DE2132017A1 - Elektrofotografisches Kopierpapier - Google Patents

Description

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Rochester, N.Y. 14-603/USA

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Elektrofotografisches Kopiepapier

Die Erfindung betrifft ein elektrofotografisches Kopiepapier, in dessen Fasern ein Füllmaterial geringer Dichte mit einem Anteil von bis zu ca. 10 Gew.-^, bezogen auf die Fasern, vorgesehen ist. Papier wird in verschiedenster Weise für Verpackung, Druckzwecke, Behälter u.a. verwendet. Einer der Hauptnachteile des üblichen Papiers ist sein Gewicht. Eine relativ hohe Dichte des Papiers verursacht erhebliche Kosten für den Versand. Werden beispielsweise Zeitschriften auf einem Papier gedruckt, welches durch ausreichende Dichte und Stärke dem Leser den Eindruck hoher Qualität vermittelt, so haben sie ein erheblich höheres Gewicht, als es bei-Verwendung der für eine gute Lesbarkeit minimalen Papierstärke vorliegen würde. Für die stärkeren Papiersorten, die auch als Karton oder Pappe bezeichnet werden, ist ein relativ hohes Gewicht erforderlich, um eine gewünschte Starke und Steifigkeit zu verwirklichen. In vielen Fällen, beispielsweise bei der Herstellung von Papierbechern, haben übliche Papiersorten keinen ausreichenden Isolationswert, um die Becher beispielsweise für heiße,Flüssigkeiten zu verwenden, wenn nicht ein übermäßig großer Anteil Zellstoff verwendet wird.

Durch die US-Patentschrift 3 293 114 ist ein Material bekannt, welches die Nachteile des üblichen Papiers vermeidet. Gegenstand dieser Patentschrift ist die Herstellung eines leichten

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Papiers durch Einlagerung einer Vielzahl synthetischer, polymerer Teilchen in Papierfasern. Die Teilchen haben Kugelform und bilden jeweils eine zu ihnen konzentrische kugelige Kammer. Bei der Herstellung des Papiers werden ca. 0,05 bis 60 % der Teilchen mit einem Durchmesser von ca. 0,5 bis 200 Mikron in einen Papierbrei eingegeben. Das so erhaltene Papier zeichnet sich durch geringes Gewicht und'ausgezeichnete Steifigkeit aus. Eine andere Möglichkeit/ ein leichtes Papier herzustellen, ist durch die US-Patentschrift 3 210 259 bekannt. Das Produkt ist ein Papier mit eckigen, faserigen Fragmenten aus geschäumten Aminoplastharzen als Füllstoff zwischen den Fasern. Die Herstellung des Papiers besteht darin, daß bis zu ca. 50 Gew.-^ eines zerkleinerten Aminoplastharzes in einen Papierbrei vor der Herstellung von Papierblättern eingegeben werden. Das Papierprodukt zeichnet sich durch eine geringere Dichte, verglichen mit einem aus normalem Papierbrei hergestellten Papier, aus.

Beim elektrofotografischen Verfahren ist Papier ein wichtiger Bestandteil, da es in allen elektrofotografischen Kopiergeräten als Aufzeichnungsträger verwendet wird. Die gemäß den US-Patentschriften 3 293 114 und 3 210 239 hergestellten Leichtpapiere vermeiden zwar viele der Probleme des normalen Papiers, die Verwendung beim elektrofotografischen Kopieren stellt jedoch an ein Leichtpapier zusätzliche besondere Anforderungen, die sich insbesondere auf seine physikalischen und elektrischen Eigenschaften bei der Verarbeitung in entsprechenden Maschinen beziehen» Hat ein verwendetes Papier beispielsweise eine zu starke Krümmungseigenschaft, so kann eä bei seiner Bewegung durch die elektrofotografische Kopier— maschine Transporthemmungen verursachen. Hat es einen hohen Reibungskoeffizienten oder sammelt es elektrostatische Ladungen auf seiner Oberfläche an_? so kann es art verschiedenen Teilen anhaften und wird nicht χα vorgegebener. Weise beför-.dert»

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Es hat sich gezeigt, daß sich die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten insbesondere bei solchen Papierarten einstellen, die durch die Eingabe von Füllsubstanzen leicht gemacht sind. Beispielsweise hat Leichtpapier mit gashaltigen thermoplastischen Harzkugeln eine starke Neigung zur Krümmung, wodurch es sich um Förderrollen herumziehen und dadurch Transporthemmungen verursachen kann» Ferner werden bei der Herstellung solcher Papierarten die Kugelteilchen an oder auf der Oberfläche der Papierfasern angeordnet. In einer solchen Lage erzeugen sie einen hohen Reibungskoeffizienten auf der Papieroberfläche, wodurch sich letzQ-ich eine unerwünschte elektrostatische Ladungsansammlung ergibt. Papiersorten, die gasgefüllte thermoplastische Kunstharzkugeln aufweisen, können also wegen ihrer unerwünschten elektrostatischen bzw. Reibungseigenschaften in nach dem Prinzip der Reibung arbeitenden Transportvorrichtungen der üblichen elektrofotografischen Maschinen nicht verwendet werden. Da die polymeren Kugelteilchen bei diesen Leichtpapiersorten an den Oberflächen der Fasern liegen, sammeln sich derart hohe elektrostatische Ladungen an, daß die Papierblätter beispielsweise an Aufzeichnungstrommeln anhaften und von diesen mit den üblichen Ablösevorrichtungen nicht mehr losgelöst werden.

Dieselben Nachteile treten auch bei LeichtpapierSorten auf, die Füllstoffe anderer Art enthalten. Werden beispielsweise wärmehärtbare Aminoplastharze als Füllstoffe verwendet, wie es durch die US-Patentschrift 3 210 239 bekannt ist, so hat das Papier nachteilige Eigenschaften hinsichtlich Krümmung, Oberflächenreibung und Verfärbung, so daß es aus diesen Gründen für die elektrofotografische Kopieerzeugung ungeeignet ist. Werden natürliche polymere Substanzen wie Zellulose, Zellulosederivate und Proteine als Füllstoffe verwendet, so· ist da..: Leichtpapier gleichfalls für elektrofotografische Zwecke ungeeignet. Der Grund für die Nachteile bei der Verwendung solcher Füllstoffe liegt wie bei den gasgefüllten

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synthetischen Harzteilchen darin, daß der Füllstoff an der Oberfläche des Papiers erscheint.

Die beschriebenen nachteiligen Eigenschaften der Leichtpapierarten sind so schwerwiegend, daß Betriebsfehler in Kopiermaschinen bei mehr als einem Kopieblatt für jeweils zehn verarbeitete Kopieblätter auftreten. Ferner haben die erzeugten Kopien durch eine leichte Verfärbung eine schlechte Qualität. Eine Oberflächenbehandlung des Papiers könnte zwar die beschriebenen Schwierigkeiten vermeiden, die Eingabe üblicher Mittel mit normalen Salzanteilen von ca. Λ bis 5 # ζ ei 15t jedoch allgemein keine guten Ergebnisse, da der Füllstoff nach wie vor an der Oberfläche freiliegt und Ursache für die beschriebenen Schwierigkeiten ist. Die Verwendung normaler Salze für die Oberflächenbehandlung verursacht eine verstärkte Neigung des Papiers zum Versengen oder Verfärben, wenn die Fixierung des Tonerbilds durch Erwärmung oder Druck durchgeführt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein für elektrofotografische Zi</ecke geeignetes Leichtpapier zu schaffen, welches die vorstehend aufgezeigten Nachteile nicht aufweist und insbesondere hinsichtlich seiner Krümmungs- und Reibungseigenschaften zur Verwendung in elektrofotografischen Maschinen geeignet ist.

Ein elektrofotografisches Kopiepapier der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe derart hergestellt, daß das Papier mit einer Oberflächenleimung versehen ist, die aus einem Bindemittel, einem Salzanteil von ca. 1 bis 50 Gew.-#, bezogen auf das Bindemittel, und einem Tonanteil von ca. 40 bis 5O'Gev;.-$, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, besteht und daß der Salzanteil und der Tonanteil zusammen bis zu 60 Gew.-^ der gesamten Zusammensetzung ausmachen.

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Das in der Leimung vorgesehene Bindemittel ist nicht besonders kritisch. Daher kann jedes handelsübliche Bindemittel, wie es für Oberflächenleimungen verwendet wird, vorgesehen sein. Typische derartige Bindemittel sind Stärke, Stärkederivate, Polyvinylalkohol, Polystyrol und Mischungen dieser Stoffe. Vorzugsweise wird Polystyrollatex mit einem Gewichtsverhältnis von ca. 40 % oder mehr als Bindemittel verwendet, da es bei Wärmeeinwirkung nicht versengt werden kann.

Das jeweils zu verwendende Salz kann jedes Material sein, welches zusammen mit' dem Bindemittel eine Oberflächenleimung ergibt, die das Leichtpapier widerstandsfähig gegenüber Versengen, besser leitfähig und festigkeitsbeständig bei Erwärmung macht. Vorzugsweise werden die Sulfatsalze eines Metalls verxtfendet. Typische Salze dieser Gruppe, die sehr gute Ergebnisse ermöglichen, sind Magnesiumsulfat, Zinksulfat und Natriumsulfat sowie deren Hydrate.

Jeder geeignete, im einschlägigen Gebiet der Technik bekannte Ton kann verwendet werden. Die einzige Anforderung für die Tonzusammensetzung besteht in der Höhe des Tonanteils. Wie bereits ausgeführt, soll der Ton mit einem Anteil, von ca. 40 bis 50 Gew.-^, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, vorhanden sein. Dieser Anteil soll jedoch so bemessen sein, daß die Kombination von Salz und Ton 60 Gew.~# nicht überschreitet.

Die Zusammensetzung der Oberflächenleimung aus Salz, Bindemittel und Ton wurde vorstehend hinsichtlich dieser drei Hauptanteile beschrieben. Es können jedoch auch Zusätze unterschiedlichster Art in der Bindemittel-Salz-Zusammensetzung vorgesehen sein. Beispielsweise können Benetzungsmittel verwendet werden, um das Aufbringen der Oberflächenschicht zu verbessern.

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Wie bereits ausgeführt, enthält das erfindungsgemäße Leichtpapier bis zu ca. 10 % eines Füllstoffs. Für optimale Eigenschaften bei der Verwendung in elektrofotografischen Maschinen soll das Papier über 90 % Zellulosefasern enthalten, um eine Rauhigkeit seiner Oberfläche zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Leichtpapier soll vorzugsweise ca. 0,5 bis 5.# Füllstoff enthalten. .

Das als Füllstoff verwendete Material ist nicht kritisch Und kann beispielsweise eines der synthetischen Harze sein_r wie sie in den US-Patentschriften 3 293 114-, 3 210 239,. 3 128 4-78, 2 929 106 und 2 797 201 beschrieben sind. Natürliche Füllsubstanzen wie z.B. geschäumte Stärke und Zellulosestoffe können mit ähnlichen Ergebnissen verwendet werden. Außerdem sind auch anorganische Füllsubstanzen verwendbar, beispielsweise höhle Glas-, Keramik— und Metallkügelchen.

Bei der Herstellung des erfindungsgemaßen Leichtpapiers zeigt sich, daß sich das Füllmaterial an der Oberfläche auf einer Seite des Papiers ansammelt» In diesem Zustand ist der Reibungskoeffizient dieser Seite des Papiers sehr hoch. Vorzugsweise wird daher die mit dem Füllstoff versehene Oberfläche des Papiers einer mechanischen Reibungsbehandlung mit einem Baumwo11gewebe unterzogen, bevor die Oberflächenleimung aufgebracht wird. Dadurch tritt eine Abflachung, Abreibung oder ein Abbrechen des überschüssigen Füllstoffs an der Oberfläche des Papiers auf. Durch die mechanische Behandlung des Papiers werden lockere oder vorstehende Teilchen des Füllstoffs entfernt oder abgebrochen, so daß die nachfolgend aufgebrachte Oberflächenleimung bessere Eigenschaften erhält. Die beschriebene Vorbehandlung ist Jedoch nicht zwingend erforderlich.

Eine Ausführungsform der Herstellung eines erfindungsgemaßen Papiers besteht darin, daß ein wäßriger Papierbrei hergestellt

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und ca." 3 Gew.-^ Saran-Mikrokugein, bezogen auf das Gewicht des trockenen Breis, in den Brei eingesehen werden. Diese Mikrokugeln sind gasgefüllte thermoplastische Harzteilchen, die von der Dow Chemical Company, !-"idland, Michigan, hergestellt werden. Diese Zusammensetzung wird dann in eine Papierherstellungsmaschine eingegeben, die ein Papierblatt aus den im Brei vorhandenen Fasern erzeugt und eine Oberflächenleimung mit 12 % Natriumsulfat, 38 $ Ton und 50 % Sthylstärke in einer wäßrigen Lösung aufbringt. Ss ergibt sich ein Leichtpapier, welches als Kopiepapier in elektrofotografischen Maschinen einwandfrei arbeitet und sich nicht ves 'rbt.

In elektrofotografischen Maschinen wird ein erfindungsgemäßes Kopiepapier dem normalen elektrofotografischen "Verfahren un- ^terzogen, wobei eine elektrofotografische Aufzeichnungsplatte geladen, bildmäßig bestrahlt und mit elektroskopischen Zeichenteilchen entwickelt wird. Das entwickelte Bild wird durch Wärme- oder Druckfixierung auf das Leichtpapier übertragen und darauf fixiert. Das übliche elektrofotografische Verfahren ist durch die US-Patentschrift 2 297 691 bekannt.

Die folgenden Beispiele dienen der \ireiteren Erläuterung spezieller Ausführungsformen der Herstellung des erfindungsgemäßen Papiers. Sie sollen den Grundgedanken der Erfindung in keiner Weise einschränken. Alle genannten Anteile beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.

BEISPIEL I

Es wird ein erfindungsgemäßes elektrofotografischeε Kopiepapier folgendermaßen hergestellt: Eine Oberflächenverleimung wird hergestellt, indem 100 Gewichtsteile Penford Gum 280, eine Ithylstärke, hergestellt von Penick & Ford, Cedar Rapids, Iowa, 50 Gewichtsteile Vinpl 125, ein Polyvinyl- ■ alkohol, hergestellt von Air Reduction Chemical Sb Carbide Co. New York, New York, und 18 Teile Natriumsulfat in 1500

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Teile Wasser eingegeben werden. Eine vorher dispergierte Tonlösung, die mit Kuclay, hergestellt von Freeport Kaolin Co. New York, New York, in Wasser mit einem Anteil von 60"% Feststoff gebildet wurde, wird dann in einer Menge von 220 Teilen in die BeSchichtungszusammensetzung eingegeben.

Eine Aufschlämmung wird hergestellt, indem 454 kg trockene Weichholzfaser, hergestellt von der St. Regis Paper Company New York, New York, 227 kg'Hartholzfaser, hergestellt von W der International Pulp Sales Co., New York, in 1893 hl Wasser in einem Hydrapulper eingegeben, werden. Die Fasern werden ' in einer Kegelmühle auf einen Mahlungsgrad von 350 (Canadian Standard Freeness) gebracht. Danach werden 41 kg Experimental Resin CX 7058-1, gasgefüllte Kunstharzkugeln der Dow Chemical Company, Midland, Michigan, in die Aufschlämmung eingegeben. Diese wird auf 0,5 bis 1 Gew.-% Fasern verdünnt und dann in die Kopfkammer einer Fourdrinier-Papiermaschine eingeführt. Das hergestellte Papier läuft durch die Trockner, und in der Flächenpresse wird die erfindungsgemäße Leimungszusammensetzung auf das Papier aufgebracht. Das so behandelte Papier wird dann getrocknet und sehr leicht kalandriert.

Das so erhaltene Leichtpapier wird auf ein Format gebracht, das in einer Kopiermaschine Xerox 720 verarbeitet werden kann.

^; Ein StaBel von. 200 Blättern wird in die Maschine eingegeben, und es v/erden 200 Normalkopien hergestellt. Es tritt keine

■ Transporthemmung auf, und alle 200 Kopien haben eine ausgezeichnete Bildqualität ohne Verfärbung.

BEISPIEL II

Ein Harnstoff-Formaldehydschaum (12,82 g/dm⁵, 150 Mikron ■ Zellendurchmesser), hergestellt von DuPont, Wilmington, Delaware, wird in einer Abbemühle mit einem 1,6 mm-Sieb pulverisiert. Besondere Anteile des zerkleinerten Schaums - werden dann mit einer Aufschlämmung von 454 kg trockenen

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■ ORlQiMAL

Weichholzfasern, 227 kg Hartholζfasern und 189 hl Wasser vermischt. Diese Aufschlämmung ist in derselben wie in Beispiel I hergestellt. Eine Gesamtmenge von ca. 2 Gew.-^ des zerkleinerten, wärmehärtbaren Harzes wird in die Aufschlämmung eingegeben. Die Aufschlämmung wird dann auf ca. 1 Gew.-% Fasern verdünnt,· und es wird ein oberflächenbehandeltes Papierblatt in derselben Weise wie in Beispiel I hergestellt, wobei dieselbe Verleimungszusammensetzung verwendet wird. Das so erhaltene Eeichtpapier wird wie in Beispiel I angegeben in einer Kopiermaschine Xerox 720 getestet, wobei sich dieselben vorteilhaften Ergebnisse einstellen.

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Claims (9)

1. - ίο -

   Patentansprüche :

   /Tj) Elektrofotografisches Kopiepapier, in dessen Fasern ein Füllmaterial geringer Dichte mit einem Anteil von bis zu ca. 10 Gew.-^, bezogen auf die Fasern, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier mit einer Oberflächenleimung versehen ist, die aus einem Bindemittel, einem Salzanteil von ca. 1 bis 50 Gew.-#, bezogen auf das Bindemittel, und einem Tonanteil von ca. 40 bis 50 Gev/.-#, bezogen auf die gesamte Zusammensetzung, besteht und daß der Salzanteil und der Tonanteil zusammen bis zu 60 Gew.-^ der gesamten Zusammensetzung ausmachen.
2. 2. Kopiepapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Stärke, Stärkederivate, Polyvinylalkohol, Polystyrol oder Mischungen dieser Stoffe vorgesehen sind.
3. 3. Kopiepapier nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Polystyrollatex in einer Konzentration von mindestens 4-0 # enthält.
4. 4. Kopiepapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Salz ein Metallsulfat vorgesehen ist.
5. 5- .Kopiepapier nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß als Salz Magnesiumsulfat, Zinksulfat, Natriumsulfat oder die Hydrate dieser Stoffe vorgesehen sind.
6. 6. Kopiepapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial mit einem Anteil von 0,5 bis 5 Gew.—$ vorgesehen ist.
7. 7. Kopiepapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial gasgefüllte

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   Harzteilchen aufweist.
8. 8. Kopiepapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Papiers vor dem Aufbringen der Oberflächenleimung durch eine mechanische Reibungsbehandlung geglättet ist.
9. 9. Verwendung eines elektrofotografischen Kopiepapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem elek1rofoto~ grafischen Abbildungsverfahren, welches mit Ws"r"nefixierung •oder mit Druckfixierung der Tonerbilder arbeite „.

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