EP0475943A1 - Hydrophobierungsmittel und anwendungsverfahren, insbesondere bei tintenstrahldruckköpfen. - Google Patents

Hydrophobierungsmittel und anwendungsverfahren, insbesondere bei tintenstrahldruckköpfen.

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EP0475943A1
EP0475943A1 EP90902613A EP90902613A EP0475943A1 EP 0475943 A1 EP0475943 A1 EP 0475943A1 EP 90902613 A EP90902613 A EP 90902613A EP 90902613 A EP90902613 A EP 90902613A EP 0475943 A1 EP0475943 A1 EP 0475943A1
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EP
European Patent Office
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treatment
compound
carried out
ink
radicals
Prior art date
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EP90902613A
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EP0475943B1 (de
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Amir Hussain
Raimund Schwarz
Friedrich Koch
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0475943B1 publication Critical patent/EP0475943B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/16—Production of nozzles
    • B41J2/1606—Coating the nozzle area or the ink chamber

Definitions

  • Water repellents and application methods in particular _ in inkjet printheads.
  • the invention relates to a hydrophobizing agent for surface treatment, in particular of ink jet print heads, and to a method for hydrophobizing a surface.
  • surfaces may be desired for objects which are poorly or not wetted by liquids.
  • this may be desirable or necessary to avoid corrosion, for example in the case of metallic body parts of vehicles.
  • Textiles can also be treated with a water-repellent treatment in order to prevent wetting and ultimately also getting wet of the fibers or the fabric.
  • wetting the surface can be disadvantageous for technical reasons. For example, in the case of printheads of ink jet recording devices, the wetting behavior of these printheads bit of the ink is of great importance for the print quality that can be achieved.
  • characters are displayed on a recording medium by ejecting individual ink droplets from the nozzles of a writing or printing head which is part of an ink printing device.
  • characters and / or graphic patterns can be generated on the recording medium.
  • the quality of the recording depends to a large extent on the uniformity of the droplet ejection.
  • the individual droplets must have a defined size and leave the nozzle of the print head at the same speed.
  • DE-OS 3 047 835 describes a fluorine-containing hydrophobicizing agent.
  • this agent contains a silane with a perfluorinated organic residue.
  • a disadvantage of these known hydrophobizing agents is the poor adhesion to the materials from which the nozzle opening is formed (glass, ceramic or metal). In this way, the silicone oil is washed away by the ink as the operating time increases.
  • this treatment agent which is initially effective against ink with aqueous solvents, shows a marked deterioration in the repulsive forces over time against inks with organic solvents. Fluorine-containing treatment agents repel the ink better, but the effect has a limited shelf life.
  • REPLACEMENT LEAF shows a high and permanent repellency against non-aqueous inks.
  • hydrophobizing agent of the type mentioned at the outset which according to the invention is characterized in that it contains at least one compound of the general formula I,
  • R represents an at least partially fluorinated alkyl or aryl radical
  • X represents halogen or pseudohalogen or represents a hydroxyl, an amino or a hydrolyzable alkoxy group
  • A represents an alkyl radical having 1 to 6 carbon atoms
  • the indices n, o and p give a total of 4, where n and o are each independently 1, 2 or 3 and p is 0, 1 or 2.
  • hydrophobic layers can be produced on a wide variety of surfaces which have a good repellent effect against both aqueous and organic solvents or are poorly or not at all wetted by these solvents. This applies in particular to the surfaces of ink jet recording heads in the mouth area of the nozzles.
  • Surface of the recording head made of various materials, which result from the thin-film construction of the printhead or recording head. These materials are, for example, metal, silicon, silicon oxide, photoresist (for example acrylate) or glass and thus give a representative cross section over the surfaces which can be treated with the hydrophobicizing agent according to the invention.
  • REPLACEMENT LEAF Compounds according to the invention can have a wetting angle. This describes the angle that a drop of liquid forms in contact with a surface. The more repulsive the interactions between the liquid and the surface, or the material of the surface, the greater the wetting angle.
  • a wetting angle of 90 * and greater is measured on the surfaces described. This significantly exceeds the value achieved by known water repellents.
  • the durability of the hydrophobizing effect of a surface treated with the agent according to the invention results from long-term tests.
  • treated with the agents according erfindungs ⁇ recording heads are stored for four weeks at 50 * C in an ink holding next 80 percent of water, further organic solvents, dye and additives ent.
  • the wetting angle is then determined again. With all the compounds according to the invention, only a reduction of this angle by a maximum of 10 "is observed. This shows the excellent resistance of the hydrophobic effect or the excellent adhesion of the agent to the treated surfaces.
  • the number of residues X bonded to the silicon thereby expressed corresponds at the same time to the number of binding sites with which the hydrophobizing agent can be bonded to a surface or to the material of the surface via the silicon atom.
  • the group X namely carries a self-contained fragment (for example the proton in the case of a hydroxyl group) or itself represents a leaving group for a substitution reaction (for example halogen atom). Therefore, with two or three X radicals present per molecule, "crosslinking" occurs
  • the chlorinated silanes then present generally have a high volatility or a high vapor pressure even at room temperature. This is particularly advantageous for the treatment according to the invention of a surface with the silane according to the invention. The treatment can then already be carried out in the gas phase at room temperature. A chemical reaction with the surface produces a hydrophobic layer even under these conditions and without further aftertreatments. However, a thermal aftertreatment can also be carried out to shorten the process.
  • the fluorinated radical R is essentially responsible for the hydrophobic effect of the hydrophobizing agent. This is advantageously perfluorinated and represents, for example, an alkyl or cycloalkyl group with 1 to 6 carbon atoms. From a certain chain length, the extent of the hydrophobic effect is scarcely any more from the radical R or the number contained therein ⁇ dependent fluorine atoms. However, good hydrophobic effects are already achieved with a trifluoromethyl group.
  • one or two groups A can be present on the silicon atom. These represent alkyl groups, preferably methyl groups. They have hardly any influence on the hydrophobic effect of the silane, but may be necessary to round off the other properties of the hydrophobizing agent and can, for example, increase the vapor pressure or specifically influence the reactivity.
  • the hydrophobizing agent is a liquid at room temperature
  • the treatment can be carried out by dipping, spraying or steaming the surface to be treated. In principle, no further measures are required for this, but the treatment for acceleration can be carried out at temperatures up to approximately 80 °.
  • a further shortening of the process for hydrophobization can be achieved by a thermal aftertreatment. However, this has no significant influence on the hydrophobic properties and the stability of the hydrophobic effect on most surfaces.
  • Treatment of a surface with the hydrophobizing agent in the gas phase at temperatures up to 80 ° C. brings technical advantages. This is particularly advantageous in the case of ink jet recording heads, since in a gas phase process the ink channels are easily exposed to a flowing inert gas (such as nitrogen). can be protected against unwanted hydrophobization.
  • a flowing inert gas such as nitrogen
  • the gas or vapor phase treatment is advantageously distinguished from an immersion treatment.
  • REPLACEMENT LEAF a closure of the ink channels is required, which can be achieved, for example, by filling in mercury, water and other liquid media. Otherwise, the capillary forces of the ink channels would cause the water repellent to penetrate into them, which is not to be feared in the gas phase.
  • the duration of the treatment is 0.5 to 10 minutes and, as already mentioned, can be shortened by a thermal aftertreatment or by increasing the temperature during the treatment, but this is in principle not necessary.
  • the treatment makes the surfaces so hydrophobic that when the surfaces come into contact with aqueous or organic solvents a wetting angle of 90 * and more is formed.
  • the ink drop forms directly above the ink channel or the nozzle of the ink channel and does not wet the surface adjacent to the nozzle in the mouth area.
  • Such a drop consequently has a precisely defined size, which only depends on the other adjustable parameters of the ink (for example viscosity and temperature).
  • a drop of ink of such a defined size can be thrown onto a record carrier, for example paper, in a reproducible manner, resulting in a clean and exact typeface. With the same droplet size, the same droplet trajectory can always be maintained towards the recording medium, so that a reproducible pixel is created there.
  • FIG. 1 shows an ink jet recording head in a schematic representation
  • FIG. 1 An ink jet recording head can be made, for example, in a thin film construction. Such a structure is shown schematically in the figure.
  • a silicon wafer is glued onto a metal plate 1, for example made of aluminum, as the substrate 2.
  • a metal plate 1 for example made of aluminum
  • the actual ink channels 6 are implemented, for example, in a photoresist layer.
  • the side walls 5 of the ink channels 6 consist of an acrylate resin.
  • the upper boundary of the ink channels 6 is formed by a glass plate 8 glued over an acrylate layer 7.
  • Such a recording head is now steamed in a closed chamber with the hydrophobicizing agent according to the invention.
  • a certain amount of tri-decafluorooctyl ⁇ trichlorosilane is slightly warmed in a dry atmosphere (no water or water vapor).
  • the recording head is removed from the chamber and post-treated in a suitable oven at, for example, 80 ° C. for a further five minutes.
  • the surface of the recording head is now provided with a thin layer of the hydrophobicizing agent, the individual molecules of which are passed through
  • the side surface of the platelet-shaped recording head for example, in which a hydrophobic effect is desired, is the area into which the ink channels 6 open and which is spanned by the coordinate axes a and b shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through such an ink channel during the printing operation and represents the situation shortly before an ink droplet is thrown off
  • An ink containing, for example, 80 percent water (in addition to dye, other organic solvents and additives) is led to the surface 12 (a, b) of the recording head via the ink channel 10.
  • the surface 12 in the region adjacent to the nozzle of the ink channel 10 is so hydrophobic that the ink droplet 11 is formed exclusively via the ink channel 10.
  • the drop 11 forms an angle 13 which corresponds to the opposite angle of the so-called wetting angle. It can be clearly seen that the angle 13 is less than 90 ⁇ and the wetting angle is therefore greater than 90 ° by the same amount.
  • hydrophobizing agent according to the invention and the method for using it for ink jet recording heads have particular advantages, the invention is not restricted to these, since any surfaces can be treated with the aid of the hydrophobizing agent.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
  • Ink Jet (AREA)

Description

Hydrophobierungsmittel und Anwendungsverfahren, insbesondere _ bei Tintenstrahldruckköpfen.
Die Erfindung betrifft ein Hydrophobierungsmittel zur Oberflä¬ chenbehandlung, insbesondere von Tintenstrahldruckköpfen, so¬ wie ein Verfahren zur Hydrophobierung einer Oberfläche.
In den verschiedensten Bereichen der Technik können bei Gegen¬ ständen Oberflächen erwünscht sein, die von Flüssigkeiten schlecht oder nicht benetzt werden. Bei metallischen oder me¬ tallhaltigen Oberflächen kann dies zur Vermeidung von Korro- sion gewünscht oder erforderlich sein, beispielsweise bei me¬ tallischen Karosserieteilen von Fahrzeugen. Auch Textilien können durch eine Behandlung wasserabweisend behandelt werden, um eine Benetzung und schließlich auch ein Naßwerden der Fa¬ sern bzw. des Gewebes zu verhindern. Bei anderen Gegenständen kann eine Benetzung der Oberfläche aus technischen Gründen nachteilig sein. Beispielsweise bei Druckkδpfen von Tinten- strahlaufzeichnungsgeräten ist das Benetzungsverhalten dieser Druckköpfe Bit der Tinte von großer Bedeutung für die erziel¬ bare Druckqualität.
Bei den Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren werden zum Beispiel Zeichen auf einem Aufzeichnungsträger dadurch dargestellt, daß einzelne Tintentröpfchen aus den Düsen eines Schreib- oder Druckkopfes, der Bestandteil einer Tintendruckeinrichtung ist, ausgestoßen werden. Durch Abstimmung zwischen dem Ausstoß von Einzeltrδpfchen und der Relativbewegung zwischen dem Aufzeich¬ nungsträger und dem Schreibkopf können Zeichen und/oder gra¬ phische Muster auf dem Aufzeichnungsträger erzeugt werden. Die Qualität der Aufzeichnung hängt in hohem Maße von der Gleich- mäßigkeit des Tröpfchenausstoßes ab. Die einzelnen Tröpfchen müssen eine definierte Große besitzen und mit jeweils gleicher Geschwindigkeit die Düse des Schreibkopfes verlassen. Gerade
ERSATZBLATT für die Größe der Tintentröpfchen ist das Benetzungsverhalten der mit der Tinte in Kontakt stehenden Bereiche des Schreib¬ kopfes von großer Bedeutung. Die zu den Düsen des Schreib¬ kopfes führenden Tintenkanäle müssen gut von der Tinte benetz- bar sein, nicht aber die Bereiche außerhalb der Düsenδffnung. Eine gut benetzende Oberfläche um eine solche Düse herum er¬ höht die Gefahr, daß Tinte aus der Düse herausläuft und einen zu großen Tropfen bildet. Im Extremfall könnte sich dieser Tropfen sogar über mehrere Düsenδffnungen erstrecken und somit das gezielte Abschleudern eines Einzeltropfens verhindern. Außerdem ist die Haftung eines solchen Tropfens an der Mün¬ dungsplatte des Schreibkopfes um die Düse herum erhöht. Dies führt zu unterschiedlichen Tropfengrößen und zu unterschied¬ lichen Tropfenausstoßgeschwindigkeiten und somit auch zu einer Verschlechterung der Druckqualität.
In der US-PS 3 747 120 wird vorgeschlagen, die Schreibköpfe mit einem Silikonöl zu behandeln, um eine ausreichend hydro¬ phobe Oberfläche am Schreibkopf zu erzielen.
In der DE-OS 3 047 835 ist ein fluorhaltiges Hydrophierungs- mittel beschrieben. Als Wirkstoff enthält dieses Mittel ein Silan mit einem perfluorierten organischen Rest.
Nachteilig an diesen bekannten Hydrophobierungsmitteln ist je¬ doch das schlechte Haftvermögen auf den Materialien, aus denen die Düsenöffnung gebildet wird (Glas, Keramik oder Metall). So wird das Silikonöl mit zunehmender Betriebsdauer durch die Tinte weggewaschen. Als weiterer Nachteil ist zu nennen, daß dieses gegen Tinte mit wäßrigen Lösungsmitteln anfänglich gut wirksame Behandlungsmittel gegen Tinten mit organischen Lösungs¬ mitteln mit der Zeit eine deutliche Verschlechterung der Ab¬ stoßungskräfte zeigt. Durch fluorhaltige Behandlungsmittel wird die Tinte zwar besser abgestoßen, jedoch ist die Wirkung nur begrenzt haltbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hydropho¬ bierungsmittel zur Oberflächenbehandlung von Tintenstrahl- schreibköpfen anzugeben, welches sowohl gegen wäßrige als auch
ERSATZBLATT gegen nicht-wäßrige Tinten ein hohes und gleichzeitig dauer¬ haftes Abstoßungsvermögen zeigt.
Diese Aufgabe wird durch ein Hydrophobierungsmittel der ein¬ gangs genannten Art gelöst, welches erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß es zumindest eine Verbindung der all¬ gemeinen Formel I enthält,
(I) (R-CH2CH2-)n Si XQ A
wobei R einen zumindest teilweise fluorierten Alkyl- oder Arylrest darstellt,
X für Halogen oder Pseudohalogen steht oder eine Hydroxyl-, eine Amino- oder eine hydrolisierbare Alkoxygruppe bedeutet, A einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen darstellt, und die Indices n, o und p in der Summe 4 ergeben, wobei n und o unabhängig jeweils 1, 2 oder 3 sind und p für 0, 1 oder 2 steht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Hydrophobierung einer Oberfläche sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Durch Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Hydrophobierungs- mittel können auf den verschiedensten Oberflächen hydrophobe Schichten erzeugt werden, die sowohl gegen wäßrige als auch organische Lösungsmittel gut abstoßend wirken bzw. von diesen Lösungsmitteln schlecht oder gar nicht benetzt werden. Dies gilt insbesondere für die Oberflächen von Tintenstrahlaufzeich- nungskδpfen im Mündungsbereich der Düsen. Dort besteht die
Oberfläche des Aufzeichnungskopfes aus verschiedenen Materia¬ lien, die sich aus der Dünnschichtbauweise des Druckkopfes bzw. Aufzeichnungskopfes ergeben. Diese Materialien sind bei¬ spielsweise Metall, Silizium, Siliziumoxid, Photolack (zu» Beispiel Acrylat) oder Glas und geben somit einen repräsen¬ tativen Querschnitt über die mit dem erfindungsgemäßen Hydro¬ phobierungsmittel behandelbaren Oberflächen.
Als Maß für die ausgezeichnete hydrophobierende Wirkung der
ERSATZBLATT erfindungsgemäßen Verbindungen kann der Benetzungswinkel die¬ nen. Dieser bezeichnet den Winkel, den ein Flüssigkeitstropfen im Kontakt zu einer Oberfläche ausbildet. Je abstoßender die Wechselwirkungen zwischen der Flüssigkeit und der Oberfläche, bzw. dem Material der Oberfläche sind, um so größer ist der Benetzungswinkel. Für die erfindungsgemäßen Verbindungen wird bei den beschriebenen Oberflächen jeweils ein Benetzungswinkel von 90* und größer gemessen. Damit wird der von bekannten Hydrophobierungsmitteln erreichte Wert deutlich übertroffen.
Die Beständigkeit der hydrophobierenden Wirkung einer mit dem erfindungsgemäßen Mittel behandelten Oberfläche ergibt sich aus Langzeitversuchen. In einem Test werden mit dem erfindungs¬ gemäßen Mittel behandelte Aufzeichnungsköpfe vier Wochen bei 50*C in einer Tinte gelagert, die neben 80 Prozent Wasser noch weitere organische Lösungsmittel, Farbstoff und Zusätze ent¬ hält. Danach wird erneut der Benetzungswinkel bestimmt. Bei allen erfindungsgemäßen Verbindungen wird nur eine Absenkung dieses Winkels um maximal 10" beobachtet. Dies zeigt die aus- gezeichnete Beständigkeit der hydrophoben Wirkung bzw. die ausgezeichnete Haftung des Mittels auf den behandelten Ober¬ flächen. Diese Wirkung ist auf die vier Protonen der Ethylen- gruppe zurückzuführen, mit der der fluorhaltige Rest R an das Siliziumatom angebunden ist. Dies ist auch einer der wesent- liehen Unterschiede der erfindungsgemäßen Verbindungen zu den zum Beispiel aus der DE-OS 30 47 835 bekannten Silanen, die durchwegs einen perfluorierten Rest an Silizium tragen. Ver¬ gleichsversuche haben für diese bekannten Hydrophobierungsmit¬ tel eine deutlich schlechtere Haftung bzw. eine schlechter Haltbarkeit der hydrophoben Wirkung einer damit behandelten Oberfläche gegenüber dem erfindungsgemäßen Hydrophobierungs¬ mittel erwiesen. Auch haben diese Versuche gezeigt, daß der Benetzungswinkel der bekannten Hydrophobierungsmittel gegen¬ über organischen Lösungsmitteln maximal 65* erreicht und damit deutlich unter dem Wert für die erfindungsgemäßen Tinten (min¬ destens sD") liegt.
Weitere vorteilhafte Wirkungen werden erzielt, wenn in der all¬ gemeinen »Strukturformel für das erfindungsgemäße Hydrophobie-
ERSATZBLATT rungsmittel der Index o den Wert 2 oder 3 annimmt. Die dadurch ausgedrückte Anzahl der an das Silizium gebundenen Reste X ent¬ spricht gleichzeitig der Anzahl der Bindungsstellen, mit denen das Hydrophobierungsmittel über das Siliziumatom an eine Ober- fläche, bzw. an das Material der Oberfläche angebunden werden kann. Die Gruppe X trägt nämlich ein sυbstituierbares Fragment (zum Beispiel das Proton im Falle einer Hydroxylgruppe) oder stellt selbst eine Abgangsgruppe für eine Substitutionsreak¬ tion dar (zum Beispiel Halogenatom). Daher tritt bei zwei oder drei pro Molekül vorhandenen Resten X eine "Vernetzung" der
Oberfläche durch das Hydrophobierungsmittel auf, da jedes Mole¬ kül dann zwei oder drei Bindungen zur Oberfläche bzw. zum Ma¬ terial der Oberflächen eingehen kann. Eine mehrfach an die Oberfläche gebundene Gruppe weist dementsprechend auch eine bessere Haftung an der Oberfläche auf, ist somit einem Hydro¬ lyseangriff weniger zugänglich und zeigt daher auch zeitlich gesehen eine bessere Haftung.
Besondere Vorteile werden mit Verbindungen erzielt, bei denen der oder die Reste X Chloratome sind. Die dann vorliegenden chlorierten Silane weisen im allgemeinen eine hohe Flüchtig¬ keit bzw. bereits bei Raumtemperatur einen hohen Dampfdruck auf. Dies ist insbesondere für die ebenfalls erfindungsgemäße Behandlung einer Oberfläche mit dem erfindungsgemäßen Silan von Vorteil. -Die Behandlung kann dann bereits bei Raumtempe¬ ratur in der Gasphase vorgenommen werden. Durch chemische Reaktion mit der Oberfläche wird bereits unter diesen Bedin¬ gungen und ohne weitere Nachbehandlungen eine hydrophobe Schicht erzeugt. Zur Verkürzung des Verfahrens kann jedoch auch eine thermische Nachbehandlung erfolgen.
Für die hydrophobe Wirkung des Hydrophobierungsmittels ist im wesentlichen der fluorierte Rest R verantwortlich. Vorteilhaf¬ terweise ist dieser perfluoriert und stellt zum Beispiel eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen dar. Das Maß der hydrophoben Wirkung ist dabei ab einer gewissen Kettenlän¬ ge kaum mehr vom Rest R bzw. von der Anzahl der darin enthal¬ tenen Fluoratome abhängig. Bereits mit einer Trifluormethyl- gruppe werden aber schon gute hydrophobe Wirkungen erzielt.
ERSATZBLATT Weiterhin können am Siliziumatom eine oder zwei Gruppen A vor¬ handen sein. Diese stellen Alkylgruppen, vorzugsweise Methyl¬ gruppen dar. Sie haben auf die hydrophobe Wirkung des Silans kaum Einfluß, können jedoch zur Abrundung der übrigen Eigen- schaften des Hydrophobierungsmittels erforderlich sein und kön¬ nen zum Beispiel den Dampfdruck erhöhen oder die Reaktivität gezielt beeinflussen.
Im ebenfalls erfindungsgemäßen Verfahren zur Hydrophobierung einer Oberfläche muß diese mit einer Verbindung der bereits angegebenen allgemeinen Formel I behandelt werden. Da das Hy¬ drophobierungsmittel bei Raumtemperatur eine Flüssigkeit ist, kann die Behandlung durch Tauchen, Besprühen oder Bedampfen der zur behandelnden Oberfläche erfolgen. Prinzipiell sind dazu keine weiteren Maßnahmen erforderlich, doch kann die Be¬ handlung zur Beschleunigung bei Temperaturen bis ca. 80° vor¬ genommen werden. Eine weitere Verkürzung des Verfahrens zur Hydrophobierung kann wie bereits erwähnt durch eine thermische Nachbehandlung erzielt werden. Auf die hydrophoben Eigenschaf- ten und die Beständigkeit der hydrophoben Wirkung auf den mei¬ sten Oberflächen hat dies jedoch keinen signifikanten Ein¬ fluß.
Technische Vorteile bringt eine Behandlung einer Oberfläche mit dem Hydrophobierungsmittel in der Gasphase bei Temperatu¬ ren bis 80βC. Insbesondere bei den Tintenstrahlaufzeichnungs- köpfen ist dies von Vorteil, da bei einem Gasphasenverfahren die Tintenkanäle leicht mit einem durchströmenden Inertgas (wie zum Beispiel Stickstoff) vor unerwünschter Hydrophobisie- rung geschützt werden können.
Da ja gerade die Tintenkanäle vom Hydrophobierungsmittel frei bleiben sollen, zeichnet sich die Gas- bzw. Dampfphasenbehand¬ lung gegenüber einer Tauchbehandlung vorteilhaft aus. Bei letzterer
ERSATZBLATT ist ein Verschluß der Tintenkanäle erforderlich, der zum Bei¬ spiel durch Einfüllen von Quecksilber, Wasser und anderen flüssigen Medien erreicht werden kann. Beim Tauchen würden sonst die Kapillarkräfte der Tintenkanäle ein Eindringen des Hydrophobierungsmittels in diese zur Folge haben, was in der Gasphase nicht zu befürchten ist.
Die Behandlungsdauer beträgt 0,5 bis 10 Minuten und kann wie bereits erwähnt durch eine thermische Nachbehandlung bzw. durch Erhöhung der Temperatur während der Behandlung verkürzt werden, was aber prinzipiell nicht erforderlich ist.
Durch die Behandlung werden die Oberflächen derart hydrophob, daß sich bei Kontakt der Oberflächen mit wäßrigen oder organi- sehen Lösungsmitteln ein Benetzungswinkel von 90* und mehr ausbildet. Wiederum auf den Tintenstrahlaufzeichnungskopf be¬ zogen bedeutet dies, daß sich im Aufzeichnungsbetrieb (Drucken bzw. Schreiben) der Tintentropfen unmittelbar über dem Tinten¬ kanal bzw. der Düse des Tintenkanals bildet und nicht die der Düse benachbarte Oberfläche im Mündungsbereich benetzt. Ein solcher Tropfen besitzt demzufolge eine genau definierte Größe, die lediglich von den übrigen einstellbaren Parametern der Tinte abhängig ist (zum Beispiel Viskosität und Temperatur). Ein Tintentropfen solch definierter Größe kann exakt reprodu- zierbar auf einen Aufzeichnungsträger, zum Beispiel Papier, abgeschleudert werden und ergibt so ein sauberes und exaktes Schriftbild. Bei gleicher Tröpfengröße kann auch stets die gleiche Trδpfchenflugbahn hin zum Aufzeichnungsträger einge¬ halten werden, so daß dort ein reproduzierbarer Bildpunkt ent- steht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels und der dazugehörigen zwei Figuren näher erläutert. Da¬ bei zeigt
die Figur 1 einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf in schemati- scher Darstellung und
die Figur 2 einen ebenfalls schematischen Querschnitt durch
ERSATZBLATT den Tintenkanal eines Aufzeichnungskopfes.
Figur 1: Ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf kann zum Beispiel in Dünnschichtbauweise hergestellt werden. Ein solcher Aufbau ist schematisch in der Figur dargestellt. Auf einem Metall- plättchen 1, zum Beispiel aus Aluminium, ist als Substrat 2 ein Siliziumwafer aufgeklebt. Darüber befinden sich als Isola- tions- und Abdeckschichten zwei Siliziumdioxidschichten 3 und 4, zwischen denen nicht dargestellte elektrische Leitungen und Widerstandsheizelemente eingebettet sind, die beim Betrieb eines solchen Aufzeichnungskopfes den Ausstoß der Tintentröpf¬ chen bewirken und steuern. Die eigentlichen Tintenkanäle 6 sind zum Beispiel in einer Photolackschicht realisiert. In einem Ausführuhgsbeispiel bestehen die Seitenwände 5 der Tin- tenkanäle 6 aus einem Acrylatharz. Die obere Begrenzung der Tintenkanäle 6 bildet eine über eine Acrylatschicht 7 aufge¬ klebte Glasplatte 8.
Ein solcher Aufzeichnungskopf wird nun in einer geschlossenen Kammer mit dem erfindungsgemäßen Hydrophobiεrungsmittel be¬ dampft. Dazu wird beispielsweise eine bestimmte Menge von Tri- decafluoroctyl^trichlorsilan in trockener Atmosphäre (kein Wasser, bzw. Wasserdampf) leicht erwärmt. Nach fünf Minuten wird der Aufzeichnungskopf aus der Kammer herausgenommen und in einem geeigneten Ofen bei zum Beispiel 80"C für weitere fünf Minuten nachbehandelt. Die Oberfläche des Aufzeichnungs¬ kopfes ist nun mit einer dünnen Schicht des Hydrophobierungs¬ mittels versehen, wobei dessen einzelne Moleküle durch chemi¬ sche Reaktion an die verschiedenen Materialien der Oberfläche des Aufzeichnungskopfes angebunden und zum Teil miteinander vernetzt sind. Die Seitenfläche des zum Beispiel plättchenfδr- migen Aufzeichnungskopfes, bei der eine hydrophobe Wirkung er¬ wünscht ist, ist die Fläche, in die die Tintenkanäle 6 münden und die durch die in der Figur 1 dargestellten Koordinaten- achsen a und b aufgespannt wird.
Figur 2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen sol¬ chen Tintenkanal während des Druckbetriebs und stellt die Situation kurz vor dem Abschleudern eines Tintentröpfchens dar. Über den Tintenkanal 10 wird eine zum Beispiel 80 Prozent Wasser (neben Farbstoff, weiteren organischen Lösungsmitteln und Zusätzen) enthaltende Tinte an die Oberfläche 12 (a, b) des Aufzeichnungskopfes geführt. Durch die erfindungsgemäße Behandlung ist die Oberfläche 12 in dem der Düse des Tintenka¬ nals 10 benachbarten Bereich derart hydrophob, daß sich das Tintentröpfchen 11 ausschließlich über den Tintenkanal 10 aus¬ bildet. Mit der Oberfläche 12 bildet der Tropfen 11 einen Win¬ kel 13, der dem Gegenwinkel des sogenannten Benetzungswinkels entspricht. Klar zu erkennen ist, daß der Winkel 13 kleiner als 90β und der Benetzungswinkel somit um den gleichen Betrag größer als 90° ist. Dies verdeutlicht die ausgezeichneten hy¬ drophoben Eigenschaften der behandelten Oberfläche 12, die aus den zum Schichtaufbau verwendeten Materialien des Aufzeich- nungskopfes besteht. Somit ist ein sicheres, gleichmäßiges und daher reproduzierbares Abschleudern des Tintentröpfchens 11 während des Aufzeichnungsvorganges gewährleistet. Dies ge¬ schieht zum Beispiel durch eine plötzliche Volumenvergrößerung der Tinte in dem Tintenkanal 10, die wiederum durch das Ver- dampfen einer geringen Menge des Tintenlösungsmittels erzeugt wird.
Obwohl das erfindungsgemäße Hydrophobierungsmittel und das Ver¬ fahren zu dessen Verwendung für Tintenstrahlaufzeichnungsköpfe besondere Vorteile erbringt, so ist die Erfindung doch nicht auf diese beschränkt, da beliebige Oberflächen mit Hilfe des Hydrophobierungsmittels behandelt werden können.
15 Patentansprüche 2 Figuren
ERSATZBLATT

Claims

Patentansprüche
1. Hydrophobierungsmittel zur Oberflächenbehandlung, insbeson¬ dere von Tintenstrahldruckköpfen, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß das Hydrophobierungsmittel zu¬ mindest eine Verbindung der allgemeinen Formel I enthält,
(I) (R - CH2CH2-)n Si XQ Ap
wobei R einen zumindest teilweise fluorierten Alkyl oder Aryl- rest darstellt,
X für Halogen oder Pseudohalogen steht oder eine Hydroxyl- eine Amino- oder eine hydrolisierbare Alkoxygruppe bedeutet, A einen Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen darstellt, die Indices n, o und p in der Summe 4 ergeben, wobei n und o unabhängig jeweils 1, 2 oder 3 ist und p für 0, 1 oder 2 steht.
2. Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindung I zumindest zwei Reste X enthält.
3. Hydrophobierungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, d a - ' d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reste X in der Verbindung I Chlor bedeuten;
4. Hydrophobierungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Rest R in der Verbindung I perfluoriert ist.
5. Hydrophobierungsmittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der oder die Reste R in der Verbindung I Alkyl- oder Cycloal- kylreste mit 1 bis 6 C-Atomen sind.
6. Hydrophobierungsmittel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verbindung I als Rest A zumindest eine Methylgruppe ent¬ hält.
ERSATZBLATT
7. Verfahren zur Hydrophobierung einer Oberfläche, bei dem diese Oberfläche mit zumindest einer Verbindung der allgemei¬ nen Formel I behandelt wird,
(I) (R - CH2CH2)n Si XQ Ap
wobei R einen zumindest teilweise fluorierten Alkyl- oder Aryl- rest darstellt,
X für Halogen oder Pseudohalogen steht oder eine Hydroxyl- eine Amino- oder eine hydrolisierbare Alkoxy-Gruppe bedeutet, während die Indices n, o und b in der Summe 4 ergeben, n und o für
I, 2 oder 3 stehen und p 0, 1 oder 2 bedeutet.
8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Behandlung durch Tauchen, Besprühen oder Bedampfen der Oberfläche erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß die Behandlung der Oberfläche in der Gasphase durchgeführt wird, wobei die Temperatur 80*C nicht überschreitet.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Behandlung in der Gas¬ phase mit einer bei Raumtemperatur ausreichend flüchtigen Ver¬ bindung durchgeführt wird.
II. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach der Behand¬ lung der Oberfläche mit der Verbindung I eine thermische Nach¬ behandlung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Behand¬ lung in der Gasphase durchgeführt wird und die Behandlungs¬ dauer 0,5 bis 10 Minuten beträgt.
13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 12,
ERSATZBLATT d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch die Behandlung eine derart hydrophobe Oberfläche erzeugt wird, daß Wasser- oder Wasser enthaltende Flüssigkeitströpfchen bei Kon¬ takt mit dieser Oberfläche einen Benetzungswinkel von mehr als 90' aufweisen.
14. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch die Behandlung die Mündungsplatten von Tintenstrahlaufzeichnungs- köpfen hydrophob gemacht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Behandlung der Tintenstrahlauf¬ zeichnungsköpfe in der Gasphase durchgeführt wird und daß man während der Behandlung ein Inertgas durch die Tintenkanäle des Aufzeichnungskopfes strömen läßt, um diese vor einer Hydro- phierung zu schützen.
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