KR20140109266A - 잉크젯 프린트헤드 면을 위한 열적으로 안정한 소유성의 내-습윤성 코팅물 - Google Patents

Abstract

잉크젯 프린트헤드 앞면용 코팅물은 소유성의 내-습윤성 코팅물을 포함하고 높은 열적 안정성을 가지며 양호한 접촉각 및 전락각 성능을 유지한다. 특히, 코팅물은 불소화 실리콘을 포함한다.

Description

잉크젯 프린트헤드 면을 위한 열적으로 안정한 소유성의 내-습윤성 코팅물{THERMALLY STABLE OLEOPHOBIC ANTI-WETTING COATING FOR INKJET PRINTHEAD FACE}

본 발명은 잉크젯 프린트헤드 면을 위한 열적으로 안정한 소유성의 내-습윤성 코팅물에 관한 것이다.

잉크젯 프린터는 잉크젯 프린트헤드로부터 기록 기재 (예를들면, 종이) 위로 액체 잉크의 액적을 분사 또는 토출함으로써 이미지를 생성한다. 프린트헤드는 전형적으로 내부에 형성된 노즐 개구부를 가지는 앞면을 가지며, 이를 통해 액체 잉크가 기록 기재 위로 액적으로서 토출된다.

잉크 프린트헤드의 앞면은 잉크의 습윤성 (wetting) 또는 흘림성 (drooling)으로 인해 오염될 수 있다. 이러한 오염은 잉크젯 프린트헤드의 앞면 내부에서 노즐 개구부의 부분적 또는 완전한 막힘 (blocking)을 야기하거나 또는 원인이 되어 소형 또는 오버사이즈 잉크 액적이 잉크젯 프린트헤드로부터 토출되도록 하거나, 기록 기재 위로 토출되는 잉크 액적의 목표로 하는 궤도 (trajectory)등을 바꾸어 놓을 수 있으며, 이들 모두는 잉크젯 프린터의 인쇄 품질을 저하시킨다.

이를 보호하기 위하여, 잉크젯 프린트헤드의 앞면은 전형적으로 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)(예를들면 Teflon®) 또는 퍼플루오로알콕시 (PFA)와 같은 물질을 이용해 코팅된다. 현재의 프린트헤드는 제록스 고체 잉크를 이용하여 양호한 초기 성능을 가진다. 하지만, 동작 수명을 넘어서면, 성능은 저하되고, 잉크는 전형적인 잉크 토출 온도에서 프린트헤드 앞면 코팅 위로 쉽게 미끄러지지 않는다. 오히려, 잉크는 프린트헤드 앞면 코팅물을 따라 점착되고 흐르는 경향이 있어, 잉크젯 프린트헤드의 앞면 내부에서 노즐 개구부를 부분적으로 또는 완전하게 막을 수 있는 잔류 잉크막을 남긴다.

도 1은 인쇄 작동 후의 잉크젯 프린트헤드의 앞면 사진으로서, 노즐 개구부 를 둘러싸는 앞면의 대부분의 영역에 걸쳐 고체 잉크가 습윤 및 오염되어 있음을 보여준다. 따라서 흐름 감퇴를 방지하는 소유성의 내-습윤성 코팅물은 강고함 (robustness) 및 신뢰성을 개선하기 위해 중요하고, 미래 고체 잉크를 위한 새로운 시장의 침투를 가능하게 한다.

고체 잉크는 실온에서 고체이고 용융 잉크가 기재에 적용되는 상승온도에서 용융 상태인 것을 특징으로 하는 잉크이다. 고체 잉크는 일반적으로 잉크 전색제, 하나 이상의 왁스, 선택적인 착색제, 및 하나 이상의 선택적인 첨가제 예컨대 점도 개질제, 산화방지제, 가소제, 및 기타 등을 포함한다. UV 경화성 잉크는 일반적으로 광개시제 패키지, 경화성 담체 물질, 선택적인 착색제, 및 하나 이상의 선택적인 첨가제 예컨대 점도 개질제, 분산제, 상승화제, 및 기타 등을 포함한다. UV 경화성 잉크에 속하는 UV 경화성 상 변화 잉크는, 또한 겔화제 및 선택적인 경화성 왁스를 포함한다. 용어 “경화성”이란, 예를들면, 중합성 성분 또는 조합물을 의미하고, 즉, 예를들면, 자유 라디칼 경로 및/또는 중합은 감광성 광개시제를 이용하여 광 개시되는 중합을 포함한 중합으로 경화되는 물질을 의미한다. 예를들면, 경화성 담체 물질은 하나 이상의 경화성 단량체 또는 경화성 왁스일 수 있다.

잉크젯 프린트헤드 앞면의 오염은 퍼짐 (purging) 및/또는 와이핑 (wiping) 절차를 도입함으로써 어느 정도 최소화될 수 있다. 하지만, 이러한 절차는 바람직하지 않게 시간을 소비하거나, 및/또는 잉크를 과량 사용할 수 있으므로, 잉크젯 프린트헤드의 유효 수명을 감소시킨다. 잉크젯 프린트헤드 앞면의 오염은 또한 프린트헤드의 노즐 개구부로부터 토출되는 잉크에 의해 현저하게 젖지 않는 소유성의 내-습윤성 프린트헤드 앞면 코팅물을 제공함으로써 어느 정도 최소화될 수 있다. 하지만, 프린트헤드 제조 공정 동안 전형적으로 직면하게 되는 온도로 가열되면, 공지된 소유성의 내-습윤성 프린트헤드 앞면 코팅물의 표면 특성은 잉크젯 프린트헤드 앞면의 오염을 최소화하기 위해 의존할 수 없는 정도 (point)까지 저하한다. 따라서 제조 고온에 노출될 때 표면 특성이 저하되지 않는 열적으로 안정한 소유성의 내-습윤성 코팅물이 프린트헤드를 위하여 필요하다.

열적으로 안정한 기타 소유성의 프린트헤드 앞면 코팅물은 실록시플루오로카본 (SFC)을 포함하고 2011.3.22자 출원된 미국특허출원번호 13/069,304, 2011.10.17자 출원된 미국특허출원번호 13/275,255 및 미국특허공개번호 2012/0044298에 개시되며, 이들 문헌은 전체가 참고로 본원에 통합된다. 이들 코팅물은 양호한 표면 특성, 높은 제조 온도에 노출된 후에 잉크 적층 및 잉크 노화 테스트에서도 예컨대 높은 접촉각/낮은 전락각 (slide angle)을 보인다. 그러나, 이들 코팅물은 제조 및 프린트헤드에서 구현되기에 고가이다. 또한 이들 코팅물의 열 안정성 (열중량분석 (TGA)에서 분해 온도 출현으로 확인)은 프린트헤드 제조 온도 290℃ 보다 약간 높아, 프린트헤드 제조 단계에서 신뢰성 및 강건성이 취약할 수 있다.

따라서, 상기 문제점을 해결할 수 있도록 종래 프린트헤드 면 플레이트 코팅물을 대체할 필요성이 있다. 이러한 코팅물의 이점은 프린트헤드 관련 결점들이 줄어들고, 앞면 수명이 길어지고, 코팅물 제조 비용이 낮아진다는 것이다. 특히, 강건하고 신뢰할 수 있는 압전 프린트헤드용 내-습윤성 코팅물은 유기-기재 잉크에 의한 이미지 품질 성능에 특히 중요하다.

본원에 개시된 실시태양들에 의하면, 프린트헤드 조립체에 사용될 수 있는 신규 조성물이 제공된다.

특히, 본 실시태양들은 잉크젯 프린트헤드 앞면용 코팅물을 제공하며, 코팅물은 가교화 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체를 포함하고, 코팅물은 290^oC까지 가열되고 350 psi까지 압력이 인가될 때 손실이 약 15 중량% 미만으로 높은 열 안정성을 가진다.

추가 실시태양들에서, 잉크젯 프린트헤드 앞면용 코팅물이 제공되고, 코팅물은 다음 식 1의 반복 단위를 가지는 가교화 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체를 포함한다.

식 중 a는 10 내지 1000인 정수; b는 1 내지 500인 정수이고, 코팅물이 적어도 30 분 동안 290^oC까지 노출된 후 UV 겔 잉크 액적 또는 고체 잉크 액적은 코팅물 표면과 약 40^o 를 초과하는 접촉각을 보인다.

또 다른 실시태양들에서, 잉크젯 프린트헤드 앞면용 소유성의 내-습윤성 코팅 형성 방법이 제공되며, 비닐기 함유 중합체 및 Si-H 기 함유 가교제의 혼합물을 기재에 코팅하는 단계; 코팅된 혼합물을 제1 온도에서 경화 처리하는 단계를 포함한다.

도 1은 인쇄 작동 후 PTFE 코팅을 가지는 프리트헤드의 노즐 영역에 걸쳐서 고체 잉크가 오염된 것을 보여주는 사진이다;
도 2는 본 실시태양들에 따른 잉크젯 프린트헤드의 단면도이다;
도 3은 본 실시태양들에 따른 하이드로실릴화 반응에 의해 제조되는 가교화 플루오로실리콘 중합체의 개략도이다;
도 4는 본 실시태양들에 따른 잉크젯 프린트헤드용 열적으로 안정한 소유성의 내-습윤성 코팅물의 열 안정성을 보이는 그래프이다.

본 실시태양들은 종래 면 플레이트와 관련된 많은 문제들, 예컨대 흘림성 또는 침수성 (flooding)을 회피하기 위하여 프린트헤드 면 플레이트 코팅물로 사용되는 신규 조성물을 제공한다. 또한, 신규 조성물은 프린트헤드 앞면용 열적으로 안정한 소유성의 내-습윤성 코팅, 및 이의 제조방법을 제공한다. 실시태양들에서, 코팅 조성물은 가교 불소화 실온 경화성 (RTV) 실리콘을 포함한다. 플루오로실리콘 코팅물은 프린트헤드 성능을 위한 바람직한 특성을 보였다. 예를들면, 이러한 플루오로실리콘 코팅물의 공기 중 TGA 프로파일은 본 코팅 조성물은 상당한 열 안정성 (30-300 ℃ 중량 손실은 단지 1%, 및 316 ℃에서 분해 출현)을 가진다는 것을 보인다. 또한 이들 코팅물은 적층 (290℃/350 psi) 및 시안 마젠타 황색 검정색 (CMYK) 잉크 혼합물에 140℃ 조건에서 2일 간 침지 (soaking)된 후에 양호한 표면 특성 (높은 접촉각 및 낮은 전락각)을 유지한다. 특히, 이들 플루오로실리콘 코팅물은 290℃로 노출된 후 두께 및 중량 감소를 거의 보이지 않았다. 임의의 내-습윤성 코팅물은 프린트헤드 제조 단계들에서 290℃로 노출되고 이러한 조건에 견딜 필요가 있다. 또한, 이러한 코팅물은 특히 압전 프린트헤드용내-습윤성 코팅물로서 매력적인 후보일 수 있다.

표면에 대한 잉크 액적의 점착은 잉크 액적의 전락각 (즉, 뒤에 잔류물이나, 착색을 남기지 않고 잉크 액적이 표면 위로 미끄러지기 시작할 때, 수평 위치에 대해 표면이 기울어져 있는 각)을 측정함으로써 결정될 수 있다. 전락각이 낮을수록, 잉크 액적과 표면 간의 점착이 낮다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, “낮은 점착”이란 용어는 자외선 경화 겔 잉크 또는 고체 잉크를 이용하여 측정할 때, 프린트헤드 앞면 표면에 대해서 약 30°미만의 낮은 전락각을 의미한다.

본원에 기재된 실시태양들은 잉크젯 프린트헤드 앞면에 적용될 수 있는소유성의 내-습윤성 코팅물을 포함하고, 상기 표면 코팅물은 소유성의 저 점착 중합체 물질로 구성된다. 이러한 코팅물이 잉크젯 프린트헤드 앞면 표면에 배치되면, “UV 잉크”로도 언급되는 자외선 (UV) 겔 잉크의 분사된 액적 또는 고체 잉크의 분사된 액적은 상기 표면 코팅에 대해 낮은 점착성을 보인다. 표면에 대한 잉크 액적의 점착은 잉크 액적의 전락각, 즉 뒤에 잔류물이나, 착색을 남기지 않고 잉크 액적이 표면 위로 미끄러지기 시작할 때, 수평 위치에 대해 표면이 기울어져 있는 각을 측정함으로써 결정될 수 있다. 전락각이 낮을수록, 잉크 액적과 표면 간의 점착성이 낮다.

일부 실시태양들에서, 자외선 경화성 겔 잉크 또는 고체 잉크가 프린트헤드 앞 표면에서 측정될 때 낮은 전락각은 약 25° 미만이고, 다른 실시태양들에서 낮은 전락각은 약 20° 미만이다. 또 다른 실시태양들에서, 자외선 경화성 겔 잉크 또는 고체 잉크가 프린트헤드 앞 표면에서 측정될 때 낮은 전락각은 약 1°를 초과한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 연장된 기간 동안 고온, 예를들면 180℃ 내지 325℃, 또는 약 180℃ 내지 약 325℃ 사이 범위의 온도 및 고압, 예를들면, 100 psi 내지 400 psi, 또는 약 100 psi 내지 약 400 psi 범위의 압력에 표면 코팅이 노출된 후에 자외선 겔 잉크 또는 고체 잉크의 액적이 상기 표면 코팅에 대하여 낮은 점착을 나타날 때, 소유성의 내-습윤성 코팅물은 “열적으로 안정하다”. 연장된 기간은 10분 내지 2시간, 또는 약 10분 내지 약 2시간 범위일 수 있다.

일 실시태양에서, 약 30분 동안 약 350 psi의 압력에서 약 290℃의 온도에 표면 코팅물이 노출된 후에 상기 표면 코팅물은 열적으로 안정하다. 따라서 표면코팅물은 어떤 분해없이 고온 및 고압에서 스테인리스 강 개구 버팀대 (aperture brace)에 결합될 수 있다. 그러므로 결과물인 프린트헤드는 잉크 액적이 프린트헤드 앞면으로 굴러 떨어질 수 있기 때문에 뒤에 잔여물을 남기지 않아 잉크 오염을 방지할 수 있다.

일부 실시태양들에서, 프린트 장치는 앞면을 가지는 잉크젯 프린트헤드 및 앞면 표면에 배치되는 소유성의 내-습윤성 코팅물을 포함한다. 소유성의 내-습윤성 코팅물은 소유성의 낮은 점착 중합체를 포함하여 자외선 겔 잉크 분사 액적 또는 고체 잉크 분사 액적은 약 40° 이상 또는 약 45° 이상의 접촉각을 보인다. 일 실시태양에서, 자외선 겔 잉크 분사 액적 또는 고체 잉크 분사 액적은 약 55° 이상의 접촉각을 보인다. 다른 실시태양에서, 자외선 겔 잉크 분사 액적 또는 고체 잉크 분사 액적은 약 65° 이상의 접촉각을 보인다. 일 실시태양에서, 자외선 겔 잉크 분사 액적 또는 고체 잉크 분사 액적 및 표면 코팅 간에 보이는 접촉각에는 상한이 존재하지 않는다. 다른 실시태양에서, 자외선 겔 잉크 분사 액적 또는 고체 잉크 분사 액적은 약 150° 이하의 접촉각을 보인다. 또 다른 실시태양에서, 자외선 겔 잉크 분사 액적 또는 고체 잉크 분사 액적은 약 90° 이하의 접촉각을 보인다.

프린트헤드 내부로 잉크가 채워지면, 잉크가 토출되는 시간까지 노즐 내부에 잉크를 유지하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 잉크의 접촉각이 클수록 흐름 압력이 더 좋다(높다). 흐름 압력은 잉크 탱크 또는 저장소의 압력이 증가할 때 노즐 개구부 밖으로 잉크가 스며 나오는 것을 방지하기 위한 개구부 판의 능력에 관한 것이다. 프린트헤드에 대하여 스며 나오지 않고 더 높은 압력을 유지하는 것이 필요하고 이에 따라 인쇄 명령이 주어지면 더욱 신속한 인쇄가 가능하다.

일부 실시태양들에서, 고온, 예컨대 180℃ 내지 325℃, 또는 약 250℃ 내지 약 300℃, 및 고압, 예컨대 100 psi 내지 400 psi, 또는 약 200 psi 내지 약 350 psi에, 연장 기간, 10 분 내지 2 시간, 또는 약 30 분 내지 약 60 분 동안 노출된 후에도 본 코팅은 열적으로 안정하고 바람직한 접촉각 및 전락각을 유지할 수 있다. 높은 흐름 압력이 유지된다.

일 실시태양에서, 약 290℃, 약 300 psi에서 약 30 분 동안 노출된 후 본 코팅물은 열적으로 안정하고 바람직한 접촉각 및 전락각을 유지할 수 있어, 높은 흐름 압력 유지가 가능하다. 바람직하게는, 본원의 소유성의 내-습윤성 코팅물은 자외선 경화성 겔 잉크 및 고체 잉크에 대한 낮은 점착성 및 높은 접촉각을 제공하고, 더 나아가 흐름 압력 개선 또는 노즐에서 잉크가 스며 나오는 현상의 경감 또는 제거 이점을 제공한다.

일 실시태양에서, 본원의 코팅물은 적어도 30 분 동안 290 ℃ 까지 노출된 후 UV 겔 잉크 액적 또는 고체 잉크 액적에 대하여 코팅 표면과 약 40°를 초과하는 접촉각 및 전락각을 유지할 수 있다.

일 실시태양에서, 본원의 코팅물은 UV 겔 잉크 액적 또는 고체 잉크 액적에 대하여 코팅 표면과 약 40°를 초과하는 접촉각 및 약 30° 미만의 전락각을 유지할 수 있다.

일 실시태양에서, 본원의 코팅물은 UV 겔 잉크 액적 또는 고체 잉크 액적에 대하여 코팅 표면과 약 55°를 초과하는 접촉각 및 약 20° 미만의 전락각을 유지할 수 있다.

일 실시태양에서, 본원의 코팅물은 적어도 2일 동안 140℃에서 용융 UV 겔 잉크 또는 고체 잉크에 침지된 후 UV 겔 잉크 액적 또는 고체 잉크 액적에 대하여 접촉각 및 전락각을 유지할 수 있다.

실시태양들에서, 가교화 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체는 식 I을 가지는 반복 단위들로 구성된다.

식 중 a는 10 내지 10,000인 정수; b는 1 내지 1,000인 정수이다. 추가 실시태양들에서, a는 10 내지 5,000인 정수, 또는 10 내지 1,000인 정수이다. 추가 실시태양들에서, b는 1 내지 500인 정수이다.

실시태양들에서, 소유성의 내-습윤성 코팅물은 비닐 말단 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 및 메틸하이드로겐 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 가교제 간의 하이드로실릴화 반응에 의해 제조되는 가교화 플루오로실리콘 중합체로 구성된다.

실시태양들에서, 가교화 플루오로실리콘 중합체는 경화된 코팅물 총 중량의 약 10 내지 약 100 %, 약 20 내지 약 70 %, 또는 약 95 내지 약 100% 함량으로 존재한다.

실시태양들에서, 비닐 말단 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체는 다음 일반식을 가진다.

식 중 m 및 n은 약 1 내지 약 300, 약 10 내지 약 200, 또는 약 30 내지 약 100 인 정수이고; 비닐 말단 플루오로실리콘의 일 특정 예시로는 Nusil Technology LLC에서 입수되는 CF3510이다.

실시태양들에서, 메틸하이드로겐 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 가교제는 다음 일반식을 가진다.

식 중 x 및 y는 약 1 내지 약 100, 약 1 내지 약 30, 또는 약 30 내지 약 90인 정수이다. 수소 실록산 가교제의 일 예시는 Nusil Technology LLC에서 입수되는 XL 150이다.

실시태양들에서, 가교화 플루오로실리콘 중합체는 비닐기 함유 중합체 및 Si-H 기 함유 가교제의 하이드로실릴화 반응으로 형성된다.

일부 실시태양들에서, 소유성의 내-습윤성 코팅물은 도 3에 도시된 바와 같이 두 성분들, 즉, 비닐 말단 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 및 메틸하이드로겐 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 가교제의, 하이드로실릴화 반응을 통한 백금-촉매화 첨가 경화에 기인한다.

실시태양들에서, 비닐 말단 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 및 메틸하이드로겐 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 가교제, 및 백금 촉매는 약 1 분 내지 약 30 분, 약 30 분 내지 약 180 분 또는 180 분 내지 약 5 시간 동안 혼합된다.

일반적으로, 비닐 말단 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 대 메틸하이드로겐 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 가교제의 중량비는 약 100:1 내지 약 1:1, 약 70:1 내지 약 10:1, 또는 약 20:1 내지 약 5:1일 수 있다.

백금 촉매는 반응 혼합물에 첨가되어 하이드로실릴화 반응 속도를 증가시킨다. 예시적 백금 촉매는, 제한적이지 않지만, 염화백금산 및 이의 유도체 예를들면, Speier 촉매, Karstedt 촉매, 백금 염소-올레핀 착체, 백금 클로로메틸비닐실록산, [PtCl2(시클로옥타디엔)], 및 기타 등을 포함한다. 실시태양들에서, 촉매는 하이드로실릴화 반응에 약 0.01 ppm 내지 약 1ppm, 또는 약 1ppm 내지 약 100ppm, 또는 약 100ppm 내지 약 1000ppm 함량으로 존재한다.

실시태양들에서, 비닐 말단 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 또는 메틸하이드로겐 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 가교제는 용매, 예컨대, 트리플루오로톨루엔, 퍼플루오로알칸, 퍼플루오로플루오로케톤, 퍼플루오로알코올, 불소화 테트라히드로푸란, 불소화 에테르, Novec 7200 (3M Chemical Company), Novec 7500(3M Chemical Company), Novec 7600 (3M Chemical Company), FC-75 (3M Chemical Company), Asahikilin AK-225 (SPI Supplies), 클로로포름, 메틸렌 클로라이드, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, 에테르, 부틸 아세테이트, 아세톤, 및 이들의 혼합물에서 희석될 수 있다. 실시태양들에서 용매는 약 1 내지 약 95 %, 또는 약 10 내지 약 70 %, 또는 약 75 내지 약 95 중량% 함량으로 존재할 수 있다.

실시태양들에서, 코팅은 흐름 압력을 약 1.5 내지 약 8 인치 물기둥(inche of water), 또는 약 2 내지 약 8 인치 물기둥, 또는 약 2 내지 약 6 인치 물기둥으로 유지한다.

잉크젯 프린트헤드의 앞면 위로 코팅될 때, 소유성의 내-습윤성 표면 코팅 위에 남아있는 잉크 액적이 간단한, 자체 세정 방식으로 프린트헤드를 미끄러져 내릴 수 있도록 소유성의 내-습윤성 코팅은 잉크젯 프린트헤드로부터 토출되는 잉크에 대해 충분히 낮은 점착력을 나타낸다. 먼지, 종이 입자 등과 같이 때때로 잉크젯 프린트헤드의 앞면에 존재하는 오염물은 잉크 액적이 미끄러짐으로써 잉크젯 프린트헤드 앞면으로부터 떨어질 수 있다. 따라서, 상기 소유성의 내-습윤성 프린트헤드 앞면 코팅은 자체 세정되고, 오염물이 없는 잉크젯 프린터헤드를 제공할 수 있다.

본 발명에서 사용된 바와 같이, 잉크와 소유성의 내-습윤성 코팅 간의 접촉각이 한 구현예에서 약 45° 보다 크고, 다른 구현예에서 약 55° 보다 클 때, 상기 소유성의 내-습윤성 코팅은 잉크젯 프린트헤드로부터 토출된 잉크에 대해 “충분한 낮은 습윤성 (wettability)”을 나타낼 수 있다.

본원에 개시된 소유성의 내-습윤성 코팅물은 임의의 적합한 잉크젯 프린터, 예컨대 연속 잉크젯 프린터, 열 드롭-온-디멘드 (DOD) 잉크젯 프린터 및 압전 DOD 잉크젯 프린터)의 잉크젯 프린트헤드용의 소유성의 저점착 코팅물로서 채용될 수 있다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, “프린터”란 용어는 디지털 복사기, 북마킹 기기, 팩시밀리 기기, 복합기 등과 같이 임의의 목적을 위해 프린트 출력 기능을 실시하는 임의의장치를 포함한다.

본원에 개시된 소유성의 내-습윤성 코팅물은 임의의 적합한 잉크, 예컨대 수용성 잉크, 용매 잉크, UV 경화성 잉크, 염료 승화 잉크, 고체 잉크 등을 토출하기 위해 배열된 잉크젯 프린트헤드용 소유성의 저점착 프린트헤드 앞면 코팅물로서 채용될 수 있다. 본원에 개시된 소유성의 내-습윤성 코팅물로 사용하기에 적합한 예시적인 잉크젯 프린트헤드는 도 2와 관련하여 기재되어 있다.

전형적인 잉크젯 프린트헤드 (60)는 지지 버팀대 (25), 전형적으로 상기 지지 버팀대에 결합된 노즐판 (30)을 포함한다. 도 2는 내-습윤성 코팅물 (40)을 포함한 프린트헤드 제트 적층 구조의 실시태양을 보인다. 본 실시태양에서, 소유성의 내-습윤성 코팅물 (40)는 노즐판 (30)에 결합된다. 노즐판은 개구 지지 버팀대 (25)에 결합되는 중합체 필름, 예컨대 폴리이미드 필름일 수 있다

지지 버팀대 (25)는 스테인리스 강과 같은 임의의 적합한 재료로 형성되고, 그 내부에 형성된 개구 (50)를 포함한다. 개구 (50)는 잉크원 (미도시)과 연통될 수 있다. 노즐판 (30)은 폴리이미드와 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있고, 그 내부에 형성된 노즐 (55)을 포함한다. 잉크원으로부터 잉크 (45)가 노즐 (50)을 통해 프린트헤드 (60)로부터 기록 기재 위로 분사될 수 있도록 노즐(55)은 개구 (50)를 통해 잉크원과 연통될 수 있다.

설명적인 실시태양에서, 상기 노즐판 (30)은 사이에 낀 점착 물질 (35)에 의해 지지 버팀대 (25)에 결합된다. 상기 점착 물질 (35)은 결합 공정 동안 용융되어 노즐판 (30)이 지지 버팀대 (25)에 결합될 수 있도록 열가소성 점착제로서 제공될 수 있다. 전형적으로, 또한 상기 노즐판 (30) 및 소유성의 내-습윤성 코팅물 (40)는 결합 공정 동안 가열된다. 열가소성 점착제가 형성되는 물질에 따라, 결합 온도는 180℃ 내지 325℃의 범위일 수 있다.

종래 소유성의 내-습윤성 코팅물은 전형적인 결합 공정 동안 마주치게 되는 온도, 또는 잉크젯 프린터헤드를 제조하는 동안 마주치게 되는 다른 고온, 고압 공정에 노출되면 분해되는 경향이 있다. 하지만, 본 발명에 개시된 소유성의 내-습윤성 코팅물 (40)는 결합 온도로 가열된 후에 잉크와 관련하여 충분한 (낮은 전락각에 의해 보여지는)낮은 점착 및 높은 접촉각을 나타낸다. 따라서 상기 소유성의 내-습윤성 코팅물 (40)는 높은 흐름 압력을 가지는 자체 세정되고, 오염물이 제거된 잉크젯 프린트헤드 (60)를 제공할 수 있다. 소유성의 내-습윤성 코팅물 (40)는 상승온도에 노출될 때 바람직한 표면 성질 (예를들면, 낮은 전락각 및 높은 접촉각을 포함함)로 실질적인 분해에저항하는 능력은 높은 흐름 압력을 유지하면서 자체 세정 능력을 가지는 잉크젯 프린트헤드가 고온 및 고압 공정을 사용하여 제조될 수 있도록 한다.

일 실시태양에서, 소유성의 내-습윤성 코팅은 상기된 바와 같이 우선 적어도 비닐기 함유 중합체 및 Si-H 기 함유 가교제를 포함하는 혼합물을 도포하여 기재에 형성된다. 혼합물이 기재에 도포된 후, 성분들은 서로 반응하여 소유성의 내-습윤성 코팅을 형성한다. 성분들은 예를들면, 반응 혼합물을 경화시켜 반응된다. 일 실시태양에서, 반응 혼합물을 먼저 약 160℃에서 약 60 분 내지 4 시간 경화시킨다. 다른 실시태양에서, 반응 혼합물을 실온에서 24 시간 경화시킨다.

일 실시태양에서, 다이 압출 코팅, 딥 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 플로우 코팅, 스탬프 인쇄 및 블레이드 기술과 같은 임의의 적합한 방법을 이용하여 반응 혼합물을 기재 (32)에 도포할 수 있다. 에어 브러쉬 또는 자동화 공기/액체 스프레이와 같은 무화 장치가 반응 혼합물을 스프레이 하기 위해 사용될 수 있다. 무화 (air atomization) 장치는 균일한 또는 실질적으로 균일한 함량의 반응 혼합물을 이용해 기재 (32)의 표면을 덮도록 균일한 패턴으로 움직이는 자동화 왕복 기계 (reciprocator) 상에 장착될 수 있다. 닥터 블레이드를 사용하는 것은반응 혼합물을 도포하기 위해 채용될 수 있는 또 다른 기술이다. 플로우 코팅에 있어서, 프로그램 할 수 있는디스펜서가 반응 혼합물을 도포하기 위해 사용된다.

실시예 1

코팅물 1

잠재적 잉크젯 프린트헤드 앞면 기재 상에 소유성의 내-습윤성 코팅을 평가하기 위하여, 다음과 같이 코팅물을 제조하였다. 대표적인 반응에서 Nusil Technology에서 입수되는 3.63 g의 CF3510 - 비닐 말단 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 및 Nusil Technology에서 입수되는 0.41 g의 XL 150 - 메틸하이드로겐 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체 가교제를 계량하여 환저 플라스크에 넣었다. 그리고 29 g의 에틸 아세테이트 용매를 플라스크에 투입하고 N₂ 하에서 61 ℃에서 24 시간 교반하였다. 생성된 조성물을 0.005 mil 드로우바 코터를 이용하여 폴리이미드 기재에 도포하였다. 습식 필름을 160 ℃에서 4 시간 경화시켜 균일한 무결점의 내-습윤성 코팅을 형성하였다.

평가

공기 중 TGA 분해 프로파일로 도 4에 도시된 바와 같이 이러한 코팅물의 극단적으로 높은 열 안정성을 확인하였다. 전형적인 열중량분석 (TGA) 실험에서, 코팅 일부를 로에서 가열하여 분해에 따른 중량 손실을 온도에 대하여 도시하였다. 더 낮은 중량 손실 %는 더 높은 열적 안정 코팅물을 의미한다. 코팅물은 316 ℃까지 단1% 중량 손실을 보였고, 이는 프린트헤드 제조 과정에서 발생될 수 있는 조건에서 높은 열 안정성을 보이는 것이다. 다른 실시예에서, 코팅물을 오븐에서 300 ℃로 60 분 동안 유지하였다. 300℃ /60 분 후 코팅물은 단 3 %의 중량 손실을 보였고, 이는 높은 열 안정성을 보이는 것이다. 프린트헤드 제조 과정에서 약 200℃ 내지 약 315℃에서 약 15 분 내지 약 120 분 동안 노출되므로 코팅물의 열적 강건성은 필요하다. 요약하면, 본 실시태양들의 코팅물은 300℃ 및 60 분 가열 후 코팅물 총 중량의 15% 미만의 중량 손실을 보인다.

고체 잉크에 대한 코팅 표면 특성을 평가하였다. 결과를 다음 표 1에 제시한다. 이들 코팅물은 프린트헤드 제조에서 압착 접착 결합 사이클을 모방한 적층 조건 (290 ℃/350 psi, Teflon 상도) 후 높은 접촉각을 유지하였다. 또한 적층된 코팅물은 2일 /140 ℃/CYMK 잉크 침지 노화 (soak aging) 후 높은 접촉각을 유지하였다. 코팅물은 낮은 전락각을 보이고 이는 낮은 잉크 점착력을 의미한다. 30도 미만의 전락각은 전형적으로 잉크가 낮은 점착력을 가진다는 것을 의미하고 잔류물 없이 표면에서 세정될 수 있다. 추가로, 잉크 침지 연구에서 테스트 쿠폰을 당길 때, 잉크는 깨끗하게 떨어지고 어떠한 잉크 잔류물도 코팅에서 관찰되지 않았다. 이는 프린트헤드 유지 사이클 과정에서 와이퍼 블레이드로 잉크를 청결하게 세정할 수 있다는 것을 의미한다.

코팅물	TGA 중량 손실 %, 30-300ºC (주요 분해 발생)	290ºC에서 30 분 노출 후 코팅물 두께 및 중량 손실	고체 잉크에 대한표면 특성 CA (전락각 (º))
			적층 (Stacking) 290℃/350psi/30분	적층 + 140℃에서 2 일간 잉크화
코팅물 1	1 % (316C)	~ 3-5 %	61 (21)	60 (25)

요약

본 실시태양들은 열적으로 안정하고, 기계적으로 강건한, 소유성의 내-습윤성 코팅을 위한 신규 조성물 및 코팅 형성 방법을 제공한다. 본 실시태양들은 압전 프린트헤드에 특히 적합한 것으로 확인되었다. 내-습윤성 코팅물은 바람직한 높은 잉크 접촉각 및 낮은 전락각을 보이고 뛰어난 열적 안정성을 가진다. 또한 이들 코팅물은 290ºC 노출 후 거의 두께 및 중량 손실을 보이지 않는다.

원 및 보정 가능한 청구범위는 본원의 실시태양들 및 교시에 대한 변경, 대안, 변형, 개선, 균등 및 실질적 균등을 포함하고 출원인/특허권자 및 타인에서 착상될 수 있는 현재 출현되지 않거나 예측되지 않은 것을 포함한다. 청구범위에서 특히 언급되지 않는 한, 특정 순서, 개수, 위치, 크기, 형태, 각도, 색상 또는 재료에 있어서 청구범위 단계들 또는 성분들은 명세서 또는 임의의 기타 청구범위로부터 암시 또는 연유되는 것은 아니다.

본원에서 언급되는 모든 특허 및 출원들은 특히 및 전적으로 전체가 본원에 참고로 통합된다.

Claims (10)

1. 잉크젯 프린트헤드 앞면용 코팅물에 있어서, 상기 코팅물은:
   가교화 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체로 구성되고, 350 psi까지 290 ℃로 가열될 때 약 15 중량% 미만으로 손실되는 높은 열 안정성을 가진, 코팅물.
2. 제1항에 있어서, 가교화 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체는 식 I의 반복 단위를 포함하는, 코팅물.
   

   

   
   식 중 a는 10 내지 10,000인 정수이고; b는 1 내지 1000인 정수이다.
3. 제1항에 있어서, 자외선 (UV) 겔 잉크 액적 또는 고체 잉크 액적은 약 40^o를 넘는 접촉각을 보이는, 코팅물.
4. 제1항에 있어서, 코팅물의 전락각은 약 30^o 미만인, 코팅물.
5. 제1항에 있어서, 300℃에서 60 분 가열된 후 코팅물 손실은 코팅물 총 중량의 15% 미만인, 코팅물.
6. 제1항에 있어서, 흐름 (drool)압력은 약 1.5 내지 약 8 인치 물기둥 (inch of water)으로 유지되는, 코팅물.
7. 제1항에 있어서, 가교화 플루오로실리콘 중합체는 경화된 코팅물 총 중량의 약 10 내지 약 100 중량% 함량으로 존재하는, 코팅물.
8. 잉크젯 프린트헤드 앞면용 코팅물에 있어서, 상기 코팅물은:
   식 I의 반복 단위를 가지는 가교화 디메틸 메틸트리플루오로프로필 실록산 중합체를 포함하는, 코팅물.
   

   

   
   식 중 a는 10 내지 1000인 정수이고; b는 1 내지 500인 정수이고, UV 겔 잉크 액적 또는 고체 잉크 액적은 코팅물이 290 ℃까지 적어도 30 분 동안 노출된 후 코팅 표면과 약 40^o를 넘는 접촉각을 보인다.
9. 잉크젯 프린트헤드 앞면용 소유성의 내-습윤성 코팅 형성방법에 있어서,
   비닐기 함유 중합체 및 Si-H 기 함유 가교제로 구성되는 반응 혼합물을 기재에 코팅하는 단계;
   코팅된 혼합물을 제1 온도에서 경화 온도로 노출시키는 단계로 구성되는, 소유성의 내-습윤성 코팅 형성방법.
10. 제9항에 있어서, 비닐기 함유 중합체 및 Si-H 기 함유 가교제는 약 20:1 내지 약 5:1의 중량비로 반응되는, 소유성의 내-습윤성 코팅 형성방법.

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