CH617517A5 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Corona-Behandlung einer laufenden Folienbahn, wobei die Bahn einer Wechselstrom-Corona-Entladung ausgesetzt wird, auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens und auf die Anwendung des Verfahrens für die Herstellung eines Schichtträgers für photographische Silberhalogenidschichten.

Als Schichtträger für photographische Silberhalogenidschichten werden häufig beidseitig mit Polyäthylen kaschierte

Papiere benutzt. Um eine gleichmässige Benetzung mit den wässrigen Gelatinesilberhalogenidemulsionen zu erzielen und im Hinblick auf eine reibungslose Verarbeitung derartiger photographischer Papiere in Entwicklungsmaschinen ist eine ein-5 wandfreie Nasshaftung der Gelatineschicht auf der Unterlage wesentlich. Zu diesem Zweck wird die Polyäthylenoberfläche vor dem Beguss mit der wässrigen Gelatineschicht chemisch und physikalisch modifiziert. Eine derartige Modifizierung lässt sich z.B. erreichen durch Ionen- und Elektronenstoss in einer elek-< trischen, auf die Polyäthylenoberfläche einwirkenden Corona-Entladung (siehe z.B. DE—AS 2 010 478). Durch nachfolgende Reaktion der primär durch Wasserstoff-Abstraktion und Kettenbruch gebildeten Kohlenstoffradikale miteinander und mit Sauerstoff, Ozon, Stickstoffoxiden und Wasser entstehen Per-s oxide, Ozonide, Persäuren, Ketone, Aldehyde, Carbonsäuren u.a., die teils oberflächenständig gebunden, aber auch niedermolekular in konzentrierter Form vorliegen und allmählich verdampfbar sind (siehe H.G. Fitzky, G-I-T-Fachzeitschrift 18 (1974), 117/124,199/200).

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Als Aufgabe der Corona-Behandlung wurde bisher vornehmlich die Bildung einer für eine Haftung hinreichend hohen Oberflächenkonzentration derartiger Zentren auf dem Polyäthylen angesehen, die zudem eine gute Verankerung im Poly--5 mergerüst aufweisen sollte. Neben diesen fest lokalisierten Zentren wird bei der Corona-Behandlung ein breites Spektrum niedermolekularer Bruchstücke erzeugt, das vor der Aufbringung der photographischen Schichten zweckmässigerweise entfernt wird, da es zum mindesten teilweise zur Diffusion in diese m Schichten neigt und dort Fleckenbildung und Desensibilisierung hervorrufen kann. Die niedermolekularen Produkte können durch Abdampfen, Abwaschen oder durch eine Zwischenschicht in ihrer Wirksamkeit reduziert werden.

Neben den chemisch wirkenden Störprodukten tritt ein i5 elektrostatisches Ladungsmuster auf der Polyäthylenschicht in Erscheinung, das beim Beguss mit Gelatineschichten zu entsprechenden Oberflächenstrukturen führt und ausserdem die Entstehung hoher elektrischer Aufladungen mit entsprechenden Entladungserscheinungen beim Transport des Bandes be-40 günstigt.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind spezielle Entladungsverfahren vorgeschlagen worden (DE-AS 2 010 478 und DE-OS 2 044 828). Die Einstellung der Verfahrensbedingungen ist dabei kritisch. Eine Optimierung ist in der Praxis schwer 45 durchzuführen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte Corona-Behandlungsverfahren zu intensivieren und gleichzeitig die Störungen durch die Aufladung und Erzeugung von niedermolekularen Abbauprodukten zu reduzieren. Diese so Forderungen erscheinen zunächst miteinander unvereinbar. Es hat sich aber gezeigt, dass dieses komplexe Problem mit überraschend geringem Aufwand durch eine zweistufige Corona-Behandlung der Bahn gelöst werden kann. Erfindungsgemäss wird also die Bahn einer Wechselstrom-Corona-Behandlung in 55 zwei aufeinanderfolgenden Stufen ausgesetzt. Dabei liegt die Frequenz der Corona-Entladung in der ersten Stufe im Bereich von 5 bis 100 kHz und in der zweiten Stufe im Bereich von 500 bis 2000 kHz. Vorzugsweise wird die Corona-Frequenz der ersten Stufe im Bereich von 40 bis 60 kHz und in der zweiten 60 Stufe von 1000 bis 1500 kHz gewählt.

Zweckmässig wird bei einer Bahngeschwindigkeit von 0,5 bis 1,5 m/s mit Entladungsstromstärken von 1 bis 10 mApro cm gearbeitet.

Die Vorrichtung zur Ausführung des beschriebenen Verfah-fi5 rens ist im Patentanspruch 2 definiert.

Bei einer modifizierten Ausführung sind die Walzen der zweiten Corona-Stufe elektrisch und kapazitätsarm gegen Erde isoliert und werden mit zwei um 180° phasenverschobenen

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Wechselspannungen symmetrisch gegen Erde gespeist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Patentansprüchen 7-10 beschrieben.

Es hat sich herausgestellt, dass durch die Wahl einer geeigneten Frequenz in der ersten Corona-Stufe eine besonders s wirksame chemische Modifizierung des polyäthylenkaschierten Schichtträgers erzielt wird. Das Optimum liegt bei 5 bis 8 kHz. Das erfindungsgemässe Verfahren ist in dieser Hinsicht den bisher bekannten Verfahren überlegen. Die zweite Corona-Behandlungsstufe mit wesentlich höherer Frequenz bewirkt ; » eine Entfernung der niedermolekularen Abbauprodukte aus der ersten Stufe und gleichzeitig eine weitgehende Neutralisierung des ebenfalls durch die erste Stufe erzeugten Ladungsbildes. Unmittelbar nach der Corona-Behandlung kann die Bahn durch eine Beschichtungsapparatur geführt werden, wo sie mit der î s photographischen Silberhalogenidemulsion beschichtet wird. Die Qualität und Gleichmässigkeit der photographischen Materialien ist dann ein empfindliches Mass für die Güte der Corona-Behandlung. In dieser Hinsicht konnte ein wesentlicher Fortschritt erzielt werden. Im folgenden wird die physikalisch-che- 2» mische Wirkungsweise der Zweistufen-Corona-Behandlung näher erläutert und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung anschaulich erklärt.

Es zeigen 25

Figur 1 die Intensität der chemischen Modifizierung als Funktion der Frequenz,

Figur 2 die elektrische Homogenität der Polyäthylenschicht nach Verlassen der zweiten Corona-Behandlungsstufe und

Figur 3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der zweistufigen Corona-Behandlungsapparatur.

In Figur 1 ist als Ordinate der Wirkungsgrad der Ozonbildung in der Corona-Entladung in einer Luftatmosphäre von 1013 mbar bei ca. 40% Restfeuchte aufgetragen. Anhand von IR- und ATR-Messungen und Elektronenspinnresonanzunter- 3S suchungen hat sich nämlich herausgestellt, dass die Konzentration des gebildeten Ozons in der Corona-Entladung ein Mass für die chemische Wirksamkeit der Corona-Behandlung darstellt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass ein Maximum der Ozonkonzentration im Bereich um 5 bis 8 kHz erreicht wird. 411 Bei höheren Frequenzen bis etwa 1 MHz nimmt der Ozongehalt monoton bis auf Null ab. Ursache dafür ist die mit steigender Frequenz immer weniger im Nulldurchgang verlöschende Gasentladung, die zur thermischen Spaltung primär gebildeten Ozons führt. Ebenso nimmt mit fallender Frequenz der Wir- 45 kungsgrad der Ozonbildung ab. Darüber hinaus wurde gefunden, dass bei niedrigen Frequenzen in der Grössenordnung von 50 Hz makroskopische Durchschlagsstellen auftreten, die auf eine zu lange Brenndauer der Einzelentladung während einer Halbwelle zurückzuführen sind. 50

Der Grund für die Frequenzabhängigkeit der chemischen Wirkung der Corona-Behandlung liegt also in erster Linie in der Frequenzabhängigkeit der Ozonkonzentration. Eine weitere Ursache für die Frequenzabhängigkeit der chemischen Wirkung 55 ist die Zunahme der örtlichen Dichte der chemisch modifizierten Bezirke in der Polyäthylenoberfläche mit zunehmender Frequenz bei fest vorgegebener Bahngeschwindigkeit. Dieser Effekt wirkt also dem mit steigender Frequenz geringer werdenden Ozoneinfluss entgegen (Frequenzbereich 5 bis 70 kHz). so

Die Wahl der Frequenzen fx und f2 für die erste und zweite Corona-Stufe ist nicht voneinander unabhängig. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass das Ladungsbild in der Polyäthylenschicht bei Frequenzen im Bereich von f 1 = 5 bis 20 kHz in der ersten Stufe eine so hohe Inhomogenität aufweist, dass es durch m die Nachbehandlung in der zweiten Stufe nicht mehr vollständig gelöscht werden kann. Es ist daher zweckmässig, in der ersten Stufe nicht mit Frequenzen unterhalb 40 kHz zu arbeiten.

Die zweite Corona-Stufe dient zur Beseitigung der elektrostatischen Ladungsinhomogenitäten an der Oberfläche des Polyäthylenschichtträgers und zur Entfernung der niedermolekularen Abbauprodukte aus der ersten Stufe der Corona-Behandlung. Die zweite Stufe beseitigt also die Störungen der ersten Corona-Stufe. Sie wird mit wesentlich höheren Frequenzen, d.h. mit Frequenzen oberhalb 500 kHz, betrieben. Die Wahl der Frequenz in der zweiten Stufe richtet sich auch nach der Walzengeometrie. Dabei spielt die Grösse des Luftspaltes, in dem die Entladung brennt, eine wichtige Rolle. In Figur 2 ist die Wirkung der Corona-Entladung in der zweiten Stufe auf den Abbau der Inhomogenität der elektrischen Oberflächenfelder im Polyäthylenschichtträger als Funktion der Frequenz dargestellt. Parameter ist die Grösse des Luftspaltes, in dem die Corona-Entladung brennt. Demnach sind zur Homogenisierung Frequenzen oberhalb 500 kHz und Luftspalte unterhalb 0,5 mm anzustreben. Optimal dürften bei der gegebenen Walzenanordnung (siehe auch Figur 3) Frequenzen um 1300 kHz sein. Oberhalb etwa 2500 kHz tritt eine mit steigender Frequenz (gemessen bis 27 000 kHz) stark zunehmende aerodynamische Instabilität der Entladung ein, die auf bewegte, an der Bahn anhaftende Luftschichten zurückzuführen ist. Dies bewirkt ein Ansteigen der Restinhomogenität des Ladungsbildes an der Oberfläche.

Neben der Homogenisierung des Ladungsbildes und der Beseitigung der niedermolekularen Abbauprodukte bewirkt die Corona-Behandlung in der zweiten Stufe auch eine günstige Modifizierung von gewissen instabilen Gruppierungen der Polymeroberfläche (z.B. Spaltung von Peroxiden). Diese Modifizierung ist insofern wichtig, als stark oxidierend wirkende Produkte bei dem unmittelbar darauf folgenden Beguss des Schichtträgers mit photographischen Silberhalogenidemulsio-nen in die photographische Schicht eindiffundieren und dort eine Desensibilisierung oder Fleckenbildung verursachen. Die Unterdrückung der Neubildung oxidativ wirkender Verbindungen (Peroxide, Ozonide u.a.) kann durch Anwendung einer sauerstofffreien Gasatmosphäre, z.B. reiner Stickstoff, erreicht werden. Daneben begünstigt eine reine Stickstoffatmosphäre in der Corona-Entladung auch die Homogenisierung des Ladungsbildes. Eine weitere Möglichkeit zur Entfernung von Peroxiden besteht darin, dass man so hohe Corona-Ströme verwendet,

dass eine lokale Kurzzeiterwärmung der Oberfläche eintritt.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der erfindungsge-mässen zweistufigen Corona-Behandlung einer polyäthylenkaschierten Papierbahn in Form eines Ausführungsbeispieles beschrieben. Die Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau der beiden aufeinanderfolgenden Corona-Behandlungsstufen. Die polyäthylenkaschierte Papierbahn 1 durchläuft dabei zwei hintereinander geschaltete, den beiden Corona-Stufen entsprechende Walzensysteme 2 und 3, die jeweils aus 2 bis 4 Walzenpaaren bestehen. Je ein Walzenpaar der ersten und der zweiten Stufe ist in Figur 3 dargestellt. Die Corona-Walzen 4 und 5 der ersten und zweiten Stufe befinden sich auf hohem Wechselspannungspotential. Sie sind mit einer 1-2 mm dicken PTFE-Schicht 6 als Dielektrikum überzogen und rotieren mit einer der Bahngeschwindigkeit entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit. Die Bahngeschwindigkeit liegt im allgemeinen zwischen 0,5 und 1,5 m/s. In geringem Abstand von den Corona-Walzen 4 und 5 sind metallische Gegenwalzen 7 und 8 angeordnet, die von der Bahn 1 umschlungen werden. Die Führungswalzen 7 und 8 befinden sich auf Erdpotential. In der ersten Corona-Stufe 2 beträgt der Luftspalt zwischen Corona-Walze 4 und Gegenwalze 7 0,5 bis 2 mm zur Polyäthylenoberfläche, in der zweiten Stufe 0 bis 0,5 mm. Der dielektrische Belag der Corona-Walze verbessert die Homogenität der Corona-Entladung. Bei einer metallisch leitenden Corona-Walze können höhere Feldgradienten infolge der Rauhigkeit der Metalloberfläche auftreten.

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Zur Speisung der Corona-Entladung in der ersten Stufe einer hohen Wechselspannungsfrequenz, z.B. 1300 kHz. Im wird eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 40-60 kHz gleichen Sinne wirkt eine direkte Einblasung von Reinstickstoff und einer Amplitude von 8-15 kV benutzt. Die Corona-Strom- mit weniger als 0,01 % Sauerstoffgehalt über einen beidseitig stärke beträgt 0,5 bis 5 mA pro cm Walzenbreite. Die Entla- angebrachten Längsspalt direkt in die Corona-Zone 10. Die dung 9 brennt in der Zone des Luftspaltminimums. s Stromstärken der Corona-Entladung in der zweiten Stufe liegen

Die Walzenanordnung beider Stufen ist zweckmässig in zweckmä sig bei 1 bis 10 mA/cm. Die Speisespannung liegt einem gasdichten Gehäuse mit Ein- und Austrittsspalten für die beispielsweise bei ca. 4 kV. Das elektrostatische Ladungsbild Bahn untergebracht (nicht gezeigt). Ozon-Konzentrationsmes- zeigt nach dieser Behandlung eine praktisch völlige Homogeni-sungen können auf spektroskopischem und chemischem Wege tät, so dass Benetzungsstörungen bei der nachfolgenden ausgeführt werden. Die Corona-Entladung 9 in der ersten Stufe m Beschichtung vermieden werden. Die Kurzzeiterhitzung der wird vorteilhaft in Lùft betrieben. Ein Gasaustausch kann durch Polyäthylenoberfläche ist bei der oben angegebenen elektri-stete Durchspülung erfolgen, wobei auch die verdampften sehen Leistung ausreichend, um eine Zerstörung von schädli-

Reaktionsprodukte abgeführt werden können. chen Peroxiden zu gewährleisten. Die Kurzzeiterhitzung ist

Das nach der Behandlung in der ersten Corona-Stufe 2 im auch hinreichend, um niedermolekulare, aus der ersten Stufe Polyäthylen vorhandene Ladungsmuster kann z.B. durch ein i s der Corona-Behandlung stammende Bruchstücke des Polyäthy-Toner-Bad ähnlich der Xerographie sichtbar gemacht werden. lens quantitativ zu verdampfen.

Es besteht im wesentlichen aus einer statistisch verteilten Bei einer Variante der Corona-Behandlungsapparatur

Punktstruktur mit Abschattierungen. Die zweite Corona-Stufe gemäss Figur 3 werden die Walzen 5 und 8 in der zweiten Stufe (3) dient, wie oben ausgeführt, in erster Linie zur Beseitigung mit zwei um 180° phasenverschobenen Wechselspannungen bzw. Homogenisierung des Ladungsbildes. In der zweiten m symmetrisch gegen Erde gespeist. Die Gegenwalze 8 muss dann Corona-Stufe beträgt der Luftspalt zwischen Corona-Walze 5 ebenfalls gegen Erde isoliert sein. Beide Walzen 8 und 5 müssen und Gegenwalze 8 beispielsweise 0-0,5 mm. Die Corona-Walze in diesem Fall kapazitätsarm gegen Erde aufgebaut sein. Ihre liegt also praktisch auf der Bahn 1 auf. Dies hat zur Folge, dass Erdkapazität soll jeweils 200 pF nicht überschreiten, die Corona-Entladung 10 in der zweiten Stufe zweiteilig vor und Unmittelbar im Anschluss an die zweite Corona-Behand-nach der Berührungsstelle der Corona-Walze 5 mit der Poly- 25 lungsstufe (3) kann die polyäthylenkaschierte Papierbahn 1 zu äthylenoberfläche brennt. Durch den geringen Luftspalt wird einer Beschichtungsapparatur geführt und mit einer photogra-eine sehr hohe Homogenität der Corona-Entladung erzielt phischen Gelatinesilberhalogenidemulsion beschichtet werden,

(stark erhöhte Zahl und geringe Energie der Einzelentladun- Geeignete Beschichtungsapparaturen sind in grosser Zahl in dei gen). Die Homogenität wird weiter begünstigt durch die Wahl Literatur beschrieben (DE-PS 1 303 763). Auf eine Erläute-

30 rung kann daher an dieser Stelle verzichtet werden.

C

2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

617 517 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Corona-Behandlung einer laufenden Folienbahn, wobei die Bahn einer Wechselstrom-Corona-Ent-ladung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Corona-Behandlung in zwei aufeinanderfolgenden Stufen erfolgt und dass die Frequenz der Corona-Entladung in der ersten Stufe im Bereich fi = 5-100 kHz und in der zweiten Stufe im Bereich von f2 = 500-2000 kHz liegt.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (1) in der ersten Stufe (2) und in der zweiten Stufe (3) jeweils zwischen mindestens einem Paar von drehbaren Walzen (4,7 und 5,8) hindurchführbar ist, wobei von mindestens dem Walzenpaar (4,7) der ersten Stufe (2) die eine Walze (7) elektrisch leitend und geerdet ist, während die dazugehörende andere Walze (4) einen metallischen Kern besitzt, mit einem 1-3 mm dicken Dielektrikum (6) beschichtet und der metallische Kern mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, so dass die Corona-Entladung (9) mindestens zwischen dem Walzenpaar (4,7) erfolgt.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 für die Herstellung eines Schichtträgers für photographische Silberha-logenidschichten, dadurch gekennzeichnet, dass man eine polyäthylenkaschierte Papierbahn unmittelbar nach der zweistufigen Corona-Behandlung mit einer photographischen Sil-berhalogenidemulsion beschichtet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz in der ersten Stufe f1 = 40-60 kHz und in der zweiten Stufe f2 = 1000-1500 kHz beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Stufen die Entladungsstromstärke 1-10 m A pro cm Bahnbreite und die Durchlaufgeschwindigkeit der Bahn 0,5-1,5 m/s beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Corona-Entladung in der ersten Stufe in Luft und in der zweiten Stufe in Luft oder einer reinen Stickstoffatmosphäre erfolgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von beiden Walzenpaaren (4,7 und 5,8) die eine Walze (7, 8) elektrisch leitend und geerdet ist und die dazugehörende andere Walze (4,5) einen metallischen Kern besitzt, mit einem 1—3 mm dicken Dielektrikum (6) beschichtet und der metallische Kern mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, so dass die Corona-Entladung zwischen beiden Walzenpaaren (4, 7 und 5,8) erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Walzen (5,8) der zweiten Stufe (3) elektrisch und kapazitätsarm gegen Erde isoliert und mit zwei um 180° phasenverschobenen Wechselspannungen symmetrisch gegen Erde speisbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Bahn (1) und der Corona-Walze (4) in der ersten Stufe (2) ein Luftspalt von 0,5-2 mm und zwischen den beiden Walzen (5,8) in der zweiten Stufe (3) ein Luftspalt von 0-0,5 mm vorhanden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Beschichtung (6) aus PTFE besteht.