DE2132017B2

DE2132017B2 - Bildempfangsmaterial für Tonerbilder

Info

Publication number: DE2132017B2
Application number: DE19712132017
Authority: DE
Inventors: Charles J. Green; Robert H. Macclaren; George Treier
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1970-06-29
Filing date: 1971-06-28
Publication date: 1978-05-24
Also published as: ES392720A1; AT314353B; NL7108707A; NL160403B; DE2132017C3; NO134805C; FR2100274A5; NL160403C; SE368995B; GB1353372A; BE768990A; CA978005A; DE2132017A1; NO134805B; CH566582A5

Description

Die Erfindung betrifft Bildempfangsmaterial für Tonerbilder aus einem Papier, das aus Fasern besteht, und das eine Oberflächenleimung aus einem Bindemittel und einer SiO₂-enthaltenden Verbindung enthält

Einer der Hauptnachteile des üblichen Papiers ist sein Gewicht Eine relativ hohe Dichte des Papiers verursacht z. B. erhebliche Kosten für den Versand.

Aus der US-PS 32 93 114 ist die Herstellung eines leichten Papiers durch Einlagerung einer Vielzahl synthetischer, polymerer Teilchen in Papierfasern bekannt Die Teilchen haben Kugelform und bilden jeweils eine zu ihnen konzentrische kugelige Kammer. Bei der Herstellung des Papiers werden etwa 0,05 bis 60% der Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 0,5 bis 200 μπι 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 aus der US-PS 32 10 239 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 etwa 50Gew.-% 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 elektrophotographischen Verfahren ist Papier ein wichtiger Bestandteil, da es in allen elektrophotographischen Kopiergeräten als Bildempfangsmaterial verwendet wird. Die gemäß den US-PS 32 93 114 und j 32 10 239 hergestellten Leichtpapiere vermeiden zwar viele der Probleme des normalen Papiers, die Verwendung als elektrophotographisches Bildempfangsmaterial stellt jedoch an ein Leichtpapier zusätzliche besondere Anforderungen, die sich insbesondere auf lu seine physikalischen und elektrischen Eigenschaften bei der Verarbeitung in entsprechenden Maschinen beziehen. Hat ein verwendetes Papier beispielsweise eine zu starke Krümmungseigenschaft so kann es bei seiner Bewegung durch die elektrophotographische Kopiermaschine Transporthemmungen verursachea Hat es einen hohen Reibungskoeffizienten oder sammelt es elektrostatische Ladungen auf seiner Oberfläche an, so kann es an verschiedenen Teilen anhaften und wird nicht in vorgegebener Weise befördert

Aus der DE-OS 14 97 141 ist ein Aufzeichnungsmaterial für elektrostatische Aufnahmen, z. B. Fingerabdrükke, bekannt das mit einer elektrisch isolierenden Schicht die aus einem filmbildenden Bindemittel und einem darin dispergierten SiO₂ besteht beschichtet ist

Es hat sich gezeigt, daß sich die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten insbesondere bei solchen Papierarten einstellen, die durch die Eingabe von Füllmaterial 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

^J3 Papierfasern angeordnet. In einer solchen Lage erzeugen sie einen hohen Reibungskoeffizienten auf der Papieroberfläche, wodurch sich letztlich eine unerwünschte elektrostatische Ladungsansammlung ergibt Papiersorten, die gasgefüllte thermoplastische Kunst-

^w harzkugeln aufweisen, können also wegen ihrer unerwünschten elektrostatischen bzw. Reibungseigenschaften in nach dem Prinzip der Reibung arbeitenden Transportvorrichtungen der üblichen elektrophotographischen 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-PS 32 10 239 bekannt ist, so hat das Papier nachteilige Eigenschaften hinsichtlich Krümmung, Oberflächenreibung und Verfärbung, so daß es aus diesen Gründen für die elektrophotographische Kopieerzeugung ungeeignet ist Werden natürliche polymere Substanzen wie Cellulose, Cellulosederivate und Proteine als Füllstoffe verwendet so ist das Leichtpapier gleichfalls für elektrophotographische Zwecke ungeeignet. Der Grund für die Nachteile bei der Verwendung solcher Füllstoffe liegt wie bei den gasgefüllten synthetischen

"■' Harzteilchen darin, daß der Füllstoff an der Oberfläche des Papiers erscheint

Die beschriebenen nachteiligen Eigenschaften der Leiehipäpiefärien sind so schwerwiegend, daß Betriebs-

fehler 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 etwa 1 bis 5% zeigt jedoch allgemein keine guten Ergebnisse, da das Füllmaterial 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 als elektrophotographisches Bildempfangsmaterial geeignetes Leichtpapier zu schaffen, welches die vorstehend aufgezeigten Nachteile nicht aufweist und insbesondere hinsichtlich seiner Krümmungs- und Reibungseigenschaften zur Verwendung in elektrophotographischen Maschinen geeignet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bildempfangsmaterial der eingangs genannten Gattung gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Papier ferner bis zu höchstens 10Gew.-% aus einem Filmmaterial geringerer Dichte als die Fasern, je 100 Gewichtsteiien Fasern, besteht und die Oberflächenleimung 40 bis 50Gew.-% Ton als SiO₂-enthaltende Verbindung und 1 bis 50 Gewichtsteile eines Salzes je 100 Gewichtsteile des Bindemittels, enthält, wobei höchstens bis zu 60Gew.-% der Oberflächenleimung aus Ton und Salz zusammen bestehen.

Gemäß einer Ausführungsform enthält die Oberflächenleimung als Salz ein Metallsulfat. Als Metallsulfat bevorzugt werden Magnesiumsulfat, Zinksulfat, Natriumsulfat oder das Hydrat eines dieser Sulfate.

Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Oberflächenleimung als Bindemittel Stärke, ein Stärkederivat, Polyvinylalkohol und/oder Polystyrol.

Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält das Bildempfangsmaterial 0,5 bis 5 Gewichtsteile des Filmmaterials geringerer Dichte je 100 Gewichtsteile Fasern. Als Füllmaterial werden bevorzugt gasgefüllte Kunststoffteilchen verwendet

Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform enthält das Bildempfangsmaterial ein vor dem Aufbringen der Oberflächenleimung mechanisch geglättetes Papier.

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 etwa 40% oder mehr, bezogen auf die trockene Oberflächenleimung auf dem geleimten Papier, 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 verwendet 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 etwa 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

ίο 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

is können Benetzungsmittel verwendet werden, um das Aufbringen der Oberflächenschicht zu verbessern.

Wie bereits ausgeführt, enthält das erfindungsgemäße Leichtpapier bis zu etwa 10% eines Füllmaterials. Für optimale Eigenschaften bei der Verwendung in elektrophotographischen Maschinen soll das Papier über 90% Cellulosefasern enthalten, um eine Rauhigkeit seiner Oberfläche zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Leichtpapier soll vorzugsweise etwa 0,5 bis 5% Füllmaterial enthalten.

Das als Füllmaterial verwendete Material ist nicht kritisch und kann beispielsweise eines der synthetischen Harze sein, wie sie in den US-PS 32 93 114, 32 10 239, 3128 478, 29 29106 und 27 97 201 beschrieben sind. Natürliche Füllsubstanzen wie z. B. geschäumte Stärke

JO und Cellulosestoffe können mit ähnlichen Ergebnissen

verwendet werden. Außerdem sind auch anorganische

Füllsubstanzen verwendbar, beispielsweise hohle Glas-, Keramik- und Metallkügelchen. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Büdemp-

fangsmaterials 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 Füllmaterial versehene Oberfläche des Papiers einer mechanischen Glättung durch Reiben mit einem Baumwollgewebe 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 Glättung 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.

Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Bildempfangsmaterials besteht z.B. darin, daß ein wäßriger Papierbrei hergestellt und etwa 3 Gew.-% Mikrokugeln, bezogen auf das Gewicht des trockenen Breis, in den Brei eingegeben werden. Diese Mikrokugeln sind gasgefüllte thermoplastische Harzteilchen. Diese Zusammensetzung wird dann in eine Papiermaschine eingegeben, die ein Papierblatt aus den im Brei vorhandenen Fasern erzeugt und eine Oberflächenlei-

w) mung mit 12% Natriumsulfat, 38% Ton und 50% Äthylstärke in einer wäßrigen Lösung aufbringt Es ergibt sich ein Leichtpapier, welches als Bildempfangsmaterial in elektrophotographischen Maschinen einwandfrei arbeitet und sich nicht verfärbt

'" In elektrophotographischen Maschinen wird ein erfindungsgemäßes Bildempfangsmaterial dem normalen elektrophotographischen Verfahren unterzogen, wobei eine elektrophoiographische Aufzeichnungsplat-

te geladen, bildmäßig bestrahlt und mit elektroskopischen Zeichenteilchen entwickelt wird. Das entwickelte Bild wird durch Wärme- oder Druckfixtorung auf das Leichtpapier übertragen und darauf fixiert. Das übliche elektrophotographische Verfahren ist durch die US-PS 22 97 691 bekannt.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung spezieller Ausführungsformen der Herstellung des erfindungsgsmäßen Bildemptangsmaterials. Alle genannte Anteile beziehen sich auf das Gewicht, falls nicht anders angegeben.

Beispiel i

Es wird ein erfindungsgemäß elektrophotographisches Bildempfangsmaterial folgendermaßen hergestellt: Eine Oberflächenleimung wird hergestellt, indem 100 Gewichtsteile Äthylstärke, 50 Gewichtsteile Polyvinylalkohol und 18 Teile Natriumsulfat in 1500 Teile Wasser eingegeben werden. Eine vorher dispergierte Tonlösung, die mit einem Kaolin 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 und 227 kg Hartholzfaser in 1893 hl Wasser in einen Hydrapulper eingegeben werden. Die Fasern werden in einer Kegelmühle auf einen Mahlungsgrad von 350 (Canadian Standard Freeness) gebracht. Danach werden 41 kg gasgefüllte Kunstharzkugeln 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 Oberflächenleimung auf das Papier aufgebracht Das so behandelte Papier wird dann

^r> getrocknet und sehr leicht kalandriert.

Das so erhaltene Leichtpapier wird auf ein Format gebracht, das in einer handelsüblichen Kopiermaschine verarbeitet werden kann. Ein Stapel von 200 Blättern wird in die Maschine eingegeben, und es werden 200

in Normalkopien hergestellt. Es tritt keine Transporthemmung auf, und alle 200 Kopien haben eine ausgezeichnete Bildqualität ohne Verfärbung.

Beispiel Il

ii Ein Harnstoff-Formaldehydschaum (12,82 g/dm³, 150 μπι Zellendurchmesser) 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 Weichholzfa-

2!) sern, 227 kg Hartholzfasern und 189 hl Wasser vermischt. Diese Aufschlämmung ist in derselben Weise wie in Beispiel I hergestellt. Eine Gesamtmenge von etwa 2 Gew.-% des zerkleinerten, wärmehärtbaren Harzes wird in die Aufschlämmung eingegeben. Die

?"> Aufschlämmung wird dann auf etwa 1 Gew.-% Fasern verdünnt, und es wird ein oberflächenbehandeltes Papierblatt in derselben Weise wie in Beispiel I hergestellt, wobei dieselbe Leimungszusammensetzung verwendet wird. Das so erhaltene Leichtpapier wird wie i'i in Beispiel I angegeben in einer handelsüblichen Kopiermaschine getestet, wobei sich dieselben vorteilhaften Ergebnisse einstellen.

Claims

Patentansprüche:

1. Bildempfangsmaterial für Tonerbilder aus einem Papier, das aus Fasern besteht und das eine Oberflächenleimung aus einem Bindemittel und einer SiO₂ enthaltenden Verbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier ferner bis zu höchstens 10Gew.-% aus einem Füllmaterial geringerer Dichte als die Fasern, je 100 Gewichtsteilen Fasern, besteht und die Oberflächenleimung 40 bis 50 Gew.-% Ton als SiOj-enthaltende Verbindung und 1 bis 50 Gewichtsteile eines Salzes je 100 Gewichtsteile des Bindemittels enthält, wobei höchstens bis zu 60 Gew.- % der Oberflächenleimung aus Ton und Salz zusammen bestehen.

2. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenleimung als Salz ein Metallsulfat enthält

3. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenleimung als Metallsulfat Magnesiumsulfat, Zinksulfat, Natriumsulfat oder das Hydrat eines dieser Sulfate enthält

4. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenleimung als Bindemittel Stärke, ein Stärkederivat, Polyvinylalkohol und/oder Polystyrol enthält

5. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,5 bis 5 Gewichtsteile Fasern enthält

6. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es als Füllmaterial gasgefüllte Kunststoffteilchen enthält.

7. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es ein vor dem Aufbringen der Oberflächenleimung mechanisch geglättetes Papier enthält.