CS213816B1

CS213816B1 - Dielectric material

Info

Publication number: CS213816B1
Application number: CS227579A
Authority: CS
Inventors: Svatopluk Spicak; Jaromir Jezek; Jindrich Kopelent; Oldrich Cs Gorgon; Jan Formanek
Original assignee: Svatopluk Spicak; Jaromir Jezek; Jindrich Kopelent; Oldrich Cs Gorgon; Jan Formanek
Priority date: 1979-04-04
Filing date: 1979-04-04
Publication date: 1982-04-09

Description

(54) Dielektrický materiál(54) Dielectric material

Vynález se týká dielektrického materiálu na bázi elektrovodivé papírové podložky a dielektrické vrstvy se schopností přenosu světlem modulovaného elektrostatického signálu fotovodivého masteru, případně s využitím peo přímý tisk z koncových výstupů elektronických počítačů.The present invention relates to a dielectric material based on an electroconductive paper backing and a dielectric layer having the ability to transmit a light-modulated electrostatic signal to a photoconductive master, optionally using peo direct printing from the end outputs of electronic computers.

Je známo použití záznamových dielektrických materiálů pro snímání modulovaného elektrostatického záznamu z polovodičového organického nebo anorganického masteru. V tomto případě je nejdříve fotovodivá vrstva po opatření povrchovým elektrostatickým nábojem exponována, vytvořený záznam je pak přímý®kontaktem přenesen na povrch dielektrického materiálu a zde elektroforeticky vyvolán kapalinovou nebo práškovou elektrografickou vývojkou. Tento způsob reprodukce má některé zásadní přednosti ve srovnáni s klasickými elektrografickými technikami. Poprvé je zde při relativně velmi rychlém a zcela fyzikálním způsobu reprodukce dosahováno kvality, která je obvyklá u halogenstříbrných reprodukcí a to především z hlediska vysoké density tmavých ploch, rovnoměrností a podáním polotónů a nakonec vysokou bělostí pozadí.It is known to use recording dielectric materials to sense a modulated electrostatic record from a semiconductor organic or inorganic master. In this case, the photoconductive layer is first exposed to surface electrostatic charge after the surface electrostatic charge has been recorded, and the generated recording is then transferred directly to the surface of the dielectric material by direct contact and electrophoretically induced there by a liquid or powder electrographic developer. This method of reproduction has some major advantages compared to classical electrographic techniques. For the first time, with a relatively very fast and completely physical reproduction method, the quality that is typical for halogen silver silver reproductions is achieved, particularly in terms of high density of dark areas, uniformity and halftone, and ultimately high background whiteness.

Výroba těchto materiálů je nenáročná, přičemž odpovídá ostatním běžným elektrografickým materiálům. Dielektrický materiál je obvykle vyráběn polevem dielektrické vrstvy na specielně vodivě upravenou papírovou podložku. Vodivost papírové podložky musí být v tomto případě nejen povrchové, ale i objemová.-.(tedy napříč vrstvou), přičemž se opti213 816The production of these materials is undemanding and corresponds to other conventional electrographic materials. The dielectric material is usually produced by coating the dielectric layer onto a specially conductive paper backing. In this case, the conductivity of the paper substrate must be not only surface, but also volumetric (ie across the layer), with the opti213 816

213 816 * 6 7 mální výsledky dosahují při hodnotách specifického odporu 1.10 až 5.10' ohmů. Specifický odpor je tedy asi o 1 - 1,5 řádu nižší než u běžných elektrografických papírových podložek. Dalším požadavkem na použitou podložku je její bělost, které musí být co největší, což je nutné v souvislosti s relativně nízkým nánosem málo opacitní dielektrické vrstvy.213 816 * 6 7 results at specific resistance values of 1.10 to 5.10 'ohms. Thus, the specific resistance is about 1 - 1.5 orders of magnitude lower than that of conventional electrographic paper substrates. A further requirement for the substrate used is its brightness, which must be as large as possible, which is necessary due to the relatively low deposition of the low opacity dielectric layer.

Vlastní dielektrická vrstva pak musí splňovat řadu elektrických mechanických a dále strukturálních vlastností pro zabezpečení správné funkce v uvedených systémech. Z hlediska elektrických vlastností je prvořadým požadavkem vysoká dielektrická konstanta vrstvy, čehož je dosahováno především výběrem vhodného pryskyřičného pojivá, dále pak a to především použitím vhodných anorganických pigmentů na příklad TiOg, CaCO-j, BaSO^ a podobně. Použité pigmenty pak musí být velmi čisté, tj. zvláště nesmí obsahovat volné ionty způsobující v elektrickém poli vznik zkratů a vodivých můstků v dielektrické vrstvě, a β tím související rychlé a nepravidelné snižování přijatého povrchového potenciálu.The dielectric layer itself must then meet a number of electrical mechanical and structural properties in order to ensure proper functioning in said systems. In terms of electrical properties, the primary requirement is a high dielectric constant of the layer, which is achieved primarily by selecting a suitable resin binder, and in particular by using suitable inorganic pigments such as TiO2, CaCO3, BaSO4 and the like. The pigments used must then be very pure, ie in particular they must not contain free ions causing short-circuiting and conductive bridges in the dielectric layer in the electric field, and thus the β-related rapid and irregular reduction of the received surface potential.

Značný důraz se pak klade na použité způsoby dispergace pigmentů v pryskyřičném pojivu, nebot je nutno dosáhnout vysoké homogenity disperze při velikosti částic asi 5-25 mikrometrů, což vyžaduje použití speciálních technik, z nichž lze jmenovat především použití nízkopojivóvé dispergace. Pro přípravu dielektrických vrstev byla dosud používána různé organické pojivá například polyvinylbutyral, akrylové kopolymery, polyvinylacetát, polyvinylchloraacetát, polystyren, polymethylmetakrylét, fenolformaldehydové pryskyřice a podobně. Dielektrické vrstvy připravené z vhodného pojivá a dielekrického pugmentu jsou nanášeny na elektrovodivou papírovou podložku v relativně slabých nánosech 4-15 mikrometrů, přičemž pro jednotlivé systémy je nutno sílu nánosu přizpůsobit a dále pak dodržet s tolerancí asi 5 %, nebot konečná síla vrstvy (po usušení) silně ovlivňuje elektric ké charakteristiky materiálu (kapacitu a odpor) a tím i charakteristiky reprodukce, případně kvalitu polotónových ploch a podobně.Considerable emphasis is then placed on the methods of dispersing the pigments in the resin binder used, since it is necessary to achieve a high dispersion homogeneity at a particle size of about 5-25 microns, requiring the use of special techniques, in particular the use of low-binder dispersion. Various organic binders such as polyvinyl butyral, acrylic copolymers, polyvinyl acetate, polyvinyl chloroacetate, polystyrene, polymethyl methacrylate, phenol formaldehyde resins and the like have been used to date to prepare dielectric layers. Dielectric layers prepared from a suitable binder and dielectric pugment are applied to the electroconductive paper backing in relatively thin coatings of 4-15 micrometers, while for each system it is necessary to adjust the coating thickness and then adhere to a tolerance of about 5% because the final layer thickness (after drying) ) strongly influences the electrical characteristics of the material (capacity and resistance) and thus the reproduction characteristics, eventually the quality of halftone areas and the like.

Jako další známý systém využívající dielektrický materiál je možno jmenovat elektromechanický záznam signálů, například jako záznamové medium pro koncové výstupy elektronických počítačů. Zde se jedná o nejmodernější záznamový systém, jemuž předcházely systémy mechanického a termografického zápisu výstupních dat. Přednosti dielektrického záznamu jsou zde především ve výstupní tiskové rychlosti, které je až 10 krát vyšší ve srovnání s klasickými systémy, nenáročnost zařízení, tichý provoz a nízká provozní i pořizovací cena systému. Současně je dosahována vysoká kvalita tisku. Určitou nevýhodou prozatím zůstává pouze jediný výstupní originál (u mechanických tiskáren je možno použít pro získání vět šího počtu kopií karbonové papíry). Současný rozvoj těchto systémů věak ukazuje na možnos ti řešení použitím vícenásobné tiskové (záznamové) hlavy, případně další reprodukcí jediného originálu na diazomateriél a podobně. V současné době většina vyráběných moderních počítačů je vybavena dieléktrickou tiskárnou, pouze pro omezený okruh například ruční a stolové kalkulačky zůstává vhodné užiti termografického záznamu. Současná oblíbenost i per spektivy dielektrockého záznamu spočívají předevěím v dokonalé čitelnosti záznamu, schopnosti reprodukovat libovolné programované texty, grafy, výkresy a podobně. K záznamu obrazu je zapotřebí extrémně nízké energetické úrovně 10“^ až 10”? coulombů/cm^, systém je dále velmi perspektivní pro možnost značného zrychlení záznamu výstupních údajů, pro možnostAnother known system using dielectric material is electromechanical signal recording, for example, as a recording medium for the terminal outputs of electronic computers. This is a state-of-the-art recording system preceded by systems of mechanical and thermographic recording of output data. Advantages of dielectric recording are mainly in the output printing speed, which is up to 10 times higher than conventional systems, low-cost equipment, quiet operation and low operating and acquisition cost of the system. At the same time, high print quality is achieved. For the time being, only one output original remains a certain disadvantage (carbon paper can be used for more copies for mechanical printers). The current development of these systems, however, points to the possibility of a solution by using a multiple print (recording) head, possibly by further reproduction of a single original on diazomaterials and the like. Currently, most modern computers produced are equipped with a dielectric printer, only for a limited range of handheld and desktop calculators, it remains appropriate to use thermographic recording. The current popularity and perception of dielectric record consists mainly in perfect readability of the record, the ability to reproduce any programmed texts, graphs, drawings and the like. Extremely low power levels of 10 “^ to 10” are required to record an image? coulombs / cm 2, the system is further very promising for the possibility of greatly accelerating the recording of the output data, for the possibility

213 816 tisku v barvách a podobně. Princip záznamu spočívá v použití tzv. hrotové záznamové hlavy řízené přímo, případně osciloskopem, s možností kontinuelního i diskontinuelního zápisu s běžnou rychlostí 10 - 40 cm/s v libovolné tiskové šíři.213 816 printing in colors and the like. The recording principle is based on the use of the so-called tip recording head controlled directly, or oscilloscope, with the possibility of continuous and discontinuous recording with the usual speed of 10 - 40 cm / s in any print width.

I když se jedná o velmi perspektivní systém s řadou aplikací a návazností, používaný materiál nesplňuje dosud řadu vlastností pro další rozvoj uvažovaných systémů. V prvé řadě lze jmenovat nesoulad mezi elektrickými vlastnostmi dielektrická vrstvy a mechanickými vlastnostmi materiálu. Dosud používané vrstva způsobují silné kroucení materiálu, přičemž použití známých plastifikátorů způsobuje degradaci elektrických vlastností. Povrchový elektrostatický náboj v tomto případě je málo stabilní, dochází k rychlému poklesu potenciálu ještě před elektroforatickým vyvoláním obrazu. Obtížně je dále dosahována požadovaná vysoká hodnota dielektrické konstanty a odporu u vrstvy, což je pak příčinou nízkých nabíjecích potenciálů (obvykle pod 200 V), s tím pak související nízká densita obrazu. Zesilování vrstvy (zvýšení nánosu) pak z principielních důvodů není možné nebo má pouze omezený efekt (snižuje se kapacita vrstvy), řešení je současně neekonomické.Although it is a very promising system with a number of applications and traceability, the material used does not yet meet a number of characteristics for further development of the considered systems. First of all, there is a mismatch between the electrical properties of the dielectric layer and the mechanical properties of the material. The layer used hitherto causes strong twisting of the material, while the use of known plasticizers causes degradation of the electrical properties. The surface electrostatic charge in this case is not very stable, there is a rapid decrease of potential before the electrophoretic development of the image. Furthermore, the desired high dielectric constant and resistance at the layer is difficult to achieve, which in turn causes low charging potentials (typically below 200 volts) and the associated low image density. Thickening of the layer (increase of deposition) is then not possible for principle reasons or has only a limited effect (the capacity of the layer is reduced), the solution is also uneconomical.

Byl nyní nalezen a je předmětem tohoto vynálezu dielektrický materiál na bázi elektrovodivé papírové podložky vyznačený tím, že dielektrická vrstva obsahuje 15 - 70 % hmotnostních anorganickáhb pigmentu o dielektrické konstantě vyšší než 15, dále 30 - 85 % hmotnostních kopolymeru styren alkyl akrylátú s kyselinou akrylovou a 3 - 15 % hmotnostních polyalfamethylstyrenu. Jako pigment je možno použít s výhodou lithopon, uhličitan vápenatý, ZnS, TiOg, různé typy koloidníoh, případně hydratovaných ŠiOg, dále odpad SÍO2 z výroby křemíku, dále kysličník zinečnatý s nízkým pbsahem volného zinku a podobně. Kopolymer styrenu může obsahovat alkyl dielkyl ^Gl~^G10’ obsah kyseliny akrylové může být v rozsahu 1 - 10 % hmotnostních, při výsledném čísle kyselosti 30 - 70 mg KOH/g pojivá. Dielektrické vrstvy využívající výše uvedenou sestavu jsou nanášeny na papírovou podložku za použití vhodného organického rozpouštědla, případně směsi rozpouštědel. Optimálních výsledků je v tomto případě dosahováno při použití směsi toluenu a ethanolu.A dielectric material based on an electrically conductive paper backing has been found and is characterized in that the dielectric layer comprises 15-70% by weight of inorganic pigments having a dielectric constant greater than 15, 30-85% by weight of a styrene alkyl acrylate copolymer with acrylic acid, and 3-15% by weight of polyalphamethylstyrene. As pigment it is possible to use preferably lithopone, calcium carbonate, ZnS, TiOg, various types of colloidal or hydrated SiOg, SiO2 waste from silicon production, zinc oxide with a low content of free zinc and the like. The styrene copolymer may contain an alkyl dielectric ^G 1 ^-G 10 'acrylic acid content may be in the range of 1-10% by weight, with a resulting acid number of 30-70 mg KOH / g binder. Dielectric layers utilizing the above assembly are applied to a paper substrate using a suitable organic solvent or solvent mixture. In this case, optimum results are obtained using a mixture of toluene and ethanol.

Použití dielektrického materiálu dle vynálezu přináší následující výhody. Je dosahováno vysokých nabíjecích potenciálů v rozsahu 300 - 460 V s nízkým vlastním vybíjecím proudem. S tím pak souvisí možnost dosažení vysokých tiskových hustot 1,8 - 2,5. Materiál má dokonalou rovinnost a je použitelný v rozmezí r.v. 20 - 75 % jak pro systém přenosu náboje z fotovodivého masteru, tak'i pro přímý záznam na hrotových hlavách koncových tiskáren elektronických počítačů.The use of a dielectric material according to the invention brings the following advantages. High charging potentials of 300 - 460 V are achieved with low self-discharge current. Related to this is the possibility of achieving high printing densities of 1.8 - 2.5. The material has perfect flatness and can be used in the r-range. 20-75% for both the charge transfer system of the photoconductive master and for direct recording on the tip heads of electronic printer end-users.

Příklad provedení;Exemplary embodiment;

Ve vysokoobrátkovém mixeru ae disperguje směs o složení:In a high shear mixer ae disperses a mixture of the following composition:

g lithoponug lithopone

170 g kopolymeru styren butylakrylát kyselina akrylová s číslem kyselosti 40 mg KOH/g jako 50 % roztok v toluenu g polyalfamethylstyrenu170 g styrene butyl acrylate acrylic acid copolymer with an acid number of 40 mg KOH / g as a 50% solution in toluene g polyalfamethylstyrene

120 ml toluenu ml ethylalkoholu120 ml toluene ml ethyl alcohol

213 816213 816

Disperguje se za chlazení na velikost částic 10 - 15 mikrometrů. Nanáší se na papírovou vodivě upravenou podložku pomocí spirálové rakle. Nános po usušení činí 10 - 12 mikrometrů. Při hodnocení na přístroji Dyntest 90 byla zaznamenána hodnota maximálního potenciálu ve výši 400 - 450 V. Materiál se zpracuje například na přistojí Minolta typ EG 101 (přenosové zobrazení) nebo v tiskárně typu Statos (přímý záznam). Vyvolání elektroforeticky kapalinovou vývojkou. Reprodukce na tomto materiálu mají vysokou densitu, dobrou reprodukci šedých tónů a zcela bílé pozadí bez přítomnosti závoje; po mechanické stránce jsou kopie zcela rovinné v rozsahu r.v. 35 - 75 %.It is dispersed under cooling to a particle size of 10-15 microns. It is applied to a paper conductive surface with a spiral blade. The coating after drying is 10-12 microns. The maximum potential of 400-450 V was recorded on the Dyntest 90. The material is processed, for example, on a Minolta EG 101 (transmission image) or a Statos printer (direct recording). Developing electrophoretically by a liquid developer. The reproductions on this material have a high density, good reproduction of gray tones and a completely white background without the presence of a veil; mechanically, the copies are completely planar in the range r.v. 35-75%.

2. V perlovém dispegátoru se homogenizuje za současného mletí následující směs:2. The following mixture is homogenized in a bead dispenser while grinding:

g kysličníku titaničitéhog of titanium dioxide

180 g kopolymeru ethybutylakrylátu s kyselinou akrylovou a styrenem, číále kyselosti 45 mg KOH/g g polyalfamethylstyrenu 120 ml toluenu ml ethylalkoholu180 g of ethylbutyl acrylate copolymer with acrylic acid and styrene, acid value 45 mg KOH / g g polyalfamethylstyrene 120 ml toluene ml ethyl alcohol

Dispeguje se za chlazení na velikost částic 15 - 20 mikrometrů, nanáší se spirálovou *7 raklí na papírovou, vodivě upravenou podložku (1 - 5.10 ohmů). Nános po usušení činí 6-7 mikrometrů. Při hodnocení na přístroji Dyntest 90 byl zjištěn maximální potenciál 320 - 360 V. Takto připravený materiál je vhodný pro vysokorychlostní tiskárny elektronických počítačů. Lze jej použít pro různé typy těchto tiskáren. Vyvolání je prováděno kapalinovou vývojkou elektroforeticky. Materiál mó velmi vysokou záznamovou rychlost, dostatečné černání a dokonalou mechanickou rovinnost ve velkém rozsahu r.v.Dispersed under cooling to a particle size of 15 - 20 microns, applied with a spiral * 7 skates onto a paper, conductive treated substrate (1 - 5.10 ohms). The coating after drying is 6-7 microns. The evaluation on the Dyntest 90 revealed a maximum potential of 320 - 360 V. The material prepared in this way is suitable for high-speed electronic computer printers. It can be used for various types of these printers. The development is carried out by a liquid developer electrophoretically. The material has a very high recording speed, sufficient blackening and perfect mechanical flatness over a wide range r.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A dielectric material based on an electrically conductive paper backing characterized in that the dielectric layer comprises 15-70% by weight of an inorganic pigment having a dielectric constant greater than 15, 30-85% by weight of a styrene alkyl acrylate copolymer with acrylic acid and 3-15% by weight of polyalphamethylstyrene.

2. The dielectric material of claim 1, wherein the inorganic pigment is calcium carbonate, lithopone, zinc sulfide, titanium dioxide, colloidal optionally hydrated silica, silicon dioxide from silicon production, and low zinc free zinc oxide.

3. The dielectric material of claim 1, wherein the styrene copolymer comprises an alkyl or dialkyl having a acid number of the copolymer in the range of 30-70 mg KOH / g binder.