쇄 애플리케이션을 위한 이미징 부재, 광수용체(photoreceptor), 광전도체(photoconductor) 등에 관한 것으로 예컨대 그 이미징 표면 내에 구조적 유기 필름(SOF)을 포함한다. 또한, 본 발명은 강성 또는 드럼 광전도체, 단층 또는 다층 가요성 벨트 이미징 부재, 또는 기판과 같은 선택적 지지 매체, SOF를 포함하는 광생성층, 전하 이송층, 및 폴리머 코팅층, 선택적 접착층 및 선택적 홀 차단 또는 언더코트층(undercoat layer)으로 구성되는 장치에 관한 것이다.
본 발명에서 기술하는 이미징 부재, 광수용체 및 광전도체(또는 이들의 이미징 표면)는 약 24 시간 이상, 또는 약 48 시간 이상, 또는 약 72 시간 이상, 예컨대 약 96 시간 또는 약 144 시간 연속적으로 잉크에 노출된 후 손상이 없거나 실질적인 물리적 손상이 없어("물리적 손상(physical damage)"은 크랙킹(cracking), 크레이징, 결정화, 상 분리 및 추출과 같은 눈으로 감지할 수 있는 손상을 의미한다; "물질적 손상이 실질적으로 없음(substantially no physical damage)"은 물리적 손상을 나타내는 표면이 2% 이하 또는 1%이하를 의미한다) 우수한 내마모성을 나타내고; 수명이 연장되며; 생성된 최종 인쇄물에서 스크래치가 보이는 곳에서 스크래치로 인해 바람직하지 못한 인쇄 실패를 나타낼 수 있는 이미징 부재의 표면층 또는 표면층들 상(이미징 표면(들))에서의 이미징 부재 스크래치를 없애거나 최소화하고; 우수한 전기 특성을 보이고; 연장된 전기 사이클링 후 최소 사이클 업(minimum cycle up)을 가지고; 삭제 실행에 대한 저항 증가를 가지고; 용매 저항성을 가지고; 기계적 견고함을 가진다. 또한, 구현예에서 본 발명에서 기술하는 이미징 또는 광전도성 부재(및/또는 이에 대한 이미징 표면)는 뛰어난, 그리고 많은 경우에 낮은 Vr(잔류 전위), 그리고 적합할 때 Vr 사이클 업(cycle up)의 실질적 방지; 높은 감도; 낮은 수용성의 이미징 고스팅(ghosting) 특성; 및 바람직한 토너 세척성을 갖는다.
전하 이송층내와 같은 이미징 부재 내 또는 이미징 표면과 같은 이미징 부재의 또 다른 외부층에 SOF를 도입하는 것은 잉크 감소 또는 토너 접착 및 그 결과로 덜 가혹한 세척, 향상된 전사 및 증가된 내마모성과 같은 이점을 제공할 수 있다.
이미징 부재는 중간 전사 벨트, 시트, 롤러 또는 디지털 장치를 포함하는 제로그래픽(xerographic)에서 유용한 필름이다. 반면, SOF를 포함하는 상기 이미징 부재는 광수용체, 융합 부재(fusing member), 트랜스픽스 부재(transfix member), 바이어스 전사 부재(bias transfer member), 바이어스 충전 부재(bias charging member), 현상 부재(developer memeber), 이미지 형성 부재(image bearing member), 컨베이어 부재(conveyor member), 세척 부재(cleaning member) 및 접촉 정전 인쇄 애플리케이션, 디지털을 포함하는 제로 그래픽 애플리케이션 등과 같은 많은 상이한 공정 및 구성 요소들에 대한 벨트(belt), 롤러(roller), 드럴트(drelt)(드럼/벨트(drum/belt) 하이브리드)로서 유용할 수 있다. 또한, 본 발명의 이미징 부재는 액상 및 건조 분말 제로그래픽 구조(xerographic architecture)로 사용될 수 있다.
SOF가 오버코팅된 광수용체는 정전 근접 인쇄(SLIC)와 같은 애플리케이션에서 더 높은 기압에서 사용가능하도록 향상된 기계적 견고성(robustness)을 나타내고, 이는 금속 또는 세라믹 그라비아 롤러와 물리적으로 접촉하는 광수용체에 좌우된다. 증가된 압력은 현상 닙 조건(development nip condition)이 더욱 균일하게 되도록 돕는 한 방식이고, 더욱 균일한 인쇄를 가능하게 하는 방법이다. 구현예들에서, 압력은 적어도 약 2배 또는 약 4배로 증가시킬 수 있고, 압력은 일반적으로 인장상태의 벨트를 이용하거나 광수용체 아래 두꺼운 폼(foam)을 이용하여 적용된다.
또한, 여기서 기술하는 이미징 부재로 이미징 또는 인쇄하는 방법은 본 발명의 범주 내에 포함된다.
"잉크 기반 디지털 인쇄(Ink-based digital printing)"는 그라비아, 플렉소그래피(flexography), 및 오프셋 인쇄(offset printing)와 같은 다양한 인쇄 기술을 의미하고, 이는 다양한 유형의 잉크를 적용할 수 있다. 상기 잉크는 약 100 cp 이상의 점도를 가진 액상 잉크 또는 약 100 cp 내지 약 200,000 cp의 점도를 가진 액상 잉크를 포함할 수 있다.
"SOF"는 일반적으로 거시적 수준에서의 공유결합 유기 골격 구조(COF)를 의미한다. "거시적 수준(macroscopic level)"은 존재하는 SOF를 육안으로 볼 수 있는 것을 의미한다. COF는 "미시적 수준(microscopic level)" 또는 "분자 수준(molecular level)"(확대 장치의 사용이 필요로 하거나 산란 방법을 이용하여 평가)에서의 네트워크임에도 불구하고, 본 발명의 SOF는 "거시적 수준"에서 완전히 상이하며, 이는 필름이 미시적 수준의 COF 네크워크보다 적용범위에서 몇배 크기 때문이다. 여기에서 기술하는 SOF는 종래 합성된 일반적인 COF와는 많이 상이한 거시적 몰폴로지를 가진다.
또한, 캡핑 유닛(capping unit)이 SOF로 도입될 때 SOF 골격 구조는 상기 캡핑 유닛이 존재하는 곳에서 국지적으로 '중단된다(interrupted)'. 캡핑 유닛이 존재할 때 이물 분자(foreign molecule)는 SOF 골격 구조와 결합하기 때문에 이러한 SOF 구성 요소는 '공유결합으로 도핑된다(covalently doped)'. 캡핑된 SOF 구성요소는 구성 성분인 빌딩 블록의 변경 없이 SOF의 특성을 바꿀 수 있다.
SOF는 밀리미터에서 미터 또는 수백 미터 보다 휠씬 큰 길이로 연장될 수 있는 연속적인 공유결합 유기 골격 구조를 가진 핀홀이 없는 SOF 또는 실질적으로 핀홀이 없는 SOF일 수 있다. SOF는 일반적으로 2차원 SOF가 3차원보다 휠씬 큰 곳에서 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지는 경향이 있다. SOF는 COF 입자들의 집합체보다 현저하게 적은 거시적 크기의 에지(edge) 및 연결되지 않은 외부 표면들을 가진다.
"실질적으로 핀홀이 없는 SOF(substantially pinhole-free SOF)" 또는 "핀홀이 없는 SOF(pinhole-free SOF)"는 하부 기판 표면에 증착되는 반응 혼합물로부터 형성된다. "실질적으로 핀홀이 없는 SOF"는 SOF가 형성된 하부 기판으로부터 제거되거나 제거되지 않을 수 있고, 평방센티미터 당 두 개의 인접한 세그먼트의 중심 사이 거리 보다 큰 핀홀, 구멍 또는 갭이 실질적으로 포함되지 않거나; ㎠ 당 직경이 약 250 나노미터보다 큰 핀홀, 구멍 또는 갭이 10 개보다 적거나, ㎠ 당 직경이 약 100 나노미터보다 큰 핀홀, 구멍 또는 갭이 5 개보다 적게 포함되는 SOF를 의미한다. "핀홀이 없는 SOF"는 마이크론2 당 두 개의 인접한 세그먼트의 중심 사이 거리보다 큰 핀홀, 구멍 또는 갭이 포함되지 않는 SOF 또는 마이크론2 당 직경이 약 500 옹스트롬, 약 250 옹스트롬 또는 약 100 옹스트롬보다 큰 핀홀, 구멍 또는 갭이 없는 SOF를 의미한다.
SOF는 탄소가 아닌 원소 중 적어도 하나의 원자를 포함할 수 있거나, 수소, 산소, 질소, 규소, 인, 셀레늄, 불소, 붕소 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원자를 포함할 수 있다. SOF는 보록신-(boroxine-), 보라진-(borazine-), 보로실리케이트-(borosilicate-) 및 보로네이트 에스테르(boronate ester-)가 없는 SOF일 수 있다.
SOF는 세그먼트(S)와 작용기(Fg)를 가지는 분자 빌딩 블록들을 포함할 수 있다. 분자 빌딩 블록들은 적어도 두 개의 작용기(x≥2)를 필요로 하고, 단일 유형의 작용기 또는 두개 이상 유형의 작용기를 포함할 수 있다. 작용기는 SOF 형성 공정 동안 세그먼트를 서로 연결하는 화학 반응에 참여하는 분자 빌딩 블록들의 반응 화학적 모이어티(moiety)이다. 세그먼트는 작용기를 지원하고 작용기와 결합되지 않은 모든 원자를 포함하는 분자 빌딩 블록의 일부이다. 분자 빌딩 블록 세그먼트의 구성 요소는 SOF 형성 후 변경되지 않은 채 남아있게 된다.
작용기는 SOF 형성 공정 동안 세그먼트를 서로 연결하는 화학 반응에 참여하는 분자 빌딩 블록들의 반응 화학적 모이어티이다. 작용기는 단일 원자로 구성될 수 있거나, 하나 이상의 원자로 구성될 수 있다. 작용기의 일례는 할로겐(halogen), 알콜(alcohol), 에테르(ether), 케톤(ketone), 카르복실산(carboxylic acid), 에스테르(ester), 카보네이트(carbonate), 아민(amine), 아미드(amide), 이민(imine), 우레아(urea), 알데하이드(aldehyde), 이소시아네이트(isocyanate), 토실레이트(tosylate), 알켄(alkene), 알킨(alkyne)을 포함한다.
분자 빌딩 블록은 복수의 화학적 모이어티를 포함하나, 상기 화학적 모이어티의 일부만이 SOF 형성 공정 동안 작용기로 사용된다. 화학적 모이어티가 작용기로 고려되는지 여부는 SOF 형성 공정을 위해 선택되는 반응 조건에 좌우된다. 작용기는 반응성 모이어티(SOF 형성 공정 동안 작용기)인 화학적 모이어티를 나타낸다.
SOF 형성 공정에서 작용기 구성 요소는 원자를 잃거나 얻음 또는 이들 모두를 통해 변경되거나; 작용기는 모두 잃을 수 있다. SOF에서, 작용기와 미리 결합된 원자는 링커 그룹과 결합하게 되고, 링커 그룹은 세그먼트와 함께 결합하는 화학적 모이어티이다. 분자 빌딩 블록 작용기의 일부로 확인되는 원자 또는 원자군은 SOF의 링커 그룹내에서 보호될 수 있다.
캡핑 유닛은 SOF에 존재하는 공유결합된 빌딩 블록들의 규칙적인 네트워크를 '중단(interrupt)'하는 분자들이다. 캡핑된 SOF 구성 요소는 조정할 수 있는 물질이고, 이들의 특성은 도입되는 캡핑 유닛의 유형과 양에 따라 달라질 수 있다. 캡핑 유닛은 작용기 및/또는 화학적 모이어티의 단일 유형 또는 둘 이상의 유형을 포함할 수 있다.
캡핑 유닛은 첨가되는 임의의 분자 빌딩 블록들의 구조와 관련이 없는 구조를 가질 수 있으며, 궁극적으로 SOF가 된다.
캡핑 유닛은 분자 빌딩 블록들 중 하나의 구조와 실질적으로 대응되는 구조를 가질 수 있지만, 작용기 중 하나 이상은 SOF 형성 공정 동안 없어지거나 세그먼트가 서로 연결되는 화학 반응(초기에는 존재하지 않는 빌딩 블록들의 작용기(들)로)에 참여하지 않을 상이한 화학적 모이어티 또는 작용기로 교체되었다.
캡핑 유닛은 캡핑 유닛의 혼합물 또는 제1 캡핑 유닛, 제2 캡핑 유닛, 제3 캡핑 유닛, 제4 캡핑 유닛 등의 임의의 조합을 포함할 수 있고, 여기서 캡핑 유닛의 구조는 각기 다르다. 캡핑 유닛 또는 다수의 캡핑 유닛 조합의 구조는 SOF의 화학적 및 물리적 특성을 향상시키거나 약화시키도록 선택될 수 있거나; SOF 형성 공정 동안 세그먼트를 서로 연결하는 화학 반응에 참여하기에 적합하지 않거나 보완적이지 않은 화학적 모이어티 또는 작용기(들)의 아이덴티티는 캡핑 유닛 혼합물을 형성하기 위해 달라질 수 있다. 따라서, SOF 골격 구조에 도입되는 캡핑 유닛 유형은 SOF의 바람직한 특성을 도입하거나 조정하도록 선택될 수 있다.
SOF는 SOF의 에지에 위치하지 않고, 적어도 세개의 서로 다른 세그먼트 및/또는 캡핑 그룹(capping group)으로 링커에 의해 연결되는 세그먼트를 포함할 수 있다. 타입 2 및 3의 SOF는 SOF의 에지에 위치하지 않고 적어도 세개의 또 다른 세그먼트 및/또는 캡핑 그룹으로 링커에 의해 연결되는 적어도 하나의 세그먼트 타입을 포함한다. SOF는 이상적인 삼각형 빌딩 블록, 변형된(distorted) 삼각형 빌딩 블록, 이상적인 사면체 빌딩 블록, 변형된 사면체 빌딩 블록, 이상적인 사각형 빌딩 블록 및 변형된 사각형 빌딩 블록으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 대칭적인 빌딩 블록을 포함할 수 있다.
SOF는 복수의 세그먼트를 포함할 수 있고, 모든 세그먼트는 동일한 구조 및 동일한 구조를 가지거나 가지지 않는 복수의 링커를 가지며, 여기서 SOF의 에지에 있지 않는 세그먼트는 적어도 세개의 다른 세그먼트 및/또는 캡핑 그룹으로 링커에 의해 연결된다. SOF는 구조가 서로 상이한 제1 및 제2 세그먼트를 포함하는 복수의 세그먼트를 포함할 수 있고, 제1 세그먼트는 SOF의 에지에 있지 않을 경우 적어도 세개의 다른 세그먼트 및/또는 캡핑 그룹으로 링커에 의해 연결된다.
SOF는 구조가 서로 상이한 적어도 제1 및 제2 링커를 포함하는 복수의 링커 및 구조가 서로 상이한 적어도 제1 및 제2 세그먼트를 포함하는 복수의 세그먼트를 포함할 수 있고, 이때 제1 세그먼트는 SOF의 에지에 있지 않을 경우 적어도 세개의 다른 세그먼트 및/또는 캡핑 그룹과 연결되며, 연결 중 적어도 하나는 제1 링커를 통해 이루어지고, 연결 중 적어도 하나는 제2 링커를 통해 이루어지며; 또는 SOF는 모두 동일한 구조를 가지는 세그먼트를 포함하고, SOF의 에지에 있지 않은 세그먼트는 적어도 세개의 다른 세그먼트 및/또는 캡핑 그룹과 링커에 의해 연결되며, 연결 중 적어도 하나는 제1 링커를 통해 이루어지고, 연결 중 적어도 하나는 제2 링커를 통해 이루어진다.
세그먼트는 작용기를 지지하는 분자 빌딩 블록의 일부이고, 작용기와 결합되지 않은 모든 원자를 포함한다. 또한, 분자 빌딩 블록 세그먼트의 구성 요소는 SOF 형성 후 변하지 않은채 남아있게 된다. SOF는 제2 세그먼트와 동일하거나 상이한 구조를 갖는 제1 세그먼트를 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2 세그먼트의 구조는 제3 세그먼트, 제4 세그먼트, 제5 세그먼트 등과 동일하거나 상이할 수 있다. 세그먼트는 또한 경향이 있는(inclined) 특성을 제공할 수 있는 분자 빌딩 블록의 일부이다.
SOF의 대표적인 세그먼트는 탄소가 아닌 원소 중 적어도 하나의 원자 또는 수소, 산소, 질소, 규소, 인, 셀레늄, 불소, 붕소 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원자를 포함할 수 있다.
링커는 분자 빌딩 블록 및/또는 캡핑 유닛에 존재하는 작용기 사이의 화학 반응시 SOF에 나타나는 화학적 모이어티이다.
링커는 공유 결합, 단일 원자 또는 공유결합된 원자군을 포함할 수 있다. 공유결합 링커(covalent bond linker)는 단일 공유결합 또는 이중 공유결합이고, 모든 협력된 빌딩 블록들에서 작용기가 완전히 없어지면 나타난다. 화학적 모이어티 링커는 단일 공유결합, 이중 공유결합 또는 이들의 조합에 의해 서로 결합된 하나 이상의 원자를 가진다. 화학적 모이어티 링커는 에스테르, 케톤, 아미드, 이민, 에테르, 우레탄, 카보네이트 등 또는 이들의 유래체와 같은 화학 그룹일 수 있다.
두 개의 히드록실 작용기가 산소 원자를 통해 SOF에서 세그먼트를 연결하는 데 사용되는 경우 링커는 산소 원자(에테르 링커)이다. SOF는 제2 링커와 동일하거나 상이한 구조를 가진 제1 링커를 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2 링커의 구조는 제3 링커 등과 동일하거나 상이할 수 있다.
캡핑 유닛은 일반적인 SOF 골격 구조가 충분히 유지되는 한 임의의 바람직한 양으로 SOF에 결합될 수 있다. 캡핑 유닛은 모든 링커의 적어도 0.1%로 결합될 수 있지만, SOF에 존재하는 모든 링커의 약 40% 이하이고, 또는 약 0.5% 내지 약 30%, 또는 약 2% 내지 약 20%로 결합될 수 있다. 실질적으로 모든 세그먼트는 적어도 하나의 캡핑 유닛과 결합될 수 있고, 여기서 "실질적으로 모든(substantially all)"은 SOF 세그먼트의 약 95% 이상 또는 약 99% 이상을 의미한다.
대표적인 링커는 탄소가 아닌 원소 중 적어도 하나의 원자 또는 수소, 산소, 질소, 규소, 인, 셀레늄, 황, 붕소 및 황으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원자를 포함한다.
SOF는, 예를 들어 약 30:1 이상, 약 50:1 이상, 약 70:1 이상, 약 100:1 이상 또는 약 1000:1 이상의 적절한 종횡비를 가진다. SOF의 종횡비는 평균 폭 또는 직경(두께 다음으로 큰 치수) 대 평균 두께(가장 짧은 치수)의 비로 정의된다. SOF의 가장 긴 치수는 길이이며, SOF 종횡비 계산에서는 고려되지 않는다.
일반적으로, SOF는 약 500 마이크로미터, 약 10 ㎜ 또는 약 30 ㎜ 이상의 직경 또는 폭과 길이를 가진다. SOF는 하기에서 나타낸 두께를 가진다: 모노-세그먼트 두께층에 대해 약 10 Å 내지 약 250 Å 또는 약 20 Å 내지 약 200 Å 및 다수-세그먼트 두께층에 대해 약 20 ㎚ 내지 약 5 ㎜ 또는 약 50 ㎚ 내지 약 10 ㎜.
SOF는 단층 또는 복수층을 포함할 수 있다. 복수층으로 이루어진 SOF는 물리적으로 결합(예를 들어, 쌍극자 및 수소결합)될 수 있거나 화학적으로 결합될 수 있다. 물리적으로 부착된 층은 약한 층간 상호작용 또는 접착에 의한 것이고; 그러므로 물리적으로 부착된 층은 서로 갈라질 수 있다. 화학적으로 부착된 층은 화학적 결합(예를 들어, 공유결합 또는 이온결합)을 가진다고 예측되거나 인접한 층과 강하게 연결되는 수많은 물리적 또는 분자간(초분자(supramolecular)) 얽힘을 가진다고 예측된다.
SOF는 단층(단일-세그먼트 두께 또는 다수-세그먼트 두께) 또는 다층(단일-세그먼트 두께 또는 다수-세그먼트 두께인 개개의 층)일 수 있다. "두께(thickness)"는 필름의 가장 작은 치수를 의미한다. 또한, 필름의 두께는 필름 단면을 보았을 때 필름의 축방향을 따라 계수된 세그먼트의 수에 의해 정의될 수 있다. "단일층(monolayer)" SOF는 하나의 세그먼트 두께이다. 두 개 이상의 세그먼트가 축을 따라 존재하는 SOF는 "다수-세그먼트" 두께 SOF이다.
물리적으로 부착된 다층 SOF를 제조하는 대표적인 방법은 하기를 포함한다: (1) 제1 경화 주기(curing cycle)로 경화되는 베이스 SOF 층을 형성하는 단계, 및 (2) 상기 베이스 층 위에 제2 반응성 습식층(wet layer)을 형성한 후 제2 경화 주기에 의해 경화하는 단계 및 원하는 경우 제3층, 제4층 등을 형성하기 위해 (2) 단계를 반복하는 단계. 물리적으로 적층된 다층 SOF는 약 1 ㎚ 내지 약 10 ㎜ 또는 약 0.1 ㎜ 내지 약 5 ㎜와 같은 약 20 Å 이상 또는 약 20 Å 내지 약 10 ㎝의 두께를 가질 수 있다.
화학적으로 결합된 다층 SOF를 제조하는 방법은 하기를 포함한다: (1) 제1 반응성 습식층으로부터 표면에 존재하는 작용기(또는 댕글링(dangling) 작용기)를 가지는 베이스 SOF 층을 형성하는 단계, 및 (2) 베이스 SOF 층의 표면에서 댕글링 작용기와 반응할 수 있는 작용기를 가진 분자 빌딩 블록을 포함하는 제2 반응성 습식층으로부터 상기 베이스 층 위에 제2 SOF 층을 형성하는 단계. 캡핑된 SOF는 작용기가 존재하는 곳에서 베이스층 역할을 할 수 있으며, 베이스층 SOF 형성 공정 동안 세그먼트를 연결하는 임의의 화학 반응에 참여하기에 적절하거나 보완적이지 않는 베이스층은 화학적으로 결합된 다층 SOF로부터 제2 층의 분자 빌딩 블록과 반응할 수 있다. 제2 SOF를 형성하는데 사용되는 제제(formulation)는 베이스층으로부터 작용기와 반응할 수 있는 작용기뿐만 아니라 제3층이 제2층과 화학적으로 결합하게 할 추가적인 작용기를 가진 분자 빌딩 블록을 포함하여야 한다. 화학적으로 적층된 다층 SOF는 약 20 Å 이상, 약 20 Å 내지 약 10 ㎝, 약 1 ㎚ 내지 약 10 ㎜ 또는 약 0.1 ㎜ 내지 약 5 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 대체적으로 물리적 또는 화학적으로 적층되는 다수의 층으로 상기 공정을 제한하는 것은 아니다.
SOF 또는 캡핑된 SOF의 표면에 존재하는 댕글링 작용기 또는 화학적 모이어티는 베이스층, 추가적인 기판 또는 SOF 층에 임의의 부류의 분자 또는 개개의 분자가 공유결합적으로 결합하기 위한 성향을 증가시키기 위해 변경될 수 있다. 반응성 댕글링 작용기를 포함할 수 있는 베이스층 또는 SOF 층의 표면은 화학적 캡핑 그룹으로 표면처리하여 안정화되게(pacified) 할 수 있다. 댕글링 히드록실 알콜기를 가진 SOF 층은 안정한 트리메틸시릴에테르(trimethylsilylether)처럼 히드록실기를 캡핑한 트리메틸시릴클로라이드(trimethylsilylchloride)로 처리함으로써 진정되게 할 수 있다. 또는, 베이스층의 표면은 다음(subsequent)의 층으로부터의 댕글링 작용기와 반응하는 것을 막기 위해 비화학적 결합제(bonding agent)로 처리될 수 있다.
분자 빌딩 블록 대칭은 분자 빌딩 블록 세그먼트 주위에 작용기(Fgs)를 위치시키는 것과 관련있다. 대칭적 분자 빌딩 블록은 작용기를 위치시키는 것이 막대 말단, 규칙적인 기하학적 형상의 정점 또는 변형된 막대 또는 변형된 기하학적 모양의 정점과 결합될 수 있다는 것이다. 4개의 작용기를 포함하는 분자 빌딩 블록에 대한 가장 대칭적인 선택은 작용기가 정사각형의 모서리 또는 사면체의 정점과 중첩되는 것이다.
대칭적인 빌딩 블록을 사용하는 것은 두 가지 이유 때문에 실행된다: (1) 분자 빌딩 블록의 패터닝은 규칙적인 형상의 연결이 망상 화학(reticular chemistry)에서 더욱 잘 이해되는 공정이기 때문에 예측이 더욱 잘 될 수 있고, (2) 덜 대칭적인 빌딩 블록에서 잘못된 형태/배향(errant conformation/orientation)이 적용될 수 있기 때문에 분자 빌딩 블록 사이에 완전한 반응을 촉진시키고 이는 SOF내 수많은 연결 결점(linking defect)들을 가능한한 초기화할 수 있다.
SOF는 이상적인 삼각 빌딩 블록, 변형된 삼각 빌딩 블록, 이상적인 사면체 빌딩 블록, 변형된 사면체 빌딩 블록, 이상적인 사각형 빌딩 블록 및 변형된 사각형 빌딩 블록으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 대칭 빌딩 블록을 포함할 수 있다.
연결 화학(linking chemistry)은 작용기 사이의 반응이 필름 형성 공정 동안 또는 이후에 SOF로부터 크게 증발되거나 없어질 수 있는 휘발성 부산물을 생성하거나 부산물이 형성되지 않는 곳에서 생성할 수 있다. 연결 화학 반응은 융합, 첨가/제거 및 에스테르, 이민, 에테르, 카보네이트, 우레탄, 아미드, 아세탈 및 실릴에테르(silyl ether)를 생성시키는 것과 같은 첨가 반응을 포함한다.
많이 남아있는 비-휘발성 부산물을 생성하는 작용기 사이의 반응은 필름 형성 공정 후 SOF 내에서 수행된다. 연결 화학 반응은 치환(substitution), 복분해(metathesis) 및 탄소-탄소 결합을 생성시키는 것과 같은 금속 촉매 결합 반응(metal catalyzed coupling reaction)을 포함한다.
또한, SOF는 높은 열 안정성(일반적으로 대기 조건하에서 400 ℃ 이상); 유기 용매에서 낮은 용해성(화학적 안정성) 및 다공성(가역적 게스트 업테이크 가능)을 가질 수 있다.
추가된 기능은 종래의 COF에서 본래 가지고 있지 않은 특성을 나타내고, 분자 구성 요소가 결과물인 SOF에 추가된 기능을 제공하는 분자 빌딩 블록을 선택함으로써 나타날 수 있다. 이러한 추가된 기능에 대해 "경향이 있는 특성"을 가진 분자 빌딩 블록의 집합체에서 추가된 기능이 발생할 수 있다. 또한, 추가된 기능에 대해 "경향이 있는 특성"을 가지지 않은 분자 빌딩 블록의 집합체에서 추가된 기능이 발생할 수 있지만, 결과물인 SOF는 연결된 세그먼트(S) 및 SOF로의 링커의 결과로서 추가된 기능을 가진다. 또한, 세그먼트 및 SOF로의 링커와 서로 연결될 때 경향이 있는 특성이 변형되거나 향상되는 추가된 기능에 대해 "경향이 있는 특성"을 갖는 분자 빌딩 블록을 사용하여 결합된 효과로부터 추가된 기능이 발현할 수 있다.
분자 빌딩 블록의 "경향이 있는 특성"이라는 용어는 세그먼트의 분자 구성 요소를 조사함으로써 당업자가 논리적으로 확인할 수 있는 임의의 분자 구성 요소 또는 특성이 존재하는지에 의해 알려진 특성을 의미한다. "경향이 있는 특성" 및 "추가된 기능(added functionality)"이라는 용어는 동일하고 일반적인 특성(예를 들어, 소수성, 전기활성 등)을 의미하지만, "경향이 있는 특성"은 분자 빌딩 블록의 문맥에서 사용되고, "추가된 기능"은 SOF의 문맥에서 사용된다.
SOF의 소수성(초 소수성), 친수성, 소유성(초 소유성), 친유성, 광색성(photochromic) 및/또는 전기활성(전도체, 반도체, 전하 이송 물질) 특성들은 SOF의 "추가된 기능"을 나타내는 특성들의 일례이다.
소수성(초 소수성)은 물 또는 또 다른 극성 종(species)을 밀어내는 특성을 의미하고, (1) 결과물로서 물을 흡수하고/하거나 팽창할 수 없고 (2) 물 또는 또 다른 수소 결합 종에 강한 수소 결합을 형성할 수 없는 것을 의미한다.
친수성은 끌어당김, 흡수함, 물 또는 또 다른 극성 종을 흡수함, 또는 상기와 같은 종에 의해 쉽게 젖게 되는 표면의 특성을 의미한다. 또한, 친수성은 물 또는 또 다른 수소 결합 종과 강한 결합 또는 다수의 수소결합을 형성할 수 있는 것을 의미한다.
소유성(lipophobic, oleophobic)은 오일 또는 또 다른 비 극성 종을 밀어내는 특성을 의미한다.
친유성(lipophilic, oleophilic)은 오일 또는 또 다른 비 극성 종을 끌어당기는 특성을 의미한다.
광색성은 전자기 방사선에 노출되었을 때 가역적인 색 변화를 보여주는 능력을 의미한다. 광색성 분자를 포함하는 SOF 구성 요소는 제조될 수 있고, 전자기 방사선에 노출되었을 때 가역적인 색 변화를 보여줄 수 있다.
전기활성은 전하(전자 및/또는 홀)를 이송하는 특성을 의미한다. 전기활성 물질은 전도체, 반도체 및 전하 이송 물질을 포함한다. 전도체는 전위 차이 존재하에서 전하를 쉽게 이동시키는 물질로 정의된다. 반도체는 본래 전하를 전도하지 않지만 전위 차이 및 가해진 자극(전기장, 전자기 방사선, 열 등) 존재하에서 전도성이 될 수 있는 물질로 정의된다. 전하 이송 물질은 전위 차이 존재하에서 또 다른 물질(염료(dye), 안료(pigment) 또는 금속)로부터 전하가 주입되면 전하를 이송할 수 있는 물질로 정의된다.
전도체는 약 0.1 내지 약 107 S/㎝의 전위차계(potentiometer)를 이용하여 신호를 주는 물질이다.
반도체는 가해진 자극 존재하에서 약 10-6 내지 약 104 S/㎝인 전위차계를 이용하여 신호를 주는 물질로 정의될 수 있다. 또는, 반도체는 가해진 자극에 노출되면 10-10 내지 약 106 ㎠V-1s-1 범위에서 시간전파법(time-of-flight technique)을 이용하여 측정되는 전자 및/또는 홀 이동성을 가진 물질로 정의될 수 있다.
전하 이송 물질은 또한 10-10 내지 약 106 ㎠V-1s-1 범위에서 시간전파법을 이용하여 측정되는 전자 및/또는 홀 이동성을 가진 물질로 정의될 수 있다. 일부 환경하에서 전하 이송 물질은 또한 반도체로 분류될 수 있음을 주의해야 한다.
소수성이 추가된 기능을 가진 SOF는 소수성 경향이 있는 특성을 가진 분자 빌딩 블록을 이용하여 제조되고/되거나 마이크론 미만 내지 마이크론 크기의 거칠고, 특별한 질감이 있거나 다공성인 표면을 가질 수 있다. 마이크론 미만 내지 마이크론 규모의 거칠고, 특별한 질감이 있거나 다공성인 표면을 가진 소수성 물질을 기술하고 있는 논문은 Cassie와 Baxter에 의해 저술되었다(Cassie, A.B.D.; Baxter, S. Trans. Faraday Soc., 1944, 40, 546).
고-불소화된 세그먼트(소수성이 추가된 기능을 가진 SOF로 유래될 수 있음)는 하나 이상의 세그먼트(들)에 존재하는 수소 원자의 수에 의해 나눠지는 세그먼트(들)에 존재하는 다수의 불소 원자를 가진 세그먼트이다.
상기 불소화된 세그먼트는 테트라플루오로하이드로퀴논, 퍼플루오로아디프산 하이드레이트, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디페놀을 포함한다.
마이크론 미만 내지 마이크론 규모의 거칠고, 특별한 질감이 있거나, 다공성인 표면을 가진 SOF는 또한 소수성일 수 있다. 거칠고, 특별한 질감이 있거나 다공성인 SOF 표면은 필름 표면에 존재하는 댕글링 작용기 또는 SOF 골격 구조로부터 얻어질 수 있다. 패턴 유형 및 패터닝 정도는 분자 빌딩 블록의 지오메트리(geometry) 및 연결 화학 효율에 좌우된다. 표면 거칠기 또는 질감을 야기하는 형상 크기는 약 100 ㎚ 내지 약 10 ㎛ 또는 약 500 ㎚ 내지 약 5 ㎛이다.
극성 치환기를 갖는 세그먼트는 친수성 경향이 있는 특성을 가지고, 친수성 기능이 추가된 SOF로 될 수 있다. 극성 치환기는 물과 수소 결합을 형성할 수 있는 치환기를 의미하고, 하이드록실, 아미노, 암모늄 및 카보닐(케톤, 카르복실산, 에스테르, 아미드, 카보네이트, 우레아)을 포함한다.
전기활성 기능이 추가된 SOF는 전기활성 경향이 있는 특성을 가진 분자 빌딩 블록을 이용하여 제조될 수 있고/있거나 결합된(conjugated) 세그먼트 및 링커의 집합체로부터 얻어지는 전기활성일 수 있다.
홀 이송 기능이 추가된 SOF는 트리아릴아민, 하이드라존(U.S. Patent No. 7,202,002 B2) 및 엔아민(enamine, U.S. Patent No. 7,416,824 B2)을 포함하는 세그먼트 코어(segment core)를 선택하여 얻어질 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00001

트리아릴아민을 포함하는 세그먼트 코어:
Figure 112011062330246-pat00002
여기서 Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 및 Ar5 개개는 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 아릴기를 나타내거나 Ar5는 독립적으로 치환되거나 치환되지 않은 아릴렌기를 나타내고, k는 0 또는 1을 나타내고, Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 및 Ar5 중 적어도 두개는 Fg(앞에서 정의함)를 포함한다. Ar5는 치환된 페닐 고리, 치환된/치환되지 않은 페닐렌, 비페닐, 터페닐 등과 같은 치환된/치환되지 않은 1가로 연결된 방향족 고리, 또는 나프틸, 안트라닐, 페난트릴 등과 같은 치환된/치환되지 않은 융합된 방향족 고리로 치환될 수 있다.
홀 이송 기능이 추가된 아릴아민을 포함하는 세그먼트 코어는 트리페닐아민, N,N,N'N'-테트라페닐-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민, N,N'-비스(4-부틸페닐)-N,N'-디페닐-[p-터페닐]-4,4"-디아민; 하이드라존:N-페닐-N-메틸-3-(9-에틸)카르바질 하이드라존 및 4-디에틸 아미노 벤즈알데하이드-1,2-디페닐 하이드라존; 및 옥사디아졸: 2,5-비스(4-N,N'-디에틸아미노페닐)-1,2,4-옥사디아졸, 스틸벤 등과 같은 아릴아민을 포함한다.
홀 이송 특성 경향을 가진 트리아릴아민 코어 세그먼트를 포함하는 분자 빌딩 블록은 하기 화학구조 목록으로부터 유래될 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00003
Figure 112011067625473-pat00042

하이드라존을 포함하는 세그먼트 코어:
Figure 112011062330246-pat00005
여기서, Ar1, Ar2, 및 Ar3는 개개 독립적으로 하나 이상의 치환기를 선택적으로 포함하는 아릴기를 나타내고, R은 선택적으로 치환기를 포함하는 수소 원자, 아릴기 또는 알킬기를 나타내고; 이때 Ar1, Ar2 및 Ar3 중 적어도 두개는 Fg(앞에서 정의함)를 포함한다; 및 관련된 옥사디아졸:
Figure 112011062330246-pat00006
여기서, Ar 및 Ar1 개개은 독립적으로 Fg(앞에서 정의함)를 포함하는 아릴기를 나타낸다.
홀 이송 경향이 있는 특성을 가진 옥사디아졸 코어 세그먼트 및 하이드라존을 포함하는 분자 빌딩 블록은 하기 화학 구조 목록으로부터 유래될 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00007

Figure 112011067625473-pat00008

엔아민을 포함하는 세그먼트 코어:
Figure 112011062330246-pat00009
여기서, Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 개개 독립적으로 하나 이상의 치환기를 선택적으로 포함하는 아릴기 또는 하나 이상의 치환기를 선택적으로 포함하는 헤테로 고리를 나타내고, R은 치환기를 선택적으로 포함하는 수소 원자, 아릴기 또는 알킬기를 나타내며; 여기서 Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4 중 적어도 두개는 Fg(앞에서 정의함)를 포함한다.
홀 이송 경향이 있는 특성을 가진 엔아민 코어 세그먼트를 포함하는 분자 빌딩 블록은 하기 화학 구조 목록으로부터 유래될 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00010
전자 이송 기능이 추가된 SOF는 하기 일반적인 구조를 가지는 니트로플루오레논, 9-플루오레닐리덴 말로니트릴, 디페노퀴논 및 나프탈렌테트라카르복실 디이미드를 포함하는 세그먼트 코어를 선택함으로써 얻어질 수 있다.
Figure 112011067625473-pat00043
디페닐퀴논의 카보닐기는 SOF 형성 공정에서 Fg로 작용할 수 있다.
반도체 기능이 추가된 SOF는 아센(acene), 티오펜/올리고티오펜/융합 티오펜, 페릴렌 비스이미드 또는 테트라티오풀발렌 및 하기 일반적인 구조를 가진 유래체를 포함하는 세그먼트 코어를 선택함으로써 얻어질 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00012

SOF는 p형 반도체, n형 반도체 또는 양극성 반도체(ambipolar semiconductor)일 수 있다. SOF 반도체 유형은 분자 빌딩 블록의 특징에 좌우된다. 전자를 주는 특성을 가진 분자 빌딩 블록은 알킬, 알콕시, 아릴 및 아미노기를 포함하고, SOF에 존재할 때 SOF를 p형 반도체가 되게 할 수 있다. 전자를 끄는 분자 빌딩 블록은 시아노, 니트로, 플루오로, 불소화된 알킬 및 불소화된 아릴기를 포함하고, SOF를 n형 반도체가 되게 할 수 있다.
반도체 경향이 있는 특성을 가진 아센 코어 세그먼트를 포함하는 분자 빌딩 블록은 하기 화학구조를 포함하는 목록으로부터 유래될 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00013

반도체 경향이 있는 특성을 가지는 티오펜/올리고티오펜/융합 티오펜 코어 세그먼트를 포함하는 분자 빌딩 블록은 하기 화학 구조를 포함하는 목록으로부터 유래될 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00014

반도체 경향이 있는 특성을 가지는 페릴렌 비스이미드 코어 세그먼트를 포함하는 분자 빌딩 블록의 일례는 하기 화학 구조로부터 유래될 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00015

반도체 경향이 있는 특성을 갖는 테트라티오풀발렌을 포함하는 분자 빌딩 블록은 하기 화학 구조를 포함하는 목록으로부터 유래될 수 있다:
Figure 112011062330246-pat00016
여기서, Ar 각각은 독립적으로 하나 이상의 치환기를 선택적으로 포함하는 아릴기, 또는 하나 이상의 치환기를 선택적으로 포함하는 헤테로사이클기(heterocyclic group)를 나타낸다.
일반적으로 SOF 제조 공정은 다수의 활동(activity) 또는 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있거나 두개 이상의 활동이 동시에 수행되는 지점이 근접한 시간 내에서 수행될 수 있는 단계를 포함한다.
캡핑된 SOF 및/또는 복합물 SOF를 제조하기 위한 공정은 캡핑되지 않은 SOF를 제조하는데 사용되는 유사한 수의 활동 또는 단계를 일반적으로 포함한다. 제조된 SOF에서 캡핑 유닛의 바람직한 분포를 좌우하는 단계 a, b 또는 c 동안 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소가 추가될 수 있다. 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소 분포가 제조된 SOF에서 실질적으로 균일하기를 원한다면 캡핑 유닛은 단계 a 동안 추가될 수 있다. 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소의 불균질한 분포를 원한다면 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소의 추가는 단계 b 및 c 동안 이루어질 것이다.
상기 활동 또는 단계는 대기압, 초 대기압(super atmospheric) 또는 아대기압(subatmospheric)에서 수행될 수 있다. 약 0.5 atm 내지 약 1.5 atm 또는 약 0.8 atm 내지 약 1.2 atm과 같은 약 0.1 atm 내지 약 2 atm의 압력이 사용될 수 있다.
공정 단계 A: 액체 함유 반응 혼합물의 제조: 반응 혼합물은 액체에서 용해, 현탁 또는 혼합되는 복수의 분자 빌딩 블록을 포함한다. 복수의 분자 빌딩 블록은 하나 이상의 유형 중 하나일 수 있다. 분자 빌딩 블록의 하나 이상이 액체이면 추가적으로 액체를 사용하는 것을 선택할 수 있다. 촉매는 예비-SOF(pre-SOF) 형성을 가능하게 하고/하거나 전술한 단계 C 동안 SOF 형성의 동역학을 변경하기 위하여 반응 혼합물에 선택적으로 첨가될 수 있다. "예비-SOF"는 출발 분자 빌딩 블록보다 큰 분자량을 가지며, 실질적으로 결점이 없는 또는 결점이 없는 SOF를 얻기 위해 또 다른 빌딩 블록 또는 예비-SOF의 Fg와 추가적으로 반응할 수 있는 다수의 Fg를 포함하는 적어도 두개의 분자 빌딩 블록을 의미할 수 있고 및/또는 필름 형성 공정 동안 향상되거나 변형된 반응성을 부여하는 분자 빌딩 블록의 '활성화(activation)'를 의미할 수 있다. 활성화는 작용기 모이어티의 분리, 촉매와 예비-결합, 용매 분자, 액체, 제2 용매, 제2 액체, 이차 구성 요소와 결합 또는 작용기 반응성을 변경하는 엔티티(entity)와 결합된 것을 포함할 수 있다. 구현예에서, 예비-SOF 형성은 분자 빌딩 블록 사이의 반응, 분자 빌딩 블록 Fg의 '활성화' 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. "예비-SOF(pre-SOF)"의 형성은 반응 혼합물 가열, UV 방사선에 반응 혼합물의 노출 또는 분자 빌딩 블록을 부분적으로 반응시키는 또 다른 방법 및/또는 기판 위 습윤층 증착전에 반응 혼합물에서 Fg 활성화와 같은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 첨가제 또는 이차 구성 요소는 제조되는 SOF의 물리적 특성을 변경하기 위해 반응 혼합물에 선택적으로 첨가될 수 있다.
반응 혼합물 구성 요소(분자 빌딩 블록, 선택적인 액체, 선택적인 촉매 및 선택적인 첨가제)는 용기에서 결합된다. 반응 혼합물 구성 요소의 첨가 순서는 달라질 수 있다; 그러나 일반적으로 SOF를 제조하기 위한 공정이 예비-SOF 또는 예비-SOF의 형성을 포함할 때, 촉매가 존재하면 촉매는 습윤 필름으로서 반응 혼합물을 증착하기 전에 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 분자 빌딩 블록은 예비-SOF를 제조하기 위해 화학선으로(actinically), 열적으로, 화학적으로 또는 촉매가 있는 또는 촉매가 없는 임의의 또 다른 방법에 의해 반응될 수 있다. 촉매 없이 형성되는 예비-SOF 및 분자 빌딩 블록은 분자 빌딩 블록 및 예비-SOF의 용해를 돕기 위해 촉매가 없는 용액에서 가열될 수 있다. 촉매의 존재하에서 형성되는 예비-SOF 및 분자 빌딩 블록은 분자 빌딩 블록 및 예비-SOF의 용해를 돕기 위해 분자 빌딩 블록 및/또는 예비-SOF의 중요한 추가반응을 일으키지 않는 온도에서 가열될 수 있다. 반응 혼합물은 또한 습윤 필름으로서 반응 혼합물을 증착하기 전에 제제 성분이 균일하게 분포되게 혼합, 교반 또는 분쇄될 수 있다.
반응 혼합물은 습윤 필름으로서 증착되기 전에 가열될 수 있다. 이는 하나 이상의 분자 빌딩 블록 용해를 도울 수 있고 및/또는 예비-SOF를 형성하기 위해 습윤층을 증착시키기 전 반응 혼합물의 부분 반응에 의해 반응 혼합물의 점도를 증가시킬 수 있다. 예비-SOF를 전-반응 분자 빌딩 블록으로 포함시키는 반응 혼합물에서 분자 빌딩 블록의 중량 퍼센트는 약 20% 이하 또는 약 15% 내지 약 1% 또는 10% 내지 약 5%일 수 있다. 예비-SOF 분자의 95%의 분자량은 5000 달톤(daltons), 2500 달톤 또는 1000 달톤 이하이다. 예비-SOF의 제조는 반응 혼합물에서 분자 빌딩 블록의 로딩(loading)을 증가시키는데 사용될 수 있다.
작용기 활성화를 통한 예비-SOF 형성의 경우에서 활성화되는 Fg의 몰 퍼센트는 약 30% 내지 약 10% 또는 약 10% 내지 약 5%와 같은 50% 이하일 수 있다.
예비-SOF 형성의 두가지 방법(분자 빌딩 블록간 반응에 의한 예비-SOF 형성 또는 분자 빌딩 블록 작용기의 '활성화'에 의한 예비-SOF 형성)은 조합하여 생성할 수 있고, 예비-SOF 골격 구조로 포함되는 분자 빌딩 블록은 활성화된 Fg를 포함할 수 있다. 분자 빌딩 블록간 반응에 의한 예비-SOF 형성 및 분자 빌딩 블록 Fg의 '활성화'에 의한 예비-SOF 형성은 동시에 생성할 수 있다.
예비-SOF 형성 시간은 약 10 초 내지 약 48 시간, 약 30 초 내지 약 12 시간 또는 약 1 분 내지 약 6 시간 동안 지속된다.
반응 혼합물은 증착된 습윤층을 지지하는 점도를 가질 필요가 있다. 반응 혼합물의 점도는 약 10 내지 약 50000 cps, 약 25 내지 25000 cps 또는 약 50 내지 약 1000 cps의 범위이다.
분자 빌딩 블록 및 캡핑 유닛 로딩 또는 반응 혼합물에서의 "로딩(loading)"은 분자 빌딩 블록의 총중량으로 정의되고, 선택적으로 캡핑 유닛 및 촉매는 반응 혼합물의 총중량으로 나눈다. 빌딩 블록 로딩은 약 3 내지 100%, 약 5 내지 약 50% 또는 약 15 내지 약 40%의 범위일 수 있다. 액상 분자 빌딩 블록이 반응 혼합물의 유일한 액상 성분으로 사용되는 경우에는 빌딩 블록 로딩은 약 100%일 것이다. 캡핑 유닛이 반응 혼합물에 첨가되는 시간에 따라 캡핑 유닛 로딩은 약 3 내지 80중량%, 약 5 내지 50중량% 또는 약 15 내지 약 40중량%의 범위일 수 있다.
캡핑 유닛 로딩에 대한 이론적 상한은 액체 SOF 제제에서 이용 가능한 연결기의 수를 분자 빌딩 블록당 2로 감소시키는 캡핑 유닛의 몰량이다. 상기 로딩에서 많은 SOF의 형성은 분자 빌딩 블록당 이용 가능하고 연결 가능한 Fg의 수를 소모(반응성 캡핑기와 반응시켜)시켜 효과적으로 억제할 수 있다. 상기 상황(캡핑 유닛 로딩이 이용 가능한 연결기의 과잉 몰(molar excess)이 액체 SOF 제제에서 분자 빌딩 블록당 2 이하인 것을 보증하기에 충분한 양인 상황)에서, 캡핑 유닛으로 완전히 캡핑된 올리고머, 선형 폴리머 및 분자 빌딩 블록이 SOF 대신 주로 형성된다.
예비-SOF는 하나 이상의 추가된 기능을 가진 빌딩 블록으로부터 제조될 수 있다. 분자 빌딩 블록의 경향이 있는 특성은 예비-SOF의 추가된 기능과 동일할 수 있다. 또는 SOF의 추가된 기능은 분자 빌딩 블록의 경향이 있는 특성이 아닐 수 있다.
반응 혼합물에 사용되는 액체는 순수한 액체 및/또는 용매 혼합물일 수 있다. 적절한 용매는 약 30 내지 약 300 ℃, 약 65 ℃ 내지 약 250 ℃ 또는 약 100 ℃ 내지 약 180 ℃인 끓는점을 가질 수 있다.
액체는 알칸; 방향족 화합물; 에테르; 에스테르; 케톤; 아민; 아미드; 알콜; 니트릴; 할로겐화 방향족; 할로겐화 알칸; 및 물을 포함한다.
제1 용매, 제2 용매, 제3 용매 등을 포함하는 혼합된 액체는 또한 반응 혼합물에 사용될 수 있다. 제1 용매는 제2 용매의 끓는점보다 높은 끓는점을 가질 수 있다. "실질적인 제거(substantially removing)"는 각각의 용매의 적어도 90% 또는 약 95%가 제거되는 것을 의미한다. "실질적인 잔여(substantially leaving)"는 각각의 용매의 2% 이하로 제거 또는 1% 이하로 제거되는 것을 의미한다.
혼합된 액체는 SOF 특성을 조작하기 위해 습윤층을 SOF로 전환하는 속도를 느리게 하거나 신속하게 하여 사용할 수 있다. 연결 화학의 축합 및 첨가/제거에서 물을 포함하는 액체, 1°, 2°또는 3°알콜을 사용할 수 있다.
선택적으로 촉매는 습윤층을 건조 SOF로 촉진하는 것을 돕기 위해 반응 혼합물에 존재할 수 있다. 촉매는 균질하거나 불균질할 수 있고, 브뢴스테드산; 루이스산; 브뢴스테드염기; 루이스염기; 금속; 금속염; 및 금속 착물을 포함할 수 있다. 일반적인 촉매 로딩은 반응 혼합물에서 분자 빌딩 블록 로딩의 약 0.01% 내지 약 25% 또는 약 0.1% 내지 약 5%의 범위이다. 촉매는 제조된 SOF 조성물에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다.
선택적으로 첨가제, 이차 구성 요소 또는 도판트(dopant)는 반응 혼합물 및 습윤층에 존재할 수 있다. 상기 첨가제 또는 이차 구성 요소들은 또한 건조 SOF로 통합될 수 있다. "첨가제" 또는 "이차 구성 요소"는 SOF에서 공유결합되지 않고 상기 조성물 내에서 임의로 분포되는 원자 또는 분자를 의미한다. 종래 첨가제와 같은 이차 구성 요소는 알려진 특성을 이용하여 사용될 수 있다. 상기 첨가제는 전기적 특성(전도성, 반전도성, 전자 이송, 홀 이송), 표면 에너지(소수성, 친수성), 인장강도 및 열 전도성과 같은 SOF의 물리적 특성을 바꾸는데 사용될 수 있고; 상기 첨가제는 충격보강제(impact modifier), 보강섬유(reinforcing fiber), 윤활제(lubricant), 대전방지제(antistatic agent), 커플링제(coupling agent), 습윤제(wetting agent), 무적제(antifogging agent), 난연제(flame retardant), 자외선 안정제(ultraviolet stabilizer), 산화방지제(antioxidant), 살생제(biocide), 염료(dye), 안료(pigment), 취기제(odorant), 탈취제(deodorant), 조핵제(nucleating agent) 등을 포함할 수 있다.
구현예에서, SOF는 SOF 중량에 대해 약 0.25 중량퍼센트 내지 약 10 중량퍼센트 또는 약 1 중량퍼센트 내지 약 5 중량퍼센트의 바람직한 또는 효과적인 양으로 SOF의 산화를 막기 위해 이차 구성 요소로 산화방지제를 포함할 수 있다.
구현예에서, SOF는 SOF 중량에 대해 약 1 내지 50 중량퍼센트 또는 약 2 내지 약 10 중량퍼센트인 고체 총합의 중량 퍼센트로 임의의 적절한 폴리머 물질을 추가적으로 포함할 수 있다. 고체 총합은 이차 구성 요소 및 SOF의 양을 포함한다. 이차 구성 요소는 SOF에서 균질, 불균질, 선형 또는 비선형 구배로 분포될 수 있다.
SOF는 탄소나노튜브 또는 나노섬유 집합체(aggregate)를 추가적으로 포함할 수 있고, 이는 나노튜브의 미세 입자 구조이다.
SOF는 이차 구성 요소로서 금속 입자를 추가로 포함할 수 있고; 상기 금속 입자는 귀금속, 비귀금속 및 이들의 합금을 바람직하거나 효과적인 양 또는 SOF의 중량에 대해 약 0.25 중량퍼센트 내지 약 70 중량퍼센트 또는 약 1 중량퍼센트 내지 약 15 중량퍼센트로 포함한다.
SOF는 임의의 바람직하거나 효과적인 양 또는 SOF의 중량에 대해 약 0.25 중량퍼센트 내지 약 20 중량퍼센트 또는 약 1 중량퍼센트 내지 약 15 중량퍼센트로 산화물 및 황화물을 추가로 포함할 수 있다. SOF는 바람직하거나 효과적인 양 또는 SOF의 중량에 대해 약 0.25 중량퍼센트 내지 약 20 중량퍼센트 또는 약 1 중량퍼센트 내지 약 15 중량퍼센트의 준금속(metalloid) 또는 금속과 유사한 원소를 추가로 포함할 수 있다.
SOF는 이차 구성 요소로서 홀 이송 분자 또는 전자 수용체를 추가로 포함할 수 있고, 상기 전하 이송 분자는 주사슬(main chain) 또는 부사슬(sub chain)에서 안트라센, 피렌, 페난트렌, 코로넨 등과 같은 다환 방향족 고리(polycyclic aromatic ring) 또는 인돌, 카바졸, 옥사졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이미다졸, 피라졸, 옥사디아졸, 피라졸린, 티아디아졸, 트리아졸 및 하이드라존 화합물과 같은 질소 함유 헤테로기 고리를 가지는 화합물로부터 선택되는 정공 이송 물질(positive hole transporting material)을 포함한다. 일반적인 홀 이송 물질은 카바졸; N-에틸 카바졸; N-이소프로필 카바졸; N-페닐 카바졸; 테트라페닐피렌; 1-메틸 피렌; 페릴렌; 크리센; 안트라센; 테트라펜(tetraphene); 2-페닐 나프탈렌; 아조피렌; 1-에틸 피렌; 아세틸 피렌; 2,3-벤조크리센; 2,4-벤조피렌; 1,4-브로모피렌; 폴리(N-비닐카바졸); 폴리(비닐피렌); 폴리(비닐테트라펜); 폴리(비닐테트라센) 및 폴리(비닐페릴렌)과 같은 전자 도너 물질을 포함한다. 적절한 전자 이송 물질은 2,4,7-트리니트로-9-플루오레논; 2,4,5,7-테트라니트로-플루오레논; 디니트로안트라센; 디니트로아크리덴; 테트라시아노피렌; 디니트로안트라퀴논; 및 부틸카보닐플루오렌말로노니트릴과 같은 전자 수용체를 포함한다(미국 특허번호 4,921,769 참조). 홀 이송 물질은 미국 특허번호 4,265,990 및 미국 특허번호 4,306,008; 4,304,829; 4,233,384; 4,115,116; 4,299,897; 4,081,274; 5,139,910, 4,921,773; 및 4,464,450에 기재된 아릴아민을 포함한다. 홀 이송 분자 또는 전자 수용체는 바람직하거나 적절한 양 또는 SOF 중량에 대해 약 0.25 중량퍼센트 내지 약 50 중량퍼센트 또는 약 1 중량퍼센트 내지 약 20 중량퍼센트로 SOF 복합체에 존재할 수 있다.
SOF는 SOF 중량에 대해 약 0.1 내지 약 1.0 중량퍼센트의 양으로 살생물제(biocide)를 추가로 포함할 수 있다.
SOF는 작은 유기분자(small organic molecule)를 바람직하거나 효과적인 양 또는 SOF 중량에 대해 약 0.25 중량퍼센트 내지 약 50 중량퍼센트 또는 약 1 중량퍼센트 내지 약 10 중량퍼센트로 추가로 포함할 수 있다.
이차 구성 요소는 SOF를 형성하기 위해 변화가 촉진되는 습윤 필름을 제조하는데 사용되는 액체 제제(liquid formulation)에서 도입될 수 있다. 이차 구성 요소(도판트, 첨가제 등)는 반응 혼합물에서 용해되거나 용해되지 않을(현탁) 수 있다. 이차 구성 요소는 필름 네트워크로 결합되지 않는다. 이차 구성 요소는 습윤 필름에서의 변화가 촉진될 때 p-크실릴 세그먼트를 포함하는 1,4-벤젠디메탄올과 같은 빌딩 블록 상의 두개의 알콜기(-OH)와 독점적으로 반응하는 N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민과 같은 세그먼트 상의 4개의 메톡시기(-OMe)를 가지는 복수의 빌딩 블록을 포함하는 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. 빌딩 블록을 연결하는데 생성되는 화학은 산 촉매 에테르 교환 반응(acid catalyzed transetherfication reaction)이다. -OH기는 단지 -OMe기와 반응할 것이고(반대도 같음) 이차 구성 요소와 반응하지 않기 때문에 이를 분자 빌딩 블록은 단지 하나의 경로를 따를 수 있다. 그러므로, SOF는 SOF 골격 구조 내 및/또는 주위에서 통합되는 이차 구성 요소를 남기는 방법으로 분자를 배열하도록 프로그램된다. 분자를 패턴화하고 이차 구성 요소를 통합하는 상기 능력은 종래 폴리머 및 이용 가능한 대안들과 비교하여 특성에 대해 우수한 성능 및 전례없는 제어를 가능하게 한다.
이차 구성 요소는 반응 혼합물 및 습윤층에 존재할 수 있다. 첨가제, 도판트 또는 이차 구성 요소는 건조 SOF와 통합될 수 있다. 이차 구성 요소는 반응 혼합물 및 습윤층 또는 건조 SOF에서 균질하거나 불균질할 수 있다. 캡핑 유닛과 대조적으로, "첨가제" 또는 "이차 구성 요소"는 SOF에 공유 결합되지 않지만 조성물에서 임의로 분포되는 원자 또는 분자를 의미한다.
이차 구성 요소는 타켓 성능을 충족시키게 하는 캡핑된 SOF의 의도된 특성을 강조하거나 혼성하는(캡핑된 SOF의 본래의 또는 경향이 있는 특성들을 약화하는 능력뿐만 아니라 시너지 효과 또는 개선된 효과) 유사하거나 서로 다른 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 캡핑된 SOF를 산화 방지제 화합물로 도핑하는 것은 화학적 분해 경로를 방해하여 캡핑된 SOF의 수명을 연장시킬 것이다. 추가로, 첨가제는 캡핑된 SOF를 형성하기 위해 반응 혼합물의 변화를 촉진하는 동안 생성하는 반응을 조절함으로써 캡핑된 SOF의 몰폴로지 특성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다.
공정 단계 B: 습윤 필름으로서 반응 혼합물의 증착: 반응 혼합물은 다수의 액체 증착 기술을 이용하여 습윤 필름으로 다양한 기판에 적용될 수 있다.
기판은 폴리머, 종이, 금속 및 금속 합금, 주기율표의 Ⅲ-Ⅳ족 원소의 도핑 및 언도핑된 형태, 금속 산화물, 금속 칼코게나이드 및 앞에서 제조된 SOF 또는 캡핑된 SOF를 포함한다. 기판의 두께는 약 50 내지 약 100 마이크로미터인 대표적인 두께와 함께 약 10 마이크로미터에서부터 10 밀리미터를 초과하는 범위일 수 있다.
반응 혼합물은 예를 들어, 스핀 코팅(spin coating), 블레이드 코팅(blade coating), 웹 코팅(web coating), 딥 코팅(dip coating), 컵 코팅(cup coating), 로드 코팅(rod coating), 스크린 프린팅(screen printing), 잉크 젯 프린팅(ink jet printing), 스프레이 코팅(spray coating), 스탬핑(stamping) 등을 포함하는 다수의 액체 증착 기술을 이용하여 기판에 적용될 수 있다. 습윤층의 두께는 약 100 ㎚ 내지 약 1 ㎜ 또는 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛와 같이 약 10 ㎚ 내지 약 5 ㎜ 범위일 수 있다.
캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소는 전술한 공정 단계 B를 완료하는데에 도입될 수 있다. 상기 방식에서 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소의 통합은 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소를 균질하게, 불균질하게 분포시키게 하는 임의의 방법 또는 습윤 필름에 대한 임의의 패턴에 의해 수행될 수 있다. 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소의 도입후의 후속 공정 단계는 공정 단계 C를 다시 시작하여 수행될 수 있다.
반응 혼합물이 기판에 적용된 후 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소는 임의의 적절한 방법 또는 습윤층 상부에서 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소를 분포시킴으로써 습윤층에 추가될 수 있다. 캡핑 유닛 및/또는 이차 구성 요소는 다양한 패턴을 포함하는 균질하거나 불균질한 방식으로 형성된 습윤층에 적용될 수 있고, 이때 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소의 농도 또는 밀도는 임의의 영역에서 감소되거나 습윤층 상의 주어진 폭의 높고 낮은 농도의 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소의 밴드를 교대하게 하여 패턴을 형성시킨다. 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소를 습윤층 상부에 적용하는 것은 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소의 일부가 습윤층으로 확산되거나 스며들게 할 수 있고, 습윤층을 건조 SOF로 변화시키는 것을 촉진한 후 얻어지는 SOF 결과물에서 선형 또는 비선형 농도 구배를 얻을 수 있는 것과 같이 SOF 두께 내에서 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소의 불균질한 분포를 형성한다. 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소는 증착된 습윤층의 상부 표면에 추가될 수 있고, 습윤층에서의 변화를 촉진시킬 때 건조 SOF에서 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소가 불균일한 분포를 가지게 된다. 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소의 분포 및 습윤 필름의 분포에 의존하여 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소의 대부분은 건조 SOF의 상반부(upper half)(기판의 반대편)에서 종결될 수 있고, 캡핑 유닛(들) 및/또는 이차 구성 요소의 대부분은 건조 SOF의 하반부(lower half)(기판과 인접한 부분)에서 종결될 수 있다.
공정 단계 C: 습윤 필름을 건조 SOF로 변화 촉진: "촉진(Promoting)"은 분자 빌딩 블록 및/또는 예비-SOF의 반응을 용이하게 하기 위한 적절한 기술을 의미한다. "촉진"은 또한 건조 필름을 형성하기 위해 액체를 제거하는 것을 의미한다. 분자 빌딩 블록 및/또는 예비-SOF의 반응과 액체를 제거하는 것은 연속적 또는 동시에 생성할 수 있다. "건조 SOF(Dry SOF)"는 SOF의 중량에 대해 약 5 중량% 이하 또는 약 2 중량% 이하의 액체 함량을 가진 실질적으로 건조된 SOF를 의미한다.
건조 SOF 또는 건조 SOF의 주어진 영역(SOF 두께의 약 10%와 동일한 깊이 또는 SOF의 두께의 약 5%와 동일한 깊이까지의 표면, SOF 상부의 1/4 부분)은 약 1:100 내지 약 1:1, 약 1:50 내지 약 1:2 또는 약 1:20 내지 약 1:4의 캡핑 유닛 대 세그먼트의 몰비를 가진다.
건조 SOF를 형성하기 위해 습윤층을 촉진하는 것은 적절한 기술에 의해 수행될 수 있다. 습윤층을 건조 SOF로 형성시키기 위해 습윤층을 촉진하는 것은 40 내지 350 ℃, 60 내지 200 ℃ 및 85 내지 160 ℃ 범위의 온도로 오븐 건조(oven drying), 적외선 조사(IR) 등을 일반적으로 포함한다. 총 가열 시간은 약 4초 내지 약 24시간, 1분 내지 120분 또는 3분 내지 60분일 수 있다.
다양한 유형의 IR 이미터(IR emitter)가 사용될 수 있으며, 카본 IR 이미터 또는 단파 IR 이미터를 고려한 대표적인 정보를 하기 표(표 1)에 요약하였다.
카본 IR 이미터 또는 단파 IR 이미터에 대한 정보
IR 램프 피크 파장 램프 수 모듈 파워
(kW)
카본 2.0 마이크론 2-트윈 튜브 4.6
단파 1.2-1.4 마이크론 3-트윈 튜브 4.5
적절한 저 접착력 기판(low adhesion substrate)이 습윤층 증착을 지지하기 위해 사용되면 프리-스탠딩 SOF(Free-standing SOF)가 얻어질 수 있다.
선택적으로, 프리-스탠딩 SOF 또는 플렉시블 기판에 의해 지지되는 SOF는 롤(roll)로 가공될 수 있다.
SOF를 자르고(cutting) 시밍(seaming) 위한 방법은 미국특허 5,455,136호에 기술된 방법과 유사하다. SOF 벨트는 단일 SOF, 다층 SOF 또는 웹으로부터 절단된 SOF 시트로부터 제조될 수 있다. 상기 시트는 직사각형 모양 또는 원하는 특정 모양일 수 있다. SOF의 모든 면은 동일한 길이를 가질 수 있거나, 평행한 면들 중 한 쌍은 평행한 면들 중 또 다른 쌍보다 길 수 있다. SOF는 SOF 시트의 반대편 가장자리 말단 영역을 결합하여 중첩시켜서 모양 즉, 벨트로 제조될 수 있다. 심(seam)은 일반적으로 결합되는 지점에서 가장 자리 말단 부분을 중첩하여 제공된다. 결합(joining)은 적절한 수단에 의해 영향을 받을 수 있다. 일반적인 결합 방법은 용접(초음파를 포함), 글루잉(gluing), 테이핑(taping), 압력 열 융합(pressure heat fusing) 등을 포함한다. 초음파 용접과 같은 방법은 속도, 깨끗함(용매 없음) 및 얇고 좁은 심 생산성 때문에 플렉시블 시트(flexible sheet)를 결합하는 적절한 일반적인 방법이다.
SOF는 다층 SOF를 제조하기 위해 SOF 형성 공정에서 기판으로 사용될 수 있다. 다층 SOF의 층들은 화학적으로 결합되거나 물리적 접촉에 의해 결합될 수 있다. 화학적 결합된 다층 SOF는 기판 SOF에 존재하는 Fg가 두번째 SOF 층을 형성하기 위해 사용되는 증착된 습윤층에 존재하는 분자 빌딩 블록과 반응할 수 있을 때 형성된다. 물리적 접촉에서 다층 SOF는 서로 화학적으로 결합하지 않을 수 있다.
SOF 기판은 다층 SOF를 형성하기 위해 두번째 SOF층의 화학 부착을 가능하게 하거나 촉진하는 습윤층의 증착 전에 선택적으로 화학처리될 수 있다.
또는, SOF 기판은 물리적으로 결합된 다층 SOF를 형성하기 위해 두번째 SOF층의 화학적 연결을 불가능하게 하기 위해 습윤층 증착 전에 선택적으로 화학처리될 수 있다.
둘 이상의 SOF를 적층(lamination)하는 또 다른 방법들 또한 물리적으로 결합된 다층 SOF를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 전자사진 이미징 부재(electrophotographic imaging member, 예를 들어, 광수용체)의 대표적 구조는 도 1 내지 도 3에 나타내었다. 상기 이미징 부재는 안티-컬층(anti-curl layer, 1), 지지 기판(supporting substrate, 2), 전기 전도성 접지면(ground plane, 3), 전하 차단층(charge blocking layer, 4), 접착층(adhesive layer, 5), 전하 발생층(charge generating layer, 6), 전하 이송층(charge transport layer, 7), 오버코트층(overcoating layer, 8)(또는 표준적인 구현예에서 최외각 층 및 이미징 표면) 및 접지 스트립(ground strip, 9)이 제공된다. 도 3에서, 이미징층(imaging layer, 10)(전하 생성 물질 및 전하 이송 물질을 모두 포함)은 개별적인 전하 발생층(6) 및 전하 이송층(7)을 대신한다.
도면에서 알 수 있듯이 광수용체를 제조함에 있어서 전하 생성 물질(CGM) 및 전하 이송 물질(CTM)은 CGM 및 CTM이 상이한 층에 있는 적층형 구조(예를 들어, 도 1 및 도 2) 또는 CGM 및 CTM이 동일한 층(예를 들어, 도 3)에 있는 단층 구조로 기판 위에 증착될 수 있다. 광수용체는 전기 전도층, 전하 발생층(6) 및 선택적으로 전하 이송층(7) 위에 적용함으로써 제조될 수 있다. 전하 발생층 및, 존재할 경우 전하 이송층은 또 다른 순서로 적용될 수 있다.
일부 적용에서, 전기적으로 절연이거나 약간 반-전도성인 필름-형성 유기 또는 무기 폴리머를 포함하는 선택적인 안티-컬 층(1)이 제공될 수 있다. 안티-컬 층은 편평함 및/또는 내마모성을 제공한다.
안티-컬 층(1)은 이미징층 반대편인 기판(2)의 후면에 형성될 수 있다. 안티-컬 층은 필름-형성 수지에 더하여 접착 향상 폴리에스테르 첨가제를 포함할 수 있다. 안티-컬 층으로 유용한 필름-형성 수지의 일례는 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리(4,4'-이소프로필리덴 디페닐카보네이트), 폴리(4,4'-시클로헥실리덴 디페닐카보네이트), 이들의 혼합물 등을 포함한다.
첨가제는 안티-컬 층의 약 0.5 내지 약 40 중량 퍼센트 범위에서 안티-컬 층내에 존재할 수 있다. 첨가제는 내마모성을 추가적으로 향상 및/또는 전하 완화 특성(charge relaxation property)을 추가적으로 제공할 수 있는 유기 및 무기 입자들을 포함한다. 유기 입자들은 테프론 분말(Teflon powder), 카본블랙 및 그라파이트 입자들을 포함한다. 무기 입자들은 실리카, 산화아연, 산화주석 등과 같은 절연 및 반전도성 금속 산화물 입자를 포함한다. 또 다른 반전도성 첨가제는 미국특허 5,853,906에 기술된 산화된 올리고머 염(oligomer salt)이다. 올리고머 염은 산화된 N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-비페닐디아민 염이다.
첨가제로 유용한 일반적인 접착 향상제는 duPont 49,000(duPont), Vitel PE-100, Vitel PE-200, Vitel PE-307(Goodyear), 이들의 혼합물 등을 포함한다. 필름-형성 수지의 중량에 기반한 필름 형성 수지 첨가는 대개 약 1 내지 약 15 중량 퍼센트의 접착 향상제가 선택된다.
안티-컬 층의 두께는 일반적으로 약 3 마이크로미터 내지 약 35 마이크로미터, 약 10 마이크로미터 내지 약 20 마이크로미터 또는 약 14 마이크로미터이다.
안티-컬 코팅은 메틸렌 클로라이드와 같은 용매에서 필름 형성 수지 및 접착 향상제를 용해시켜 제조된 용액을 적용할 수 있다. 용액은 웹 코팅 또는 당업계에서 알려진 또 다른 방법에 의해 광수용체 장치의 지지 기판 후면(이미징층 반대 면)에 적용될 수 있다. 오버코팅 층 및 안티-컬 층의 코팅은 전하 이송층, 전하 발생층, 접착층, 차단층, 접지면 및 기판을 포함하는 다층 광수용체로 웹 코팅에 의해 동시에 수행될 수 있다. 습윤 필름 코팅은 안티-컬 층(1)을 제공하기 위해 건조시킨다.
광수용체는 기판(2), 즉 지지체를 먼저 제공함으로써 제조된다. 기판은 불투명하거나 실질적으로 투명일 수 있으며, 미국 특허 4,457,994; 4,871,634; 5,702,854; 5,976,774; 및 7,384,717에 기재된 것과 같이 요구되는 기계적 특성을 가지는 추가적인 적절한 물질(들)을 포함할 수 있다.
기판은 무기 또는 유기 조성과 같은 전기적으로 전도성 물질 층 또는 전기적으로 비전도성 물질 층을 포함할 수 있다. 비전도성 물질이 이용된 경우에는 비전도성 물질에 대한 전기 전도성 접지면을 제공하는 것이 필요할 수 있다. 전도성 물질을 기판으로 이용하는 경우에는 별도의 접지면 층이 필요하지 않을 수 있다.
기판은 유연하거나 단단할 수 있고, 시트, 스크롤, 엔드리스(endless) 플렉시블 벨트, 웹, 실린더 등을 포함하는 임의의 다수의 상이한 구조 중 어느 하나를 가질 수 있다. 광수용체는 단단하고, 불투명하며, 알루미늄 드럼과 같은 전도성 기판 위에 코팅될 수 있다.
폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리우레탄 등을 포함하는 전기적으로 비전도성 물질로서 다양한 수지가 사용될 수 있다. 상기 기판은 E.I. duPont de Nemours & Co.으로부터 입수할 수 있는 MYLAR™, ICI Americas사로부터 입수할 수 있는 MELINEX™, 또는 American Hoechst사로부터 입수할 수 있는 HOSTAPHAN™로 알려진 시판되는 이축 배향 폴리에스테르(biaxially oriented polyester)를 포함할 수 있다. 기판이 포함할 수 있는 또 다른 물질은 E.I. Dupont de Nemours & Co.으로부터 TEDLAR™으로 입수할 수 있는 폴리비닐 플로라이드, Phillips Petroleum Company로부터 MARLEX™으로 입수할 수 있는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, Phillips Petroleum Company로부터 입수할 수 있는 RYTON™인 폴리페닐렌 설파이드 및 E.I. Dupont de Nemours & Co.으로부터 KAPTON™으로 입수할 수 있는 폴리이미드와 같은 폴리머 물질을 포함한다. 광수용체는 또한 전술한 바와 같이 이미 표면에 코팅되어 전도성 접지면으로 제공되는 절연 플라스틱 드럼 위에 코팅될 수 있다. 상기 기판은 심(seam) 또는 심리스(seamless)일 수 있다.
전도성 기판이 이용되는 경우 적절한 전도성 물질이 사용될 수 있다. 전도성 물질은 금속 산화물, 황화물, 규화물, 4차 암모늄 염 조성을 포함하는 바인더 수지내에 알루미늄, 티탄, 니켈, 크롬, 황동, 금, 스테인리스 스틸, 카본 블랙, 그라파이트 등과 같은 금속플레이크, 분말 또는 섬유, 폴리아세틸렌 또는 이들이 열분해된 전도성 폴리머, 분자가 도핑된 생성물, 전하 이송 복합물, 폴리페닐 실란 및 폴리페닐 실란으로부터 분자 도핑된 생성물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 알루미늄과 같은 물질로부터 제조된 전도성 금속 드럼뿐만 아니라, 전도성 플라스틱 드럼 또한 사용될 수 있다.
기판의 두께는 요구되는 기계적 성능과 경제성 고려를 포함하는 다양한 요인에 좌우된다. 기판의 두께는, 예를 들어 19 ㎜ 직경 롤러와 같은 작은 직경 롤러 주의를 순환하는 경우 최적의 유연성과 최소 유도 표면 굽힘 응력(minimum induced surface bending stress)을 위해 일반적으로 약 65 마이크로미터 내지 약 150 마이크로미터 또는 약 75 마이크로미터 내지 약 125 마이크로미터 범위 내이다. 플렉시블 벨트를 위한 기판은 최종 광전도성 장치에 대한 역효과가 없다면 상당한 두께(200 마이크로미터 이상) 또는 최소 두께(50 마이크로미터 이하)일 수 있다. 드럼이 사용되는 경우, 두께는 필요한 강성을 충분히 제공하여야 하며, 약 1 ㎜ 내지 약 6 ㎜일 수 있다.
층이 적용될 기판 표면은 상기 층의 표면보다 큰 접착력을 촉진시키기 위해 세척될 수 있다. 세척은 기판층 표면을 플라즈마 방전, 이온 충격 등에 노출시키거나 용매 세척으로 달성할 수 있다.
금속층을 형성하기 위해 이용되는 기술에 관계없이 금속 산화물의 얇은 층은 일반적으로 공기 노출되면 대부분의 금속 외부 표면에 형성된다. 따라서, 금속층을 적층하는 또 다른 층을 "인접하는(contiguous)" 층으로 특정한다면 상기 적층된 인접하는 층들은 사실 산화된 금속층의 외부 표면에 형성되는 얇은 금속 산화물층과 접촉하는 것이다.
제조된 광수용체는 전기적으로 전도성이거나 전기적으로 비전도성인 기판을 포함한다. 비전도성 기판이 사용되는 경우 전기 전도성 접지면(3)이 사용되어야 하며, 상기 접지면은 전도층 역할을 한다. 전도성 기판이 사용되는 경우 기판은 전도층 역할을 할 수 있지만, 전도성 접지면 또한 제공될 수 있다.
전기 전도성 접지면이 사용되는 경우 기판 위에 위치하게 된다. 전기 전도성 접지면에 적합한 물질은 알루미늄, 지르코늄, 니오븀, 탄탈륨, 바나듐, 하프늄, 티탄, 니켈, 스테인리스 스틸, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 구리 등과 이들의 혼합물 및 합금을 포함한다.
접지면은 용액 코팅, 기상 증착 및 스퍼터링과 같은 알려진 코팅 기술을 적용할 수 있다. 전기 전도성 접지면을 적용하는 방법은 진공 증착법이다.
접지면의 두께는 전자광전도성 부재(electrophotoconductive member); 플렉시블 광감음성 이미징 장치(flexible photoresponsive imaging device)에 대해 광학적 투명성 및 가요성(flexibility)에 좌우되어 실질적으로 넓은 범위에 거쳐 달라질 수 있으며, 전도층의 두께는 전기 전도성, 가요성 및 광투과의 최적 조합을 위해 약 20 옹스트롬 내지 약 750 옹스트롬 또는 약 50 옹스트롬 내지 약 200 옹스트롬일 수 있다. 반면, 접지면은 원한다면 불투명할 수 있다.
전지 전도성 접지면 층을 증착시킨 후 전하 차단층(4)이 적용될 수 있다. 양전하 광수용체를 위한 전자 차단층은 홀이 광수용체의 이미징 표면으로부터 전도층으로 이동하게 한다. 음전하 광수용체에 대해서는 전도층으로부터 반대쪽 광전도층까지 홀 주입을 방지하기 위해 배리어(barrier)를 형성할 수 있는 임의의 적절한 홀 차단층도 이용될 수 있다.
차단층이 사용되는 경우 이는 전기 전도층 위에 위치할 수 있고, 여기서 다수의 상이한 유형의 층과 연결하여 사용되는 "위에(over)"는 층들이 인접한 경우에 제한되어 이해되어서는 안된다. 오히려, "위에"라는 용어는 층들의 상대적 위치를 의미하고, 특정화되지 않은 중간층을 포함한다.
차단층(4)은 폴리비닐 부티랄, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 폴리실록산, 폴리아미드, 폴리우레탄 등과 같은 폴리머; 미국 특허번호 4,338,387; 4,286,033 및 4,291,110에 기재된 트리메톡시실릴 프로필 에틸렌 디아민, N-베타(아미노에틸)감마-아미노프로필 트리메톡시 실란, 이소프로필 4-아미노벤젠 설포닐 티타네이트, 디(도데실벤젠 설포닐)티타네이트, 이소프로필 디(4-아미노벤조일)이소스테아릴 티타네이트, 이소프로필 트리(N-에틸 아미노)티타네이트, 이소프로필 트리안트라닐 티타네이트, 이소프로필 트리(N,N-디메틸-에틸아미노)티타네이트, 티탄-4-아미노 벤젠 설포네이트 옥시아세테이트, 티탄 4-아미노벤조에이트 이소스테아레이트 옥시아세테이트, 감마-아미노부틸 메틸 디메톡시 실란, 감마-아미노프로필 메틸 디메톡시 실란 및 감마-아미노프로필 트리메톡시 실란과 같은 질소-함유 실록산 또는 질소-함유 티탄 화합물을 포함할 수 있다.
차단층은 인접할 수 있고, 약 0.01 내지 약 10 마이크로미터 또는 약 0.05 내지 약 5 마이크로미터 범위의 두께를 가질 수 있다.
차단층(4)은 스프레이, 딥 코팅, 드로우 바 코팅(draw bar coating), 그라비아 코팅, 실크 스크리닝, 에어 나이프 코팅, 리버스 롤 코팅, 진공 증착, 화학 처리 등과 같은 적절한 기술에 의해 적용될 수 있다. 얇은 층을 쉽게 얻기 위해 차단층은 종래 기술(진공, 가열 등)에 의해 코팅 증착 후 제거되는 용매를 가진 묽은 용액의 형태로 적용될 수 있다. 일반적으로, 약 0.5:100 내지 약 30:100 또는 약 5:100 내지 약 20:100인 차단층 물질과 용매의 중량비는 스프레이와 딥 코팅에 적합하다.
전하 차단층이 낟알(grain) 모양 입자들, 침상 입자들, 바인더 수지 및 유기 용매로 구성된 코팅 용액을 이용하여 형성되는 전자사진 광수용체를 형성하는 방법이 제공된다.
유기 용매는 C1-3 저급 알콜 및 디클로로메탄, 클로로포름, 1,2-디클로로에탄, 1,2-디클로로프로판, 톨루엔 및 테트라하이드로푸란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 또 다른 유기 용매의 공비 혼합물(azeotropic mixture)의 혼합물일 수 있다. 전술한 공비 혼합물은 특정 압력에서 액상 조성과 기상 조성이 서로 일치하여 일정한 끓는점을 가진 혼합물을 제공하는 혼합 용액이다. 메탄올 35 중량부 및 1,2-디클로로에탄 65 중량부로 구성되는 혼합물은 공비 용액이다. 공비 조성의 존재는 균일한 증발을 유도하고, 이에 의해 코팅 결점 없이 균일한 전하 차단층을 형성하고 전하 차단 코팅 용액의 저장 안정성을 향상시킨다.
차단층에 포함된 바인더 수지는 단일 수지층으로 형성되는 차단층과 동일한 물질로 형성될 수 있다. 이들 중 폴리아미드 수지는 바인더 수지에서 요구되는 하기 다양한 조건을 만족시키기 때문에 사용될 수 있는데, 다양한 조건은 (i) 폴리아미드 수지는 차단층 상에 이미징층을 형성하기 위해 사용되는 용액에서 용해되거나 팽창되지 않으며, (ii) 폴리아미드 수지는 전도성 지지체와 우수한 접착성과 가요성을 가진다는 것이다. 폴리아미드 수지에서, 알콜 용해성 나일론 수지가 사용될 수 있고(6-나일론, 6,6-나일론, 610-나일론, 11-나일론, 12-나일론 등으로 중합된 공중합체 나일론); 및 N-알콕시 메틸 변성 나일론 및 N-알콕시 에틸 변성 나일론과 같이 화학적으로 변성된 나일론이다. 사용될 수 있는 또 다른 유형의 바인더 수지는 페놀계 수지 또는 폴리비닐 부티랄 수지이다.
전하 차단층은 차단층용 코팅 용액을 형성하는 용매내에서 바인더 수지, 낟알 모양 입자들 및 침상 입자들을 분산시키고; 전도성 지지체를 코팅 용액으로 코팅하고 건조시켜 형성된다. 용매는 용매에서의 분산을 향상시키고 시간 경과에 따라 코팅 용액이 겔화(gelation) 되는 것을 방지하도록 선택된다. 또한, 공비 용매는 코팅 용액 조성이 시간이 흐름에 따라 변화되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있으며, 이에 의해 코팅 용액의 저장 안정성이 향상될 수 있고, 코팅 용액은 재생될 수 있다.
"n형(n-type)"은 대부분 전자를 이송하는 물질을 의미한다. 일반적인 n형 물질은 디브로모안단트론, 벤즈이미다졸 페릴렌, 산화 아연, 산화 티탄, 클로로디안 블루(chlorodiane Blue) 및 비스아조 염료와 같은 아조 화합물, 치환된 2,4-디브로모트리아진, 다핵 방향족 퀴논, 황화아연 등을 포함한다.
"p형(p-type)"은 홀을 이송하는 물질을 의미한다. 일반적인 p형 유기 염료는 무금속 프탈로시아닌, 티타닐 프탈로시아닌, 갈륨 프탈로시아닌, 히드록시 갈륨 프탈로시아닌, 클로로칼륨 프탈로시아닌, 구리 프탈로시아닌 등을 포함한다.
차단층과 전하 발생층 사이의 중간층(5)은 접착력을 촉진하기 위해 제공될 수 있다. 또는, 딥 코팅된 알루미늄 드럼(drum)은 접착층 없이 이용될 수 있다.
추가적으로, 접착층은 임의의 인접층들의 접착력을 보증하기 위해 필요한 경우 광수용체에서의 임의의 층 사이에 제공될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 접착물질이 접착될 하나 또는 두개 모두의 각각의 층내로 포함될 수 있다. 이러한 선택적인 접착층은 약 0.001 마이크로미터 내지 0.2 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다. 상기 접착층은 적절한 용매에 접착 물질을 용해시키고, 손으로, 스프레이, 딥 코팅, 드로우 바 코팅, 그라비아 코팅, 실크 스크린, 에어 나이프 코팅, 진공 증착, 화학 처리, 롤 코팅, 와이어 운드 로드 코팅 등으로 도포하여 용매를 제거하기 위해 건조시킴으로써 적용될 수 있다. 적절한 결합제는 폴리에스테르, dupont 49,000(E.I. duPont de Nemours & Co.로부터 입수 가능), Vitel PE-100(Goodyear Tire and Rubber Co.로부터 입수 가능), 폴리비닐 부티랄, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리메틸 메타크릴레이트 등과 같은 필름-형성 폴리머를 포함한다. 접착층은 약 50,000 내지 100,000 또는 약 70,000인 Mw와 약 35,000의 Mn을 가진 폴리에스테르로 구성될 수 있다.
이미징층은 전하 생성 물질, 전하 이송 물질 또는 전하 생성 물질과 전하 이송 물질 모두를 포함하는 층 또는 층들을 의미한다. 이미징 표면은 이미징층 또는 이들의 임의의 구성 요소일 수 있다. 최외각층 또는 이미징 부재의 외부층은 이미징층 또는 이들의 임의의 구성 요소일 수 있다.
n형 또는 p형 전하 생성 물질은 광수용체에 이용될 수 있다.
전하 생성 물질 및 전하 이송 물질이 상이한 층에 있는 경우-예를 들어, 전하 발생층 및 전하 이송층-전하 이송층은 SOF를 포함할 수 있다. 또한, 전하 생성 물질 및 전하 이송 물질이 동일한 층에 있는 경우 상기 층은 SOF를 포함할 수 있다.
예시적인 유기물 광전도성 전하 생성 물질은 수단 레드(Sudan Red), 디안 블루(Dian Blue), 야누스 그린 B(Janus Green B) 등과 같은 아조 염료; 알골 옐로우(Algol Yellow), 피렌 퀴논(Pyrene Quinone), 인단트렌 브릴란트 바이올렛 RRP(Indanthrene Brilliant Violet RRP) 등과 같은 퀴논 염료; 퀴노시아닌 염료; 벤즈이미다졸 페릴렌과 같은 페릴렌 염료; 인디고(indigo), 티오인디고(thioindigo) 등과 같은 인디고 염료; 인도패스트 오렌지(Indofast Orange) 등과 같은 비스벤조이미다졸 염료; 구리 프탈로시아닌, 알루미노클로로-프탈로시아닌, 히드록시갈륨 프탈로시아닌, 클로로갈륨 프탈로시아닌, 티타닐 프탈로시아닌 등과 같은 프탈로시아닌 염료; 퀴나크리돈 염료; 또는 아줄렌 화합물을 포함한다. 적절한 무기 광전도성 전하 생성 물질은 카드뮴 설파이드, 카드뮴 설포셀레나이드(cadmium sulfoselenide), 카드뮴 셀레나이드(caddmium selenide), 결정질 및 비정질 셀레늄, 산화납 및 또 다른 칼코게나이드를 포함한다. 적절한 셀레늄 합금은 셀레늄-아르세닉(selenium-arsenic), 셀레늄-텔루륨-아르세닉(selenium-tellurium-arsenic) 및 셀레늄-텔루륨(selenium-tellurium)을 포함한다.
적절한 비활성 수지 바인더 물질은 전하 발생층에 이용될 수 있다. 일반적인 유기물 수지 바인더는 폴리카보네이트, 아크릴레이트 폴리머, 메타크릴레이트 폴리머, 비닐 폴리머, 셀룰로오스 폴리머, 폴리에스테르, 폴리실록산, 폴리아미드, 폴리우레탄, 에폭시, 폴리비닐아세탈 등을 포함한다.
코팅 조성물로 유용한 분산물을 제조하기 위해 용매가 전하 생성 물질과 함께 사용될 수 있다. 용매는 시클로헥사논, 메틸 에틸 케톤, 테트라하이드로푸란, 알킬 아세테이트 및 이들의 혼합물일 수 있다. 알킬 아세테이트(예를 들어, 부틸 아세테이트, 아밀 아세테이트)는 알킬기에서 3 내지 5의 탄소 원자를 가질 수 있다. 제제에서 용매량은 조성의 중량에 기반하여 약 70 중량% 내지 약 98 중량% 범위이다.
조성물내 전하 생성 물질의 양은 용매를 포함하는 제제 중량에 기반하여 약 0.5 중량% 내지 약 30중량% 범위이다. 건조된 광전도성 코팅에서 분산되는 광전도성 입자(예를 들어, 전하 생성 물질)의 양은 선택되는 임의의 광전도성 염료 입자에 따라 어느 정도 달라진다. 티타닐 프탈로시아닌과 무금속 프탈로시아닌과 같은 프탈로시아닌 유기 염료가 사용되는 경우 건조된 광전도성 코팅이 건조된 광전도성 코팅의 총 중량에 기반하여 약 30 중량퍼센트 내지 약 90 중량퍼센트의 모든 프탈로시아닌 염료를 포함할 때 만족할만한 결과가 나타난다. 광전도성 특성은 코팅된 평방 센티미터 당 염료의 상대량에 영향을 받기 때문에 건조된 광전도성 코팅층이 두꺼우면 낮은 염료 로딩이 사용될 수 있다. 역으로, 건조된 광전도층이 얇게 되면 높은 염료 로딩이 바람직하다.
일반적으로, 광전도성 코팅이 딥 코팅으로 적용되면 약 0.6 마이크로미터 이하의 평균 광전도성 입자 크기를 가지게 되어 만족할만한 결과를 얻는다. 평균 광전도성 입자 크기는 약 0.4 마이크로미터 이하일 수 있다. 광전도성 입자 크기는 또한 그것이 분산되는 건조된 광전도성 코팅 두께 이하이다.
전하 발생층에서 전하 생성 물질("CGM") 대 바인더의 중량비는 30(CGM):70(바인더) 내지 약 70(CGM):30(바인더)의 범위이다.
전하 발생층(여기서는 또한 광전도층을 의미) 및 전하 이송층을 포함하는 다층 광수용체에 있어서, 약 1 내지 약 10 마이크론 두께처럼 0.1 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터 사이의 건조된 광전도층 코팅 두께로 수행되면 만족할만한 결과를 얻을 수 있다. 광전도층의 두께는 약 0.2 마이크로미터 내지 약 4 마이크로미터이다. 반면, 상기 두께는 염료 로딩에 좌우된다. 따라서, 염료 로딩이 높을수록 보다얇은 광전도성 코팅의 사용이 가능하다.
코팅 조성물의 용매 및 바인더 내에 광전도성 입자를 분산시키기 위해 임의의 적절한 기술이 이용될 수 있다. 일반적인 분산 기술은 볼 밀링, 롤 밀링, 수직 어트리터 밀링(milling in vertical attritor), 샌드 밀링 등을 포함한다. 볼 롤 밀(ball roll mill)을 이용하는 일반적인 밀링 시간은 약 4 내지 약 6일이다.
전하 이송 물질은 유기 폴리머, 비-폴리머 물질 또는 SOF를 포함하고, SOF는 광여기된 홀의 주입을 지지하거나 광전도성 물질로부터 전자를 이송하고, 유기층을 통한 상기 홀 또는 전자의 이동이 표면 전하를 선택적으로 소멸하는 것을 가능하게 한다.
예시적인 전하 이송 물질은 주쇄 또는 측쇄내에 안트라센, 피렌, 페난트렌, 코로넨 등과 같은 다환 방향족 고리 또는 인돌, 카바졸, 옥사졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이미다졸, 피라졸, 옥사디아졸, 피라졸린, 티아디아졸, 트리아졸 및 하이드라존 화합물과 같은 니트로-함유 헤테로 고리를 갖는 화합물로부터 선택되는 정공 이송 물질을 포함한다.
적절한 비활성 수지 바인더는 전하 이송층에 이용될 수 있다. 메틸렌 클로라이드에 용해 가능한 일반적인 비활성 수지 바인더는 폴리카보네이트 수지, 폴리비닐카바졸, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르, 폴리설폰 등을 포함한다. 분자량은 약 20,000 내지 약 1,500,000으로 다양할 수 있다.
전하 이송층에서 바인더에 대한 전하 이송 물질("CTM")의 중량비는 30(CTM):70(바인더) 내지 70(CTM):30(바인더) 범위이다.
전하 이송층 및 전하 발생층을 기판에 적용하는데 임의의 적절한 기술도 이용될 수 있다. 일반적인 코팅 기술은 딥 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅, 회전식 분무기(rotary atomizer) 등을 포함한다. 코팅 기술은 넓은 고체 농도를 사용할 수 있다. 고체 함량은 분산물의 총 중량에 기반하여 약 2 중량퍼센트 내지 약 30 중량퍼센트이다. "고체(Solid)"는 전하 이송 입자 및 전하 이송 코팅 분산물의 바인더 구성 요소를 의미한다. 상기 고체 농도는 딥 코팅, 롤, 스프레이 코팅 등에 유용하다. 일반적으로, 더욱 농축된 코팅 분산물은 롤 코팅에 사용될 수 있다. 증착된 코팅의 건조는 오븐 건조, 적외선 복사 건조, 공기 건조 등과 같은 적절한 종래 기술에 의해 달성될 수 있다. 일반적으로, 이송층의 두께는 약 5 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터이지만 상기 범위를 벗어나는 두께도 사용할 수 있다. 일반적으로, 전하 발생층에 대한 전하 이송층의 두께 비는 약 2:1 내지 200:1 및 일부 경우에 약 400:1에서 유지된다.
예시적인 전하 이송 SOF는 안트라센, 피렌, 페난트렌, 코로넨 등과 같은 다환식 방향족 고리 또는 인돌, 카바졸, 옥사졸, 이소옥사졸, 티아졸, 이미다졸, 피라졸, 옥사디아졸, 피라졸린, 티아디아졸, 트리아졸 및 하이드라졸 화합물과 같은 질소-함유 헤테로 고리를 포함하는 세그먼트를 가진 화합물로부터 선택되는 정공 이송 물질을 포함한다. 일반적인 홀 이송 SOF 세그먼트는 카바졸; N-에틸 카바졸; N-이소프로필 카바졸; N-페닐 카바졸; 테트라페닐피렌; 1-메틸 피렌; 페릴렌; 크리센; 안트라센; 테트라펜; 2-페닐 나프탈렌; 아조피렌; 1-에틸 피렌; 아세틸 피렌; 2,3-벤조크리센; 2,4-벤조피렌; 및 1,4-브로모피렌과 같은 전자 도너 물질을 포함한다. 적절한 전자 이송 SOF 세그먼트는 미국 특허번호 4,921,769를 참조하여 2,4,7-트리니트로-9-플루오레논; 2,4,5,7-테트라니트로-플루오레논; 디니트로안트라센; 디니트로아크리덴; 테트라시아노피렌; 디니트로안트라퀴논; 및 부틸카보닐플루오렌말로노니트릴과 같은 전자 수용체를 포함한다. 또 다른 홀 이송 SOF 세그먼트는 미국 특허번호 4,265,990에 기재된 아릴아민 또는 N,N'-디페닐-N,N'-비스(알킬페닐)-(1,1'-비페닐)-4,4'-디아민을 포함하고, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 헥실 등으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또 다른 알려진 전하 이송 SOF 세그먼트는 미국특허 4,921,773 및 4,464,450을 참조하여 선택될 수 있다.
SOF 전하 이송층은
(a) 세그먼트 및 다수의 Fg을 개개 포함하고 전하 이송 경향이 있는 특성을 가진 복수의 분자 빌딩 블록을 포함하는 액체-함유 반응 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 습윤 필름으로 상기 반응 혼합물을 증착하는 단계; 및
(c) 상기 분자 빌딩 블록을 포함하는 습윤 필름을 공유결합 유기 골격 구조로 배열되는 복수의 세그먼트 및 복수의 링커를 포함하는 SOF를 포함하는 건조 필름으로 변화시키는 것을 촉진하는 단계(여기서 거시적 수준에서 상기 공유결합 유기 골격 구조는 필름이다);로 제조될 수 있다.
로딩은 반응 혼합물의 총 중량에 기반하여 중량으로 약 2 중량퍼센트 내지 약 50 중량퍼센트일 수 있다. "로딩(Loading)"은 전하 이송 SOF 반응 혼합물의 분자 빌딩 블록 구성 요소를 의미한다. 상기 로딩은 딥 코팅, 롤, 스프레이 코팅 등에 유용하다. 일반적으로, 더욱 농축된 코팅 분산물은 롤 코팅에서 사용될 수 있다. 증착된 코팅층의 건조는 오븐 건조, 적외선 복사 건조, 공기 건조 등과 같은 적절한 종래 기술에 의해 달성될 수 있다. 일반적으로 전하 이송 SOF층의 두께는 약 5 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터, 약 10 마이크로미터 내지 약 70 마이크로미터 또는 10 마이크로미터 내지 약 40 마이크로미터이다. 일반적으로, 전하 발생층에 대한 전하 이송층의 두께 비는 약 2:1 내지 200:1로 유지될 수 있고, 일부 경우에 400:1로 유지될 수 있다.
여기서 기술하는 물질 및 과정은 바인더, 전하 생성 물질 및 전하 이송 물질을 포함하는 단일 이미징층 타입 광수용체를 제조하는데 사용될 수 있다. 단일 이미징층을 위한 분산물내에서 고체 함량은 분산물 중량에 기반하여 약 2 중량% 내지 약 30 중량% 범위일 수 있다.
이미징층이 전하 발생층 및 전하 이송층 기능을 결합하는 단일층일 경우 그 내부에 함유된 구성 요소의 예시적 양은 다음과 같다: 전하 생성 물질(약 5 중량% 내지 약 40 중량%), 전하 이송 물질(약 20 중량% 내지 약 60 중량%) 및 바인더(이미징층의 잔부).
여기서 기술한 물질 및 과정은 전하 생성 물질 및 전하 이송 SOF를 포함하는 단일 이미징층 타입 광수용체를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 단일 이미징층을 위한 분산물내에서 고체 함량은 분산물 중량에 기반하여 약 2 중량% 내지 약 30 중량% 범위일 수 있다.
이미징층이 전하 발생층 및 전하 이송층의 기능을 결합하는 단일층일 경우 그 내부에 함유되는 구성 요소의 예시적 양은 다음과 같다: 전하 이송 분자 빌딩 블록(약 20 중량% 내지 약 75 중량%)의 경향이 있는 추가된 기능을 가진 전하 생성 물질(약 2 중량% 내지 약 40 중량%).
이미징 부재의 최외각층 또는 외각층으로서 오버코트층 또는 층들(8)은 전하 발생층 위 또는 전하 이송층 위에 위치할 수 있으며, 이미징 표면일 수 있다. 상기 층은 전기적으로 절연 또는 약간의 반-전도성을 가지는 SOF를 포함할 수 있다.
상기 보호성 오버코트층은 전하 이송 세그먼트를 선택적으로 포함하는 복수의 분자 빌딩 블록을 포함하는 반응 혼합물을 형성하는 SOF를 포함한다.
첨가제는 오버코트층의 약 0.5 내지 약 40 중량 퍼센트의 범위에서 오버코트층내에 존재한다. 첨가제는 추가적으로 내마모성 향상 및/또는 전하 이완 특성을 제공할 수 있는 유기 및 무기 입자들을 포함한다. 유기 입자들은 테프론 분말, 카본 블랙 및 그라파이트 입자들을 포함한다. 무기 입자들은 실리카, 산화 아연, 산화 주석 등과 같은 절연 및 반도체성 금속 산화물 입자들을 포함한다. 또 다른 반도체성 첨가제는 미국 특허번호 5,853,906에 기재된 바와 같이 산화된 올리고머 염이다. 올리고머 염은 N,N,N',N'-테트라-p-톨릴-4,4'-비페닐디아민 염을 포함할 수 있다.
SOF 오버코트층은
(a) 세그먼트 및 다수의 Fg를 개개 포함하고 전하 이송 경향이 있는 특성을 가진 복수의 분자 빌딩 블록을 포함하는 액체-함유 반응 혼합물을 제조하는 단계;
(b) 습윤 필름으로 상기 반응 혼합물을 증착하는 단계; 및
(c) 상기 분자 빌딩 블록을 포함하는 습윤 필름을 공유결합 유기 골격 구조로 배열되는 복수의 세그먼트 및 복수의 링커를 포함하는 SOF를 포함하는 건조 필름으로 변화시키는 것을 촉진하는 단계(여기서 거시적 수준에서 상기 공유결합 유기 골격 구조는 필름이다);로 제조될 수 있다.
약 2 마이크로미터 내지 약 15 마이크로미터 또는 약 2 마이크로미터 내지 약 7 마이크로미터의 오버코트층은 전하 이송 분자 침출(leaching), 결정화 및 전하 이송층의 크랙킹을 방지하는데 효과적이고, 스크래치(scratch) 및 내마모성을 추가로 제공한다.
접지 스트립(9)은 필름-형성 바인더 및 전기 전도성 입자들을 포함할 수 있다. 셀룰로오스는 전도성 입자들을 분산시키는데 사용될 수 있다. 적절한 전기 전도성 입자들은 전기 전도성 접지 스트립층(8)에 사용될 수 있다. 접지 스트립(8)은 미국 특허번호 4,664,995에 열거된 물질을 포함할 수 있다. 일반적인 전기 전도성 입자들은 예를 들어, 카본 블랙, 그라파이트, 구리, 은, 금, 니켈, 탄탈륨, 크롬, 지르코늄, 바나듐, 니오븀, 인듐 주석 산화물 등을 포함한다.
전기 전도성 입자들은 임의의 적합한 모양을 가질 수 있다. 일반적인 모양은 불규칙, 과립형, 구형, 타원형, 입방체, 플레이크, 필라멘트 등을 포함한다. 전기 전도성 입자들은 전기 전도성 접지 스트립층이 과도하게 불규칙한 외부 표면을 가지는 것을 피하기 위해 전기 전도성 접지 스트립층의 두께보다 작은 입자 크기를 가질 수 있다. 약 10 마이크로미터보다 작은 평균 입자 크기는 일반적으로 건조된 접지 스트립층의 외부 표면에서 전기 전도성 입자들의 과도한 돌출을 방지하고, 건조된 접지 스트립층의 매트릭스를 통해 입자들이 비교적 균일하게 분산되도록 한다. 접지 스트립에 사용되는 전도성 입자들의 농도는 사용되는 임의의 전도성 물질의 전도성과 같은 요소에 좌우된다.
접지 스트립층은 약 7 마이크로미터 내지 약 42 마이크로미터 또는 약 14 마이크로미터 내지 약 27 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다.
SOF는 점성 액체 잉크를 인쇄하기 위한 기판 또는 시스템에 이미지를 전달하기 위한 시스템과 결합될 수 있다. 상기 시스템은 SOF를 선택적으로 포함하는 광수용체를 포함할 수 있고(광수용체의 이미징 표면은 SOF를 포함할 수 있다), 대표적인 시스템은 포토벨트(photobelt)일 수 있지만, 광수용체 형태는 포토벨트 대체제로 또 다른 형태를 가질 수 있다. 전기 전도성 스페이서층은 포토벨트의 일 표면 위에 형성된 후 랜드 배열의 형태로 패턴화될 수 있고, 이는 물리적으로 고립된 셀로 정의된다. 상기 패턴화된 스페이서 층은 "픽실레이티드(pixilated)"되는 것으로 나타낼 수 있다. 전기적으로 절연 스페이서 층을 포함하는 물질은 잉크 및 미터링 시스템(metering system)의 존재하에서 물리적 및 화학적으로 견고하고, 측면 방향(laterally)으로 전기적 절연성을 포함하는 다양한 특성을 포함하는데, 상기 물질은 SOF일 수 있다. 측면 전기적 절연은 이미지 현상을 완료하는데 필요한 시간보다 긴 시간 동안 전하를 유지하게 한다.
포토벨트 중 하나는 SOF 또는 레이저 패턴화된 포토폴리머 기반-그라비아이다. 상기 패턴화된 포토폴리머 기반 그라비아는 매우 높은 해상도(인치당 12,000 도트(dot) 이상) 이미지 현상이 용이한 경화된 폴리머에 얇은 다이아몬드와 같은 코팅을 이용할 수 있다.
잉크 저장소 및 미터링 시스템은 개개의 셀에 대해 제어된 잉크 양을 제공할 수 있다. 화면 코로나 충전 유닛(screened corona charging unit, "스코로트론(scorotron)"과 같은 메커니즘은 셀 내에 잉크를 충전하는 블랭킷(branket)에 제공된다. 레이저 래스터 출력 스캐너(laser raster output scanner, ROS)와 같은 광학 어드레싱 시스템(optically addressing system)은 셀 단위(cell-by-cell) 및 행 단위(row-by-row) 래스터 방식에서 개개의 셀을 광학적으로 어드레싱하기 위해 존재할 수 있다. 바이어스 전도성 임프레션 롤러(biased conductive impression roller)는 이동하는 이미지 수용 웹과 같은 기판으로 압력을 가하는데 사용될 수 있다. 다음 대량 충전(bulk charging)/선택적 방전(selective discharging)/사이클 개발(developing cycle)까지 방전된 잉크가 인시츄로 남아있는 동안 선택적인 세척 스테이션은 이미지를 이미지 수용 웹으로 전사한 후 임의의 셀에 남아있는 잉크를 제거하기 위해 제공될 수 있다.
완전한 시스템의 일부를 형성할 수 있는 추가적인 요소들은 시트지와 같은 이미징 기판 소스, 이미지 수용 웹으로부터 기판으로 잉크를 전사함으로써 기판 상에 이미지를 현상하는 디벨로퍼(developer) 부분, 잉크를 기판에 융합, 증발, 용융 또는 고정하기 위한 픽서(fixer) 부분 및 원하는 이미지가 인쇄되고 고정된 이미지를 가진 기판을 수용하기 위한 아웃피드(outfeed) 부분을 포함한다. 상기 요소들 개개는 선택적이고, 일부 또는 적은 요소들은 본 발명을 이용하는 장치에 포함될 수 있다. 또한, 상기 기재는 종이 기판 위에 이미지를 형성할 수 있는 장치를 언급하고 있지만 본 발명은 다양한 형태의 기판 위에 이미지를 형성할 수 있고, 본 발명의 중요한 이점은 현재 시스템이 허용하는 것보다 다양한 기판에 이미지를 형성할 수 있다는 것이다.
여기에서 기술한 방법에 따르면, 저장소로부터 잉크는 픽실레이티드된 광수용체의 셀로 채워진다. 미터링 시스템은 개개의 셀내에서 및 선택적으로 랜드의 상부 표면 아래에서 잉크 농도를 비교적 균일하도록 과잉의 잉크를 제거할 수 있다. 미터링 시스템은 Chow 등에 의한 미국 출원특허 번호 12/566,568 및 12/566,518에 기재된 블레이드 또는 롤러를 포함할 수 있다. 블랭킷 충전은 스코로트론을 통과할 때와 같이 모든 셀내의 잉크에 적용할 수 있다. 이러한 구현예에서, 충전은 양(positive)일 수 있지만, 극성(polarity)은 반대일 수 있다.
개개의 셀은 픽셀레이티드된 광수용체 상에 이미지를 현상하는 인쇄된 이미지에 기반하여 빛에 노출될 수 있다. 구현예에서, 셀내 잉크 충전은 포토벨트의 일부 영역이 빛에 노출될 때 소멸될 수 있다. 구현예에서, 빛은 그라비아 셀을 관통할 수 있고, 포토벨트의 광수용 표면에 입사될 수 있다. 포토벨트의 노출된 부분은 전도성일 수 있고, 노출된 영역과 접촉하여 잉크 셀을 충전할 수 있다. 선택적으로, 방전 속도를 증가시키기 위해 전도성 패드는 그라비아 셀 벽하에서 개개의 잉크 셀을 광수용체 에지에 연결할 수 있다. 구현예에서, 잉크 전도도는 정전기 방전이 비교적 빨리 되도록 충분히 높을 수 있다. 구현예에서, 잉크는 광학 어드레싱 시스템에 의해 빛에 노출되지 않는 한 충전된 상태로 남아있을 수 있다. 비 이미지(non-image) 셀내의 잉크는 충전을 유지하지 못하는 반면, 차후 인쇄되는 셀내의 잉크는 충전된 상태로 남아있을 수 있다. 구현예에서 바람직한 이미지는 픽실레이티드된 광수용체에 현상될 수 있지만, 또 다른 구현예에서 반전 이미지가 광수용체 상에 현상될 수 있다.
이동하는 이미지 수용 웹은 랜드 상부와 물리적으로 접촉할 수 있기 때문에 셀내에서의 잉크와 매우 근접하고 물리적으로 접촉하지 않는다. 임프레션 롤러(impression roller)는 이 지점에서 두가지 기능을 수행할 수 있다. 첫째로, 이미지 수용 웹을 랜드와 직면하게 하기 위해 이미지 수용 웹에 압력을 가할 수 있다. 둘째로, 충전된 잉크를 표면으로 끌어당기는 정전 전하-기반 인력이 존재하도록 임프레션 롤러를 기울일(biased) 수 있다. 상기 인력은 잉크가 셀로부터 배출되게 하고, 잉크와 충전된 임프레션 롤러 사이에 구비되는 이미지 수용 웹에 적용된다. 일반적으로, 충전되지 않은 잉크는 임프레션 롤러 방향으로 이동하기 위한 정전기력에 의해 영향을 받지 않을 수 있으므로 셀 내에 남아있게 되고, 따라서 이미지 수용 웹에 나타나는 잉크에서 갭이 생성할 수 있다.
이미지 수용 웹의 표면에 적용되는 잉크 개개의 스팟(spot)은 하나 이상의 다양한 방법으로 크기를 제한할 수 있다. 첫째로, 셀 내 잉크 부피는 고정될 수 있다. 이는 이미지 수용 웹 표면에서 임의의 분산을 제한할 수 있다. 둘째로, 비교적 높은 점도의 잉크를 사용하여 잉크 스팟의 크기에 영향을 미칠 수 있다. 고 점도 잉크는 이미지 수용 웹에 적용한 후 퍼짐을 추가적으로 제한할 수 있다. 셋째로, 이미지 수용 웹은 비습윤 특성을 가지도록 설계된 SOF와 같이 비습윤 물질로 제조될 수 있으며, 이에 의해 이미지 수용 웹 표면에서 잉크의 분산을 추가적으로 제한할 수 있다. 마지막으로, 이미지 수용 웹은 랜드의 상부 표면과 물리적으로 접촉할 수 있다. 이미지 수용 웹의 측벽은 셀 뿐만 아니라 이미지 수용 웹 표면에서의 측면 형태(lateral form)를 한정할 수 있고, 이에 의해 물리적으로 이미지 수용 웹 표면에서의 잉크 분산을 추가로 제한할 수 있다.
다음, 이미지 수용 웹 상으로 현상된 이미지는 시트지 또는 또 다른 형태의 기판에 적용될 수 있다. (1) 현상을 위한 기판 전달, (2) 기판 상으로 이미지 고정 및 (3) 마지막 인쇄된 기판을 처리하는 추가적인 단계는 선택적으로 다룰 수 있다.
SOF는 인쇄 시스템과 방법의 일부분으로 픽실레이티드된 광전도체를 사용하는 장치에 포함될 수 있다. 상기 구현예에서, 알려진 시스템 및 방법과 비교하여 SOF를 포함할 수 있는, 픽실레이티드된 광전도체를 제외한 특수화된 구성 요소에 대한 요구가 있기 때문에 부품 수(par count)는 감소된다. 세척 필요성 또한 정전기 근접 인쇄에 대한 다양한 종래 접근들과 비교하여 감소될 수 있다. 또한, 고해상도가 가능하고, 값비싼 토너 잉크는 필요하지 않을 수 있고, 벨트 구조가 사용될 수 있다. 벨트 구조는 긴 현상 닙(long development nip)을 제공하는데 사용될 수 있기 때문에 벨트 구조가 편리하며, 이는 빠른 인쇄용 또는 더욱 큰 점성 잉크용으로 바람직하다.
방전 속도를 증가시키기 위해 셀 내 및 잉크하에서 쇼팅 전극(shorting electrode)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 배열을 이용하는 마킹 공정(marking process)은 전도층, 전하 발생층 및 이송층을 형성하는 캐리어(carrier, 예를 들어 광수용체의 벨트 부분)를 포함하고, 상기 개개는 SOF를 포함할 수 있다. 쇼팅 전극은 이송층 위에 형성될 수 있다. 전기 절연 스페이서층은 쇼팅 전극 및 이송층의 임의의 노출된 부분에 형성될 수 있다. 스페이서층은 랜드 배열을 형성하기 위해 패턴될 수 있고, 물리적으로 격리된 셀을 정의한다. 쇼팅 전극의 적어도 일부는 셀내에 노출될 수 있다.
전도성 잉크일 수 있는 잉크는 격리된 셀 내에 적용될 수 있다. 그 후 구조는 충전될 수 있다(전도성 잉크가 존재하는 경우 잉크는 용이하게 충전될 수 있음). 이러한 시점에서 전하 발생층의 전도도는 개개의 셀이 선택적으로 방전될 수 있도록 빛에 노출됨으로써 변경될 수 있다. 이러한 구현예에 따른 방전은 쇼팅 전극을 통해 잉크와 전도체 사이의 전도 경로를 형성시켜 생성할 수 있다. 쇼팅 전극의 용도는 예를 들어 충전된 잉크 및 전도체(예를 들어, 접지될 수 있음) 사이의 전하 전도를 용이하게 하고 촉진시킨다. 구현예에서 셀내의 잉크는 이에 의해 선택적으로 방전될 수 있다.
기울어진 기판은 상기 구조와 잉크에 적용될 수 있고, 충전된 잉크와 바이어스된 기판 사이 인력은 충전된 잉크를 기판과 부착하게 되어 생성한다. 그 후 기판은 제거되고, 앞에서 기술한 바와 같이 현상된 이미지는 기판에 붙게 된다.
SOF는 전기사진 인쇄 시스템(electrographic printing system)의 일부인 시스템(즉, SOF가 하기 열거된 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수 있다)에 결합될 수 있고, 잉크 로딩 유닛(ink loading unit) 또는 메커니즘, 블랭킷 롤러(blanket roller), 세척 블레이드(cleaning blade), 블랭킷 롤러 크리너(blanket roller cleaner), 속도 조절기(speed controller), 이미지 형성 유닛(image forming unit) 및 전기장 생성기(electric field generator)를 포함할 수 있다. 상기 시스템은 상기 구성 요소보다 더 많이 또는 적게 포함할 수 있다. 상기 구성 요소들 중 일부는 선택적일 수 있다.
잉크 로딩 유닛 또는 메커니즘과 블랭킷 롤러는 전기사진 인쇄 시스템에서 미터링 유닛을 형성할 수 있다. 잉크 로딩 메커니즘은 종래 잉크 로딩 메커니즘일 수 있다. 이는 아닐록스 롤러(anilox roller), 닥터 블레이드(doctor blade) 및 컨테인먼트 블레이드(containment blade)를 포함할 수 있다. 아닐록스 롤러, 닥터 블레이드 및 컨테인먼트 블레이드의 결합된 구성 요소는 챔버 블레이드 시스템(chamber blade system)를 의미할 수 있다.
SOF는 아닐록스 롤러에 결합될 수 있다. 상기 아닐록스 롤러는 종래 아닐록스 롤러에 해당하는 구조를 가질 수 있고, 밸리(valley) 및 랜드(land)와 같은 복수의 밸리 또는 그루브(groove)를 가진 그라비아를 가질 수 있다. 상기 밸리 및 랜드는 셀을 형성한다. 상기 밸리는 잉크 공급으로부터 얻어지는 잉크를 포함하는데 사용될 수 있다. 잉크로 셀을 채우는 것은 챔버 블레이드 시스템 또는 픽업(pickup) 롤러와 같은 종래 기술로 수행될 수 있다. 종래 스티프 컨테인먼트 블레이드(stiff containment blade)는 셀을 완전히 또는 거의 완전히 채우는데(예를 들어, 밸리에 의해 제공되는 부피의 90%) 사용될 수 있다. 상기 닥터 블레이드는 랜드를 세척하거나 종래 시스템에서의 잉크 잔여물을 제거하는데 사용될 수 있다. 아닐록스 롤러는 제1 방향(예를 들어, 반시계 방향)으로 회전하거나 원형으로 이동할 수 있다.
SOF를 포함할 수 있는 블랭킷 롤러는 밸리가 부분적으로 채워지는 셀 외부로 잉크를 회수, 추출 또는 제거하기 위해 아닐록스 롤러와 차례로 참여한다. 완전히 또는 거의 완전히 채워진 셀내의 잉크는 블랭킷 롤러의 표면에 접착된다. 블랭킷 롤러가 회전함에 따라 접착된 잉크는 완전히 또는 거의 완전히 채워진 셀내의 잉크 양을 감소시키면서 빠져나갈 수 있다. 밸리에서의 잉크 부피 또는 깊이는 본래 채워진 수준의 거의 반으로 감소될 수 있다. 블랭킷 롤러에 의해 회수, 추출 또는 제거된 잉크는 블랭킷 롤러 블레이드에 의해 컨테이너로 수집될 수 있다. 컨테이너에 수집된 잉크는 잉크 공급부를 위한 잉크로서 재사용되기 위해 재생될 수 있다. 새로운 표면이 잉크를 측정하고 빼내는데 사용되도록 블랭킷 롤러는 필요에 따라 세척될 수 있다. 블랭킷 롤러 세척기는 블랭킷 롤러에서 잉크를 세척하고, 잉크 공급부로 잉크를 재생하는데 사용될 수 있다.
세척된 블레이드는 랜드 상부에 남아있는 잉크 잔여물을 제거하기 위해 셀의 랜드 상부를 세척한다. 세척 블레이드는 닥터(doctor) 또는 와이핑(wiping) 모드에서 블랭킷 롤러 작동 후에 위치될 수 있다. 세척 후 셀은 반이 채워진 셀로 세척될 수 있다. 세척 블레이드에 의해 수행되는 세척은 스탠다드 블레이딩 모드로 사용할 수 있다.
이미지 형성 유닛은 세척된 셀로부터 잉크를 이용하여 이미지를 형성하기 위해 잉크 로딩 메커니즘과 결합될 수 있다. 이미지 형성 유닛은 아닐록스 롤러와 차례로 참여하는 광수용체를 가진 광수용체 드럼 또는 벨트, SOF를 포함할 수 있고 광수용체를 이미지-방식(image-wise) 충전하기 위한 광수용체 드럼 또는 벨트와 결합되는 전하 이미지 생성기 및 광수용체 드럼 또는 벨트가 회전함에 따라 이미지를 수용하기 위한 광수용체 드럼 또는 벨트와 접촉 또는 거의 접촉하는(근접하여) 기판을 포함하는 SOF를 포함할 수 있다. 전하 이미지 생성기는 전하 이미지를 생성하는 알려진 방법들 중 임의의 방법으로도 제조될 수 있으며, 스코로트론에 이어서 이미지-방식 방전 스캐닝 레이저 또는 발광 다이오드 바 어레이를 이용한 블랭킷 충전 또는 소 전하 이미터(small charge emitter)의 어드레스 가능한 배열(addressable array)과 같은 직접 기록 시스템(예를 들어, 도상법(iconography))을 포함한다.
완전히 또는 거의 완전히 채워진 셀로부터 배출되는 잉크 양은 바람직한 성능을 제공하기 위해 제어, 조정 또는 변화될 수 있다. 이를 수행하기 위한 다수의 기술이 존재할 수 있다.
SOF는 상이한 인성(toughness)을 가질 수 있다. 인성 차이는 세그먼트 및/또는 링커의 선택뿐만 아니라 캡핑 유닛의 도입에 의해 나타날 수 있으며, SOF에서 캡핑기 농도를 다양하게 함으로써 나타날 수 있다. SOF의 인성은 향상될 수 있거나 약화될 수 있다.
인성은 SOF에 대한 응력-변형 곡선(stress-strain curve)을 측정하여 평가될 수 있다. 상기 테스트는 두개의 클램프(하나는 정지형, 하나는 이동형) 사이의 알려진 치수의 강아지 뼈 모양 SOF 조각을 설치하여 수행된다. 이동형 클램프는 필름에 응력(Force/area)을 유발하는 알려진 속도(N/min)로 힘을 가한다. 상기 응력은 필름이 늘어나게 하고 응력 대 변형을 비교하는 그래프로 만들어진다. 영률(선형 부분의 기울기) 뿐만 아니라 파단점(rupture point, 파괴시 응력과 변형) 및 인성(곡선의 적분)이 결정될 수 있다. 이들 데이터는 필름의 기계적 특성들에 대한 이해를 제공한다. 구현예의 목적을 위해 SOF 사이의 기계적 특성(인성)은 개개의 파단점으로 표시한다.
캡핑된 SOF(대응되는 캡핑되지 않은 SOF 조성에 대해)와 같은 SOF 필름의 파단점은 약 5% 내지 약 25%에서와 같이 약 1% 내지 약 85%로 감소될 수 있다.
캡핑된 SOF(대응되는 캡핑되지 않은 SOF 조성에 대해)와 같은 SOF 필름의 파단점은 약 1 내지 약 400%, 약 20% 내지 약 200% 또는 약 50% 내지 약 100%로 향상될 수 있다.
인쇄 잉크의 "농도(consistency)"가 증가하여 인쇄 작업의 생산성 및 품질에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 상기 농도는 다양한 개개의 특성들에 대해 선택될 수 있고 임의의 인쇄 프레스(press), 기판, 인쇄물, 속도 등을 가능한 최적으로 맞추어 조절될 수 있다. 여기서 사용된 것과 같이, "동적 점도(dynamic viscosity)"(η)는 잉크 흐름에 대한 내부 저항을 의미한다. 잉크 점도가 높을수록 잉크는 덜 쉽게 흐르고, 필름으로 퍼지는 것이 더욱 어렵게 된다. 점도에 대한 측정 단위는 Pa·s(Pascal second) 또는 cP(centi Poise)=1 mPa·s(millipascal second)이다.
대표적인 마킹 물질은 토너, 잉크, 결합제(들), 표면 마무리 처리제(들), 보호 코팅(들) 및 전기 전도성 물질(들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절한 잉크 마킹 물질은 오프셋 인쇄(offset printing, 동적 점도 η=40-100 Pa·s) 및 레터프레스 인쇄(letterpress printing, 동적 점도 η=50-150 Pa·s)에 사용되는 높은 점도의 반죽 같은 잉크; 그라비아 액체 잉크(동적 점도 η=0.05-0.01 Pa·s); 낮은 동적 점도(η=1 내지 30 mPa·s)를 가지는 잉크젯 잉크뿐만 아니라 상기 값들 사이의 점도를 가진 잉크를 포함한다. 예를 들어, 일구현예에서 마킹 물질은 약 100 cp 내지 약 200,000 cp 점도를 가진 액체 잉크와 같은 약 100 cp 이상의 점도를 가진 액체 잉크 또는 약 1000 cp 내지 150,000 cp와 같이 약 1000 cp 이상의 점도를 가진 액체 잉크이다.
모든 비율은 달리 언급하지 않으면 중량에 의한 것이다.
"패터닝(Patterning)"은 예를 들어, 세그먼트가 서로 연결되는 시퀀스(sequence)를 의미한다. 패터닝된 SOF는 예를 들어, 세그먼트 A는 오직 세그먼트 B와 연결되고, 역으로 세그먼트 B는 오직 세그먼트 A와 연결되는 것과 같이 조성을 구체화한다. 또한, 단지 하나의 세그먼트가 존재하고, 이를 세그먼트 A라 명명한 시스템은 A가 오직 A와 반응하도록 되었기 때문에 패턴화된다.
실시예 1은 타입 2 SOF의 합성을 기술하고 있으며,구성 요소들은 에테르화 연결 화학이 두개 빌딩 블록 사이에서 촉진되도록 결합한다. 산 촉매 및 가열 공정이 존재하면 실시예 1에서 기술된 방법으로 SOF를 생성한다.
실시예 1: 타입 2 SOF
(단계 A) 액체 함유 반응 혼합물의 제조
빌딩 블록 벤젠-1,4-디메탄올[세그먼트=p-크실릴; Fg=하이드록실(-OH); (0.47 g, 3.4 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 N4,N4,N4',N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민; Fg=메톡시 에테르(-OCH3); (1.12 g, 1.7 mmol)], 및 17.9 g의 1-메톡시-2-프로판올을 조합하였다. 균일한 용액이 나타날 때까지 상기 혼합물을 교반하고 60 ℃로 가열하였다. 실온으로 냉각하면서 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1-메톡시-2-프로판올내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.31g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 생성하였다.
(단계 B) 습윤층으로서 반응 혼합물의 증착
8 밀의 갭을 가지는 버드 바(bird bar)가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터(draw down coater)를 이용하여 금속화된 (TiZr) MYLAR™ 기판의 반사 측면에 상기 반응 혼합물을 도포하였다.
(단계 C) 습윤 필름의 건조 SOF로의 변화 촉진
습윤층을 지지하는 금속화된 MYLAR™ 기판을 130 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 약 3-6 마이크론 범위의 두께를 가진 SOF가 제공되었는데, 단일 프리-스탠딩 SOF로서 기판으로부터 박리될 수 있다. SOF의 색은 녹색이었다. 상기 SOF의 일부분의 퓨리에 트랜스폼 적외선 스팩트럼(Fourier-transform infrared spectrum)이 도 4에 나타나 있다.
실시예 1에서 제조된 SOF가 상기 SOF 내에 패턴화된, 도입된 분자 빌딩 블록으로부터의 세그먼트를 포함한다는 것을 증명하기 위해 3가지 대조 실험을 수행하였다. 즉, 실시예 1의 단계 A에 개시된 것과 동일한 과정을 이용하여 3가지 액체 반응 혼합물을 제조하였다; 다만, 상기 3가지 제제를 각각 하기와 같이 변형하였다:
(대조 반응 혼합물 1: 실시예 2) 빌딩 블록 벤젠-1,4-디메탄올이 포함되지 않았다.
(대조 반응 혼합물 2: 실시예 3) 빌딩 블록 N4,N4,N4',N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민을 포함하지 않았다.
(대조 반응 혼합물 3; 실시예 4) 촉매 p-톨루엔설폰산을 포함하지 않았다.
실시예 2-4는 필름으로 형성되지 않았다. 대신에, 빌딩 블록의 침전된 분말을 기판에 증착하였다.
3가지 대조 반응 혼합물 각각에 대해 실시예 1에서 기술한 단계 B 및 단계 C를 수행하였다. 그러나, 모든 경우에서 SOF는 형성되지 않았다; 빌딩 블록은 기판 위에 침전되었다. 상기 결과들로부터 빌딩 블록은 기술된 공정 조건하에서 스스로 반응할 수 없으며, 상기 빌딩 블록은 촉진제(p-톨루엔설폰산)의 부재시 반응할 수 없다는 것을 결론내릴 수 있다. 그러므로, 실시예 1에서 기술한 활성은 1이며, 빌딩 블록(벤젠-1,4-디메탄올 및 N4,N4,N4'N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민)은 촉진될 때에만 서로 반응할 수 있다. 패턴화된 SOF는 세그먼트 p-크실릴 및 N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민이 서로 연결될 때에만 나타난다. SOF 대조 실험(도 5)의 생성물의 경우와 비교할 때 퓨리에 트랜스폼 적외선 스펙트럼은 출발 물질로부터 Fg(특히 벤젠-1,4-디메탄올로부터 하이드록실 밴드가 없음)가 없음을 나타내고, 세그먼트간 연결은 전술한 바와 같이 진행된다는 것을 더욱 뒷받침한다. 또한, SOF에 대한 스펙트럼에서 하이드록실 밴드가 전혀 없는 것은 패터닝 정도가 매우 높다는 것을 나타낸다.
실시예 5:
(단계 A) 빌딩 블록 1,6-n-헥산디올[세그먼트=n-헥실; Fg=하이드록실(-OH); (0.21 g, 1.8 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 N4,N4,N4',N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N4,N4,N4'N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민; Fg=메톡시 에테르(-OH3); (0.58 g, 0.87 mmol)] 및 8.95 g의 1-메톡시-2-프로판올을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반하고 60 ℃로 가열하였다. 실온으로 냉각시키면서 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1-메톡시-2-프로판올내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.16 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 얻었다. (단계 B) 20 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 금속화된 (TiZr) MYLAR™ 기판의 반사 측면에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 금속화된 MYLAR™ 기판을 130 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 단일 프리-스탠딩 SOF로서 기판으로부터 박리될 수 있는 약 4-5 마이크론 범위의 두께를 가진 SOF가 제공되었다. SOF의 색은 녹색이었다. 상기 SOF의 일부분의 퓨리에 트랜스폼 적외선 스팩트럼이 도 6에 나타나 있다.
실시예 6:
(단계 A) 빌딩 블록 4,4'-(시클로헥산-1,1-디일)디페놀[세그먼트=4,4'(시클로헥산-1,1-디일)디페닐; Fg=하이드록실(-OH); (0.97 g, 6 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 N4,N4,N4',N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민; Fg=메톡시 에테르(-OCH3); (1.21 g, 1.8 mmol)] 및 7.51 g의 1,4-다이옥산을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반한 후 60 ℃로 가열하였다. 실온으로 냉각하면서, 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1,4-다이옥산내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.22 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 제조하였다. (단계 B) 10 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 금속화된 (TiZr) MYLAR™ 기판의 반사 측면에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 금속화된 MYLAR™ 기판을 130 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 단일 프리-스탠딩 필름으로서 기판으로부터 박리될 수 있는 약 12-20 마이크론 범위의 두께를 가진 SOF가 제공되었다. 이것은 SOF의 색은 녹색이었다. 상기 SOF의 퓨리에 트랜스폼 적외선 스팩트럼이 도 7에 나타나 있다.
실시예 7: 타입 1 SOF
(단계 A) 빌딩 블록 4,4',4"-니트릴로트리스(벤젠-4,1-디일)트리메탄올[세그먼트=(4,4',4"-니트릴로트리스(벤젠-4,1-디일)트리메틸); Fg=알콜(-OH); (1.48 g, 4.4 mmol)] 및 8.3 g의 1,4-다이옥산을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반한 후 60 ℃로 가열하였다. 실온으로 냉각하면서 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1,4-다이옥산내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.15 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 얻었다. (단계 B) 15 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 금속화된 (TiZr) MYLAR™ 기판의 반사 측면에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 금속화된 MYLAR™ 기판을 130 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 단일 프리-스탠딩 필름으로서 기판으로부터 박리될 수 있는 약 6-15 마이크론 범위의 두께를 가진 SOF가 제공되었다. SOF의 색은 녹색이었다. 상기 필름의 퓨리에 트랜스폼 적외선 스팩트럼이 도 8에 나타나 있다. 2차원 X-선 산란 데이터는 도 14에 나타나 있다. 도 14에 나타난 바와 같이, 백그라운드 이상의 신호는 존재하지 않으며, 이는 임의의 감지되는 주기성을 가진 분자 배열이 없는 것을 나타낸다.
실시예 8:
(단계 A) 빌딩 블록 테레프탈알데하이드[세그먼트=벤젠; Fg=알데하이드(-CHO); (0.18 g, 1.3 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 트리스(4-아미노페닐)아민[세그먼트=트리페닐아민; Fg=아민(-NH2); (0.26 g, 0.89 mmol)] 및 2.5 g의 테트라하이드로푸란을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반하였다. 실온으로 냉각시키면서, 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1-테트라하이드로푸란내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.045 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 얻었다. (단계 B) 5 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 금속화된 (TiZr) MYLAR™ 기판의 반사 측면에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 금속화된 MYLAR™ 기판을 120 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 약 40 분 동안 놓아두었다. 상기 단계들로부터 단일 프리-스탠딩 SOF로 기판으로부터 박리될 수 있는 약 6 마이크론 범위의 두께를 가진 SOF가 제공되었다. SOF의 색은 레드오렌지(red orange)였다. 상기 필름의 퓨리에 트랜스폼 적외선 스팩트럼이 도 9에 나타나 있다.
실시예 9:
(단계 A) 빌딩 블록 4,4',4"-니트릴로트리벤즈알데하이드[세그먼트=트리페닐아민; Fg=알데하이드(-CHO); (0.16 g, 0.4 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 트리스(4-아미노페닐)아민[세그먼트=트리페닐아민; Fg=아민(-NH2); (0.14 g, 0.4 mmol)] 및 1.9 g의 테트라하이드로푸란을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반하였다. 실온으로 냉각하면서, 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 5 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 금속화된 (TiZr) MYLAR™ 기판의 반사 측면에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 금속화된 MYLAR™ 기판을 120 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 단일 프리-스탠딩 필름으로서 기판으로부터 박리될 수 있는 약 6 마이크론 범위의 두께를 가진 SOF가 제공되었다. SOF의 색은 적색이였다. 상기 필름의 퓨리에 트랜스폼 적외선 스팩트럼이 도 10에 나타나 있다.
실시예 10:
(단계 A) 빌딩 블록 트리스-[(4-히드록시메틸)-페닐]-아민[세그먼트=트리-(p-톨릴)-아민; Fg=히드록시(-OH); 5.12 g]; 첨가제 Cymel303(55 mg) 및 Silclean 3700(210 mg) 및 촉매 Nacure XP-357(267 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(13.27 g)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 10 분 동안 롤링 웨이브 로테이터(rolling wave rotator)에서 혼합한 후 65 분 동안 55 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터에 구비시키고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 240 mm/min의 인상 속도(pull rate)에서 컵 코터(cup coater, Tsukiage coating)를 이용하여 시판되는 30 mm 드럼 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체 드럼을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 약 6.9 마이크론 두께를 가진 SOF가 제공되었다. 도 11은 상기 SOF 오버코트 층의 광전도성을 나타내는 광-여기 방전 곡선(photo-induced discharge curve, PIDC)이다(75 ms에서의 전압(노출 대 측정(expose-to-measure)).
실시예 11:
(단계 A) 빌딩 블록 트리스-[(4-히드록시메틸)-페닐]-아민[세그먼트=트리-(p-톨릴)-아민; Fg=히드록시(-OH); 4.65 g]; 첨가제 Cymel303(49 mg) 및 Silclean 3700(205 mg), 및 촉매 Nacure XP-357(254 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(12.25 g)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 10 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 혼합한 후 65 분 동안 55 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터 위에 두고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 폴리에틸렌 왁스 분산물(평균 입자 크기=5.5 마이크론, i-프로필 알콜에서 40% 고체, 613 mg)을 상기 반응 혼합물에 첨가하고, 10 분 동안 초음파 처리하고 30 분 동안 로테이터에서 혼합하였다. (단계 B) 240 mm/min의 인상 속도에서 컵 코터(Tsukiage coating)를 이용하여 시판되는 30 mm 드럼 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체 드럼을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 약 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 상기 SOF내에 왁스 입자들이 균일하게 포함된 약 6.9 마이크론 두께를 가진 필름이 제공되었다. 도 12는 상기 SOF 오버코트 층의 광전도성을 나타내는 광-여기 방전 곡선(PIDC)이다(75 ms에서의 전압(노출 대 측정).
실시예 12:
(단계 A) 빌딩 블록 N,N,N',N'-테트라키스-[(4-히드록시메틸)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N,N,N',N'-테트라-(p-톨릴)비페닐-4,4'-디아민; Fg=하이드록실(-OH); 3.36 g] 및 빌딩 블록 N,N'-디페닐-N,N'-비스-(3-히드록시페닐)-비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N,N,N',N'-테트라페닐-비페닐-4,4'-디아민; Fg=하이드록실(-OH); 5.56 g]; 첨가제 Cymel303(480 mg) 및 Silclean 3700(383 mg), 및 촉매 Nacure XP-357(480 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(33.24 g)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 10 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 혼합한 후 65 분 동안 55 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터 위에 두고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 485 mm/min의 인상 속도에서 컵 코터(Tsukiage coating)를 이용하여 시판되는 30 mm 드럼 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체 드럼을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 6.0 내지 6.2 마이크론 범위의 두께를 가진 필름이 제공되었다. 도 13은 상기 SOF 오버코트 층의 광전도성을 나타내는 광-여기 방전 곡선(PIDC)이다(75 ms에서의 전압(노출 대 측정).
실시예 13:
(단계 A) 반응 혼합물을 포함하는 액체의 제조 시도. 빌딩 블록 트리스-[(4-하이드록실메틸)-페닐]-아민[세그먼트=트리-(p-톨릴)-아민; Fg=히드록시(-OH); 5.12 g]; 첨가제 Cymel303(55 mg) 및 Silclean 3700(210 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(13.27 g)을 조합하였다. 상기 분자 빌딩 블록을 완전히 용해될 때까지 상기 혼합물을 65 분 동안 55 ℃에서 가열하였다. 그러나 완전히 용해되지는 않았다. 촉매 Nacure XP-357(267 mg)을 첨가하고, 불균질한 혼합물을 10 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 추가로 혼합하였다. 본 실시예에서, 상기 촉매는 가열 단계 후에 첨가되었다. 상기 용액은 용해되지 않은 분자 빌딩 블록의 양 때문에 코팅 전에 여과시키지 않았다. (단계 B) 습윤 필름으로서 반응 혼합물의 증착. 240 mm/min의 인상 속도에서 컵 코터(Tsukiage coating)를 이용하여 시판되는 30 mm 드럼 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤 필름을 건조 필름으로 변화 촉진. 습윤층을 지지하는 상기 광수용체 드럼을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 균일한 필름을 제공하지 못하였다. 입자들을 포함하는 불균일한 필름이 형성된 일부 영역과 필름이 전혀 형성되지 않은 또 다른 영역이 존재하였다.
실시예 14:
(단계 A) 빌딩 블록 트리스-[(4-히드록시메틸)-페닐]-아민[세그먼트=트리-(p-톨릴)-아민; Fg=히드록시(-OH); 5.12 g]; 첨가제 Cymel303(55 mg) 및 Silclean 3700(210 mg), 및 촉매 Nacure XP-357(267 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(13.27 g)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 10 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 혼합한 후 65 분 동안 55 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터 위에 두고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 상기 반응 혼합물의 점도는 가열 단계 후에 증가하는 것으로 나타났다(가열 전 및 후의 용액 점도는 측정하지 않았다). (단계 B) 240 mm/min의 인상 속도에서 컵 코터(Tsukiage coating)를 이용하여 시판되는 30 mm 드럼 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체 드럼을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 6.9 마이크론 두께를 가진 SOF가 제공되었다.
실시예 15:
(단계 A) 빌딩 블록 N,N,N',N'-테트라키스-[(4-히드록시메틸)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N,N,N',N'-테트라-(p-톨릴)비페닐-4,4'-디아민; Fg=하이드록실(-OH); 1.84 g] 및 빌딩 블록 3,3'-(4,4'-(비페닐-4-일아잔디일)비스(4,1-페닐렌))디프로판-1-올[세그먼트=3,3'-(4,4'-(비페닐-4-일아잔디일)비스)4,1-페닐렌))디프로필; Fg=하이드록시(-OH); 2.41 g] 및 촉매 p-톨루엔설폰산(도완올(dowanol)내의 10 중량% 용액, 460 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(16.9 g-50 ppm DC510 함유)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 5 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 혼합한 후 30 분 동안 70 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터 위에 두고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 히라노 웹 코터(Hirano web coater)를 가진 생성물이 코팅된 웹 광수용체(production-coated web photoreceptor)에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. 시린지 펌프 속도(Syringe pump speed): 4.5 mL/min. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체를 130 ℃에서 2 분 동안 예열된 통풍형 오븐으로 1.5 m/min의 속도로 공급하였다. 상기 단계들로부터 광수용체 위에 2.1 마이크론 두께를 가진 SOF 오버코트 층이 제공되었다.
실시예 16:
(단계 A) 빌딩 블록 N,N,N',N'-테트라키스-[(4-히드록시메틸)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N,N,N',N'-테트라-(p-톨릴)비페닐-4,4'-디아민; Fg=히드록시(-OH); 5.0 g] 및 빌딩 블록 벤젠디메탄올[세그먼트=p-크실릴; Fg=하이드록실(-OH); 2.32 g] 및 촉매 p-톨루엔설폰산(도완올내의 10 중량% 용액, 720 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(22.5 g-50 ppm DC510 함유)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 5 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 혼합한 후 5 분 동안 40 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터 위에 두고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 히라노 웹 코터를 가진 생성물이 코팅된 웹 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. 시린지 펌프 속도: 5 mL/min. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체를 130 ℃에서 2 분 동안 예열된 통풍형 오븐으로 1.5 m/min의 속도로 공급하였다. 상기 단계들로부터 광수용체에 2.2 마이크론 두께를 가진 SOF 오버코트 층이 제공되었다.
실시예 17:
(단계 A) 빌딩 블록 N,N,N',N'-테트라키스-[(4-히드록시메틸)-페닐]-비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N,N,N',N'-테트라-(p-톨릴)비페닐-4,4'-디아민; Fg=히드록시(-OH); 5.0 g] 및 빌딩 블록 벤젠디메탄올[세그먼트=p-크실릴; Fg=하이드록실(-OH); 2.32 g] 및 촉매 p-톨루엔설폰산(도완올내의 10 중량% 용액, 720 mg) 및 1-메톡시-2-프로판올(22.5 g-50 ppm DC510 함유)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 5 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 혼합한 후 5 분 동안 40 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터 위에 두고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 히라노 웹 코터를 가진 생성물이 코팅된 웹 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. 시린지 펌프 속도: 10 mL/min. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체를 130 ℃에서 2 분 동안 예열된 통풍형 오븐으로 1.5 m/min의 속도로 공급하였다. 상기 단계들로부터 광수용체 위에 4.3 마이크론 두께를 가진 SOF 오버코트 층이 제공되었다.
SOF 오버코트 층을 가진 두개, HP 인디고(indigo) 광수용체를 가진 하나, PACSO를 가진 티그리스(Tigirs)를 가진 광수용체 하나 및 코세라(Kocera) α-Si 광수용체를 가진 하나의 5 개의 광수용체 샘플을 스팟팅하고(spotted), 플렉소 옐로우 잉크(flexo yellow ink), 증량제(extender) 및 희석제(reducer)로 문질렀다. SOF 오버코트된 광수용체 샘플은 72 시간 이상 동안 상기 잉크 및 증량제와 접촉한 후 관찰되는 손상은 없었다. HP 인디고 광수용체, PACSO를 가진 티그리스 광수용체 및 코세라(Kocera) α-Si 광수용체는 모두 심각하게 훼손되었고, 개개의 해당 광수용체 스팟팅된 부분은 비가역적인 물리적 손상, 변색 및 마모(wear)가 나타났다.
1000 cp의 점도와 0.4 m/sec의 인쇄 속도를 가진 1/2의 UV 플렉소 잉크와 1/2의 증량제로부터 형성된 이미지를 SOF 오버코트된 광수용체 위에 현상하였다. 상기 점도는 잉크젯이 인쇄할 수 있는 것보다 수십 배 더 큰 크기이다. 20 픽셀 도트(광수용체를 이미지화하는데 600 dpi ROS가 사용되었다)가 생성되었다. SOF 오버코트된 광수용체는 50 테스트, 다수의 경우에는 수백 테스트 후에도 식별가능한 마모 표시가 나타나지 않았다. HP 인디고 광수용체, PACSO를 가진 티그리스 광수용체 및 코세라 α-Si 광수용체는 단지 10 내지 20회의 프린트 테스트 후 심각한 마모가 나타났다. SOF 오버코트된 광수용체는 세척 용액(이소프로필 알콜)으로 수차례 세척하였고, 물리적 손상은 관찰되지 않았다. 상기 결과들은 백그라운드 인쇄의 원인이 될 수 있는 광수용체 손상을 제거하는데 중요하다.
실시예 18:
(단계 A) 빌딩 블록 4,4',4"-니트릴로트리스(벤젠-4,1-디일)트리메탄올[세그먼트=(4,4',4"-니트릴로트리스(벤젠-4,1-디일)트리메틸); Fg=알콜(-OH); (1.48 g, 4.4 mmol)], 0.5 g의 물 및 7.8 g의 1,4-다이옥산을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반하고 60 ℃로 가열하였다. 실온으로 냉각하면서 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1,4-다이옥산내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.15 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 얻었다. (단계 B) 15 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 금속화된 (TiZr) MYLAR™ 기판의 반사 측면에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 금속화된 MYLAR™ 기판을 130 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 단일 프리-스탠딩 SOF로서 기판으로부터 박리될 수 있는 약 4-10 마이크론 범위의 두께를 가진 SOF가 제공되었다. SOF의 색은 녹색이었다. 2차원 X-선 산란 데이터를 도 14에 나타내었다. 도 14에 나타난 바와 같이, 2θ는 약 17.8이고, d는 약 4.97 옹스트롬이며, 이는 상기 SOF가 약 0.5 ㎚의 주기성을 가진 분자 배열을 가진다는 것을 의미한다.
실시예 19:
(단계 A) 빌딩 블록 4-히드록시벤질 알콜[세그먼트=톨루엔; Fg=하이드록실(-OH); (0.0272 g, 0.22 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 N4,N4,N4',N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민; Fg=메톡시 에테르(-OCH3); (0.0728 g, 0.11 mmol)], 및 0.88 g의 1-메톡시-2-프로판올 및 1-메톡시-2-프로판올에서 실클린(silclean) 10 중량% 용액 0.01 g을 조합시킬 수 있다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반하고 55 ℃로 가열하였다. 실온으로 냉각하면서, 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1-메톡시-2-프로판올내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.01 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 얻었다. (단계 B) 5 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 알루미늄 기판에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 알루미늄 기판을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다.
실시예 20:
(단계 A) 빌딩 블록 4-(히드록시메틸)벤조산[세그먼트=4-메틸벤즈알데하이드; Fg=하이드록실(-OH); (0.0314 g, 0.206 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 N4,N4,N4',N4'-테트라키스(4-(메톡시메틸)페닐)비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N4,N4,N4',N4'-테트라-p-톨릴비페닐-4,4'-디아민; Fg=메톡시 에테르(-OCH3); (0.0686 g, 0.103 mmol)] 및 0.88 g의 1-메톡시-2-프로판올 및 1-메톡시-2-프로판올내의 실클린 10 중량% 용액 0.01 g을 조합할 수 있다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반하고 55 ℃로 가열하였다. 실온으로 냉각하면서, 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. 1-메톡시-2-프로판올내의 p-톨루엔설폰산 10 중량% 용액 0.01 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 얻었다. (단계 B) 5 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 알루미늄 기판에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 알루미늄 기판을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다.
실시예 21:
(단계 A) 빌딩 블록 1,4-디아미노벤젠[세그먼트=벤젠; Fg=아민(-NH2); (0.14 g, 1.3 mmol)] 및 두번째 빌딩 블록 1,3,5-트리포르밀벤젠[세그먼트=벤젠; Fg=알데하이드(-CHO); (0.144 g, 0.89 mmol)] 및 2.8 g의 NMP를 조합할 수 있다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 교반하였다. 실온으로 냉각하면서, 상기 용액을 0.45 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. NMP내의 p-톨루엔설폰산 2.5 중량% 용액 0.02 g으로서 운반된 산 촉매를 상기 여과된 용액에 첨가하여 반응 혼합물을 포함하는 액체를 얻었다. (단계 B) 30 초 동안 1000 RPM으로 회전하는 가변 속도 스핀 코터의 회전하는 장치에 부착된 석영판(quartz plate)에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 석영판을 180 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 120 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 400 ㎚의 두께를 가진 노란색 필름이 제공되고, 물에 담그면 기판으로부터 박리될 수 있다.
실시예 22:
실시예 1에서 기술한 공정과 빌딩 블록을 포함하여 복합물 SOF를 제조하였다. 이 경우, 사용된 용매는 다이옥산이었다. 모든 SOF는 20 밀의 버드 바를 가진 습윤층을 증착하고 130 ℃에서 40 분 동안 습윤층 변화를 촉진시킴으로써 금속화된 마일라(mylar) 기판 위에 제조되었으며, 이차 구성 요소로부터의 10%의 고체 로딩을 포함하는 반응 혼합물 내에서 총 30%의 고체 로딩이 되게 하였다. 이차 구성 요소는 SOF를 형성하기 위해 습윤층의 변화를 촉진하기 전에 반응 혼합물 내에 포함시킴으로써 제공된다. 각각 서로 다른 이차 구성 요소를 포함하는 6개의 다른 복합물 SOF가 제공되었다: 복합물 SOF 1은 홀 이송 분자(N4,N4'-디페닐-N4,N4'-디-m-톨릴-[1,1'-비페닐]-4,4'-디아민을 포함하고, 복합물 SOF 2는 폴리머(폴리스티렌)를 포함하며, 복합물 SOF 3은 나노입자(C60 버크민스터 플러렌)를 포함하고, 복합물 SOF 4는 작은 유기분자(비페닐)를 포함하며, 복합물 SOF 5는 금속 입자(구리 미세분말)를 포함하고, 복합물 SOF 6은 전자 수용체(퀴논)를 포함한다. 이차 구성 요소 중 일부는 반응 혼합물에서 용해되었고, 일부는 반응 혼합물에서 분산되었다(용해되지 않음). 제조된 6개의 복합물 SOF는 실질적으로 SOF내로 포함되는 복합 물질을 포함하는 핀홀이 없는 SOF였다. 일부 경우(예컨데, 구리 미세 분말 복합물 SOF)에서, 이차 구성 요소(도판트)의 분산을 눈으로 확인하였다. 상기 SOF의 두께는 15-25 마이크론의 범위였다.
실시예 23:
(단계 A) 반응 혼합물을 포함하는 액체의 제조: SOF 빌딩 블록 트리스-(4-하이록시메틸)트리페닐아민[세그먼트=트리페닐아민; Fg=히드록시(-OH); 0.200 g], 광색성 분자(photochromic molecule) 1-5(하기 참조)(0.02 g) 및 촉매 p-톨루엔설폰산(0.01 g); 및 1-메톡시-2-프로판올(0.760 g)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 롤링 웨이브 로테이터에서 10 분 동안 혼합한 후 55 ℃에서 5 분 동안 가열하였다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 습윤 필름으로 반응 혼합물 증착: 5 밀의 갭을 가지는 버드 바가 갖춰진 일정 속도 드로우 다운 코터를 이용하여 3 밀의 마일라 기판에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤 필름을 건조 SOF로 변화 촉진: 습윤층을 지지하는 마일라 시트를 120 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 5 분 동안 놓아두었다. 상기 단계들로 3-5 마이크론의 두께를 가진 필름을 제조하였다. 하기 광색성 분자들은 SOF에 포함되었다:
(1) 스피로피란 1-OH(기능성 SOF 캡핑 빌딩 블록)
Figure 112011062330246-pat00017
(2) 비스스피로피란 2-OH(기능성 SOF 빌딩 블록)
Figure 112011062330246-pat00018
(3) 스피로옥사진(복합물 SOF)
(4) DTE(복합물 SOF)
Figure 112011062330246-pat00019
(5) DTE 2-OH(기능성 SOF 빌링 블록)
Figure 112011062330246-pat00020

모든 제제는 실질적으로 핀홀이 없는 필름으로 형성되었고, 하기 표 2에서 나타난 바와 같이 광색성 분자 (4) 및 (5)가 최상으로 수행되었다.
기록/삭제 테스트 관찰
광색성 분자 합성된 색깔 365 nm에서 6 초 동안 기록 후 색깔 삭제
SOF 단독 연 노랑 n/a n/a
(4) DTE(복합물 SOF) 연 노랑 진한 보라색 YES
(5) DTE 2-OH
(기능성 SOF 빌딩 블록)		 연 녹색 진한 보라색 YES
분자(4) 및 (5)를 가진 광색성 SOF의 자외선-가시광선 스펙트럼은 광색성 SOF 필름의 색깔(장파장 자외선 기록 후 약 600 ㎚에서 집중된 넓은 흡광도의 존재) 및 삭제 능력(가시광 삭제에 따른 약 600 ㎚에서 흡광도의 손실)을 명백하게 보여준다. 광색성 반응은 기록/삭제 속도 및 이미지 대비(contrast)의 관점에서 폴리머 매트릭스 시스템과 거의 동등하였다. 이것은 SOF 필름이 상기 DTE 타입 광색성 물질의 성능에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타낸다.
화학적/환경적/기계적 안정성을 테스트하기 위해 광색성 SOF를 15 분 동안 아세톤 내에 두었다. 실험적 관찰은 하기 표 3에 상세하게 나타내었다. 분자(5)를 가진 광색성 SOF는 필름 무결성(integrity) 및 광색성 거동을 완전하게 보호한다. 분자(4)를 가진 광색성 SOF는 광색성 성분이 침출되고 그 결과로 광색성 활성이 손실된다.
아세톤 테스트 관찰
샘플 아세톤 스트레스 테스트 전 광학밀도 아세톤 스트레스 테스트 후 광학밀도 아세톤 스트레스 테스트 후 성능
(4) DTE
(복합물 SOF)		 0.69 0.14 ·SOF는 대체로 무결성을 유지한다(일부 팽윤 및 연화가 관찰되었다).
·광색성 분자는 아세톤내로 침출된다.

SOF는 더 이상 기록 가능하지 않다
(5) DTE 2-OH
(기능성 SOF 빌딩 블록)		 0.83 0.91 ·SOF는 무결성을 유지한다.
·광색성 분자의 침출이 관찰되지 않는다.


SOF는 우수한 기록 특성을 가진다
분자(5)를 가진 광색성 SOF를 아세톤 내에 위치시키고 5 분 동안 초음파 처리하였다. 이것은 폴리머-기반 광색성 시스템이 견뎌낼 수 없는 극한 테스트이다. 용매를 제거한 후 분자(5)를 가진 광색성 SOF는 본질적으로 SOF 무결성을 유지하고, UV LED 장치에 노출되는 경우 동일한 수준에서 기록되므로, 광색성 활성이 보존된다. SOF 골격 구조에 화학적으로 결합하는 광색성 분자(5)로부터 유도된 광색성 SOF는 상기 SOF로부터 침출되지 않으며, 극한의 화학적(아세톤 용매) 및 기계적(초음파 처리) 스트레스를 견딜 수 있다.
실시예 24:
(단계 A) 빌딩 블록 N,N,N',N'-테트라키스-[(4-히드록시메틸)페닐]-비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N,N,N'N'-테트라-(p-톨릴)비페닐-4,4'-디아민; Fg=히드록시(-OH); 표 4에 기재된 양) 및 표 4에 나타낸 캡핑 유닛; 첨가제 Silclean 3700 및 촉매 Nacure XP-357 및 도완올을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 롤링 웨이브 로테이터에서 10 분 동안 혼합한 후 65 ℃에서 60 분 동안 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터에 위치시키고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액은 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 상기 반응 혼합물을 알루미늄 기판에 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 알루미늄 기판을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로 4 내지 10 마이크론 범위의 두께를 가진 필름을 제조하였다.
Figure 112011067625473-pat00044
모든 제제는 육안 검사로부터 핀홀이 없는 SOF를 제조하였다. SOF의 FT-IR 분광 분석은 THM-TBD 빌딩 블록과 캡핑 유닛간의 결합이 성공적으로 이루어졌고 효율적으로 이루어졌다는 것을 나타내었는데, 이는 필름에서 검출되는 -OH 밴드가 크게 약화되거나 완전하게 없어졌기 때문이다.
캡핑된 SOF의 열 안정성은 캡핑 유닛 없는 THM-TBD SOF의 내열성과 비교하여 거의 동일하다. 400 ℃까지 분해가 관찰되지 않았으며, 이는 강하게 결합된 물질을 나타낸다.
필름의 기계적 특성은 캡핑기의 도입에 의해 강하게 영향을 받았다. 캡핑된 SOF 필름의 기계적 특성들은 프리 스탠딩 필름에 대한 응력-변형 데이터를 수집함으로써 평가하였다. 일반적으로 캡핑 유닛을 포함하는 SOF 필름은 강한 인성을 가지며, 응력-변형 곡선은 THM-TBD만으로 제조된 순수한 SOF 필름과 비교하여 적은 선형성을 나타내었다. 기계적 데이터는 SOF내로 캡핑 유닛을 도입함으로써 얻어진 미세 수준에서의 변화는 필름의 거시적 특성들에 직접적인 영향을 미친다는 것을 나타낸다.
실시예 25:
(단계 A) 빌딩 블록 N,N,N'N'-테트라키스-[(4-히드록시메틸)페닐]-비페닐-4,4'-디아민[세그먼트=N,N,N'N'-테트라-(p-톨릴)비페닐-4,4'-디아민; Fg=히드록시(-OH); 표 5-8에 기록된 양] 및 캡핑 유닛, 첨가제 Siclean 3700, 촉매 Nacure XP-357 및 도완올(표 3-6에 나타냄)을 조합하였다. 균질한 용액이 제조될 때까지 상기 혼합물을 10 분 동안 롤링 웨이브 로테이터에서 혼합한 후 60 분 동안 65 ℃에서 가열하였다. 상기 혼합물을 로테이터 위에 두고 실온으로 냉각시켰다. 상기 용액을 1 마이크론 PTFE 막을 통해 여과시켰다. (단계 B) 485 mm/min의 인상 속도에서 컵 코터(Tsukiage coating)를 이용하여 시판되는 30 mm 드럼 광수용체에 상기 반응 혼합물을 도포하였다. (단계 C) 습윤층을 지지하는 상기 광수용체 드럼을 140 ℃로 예열된 통풍형 오븐으로 신속하게 옮기고 40 분 동안 가열해두었다. 상기 단계들로부터 6 내지 7 마이크론 범위의 두께를 가진 필름이 제조되었다.
Figure 112011067625473-pat00045
Figure 112011067625473-pat00046
Figure 112011062330246-pat00024
Figure 112011062330246-pat00025
상기 모든 제제는 육안 검사로부터 핀홀이 없는 SOF가 제조되었다. SOF의 FT-IR 분광분석은 THM-TBD 빌딩 블록과 캡핑 유닛간 결합이 성공적이고 효율적으로 이루어졌다는 것을 나타내었는데, 이는 필름에서 검출되는 -OH 밴드가 크게 열화되거나 완전하게 없어졌기 때문이다. 도 15는 캡핑된 SOF 오버코트 층의 광전도성을 나타내는 광-여기 방전 곡선(PIDC)이다(75 ms에서의 전압(노출 대 측정)). 장치의 전기적 특성은 우수하였다(낮은 Vr 및 사이클 업(cycle up) 없음). 도 15 및 도 16 각각에서 PIDC 및 사이클링 데이터 참조.
캡핑된 SOF OCL에 대한 BCR 마모 데이터(캡핑 유닛의 두가지 타입에 대한)는 캡핑 유닛 로딩에 관하여 높은 마모율(wear rate)을 나타낸다. 높고 낮은 로딩간 마모 정도 및 차이는 작으며, 이는 캡핑 유닛 로딩을 추가로 증가시켜 마모율을 증가시키는 상당한 범위(latitude)가 존재한다는 것을 나타내고, 이는 또한 필요한 HTM의 양(및 비용)이 낮아진다는 것을 의미한다.
인쇄 테스트 결과 인쇄 품질에는 문제가 없으며, 본질적으로 오버코트되지 않은 P/R 장치와 동일하다.

Claims (10)

  1. 기판;
    전하 발생층(charge generating layer);
    전하 이송층(charge transport layer); 및
    선택적인 오버코트 층(optional overcoat layer);을 포함하는 잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재(imaging member)로서,
    상기 이미징 부재의 최외각층은 복수의 세그먼트(segment)와 복수의 링커(linker)가 공유결합 유기 골격 구조(COF)로 배열된 것을 포함하는 구조적 유기 필름(SOF)을 포함하는 이미징 표면이고,
    상기 복수의 세그먼트가 하기 식으로 표시되는 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 잉크 기반 디지털 인쇄를 위한 이미징 부재:
    Figure 112017129665843-pat00047

    (여기서, Ar1, Ar2, Ar3 및 Ar4는 각각 독립적으로 아릴기를 나타내고, Ar5는 독립적으로 아릴기 또는 아릴렌기를 나타내며, k는 0 또는 1을 나타내고, Ar1, Ar2, Ar3, Ar4 및 Ar5 중 적어도 두 개는 상기 복수의 링커 중 적어도 하나와 연결됨).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전하 이송층은 최외각층이고, 10 내지 40 마이크론 두께인 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전하 발생층 및 상기 전하 이송층은 10 내지 40 마이크론 두께를 가진 단일층으로 결합되는 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 단일층은 최외각층인 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전하 발생층은 400 ㎚ 내지 800 ㎚ 사이의 전자기 방사선을 흡수하는 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 SOF는 복합물 SOF인 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 SOF는 추가 기능인 전기활성을 가지는 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 추가 기능인 전기활성은 홀 이송 또는 전자 이송인 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 SOF의 골격 구조는 캡핑 유닛(capping unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미징 부재는 오버코트층을 포함하고, 상기 최외각층은 오버코트층이며, 상기 오버코트층은 1 내지 10 마이크론 두께인 것을 특징으로 하는 이미징 부재.
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