DE60214921T2

DE60214921T2 - Verfahren zur Entgasung einer Tinte

Info

Publication number: DE60214921T2
Application number: DE60214921T
Authority: DE
Inventors: Amitava Charlotte Sengupta; Daniel Charlotte Huntsberger; Brian D. Charlotte Miller
Original assignee: Celgard LLC
Current assignee: Celgard LLC
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: EP1243310A3; US6558450B2; EP1243310A2; JP2005305432A; JP2002317131A; US20030116015A1; EP1243310B1; US20020134235A1; DE60214921D1; US6790262B2

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung einer Tinte durch Verwendung eines Membrankontakters.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, Hohlfasermembrankontakter zu verwenden, um Flüssigkeiten zu entgasen. Siehe zum Beispiel den LIQUI-CEL^®-SemiPer^TM-Membrankontakter, der von Celgard Inc. in Charlotte, North Carolina, kommerziell erhältlich ist. Dieser Kontakter verwendet eine homogene, hautlose, symmetrische mikroporöse Polypropylen-Hohlfasermembran, die mit einem Fluorpolymer beschichtet ist und verwendet wird, um Gase aus Photoresist-Entwicklerlösungen, Lösungen von lithographischen Druckplatten sowie photographischen Film- und Papieremulsionen zu entfernen. Bei diesem Kontakter fließen die obigen Flüssigkeiten über die äußeren Oberflächen der Hohlfasern.
Tinten, zum Beispiel Tinten für Tintenstrahldrucker, sind empfindlich gegenüber Blasenbildung. Die Bildung von Blasen, während die Tinte ausgegeben wird, kann unter anderem nachteilig für Qualitätsdruckanwendungen oder Patronenfüllvorgänge sein. Siehe zum Beispiel Europäische Patentschrift 1 033 163, Absatz 0014.
Für Probleme mit Blasen in der Tinte wurden mehrere Lösungen auf Membranbasis vorgeschlagen. Siehe zum Beispiel die Japanischen Offenlegungsschriften 5-17712, 10-60339, 10-298470, die Europäischen Patentschriften 1 033 162, 1 052 011 und das US-Patent 6,059,405. Man beachte bitte auch die Europäische Patentschrift 1 033 162, Absatz 0007, wo zusätzliche Techniken zur Entfernung von gelösten Gasen aus chemischen Flüssigkeiten durch Verwendung einer Membran aufgezählt sind.
Die Japanische Offenlegungsschrift 5-17712 offenbart die Verwendung von Membranen aus Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polystyrol oder Polymethylmethacrylatharzen (Absatz 0008), und die Tinte fließt auf der Lumenseite der Membran (Absatz 0007).
Die Japanische Offenlegungsschrift 10-60339 offenbart die Verwendung von Membranen aus einem Fluorharz (Anspruch 2), und die Tinte fließt auf der Lumenseite der Membran (Abstract).
Die Japanische Offenlegungsschrift 10-298470 (und die entsprechende Europäische Patentschrift 1 052 011) offenbart die Verwendung von Verbundmembranen (oder konjugierten oder mehrschichtigen Membranen) mit porösen und nichtporösen Schichten und schlägt unter anderem die Verwendung von Polymethylpenten (oder PMP oder Poly-4-methylpenten-1) vor (Absatz 0018–0020), und die Tinte fließt auf der Lumenseite der Membran (Abstract).
Die Europäische Patentschrift 1 033 162 offenbart die Verwendung von Verbundmembranen mit porösen und nichtporösen Schichten und schlägt unter anderem die Verwendung von PMP (Absatz 0026 und 0048) für beide Schichten vor, und die Tinte fließt auf der Lumenseite der Membran (Absatz 0054).
Das US-Patent Nr. 6,059,405 offenbart die Verwendung einer Membran, einer Hohlfasermembran, und die Tinte fließt auf der Lumenseite der Membran (Spalte 3, Zeile 55–65).
Während jede der obigen Lösungen einen gewissen Erfolg beim Erreichen des Entgasungsziels hatte, besteht immer noch ein Bedürfnis nach einem Verfahren zum Entfernen von mitgeschleppten Gasen aus Tinten in einer einfachen und kosteneffektiven Weise.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung einer Tinte wie in Anspruch 1.
Beschreibung der Zeichnungen
Zur Erläuterung der Erfindung ist in den Zeichnungen eine Form gezeigt, die zur Zeit bevorzugt wird, wobei man sich jedoch darüber im Klaren sein sollte, dass diese Erfindung nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Verkörperungen beschränkt ist.
1 ist eine schematische Darstellung eines Tintenentgasungssystems.
2 ist eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform eines Membrankontakters, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird.
3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Membrankontakters.
4 ist eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des Membrankontakters.
5 ist eine Graphik, die die Leistungsfähigkeit des CELGARD-SemiPer-Kontakters der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Wir beziehen uns auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Zahlen gleiche Elemente bezeichnen; in 1 ist ein Tintenentgasungssystem 10 gezeigt. Das Tintenentgasungssystem 10 umfasst ein Tintenreservoir 12. Ein Membrankontakter 14 befindet sich in Fluidverbindung mit dem Reservoir 12. Eine Endverwendungsanwendung 16 befindet sich in Fluidverbindung mit dem Membrankontakter 14. Die Endverwendungsanwendung kann unter anderem ein Tintenstrahl-Druckkopf (thermisch oder piezoelektrisch), eine Tintenpatronen-Füllstation oder dergleichen sein.
Tinte, wie der Ausdruck hier verwendet wird, ist eine Flüssigkeit, die Pigmente oder Farbstoffe enthält. Tinten haben vorzugsweise eine Oberflächenspannung, die bei Raumtemperatur kleiner als die von Wasser ist (d.h. etwa 72,75·10^–5 Newton pro Zentimeter (72,75 dyn/cm) bei 20 °C und 71,20·10^–5 Newton pro Zentimeter (71,20 dyn/cm) bei 30 °C). Diese Tinten werden vorzugsweise in Computerdruckern oder anderen Druckern des Tintenstrahltyps verwendet. Solche Tinten haben vorzugsweise eine Viskosität von 0,8 bis 10 Millipascalsekunden (0,8 bis 10 Centipoise (cP)), eine Dichte von 0,7 bis 1,5 Gramm pro Milliliter (g/ml) und eine Oberflächenspannung von 2·10^–4 bis 4·10^–4 Newton pro Zentimeter (20 bis 40 dyn pro Zentimeter (dyn/cm)).
Der Membrankontakter 14, der unten ausführlicher diskutiert wird, ist ein Hohlfasermembranmodul mit externem Fluss. Hohlfasermembrankontakter sind bekannt. Siehe zum Beispiel: US-Patente Nr. 3,228,877, 3,755,034, 4,220,535, 4,940,617, 5,186,832, 5,264,171, 5,284,584, 5,449,457. Der Membrankontakter 14 hat eine Lumenseite und eine Schalenseite. Die Lumenseite, die auch als interne Seite bekannt ist, ist großenteils durch das Lumen der Hohlfaser definiert. Die Schalenseite, die auch als externe Seite bekannt ist, ist teilweise durch die äußere Oberfläche der Hohlfaser definiert. Die Tinte wandert durch die Schalenseite (oder externe Seite), während das Vakuum (oder Vakuum und Spülgas) auf die Lumenseite (oder interne Seite) angewendet wird. Dadurch treten mitgeschleppte Gase aus der Tinte von der Schalenseite durch die Membran zur Lumenseite über. Der Kontakter 14 besteht aus Komponenten, die gegenüber der Tinte (oder anderen Flüssigkeit) inert oder unreaktiv sind. Vorzugsweise bestehen diese Komponenten aus Kunststoff, aber es können auch Metalle verwendet werden.
Die Membran ist vorzugsweise eine semipermeable, gasselektive, heterogene, integral asymmetrische und flüssigkeitsundurchlässige Membran. Die Membran hat eine Permeabilität von weniger als 7,5·10^–16 m²·s^–1·Pa^–1 (100 Barrer). Die Membran hat vorzugsweise eine aktive Oberfläche von 0,1 bis 20 m². Die Membran ist eine hautbedeckte Membran, und die Haut befindet sich auf der Schalenseite. Die Membran ist eine einschichtige Membran (z.B. keine Verbund- oder mehrschichtige Membran) und besteht aus einem Homopolymer von Polymethylpenten. Siehe zum Beispiel das US-Patent Nr. 4,664,681.
Wir beziehen uns jetzt auf 2; die Tinte 22 tritt über den Tinteneinlass 24 des Kernrohrs 26 in den Kontakter 14 ein. Das Kernrohr 26 umfasst einen perforierten Bereich 28 unmittelbar vor dem Block 30. Die Tinte 22 wandert durch den Einlass 24 des Kernrohrs 26 und verlässt das Rohr 26 über Perforationen 28, wenn sie von Block 30 abgelenkt wird. Dann wandert die Tinte 22 über die äußeren Oberflächen von Hohlfasern 34. Die Tinte 22 tritt über Perforationen 28 auf der anderen Seite des Blocks 30 erneut in das Kernrohr 26 ein und verlässt das Rohr 26 über den Tintenauslass 32. Die Hohlfasern 34 umgeben das Kernrohr 26 und werden durch Rohrplatten 36 im Wesentlichen parallel zur Achse des Rohres 26 gehalten. Die Hohlfasern 34 erstrecken sich durch die Rohrplatte 36 und stehen in Verbindung mit den Kopfräumen 38 an beiden Enden des Kontakters 14, so dass Vakuum 44, das an den Anschlüssen 40 und 42 gezogen wird, über die Kopfräume 38 in Verbindung mit der Lumenseite steht. Der Anschluss 40 kann zum Beispiel auch verwendet werden, um ein Spülgas einzuleiten, das die Entfernung des mitgeschleppten Gases erleichtert.
Wir beziehen uns jetzt auf 3; der Kontakter 14' ist derselbe, wie er in 2 gezeigt ist, abgesehen von einem Strömungsbrecher 46, der sich innerhalb der Schalenseite befindet, und der Anschluss 40 wurde verlagert. Der Strömungsbrecher 46 wird hinzugefügt, um die Verteilung der Tinte über alle äußeren Oberflächen der Hohlfasern 34 zu fördern. Der Anschluss 40 wird verlagert, um zu veranschaulichen, das der Ort des Anschlusses nicht entscheidend ist.
Wir beziehen uns jetzt auf 4; der Kontakter 14'' unterscheidet sich von den Kontaktern 14 und 14', indem der Tintenauslass 32 vom terminalen Ende des Kernrohrs 26 weg zur Kontakterschale verlagert ist, wie es gezeigt ist. Das Vakuum 44 steht in Verbindung mit dem Kopfraum 38, der wiederum mit den Lumen der Hohlfasern 34 in Verbindung steht. Der zweite Kopfraum, der in den vorigen Ausführungsformen gezeigt wurde, wurde beseitigt. Die Tinte 22 tritt in den Tinteneinlass 24 des Kernrohrs 26 ein. Die Tinte 22 tritt über die Perforationen 28 aus dem Rohr 26 aus, wandert über die äußeren Oberflächen der Hohlfasern 34 und verlässt die Schalenseite über den Auslass 32. Der Auslass 32 kann sich auch an anderen Stellen der Außenseite des Kontakters befinden, so dass er eine Verbindung mit der Schalenseite aufrechterhält.
Im Betrieb werden mitgeschleppte Gase, die Blasen bilden, durch eine Konzentrationsdifferenz über die Membran, das heißt durch Diffusion, aus der Tinte entfernt. Ein Vakuum, das im Bereich von 25 bis 200 Torr liegt, wird auf der Lumenseite der Membran angelegt, und die Tinte mit dem mitgeschleppten Gas steht in Kontakt mit der Schalenseite (oder äußeren Oberfläche) der Membran. Die Differenz der Konzentration (Partialdruck des Gases) treibt das Gas aus der Tinte auf der Schalenseite durch die Membran zur Lumenseite. Durch Leiten der Tinte durch die Schalenseite (oder äußere Seite) im Gegensatz zur Lumenseite wird weiterhin der Druckabfall der Tinte über den Kontakter stark reduziert, und zwar weil der Durchtritt durch die Lumen für einen viel größeren Strömungswiderstand sorgt als der Raum auf der Schalenseite. In 5 wird die Leistungsfähigkeit eines Kontakters gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem SemiPer-Kontakter von Celgard verglichen. Die Graphik veranschaulicht die "Entfernungseffizienz für gelösten Sauerstoff (DO)" (%) als Funktion der Wasserströmungsgeschwindigkeit (Liter/Minute) bei 20 °C und 35 Torr Vakuum. Wasser wurde anstelle von Tinte verwendet, aber die Leistungsfähigkeit des Kontakters wird als analog zu den obigen Tinten unter den angegebenen Bedingungen angesehen. Die obere Kurve stellt die Leistungsfähigkeit der vorliegenden Erfindung dar (2,5'' Durchmesser), und die untere Kurve stellt die Leistungsfähigkeit des SemiPer-Kontakters dar (2,5'' Durchmesser).

Claims

Verfahren zur Entgasung einer Tinte, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Tinte mit einem darin eingeschlossenen Gas; Bereitstellen eines Membrankontakters, der eine Menge von einschichtigen, mit einer Haut versehenen mikroporösen Polymethylpenten-Hohlfasermembranen umfasst, wobei die Membran innerhalb des Kontakters eine Lumenseite und eine Schalenseite definiert und sich die Haut auf der Schalenseite befindet; Herstellen eines Vakuums; Leiten der Tinte mit dem darin eingeschlossenen Gas durch die Schalenseite des Kontakters; Anlegen des Vakuums auf der Lumenseite des Kontakters; und Entgasen der Tinte mit dem darin eingeschlossenen Gas durch die Membran hindurch.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Tinte eine Oberflächenspannung hat, die kleiner ist als die Oberflächenspannung von Wasser bei Raumtemperatur.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Tinte eine Viskosität von 0,8 bis 10 Millipascalsekunden (0,8 bis 10 Centipoise), eine relative Dichte von 0,7 bis 1,5 Gramm pro Millimeter und eine Oberflächenspannung von 2 × 10^–4 bis 4 × 10^–4 Newton pro Zentimeter (20 bis 40 dyn pro Zentimeter) hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Membran eine aktive Oberfläche von 0,1 bis 20 m² hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Membran eine Permeabilität von weniger als 7,5 × 10^–16 m²·s^–1·Pa^–1 (100 Barrer) hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Membran eine semipermeable, gasselektive, heterogene, flüssigkeitsundurchlässige Membran ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Membran aus einem Homopolymer von Polymethylpenten besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Vakuum im Bereich von 3,333 × 10³ bis 2,666 × 10⁴ Pascal (25 bis 200 Torr) liegt.