DE1671562C3 - Elektrisch leitender Schichtträger - Google Patents

Elektrisch leitender Schichtträger

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Description

verdeutlicht, welche der Erläuterung der Erfindung dienen.
Unter Papier ist in diesem Zusammenhang ein blattförmiger Schichtträger zu verstehen, der aus Zellulosefasern und/oder synthetischen Fasern besteht, und auf welchem Bilder festgehalten werden. Unter Ammonium sind auch substituiertes Ammonium oder substituierte Amine, wie Äthanolamin, Morpholin, Pikolin, zu verstehen, welche allgemein als Derivate oder substituiertes Ammonium angesehen werden.
Die in den Beispielen geschilderten Leitfähigkeitsversuche sind nach dem im Artikel »Testing of Electrophotographic Papers and Coating Formulations« von D. G. Brubaker, Tappi, Volume 46, Nr. 5, Mai 1963, S. 312 bis 316, erläuterten Verfahrer, durchgeführt worden. "Wenn nicht anders angegeben, dann ist das Untersuchungsmaterial vor der Untersuchung fünf Tage lang bei konstanter Temperatur und Feuchtigkeit gehalten. Schließlich sind die in den folgenden Beispielen erwähnten Teil- und Prozentangaben als Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente zu verstehen, wenn nicht anders angegeben.
Beispiel 1
Ein Papier ohne den erfindungsgemäßen Zusatz von elektrisch leitendem Material wird bei verschiedenen Feuchtigkeiten überprüft. Sowohl bei einer relativen Feuchte von 12% als auch bei einer solchen von 44",, wird eine geringe elektrische Leitfähigkeit von mehr als 430 000 Megohm/m2 festgestellt.
Beispiel 2 bis 6
Die Behandlung eines Papiers mit unterschiedlichen Mengen einer 15%igen Lösung eines Ammoniumsalzes von sulfoniertem Polystyrol ergibt eine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit des Papiers. Die Ergebnisse der Untersuchungen der elektrischen Leitfähigkeit bei einer relativen Feuchte von 12 und 44% sind in der folgenden Tabelle 1 aufgefäührt.
Tabelle I
Aufgegebene Leitfähigkeit i η Megohm/m5 12°,,
Beispiel Menge (trocken)
je 278,7 m=		 bei einer relativen Feuchtigkeit
von		 30 100
in kg 44% 25 800
2 0,499 333,25 25 800
3 0,816 204,25 18 275
4 1,134 129,00 11 825
5 1,497 118,25
6 1,860 91,37
relativen Feuchte von 14% festgestellt. Es ist also eine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit gegenüber derjenigen des unbehandelten Papiers gemäß Eeispiel 1 zu beobachten, obwohl bei der geringen relativen Feuchte die mit der Behandlung mit einem Ammoniumsalz von sulfoniertem Polystyrol (Beispiele 2 bis 6) erzielte elektrische Leitfähigkeit etwa /ehmal so groß ist. Salze von sulfoniertem Polystyrol haben auch keine oder nur eine geringe Neigung
ίο zum Wandern innerhalb des Papiers.
Bei Salzen der Schwefelsäure oder eines ihrer Derivate ist im übrigen nachteilig, daß sie stark hygroskopisch sind und bei hohen Feuchtigkeiten ein schlaffes oder lumpenartiges Anfühlen des Papiers bewirken.
Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß ein Gemisch von sulfoniertem Polystyrol oder einem Salz davon und einem Salz der Schwefelsäure oder eines ihrer Derivate mit großem Vorteil als elektrisch leitendes Material in elektrisch leitendem Papier verwendet werden kann Diese Gemische vermitteln eine elektrische Leitfähigkeit, die besser ist als diejenige, welche mit jeder Gemischkomponente einzeln erzielt werden kann, und zwar bei jeder eingesetzten Menge. Darüber hinaus liegt die zur Erzielung einer bestimmten elektrischen Leitfähigkeit einzusetzende Menge an anorganischem Salz deutlich unterhalb derjenigen Mengen, welche übermäßige Feuchtigkeit anziehen und das Papier, d. h. den blatt-
förmigen Schichtträger, schlaff werden lassen, so daß es sich lumpenartig anfühlt.
Beispiel 8 bis 12
Papier wird mit unterschiedlichen Mengen einer 3S 20"„igen wäßrigen Lösung eines Gemisches aus etwa 65 Gewichtsprozent des Ammoniumsalzes von sulfoniertem Polystyrol und 35 Gewichtsprozent Ammoniumsulfamat, bezogen auf das Gesamtgewicht der Feststoffe, behandelt. Die Ergebnisse der Unter-4" suchungen der elektrischen Leitfähigkeit bei einer relativen Feuchte von 12 bzw. 44% sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt.
Tabelle Il
4.5
Die Tabelle zeigt, daß die Ergebnisse gegenüber den Resultaten gemäß Beispiel 1 verbessert sind, und zwar selbst bei einer so geringen relativen Feuchte wie 12%, wobei nur wenig Feuchtigkeit im Papier vorhanden ist, welche die Leitfähigkeit des Polymermaterials vergrößern könnte.
(Ό
Beispiel 7
Papier wird mit einer 30%igen wäßrigen Lösung von Amnioniumsulfamat behandelt, so daß sich ein trockenes Aufgabegewicht von 1,18 kg je 278,7 in2 ergibt. Bei dem derart behandelten Papier wird eine «5 elektrische Leitfähigkeit von 236,50 Megohm/m2 bei einer relativen Feuchte von 41% und eine elektrische Leitfähigkeit von 204 250 Megohm/ma bei einer
Aufgegebene Leitfähigkeit in Megohm/nia
Beispiel Menge (trocken)
je 278,7 m-		 bei einer relativen
von		 Feuchtigkeit
in kg 44% 12%
8 0,318 139,75 32 250
9 0,408 91,37 24 725
10 0,544 72,02 16125
11 0,680 50,52 18 275
12 0,907 41,92 5912,5
Aus Tabellen ist ersichtlich, daß ein Gemisch eines Salzes von sulfoniertem Polystyrol und Ammoniumsulfamat ein Papier mit besserer elektrischer Leitfähigkeit ergibt, als sie mit einer Behandlung mit jeder Komponente einzeln erzielbar ist. Eine solche synergistische Mischung vermittelt auch neben einer gesteigerten Leitfähigkeil in einem großem Bereich relativer Feuchte noch weitere Vorteile. Es kommen die günstigen Eigenschaften jeder Gemischkomponenle zur Geltung, während die unerwünschten Nebenwirkungen vermieden sind, die mit der alleinigen Verwendung anorganischer Salze als leitendes Material verbunden sind.
Die erlindungigemäß vorhandenen, wasserlöslichen, elektrisch leitenden Stoffe können zusammen mit anderen, üblicherweise in der Papiertechnik verwendeten Substanzen ohne beachtlichen LeitfähigkeiU-verlust beim fertigen Papier verwendet werden. Die erfind ti ngsgemäß zum Einsatz kommenden Gemische sind vollkommen verträglich mit Ton, har/halligen Filmbildnern und anderen in der Papiertechnik üblicherweise eingesetzten Stoffen.
Beispiel 13
Es wird ein Gemisch aus 65 Gewiclitsleiien eine> Natrium;llze; von sjlfoniertem Polystyrol und 45Gewichtsteilen Natriumsulfat als wasserlösliche, elektrisch leitende Substanz verwendet. Das damit behandelte Papier, welche* davon 0,91 kg (trockenes Feststoffgeeicht) je 278,7 m2 aufweist, besitzt bei einer relativen Feuchte von 44"t) eine elektrische Leitfähigkeit von 48,37 Megohm/m2 und bei einer relativen Feuchte von 12"./ eine elektrische Leitfähigkeit von 7525 Megohm Im-.
Dieses Beispiel verdeutlicht die ausgezeichnete Wirksamkeit der kombinierten Verwendung eines Alkalimctallsalzes von sulfonierten! Polystyrol und eines Alkalimctallsulfatcs.
Beispiel 14
Es wird vorgegangen, wie im Beispiel 12 beschrieben, abgesehen davon, daß das Atlianolaminsal/ von sülfoniertem Polystyrol und Schwefelsäure eingesetzt werden. Es ergeben sich vergleichbare Resultate. Dies zeigt, daß als kaiionischer Teil des eingesetzten Salzes substituiertes Ammonium ebensogut verwendbar ist wie Ammonium selbst.
B c i s ρ i e 1 15
Es wird vorgegangen, wie im Beispiel 1 bis 6 und 8 bis 12 beschrieben, wobei jedoch 24,95 k\\ ungcleimtes K.rafl-Papicr und 19.05 kg sulfitgeKundcnes Papier verwendet werden. In jedem Fall werden vergleichbare Ergebnisse erzielt. Daraus geht hervor, daß die crnndungsgemäßen. wasserlöslichen, elektrisch leitenden Stoffe bei jedem der bekannten und üblicherweise verwendeten, blattförmigen Schichtträger aus Zellulosematerial eingesetzt werden können.
Bei der Herstellung der erlindungsgemäßen Schichtträger kann die elektrisch leitende Verbindung während oder nach der Bildung des Schichtträgers selbst eingeführt werden. Im ersleren Fall kann sie der Pulpe oder dem fast trockenen Papier nach seiner Bildung auf einer Fourdrinier-Maschiiic zugegeben werden. Im zweiten !"all kann sie dem Schichtträger durch Aufsprühen, Beschichten mit Messern oder Walzen, durch Übertragungswagen u. dgl. aufgegeben werden. Desgleichen kann der Schichtträger mil einer wäßrigen oder methanolischen Lösung des elektrisch leitenden Stoffes in Berührung gebracht werden. Soll das Papier mit filmbildendcn Stoffen auf wäßriger Basis beschichtet werden, beispielsweise mit einer Polyvinylaceiateirnilsion, gegebenenfalls versetzt mit Ton, dann kann die elektrisch leitende Verbindung in die wäßrige Phase eingegeben werden. Das sulfoniert Polystyrol kann auf jede bekannte Art und Weise hergestellt werden (beispielsweise USA.-Patentschrift "~2 533 201, 2 533 211 und 2 718 514). Das Molekulargewicht dieser Polymerisa'e ist bei ihrer erfindungsgemäßen Anwendung nicht kritisch. Es können sulfonierte Polystyrole mit einem Molekulargewicht von 50 bis 2 Millionen erfindungsgemäß eingesetzt werden. Bevorzugt ist die Verwendung von sülfoniertem Polystyrol mit einem
ίο Molekulargewicht zwischen 50 und 600000. Die er-(iiidungigemäß verwendbaren sulfonierten Polystyrole sollten einen Sulfoniert!ngsgrad von wenigstens 0.75 Einheiten Sulfonsäure oder Sulfonsäuresalz je sich wiederholender Styroleinheit aufweisen, vorzugsweise wenigstens 1.0 Einheilen Sulfonsäure oder S.ilfonsäurcsalz je sich wiederholender Slyroleinheii Das cinziue kritische Erfordernis bezüglich des Molekulargewichts und des Siilfonierungsgrades des Materials besteht darin, daß das Molekulargewicht nicht so hoch und der Sulfoniertmgsgrad nicht so lief is!, da/3 die Löslichkeil des sulfonierten Polystyrols oder von dessen Salz in wäßriger Lösung gehemmt wird. In dieser Hinsicht sollte das Polymerisat eine Löslichkeit von wenigstens 2 Gewichtsprozent in wäßrigen Lösungen bei 25 C aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung liegt auch die Verwendung der sulfonierten Alkyl- und Halogenderivaic von Polystyrol, wie beispielsweise sulfonierte Polymerisate von \-Meihylstyrol, Vinyltoliiol, Chlor-
3c styrol, wobei die Alkyl- und Haiogengruppen als Riii'.'.- und/oder Seitenkettensubslilucntcn vorliegen. Die Alkylgruppcn sollen 1 bis 4 C-Atome enthalten.
Als eriindungsgemäl.i einsetzbare Sehwefelsäuresalze und Salze der Derivate der Schwefelsäure können die Ammonium- und Alkalimetallsalze der Schwefelsäure und Sulfaminsäurc verwendet werden. Wie bereits oben erwähnt, sind unter Ammonium sowohl Ammonium selbst als auch Amine zu wrstellen, welche als substituiertes Ammonium angesehen weiden. Beispielsweise für geeignete Amine, welche als kationische Substanz eingesetzt werden können, sind Ätlianolamin, Morpholin, Pikolin, Chinolin. Besonders geeignet sind solche Hydroxamine, w ic beispielsweise Hydroxyäthylamin und verwandte Substanzen, bei denen die Hydroxygruppen sowohl die Löslichkeit als auch die Leitfähigkeit des wasserlöslichen, elektrisch leitenden Stoffes nach der Erfindung erhöhen.
Vorzugsweise enthält der erfindungsgemäßc Schichtträger ein Gemisch, bestehend aus 50 bis 90 Gewichtsprozent an polymeren! Stoff und 10 bis 50 Gewichtsprozent an anorganischen Salzen, als elektrisch leitende Verbindung. Wie erwähnt, liegt die Verbindung in einer Menge bis zu 6804 g je 278,7 m2 vor. Es können größere Mengen zur Anwendung kommen, doch ergibt dies keine weiteren Vorteile.
Wie erwähnt, können die erfindungsgemäßen Schiciuträger die üblicherweise in der Papierindustrie verwendeten Stoffe enthalten, wie Pigmente, Mittel zum Undurchsichtigmachcn, Füllstoffe, Streckmittel, Farbstoffe, Leime u. dal.

Claims (4)

562 1 2 Sorten versetzt werden, welche das Papier strecken Patentansprüche: und undurchsichtig machen. Viele der zur Verfügung stehenden, bisher \orge-
1. Blattförmiger, elektrisch leitender Schicht- schlagenen elektrisch leitenden Materialien sind unträger, der zwischen 226.3 und 6804 g einer 5 verträglich oder nur wenig verträglich mit Füllstoffen, wasserlöslichen, elektrisch leitenden Verbindung Streckmitteln, Mitteln zum Undurchsichtigmachen je 278,7m2 enthält, dadurch gekenn- und Filmbildnern, wie beispielsweise Stärke und zeichnet, daß die elektrisch leitende Ver- Harzen, die bei der Papierherstellung verwendet bindung zu 50 bis 95 Gewichtsprozent aus sulfo- werden. Dadurch sind diese leitenden Materialien niertem Polystyrol oder einem Salz von sulfonier- io bei elektrisch leitendem Kopierpapier nur begrenzt tem Polystyrol und zu 50 bis 5 Gewichtsprozent zu verwenden.
aus einem Ammonium-, substituierten Ammo- Die alleinige Verwendung hygroskopischer Salze
nium- oder Alkalimetall-Salz der Schwefelsäure als elektrisch leitende Materialien bei elektrisch
oder der Sulfaminsäure besteht. leitendem Kopierpapier ist deswegen nicht völlig
2. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 befriedigend, da Veränderungen der eingesetzten kennzeichnet, daß er das Ammoniumsalz von Menge und der relativen Feuchtigkeit der Umgebung sulfoniertem Polystyrol enthält. zu Veränderungen der Eigenart des Papiers führen.
3. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch ge- Die hygroskopische Natur der Salze kann bis zu einer kennzeichnet, daß er das Ammoniumsalz von solchen Wasseraufnahme führen, daß die blattförmisulfoniertein Polystyrol und Ammoniumsulfamat 20 gen, elektrisch leitenden Schichtträger sich schlaff enthält. und feucht anfühlen.
4. Schichtträger nach Anspruch 1, dadurch ge- Aufgabe der Erfindung ist es, einen blattförmigen, kennzeichnet, daß er ein Alkalimetallsalz von elektrisch leitenden Schichtträger zu schaffen, welcher sulfoniertem Polystyrol und ein Alkalimetall- eine gleichbleibend gute elektrische Leitfähigkeit in sulfat enthält. 25 einem verhältnismäßig großen Bereich relativer
Feuchte bis hinunter zu 12",, autweist, und zwar bei verschiedenen Temperaturen, und welcher leicht
sowie billig herzustellen ist.
Ausgehend von einem blattförmigen, elektrisch
30 leitenden Schichtträger, der zwischen 226,8 und
Die Erfindung bezieht sich auf einen blattförmigen, 6804 g einer wasserlöslichen, elektrisch leitenden
elektrisch leitenden Schichtträger, der zwischen 226,8 Verbindung je 278,7 nr enthält, ist zur Lösung
und 6804 g einer wasserlöslichen, elektrisch leitenden der genannten Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschla-
Verbindung je 278,7 m2 enthält. gen, daß die elektrisch leitende Verbindung zu 50 bis
Blattförmige, elektrisch leitende Schichtträger wer- 35 95 Gewichtsprozent aus sulfonierten! Polystyrol oder
den in der Vervielfältigungstechnik verwendet, wo einem Salz von sulfoniertem Polystyrol und zu 50 bis
mit elektrischen und fotoelektrischen Effekten ge- 5 Gewichtsprozent aus einem Ammonium-, substi-
erbeitet wird. Eine gute elektrische Leitfähigke-t ist tuierten Ammonium- oder Alkalimetall-Salz der
im Hinblick auf die Kopiergeschwindigkeit und die Schwefelsäure oder der Sulfaminsäure besieht,
gute Qualität von Kopien vorteilhaft. Eine gute 40 Als elektrisch leiiende Verbindung kommt also
elektrische Leitfähigkeit soll bei unterschiedlichen eine Mischung zum Einsatz, welche insofern einen
Umgebungstemperaturen und unterschiedlicher rela- synergisiischen Effekt vermittelt, als eine elektrische
tiver Feuchte sowie unabhängig davon gewährleistet Leitfähigkeit erzielt wird, die größer ist als die durch
sein, in welchem Kopiergerätetyp bzw. bei welchem eine Behandlung mit jeder Mischungskomponente
Kopierverfahren die Schichtträger Verwendung finden. 45 allein erzielbare. Zusätzlich wird durch die Erfindung
Es ist bereits bekannt, zur Steigerung der elek- erreicht, daß die gesteigerte elektrische Leitfähigkeit trischen Leitfähigkeit blattförmiger Schichtträger zu in einem großen Bereich relativer Feuchtigkeit bis KopierzwecKen dieselben mit einer quaternären Am- hinunter zu einer relativen Feuchtigkeit von 12°,, moniumverbindung mit Vinylbenzyl als organischem gegeben ist, wobei eine übermäßige Feuchtigkeits-Rest, einem Aryl-diazoniumsalz, einem hygroskopi- 50 aufnahme ausgeschlossen ist. Die erfindungsgemäß sehen anorganischen Salz oder 4-AminonaphthaIimid eingesetzte elektrisch leitende Verbindung kann zu- *u behandeln (USA.-Patenischrift 3 011 918, 3 113 022, sammen mit anderen, üblicherweise in der Papier-3 116 147, 3 153 591 und 3 216 853). technik benutzten Stoffen verwendet werden, ohne
Nachteilig dabei ist, daß die elektrische Leitfähig- daß Verluste an elektrischer Leitfähigkeit zu bekeit entsprechend der jeweils gegebenen Feuchtigkeit 55 fürchten wären. Die erfindungsgemäß verwendete schwankt und sich bei geringer Feuchte beträchtlich Verbindung ist vollkommen verträglich mit Ton, vermindert, daß ferner die Alterungseigenschaften harzhaltigen Filmbildnern und anderen in der Papierschlecht sind, daß weiterhin die Beständigkeit gegen- technik üblicherweise verwendeten Stoffen,
über den zur Beschichtung verwendeten Harzen auf Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung enthält Lösungsmittelbasis gering ist, daß darüber hinaus 60 der erfindungsgemäße Schichtträger das Ammoniumdas leitende Material in den blattförmigen Schicht- salz von sulfoniertem Polystyrol. Vorzugsweise entträger wandert, daß außerdem die Herstellung hält der Schichtträger das Ammoniumsalz von sulfoschwierig ist und unerwünschte Gerüche entstehen. niertem Polystyrol und Ammoniumsulfamat. Statt Bei Papier ergibt sich weiterhin der Mangel, daß dessen kann der erfindungsgemäße Schichtträger Imprägniermittel die Undurchsichtigkeit mindern und 65 auch ein Alkalimctallsalz von sulfoniertem PoIydas Papier in unerwünschtem Ausmaß durchscheinend styrol und ein Alkalimetallsulfat enthalten,
sein lassen. Um dies zu vermeiden, muß das jeweils Die mit diesen Ausgestaltungen der Erfindung ververwendete Imprägniermittel mit verschiedenen Ton bundenen Vorteile sind in den folgenden Beispielen
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