本發明涉及液體噴射頭和其制造方法以及液體噴射設備和成像設備。
背景技術:
常規而言,作為成像設備,諸如打印機、傳真機、復印機和繪圖儀或具有這些功能的多功能外圍設備,已知包括液體噴射頭的液體噴射記錄型成像設備。
液體噴射頭(在下文中可被稱為“噴墨頭”)包括噴射墨滴的噴嘴、通向噴嘴的液體腔(可被稱為“加壓腔”、“噴射腔”、“壓力腔”和“加壓液體腔”)、和加壓液體腔中的墨的壓力產生裝置(可被稱為“驅動裝置”或“能量產生裝置”)。在壓力產生裝置的致動下,液體腔中的墨加壓,并且墨滴從噴嘴噴射。通過將流路基底(流路如液體腔在流路基底上形成)和具有噴嘴的噴嘴板相互連接而形成噴墨頭。
構成噴墨頭的元件通過如下連接:例如,利用濕膠、膜粘接劑或類似物的粘接劑連接;直接連接;或在硅基底用作液體腔基底和噴嘴板時通過金屬材料的低共熔連接;或在金屬材料用作這些時的陽極連接。
在噴墨頭中,連接區域的末端部分暴露于墨,并且噴墨壓力施加于元件接合處。由于這些元件在若干kHz的噴射循環下使用并且受到高頻壓力波動,其連接部分容易退化。因此,這些元件必須具有比普通材料連接所需更大的液體抗性。
在連接兩個元件時,通常需要通過保持零件精度而將其高可靠性連接。然而,噴墨頭的多個連接部分接觸墨,并且與墨接觸會使粘接劑樹脂層本身退化、或墨滲透連接界面以導致脫接(debonding),導致可靠性方面的顯著問題。因此,需要樹脂層具有針對所用墨的抗性,以及充分的連接強度和對滲透至連接界面導致脫接的最大限度的抑制。然而,還沒有可用的粘接劑對各種墨都具有優勢,并且選擇對于具體墨具有低退化性的粘接劑極其困難。
同時,近年來,家用噴墨打印機和工業噴墨繪圖儀已普及。因此,噴射水基墨或油基墨的機會逐漸增多,并且適于這些墨的粘接劑已被發現。
然而,最近的發展工作針對的是抑制紙介質在打印時卷邊的墨、和打印在非吸收性膜介質上的墨,這些具有與常規水基墨和油基墨不同的性質。例如,PTL 1展示的卷邊抑制墨具有如下組成:其中墨的水含量減少,同時溶劑增加,導致水溶性溶劑的特征代替常規水基墨中的水的特征強烈表現。進一步,PTL 2展示的打印在非吸收性膜介質上的墨是包含大量具有高溶解能力的溶劑如甲基吡咯烷酮的墨,因此比常規水基墨更積極抵抗有機物。
這些墨與常規水基墨的一個特征差異是,雖然其是含水墨,但其強烈表現有機溶劑的特征并且在有機結構中具有較大滲透性。因此,存在用于水基墨的粘接劑會容易被這些墨滲透的問題,和這些粘接劑在其界面處還會受到水滲透從而顯著損失其對于連接表面上具有親水性的材料如金屬和氧化物的連接強度。
因此,需要提供包括具有高有機溶劑抗性并且在低溫下可固化的樹脂層并且具有優越的初始連接性和連接可靠性的液體噴射頭。
[引用列表]
[專利文獻]
[PTL 1]
日本專利申請公開(JP-A)號2005-220296
[PTL2]
日本專利(JP-B)號4277898
技術實現要素:
[技術問題]
本發明的一個目的是提供包括具有高有機溶劑抗性并且在低溫下可固化的樹脂層并且具有優越的初始連接性和連接可靠性的液體噴射頭。
[問題的解決方案]
作為上述問題的解決方案,本發明的液體噴射頭是液體噴射頭,包括:
流路,由第一元件、樹脂層和第二元件構成,
其中樹脂層包含樹脂組合物的固化產物,該樹脂組合物包含:環氧化合物,由以下通式(1)表示;分子中具有2個或更多個硫醇基的多硫醇化合物;和咪唑化合物,由以下通式(2)表示。
[化1]
在上述通式(1)中,L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種,和R2表示下式表示的取代基。
[化2]
R3和R4各自獨立地表示氫原子和無取代或氟取代甲基中的任一種,和n是4至12的整數。
[化3]
在上述通式(2)中,k為1或更大但小于6,j為0或1,R5、R6和R7各自獨立地表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種,R8表示具有1至20個碳原子的亞烷基、亞芳基、和-CH2CH2COO-中的任一種,R9在k為1時表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、芳基、或氰基甲基,并且在k為2至6時表示具有1至20個碳原子的烴基團。
[發明有益效果]
本發明可提供包括具有高有機溶劑抗性并且在低溫下可固化的樹脂層并且具有優越的初始連接性和連接可靠性的液體噴射頭。
附圖說明
[圖1]
圖1是顯示本發明液體噴射頭的實例的橫截面圖。
[圖2]
圖2是顯示圖1的部分A的實例的放大橫截面圖。
[圖3]
圖3是顯示圖1的部分A的另一實例的放大橫截面圖。
[圖4]
圖4是用于示例通過ALD法在具有起伏的元件上成膜的示例圖。
[圖5-A]
圖5-A是顯示流路圖案蝕刻Si基底(其上形成Ta摻SiO2表面處理膜)樣品的橫截面觀察圖像的實例的示例圖。
[圖5-B]
圖5-B是圖5-A的放大圖。
[圖6]
圖6是用于示例通過濺射在具有起伏的元件上成膜的示例圖。
[圖7]
圖7是顯示通過濺射在Si基底上形成的處理層中包含的雜質的XPS比較結果實例的示例圖。
[圖8]
圖8是顯示通過ALD法在Si基底上形成的處理層中包含的雜質的XPS比較結實例的示例圖。
[圖9]
圖9是顯示本發明液體噴射頭的實例的示意圖。
[圖10]
圖10是顯示本發明液體噴射頭的另一實例的示意圖。
[圖11]
圖11是顯示本發明液體噴射頭的再另一實例的示意圖。
[圖12]
圖12是顯示本發明成像設備的實例的機械部分的示意側視圖。
[圖13]
圖13是顯示本發明成像設備實例的機械部分示意平面圖,其中箭頭A表示滑架主掃描方向,并且箭頭B表示帶輸送方向(副掃描方向)。
[圖14]
圖14是顯示液體噴射頭實例的示例前視圖。
[圖15]
圖15是顯示樹脂層的連接強度和連接強度保留率相對于其平均厚度的關系的圖。
[圖16]
圖16是通過顆粒直徑為1.5μm的間隙劑連接的連接區域的橫截面圖像。
[圖17]
圖17是通過顆粒直徑為3.0μm的間隙劑連接的連接區域的橫截面圖像。
具體實施方式
(液體噴射頭)
本發明的液體噴射頭包括由第一元件、樹脂層和第二元件構成的流路,并且按需包括其它元件。
<樹脂層>
樹脂層包含樹脂組合物的固化產物,該樹脂組合物包含:以下通式(1)表示的環氧化合物;分子中具有2個或更多個硫醇基的多硫醇化合物;和以下通式(2)表示的咪唑化合物。
[化4]
在上述通式(1)中,L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種,和R2表示下式表示的取代基。
[化5]
R3和R4各自獨立地表示氫原子和無取代或氟取代甲基中的任一種,和n是4至12的整數。
[化6]
在上述通式(2)中,k為1或更大但小于6,j為0或1,R5、R6和R7各自獨立地表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種,R8表示具有1至20個碳原子的亞烷基、亞芳基、和-CH2CH2COO-中的任一種,R9在k為1時表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、芳基、或氰基甲基,并且在k為2至6時表示具有1至20個碳原子的烴基團。
-環氧化合物-
在抗墨性和抗熱性方面,優選上述通式(1)表示的環氧化合物是以下通式(3)表示的環氧化合物。
[化7]
在上述通式(3)中,L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,和R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種。
上述通式(1)表示的環氧化合物的含量,相對于100質量份環氧化合物總量,優選為10質量份至100質量份,更優選30質量份至80質量份。優選上述通式(1)表示的環氧化合物的含量為10質量份至100質量份——因抗熱性和化學抗性之間的平衡優越。
優選樹脂組合物包含以下通式(4)表示的環氧化合物。
[化8]
在上述通式(4)中,R表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種。
上述通式(4)表示的環氧化合物的含量,相對于100質量份環氧化合物總量,優選為10質量份至80質量份。優選上述通式(4)表示的環氧化合物的含量為10質量份至80質量份——因抗墨性優越。
優選樹脂組合物包含以下通式(5)表示的環氧化合物——因操作性和連接性之間的平衡優越。
[化9]
在上述通式(5)中,R10和R11各自獨立地表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種。
上述通式(5)表示的環氧化合物的含量,相對于100質量份環氧化合物總量,優選為5質量份至30質量份。優選上述通式(5)表示的環氧化合物的含量為5質量份至30質量份——因操作性和連接性之間的平衡優越。
樹脂組合物可根據目的包含上述環氧化合物以外的各種其它環氧化合物。其實例包括:單核多價酚化合物如氫醌、間苯二酚、鄰苯二酚、和間苯三酚的聚縮水甘油醚化合物;多核多價酚化合物如二羥基萘、雙酚、亞甲基雙酚(雙酚F)、亞甲基雙(鄰甲酚)、亞乙基雙酚、異亞丙基雙酚(雙酚A)、異亞丙基雙(鄰甲酚)、四溴雙酚A、1,3-雙(4-羥基枯基苯)、1,4-雙(4-羥基枯基苯)、1,1,3-三(4-羥基苯基)丁烷、1,1,2,2-四(4-羥基苯基)乙烷、硫代雙酚、磺酰基雙酚、氧雙酚、和萜烯酚的聚縮水甘油醚化合物;多價醇如乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、聚乙二醇、硫二甘醇、甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇、和雙酚A-環氧乙烷加合物的聚縮水甘油醚;脂肪族、芳香族或脂環族多元酸如馬來酸、富馬酸、衣康酸、琥珀酸、戊二酸、辛二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、二聚酸、三聚酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、偏苯三酸、均苯三酸、均苯四酸、四氫鄰苯二甲酸、六氫鄰苯二甲酸、和內亞甲基四氫鄰苯二甲酸的縮水甘油酯和甲基丙烯酸縮水甘油酯的均聚物或共聚物;具有縮水甘油基氨基如N,N-二縮水甘油基苯胺、雙(4-(N-甲基-N-縮水甘油基氨基)苯基)甲烷、和二縮水甘油基鄰甲苯胺的環氧化合物;環烯烴化合物的環氧化產物,如乙烯基環己烯二環氧化物、二環戊二烯二環氧化物、3,4-環氧環己基甲基-3,4-環氧環己烷羧酸酯、3,4-環氧-6-甲基環己基甲基-6-甲基環己烷羧酸酯、和雙(3,4-環氧-6-甲基環己基甲基)己二酸酯;環氧化綴合二烯聚合物,如環氧化聚丁二烯、和環氧化苯乙烯/丁二烯共聚物;和雜環化合物,如三縮水甘油基異氰脲酸酯;或上述那些通過異氰酸酯封端預聚物內部交聯的產物、或上述那些與多價活性氫化合物(例如,多價酚、多胺、含羰基化合物、和多磷酸酯)聚合的產物。可單獨使用這些中的一種,或可組合使用這些中的兩種或更多種。
環氧化合物無具體限制,任意環氧化合物可根據目的被選擇。然而,具有70至3,000環氧當量的環氧化合物是優選的,并且具有90至2,000環氧當量的環氧化合物是更優選的。在70至3,000環氧當量范圍內,優勢是獲得充分固化性。
當具有環氧基的多官能化合物用作構成樹脂層的環氧化合物時,可以獲得具有三維交聯結構的固化產物。環氧化合物可被分成縮水甘油基醚型、縮水甘油基酯型、縮水甘油基胺型等——取決于縮水甘油基的連接位點,并且還存在多種可用的環氧化合物——取決于充當連接基礎材料的化合物。
需要抑制環氧化合物的親水性和增強其三維交聯程度,從而抑制墨滲透到環氧化合物中和防止其溶脹。關于防止溶脹,多官能環氧化合物如縮水甘油基胺型、和酚醛清漆樹脂的縮水甘油基醚化合物是優選的。然而,注意環氧化合物可以是多個種類的混合物,因為需要考慮對元件的潤濕性和吸附性。進一步,雙酚A的縮水甘油基醚在其與金屬的氫鍵合性質方面也是優選的,并且可構成隨其分子量增大而更富彈性的樹脂組合物。然而,其可被使用——只要其被充分混合,因為其可被墨溶脹、或其氫鍵可斷開。
環氧化合物被多家公司銷售,包括Mitsubishi Chemical Corporation、Shikoku Chemicals Corporation、ADEKA Corporation、和DIC Corporation,并且可購自其中任一家。
環氧粘接劑可以無溶劑,或可以被稀釋溶劑稀釋,從而具有足夠的粘度。作為稀釋溶劑,在粘接劑儲存性質方面,不含與環氧基反應的活性氫的溶劑比包含這種活性氫的溶劑優選。然而,在對元件的潤濕性方面,可選擇任意稀釋溶劑、干燥速度、粘度等,并且可安全地使用任意稀釋溶劑,只要環氧粘接劑可形成樹脂層——甚至在其自分散在稀釋溶劑中的狀態而非自完全溶解在其中狀態干燥時。
溶劑可在室溫下干燥、或通過加熱干燥——只要加熱在非反應性溫度范圍內。此外,溶劑可在減壓下干燥,并且減壓干燥能夠使環氧樹脂至非反應性地干燥——即使在使用具有高沸點的溶劑時。
可根據環氧化合物、固化劑和其它添加劑任意地選擇可用的溶劑,但為了穩定的固化反應優選雜質有限的溶劑。
環氧粘接劑還可包含除環氧化合物、固化劑、溶劑和偶聯劑外的填充劑或任何其它粘合劑樹脂、粘度改性劑、和類似物。填充劑可以是無機顆粒,如二氧化硅和氧化鋁,或可以是三聚氰胺樹脂和丙烯酸樹脂的樹脂顆粒。作為粘度改性劑,可添加高級脂肪酸酰胺或類似物,以將粘接劑調節至在粘接劑施用期間充足的粘度。可添加泡沫抑制劑或消泡劑,以防施加的膜包括氣泡造成的點狀施用不均。
這種環氧結構一般具有上述高交聯密度,以具有非常高的楊氏模量,并且難以獲得與這種環氧結構的充分連接強度——在其作為薄樹脂層被施用時。可以通過指定樹脂層厚度厚于0.5μm來確保所需的連接強度。可以控制樹脂層厚度——通過利用間隙劑,例如,具有受控顆粒直徑的二氧化硅填充劑、通過聚合樹脂而獲得的填充劑、和類似物。這種填充劑可購自Sekisui Chemical Co.,Ltd.、Ube Chemicals Co.,Ltd.、ADEKA Corporation等。
-多硫醇化合物-
多硫醇化合物無具體限制,并且任意多硫醇化合物可被根據目的選擇,只要其是分子中具有2個或更多個硫醇基的化合物。其實例包括其生產過程中不需要使用堿性物質的多硫醇化合物,如獲自多元醇和巰基有機酸之間的酯化反應的硫醇化合物,其實例包括三羥甲基丙烷三(巰基乙酸酯)、季戊四醇四(巰基乙酸酯)、乙二醇二巰基乙酸酯、三羥甲基丙烷三(β-硫代丙酸酯)、季戊四醇四(β-硫代丙酸酯)、和二季戊四醇聚(β-硫代丙酸酯)。
其生產過程中涉及使用堿性物質作為反應催化劑的多硫醇化合物的其它實例包括獲自下列的脫堿反應的如下具有50ppm或更小堿金屬離子濃度的多硫醇化合物:烷基多硫醇化合物,如1,4-丁二硫醇、1,6-己二硫醇、和1,10-癸二硫醇;含末端硫醇基的聚醚;含末端硫基團的聚硫醚;獲自環氧化合物和硫化氫之間的反應的硫醇化合物;和獲自多硫醇化合物和環氧化合物之間的反應的具有末端硫醇基的硫醇化合物。
使利用堿性物質作為反應催化劑生成的多硫醇化合物脫堿的方法的實例包括將待脫堿多硫醇化合物溶于有機溶劑諸如丙酮和甲醇,通過加酸如稀氫氯酸和稀硫酸使其中和,和然后通過萃取、洗滌、或類似方法去除產生的鹽,或通過利用離子交換樹脂吸附鹽來去除產生的鹽的方法、通過蒸餾分離和精制多硫醇化合物的方法等。
在上述多硫醇化合物中,優選選自二季戊四醇六(3-巰基丁酸酯),和1,3,5-三(3-巰基丙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮的至少一種,因為儲存穩定性和固化性之間的平衡優越。
環氧化合物和多硫醇化合物之間的混合比,以硫醇當量重量/環氧當量重量表示,優選為0.2至2.0,更優選0.5至1.5。當混合比為0.2或更大時,可獲得充分快速固化性。當混合比為2.0或更小時,可獲得固化產物性質,如抗熱性。
-咪唑化合物-
以下通式(2)表示的化合物用作咪唑化合物。
[化10]
在上述通式(2)中,k為1或更大但小于6,優選1或2,和j為0或1,優選1。
在上述通式(2)中,R5、R6、和R7各自獨立地表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種。
具有1至20個碳原子的烷基的實例包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、叔丁基、戊基、異戊基、叔戊基、己基、異己基、辛基、2-乙基己基、叔辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、和十八烷基。芳基的實例包括苯基和萘基。在這些基團中可進行鹵素、羥基、或類似基團取代。
優選R5、R6,和R7是氫原子、甲基、乙基、和苯基中的任一種。
在上述通式(2)中,R8表示具有1至20個碳原子的亞烷基、-CH2CH2COO-,和亞芳基中的任一種。
具有1至20個碳原子的亞烷基的實例包括亞甲基、亞乙基、丙烷-1,2-二基、丙烷-1,3-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基、己烷-1,6-二基、辛烷-1,8-二基、2-甲基-己烷-1,6-二基、和癸烷-1,10-二基。亞芳基的實例包括亞苯基、和亞萘基。在這些基團中可進行鹵素、羥基、或類似基團取代。
優選R8是-CH2CH2COO-和亞甲基。
在上述通式(2)中,R9在k為1時表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、芳基、和氰基甲基中的任一種,并且在k為2至6時表示具有1至20個碳原子的烴基團。
具有1至20個碳原子的烴基團的實例包括具有1至20個碳原子的烷基、和芳基。
具有1至20個碳原子的烷基的實例和芳基的實例包括關于R5,R6,和R7列舉的實例
上述通式(2)表示的咪唑化合物的實例包括以下結構式表示的實例。
[化11]
[化12]
[化15]
[化16]
[化17]
[化18]
[化19]
[化20]
[化21]
[化22]
[化23]
[化24]
[化25]
[化26]
[化27]
[化28]
[化29]
[化30]
[化31]
[化32]
[化33]
[化34]
咪唑化合物的含量無具體限制,并且可根據目的適當選擇。然而,其優選相對于100質量份環氧化合物為1質量份至5質量份。
在提高連接強度方面,優選樹脂組合物包含以下通式(6)表示的硅烷偶聯劑。
[化35]
在上述通式(6)中,R7和R8表示具有1至4個碳原子的烷基。
具有1至4個碳原子的烷基的實例包括甲基、乙基、丙基、異丙基、和丁基。
在上述通式(6)中,R9表示具有1至20個碳原子的亞烷基、和亞芳基中的任一種。
具有1至20個碳原子的亞烷基的實例包括亞甲基、亞乙基、丙烷-1,2-二基、丙烷-1,3-二基、丁烷-1,4-二基、戊烷-1,5-二基、己烷-1,6-二基、辛烷-1,8-二基、2-甲基-己烷-1,6-二基、和癸烷-1,10-二基。亞芳基的實例包括亞苯基和亞萘基。在這些基團中可進行鹵素、羥基、或類似基團取代。
在上述通式(6)中,R10表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種。
具有1至20個碳原子的烷基的實例包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、叔丁基、戊基、異戊基、叔戊基、己基、異己基、辛基、2-乙基己基、叔辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、和十八烷基。芳基的實例包括苯基和萘基。芳基、雜環、胺、酰胺、亞胺、在這些基團中可進行鹵素、羥基、或類似基團取代。
上述通式(6)表示的硅烷偶聯劑的實例包括3-氨基丙基-三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、和3-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷。
樹脂組合物可包含上述通式(6)表示的硅烷偶聯劑以外的任何其它硅烷偶聯劑、鈦酸酯系偶聯劑和鋁酸酯系偶聯劑。
任何其它硅烷偶聯劑的實例包括2-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、N-2(-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-2(-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-2(-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-2(-氨基乙基)-3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、(1,3-二甲基-亞丁基)-丙基胺、N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N,N-雙(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)乙二胺、N-(1,3-二甲基亞丁基)-3-(三乙氧基甲硅烷基)-1-丙烷胺、3-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基乙基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷氫氯酸鹽、N-(2-(乙烯基苯氨基)乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷氫氯酸鹽、1,2-乙二胺,N-{3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基}-N-{(乙烯基苯基)甲基}和其衍生物及其氫氯酸鹽、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-巰基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-巰基丙基三甲氧基硅烷、3-巰基丙基三乙氧基硅烷、雙(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫、和3-異氰酸丙基三乙氧基硅烷。
優選硅烷偶聯基團具有與環氧樹脂反應的官能團作為其有機基團,并且上文列舉的偶聯劑是這種硅烷偶聯基團的實例。這些偶聯劑可購自Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.、Dow Coming Toray Co.,Ltd.、Chisso Corporation等。
鈦酸酯系和鋁酸酯系偶聯劑的實例包括四異丙氧基鈦、四正丁氧基鈦、四(2-乙基己氧基)鈦、鈦-異丙氧基辛二醇、二異丙氧基/雙(乙酰基丙酮基)鈦、聚(二異丙氧基/氧鈦)、聚(二正丁氧基/氧鈦)、二正丁氧基/雙(三乙醇胺基)鈦、二異丙氧基/雙(三乙醇胺基)鈦、異丙基三(N-酰胺乙基/氨基乙基)鈦酸酯、和乙酰烷氧基二異丙酸鋁。
鈦酸酯系和鋁酸酯系偶聯劑,通過在無機表面上形成聚合物有機涂覆膜而提高其潤濕性,來提高粘接劑的連接強度。上文列舉的那些是示例,并且鈦酸酯系偶聯劑不限于這些。這些可購自Mitsubishi Gas Chemical Company,Inc.、Nippon Soda Co.,Ltd.、和Ajinomoto Fine-Techno Co.,Inc。
作為偶聯劑,優選具有環氧基或胺基的偶聯劑,并且優選具有環氧基的偶聯劑,為了環氧粘接劑呈現其對于添加的偶聯劑的有效性,因為具有環氧基的偶聯劑將保持環氧粘接劑在常溫下是非反應性的,這在粘接劑有效壽命方面是優選的。
-其它組分-
其它組分的實例包括:固化催化劑;反應性或非反應性稀釋劑(增塑劑),如醚,鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、芐醇、和煤焦油;填充劑或顏料,如玻璃纖維、碳纖維、纖維素、硅砂、水泥、高嶺土、粘土、氫氧化鋁、膨潤土、滑石、二氧化硅、細粉二氧化硅、二氧化鈦、炭黑、石墨、氧化鐵、和瀝青物質;潤滑,如小燭樹蠟、巴西棕櫚蠟、日本牛油(Japan tallow)、昆蟲蠟、蜂蠟、羊毛脂、鯨腦(cetaceum)、褐煤蠟、石油蠟、脂肪酸蠟、脂肪酸酯、脂肪酸醚、芳香族酯、和芳香族醚;硅烷偶聯劑;增稠劑;觸變劑;抗氧化劑;光穩定劑;紫外線吸收劑;阻燃劑;消泡劑;防銹劑;和普通添加劑,如膠體二氧化硅和膠體氧化鋁。此外,也可組合使用粘性樹脂如二甲苯樹脂和石油樹脂。
可通過混合環氧化合物、多硫醇化合物、咪唑化合物和硅烷偶聯劑、以及根據普通程序按需的任何其它組分來生成樹脂組合物。
當加熱樹脂組合物時,獲得固化產物。固化溫度優選為60℃至100℃。固化時間優選為10分鐘至4小時。
可以分析樹脂層是否包括以下通式(1a)表示的結構單元、下文結構式1表示的結構單元、和以下通式(2)表示的咪唑化合物——通過利用熱解GC/MS法和GC/TOFMS獲知主骨架,和利用FTIR法和NMR法增加更多關于結構和功能基團的信息。
下文給出通過熱解GC/MS法分析樹脂層的條件。在此方法中,通過直接暴露于高溫即刻熱解痕量樣品,并將此時產生的氣體組分引入GC/MS裝置并分析。下文給出的分析條件是示例,而非限制。可根據被分析材料的組成或狀態在任意時間改變分析條件,從而可以通過找到最佳條件來進行分析。
-裝置配置/測量條件-
-GC/MS裝置:QP-5000,由Shimadzu Corporation制造
-Pyrolysis裝置:PY-2020D,由Frontier Laboratories,Ltd.制造
-評價條件
-加熱溫度:300℃
-柱:UA5L=30m,I.D=0.25mm,膜=0.25μm
-柱升溫:從50℃至350℃(以20℃/min升高)
-電離方法:EI法(70eV)
-分流:1∶100
GC/MS測量的主要分析方法是基于圖書館檢索的結構估測。因此,難以分析未在數據庫中登記檢索的物質。因此,可進行可以獲得分子或片段的準確質量信息的GC-TOFMS測量,以進行結構無法通過GC-MS估測的任何組分的結構分析。
此外,可組合實施通過化學電離方法(CI法)的準確質量測量,通過該方法可容易觀察到分子離子。
-裝置配置/測量條件-
-GC/TOFMS:WATERS GCT PREMIER
-柱:DB5-MS(30m×0.25mm,0.25μm)
-升溫條件:從50℃(1min)至320℃(10min),10℃/min
-載氣:He,1.0mL/min(恒定流速)
-注入方法:分流50∶1
-注入端口:280℃
“CI電離條件”
-電離方法:PCI法(甲烷、異丁烯、無氣體)
-電子能:40eV
-電離電流:200μA
通過將這些信息部分與官能團信息和元素比(通過利用用于普通化學分析的ATR法進行的FT-IR分析和拉曼光譜分析和通過13C、1H、14N、33S-NMR分析而獲得)綜合在一起,可以分析出樹脂層包括以下通式(1a)表示的結構單元、結構式1表示的結構單元、和以下通式(2)表示的咪唑化合物。由該事實,可證明樹脂層包括包含下列的樹脂組合物的固化產物:上述通式(1)表示的環氧化合物;分子中具有2個或更多個硫醇基的多硫醇化合物;和上述通式(2)表示的咪唑化合物。
[化36]
在上述通式(1a)中,L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種,和R2表示下式表示的取代基。
[化37]
R3和R4各自獨立地表示氫原子和無取代或氟取代甲基中的任一種,和n是4至12的整數。
[化38]
[化39]
在上述通式(2)中,k為1或更大但小于6,j為0或1,R5、R6和R7各自獨立地表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種,R8表示具有1至20個碳原子的亞烷基、亞芳基、和-CH2CH2COO-中的任一種,R9在k為1時表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、芳基、或氰基甲基,并且在k為2至6時表示具有1至20個碳原子的烴基團。
樹脂組合物無具體限制,并且可用于各種目的,如施加于混凝土、水泥砂漿、各種金屬、皮革、玻璃、橡膠、塑料、木材、布料、和紙的涂料或粘接劑;包裝粘接劑帶、粘性標簽、冷凍食品標簽、可移動標簽、POS標簽、粘接劑壁紙、和粘接劑地板材料的粘接劑;加工紙,如銅版紙、輕質涂紙、鑄涂紙、涂布紙板、無碳復寫紙、和浸漬紙;織物處理劑,如集束劑、防磨劑、和天然纖維、合成纖維、玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維等的加工劑;建筑材料,如密封劑、水泥摻混物、和防水材料;和電子和電力裝置密封劑。
為增強連接強度,使錨定劑在樹脂層界面上起作用從而通過離子連接或共價鍵合穩固地固定樹脂層、第一元件和第二元件是有效的。當第一元件和第二元件是金屬時,油基墨不會影響其之間的氫鍵合型穩固固定,而水基墨會通過其滲透連接界面的含水而斷開氫鍵,并且顯著降低連接強度。也是因此,優選在樹脂層與第一和第二元件之間引入共價鍵合。
為通過共價鍵合連接金屬和樹脂組合物,使用硅烷偶聯劑、鈦酸酯系偶聯劑和鋁酸酯系偶聯劑是有效的。為了穩固連接,金屬元件的連接表面可直接用偶聯劑處理,或該表面可事先進行增強偶聯劑連接能力的表面處理,然后再用偶聯劑處理。
硅烷偶聯劑偶聯處理前的表面處理,如果利用含硅氧化物如SiO2、SiOC、SiTaOx和SiZrOx進行,就會非常有效,并且通過容易形成薄膜的方法進行,如蒸鍍、濺射、化學蒸鍍和原子層沉積。TiO2或TiN表面處理不僅對于鈦酸酯系偶聯劑有效,而且對于硅烷偶聯劑也有效。如果這種預處理進行到深厚度,則處理層的強度會影響連接強度。因此,優選處理層盡可能薄。
<第一元件>
優選第一元件是噴嘴板,其中形成噴射液體的噴射口。
噴嘴板包括噴嘴基底、和噴嘴基底上的斥水膜。
噴嘴基底的形狀、尺寸、材料、結構等無具體限制,并且可根據目的適當選擇。
噴嘴基底的材料無具體限制,可被根據目的選擇任意材料。其實例包括不銹鋼、Al、Bi、Cr、InSn、ITO、Nb、Nb2O5、NiCr、Si、SiO2、Sn、Ta2O5、Ti、W、ZAO(ZnO+Al2O3)、和Zn。可單獨使用這些中的一種,或可組合使用這些中的兩種或更多種。其中,在防銹性質方面優選不銹鋼。
噴射端口的數量、排列和間隔以及噴射端口的開口形狀、尺寸和橫截面形狀等無具體限制,并且可根據目的適當選擇。
<第二元件>
優選第二元件是流路板,其包括通向噴射端口的各個液體腔。
各個液體腔通過經由樹脂層使第一元件和第二元件相互連接而形成。即,優選樹脂層處于第一元件和第二元件之間。
樹脂層的平均厚度優選為1.0μm至2.5μm。當樹脂層的平均厚度為2.5μm或更小時,可保證連接可靠性。當樹脂層的平均厚度為1.0μm或更大時,可獲得高初始強度,因此均可保證連接可靠性和初始連接性。
通過如下觀察樹脂層的平均厚度:將被連接元件嵌入環氧樹脂,和利用研磨機對其加工,使得期望的橫截面可被觀察。關于觀察,可以進行利用電子顯微鏡(SEM:掃描電子顯微鏡)的測量。
優選第一元件和第二元件中的至少一種的樹脂層接觸表面上具有處理層——該處理層由含Si氧化物制成,并且該氧化物包含過渡金屬以在第一元件和第二元件中的一種之上形成鈍態層。
優選處理層包含選自IV族和V族的過渡金屬的至少一種過渡金屬。
優選處理層包含選自Hf、Ta和Zr的至少一種。
當Hf、Ta和Zr的至少一種或多種被引入到SiO2膜中時,該過渡金屬物質與O非常穩固地結合并形成鈍態層。在此,在引入鈍態層功能的情況下,處理層112不僅可提高填充密度,而且可在其接觸液體(可酸性或堿性)時穩固地抑制腐蝕反應。因此,可形成對酸性液體和堿性液體均具有抗性的氧化物。
<其它元件>
其它元件的實例包括沖擊產生元件。
沖擊產生元件是被配置以產生施加于液體(墨)的沖擊的元件。
沖擊產生元件的沖擊無具體限制,可被根據目的選擇任意沖擊。其實例包括熱(溫度),壓力,振動,和光。可單獨使用這些中的一種,或可組合使用這些中的兩種或更多種。其中,優選熱和壓力。
沖擊產生元件的實例包括加熱裝置、加壓裝置、壓電元件、振動產生裝置、超聲振蕩器、和光。沖擊產生元件的具體實例包括壓電致動器,如壓電元件、利用電熱轉換元件如熱阻從而利用液體膜沸騰導致的相變的熱致動器、利用溫度變化導致的金屬相變的形狀記憶合金致動器,和利用靜電力的靜電致動器。
當沖擊是“熱”時,存在這樣的方法:遞送記錄信號相應的熱能至液體噴射頭中的液體(墨)——通過例如熱頭,通過熱能在墨中產生氣泡——和通過氣泡壓力從噴嘴板2的噴嘴孔1液滴形式的噴墨。
當沖擊是“壓力”時,存在這樣的方法:施加電壓至連接在液體噴射頭中的墨流路中存在的被稱為壓力腔的位置的壓電元件,以使壓電元件彎曲和壓力腔立方容量縮小,從而從液體噴射頭的噴嘴孔1噴射液滴形式的液體(墨)。
其中,優選通過施加電壓至壓電元件使液體(墨)飛射的壓電方法。
在此,圖1是用于說明本發明的液體噴射頭的橫截面示例圖。圖2是顯示圖1的部分A的實例的放大橫截面示例圖。圖3是顯示圖1的部分A的另一實例的放大橫截面示例圖。
液體噴射頭100通過堆疊下列而形成:噴嘴板102,其中形成用于噴射液滴的噴嘴101;流路板104,形成噴嘴101通向的流路(壓力腔)103;和振動板105,形成壓力腔103的壁面。在此,噴嘴板102、流路板104和振動板105是通過樹脂層113連接的流路形成元件,并且形成流路。
由機電轉換元件140形成的壓電致動器被提供在振動板105的壓力腔103側的表面的相反表面上。
機電轉換元件140通過在振動板105上順序堆疊下列而形成:氧化物電極141作為緊密粘接層、第一電極(下電極)142、機電轉換膜144、和第二電極(上電極)145。
第一電極142和第二電極145由具有高傳導性的材料如Pt和Au制成。機電轉換膜144由PZT制成。流路板104由硅制成,和噴嘴板102由SUS、鎳、聚酰亞胺、或類似物制成。
接下來,參考圖2和圖3描述液體噴射頭的被連接部分的細節。圖2和圖3是圖1的部分A的放大橫截面示例圖,分別顯示不同實例。
噴嘴板102和流路板104通過樹脂層113連接。
在此,處理層112形成在噴嘴板102和流路板104的表面上,包括其通過樹脂層113連接的表面。圖2顯示樹脂層113的暴露表面上不形成處理層112的實例,和圖3顯示樹脂層113的暴露表面上形成處理層112的實例。圖3的配置通過例如如下獲得:在連接噴嘴板102后,根據ALD(原子層沉積)法或類似方法利用表面反應形成處理層112。
處理層112是含Si氧化物,并且該氧化物包含過渡金屬以形成鈍態層。
在此,處理層112是Si系復合氧化物,其具有高抗墨可靠性并且提高形成鈍態層的過渡金屬物質;和樹脂層113之間的連接性。
樹脂層113是薄膜由有機物制成,因此是水可透的。因此,在處理層112不具有抗墨可靠性時,墨可穿過樹脂層113腐蝕處理層112,從而分離處理層和樹脂層113。
然而,過渡金屬物質可形成穩定的氧化物,因此可通過在水溶液中保持穩定狀態而對墨具有抗性。
進一步,含Si氧化物可成功用于樹脂層113中包含的陰離子固化劑和硅烷偶聯劑,并提高處理層112和樹脂層113之間的粘接劑。
通過處理層在流路形成元件表面上形成,處理層是含Si氧化物,和氧化物包含過渡金屬以在第一元件和第二元件中的一種上形成鈍態層的這種配置,可以實現處理層112和樹脂層113之間界面處的粘接性和抗墨可靠性都提高。
即,SiO2可保證與元件的高度緊密粘接性,并且還可保證與樹脂層的高度防水粘接性——因胺系固化劑或硅烷偶聯劑。此外,鈍態層在處理層112的表面上形成穩定的抗腐蝕膜,使得處理層甚至在接觸液體時也長期穩定。
過渡金屬可具有多個氧化數——通過在d軌道、f軌道或類似物上具有空內軌道。因此,通過包含過渡金屬物質,處理層112的遍及整個膜的氧化數調節能力增強,從而具有較大的氧原子過剩或短缺寬容性,導致抵抗膜中氧原子數量損失或超剩的高穩定性表現。
在無過渡金屬的情況下,處理層112可因氧原子過剩或短缺而有缺陷,并且缺陷部分具有高能,使得處理層可能溶解。與此相比,在有過渡金屬的情況下,可以抑制處理層的缺陷,增加氧化物的穩定性,和抑制液體溶解性。
在這種過渡金屬中,鈍態層形成金屬諸如閥金屬可更好地抑制處理層112的溶解性。
作為形成鈍態層的金屬,優選鉭、鈮、鈦、鉿、鋯、和鎢,其是具有高氧化數調節能力的過渡金屬。
鉭、鈮、鉿、和鋯形成非常穩定的氧化物,而與其接觸的液體pH是酸性還是堿性無關。因此,存在這樣的優勢:其可保持穩定狀態,而與其處于酸性還是堿性條件下無關。
換句話說,優選處理層112包含形成鈍態層的IV族和V族過渡金屬。形成鈍態層的IV族和V族過渡金屬具有與IV族中的Si相似的電子軌道。當這些金屬被摻入SiO2膜時,金屬物質可通過O與Si穩固結合,并且可提高膜填充密度,該膜可以是致密膜。
除填充密度提高外,處理層還可通過包含由Si-O鍵形成牢固鍵而抑制與液體接觸時的腐蝕反應。因此,可形成具有抗液性的氧化物,從而可以提高頭可靠性——通過確保其充分抗性。
在這種情況下,優選包含選自Hf、Ta和Zr的至少一種作為形成鈍態層的IV族或V族金屬。
進一步,優選處理層112被完全氧化。這使得處理層112的晶體結構是無定形的。因此,當暴露于液體時,處理層基本上無晶粒邊界(腐蝕可能發生所在),并且可表現出對液體的高度抗性。
優選處理層112包含的Si量為膜中17at%或更高。當處理層112包含的Si量為17at%或更高,其可以是完全透明膜。Si含量優選為20at%或更高。
這從而可以形成金屬物質不均勻分布極少的均勻無定形膜,其中抑制晶體的部分存在等等以及由此帶來的液體弱點。當膜中的Si含量低時,其它金屬物質可聚集和結晶以產生膜質量(quality)不均勻。不均勻膜可在與液體接觸時導致Si和其它金屬物質之間的電池效應,這可導致腐蝕反應。
在此,由于膜是無定形的,可以通過確認膜是否具有可見光透射性來確定形成處理層的合金膜是否完全氧化。例如,當膜在橢偏儀測量中對于400nm至800nm的波長具有0.1或更低,優選0.03或更低,的衰減系數(k)時,可確定膜完全氧化。
優選處理層112包含2at%或更高量的過渡金屬。這無誤地提高處理層112的密度,和提高其抗液性。更優選的含量為3.5at%至13.5at%。這確保處理層112具有缺陷極少和填充密度高的結構,便于獲得抗墨性。
作為確認膜狀態的方法,可以利用橢偏儀確認膜是否具有一定的折射率。例如,單SiO2膜的折射率為1.4,并且單Ta2O5膜的折射率為2.1。因此,當處理層112完全氧化時,其折射率為1.4至2.1。然而,當處理層112中的金屬物質未完全氧化時,處理層具有較低透射率和較高折射率。因此,可以通過控制折射率和透射率來獲得期望的膜質量。
即,當構成處理層112的金屬氧化物具有不同折射率時,可以基于折射率控制合金比。這使得可以在大氣條件下進行快速的非破壞性的測量,并且使得容易控制實際大量生產過程中的處理層112的條件。
接下來,作為形成處理層112的方法,可以采用可容易形成薄膜的方法,如蒸鍍、濺射、CVD(化學蒸鍍)、ALD(原子層沉積)等。具體地,當流路形成元件由可在加熱過程期間變形的材料制成時,優選通過濺射或通過ALD(在160℃或更低、或更優選120℃或更低下)成膜。
具體地,每當一個原子層形成時,ALD終止成膜反應。因此,通過ALD形成的膜到目前為止可比普通CVD或沉積方法更致密并且缺陷更少。此外,ALD能夠在元件的任何可吸附氣體的部分上成膜。因此,膜可均勻地形成在具有垂直壁或邊緣部分的元件上。
濺射(PVD)方法隨Ar離子濺射出目標金屬物質,這使得可以形成雜質極少的膜。進一步,方法在真空中濺射出粒子,這使得可以形成對基底具有高粘接性的膜。此外,該方法不對反應用熱,這使得可以在接近室溫的溫度下冷卻元件和成膜。因此,甚至在難以加溫的材料用作流路形成元件時,也可以獲得抗液性。
優選其連接表面以外的流路形成元件表面也涂覆有處理層112。在這種配置下,任何具有低潤濕抗性和粘接性提高材料的元件更難流脫,導致該配置的高可靠性。
在這種情況下,處理層的膜厚在其最厚部分處優選為10nm或更大,更優選25nm或更大。當膜厚過小時,難以覆蓋流路形成元件的缺陷部分(如有)。
不期望在振動板105(流路形成元件)的表面上形成的處理層112是可影響振動板105的操作特性的厚膜。因此,處理層112的厚度優選為200nm或更小,更優選50nm或更小。
對于在將成為流路壁的流路形成元件表面上形成具有上述膜厚的處理層112,優選在160℃或更低,優選120℃或更低下通過ALD成膜。ALD能夠實現單分子層水平的控制,并且通過表面反應形成膜,從而可以在具有垂直壁或傾斜壁的元件上形成形成非常均勻的膜,如圖4所示。
圖5-A和5-B顯示其上通過ALD形成Ta摻SiO2處理層112的實際流路圖案蝕刻Si基底樣品的觀察到的橫截面的實例。由圖5-A和5-B可見,確認在蝕刻圖案的側壁上也均勻地成膜。
反應性不同取決于所用源氣體的種類。在160℃或更低下成膜的情況下,在金屬周圍配位的官能團實例包括-C2H5、-Cl、和-(N(CH3)2)。在大多數情況下,氨基系氣體如-(N(CH3)2)在低溫下的反應性優越。
通常,反應氣體是O2等離子體和H2O。O2等離子體具有高度反應性,但該等離子體中產生的O3分解源氣體并且容易產生副產物。在160℃或更低的低溫處理情況下,副產物可能再附著于裝置腔內部和構成基底,并產生顆粒,這可能是降低收率的因素。
與此相比,H2O反應僅僅進行水解。因此,其可抑制副產物產生。進一步,在反應期間,H2O可能在處理層表面上產生OH基團,并且可在源氣體被引入下一個成膜循環時促進源氣體吸附至基底,這特別有益于低溫成膜。當源氣體是戊烷二甲基酰胺鉭(PDMA-Ta)時,甚至在80℃下可以進行均勻成膜。然而,由于成膜速度低,在大量生產的情況下優選同時加工多個部件的批處理。
低溫處理還使得可以在已連接部分上形成處理層112,而不損壞其粘接劑層。
然后,當濺射用作形成處理層112的方法時,在具有垂直壁或邊緣部分的元件上形成的膜的膜厚可不均勻,如圖6所示。
濺射利用反應性濺射:將Ar離子注入金屬目標,同時引入O2氣體,從而氧化金屬。這使得雜質不太可能摻入處理層112。因此,可形成包含極少雜質的純氧化物膜。
在此,在圖7(濺射)和圖8(ALD)中顯示通過濺射和ALD(在溫100℃度下)在Si基底上形成的處理層中的雜質的XPS比較結果。
在ALD情況下,碳檢測量為約5at%至10at%。另一方面,在濺射情況下,膜中完全沒有檢測到雜質。雜質容易聚集在晶粒邊界。因此,當通過液體引起蝕刻時,其可始于雜質聚集的位置。雜質較少的膜可獲得較高抗墨可靠性,因此可以較小膜厚保證抗腐蝕性。
在此,參考圖9至圖11描述本發明液體噴射頭的實例。圖9是顯示液體噴射頭外觀的透視示例圖。圖10是沿液體噴射頭的噴嘴排列方向的垂直方向(液體腔較長方向)截取的橫截面示例圖。圖11是沿液體噴射頭的噴嘴排列方向(液體腔較短方向)截取的橫截面示例圖。
液體噴射頭通過堆疊和連接噴嘴板1、流路板2和振動板元件3而形成。液體噴射頭包括被配置以移位振動板元件3的壓電致動器11、和作為共通液體腔元件的框架元件20。
噴嘴板1、流路板2和振動板元件3形成連續并且通向多個噴射液滴的噴嘴4的各個液體腔6、被配置以供應液體至各個液體腔6的流體阻力部7、和通向流體阻力部7的液體引入部8。
來自框架元件20的共通液體腔10、經過振動板元件3中形成的過濾器部9的液體通過液體引入部8和流體阻力部7被供應至多個各個液體腔6。
噴嘴板1具有分別相應于各個液體腔6的噴嘴4,并且均具有10μm至35μm的直徑。噴嘴板1通過樹脂層連接至流路板2。噴嘴板1其液體噴射側表面(噴射方向的前方表面:噴射表面、液體腔6相反表面)上具有斥水層。
流路板2由這樣的單晶體硅基底形成:被蝕刻以具有凹槽,該凹槽構成各個液體腔6、流體阻力部7、液體引入部8等。可選地,流路板2可以是金屬板,如利用酸性蝕刻液體蝕刻或利用壓機或類似物機械加工的SUS基底。
振動板元件3充當形成流路板2的各個液體腔6的壁表面的壁表面元件和構成過濾器部9的過濾器元件。振動板元件3具有由三層——即,第一層3A、第二層3B和第三層3C,由各個液體腔6可見——形成(可由兩層或四層或更多層形成)的多層結構。第一層3A包括各個液體腔6的相應位置處的可變形振動區域30。
壓電致動器11——包括機電轉換元件作為驅動元件(致動裝置、壓力產生裝置)以使振動板元件3的振動區域30變形——被提供在振動板元件3的各個液體腔6側的相反側。
壓電致動器11包括堆疊的壓電元件12,該壓電元件12通過粘接劑連接至由金屬材料制成的基礎元件13。壓電元件12通過半切切割(half cut dicing)加工以具有凹槽,該凹槽為一個壓電元件12提供梳齒形式的一定間隔的所需數量的壓電極12A和12B。
壓電元件12的壓電極12A和12B彼此相同,但通過施加驅動波形驅動的壓電極被區分為驅動壓電極(驅動極,或在下文中也可被稱為“驅動元件”)12A,而僅僅用作支持而不施加驅動波形的壓電極被區分為非驅動壓電極(非驅動極)12B。
驅動極12A連接至突起30a——振動板元件3的振動區域30中形成的島樣厚壁部分。非驅動極12B連接至突起30b——振動板元件3的厚壁部分。
壓電元件12由交替堆疊的壓電層和內部電極形成。內部電極被引出作為端面,以充當連接第一配線元件15的外部電極,該第一配線元件15由FPC或類似物形成,是用于傳導驅動信號至驅動極12A的外部電極的可彎曲撓性配線基底。第二配線元件16——由FFC或類似物形成的,是具有金屬屏蔽元件的撓性配線基底——連接至第一配線元件15。
框架元件20例如通過注射成型環氧基樹脂或作為熱塑性樹脂的聚苯亞硫醚(polyphenylene sulfite)而形成,并且具有共通液體腔10,液體從未示出的高位箱或液體盒供應至該共通液體腔10。
在上述配置的液體噴射頭中,當施加于驅動極12A的電壓從參考電位降低時,驅動極12A收縮,振動板元件3的振動區域30上升,并且各個液體腔6的容積擴張,導致液體流入各個液體腔6。
此后,當施加于驅動極12A的電壓升高時,驅動極12A沿堆疊方向延長,振動板元件3的振動區域30朝向噴嘴4變形e,并且各個液體腔6的容積收縮,導致各個液體腔6中的液體加壓并且液滴從噴嘴4噴射(排出)。
然后,當施加于驅動極12A的電壓恢復至參考電位時,振動板元件3的振動區域30恢復至初始位置,并且各個液體腔6擴張并且產生負壓,導致液體從共通液體腔10充入各個液體腔6。然后,當噴嘴4處的彎月面的振動衰減和穩定時,下一個噴射液滴操作周期開始。
頭驅動方法不限于上述實例(收縮/擴張噴射),但收縮噴射和擴張噴射也是可以的——取決于如何施加驅動波形。
(液體噴射設備)
本發明的液體噴射設備包括本發明的液體噴射頭,并且按需包括其它單元。
<液體>
液體無具體限制,并且可被根據目的選擇任意液體,只要其是通過液體噴射頭可液體噴射的。其實例包括墨、噴墨墨、光聚合墨、預處理液體、顯影處理液體、抗蝕劑(resist)、和圖案形成材料。其中,特別優選噴墨墨。
<其它單元>
其它單元的實例包括控制單元。
控制單元無具體限制,并且可被根據目的選擇任意控制單元,只要其可控制各單元的操作。其實例包括裝置如定序器和計算機。
(成像設備)
本發明的成像設備包括墨容納單元和液體噴射頭,并且按需進一步包括其它單元。
<墨容納單元>
墨容納單元是容納噴墨墨的單元,其實例包括罐和墨盒。
墨盒包括容納噴墨墨的容器,并且進一步包括其它按需適當選擇的元件。
容器無具體限制,并且其形狀、結構、尺寸、材料等可根據目的被適當選擇。其優選實例包括具有由鋁層壓材料膜、樹脂膜、或類似物制成的墨袋的容器。
<液體噴射頭>
液體噴射頭是被配置以施加沖擊至噴墨墨并且使墨飛射從而在記錄介質上記錄圖像的單元。
作為液體噴射頭,使用本發明的液體噴射頭。
噴墨墨可以是下列中的任一種:包含水作為主要溶劑的水基墨、包含反應性有機化合物作為溶劑的光聚合墨、包含在200℃或更低時不揮發的溶劑作為主要溶劑的油基墨、和包含揮發性溶劑作為主要溶劑的溶劑墨。
《水基墨》
水基墨至少包含水和水溶性有機溶劑,并且按需進一步包含其它組分。
-水溶性有機溶劑-
水溶性有機溶劑的實例包括多價醇、多價醇烷基醚、多價醇芳基醚、含氮雜環化合物、酰胺、胺、含硫化合物、碳酸亞丙酯、和碳酸亞乙酯。進一步,下述固體潤濕劑可用作水溶性有機溶劑的實例。
其中,優選選自具有4個或更少碳原子的三醇、具有4個或更少碳原子的三醇的聚乙二醇醚、聚乙二醇、和1,3-丙二醇的至少一種水溶性有機溶劑,因為其具有高平衡水含量。
水溶性有機溶劑的含量優選相對于水溶性有機溶劑總量為按質量計20%或更高,更優選按質量計30%至按質量計70%。
當該含量小于按質量計20%時,墨將具有不良保濕能力并且容易干燥,這可導致因干燥造成墨的溶解組分沉積或墨的分散組分聚集在頭彎月部分,可導致噴射故障。
具有4個或更少碳原子的三醇的實例包括1,2,3-丁烷三醇、1,2,4-丁烷三醇、和甘油。
具有4個或更少碳原子的三醇的聚乙二醇醚的實例包括聚氧乙烯甘油醚、聚氧乙烯-1,2,3-丁三醇醚、和聚氧乙烯-1,2,4-丁三醇醚。
聚乙二醇的實例包括乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、和PEG200。
其中,優選甘油,因為其在23℃、80%相對濕度下具有按質量計49%的非常高的平衡水含量,可最小化墨干燥,另外還在加水時具有大幅粘度降低,這提供優越的從頭噴射的穩定性,優越的頭維護裝置中廢墨增稠抑制,和優越的維護裝置廢墨粘著預防。
除這種具有高平衡水含量和優越保濕能力的有機溶劑外,還可按需使用任何其它水溶性有機溶劑。其它水溶性有機溶劑的實例包括多價醇、多價醇烷基醚、多價醇芳基醚、環醚、胺、酰胺、含硫化合物、碳酸亞丙酯、和碳酸亞乙酯。
多價醇的實例包括1,2-丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、聚丙二醇、1,3-丁二醇、3-甲基-1,3-丁二醇、1,5-戊二醇、2-甲基-2,4-戊二醇、己二醇、1,6-己二醇、1,2,6-己烷三醇、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、3-甲基-1,3-己二醇、和丙基丙二醇。
多價醇烷基醚的實例包括乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單乙基醚、二乙二醇單丁基醚、乙二醇單-2-乙基己基醚、丙二醇單乙基醚、和三乙二醇二甲基醚。
多價醇芳基醚的實例包括乙二醇單苯基醚和乙二醇單芐基醚。
環醚的實例包括環氧類、氧雜環丁烷類、四氫呋喃類、四氫吡喃類、和冠醚。其中,優選氧雜環丁烷類和四氫呋喃類,在水溶性方面更優選氧雜環丁烷類。
含硫化合物的實例包括二甲基亞砜、環丁砜(sulfolane)、和硫二甘醇。
胺的實例包括單乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基單乙醇胺、N-甲基二乙醇胺、N-甲基乙醇胺、N-苯基乙醇胺、和3-氨基丙基二乙基胺。
酰胺化合物的實例包括2-吡咯烷酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、ε-己內酰胺、γ-丁內酯、β-甲氧基-N,N-二甲基丙酰胺、和β-丁氧基-N,N-二甲基丙酰胺。其中,優選下述水溶性酰胺化合物。
水溶性酰胺化合物是可溶解多種有機化合物和無機鹽的極性溶劑,并且可與從水到有機溶劑的多種液體混合,從而可以獲得提高記錄介質潤濕性、溶解能力、和其它組分混合穩定性的效果。
下文結構式表示的酰胺化合物,一種非環酰胺化合物,也是一種水溶性酰胺化合物。
[化40]
上述結構式表示的酰胺化合物具有不同程度的親水性——取決于烷基長度,因此具有不同程度的與水和有機溶劑的混溶性。
其中烷基是甲基的酰胺化合物具有216℃高沸點、在23℃溫度、80%相對濕度下39.2%的高平衡水含量,和在25℃下1.48mPa·s的非常低的液體粘度。此外,其可非常容易地溶解在水溶性有機溶劑和水中,因此可使墨稀化至低粘度。因此,其極其優選作為用于墨的水溶性有機溶劑。包含這種酰胺化合物的墨將具有良好的儲存穩定性和噴射穩定性,并且對維護/復原裝置友好。
其中烷基是丁基的酰胺化合物可自由地溶解在水中,可溶解液體石蠟和正己烷,具有252℃高沸點,并且可被添加作為提高墨中滲透的滲透改善劑、或增溶劑。
這些酰胺化合物中的任一種都具有高溶解能力,并且還對常規粘接劑具有高溶解能力。因此,難以在水基墨中增加這些酰胺化合物的量。因此,在這種頭是利用粘接劑的板堆疊型頭的情況下,所用墨的酰胺化合物添加量為按質量計10%或更小,因為存在這樣的問題:高量添加的酰胺化合物會損害堆疊板之間的連接界面,從而不能獲得足夠的強度。
在本發明液體噴射頭的情況下,按質量計20%或更高量的酰胺化合物可被添加在水基墨中。
在打印實心圖像均勻性方面,這種酰胺化合物的添加量優選為按質量計20%或更高。當其大于按質量計60%時,墨在紙表面上的干燥性質可能不良,并且普通紙上的字符質量可能不良。
優選糖類作為固體潤濕劑。糖類的實例包括單糖、二糖、寡糖(包括三糖和四糖)、和多糖。具體其實例包括葡萄糖、甘露糖、果糖、核糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、麥芽糖、纖維二糖、乳糖、蔗糖、海藻糖、和麥芽三糖。
術語“多糖”指代該術語廣義的糖類,并且使用其涵蓋自然界豐富存在的物質,如α-環糊精和纖維素。
這些糖類的衍生物的實例包括上述糖類的還原糖(例如,糖醇(由通式:HOCH2(CHOH)nCH2OH表示(其中n表示2至5的整數))、糖氧化物(例如,醛糖酸和糖醛酸)、氨基酸、和硫代酸。
其中,優選糖醇。糖醇的實例包括麥芽糖醇和山梨糖醇。
水溶性有機溶劑的含量優選相對于水基墨總量為按質量計10%至按質量計50%,更優選按質量計15%至按質量計40%。當該含量為按質量計10%或更大時,可獲得優越的噴射穩定性。當該含量為按質量計50%或更小時,可獲得在紙表面上的干燥性質,并且干燥/定影將不耗時。
-著色劑-
著色劑可以是顏料或染料。但在光褪色方面優選顏料。
顏料可以是有機顏料或無機顏料。可以同時使用染料,用于色調調節目的。然而,染料在不會使耐候性下降的范圍內可用。在耐候性方面原則上優選使用顏料,但也可同時使用染料,在不會使耐候性下降的范圍內用于色調調節目的。
無機顏料的實例包括氧化鈦、氧化鐵、碳酸鈣、硫酸鋇、氫氧化鋁、鋇黃、鎘紅、鉻黃、和通過公知方法如接觸法、爐法和熱法生產的炭黑。
有機顏料的實例包括偶氮顏料(例如,偶氮色淀、不溶性偶氮顏料、縮合偶氮顏料、和螯合偶氮顏料)、多環顏料(例如,酞菁顏料、苝顏料、芘酮顏料、蒽醌顏料、喹吖啶酮顏料、二惡嗪顏料、靛藍顏料、硫靛藍顏料、異吲哚啉酮顏料、和喹酞酮顏料)、染料螯合物(堿性染料型螯合物和酸性染料型螯合物)、硝基顏料、亞硝基顏料、和苯胺黑。其中,優選與水具有良好親和性的那些。
在這些顏料中,具有優選配置的顏料是經表面重整具有至少一種親水基團(直接或通過一組其它原子連接至其表面)的顏料。為此,例如,采用在顏料表面上化學連接具體官能團(諸如砜基和羧基的官能團)的方法,和使顏料利用次鹵酸(hypohalous acid)或其鹽進行濕氧化處理的方法、或兩者。特別優選配置下的顏料其表面上連接有羧基,并且分散在水中。而且在這種配置下,顏料經表面重整連接有羧基,這不僅提高分散穩定性,而且提供高打印字符質量和提供打印后具有更好水抗性的記錄介質。
這種配置下的墨具有優越的干燥后再分散性。因此,即使在打印操作已長時間暫停和噴墨頭噴嘴處墨的含水已蒸發后,噴嘴也不會阻塞,而可容易通過簡單清潔操作進行精細打印。此外,這種可自分散的顏料在與下述表面活性劑和滲透劑組合時尤其具有巨大的協同效果,并且從而可以獲得可靠性較大和質量較高的圖像。
除上述配置的顏料外,還可以利用通過添加在聚合物顆粒中的顏料而獲得的聚合物乳液。包含顏料的聚合物乳液是通過在聚合物顆粒中封裝顏料或將顏料吸附至聚合物顆粒表面或兩者而獲得的乳液。在這種情況下,無需全部含量的顏料被封裝或吸附或兩者兼之,而一些顏料可分散在乳液中。形成聚合物乳液的聚合物的實例包括乙烯基系聚合物、聚酯系聚合物、和聚氨酯系聚合物。其中,優選乙烯基系聚合物和聚酯系聚合物。
不僅顏料,而且水溶性染料也可被組合使用。水溶性染料優選是酸性染料和直接染料。
著色劑的含量優選相對于水基墨總量為按質量計1%至按質量計15%,更優選按質量計3%至按質量計12%。
-表面活性劑-
表面活性劑無具體限制,并且可被根據目的選擇任意表面活性劑,只要其不損害分散穩定性——根據著色劑種類、和與潤濕劑和水溶性有機溶劑的組合。其實例包括陰離子表面活性劑、非離子型表面活性劑、兩性表面活性劑、乙酰二醇系表面活性劑、和氟表面活性劑。可單獨使用這些中的一種,或可組合使用這些中的兩種或更多種。
陰離子表面活性劑的實例包括聚氧亞乙基烷基醚乙酸鹽、十二烷基苯磺酸鹽、琥珀酸酯磺酸鹽、月桂酸鹽、和聚氧亞乙基烷基醚硫酸鹽。
非離子型表面活性劑的實例包括聚氧亞乙基烷基醚、聚氧亞乙基聚氧亞丙基烷基醚、聚氧亞乙基烷基酯、聚氧亞乙基聚氧亞丙基烷基酯、聚氧亞乙基山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧亞乙基烷基苯基醚、聚氧亞乙基烷基胺、和聚氧亞乙基烷基酰胺。
兩性表面活性劑的實例包括月桂基氨基丙酸鹽、月桂基二甲基甜菜堿、硬脂酰二甲基甜菜堿、和月桂基二羥基乙基甜菜堿。兩性表面活性劑的實例包括月桂基二甲基胺氧化物、肉豆蔻基二甲基胺氧化物、硬脂酰二甲基胺氧化物、二羥基乙基月桂基胺氧化物、聚氧亞乙基棕櫚油烷基二甲基胺氧化物、二甲基烷基(棕櫚)甜菜堿、和二甲基月桂基甜菜堿。
乙酰二醇系表面活性劑的實例包括乙酰二醇型,如2,4,7,9-四甲基-5-癸炔-4,7-二醇、3,6-二甲基-4-辛炔-3,6-二醇、和3,5-二甲基-1-己炔-3-醇(例如,SURFYNOL 104、82、465、和485、或TG,由Air Products and Chemicals,Inc.制造)。其中,優選SURFYNOL 465和104、或TG,因為其呈現良好的打印質量。
氟表面活性劑的實例包括全氟烷基磺酸鹽、全氟烷基羧酸、全氟烷基磷酸酯、全氟烷基環氧乙烷加合物、全氟烷基甜菜堿、全氟烷基胺氧化物化合物、其側鏈具有全氟烷基醚的聚氧亞烷基醚聚合物或其硫酸酯鹽,和氟脂肪族聚合酯。
氟表面活性劑可以是市售產品。市售產品的實例包括:SURFLON S-111、S-112、S-113、S121、S131、S132、S-141、和S-145(全部由Asahi Glass Co.、Ltd.制造);FLUORAD FC-93、FC-95、FC-98、FC-129、FC-135、FC-170C、FC-430、FC-431、和FC-4430(全部由Sumitomo 3M Limited制造);FT-110、250251、和400S(全部由Neos Company Limited制造);ZONYL FS-62、FSA、FSE、FSJ、FSP、TBS、UR、FSO、FSO-100、FSN N、FSN-100、FS-300、和FSK(全部由Du Pont Kabushiki Kaisha制造);和POLYFOX PF-136A、PF-156A、和PF-151N(全部由Omnova Solutions Inc.制造)。
為呈現滲透效果,表面活性劑的含量優選相對于水基墨總量為按質量計0.01%至按質量計5%,更優選按質量計0.5%至按質量計2%。當該含量小于按質量計0.01%時,沒有添加表面活性劑的效果。當該含量大于按質量計5%時,在記錄介質中的滲透性將高于所需,這可導致不良圖像密度或透印(bleed-through)。
-滲透劑-
優選添加至少一種具有按質量計0.2%或更大但小于按質量計5.0%的20℃水溶性的多元醇化合物作為滲透劑。
在這種多元醇化合物中,脂肪族二醇的實例包括2-乙基-2-甲基-1,3-丙二醇、3,3-二甲基-1,2-丁二醇、2,2-二乙基-1,3-丙二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、2,4-二甲基-2,4-戊二醇、2,5-二甲基-2,5-己二醇、5-己-1,2-二醇、2-乙基-1,3-己二醇、和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。
其中,優選2-乙基-1,3-己二醇和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。
可組合使用的其它滲透劑的實例包括:多價醇的烷基和芳基醚,如二乙二醇單苯基醚、乙二醇單苯基醚、乙二醇單烯丙基醚、二乙二醇單苯基醚、二乙二醇單丁基醚、丙二醇單丁基醚、和四乙二醇氯苯基醚;和低級醇,如乙醇。然而,可組合使用的其它滲透劑不限于這些,而可使用任何其它滲透劑,只要這種滲透劑可通過在墨中溶解而將墨調節成期望的物理性質。
甚至具有低水溶性的滲透劑也可被使用,只要其可通過上述酰胺化合物增溶并且不從墨沉積出來。常規墨包含低添加量的酰胺化合物,因此具有低增溶效果。然而,上述墨可包含高量的酰胺化合物,因此可包含無法在常規墨中添加的微溶有機物。因此,墨可滲透難滲透的打印銅版紙等。
滲透劑的含量優選相對于水基墨總量為按質量計0.1%至按質量計4.0%。當該含量小于按質量計0.1%時,不可獲得快速干燥性質,并且圖像可被模糊化。當該含量大于按質量計4.0%時,著色劑的分散穩定性可受損,從而更可能使噴嘴阻塞、或對記錄介質的滲透性可高于所需,導致不良圖像密度和透印。
進一步,由于滲透劑是具有高疏水性的有機物,其還對頭的樹脂層具有高親和性并且可容易滲透樹脂層。在這種頭是利用粘接劑的板堆疊型頭的情況下,存在如下問題:高量添加的滲透劑會損害通過板之間的樹脂層堆疊的板之間的連接界面,從而不能獲得足夠的強度。
本發明的采用處理層并且連接界面耐久性增強的頭能夠實現滲透劑高量添加。
-水分散性樹脂-
水分散性樹脂的實例包括:縮合型合成樹脂(例如,聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、聚環氧樹脂、聚酰胺樹脂、聚醚樹脂、和硅樹脂);加成型合成樹脂(例如,聚烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚乙烯基醇系樹脂、聚乙烯基酯系樹脂、聚丙烯酸系樹脂、和不飽和羧酸系樹脂);和天然聚合物(例如,纖維素、松香、和天然橡膠)。水分散性樹脂可以均聚物形式使用,或可以共聚物形式使用,因此以復合樹脂形式使用,該復合樹脂可以是單相結構型、核-殼型和動力進給乳液(power feed emulsion)中的任一種。
水分散性樹脂可以是樹脂本身具有親水基團的自分散性樹脂,或可以是本身無分散性但通過具有親水基團的表面活性劑或樹脂被賦予分散性的樹脂。具體地,通過乳化和懸浮聚合聚酯樹脂或聚氨酯樹脂的離聚物或不飽和單體而獲得的樹脂顆粒乳液是最佳的。在不飽和單體乳液聚合的情況下,其樹脂乳液通過使反應在添加了不飽和單體、聚合引發劑、表面活性劑、鏈轉移劑、螯合劑、pH調節劑等的水中發生而獲得。因此,容易獲得水分散性樹脂,并且還容易產生其目的性質,因為樹脂構成可容易改變。
可用的不飽和單體的實例包括不飽和羧酸、(甲基)丙烯酸酯單體、(甲基)丙烯酸酰胺單體、芳香族乙烯基單體、乙烯基氰化合物單體、乙烯基單體、烯丙基化合物單體、烯烴單體、二烯單體、具有不飽和碳原子的低聚物等。這些可單獨使用,或這些中的多種可組合使用。可以通過組合這些單體靈活地重整性質,或還可以重整樹脂性質——通過使其經歷利用低聚物型聚合引發劑的聚合反應或接枝反應。
可以通過如下靈活地重整水分散性樹脂的性質:使用單獨不飽和單體或組合使用多種不飽和單體,和利用聚合引發劑將它/它們樹脂化。這種水分散性樹脂將在強堿性或強酸性條件下具有分子鏈斷裂如分散破壞和水解。因此,在與水分散性著色劑混溶性方面,其pH優選為4至12,更優選6至11,還更優選7至9。
水分散性樹脂的粒徑與分散液粘度有關。具有相同固體含量的相同樹脂組合物在其粒徑較小時具有較高粘度。為避免在制成墨時具有過高粘度,優選水分散性樹脂的平均粒徑為50nm或更大。具有數十μm的平均粒徑的水分散性樹脂無法使用,因為其大于噴墨頭的噴嘴端口。已知在墨包含具有大粒徑的顆粒時,墨的噴射性能不良,即使該顆粒小于噴嘴直徑。為不妨礙墨噴射性能,平均粒徑優選為500nm或更小,更優選150nm或更小。
水分散性樹脂具有在紙表面上定影水分散性著色劑的功能,優選水分散性樹脂能夠在常溫下成膜并且提高定影能力。因此,其最低成膜溫度(MFT)優選等于或低于常溫,更優選20℃或更低。
-其它組分-
其它組分無具體限制,和可按需選擇任意組分。其實例包括pH調節劑、殺菌劑/防霉劑、螯合劑、防銹劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、氧吸收劑、光穩定劑、和消泡劑。
pH調節劑無具體限制,和可被根據目的選擇任意pH調節劑,只要其可將其所混合的記錄墨的pH調節至7至11,并且不對之產生不利影響。其實例包括醇胺、堿金屬元素氫氧化物、銨氫氧化物、氫氧化和堿金屬碳酸鹽。
當pH低于7或高于11時,墨可大量流脫噴墨頭或供墨單元,這可導致諸如墨性質改變和泄露、噴射故障等的問題。
醇胺的實例包括二乙醇胺、三乙醇胺、和2-氨基-2-乙基-1,3丙二醇。
堿金屬元素氫氧化物的實例包括氫氧化鋰、氫氧化鈉、和氫氧化鉀。
銨氫氧化物的實例包括氫氧化銨、氫氧化季銨、和氫氧化季
堿金屬碳酸鹽的實例包括碳酸鋰、碳酸鈉、和碳酸鉀。
殺菌劑/防霉劑的實例包括脫氫乙酸鈉、山梨酸鈉、2-吡啶硫醇-1-氧化鈉、苯甲酸鈉、和五氯酚鈉。
螯合劑的實例包括乙二胺四乙酸鈉、次氮基三乙酸鈉、羥基乙基乙二胺三乙酸鈉、二亞乙基三胺五乙酸鈉、和烏拉米爾二乙酸鈉。
防銹劑的實例包括酸性亞硫酸鹽、硫代硫酸鈉、巰基二乙酸銨、二異丙基亞硝酸銨、季戊四醇四硝酸鹽、和二環己基亞硝酸銨。
抗氧化劑的實例包括酚系抗氧化劑(包括受阻酚系抗氧化劑)、胺系抗氧化劑、硫系抗氧化劑、和磷系抗氧化劑。
紫外線吸收劑的實例包括二苯甲酮系紫外線吸收劑、苯并三唑系紫外線吸收劑、水楊酸系紫外線吸收劑、氰基丙烯酸系紫外線吸收劑、和鎳復合鹽系紫外線吸收劑。
消泡劑的實例包括硅酮消泡劑、聚醚消泡劑、和脂肪酸酯消泡劑。組合使用當包含大量無機顆粒以提高消泡效果的普通消泡劑時,無機顆粒可經歷適當的處理,如移除——如果需要這種處理,因為需要包含消泡劑的記錄墨包含3.0×107(顆粒/5μl)或更少量的具有0.5μm或更大粒徑的粗顆粒并且具有1μm或更大但小于5μm的直徑的顆粒占粗顆粒量的等于或小于1數量%。
水基墨通過如下生產:在含水介質中分散或溶解著色劑、水溶性有機溶劑(潤濕劑)、表面活性劑、滲透劑、水分散性樹脂和水、以及按需其它組分,和按需對其進一步攪拌和混合。
分散可例如使用砂磨機、均質器、球磨機、涂料振動器和超聲分散器進行。攪拌和混合可使用利用普通攪拌葉的攪拌器、磁力攪拌器、高速攪拌器等進行。
水基墨的物理性質無具體限制,并且可根據目的適當選擇。例如,優選其粘度、表面張力等在下述范圍內。
水基墨在25℃下的粘度優選為3mPa·s至20mPa·s。
當墨粘度為3mPa·s或更大時,可獲得提高打印密度和字符質量的效果。另一方面,當墨粘度為20mPa·s或更小時,可確保噴射性能。在此,粘度可例如利用粘度計(RL-550,由Toki Sangyo Co.,Ltd.制造)在25℃下測量。
水基墨的表面張力在25℃下優選為35mN/m或更小,更優選32mN/m或更小。當表面張力大于35mN/m時,記錄介質上的墨更難流平,這可延長墨的干燥耗時。
《光聚合墨》
光聚合墨包含可聚合化合物,并且按需進一步包含其它組分。
可聚合化合物的含量優選相對于光聚合墨總量為按質量計10%至按質量計70%。不同化合物可用作可聚合化合物——取決于光固化反應,并且其被歸類為使用光自由基發生劑/引發劑的自由基聚合性光固化性化合物,和使用光酸發生劑/引發劑的陽離子聚合性光固化性化合物。還可以使用自由基聚合性光固化性化合物和陽離子聚合性光固化性化合物——通過將其混合,并且任何設計都可以——取決于固化性質、緊密粘接強度、和成像過程。
-自由基聚合性光固化性化合物-
自由基聚合性光固化性化合物的實例包括具有不飽和烴鏈作為反應性官能團的化合物。反應性官能團的實例包括乙烯基、異丙烯基、烯丙基、甲基丙烯酸基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、丙酰基,和馬來酰基。
具有單官能團的化合物的實例包括2-乙基己基(甲基)丙烯酸酯(EHA)、2-羥基乙基(甲基)丙烯酸酯(HEA)、2-羥基丙基(甲基)丙烯酸酯(HPA)、和己內酯改性的四氫糠基(甲基)丙烯酸酯。
具有雙官能團的化合物的實例包括三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、和新戊二醇羥基新戊酸酯二(甲基)丙烯酸酯(MANDA)。
具有多官能團的化合物的實例包括三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯(PETA)、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯(DPHA)、三烯丙基異氰酸酯、和ε-己內酯改性的二季戊四醇(甲基)丙烯酸酯。
低聚物的實例包括聚酯系樹脂的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、丙烯酸系樹脂、環氧基樹脂、尿烷系樹脂、醇酸樹脂、醚系樹脂、和多價醇。
固化性聚合物的實例包括具有可聚合官能團的水溶性樹脂、和乳液型光固化性樹脂。
可使用選自上述自由基聚合性光固化性化合物的至少一種,或可使用選自其中的兩種或更多種作為混合物。
光自由基聚合引發劑的實例包括分子裂解型光聚合引發劑和奪氫型光聚合引發劑。
分子裂解型光聚合引發劑的實例包括2,2-二甲氧基-1,2-二苯基乙-1-酮、1-羥基環己基苯基酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮、和1-[4-(2-羥基乙氧基)-苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙-1-酮。
奪氫型光聚合引發劑的實例包括:二苯甲酮系化合物,如二苯甲酮、甲基二苯甲酮、甲基-2-苯甲酰基苯甲酸酯、4-苯甲酰基-4’-甲基二苯基硫、和苯基二苯甲酮;和噻噸酮系化合物,如2,4-二乙基噻噸酮、2-氯噻噸酮、異丙基噻噸酮、和1-氯-4-丙基噻噸酮。
胺化合物可組合使用作為聚合促進劑。胺化合物的實例包括p-二甲基氨基苯甲酸乙酯、p-二甲基氨基苯甲酸-2-乙基己基、p-二甲基氨基苯甲酸甲酯、苯甲酸-2-二甲基氨基乙基、和p-二甲基氨基苯甲酸丁氧基乙酯。
-陽離子聚合性光固化性化合物-
陽離子聚合性光固化性化合物的實例包括乙烯基芳香族系列、乙烯基醚、N-乙烯基酰胺、具有環氧基的化合物、和具有氧雜環丁烷基的化合物。
乙烯基芳香族系列的實例包括苯乙烯、p-甲基苯乙烯、p-甲氧基苯乙烯、β-甲基苯乙烯、p-甲基-β-甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、p-甲氧基-β-甲基苯乙烯、1-乙烯基萘、α-甲基-1-乙烯基萘、β-甲基-1-乙烯基萘、4-甲基-1-乙烯基萘、和4-甲氧基-1-乙烯基萘。
乙烯基醚的實例包括異丁基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、苯基乙烯基醚、p-甲基苯基乙烯基醚、p-甲氧基苯基乙烯基醚、α-甲基苯基乙烯基醚、β-甲基異丁基乙烯基醚、β-氯異丁基乙烯基醚、乙二醇二乙烯基醚、2-氯乙基乙烯基醚、2-羥基乙基乙烯基醚、三乙二醇二乙烯基醚、1,4-環己烷二甲醇二乙烯基醚、羥基丁基乙烯基醚、和丙二醇丙烯基醚。
N-乙烯基酰胺的實例包括N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基吲哚、N-乙烯基吡咯、N-乙烯基吩噻嗪、N-乙烯基乙酰苯胺、N-乙烯基乙基乙酰胺、N-乙烯基琥珀酰亞胺、N-乙烯基鄰苯二甲酰亞胺、N-、和N-乙烯基咪唑。
具有環氧基的化合物的實例包括氫化雙酚A二縮水甘油基醚、3,4-環氧環己基甲基-3,4-環氧環己烷羧酸酯、3,4-環氧-1-甲基環己基-3,4-環氧-1-甲基己烷羧酸酯、和6-甲基-3,4-環氧環己基甲基-6-甲基-3,4-環氧環己烷羧酸酯。
具有氧雜環丁烷基的化合物的實例包括3-乙基-3-羥基甲基氧雜環丁烷、3-(甲基)烯丙氧基甲基-3-乙基氧雜環丁烷、(3-乙基-3-氧雜環丁烷基甲氧基)甲基苯、4-氟-[1-(3-乙基-3-氧雜環丁烷基甲氧基)甲基]苯、和4-甲氧基-[1-(3-乙基-3-氧雜環丁烷基甲氧基)甲基]苯。
其它陽離子聚合性化合物的實例包括:氧戊環(oxolane)化合物,如四氫呋喃、和2,3-二甲基四氫呋喃;環狀縮醛化合物,如三惡烷、1,3-二氧戊環、和1,3,6-三惡烷環辛烷;環狀內酯化合物,如β-丙內酯、和ε-己內酯;硫雜丙環(thiirane)化合物,如亞乙基硫、和硫代表氯醇;硫雜環丁烷(thietane)化合物,如1,3-丙炔硫、和3,3-二甲基硫雜環丁烷;環狀硫醚化合物,如四氫噻吩衍生物;和由環氧化合物和內酯之間的反應獲得的螺原酸酯化合物。
可使用選自上述陽離子聚合性光固化性化合物的至少一種,或可使用選自其中的兩種或更多種作為混合物。
-陽離子光聚合引發劑-
陽離子光聚合引發劑可以是常用于光陽離子聚合的光酸發生劑。其實例包括雙鹽——釋放Lewis酸的鹽、或其衍生物。
鹽的實例包括由下列構成的鹽:連接有機基團(其中至少一種或多種具有芳香族環)的、選自S、N、Se、Te、P、As、Sb、Bi、O、I、Br、Cl、F、和N=N的原子或原子組的陽離子,和選自四氟硼酸根(BF4)-、四(五氟苯基)硼酸根(B(C6F5)4)-、六氟磷酸根(PF6)-、六氟銻酸根(SbF6)-、六氟砷酸根(AsF6)-、和六氯銻酸根(SbCl6)-的任何陰離子。
注意,產生磺酸的磺化產物、光產生鹵化氫的鹵化物、和丙二烯鐵復合物也可用作光陽離子聚合引發劑。
可在墨中按需添加著色劑。公知的無機顏料和有機顏料可用作光聚合墨的著色劑。作為顏料,可使用具有與水基墨所用那些相同的構造的物質。
與水基墨不同,使用顏料分散劑以在油基料中分散顏料和提高顏料的分散性。
顏料分散劑的實例包括聚酰胺系樹脂、含羥基羧酸酯、長鏈聚氨基酰胺和高分子量酸酯的鹽、高分子量聚羧酸鹽、長鏈聚氨基酰胺和極性酸酯的鹽、高分子量不飽和酸酯、改性聚氨酯、改性聚丙烯酸酯、聚醚酯系陰離子活性劑、福爾馬林萘磺酸縮合物鹽、福爾馬林芳香族磺酸縮合物鹽、聚氧亞乙基烷基磷酸酯、聚氧亞乙基壬基苯基醚、和硬脂酰胺乙酸酯。
顏料分散劑優選是具有700至15,000的數均分子量的聚酯聚酰胺樹脂。
顏料分散劑的含量優選為按質量計0.1%至按質量計15%,更優選按質量計0.5%至按質量計10%,以提高顏料分散性。
顏料分散劑可以是市售產品。市售產品實例包括SOLSPERSE 32000、SOLSPERSE32500、SOLSPERSE 32600、SOLSPERSE 33500、SOLSPERSE 34750、SOLSPERSE 35100、和SOLSPERSE 37500,由Lubrizol Corporation制造;和BYK 9077,由Byk-Chemie GmbH制造。
此外,可按需使用聚合抑制劑,如4-甲氧基-1-萘酚、甲基氫醌、氫醌、叔丁基氫醌、二叔丁基氫醌、甲醌(methoquinone)、2,2’-二羥基-3,3’-二(α-甲基環己基)-5,5’-二甲基二苯基甲烷、p-苯醌、二叔丁基二苯基胺、吩噻嗪、9,10-二正丁氧基蒽、和4,4’-[1,10-二氧-1,10-癸二基雙(氧)]雙[2,2,6,6-四甲基]-1-哌啶氧基、高級脂肪酸系表面活性劑、硅酮系表面活性劑、氟表面活性劑、和含極性基團的聚合物顏料分散劑。
光聚合墨在其中添加光聚合引發劑、聚合單體、著色劑等時可具有過高粘度,并且無法容易噴射——盡管其是噴墨墨。在這種情況下,優選用溶劑稀釋光聚合墨。
優選稀釋溶劑具有160℃至190℃的沸點。具有高于190℃的沸點的稀釋溶劑可妨礙固化性能。具有低于160℃的沸點的稀釋溶劑可干燥并且可使墨固化,例如在噴墨噴嘴處。
稀釋溶劑的實例包括醚、酮、芳香族系列、二甲苯、乙氧基丙酸乙酯、乙基乙酸酯、環己酮、二乙二醇單甲基醚、二乙二醇、單乙基醚、γ-丁內酯、乳酸乙酯、環己烷甲基乙基酮、甲苯、乙氧基丙酸乙酯、聚甲基丙烯酸酯或丙二醇單甲基醚乙酸酯、乙二醇單甲基醚、二乙二醇、和三乙二醇單丁基醚。
光聚合墨的粘度在25℃下優選為3mPa·s至40mPa·s,更優選3mPa·s至35mPa·s。可選地,其在60℃下優選為7mPa·s至15mPa·s,更優選10mPa·s至12mPa·s。
在25℃和60℃下的粘度用由Toki Sangyo Co.,Ltd.制造的錐板旋轉粘度計VISCOMETER TV-22測量,其中恒溫循環水的溫度設置在25℃和60℃。VISCOMATE VM-150III用于調節循環水的溫度。25℃溫度體現普通室溫條件,而60℃溫度體現市售可加熱噴墨頭(如由Ricoh Printing Systems Co.,Ltd.制造的GEN4)的規格。
光聚合墨在25℃下的靜態表面張力優選為20mN/m至40mN/m,更優選28mN/m至35mN/m。靜態表面張力在25℃下用靜態表面張力計(CBVP-Z TYPE,由Kyowa Interface Science Co.,Ltd.制造)測量。靜態表面張力體現市售噴墨頭(如GEN4,由Ricoh Printing Systems Co.,Ltd.制造)的規格。
當著色劑由無機顏料或有機顏料制成時,顏料顆粒的平均初級粒徑優選為20nm至200nm,更優選50nm至160nm。當平均初級粒徑小于20nm時,顆粒很小,使得打印物可具有不良抗光性。當其大于200nm時,打印物可具有不良細度。上述平均初級粒徑是利用例如電子顯微鏡(JEM-2010,由JEOL Ltd.制造)測量的值。
《油基墨》
油基墨包含有機溶劑、顏料、分散劑和其它添加劑。顏料和分散劑可與光聚合墨所用那些相同。
可用的有機溶劑的實例包括酯溶劑、醇溶劑、高級脂肪酸溶劑、烴溶劑和醚。可單獨使用這些中的一種,或可使用這些中的兩種或更多種作為混合物。
酯溶劑的實例包括月桂酸甲酯、月桂酸異丙酯、肉豆蔻酸異丙酯、棕櫚酸異丙酯、棕櫚酸異辛酯、棕櫚酸異硬脂酰酯、油酸甲酯、油酸乙酯、油酸異丙酯、油酸丁酯、亞油酸甲酯、亞油酸異丁酯、亞油酸乙酯、異硬脂酸異丙酯、大豆脂肪酸甲酯、大豆脂肪酸異丁酯、妥爾油甲基、妥爾油異丁基、己二酸二異丙酯、癸二酸二異丙酯、癸二酸二乙酯、丙二醇單辛酸酯、三-2-乙基己酸三羥甲基丙酯、和三-2-乙基己酸甘油酯。
醇溶劑的實例包括異肉豆蔻醇、異棕櫚醇、異硬脂酰醇、和油醇。
高級脂肪酸溶劑的實例包括異壬酸、異肉豆蔻酸、異棕櫚酸、油酸、和異硬脂酸。
烴溶劑的實例包括脂肪族烴溶劑、脂環族烴系溶劑、和芳香族烴溶劑。
脂肪族烴溶劑和脂環族烴系溶劑的實例包括“TECLEAN N-16、TECLEAN N-20、TECLEAN N-22、NO.0SOLVENT L、NO.0SOLVENT M、NO.0SOLVENT H、AF-4、AF-5、AF-6、和AF-7”(全部是商品名),由Shin Nihon Sekiyu Kabushiki-Gaisha制造;“NISSEKI ISOZOL、和NAPHTHEZOL”(全部是商品名),由Shin Nihon Sekiyu Kagaku Kabushiki-Gaisha制造;和“ISOPAR G、ISOPAR H、ISOPAR L、ISOPAR M、EXXOL D40、EXXOL D80、EXXOL D100、和EXXOL D140”(全部是商品名),由Exxon Mobil Corporation制造。
醚溶劑的實例包括二乙二醇單丁基醚、乙二醇單丁基醚、丙二醇單丁基醚、和丙二醇二丁基醚。
有機溶劑的含量優選相對于油基墨總量為按質量計60%或更大,更優選按質量計70%至按質量計98%。
《溶劑墨》
溶劑墨包含有機溶劑、顏料、顏料分散劑和粘合劑樹脂,并且按需進一步包含其它組分。
溶劑可以是常用于溶劑基墨的揮發性有機溶劑。
有機溶劑的實例包括醇、二醇、二醇醚、酯、酮、芳香族化合物和含氮化合物。
醇的實例包括甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、十三烷醇、環己醇、和2-甲基環己醇。
二醇的實例包括乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、和甘油。
二醇醚的實例包括乙二醇單甲基醚、乙二醇單乙基醚、乙二醇單丁基醚、乙二醇二乙基醚、和乙二醇二甲基醚。
酯的實例包括乙酸乙酯、乙酸異亞丙酯、乙酸正丁酯、乳酸甲酯、乳酸乙酯、和乳酸丁酯。
酮的實例包括丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮、異佛爾酮、和二丙酮醇。
芳香族化合物的實例包括甲苯和二甲苯。
含氮化合物的實例包括乙腈、γ-丁內酯、γ-戊內酯、N-甲基-2-吡咯烷酮、和N-乙基-2-吡咯烷酮。
在打印期間頭噴嘴性質適應性、安全性、和干燥性質方面,這些可被不同地選擇,并且可按需使用這些中的多于一種作為混合物。
優選溶劑墨包含二醇醚作為有機溶劑。
二醇醚的實例包括二乙二醇單甲基醚、二乙二醇單丁基醚、二乙二醇二甲基醚、二乙二醇乙基甲基醚、二乙二醇二乙基醚、二乙二醇二丁基醚、二丙二醇單甲基醚、二丙二醇二甲基醚、丙二醇單甲基醚乙酸酯、二乙二醇單乙基醚乙酸酯、和二乙二醇單丁基醚乙酸酯。
溶劑墨中使用的粘合劑樹脂可以是普通墨組合物中常用的粘合劑的樹脂,無具體限制,并且可被根據目的選擇任意粘合劑樹脂。其實例包括:氨基樹脂,如聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、氯乙烯樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、酚醛清漆樹脂、松香改性酚樹脂、三聚氰胺、和苯并胍胺;纖維素酯樹脂,如聚酰胺樹脂、二乙酸纖維素、三乙酸纖維素、硝基纖維素、硝酸纖維素、丙酸纖維素、和乙酸丁酸纖維素;和纖維素醚樹脂諸如甲基纖維素、乙基纖維素、芐基纖維素、三苯甲基纖維素、氰基乙基纖維素、羧基甲基纖維素、羧基乙基纖維素、和氨基乙基纖維素。其中,優選添加聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、和氯乙烯樹脂,因為在打印后與基料的緊密粘接性將得到提高。
聚酯樹脂可以是飽和聚酯和不飽和聚酯樹脂中的任一者。聚酯樹脂由多元酸和多價醇之間的縮合反應產生。聚酯樹脂的數均分子量優選為1,000至50,000,更優選2,000至20,000。
丙烯酸樹脂可以是通過共聚常用的自由基聚合單體獲得的產物。
作為自由基聚合單體的(甲基)丙烯酸酯的實例包括甲基丙烯酸酯、乙基丙烯酸酯、異丙基丙烯酸酯、正丁基丙烯酸酯、2-乙基己基丙烯酸酯、甲基甲基丙烯酸酯、乙基甲基丙烯酸酯、異丙基甲基丙烯酸酯、正丁基甲基丙烯酸酯、異丁基甲基丙烯酸酯、叔丁基甲基丙烯酸酯、環己基甲基丙烯酸酯、和2-乙基己基甲基丙烯酸酯。
作為自由基聚合單體的乙烯基類的實例包括苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、乙烯基乙酸酯、乙烯基丙酸酯、乙烯基吡咯烷酮、氯乙烯、偏二氯乙烯、偏二氟乙烯、乙基乙烯基醚、和異丁基乙烯基醚。
作為自由基聚合單體的α-烯烴的實例包括乙烯和丙烯。
作為自由基聚合單體的含羧基單體的實例包括丙烯酸、甲基丙烯酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸、單正丁基馬來酸酯、單正丁基富馬酸酯、單正丁基衣康酸酯、和巴豆酸。
作為自由基聚合單體的含羥基(甲基)丙烯酸酯的實例包括2-羥基乙基(甲基)丙烯酸酯、2-羥基丙基(甲基)丙烯酸酯、3-羥基丙基(甲基)丙烯酸酯、4-羥基丁基(甲基)丙烯酸酯、(2-羥基甲基)乙基丙烯酸酯、(2-羥基甲基)丁基丙烯酸酯、(4-羥基甲基環己基)甲基(甲基)丙烯酸酯、單(甲基)丙烯酸甘油酯、2-(甲基)丙烯酰氧基乙基-2-羥基丙基鄰苯二甲酸酯、和2-羥基-3-苯氧基丙基(甲基)丙烯酸酯。
作為自由基聚合單體的含酰胺單體的實例包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、馬來酰胺、和二丙酮丙烯酰胺。
作為自由基聚合單體的含縮水甘油基單體的實例包括甲基丙烯酸縮水甘油酯和烯丙基縮水甘油基醚。
作為自由基聚合單體的含氰基單體的實例包括丙烯腈和甲基丙烯腈。
作為自由基聚合單體的二烯的實例包括丁二烯和異戊二烯。
作為自由基聚合單體的含羥基烯丙基化合物的實例包括烯丙醇和2-羥基乙基烯丙基醚。
作為自由基聚合單體的含叔氨基單體的實例包括二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯和二乙基氨基乙基甲基丙烯酸酯。
作為自由基聚合單體的含烷氧基甲硅烷基單體的實例包括乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三異丙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基二甲基甲氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、和3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二乙氧基硅烷。
作為自由基聚合單體的、每個分子具有2個或更多個不飽和鍵的單體實例包括二烯丙基鄰苯二甲酸酯、二乙烯基苯、烯丙基丙烯酸酯、和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
可單獨使用這些單體,或可組合使用這些中的兩種或更多種。
氯乙烯樹脂的實例包括通過共聚氯乙烯與另一單體如乙烯基乙酸酯、偏二氯乙烯、丙烯酸、和馬來酸獲得的樹脂。其中,優選氯乙烯/乙烯基乙酸酯共聚樹脂、或具有30,000或更小重均分子量的共聚樹脂。
這些樹脂可組合使用。樹脂的含量優選為按質量計1%至按質量計20%,更優選按質量計1%至按質量計10%。
墨的顏色無具體限制,并且可被根據目的選擇任意顏色。其實例包括黃色、洋紅色、青色和黑色。
在用這些顏色中的兩種或更多種組合使用的墨組進行記錄時,可形成多色圖像。在用全部顏色組合使用的墨組進行記錄時,可形成全色圖像。
-記錄介質-
記錄介質無具體限制,并且可從公知的記錄介質選擇任意記錄介質。其實例包括普通紙、光澤紙、特殊紙、紗、纖維、織物、皮革、金屬、塑料、玻璃、木材、陶瓷、OHP片材、和膜。
<其它單元>
其它單元的實例包括清潔單元和控制單元。
-清潔單元-
清潔單元是被配置以用刮刀擦拭液體噴射頭的噴嘴板的液體噴射表面的單元。
刮刀的尺寸、材料、形狀、結構等無具體限制,并且可根據目的適當選擇。
刮刀的尺寸無具體限制,并且可根據目的適當選擇。
在擦拭噴嘴板2的斥水膜4的表面方面,刮刀材料的實例包括橡膠和彈性體。
刮刀的形狀無具體限制,并且可根據目的適當選擇——只要刮刀可進行擦拭。形狀實例包括平面形和板形。
控制單元無具體限制,并且可被根據目的選擇任意控制單元,只要其可控制各單元的操作。其實例包括諸如定序器和計算機的裝置。
參考圖12至圖14描述噴墨記錄設備——即裝有本發明液體噴射頭的成像設備——的實例。圖12是示例此設備的機械部分的側視圖。圖13是示例此機械部分的主要部分的平面圖。圖14是示例頭單元的實例的前視圖。
此成像設備是串行成像設備,并且將滑座233沿主掃描方向可滑動地支撐在主導桿和副導桿231和232上,主導桿和副導桿231和232是橫向固定在左側板和右側板221A和221B之間的導向元件。其借由未示出主掃描馬達通過定時帶沿箭頭A方向(滑架主掃描方向)移動并且掃描滑座。
還如圖12所示,滑座233安裝有頭單元,其中記錄頭234(分別由本發明的液體噴射頭和容納供應至頭234的墨的罐235形成)彼此整合一體。各記錄頭234具有噴嘴線——該噴嘴線包括沿與主掃描方向垂直的副掃描方向B排列的多個噴嘴,并且被安裝以使其墨滴噴射方向向下對齊。
記錄頭234各具有兩條噴嘴線。一個記錄頭234a從一條噴嘴線噴射黑色(K)液滴,并且從另一噴嘴線噴射青色(C)液滴。其它記錄頭234b從一條噴嘴線噴射洋紅色(M)液滴,并且從另一噴嘴線噴射黃色(Y)液滴。在此描述的配置是噴射四種液滴顏色的雙頭配置。然而,每個頭可安排四條噴嘴線,從而可從一個頭噴射四種顏色。
記錄頭234的罐235,借助供應單元,通過各個顏色的供應管236從各個顏色的墨盒210被供以和補充以各個顏色的墨。
作為供紙部——被配置以供給供紙盤202的堆紙部(壓印盤)241上堆疊的片材242,提供半月輥(供紙輥)243,其被配置以分別從堆紙部241逐一供給片材242;和正對供紙輥243提供的分離墊244。
進一步,為將從供紙部供給的片材242遞送至記錄頭234下方,提供導向器245——其被配置以導向片材242、反向輥246、輸送導向元件247,和壓按元件248——包括前端壓輥249。進一步,提供輸送帶251,即被配置以靜電吸附被供給片材242并將其輸送至面臨記錄頭234的位置的輸送單元。
輸送帶251是懸在輸送輥252和張力輥253之間的環形帶,并且被配置以沿帶輸送方向B(副掃描方向)旋轉。還提供充電輥256,其被配置以對輸送帶251的表面充電。充電輥256被布置以接觸輸送帶251的淺表面,并配合輸送帶251的旋轉滾動。隨著輸送輥242借由定時帶通過未示出副掃描馬達被驅動旋轉,輸送帶251沿帶輸送方向旋轉和移動。
作為排紙部——被配置以排出具有通過記錄頭234記錄的打印物的片材242,提供分離爪261——被配置以從輸送帶251分離片材242、排紙輥262、和排紙輥263。排紙輥262下方有排紙盤203。
雙面單元271可拆卸地安裝在設備主體背面上。雙面單元271取回通過沿相反方向旋轉的輸送帶251返回的片材242,將片材翻轉,并將再次供給至反向輥246和輸送帶251之間。雙面單元271的頂部用作手動供給盤272。
在滑座233掃描方向一側的非打印區提供維護/復原機構281,其被配置以維護和復原記錄頭234的噴嘴狀態。
維護/復原機構281包括蓋282a和282b,其被配置以覆蓋記錄頭234的噴嘴表面。維護/復原機構281還包括擦拭元件283,其被配置以擦拭噴嘴表面。維護/復原機構281還包括空射接收器284,其被配置以接收空射噴射(用于噴射對記錄無貢獻的液滴,從而排出增稠的記錄液體)的液滴。
被配置以接收空射噴射(用于噴射對記錄無貢獻的液滴,從而排出記錄期間增稠的記錄液體)的液滴的空射接收器288被布置在滑座233掃描方向另一側的非打印區。空射接收器288具有沿記錄頭234的噴嘴線方向延伸的開口289。
在上述配置的成像設備中,片材242逐一分別從供紙盤202被供給,被導向器245導向,和通過夾在輸送帶251和反向輥246之間被輸送。然后,片材242的輸送方向轉變基本上90°,其前端被輸送導向器247導向和被前端壓輥249按壓到輸送帶251上。
然后,在充電輸送帶251上供給片材242時,片材242吸附至輸送帶25并且隨著旋轉和移動的輸送帶251沿副掃描方向被輸送。
在此,通過根據圖像信號而移動驅動記錄頭234的滑座233,墨滴被噴射至在止動的片材242上記錄一條線。在將片材242輸送預定量后,在片材上記錄下一條線。在收到記錄完成信號或指示片材242后端到達記錄區域的信號后,記錄操作終止,并且片材242被排出到排紙盤203上。
如上所述,這種成像設備可穩定地形成高質圖像,因為其包括本發明的液體噴射頭作為記錄頭。
注意,“片材”的材料不限于紙,術語“片材”包括被稱為記錄接收介質、記錄介質、記錄紙、記錄紙片等的那些。此外,成像、記錄和打印同義。進一步,術語“液體噴射設備”包括成像設備和被配置以將液體噴射到介質上的設備。
此外,術語“圖像”不限于平面圖像,而包括施加于三維物體的圖像和三維形成立體物的圖像。
再進一步,術語“成像設備”包括串行成像設備和線型成像設備——除非具體限制。
驅動元件不限于壓電致動器,并且可以是由振動板和相對電極構成的靜電致動器。
在上文描述中,本發明的液體噴射頭用作噴墨頭。然而,其也可用作噴射墨之外的任何其它液體如圖案化液體抗蝕劑的液體噴射頭、和噴射基因測試樣品的液體噴射頭。
實施例
下文描述本發明的實施例。然而,本發明不以任何方式受限于這些實施例。
(實施例1至7和比較實施例1至3)
-樹脂組合物和其固化產物(樹脂層)的生成-
將表1至3顯示的環氧化合物、固化劑、固化催化劑和偶聯劑一起添加,并攪拌15分鐘,同時進行冷卻,從而獲得固化前的樹脂組合物。
然后,作為抗待噴射液體的抗性——對于液體噴射設備非常重要,評價樹脂組合物的溶脹率、其玻璃化轉變溫度(Tg)——在通過加熱(為降低液體粘度)噴射液體的情況下、和待噴射液體中流脫的樹脂組合物組分量。結果顯示在表1至3中。
-樹脂層評價樣品的生成-
將比較實施例1至3和實施例1至7的樹脂組合物填充在模具中,加熱和在80℃下固化3小時,然后從模具剝離,從而生成具有10mm寬度、500mm長度和1mm厚度的樹脂組合物的固化產物(樹脂層)。
<溶脹性測試>
將各樹脂組合物的固化產物浸沒(在50℃下,40小時,超聲處理)在通過混合1∶1比例的N-甲基吡咯烷酮和純水獲得的評價用測試液中,并基于在測試液體中浸沒之前和之后的固化產物質量,按照以下數學公式計算其溶脹率。
-數學公式1-
溶脹率(%)=[(測試后質量-初始質量)/初始質量]×100
-評價標準-
A:溶脹率小于3%。
B:溶脹率為3%或更高但小于5%。
C:溶脹率為5%或更高但小于10%。
D:溶脹率為10%或更高。
<玻璃化轉變溫度(Tg)測量>
通過在80℃下固化3小時獲得的各樹脂組合物的固化產物的玻璃化轉變溫度(Tg)由以下獲得:根據DSC法(利用熱分析儀器THERMO PLUS,由Rigaku Corporation制造)測量固化產物熱容量發生改變的溫度。基于下列標準評價玻璃化轉變溫度。
-評價標準-
A:玻璃化轉變溫度為70℃或更高。
B:玻璃化轉變溫度為65℃或更高但低于70℃。
C:玻璃化轉變溫度為55℃或更高但低于65℃。
D:玻璃化轉變溫度低于55℃。
<流脫量測試>
將通過在80℃下固化3小時獲得的各固化產物浸沒(在60℃下,1周)在通過混合1∶1體積比的N-甲基吡咯烷酮和純水獲得的評價用測試液中,并利用由Hitachi,Ltd.制造的U-3310測量浸入測試液之前和之后的固化產物的光吸收光譜。基于光譜之差(Δ)計算和基于下列標準評價流脫量。
-評價標準-
A:流脫量小于0.3abs。
B:流脫量為0.3abs或更大但小于0.5abs。
C:流脫量為0.5abs或更大但小于1.0abs。
D:流脫量為1.0abs或更大。
[表1]
[表2]
[表3]
-EP1:雙酚A縮水甘油基醚(環氧當量:190g/eq)
[化41]
-EP2:雙酚F縮水甘油基醚(環氧當量:170g/eq)
[化42]
-EP3:甲酚酚醛清漆環氧樹脂(環氧當量:160g/eq)
[化43]
-EP4:二環戊二烯酚型環氧樹脂(環氧當量:239g/eq)
[化44]
在上述公式中,m表示0.2。
-EP5:二環戊二烯二甲醇型環氧樹脂(環氧當量:165g/eq)
[化45]
-EP6:如下顯示的氨基酚環氧樹脂(環氧當量:95g/eq)
[化46]
-EP7:雙酚六氟異丙基縮水甘油基醚
-EP8:EPIKOTE 871,由Mitsubishi Chemical Corporation制造
-固化劑-
-PA-1(多胺):(TO184,由Mitsubishi Chemical Corporation制造)
-PA-2(多胺):(#296,由Fuji Kasei Co.,Ltd.制造
-T-1:三羥甲基丙烷三(3-巰基丁酸酯)
-T-2:二季戊四醇六(3-巰基丙酸酯)
-T-3:1,3,5-三(3-巰基丙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮
-固化催化劑-
[化47]
[化48]
-偶聯劑-
-C-1:3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(KBM-403,由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)
-C-2:3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KBE-903,由Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.制造)
根據上述結果,比較實施例1、2和3不滿足要求規格,因為其不滿足溶脹性的指定值并且具有高流脫量,雖然其滿足玻璃化轉變溫度(Tg)的指定值。根據溶脹性結果顯而易見,其樹脂層吸收墨并且溶脹。進一步,由于連接部分溶脹,其楊氏模量下降,這降低流路部分的剛度,并且顯著降低流路中使墨流動的壓力,導致頭的噴射可靠性顯著下降。
實施例1實現了較好的溶脹性,并且滿足要求規格。估測樹脂層選擇甲酚酚醛清漆型多官能樹脂提供較好的溶脹性和較好的抗墨性。
實施例2在流脫方面實現了比實施例1更好的性能,并且除抗墨性較好外還滿足要求規格。估測樹脂層采用具有低環氧當量和低分子量的氨基酚型環氧樹脂可以補償痕量未反應部分的反應,導致流脫性能更好和抗墨性較好。
實施例1和實施例2具有低玻璃化轉變溫度(Tg)。低玻璃化轉變溫度(Tg)雖然對于普通業務打印機沒有問題,但對于工業打印機在熱循環中的可靠性方面存在問題,因為頭可被加熱至40℃至60℃,從而降低噴射墨的粘度。
實施例3在溶脹性和玻璃化轉變溫度(Tg)方面實現了到目前為止比實施例1更好的性能,并且除抗墨性較好和抗熱性較好外還滿足要求規格。估測樹脂層采用二環戊二烯型環氧樹脂可以獲得具有高環氧當量并且具有二環戊二烯特有的大體積的多官能結構,以及采用具有低分子量和低活性氫濃度的六官能T-2(DPMP)可以實現墨難滲透的網絡結構和高玻璃化轉變溫度,導致抗墨性更好和抗熱性更好。實施例3具有高玻璃化轉變溫度(Tg),因此用于可在使用期間被加熱的工業打印機沒有問題。
實施例4、5、6和7在流脫方面實現了到目前為止比實施例3更好的性能,并且除更好墨抗性和熱抗性外還滿足要求規格。估測除實施例3的構成外二環戊二烯型反應性稀釋劑的引入也可以減少未反應部分,導致流脫性能更好。
實施例4、5和6具有低流脫量,因此能夠對多種墨具有抗性,并且能夠高度可靠地用于各種墨和可在使用期間被加熱的工業打印機。
(實施例8至18和比較實施例4至8)
-墨溶脹性、初始連接性和連接可靠性的評價-
墨溶脹性測試以下述方式進行。結果顯示在表7至9中。進一步,作為樹脂層的位置保持功能,通過將元件(噴嘴板和流路板)連接在一起,如下述評價初始連接性和連接可靠性。結果顯示在表7至9中。
<處理層生產實施例1和2>
如表4所示,表面處理施加于脫接測試樣品和墨溶脹性測試樣品。
對處理層進行評價,各處理層是固定為Si:Zr元素比2∶1的Zr摻SiO2膜。金屬物質摻入到SiO2膜中的成膜方法是多靶濺射。設定Si和Zr靶,引入O2作為反應氣體,控制給予兩種靶的動力,以使元素比固定。
[表4]
*處理層中上述那些之外的任何元素為10at%或更小。
<脫接測試件>
作為脫接測試件,具有17mm寬度和400μm厚度的單晶Si件分別經加工具有四條狹縫,該狹縫以42.3μm狹縫位置間距移位,并且分別以150dpi間距,以140μm寬度和2,000μm長度(并且連接面積比率為64.7%)形成。
<表面處理>
表面處理施加于各個脫接測試件。作為評價的表面處理,施加SiO2膜和Ta摻SiO2膜。作為成膜方法,利用多靶濺射在樣品上成膜。處理層條件顯示在表4中。
<連接>
表7至9顯示的樹脂組合物施加在各個脫接測試件的連接表面上,達到施加厚度為2.5μm。然后,脫接測試件被覆蓋以由SUS304制成并且具有19mm寬度和20μm厚度的軋制(rolled)SUS平板樣品,其上形成生產實施例1的處理層;或被覆蓋以相同軋制SUS平板樣品,其上形成生產實施例2的處理層,并且在以10cN·m被加壓的同時被加熱,使得其通過在80℃下固化3小時而連接。這個過程經調整使得連接產生的樹脂層具有1.5μm的平均厚度。以這種方式,生產出各個脫接測試樣品。
<墨溶脹性測試樣品的生產>
作為墨溶脹性測試樣品,將表7至9顯示的樹脂組合物填充入模具,加熱,并在80℃下固化3小時,然后將其從模具剝離,從而生產出具有10mm寬度、500mm長度和1mm厚度的樹脂組合物的固化產物。
(墨制備實施例1)
-合成具有結構式(1)的酰胺化合物-
將N,N-二甲基丙烯酰胺(19.828g)和1-丁醇(14.824g)置于配備有攪拌器、熱電偶和氮氣體引入管的300mL可分離燒瓶中,并通過引入的氮氣攪拌。
然后,將叔丁醇鈉(0.388g)加入其中,使其在35℃下反應4小時。在加熱完成后,將磷酸(150mg)加入其中,并將所得溶液均質化,然后留置不觸碰3小時。過濾溶液,去除沉積物,并且通過蒸發器進一步去除任何未反應物。產量為30.5g(其中產量常數為88%)。
將獲得的物質進行1H-NMR測量,并觀察到下列:0.95ppm(3H),1.3ppm(4H)-1.5ppm(4H),2.4ppm(2H),2.9ppm(6H),3.4ppm(2H),和3.7ppm(2H)。因此,獲得的物質證明是以下結構式(1)表示的酰胺化合物。
<結構式(1)的酰胺化合物>
[化49]
-制備表面重整的黑色顏料分散液1-
利用SILVERSON混合器(6,000rpm),將Cabot Corporation制造的黑色PEARLS(注冊商標)1000(BET表面積為343m2/g的炭黑和105mL/100g的DBPA)(100g)、以下結構式(VI)表示的化合物(100毫摩)和離子交換高純度水(1L)在室溫下混合。
當獲得的漿液具有高于4的pH時,將硝酸(100毫摩)加入其中。30分鐘后,將溶解在痕量離子交換高純度水中的亞硝酸鈉(100毫摩)緩慢添加至上述混合物。然后,將混合物加熱至60℃,同時進行攪拌,反應1小時。以這種方式,生成重整的顏料——添加了以下結構式(VI)表示的化合物的炭黑。
<結構式(VI)的化合物>
[化50]
然后,將重整的顏料用NaOH水溶液調節至10的pH,從而在30分鐘后獲得重整的顏料分散液。
連同離子交換高純度水一起,將包含結合了至少一個偕二膦酸基團或偕二膦酸鈉鹽的顏料的分散液用透析膜進行超濾,并進一步進行超聲分散,從而獲得濃縮成按質量計20%顏料固體含量的重整顏料分散液。
獲得的重整顏料分散液的表面處理水平為0.75mmol/g,并且其體積平均粒徑(D50)經粒度分布分析儀(NANOTRACK UPA-EX150,由Nikkiso Co.,Ltd.制造)測量為120nm。
進一步,其鈉離子含量經TOA-DKK ION METER IM-32P測量為27,868ppm,并且其磷(P)含量經元素分析測量為按質量計2.31%。
-水基噴墨的生產-
如下文墨配方表5所示,將水溶性有機溶劑、潤濕劑、滲透劑、表面活化劑、防霉劑和水混合,并攪拌1小時以混合均勻。
然后,將水分散性著色劑(顏料分散液)、消泡劑,和pH調節劑加入其中,并將其混合1小時。將所得物通過具有1.2μm平均孔徑的聚偏二氟乙烯膜過濾器進行壓濾,去除粗顆粒和砂粒,從而生成水基噴墨。
[表5]
表5中的簡碼等表示如下。
-PROXEL GXL:包含1,2-苯并異噻唑啉-3-酮作為主要組分的防霉劑(由Avecia Inc.制造,主要組分:按質量計20%,包含二丙二醇)
-以下結構式(1)的酰胺化合物
[化51]
-以下結構式(8)的化合物
[化52]
-以下結構式(V)表示的酰胺化合物
[化53]
-通式(VIIa)-(q)的化合物
C6F13-CH2CH(OH)CH2O-(CH2CH2O)21-C12H25
(墨制備實施例2)
-溶劑系噴墨的生產-
將下文墨配方表6中顯示的有機溶劑(反應劑,由Kanto Chemical Co.,Inc.制造)混合,并攪拌1小時以混合均勻。將SOLSPERSE 37500(產品名稱,由Lubrizol Corporation制造)和C.I.顏料黑7(產品名稱:“炭黑#970”,由Mitsubishi Chemical Corporation制造)添加至混合物液體,并將其在冰浴中用Nissei Corporation制造的EXCEL AUTO均質器在5,000rpm下攪拌30分鐘,以使其分散成無聚集狀態。此后,用Shinmaru Enterprises Corporation制造的裝有直徑0.3mm的氧化鋯珠的多實驗室型珠磨機DYNO-MIL將其分散,從而獲得顏料分散液液體(顏料平均粒徑為150nm)。
將剩余量的有機溶劑、BYK-340(氟表面活化劑,由Byk-Chemie GmbH制造)、和PARALOID B60(丙烯酸樹脂,由Rohm&Haas Corporation制造)添加至獲得的顏料分散液液體,將其混合并攪拌1小時,然后通過具有5μm平均孔徑的聚四氟乙烯(PTFE)膜過濾器進行壓濾,去除粗顆粒和砂粒(litter),從而生成溶劑系噴墨。
[表6]
<墨溶脹性測試>
將生產的墨溶脹性測試樣品(樹脂組合物的固化產物)分別浸沒在表7至9顯示的墨中(在50℃下,40小時,超聲處理),并基于浸入墨之前和之后的樣品質量按照下文數學公式1計算樣品的溶脹率。
-數學公式1-
溶脹率=[(測試后質量-初始質量)/初始質量]×100
-評價標準-
A:溶脹率小于3%。
B:溶脹率為3%或更高但小于5%。
C:溶脹率為5%或更高但小于10%。
D:溶脹率為10%或更高。
<初始連接性>
利用桌面材料測試機(TENSILON STA-1150,由Orientec Co.,Ltd.制造),將各脫接測試樣品以1mm/min的速率進行五次90°方向脫接強度測量,以測量脫接距離達到5mm時的脫接強度。計算平均脫接強度,并基于下列標準評價初始連接性。
-評價標準-
A:平均脫接強度為1.2N或更大。
B:平均脫接強度為1.0N或更大但小于1.2N。
C:平均脫接強度為0.5N或更大但小于1.0N。
D:平均脫接強度小于0.5N。
注意,平均脫接強度的要求規格為0.5N或更大(A至C)。
<連接可靠性>
將脫接強度測試后各個樣品進行抗墨性測試,并浸沒在表7至9顯示的墨中(浸墨,在60℃下,60天),然后進行脫接測試。
利用桌面材料測試機(TENSILON STA-1150,由Orientec Co.,Ltd.制造),將抗墨性測試后的各樣品以1mm/min速率進行五次90°方向脫接強度測量,以測量脫接距離達到5mm時的脫接強度。計算平均脫接強度,并基于下列標準評價連接可靠性。
-評價標準-
A:平均脫接強度為1.2N或更大。
B:平均脫接強度為1.0N或更大但小于1.2N。
C:平均脫接強度為0.5N或更大但小于1.0N。
D:平均脫接強度小于0.5N。
注意,平均脫接強度的要求規格為0.5N或更大(A至C)。
[表7]
根據表7的結果,比較實施例4和5不滿足要求規格,因為雖然其滿足初始連接性的指定值,但其不滿足溶脹性的要求值,具有相對低的連接可靠性,并且具有低抗墨可靠性。根據溶脹性的結果顯然,估測其樹脂層——樹脂組合物的固化產物——吸收墨并溶脹,從而降低剛度和強度。進一步,對樹脂層和單晶Si元件之間的界面的觀察揭示,Si元件隔離壁上的連接部分的界面被腐蝕,樹脂組合物被墨損害,并且有效連接部分縮小或消失。根據上述結果,估測連接強度顯著降低。
進一步,由于連接部分縮小,流路部分的剛度降低,并且流路中使墨流動的壓力也顯著降低,導致頭的噴射可靠性顯著下降。
如在實施例8至10中,樹脂組合物制備實施例6的應用相對于墨制備實施例1和2可以實現到目前為止更好的溶脹性性能,可以獲得滿足連接可靠性的液體噴射頭。
具體地,實施例10可在溶脹率、初始連接性和連接可靠性方面實現到目前為止比比較實施例更好的性能。估測固化產物實現對抗溶劑系墨的充分抗性,并且溶劑系墨不溶解處理層的SiO2,這挽回了有效連接部分的縮小并且可以獲得充分的連接可靠性。
然后,如在實施例11和12中,樹脂組合物制備實施例9的應用相對于墨制備實施例1和2顯著提高連接可靠性,可以獲得滿足高連接可靠性的液體噴射頭。估測樹脂組合物制備實施例9中的環氧樹脂以較高密度交聯并固化,防止墨在浸墨期間侵入或滲透到樹脂層中,導致高連接可靠性。
進一步,實施例12可在初始連接性和連接可靠性方面實現比實施例9更好的性能,可以獲得滿足高連接可靠性的液體噴射頭。估測樹脂組合物制備實施例9的環氧樹脂中包含的含有高極性氨基的偶聯劑使環氧樹脂能夠與包含具有低活性的Ta化合物的SiTaOx反應或吸附包含具有低活性的Ta化合物的SiTaOx,從而可以獲得高界面強度。估測具有更好初始連接性和更好連接可靠性的液體噴射頭可因此獲得。
[表8]
[表9]
根據表8和9的結果,比較實施例6至8不滿足要求規格,因為雖然其滿足初始連接性的指定值,但其不滿足墨溶脹性的要求值,具有相對低的連接可靠性,并且具有低抗墨可靠性。根據溶脹性的結果顯然,估測其樹脂層——樹脂組合物的固化產物——吸收墨并溶脹,從而降低剛度和強度。進一步,對樹脂層和單晶Si元件之間的界面的觀察揭示,Si元件的隔離壁上的連接部分的界面被腐蝕,樹脂組合物被墨損害,并且有效連接部分縮小或消失。根據上述結果,估測連接強度顯著降低。
進一步,由于連接部分縮小,流路部分的剛度降低,并且流路中使墨流動的壓力也顯著降低,導致液體噴射頭的噴射可靠性顯著下降。
然后,如在實施例14和15中,樹脂組合物制備實施例3和4的應用可以在墨可靠性方面實現更好的性能。估測包含高密度環氧基并且具有高分子量的甲酚酚醛清漆型環氧樹脂用作原料可以獲得具有低吸水率的固化產物。墨滲透抑制還能夠提高連接可靠性。
然后,如在實施例13和16中,樹脂組合物制備實施例5和6的應用可以在墨溶脹性和初始連接性方面實現更好的性能。估測可形成大體積結構的摻二環戊二烯結構的酚醛清漆型環氧樹脂的使用可以獲得高密度結構——盡管其分子量低,并且也可以提高連接強度。
然后,如在實施例17和18中,樹脂組合物制備實施例7和8的應用除溶脹性和初始連接性外還可以在連接可靠性方面實現到目前為止比比較實施例更好的性能。估測二環戊二烯型低分子量環氧樹脂的摻入導致固化產物非常致密的連接網絡,顯著抑制在浸墨期間流脫在墨中的固化產物量。這可以顯著抑制墨在樹脂層中的滲透和樹脂層退化,進而可以抑制SiO2(構成部件和元件的處理層)的腐蝕。
(實施例19至24)
-評價粘接劑層的平均厚度、初始連接性(連接強度)、和連接強度保留率(連接可靠性)-
對平均厚度以下述方式變化的粘接劑層的初始連接性和連接強度保留率進行評價。結果顯示在表10和圖15中。
<初始連接性>
具有17mm寬度和400μm厚度的單晶Si件經加工具有四條狹縫,該狹縫以42.3μm狹縫位置間距移位,并且分別以150dpi間距、140μm寬度和2,000μm長度形成,并且在每個單晶Si件上形成生產實施例1的處理層(連接面積比率為64.7%)。將樹脂組合物制備實施例9施加在各所得單晶Si件的連接表面上,使得樹脂層的厚度比目標厚度厚1μm。將各所得單晶Si件用由SUS304制成并具有19mm寬度和20μm厚度的軋制SUS平板覆蓋,其上形成生產實施例1的處理層,并將其加熱,同時以10cN·m加壓,使得樹脂組合物在80℃下固化3小時。
利用間隙劑(MICROPEARL,由Sekisui Chemical Co.,Ltd.制造)調節樹脂層的厚度。例如,圖16是樹脂層平均厚度用具有1.5μm粒徑的間隙劑調節至1.8μm的連接部分的橫截面圖像。圖17是樹脂層平均厚度用具有3.0μm粒徑的間隙劑調節至2.9μm的連接部分的橫截面圖像。
在連接樣品嵌入環氧樹脂并且經研磨機加工能夠觀察到期望的橫截面后,利用電子顯微鏡(SEM:掃描電子顯微鏡)觀察樹脂層厚度。
利用桌面材料測試機(TENSILON STA-1150,由Orientec Co.,Ltd.制造),將每個連接并固化的樣品以1mm/min的速率進行五次90°方向脫接強度測量,測量脫接距離達到5mm時的脫接強度。計算平均脫接強度,并基于下列標準評價初始連接性。
-評價標準-
A:平均脫接強度為1.2N或更大。
B:平均脫接強度為1.0N或更大但小于1.2N。
C:平均脫接強度為0.5N或更大但小于1.0N。
D:平均脫接強度小于0.5N。
注意,平均脫接強度的要求規格為1.0N或更大(A和B)。
<連接可靠性>
將初始連接性評價后的各個樣品進行抗墨性測試(浸墨,在60℃下,60天)。用于抗墨性測試的墨是配方表5(墨制備實施例1)中顯示的墨。
利用桌面材料測試機(TENSILON STA-1150,由Orientec Co.,Ltd.制造),測量抗墨性測試后的各樣品在浸沒后的初始連接強度和連接強度。按照公式:連接強度保留率(%)=(浸后連接強度/初始連接強度)×100,計算連接強度保留率(%),并基于下列標準評價連接可靠性。
-評價標準-
A:90%或更高
B:70%或更高但小于90%
C:50%或更高但小于70%
D:小于50%
注意,要求規格為50%或更高(A至C)。
[表10]
根據表10的結果,實施例19滿足連接可靠性的規格,但實現低初始連接性而不滿足要求規格。這是因為樹脂組合物的固化產物是具有高交聯密度和因此極高楊氏模量的環氧結構,這難以在樹脂層平均厚度小時獲得足夠的連接強度。
與此相比,實施例23和24滿足初始連接性的規格,但實現低連接可靠性而不滿足要求規格。這是因為平均厚較大的樹脂層導致親水性有機溶劑和含水滲透到樹脂層和連接界面中,從而促進脫接和降低連接強度。
根據上述結果,通過如下可以保證連接可靠性和初始連接性:通過指定樹脂層平均厚度為2.5μm或更小,這可以保證最重要的連接可靠性;和通過指定樹脂層平均厚度為1.0μm或更大,這可以保證高初始強度。
本發明的方面如下,例如。
<1>液體噴射頭,包括:
由第一元件、樹脂層和第二元件構成的流路,
其中樹脂層包含樹脂組合物的固化產物,該樹脂組合物包含:由以下通式(1)表示的環氧化合物;分子中具有2個或更多個硫醇基的多硫醇化合物;和由以下通式(2)表示的咪唑化合物,
[化54]
其中在上述通式(1)中,L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種,和R2表示下式表示的取代基:
[化55]
其中R3和R4各自獨立地表示氫原子和無取代或氟取代甲基中的任一種,和n是4至12的整數,
[化56]
其中在上述通式(2)中,k為1或更大但小于6,j為0或1,R5、R6和R7各自獨立地表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種,R8表示具有1至20個碳原子的亞烷基、亞芳基、和-CH2CH2COO-中的任一種,R9在k為1時表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、芳基、或氰基甲基,并且在k為2至6時表示具有1至20個碳原子的烴基團。
<2>根據<1>所述的液體噴射頭,
其中在通式(2)中,j為1。
<3>根據<1>或<2>所述的液體噴射頭,
其中通式(1)表示的環氧化合物是以下通式(3)表示的環氧化合物,
[化57]
其中在上述通式(3)中,L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,和R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種。
<4>根據<1>至<3>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述樹脂組合物包含以下通式(4)表示的環氧化合物,
[化58]
其中在上述通式(4)中,R表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種。
<5>根據<1>至<4>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述樹脂組合物包含以下通式(5)表示的環氧化合物,
[化59]
其中在上述通式(5)中,R10和R11各自獨立地表示氫原子、和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種。
<6>根據<1>至<5>中任一項所述的液體噴射頭,
其中通式(1)表示的環氧化合物的含量相對于100質量份環氧化合物總量為10質量份至100質量份。
<7>根據<1>至<6>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述多硫醇化合物是選自二季戊四醇六(3-巰基丁酸酯)和1,3,5-三(3-巰基丙基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮的至少一種。
<8>根據<1>至<7>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述樹脂組合物包含以下通式(6)表示的硅烷偶聯劑,
[化60]
其中在所述上述通式(6),R7和R8表示具有1至4個碳原子的烷基,R9表示具有1至20個碳原子的亞烷基、和亞芳基中的任一種,和R10表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種。
<9>根據<8>所述的液體噴射頭,
其中通式(6)表示的所述硅烷偶聯劑是選自3-氨基丙基-三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、和3-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷的至少一種。
<10>根據<1>至<9>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述第一元件和所述第二元件中的至少任一個接觸所述樹脂層的界面包括處理層,所述處理層是包含Si的氧化物,并且所述氧化物包含在所述第一元件和所述第二元件中的任一個上形成鈍態層的過渡金屬。
<11>根據<10>所述的液體噴射頭,
其中所述處理層包含選自IV族和V族過渡金屬的至少一種過渡金屬。
<12>根據<10>或<11>所述的液體噴射頭,
其中所述處理層包含選自Hf、Ta和Zr的至少一種。
<13>根據<1>至<12>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述液體噴射頭包括在所述第一元件和所述第二元件之間的樹脂層,并且所述樹脂層的平均厚度為1.0μm至2.5μm。
<14>根據<1>至<13>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述第一元件是噴嘴板,所述噴嘴板中形成噴射液體的噴射端口,
其中所述第二元件是流路板,所述流路板包括通向所述噴射端口的各個液體腔,并且
其中所述各個液體腔由通過所述樹脂層連接的所述第一元件和所述第二元件形成。
<15>根據<1>至<14>中任一項所述的液體噴射頭,
其中所述樹脂層包含以下通式(1a)表示的結構單元、以下結構式1表示的結構單元、和以下通式(2)表示的咪唑化合物,
[化61]
其中在上述通式(1a),L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種,和R2表示下式表示的取代基:
[化62]
其中R3和R4各自獨立地表示氫原子和無取代或氟取代甲基中的任一種,和n是4至12的整數,
[化63]
[化64]
其中在上述通式(2)中,k為1或更大但小于6,j為0或1,R5、R6和R7各自獨立地表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種,R8表示具有1至20個碳原子的亞烷基、亞芳基、和-CH2CH2COO-中的任一種,和R9在k為1時表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、芳基、或氰基甲基,并且在k為2至6時表示具有1至20個碳原子的烴基團。
<16>生產液體噴射頭的方法,所述液體噴射頭包括由第一元件、樹脂層和第二元件構成的流路,所述方法包括:
將樹脂組合物的固化產物賦予所述第一元件,其中所述樹脂組合物包含以下通式(1)表示的環氧化合物、分子中具有2個或更多個硫醇基的多硫醇化合物、和以下通式(2)表示的咪唑化合物,
將所述第一元件和所述第二元件通過所述樹脂組合物相互連接,和
向所述樹脂組合物施加能量,以固化所述樹脂組合物和形成所述樹脂層,
[化65]
其中在上述通式(1)中,L是0或更大但小于3的整數,m是0.1或更大但小于50的正數,R1表示氫原子和具有1至4個碳原子的烷基中的任一種,和R2表示下式表示的取代基:
[化66]
其中R3和R4各自獨立地表示氫原子和無取代或氟取代甲基中的任一種,和n是4至12的整數,
[化67]
其中在上述通式(2)中,k為1或更大但小于6,j為0或1,R5、R6和R7各自獨立地表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、和芳基中的任一種,R8表示具有1至20個碳原子的亞烷基、亞芳基、和-CH2CH2COO-中的任一種,R9在k為1時表示氫原子、具有1至20個碳原子的烷基、芳基、或氰基甲基,并且在k為2至6時表示具有1至20個碳原子的烴基團。
<17>液體噴射設備,包括:
根據<1>至<15>中任一項所述的液體噴射頭。
<18>成像設備,包括:
容納單元,被配置以容納噴墨墨,和
液體噴射頭,被配置以施加沖擊至所述噴墨墨,以飛射所述墨和在記錄介質上記錄圖像,
其中所述液體噴射頭是根據<1>至<15>中任一項所述的液體噴射頭。
[參考符號列表]
100 液體噴射頭
101 噴嘴
102 噴嘴板
103 流路
104 流路板
105 振動板
113 樹脂層