CN1525999A - 压缩流体配方 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包含一种流体和官能材料的混合物的成像组合物；其中流体被压缩和官能材料被分散和/或溶解在压缩流体中；和其中该混合物是热力学稳定的或热力学亚稳的或两者。

Description

压缩流体配方
本发明的领域
本发明一般涉及包含分散和/或溶解在压缩态流体中的官能材料的成像组合物。该组合物用于在基材上产生高分辨率图案或图像。
本发明的背景
在典型的喷墨记录或印刷体系中，墨滴由喷嘴射向记录元件或介质以在介质上生产图像。墨滴，或记录液体一般包含官能材料，如染料或颜料或聚合物，和大量溶剂。在常规喷墨印刷体系中，液体墨滴使用由振荡压电晶体产生的压力脉冲而由喷嘴射出或加热喷嘴通过气泡形成或油墨相变而产生墨滴。溶剂，或载体液体通常由水，有机材料如一元醇，多元醇或其混合物组成。该体系中可有许多添加剂，这样保持在沉积到接受物上的像素完整性。这些材料可以是表面活性剂，润湿剂，抗微生物剂，流变改性剂，螯合剂，pH调节剂，和渗透剂以及其它。这些材料由于常规油墨配方中的高水加载量而必需。
使用气态推进剂将官能材料如调色剂颗粒沉积到接受物上的技术是已有技术已知的。例如，Peeters等人在U.S.Pat.No.6,116,718中公开了一种用于标记装置的印刷头，其中推进剂气体经过一个通道，官能材料被受控地引入推进剂物流中以形成弹道气溶胶，后者以足够的动能将非胶体，固体或半固体颗粒或液体推向接受物以将标记材料融合至接受物。该技术的一个问题在于，官能材料和推进剂物流是两种不同的实体和推进剂用于向官能材料提供动能。这可造成官能材料聚集，导致喷嘴堵塞和对官能材料沉积控制不好。该技术的另一问题在于，如果官能材料被加入在通道中的推进剂物流，它在离开印刷头之前形成非胶体弹道气溶胶。该非胶体弹道气溶胶是官能材料和推进剂的组合，不是热力学稳定的。因此，官能材料易于沉降在推进剂物流中，这又可造成官能材料聚集，导致喷嘴堵塞和对官能材料沉积控制不好。
热染料转移打印机使用由塑料膜制成的转移带。带上的纸页大小的板由固态青色，品红色和黄色染料组成。由数千个加热元件组成，能够精确温度变化的热印刷头移动横过该转移带。来自加热元件的热造成带上的色料蒸发和扩散到特殊涂覆纸的表面上。精确的温度变化产生变化的颜色密度。加热元件越热，更多的染料蒸发和扩散到该纸的表面上。该技术的问题包括是固体和被转化成气体的官能材料随后沉积到接受物的表面上。另外，热不稳定的材料不能用于给体片材。接受物必须特殊设计用于染料升华印刷和包括可能需要外涂层进行保护的材料。该工艺需要一个单独的步骤，即配方需要通过幕涂工艺单独涂覆到转移带或基材上，随后用于印刷。
使用超临界流体溶剂以产生薄膜的技术也是已知的。例如，R.D.Smith在U.S.专利4,734,227(1988年3月29日授权)中公开了一种沉积固体膜或产生细粉末的方法，其中将固体材料溶解在超临界流体溶液中并随后将该溶液快速膨胀以产生可用于制备膜的细粉末或长薄纤维形式的官能材料颗粒。该方法的一个问题在于，超临界流体溶液的自由射流膨胀导致不能用于在接受物上产生高分辨率图案的非校准的/散焦的喷雾。另外，散焦导致官能材料的损失。Smith方法的另一问题与在于，非常少的材料可完全溶解在超临界流体溶液中，这限制了许多不溶于超临界流体的常用于各种场合的材料的使用。
需要一种用于标记的不同方法-可消除对＂水处理＂添加剂的需求的一种方法。还需要一种能够使官能材料在接受物上高速，准确，和精确沉积的技术。还需要一种允许超小(纳米等级)颗粒的官能材料沉积的技术。还需要一种允许接受物的高速，准确，和精确图案化的技术，这样可用于在接受物上产生高分辨率图案。还需要一种允许具有降低的材料聚集特性的接受物的高速，准确，和精确图案化的技术。
本发明的概述
本发明通过提供一种包含流体和官能材料的混合物的成像组合物而克服以上讨论的问题。流体被压缩和官能材料被分散和/或溶解在压缩流体中。混合物是热力学稳定的或热力学亚稳的或两者。
本发明还提供了一种包含二氧化碳和着色剂的混合物的成像组合物。二氧化碳被压缩和着色剂被分散和/或溶解在压缩二氧化碳中。混合物是热力学稳定的或热力学亚稳的或两者。本发明可用于喷墨，有机发光二极管显示器，滤色阵列，涂布场合，聚合物填料，和薄成膜场合。
本发明公开：
一种包含流体和官能材料的混合物的成像组合物；其中流体被压缩和官能材料被分散和/或溶解在压缩流体中；和其中混合物是热力学稳定的或热力学亚稳的或两者。
附图的简要描述
在以下对本发明优选的实施方案的详细描述中，参考附图。
图1是使用包含用于本发明的Duasyn酸性蓝AE-02染料的压缩流体配方画出的线的光显微图。虚线以宽度约100-200微米得到。
图2是使用包含用于本发明的Duasyn酸性蓝AE-02染料的压缩流体配方画出的线的光显微图。虚线以长度约1.2-5毫米得到。
图3是使用包含用于本发明的Duasyn酸性蓝AE-02染料的压缩流体配方画出的点的光显微图。点以宽度约2毫米得到。
本发明的详细描述
可用于本发明的配方包含分散和/或溶解在压缩流体中的官能材料。
压缩流体是密度大于0.1克/cc的任何材料。
压缩流体可包括压缩液体和/或超临界流体。在低于其临界点的足够高的温度和压力下的材料称作压缩液体。在环境条件下作为气体存在的处于其超临界流体和/或压缩液态的材料在此由于其将有关的官能材料溶解和/或分散成压缩液体或超临界态的独特能力而获得应用。在本文中，呈现压缩液体和/或超临界流体态的所选材料在环境压力和温度下是气体。环境条件对于这一应用场合优选定义为温度-100至+100℃，和压力1×10-8-100atm。对于这一应用场合，更通常，环境条件是温度0-100℃和压力1×10-5至100atm。本领域熟练技术人员应该知道如何选择和保持合适的环境条件使得所选压缩流体在环境条件下是气体。
压缩流体包括，但不限于，二氧化碳，一氧化二氮，氨，氙，乙烷，乙烯，丙烷，丙烯，丁烷，异丁烷，氯三氟甲烷，单氟甲烷，六氟化硫和其混合物。由于其特性，如低成本，宽可用性，等，二氧化碳一般在许多场合中是优选的。
官能材料可以是需要被传输至接受物的任何材料，例如成像染料，陶瓷纳米颗粒等，通过沉积，刻蚀，涂布，包括官能材料在接受物上的放置的其它工艺等，而在接受物上产生图案。
官能材料可选自离子和/或分子类型的物质如有机，无机，金属-有机，聚合物，低聚物，金属，合金，陶瓷，合成和/或天然聚合物，和前述这些的复合材料。官能材料可以是固体或液体。另外，官能材料可以是有机分子，聚合物分子，金属-有机分子，无机分子，有机纳米颗粒，聚合物纳米颗粒，金属-有机纳米颗粒，无机纳米颗粒，有机微颗粒，聚合物微颗粒，金属-有机微颗粒，无机微颗粒，和/或这些材料的复合体，等。在与压缩流体适当混合之后，官能材料与压缩流体一起均匀分布在可以是分散体的热力学稳定的/亚稳的混合物内。
另外，官能材料可被官能化以溶解，分散和/或溶解官能材料在压缩流体中。官能化可通过将碳氟化合物，硅氧烷，烃官能团连接到电致发光材料上而进行。
另外，表面活性剂与官能材料在配方中的比率是0.1∶1-500∶1。更优选，表面活性剂与官能材料的比率是1∶1-100∶1。在本发明的另一优选实施方案中，共-溶剂与官能材料在配方中的比率是0.01∶1-100∶1。在本发明的另一实施方案中，压缩流体与官能材料在配方中的比率是1∶1×105-1∶20。
另外，配方可包含分散剂和或表面活性剂以溶解和/或分散官能材料。分散剂和/或表面活性剂可选自在压缩液体和/或超临界流体介质中具有合适的溶解度以及具有与官能材料的相互作用使得官能材料可溶解的任何种类。这些材料包括，但不限于，氟化聚合物如全氟聚醚，硅氧烷化合物，等。在本发明中优选的表面活性剂包括Fluorolink7004(Ausimont Montedison Group)和Fomblin MF-300(AusimontMontedison Group)。
压缩流体形成连续相和分散和/或溶解在压缩流体中的官能材料形成单个相。该配方保持在对用于特定场合的官能材料和压缩流体合适的温度和压力下。对于此应用场合更通常，配方条件是温度0-100℃和压力1×10-2至400atm。
现在讨论制备配方的方法。用于制造配方的装置已公开于待审U.S.申请系列No.09/794,671，在此将其作为参考全部并入。简要地，官能材料可控地被引入配方储器。压缩流体也可控地被引入配方储器。配方储器的内容物使用混合设备适当混合以确保官能材料和压缩流体之间的密切接触。随着混合工艺的进行，官能材料溶解或分散在压缩流体内。溶解/分散工艺(包括官能材料的量和混合进行的速率)取决于官能材料自身，官能材料的颗粒尺寸和颗粒尺寸分布(如果官能材料是固体)，所用的压缩流体，温度，和配方储器内的压力。当混合工艺完成后，官能材料和压缩流体的混合物或配方是热力学稳定的/亚稳的，因为官能材料溶解或分散在压缩流体内的方式使得可以无限地以相同的状态被包含，只要配方室内的温度和压力保持恒定。该状态不同于其它物理混合物之处在于在配方室内的官能材料颗粒没有沉降，沉淀，和/或聚集，除非改变在储器内的温度和压力的热力学条件。因此，本发明的官能材料和压缩流体混合物或配方被认为是热力学稳定的/亚稳的。
现在讨论用于将配方传输至合适接受物的方法。用于将配方传输至合适的接受物的装置已公开于待审U.S.申请系列No.09/794,671，在此将其作为参考全部并入。简要地，官能材料通过操纵和/或改变温度和/或压力条件而从压缩流体中沉淀。沉淀的官能材料作为合适的成型物流导向接受物。包含官能材料的压缩流体通过合适的孔膨胀进入大气，在此压缩流体变成气体。官能材料开始非反应性地沉淀成颗粒和/或颗粒的聚集体，其中分散剂和/或表面活性剂覆盖这些颗粒和/或附聚物的表面，从而限制颗粒的生长。没有压缩流体的沉淀和/或聚集的官能材料以准确的和精确的方式沉积在接受物上以形成所需图像。因此接受物在官能材料传输至接受物上时即刻干燥。
接受物可以是任何固体，包括有机，无机，金属-有机，金属，合金，陶瓷，合成和/或天然聚合物，凝胶，玻璃，和复合材料。接受物可以是多孔或无孔的。
沉淀纳米材料的尺寸可通过官能材料与分散剂和/或表面活性剂的比率而控制。沉淀纳米材料的尺寸可通过减压步骤通过合适的孔设计和对溶液温度，溶液压力，溶液流速，和官能材料和分散剂和/或表面活性剂的浓度的优化而控制。沉淀纳米材料的尺寸可通过合适选择分散剂和/或表面活性剂材料如分子上的官能团的类型以及在特定压缩液体和/或超临界流体中的溶解度而控制。沉积在接受物上的官能材料的典型颗粒尺寸是1纳米-1000纳米。更优选，官能材料的颗粒尺寸是1纳米-100纳米。
沉淀纳米材料也可通过许多方法而控制。例如，沉淀纳米材料可喷射到合适的基材片材中/上用于固定或纳米材料可在合适的液体中收集。由于纳米材料在减压工艺过程中的表面活性剂涂覆，纳米材料是稳定的和不经历明显聚集。这样，离散纳米颗粒可根据处理条件而得到。
应当理解，没有具体地给出或描述的元件可采取本领域熟练技术人员熟知的各种形式。另外，材料确认为适用于本发明的各方面，例如，官能材料。这些被认为是示例性的，和无意于以任何方式限定本发明的范围。
实施例
实施例1
包含Duasyn酸性蓝AE-02染料的配方的制备
将0.01g Duasyn酸性蓝AE-02(Clariant Corp.)和0.649gFomblin MF-300(Ausimont Montedison Group)(式II)和6.82gCO2(Matheson Group)在23℃下放在高压池中并将压力调节至204atm(3000psig)。对观察池的目测检查表明，体系中的配方是均匀的单个相。
这一点在该体系的浊点在86atm(1258psig)被测定后得到进一步确认。
实施例2：
包含Duasyn酸性蓝AE-02染料与不同的表面活性剂的另一配方的制备
将0.01g Duasyn酸性蓝AE-02(式III)和0.649g Fluorolink7004(式I)(Ausimont Montedison Group)和6.82g CO2(MathesonGroup)在40℃下放在高压池中并将压力调节至150atm。对观察池的目测检查表明，体系中的配方是均匀的单个相。
实施例3：
包含铜酞菁(一种喷墨官能材料)的另一配方的制备
将0.0126g铜酞菁(式IV)，0.4763g Fluorolink7004，和7.06gCO2在25.3℃和在150atm下放在高压池中和混合。在合适的时间之后，体系看上去是均匀的。配方通过针阀膨胀至环境条件5秒。
实施例4：使用在实施例2中制成的配方书写线(具有较低频率驱动)
实施例2的配方在配方储器中保持在150atm和40℃下。该配方通过一个具有300微米狭窄通道的喷嘴膨胀。喷嘴在30Hz下驱动。喷嘴出口和基材之间的距离设定为间隙500微米。使用基材转移速度2英寸/秒。图1显示在宽度约100-200微米下得到的虚线。图2显示在长度约1.5-2毫米下得到的虚线。
实施例5：使用在实施例2中制成的配方进行点成像(具有较高频率驱动)
实施例2的配方在配方储器中保持在150atm和40℃下。该配方通过一个具有300微米狭窄通道的喷嘴膨胀。喷嘴在150Hz下驱动。喷嘴出口和基材之间的距离设定为间隙500微米。使用基材转移速度2英寸/秒。图3显示在宽度约2毫米下得到的点。
式I：用于本发明的表面活性剂Fluorolink 7004的化学结构
Cl(CF2CF(CF3)O)nCF2COOH
式II：用于本发明的表面活性剂Fomblin MF-300的化学结构
式III：用于本发明的Duasyn酸性蓝AE-02染料的化学结构
Figure A0281396000092
                    Duasyn酸性蓝AE-02
                        (酸性蓝9)
                      MW～793g/mol
式IV：用于本发明的铜酞菁的化学结构

Claims (10)

1.一种包含流体和官能材料的混合物的成像组合物；其中流体被压缩和官能材料被分散和/或溶解在压缩流体中；和其中混合物是热力学稳定的或热力学亚稳的或两者。
2.根据权利要求1的成像组合物，其中流体是压缩液体和超临界流体的混合物。
3.根据权利要求1的成像组合物，其中流体选自二氧化碳，一氧化二氮，氨，氙，乙烷，乙烯，丙烷，丙烯，丁烷，异丁烷，氯三氟甲烷，单氟甲烷，和六氟化硫。
4.根据权利要求1的成像组合物，其中官能材料选自有机分子，聚合物分子，金属-有机分子，无机分子，有机纳米颗粒，聚合物纳米颗粒，金属-有机纳米颗粒，无机纳米颗粒，有机微颗粒，聚合物微颗粒，金属-有机微颗粒，无机微颗粒，和复合材料。
5.根据权利要求1的成像组合物，其中官能材料是成像染料，成像颜料，陶瓷纳米颗粒，磁力纳米颗粒或半导体纳米颗粒。
6.根据权利要求1的成像组合物，其中官能材料是颗粒。
7.根据权利要求1的成像组合物，其中官能材料的平均颗粒尺寸是1纳米-1000纳米。
8.权利要求1的成像组合物，其中压缩流体与官能材料的比率是1∶1×105-1∶20。
9.一种包含二氧化碳和着色剂的混合物的成像组合物；其中二氧化碳被压缩和着色剂被分散和/或溶解在压缩二氧化碳中；和其中混合物是热力学稳定的或热力学亚稳的或两者。
10.一种包含流体和官能材料的混合物的成像组合物；其中流体被压缩和官能材料是被溶解，分散和/或溶解在压缩流体中的电致发光材料；和其中混合物是热力学稳定的或热力学亚稳的或两者。
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