DE2258287A1 - Leitfaehiges antistatisches produkt sowie verfahren und mittel zu seiner herstellung - Google Patents

Leitfaehiges antistatisches produkt sowie verfahren und mittel zu seiner herstellung

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DE2258287A1
DE2258287A1 DE19722258287 DE2258287A DE2258287A1 DE 2258287 A1 DE2258287 A1 DE 2258287A1 DE 19722258287 DE19722258287 DE 19722258287 DE 2258287 A DE2258287 A DE 2258287A DE 2258287 A1 DE2258287 A1 DE 2258287A1
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LANDQUART PAPIER
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03G—ELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G5/00—Recording members for original recording by exposure, e.g. to light, to heat, to electrons; Manufacture thereof; Selection of materials therefor
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Description

Dr. ζ:, -f ο Γ".· w:: ί:-<
>·*\γε:ί -....-.-A!.
^iGKui..-:....^^;.^^ DJ/rh/27 ,11.72
P 793/72
Papierfabriken Landquart, 7207 Landquart- Fabriken (Schweiz)
Leitfähiges antistatisches Produkt sowie Verfahren und Mittel
zu seiner Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft die antistatische Ausrüstung von Materialien und Gegenständen, die der Ansammlung statischer Energie ausgesetzt sein können, z.B. Flächengebilde, wie Papier·, Kunntharzfolien und dergleichen, wie auch Formkörper, wie Gramrnophonplatten, Handläufe, Griffe, nicht-metallische Maschinen- und Gehäuseteil, usw. Die nachteiligen Wirkung einer statischen Aufladung sind hinlänglich bekannt. ~ . .
Es sind bereits zahlreiche Mittel vorgeschlagen worden, um eine unerwünschte Aufladung mit statischer Energie erfolgreich zu verhindern. So ist es bekannt, dass zahlreiche oberflächenaktive Stoffe gleichzeitig eine antistatische Wirksamkeit ausüben. Ferner sind gewisse OsIe, Glykole, Polyalkohole, Polyglykolether, Verbindungen mit Ester- und Säureamidgruppen, Amine, höhermplekulare quarternäre Ammoniumverbindungen und andere als antistatische Substanzen vorgeschlagen worden.
Die bisharigen Versuche zum Antistatischmachen, insbesondere von Papierwaren zwar erfolgreich, meistens jedoch sehr kostspielig. So wurden unter anderem hochmolekulare quarternSre Ammoniumverbindungen zum Ausrüsten der Grundpapiere für elektrostatische1 Kopierpapiere verwendet. Bei diesen Papieren ist ea
3 0 9 8 2 3/1087
wichtig, sie einerseits leitfähig und antistatisch zu machen, ihnen gleichzeitig abBr auch eine gewisse Undurchlässigkeit gegen die während ihrer Verarbeitung zu Kopierpapieren verwendeten Lösungsmittel, wie Toluol, Benzinfraktionen, usw. zu vbtleihen. Die dabei verwendeten Mittel sollten sowohl mit den Substanzen, die üblicherweise zur Herstellung und Vorbehandlung der Grundpapiere, wie auch mit solchen, die später bei der Herstellung der Kopierpapiere verwendet werden, verträglich sein·
Ein weiteres Problem der antistatischen Mittel ist die Farbe, der Geruch und die Toxizität der Wirksubstanzen. So sind z.B. verschieden« Kopierpapiere bekannt, deren beissender Geruch sich nach jahrelanger Lagerung des unbelichteten, wie des belichteten Papiers äusserst unangßnehm bemerkbar macht und beispielsweise zu Kopfschmerzen beim Benützen führt. Ausserdem sind diese Mittel derart giftig, dass sie nur unter Einhaltung besonderer Vorsichtsmassnahmen zur Anwendung gelangen können, um keine Schädigung der Arbeiter zu v/erursachen, und grosse Probleme bezüglich Abwasserreinigung und Umweltschutz aufwerfen.
Eine Schwierigkeit, die bei verschiedenen bekannten Antistatika auftritt, insbesondere bei den bekannten hochmolekularen quarternären Ammoniumverbindungen, ist ferner ihre Eigenfarbe. Insbesondere bei der Ausrüstung von Papieren und weissen KunststoffErzeugnissen mit diesen Mitteln ist daher entweder eine leichte bis mittelstarke Verfärbung in Kauf zu nehmen oder es müssen zusätzliche optische Aufheller verwendet werden.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass die Verwendung von niedermolekularen quarternären Ammoniumverbindungen dor Formel
R1 - N+ - R3
R2
3 Π 9 8 2 1 / 1 Ο 8 7
12 3
in welcher R, R , R und R je einen niedermolekularen organischen Rest darstellen, wobei alle vier Reste zusammen höchstens 5 Kohlsnstoffatorae aufweisen» und X OH oder einen Säurerest bedeutet, zu elektrisch leitfähigen, antistatisch ausgerüsteten Produkten von hervorragender Qualität führt. Bevorzugt werden Verbindungen, deren Kation weniger als 10, insbesondere weniger als B Kohlenstoff atome enthält.. Diese Verbindungen weisen im allgemeinen eine sehr geringe Toxizität, schwache oder annehmbare Färbung und gute Verträglichkeit mit anderen Substanzen auf und besitzen keinen störenden Geruch. Als besonders geeignet haben sich Cholinverbindungen erwiesen.," welche bisher als blutdrucksenkende Mittel in der Heilkunde und als Futtermittelzusatz grosse Verwendung fanden* Besonders bevorzugt wird Cholinchlorid.
Die Wirksubstanz kann entweder übt Masse zugesetzt werden, z.B* bei der-Herstellung von Kunstfasern, Schallplatten, Papier, usw*,oder sie kann dem zu behandelnden Erzeugnis nach seiner Herstellung durch bekannte Obsrflachen-behandlungsmethoden, wie Tauchen, Bürsten, Sprühen, Spritzen, Streichen» usw*,"zugesetzt werde«- -Die erfindungsgemäss verwendeten Verbindungen sind meistens gut wasserlöslich und die damit behandelten Oberflächen verlieren daher beim Waschen oder Reinigen mit Wasser ihre Ausrüstung, sofern diese nicht durch Vernetzung oder andere bekannte Verfahren fixiert werden.
Infolge ihrer Stabilität und guten Verträglichkeit lassen sich die Wirkstoffe jedoch ohne weiteres in handelsübliche Reinigungsrnitte] ■, Weichmacher und dergleichen einverleiben, mit welchen die zu behandelnden Oberflächen erneut antistatisch ausgerüstet werden können»
Die Verwendung ..von Cholinchlorid bietet besondere Vorteile, da diese Verbindung völlig ungiftig und farblos ist, keinen unangenehmen Eigengeruch aufweist und im Endprodukt durch den Geruch nicht mehr wahrnehmbar ist« Äusserdsm ist sie etwa zehnmal billiger als die insbesondere in der Papierindustrie
- 3 3 i 3 .:> ? /1 03 7
bisher verwendeten Antistatika. Ihre Verwendung in der Papierindustrie bietet ausser den genannten Vorteilen die Annehmlichkeit, dass sie sich in sehr einfachen Maschinen auftragen lässt, was mit anderen bekannten Mitteln nicht ohne weiteres möglich ist; in einer Sizspresse bzw. Gelantiniermaschine besteht z.B. mit bisher verwendeten Präparaten eine gewisse Gleitgefahr zwi-.sehen Papier und Walzen, die an unruhigen Papierzügen erkennbar ist. Ausserdem entsteht leicht ein Materialaufbau an den Walzen, sowie der sogenannte Orangenschaleneffekt auf der Papieroberfläche. Mit den erfindungsgemäss verwendeten Wirkstoffen, insbesondere mit Cholinchlorid, treten diese Schwierigkeiten infolge der niedrigen Viskosität nicht auf.
Die zu verwendende Menge an Wirksubstanz richtet sich vor allem nach dem Anwendungsgebiet und der gewünschten Wirkung. Ferner wird sie beeinflusst durch die Art der Einverleibung bzw. des Auftrages und die dazu verwendeten Vorrichtungen. Für Papier beträgt diese Menge z.B. etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1,5 bis 3 Gewichtsprozent.
Die Erfindung wird nun an Beispielen der Herstellung von elektrisch leitfähigen Papieren näher erläutert.
Beispiel 1:
Als Ausgangsprodukt diente ein Schreibpapier von 2
60 g/m , das eine Lösungsmittelsperrung von 5 % aufwi€s und auf bekannte Weise durch eine Oberflächenbehandlung mit modifizierten Stärken, Polyvinylalkohol, Alginat, CMC und dergleichen erhalten wurde. Die Bestimmung der Lösungsmittelsperrung wurde folgendermassen durchgeführt: Ein Tropfen gefärbtes Toluol wurde auf die Blattoberfläche aufgetropft und nach 5 Sekunden abgewischt. Sodann wird die Anfärbung der Rückseite beurteilt und mit einem Standard verglichen. Eine 5 %ige Sperrung entspricht einer 95 %igen Färbung der entsprechenden Fläche auf der Rückseite des Blattes, während 5 % dieser Fläche ungefärbt bleibt.
Ein derartiges Papier wurde auf einer Gelatiniermaschine,
- 4 3Mß?3/ 1087
die mit einer vertikalen Leimpresse ausgerüstet war, mittels Spritzrohren mit folgender wässriger Cholinchloridlösung von 50 bis 6O0C beidseitig besprüht:
B % Cholinchlorid
11 % "Perfectamyl A 2177"
81 % Wasser.
Zur Zubereitung dieser Lösung wurde die Stärke in etwa der Hälfte des Wassers angeschlämmt, mit direktem Dampf auf Kochtemperatur aufgeheizt und unter Rühren 20 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Anschliessend wird mit Wasser von 35 bis 4O0C auf BO0C abgekühlt und die Lösung unter Rühren mit dem Cholinchlorid in Form einer handelsüblichen 70 %igen wässrigen Lösung versetzt und mit Wasser auf das Endvolumen aufgefüllt. Die Lösung weist eine Viskosität von 11 - 12" Fordbecher No. bei der Gebrauchstemperatur von 50 bis BO C auf.
Die aufgebrachte Menge entsprach einem Trockenauftrag
2
von B g/m . .
Das derart behandelte Papier wurde anschliessend auf übliche Weise auf 55 % Gleichgewichtsfsuchtigkeit getrocknet. Zur weiteren Glättung der Oberfläche wird das Papier satiniert und stellt das gewünschte Endprodukt dar, nämlich Streichrohpapier zur Herstellung von elektrostatischen Kopierpapieren mit einem Leitwert von 10 M12 bei 60 % relativer Feuchtigkeit.
3e nach Beschaffenheit der verwendeten Vorrichtungen empfiehlt sich der Zusatz eines Rostinhibitors, z.B. 0,1 bis 0,2 % Natriumnitrit, zur Cholinchloridlösung,
Beispiel 2:
Ein Schreibpapier von 60 g/m wurde in einer horizontalen Leimpresse mit folgender Lösung behandelt:
12 Gewichtsprozent Cholinchlorid
20 Gewichtsprozent "Perfectamyl A 2177" 5 Gewichtsprozent "Farinex TSA"
- 5 30*1823/1087
4 Gewichtsprozent "Resicart EL 52
(Nassverfestiger für Stärke)
59 Gewichtsprozent H-O
Diese Lösung wurde wie in Beispiel 1 zubereitet und ergab eine Viskosität von ca. 25" Fordbecher No. 4 bei 50 C.
Die aufgebrachte Menge entsprach einem Trockenauftrag (Total der Feststoffs) von 7 g/m bei einer Papiermaschinengeschwindigkeit von 100 m/Min.
Das derart behandelte Papier wurde wie in Beispiel 1 weitervBrarbeitet. Man erhielt ein Streichrohpapier zur Herstellung von elektrostatischen Kopierpapieren mit einem Leitwert von 10 Ml2 bei 60 % relativer Feuchtigkeit.
Beispiel 3:
Ein ähnliches Basispapier von 50 g/m wurde wie in Beispiel 2 mit folgender Lösung behandelt:
10 Gewichtsprozent Cholinchlorid 20 Gewichtsprozent "Pßrfectamyl A 2177"
10 Gewichtsprozent Vinylacetaldispersion "Copy Paper Emul· 3 Gewichtsprozent "Resicart EL 52"
57 Gewichtsprozent H_0.
Die Lösung wurde wie in Beispiel 1 zubereitet, wobei die Vinylacetatdisporsion der erhaltenen abgekühltenLösung zugesetzt wurde. Die Viskosität betrug ca. 25" Fordbecher No. 4 bei der Gebrauchstemperatur von 50 bis BO0C.
Die aufgebrachte Menge betrug 7 g/m bei einer Papiermaschinengeschwindigkeit von 100 m/Min. Das erhaltene Papier wies einen Leitwert von 10 Μ,β auf.
Beispiel 4:
Ein Tiefdruckpapier von 100 g/m wurde auf einer horizontalen Leimpresse mit folgender Lösung behandelt: 1 \ Cholinchlorid
6 % "Farinex TSC"
93 % Wasser.
3 η 1 H 23/1087
Diese Lösung wurde wie in Beispiel 1 zubereitet und wies eine Viskosität von 12" Fordbecher No. 4 bei.der. Gebrauchstemperatur von 50 bis BO C auf.
Die aufgebrachte Menge entsprach einem Trockenauftrag von 2 g/m bei einer Maschinengeschwindigkeit von 140 m/Min.
Das erhaltene Papier wurde wie in Beispiel 1 getrocknet und satiniert und ergab ein antistatisch ausgerüstetes Tief-
druckpapier mit einem Leitwert von 10 M.Q, bei BO % relativer Feuchtigkeit.
3GO823/1087

Claims (1)

  1. 27.11.1972
    P 793/72
    Patentansprüche :
    1. .Leitfähiges, antistatisches Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens an einem Teil seiner Oberfläche eine niedermolekulare, quarternäre Ammoniumverbindung der Formel
    R1 - N+ - R3
    R'
    (D
    12 3
    enthält, in welcher R, R , R und R je einen niedermolekularen organischen Rest darstellen, wobei alle vier Reste zusammen höchstens 15 Kohlenstoffatome aufweisen, und X OH oder einen Säurerest bedeutet.
    2. Produkt nach Anspruch 1, in Form eines Flächengebildes, z.B. einer Papierbahn, einer Kunststoff-Folie und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens an einer oder an beiden Oberflächen mindestens eine quarternäre Ammoniumverbindung der Formel I aufweist.
    3. Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Rohpapier für die Herstellung von elektrostatischen Kopierpapieren ist.
    4. Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ein graphisches Papier ist.
    5. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Kunststoff-Formkörper ist, z.B. eine Schallplatte, ein Handlauf, ein Griff, ein Maschinen- oder Gehäuseteil.
    6. Produkt nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Oberflachenleit-
    -B-
    3 ("> q 3 2 3 / 1 0 8 7
    fähigkeit von 106 bis 109 >li} bei 15 bis 85 % relativer Feuchtigkeit aufweist. .
    7. Produkt nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kation der quarternären Ammoniumverbindung weniger als 10 und vorzugsweise weniger als 6 Kohlenstoffatome aufweist.
    8. Produkt nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Substituenten R-R ein niederer Alkylrest ist, z»B. Methyl, Aethyl oder Propyl.
    9. Produkt nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren
    der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
    einer dBr Substituenten R-R Bin hydroxysubstituierter niederer Alkylrest ist.
    10. Produkt nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Cholinverbindung ist, vorzugsweise ein Cholinsalz,. z.B. Cholinchlorid.
    11. Verfahren zur Herstellung von leitfähigen antistatischen Produkten, dadurch gekennzeichnet, dass man dem Produkt während oder nach seiner Erzeugung mindestens eine niedermolekulare quarternäre Ammoniumverbindung der Formel '
    ., L
    R1 - N - R
    R2
    12 3
    wobei R, R , R und R je einen niedermolekularen organischen Rest darstellen, wobei alle vier Reste zusammen höchstens 15 Kohlenstoffatome aufweisen, und X OH oder einen Säurerest bedeutet, zusetzt.
    - 9 3 09823 /1087
    12. Verfahren nach Anspruch 11, zur Herstellung von leitfähigem antistatischen Papier und Formkörpern.
    13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass man die Wirksubstanz in solcher Menge zu-
    6 9
    setzt, dass eine Oberflächenleitfähigkeit von 10 bis 10 bei 15 bis Θ5 % relativer Feuchtigkeit erzielt wird.
    14. Verfahren nach Anspruch 11 oder einem oder mehreren der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet» dass man den Wirkstoff der Masse zusetzt, z.B. einem Papierbrei oder einer Polymerschmelze.
    15. Verfahren nach Anspruch 11 oder einem oder mehreren der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass man das zu behandelnde Produkt einer Oberflächenbehandlung unterwirft, z.B. durch Tauchen, Bürsten, Streichen, Spritzen, Sprühen, in bzw. mit der Wirksubstanz.
    16. Verfahren nach Anspruch 11 oder einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die quarternäre Ammoniumverbindung weniger als 10 Kohlenstoffatome, aufweist.
    17. Verfahren nach Anspruch 11 oder einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Substituenten R-R ein niederer Alkylrest ist, z.B. Methyl, Aethyl oder Propyl.
    1B. Verfahren nach Anspruch 11 oder einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Substituenten R-R ein hydroxysubstituierter niederer Alkylrest ist.
    19. Verfahren nach Anspruch 11 oder einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die quarternäre Ammoniumverbindung eine Cholinverbindung, z.B. ein Cholinsalz, ist.
    2u. Mittel zur antistatischen Ausrüstung von Erzeugnissen, dadurch gekennzeichnet, dass es als Wirksubstanz minde-
    - 10 3098^:^/1087
    stens eine niedermolekulare quarternäre Ammoniumverbindung der Formel
    R1 - N+ - R
    R2
    12 3
    worin R, R , R und R je einen niedermolekularen organischen Rest darstellen, wobei alle vier Reste zusammen höchstens 15 Kohlenstoffatome aufweisen, und X OH oder einen Säurerest
    bedeutet, enthält.
    21. Mittel nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kation der quarternären Ammoniumverbindung weniger
    als 10 Kohlenstoffatome aufweist.
    22. Mittel nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn-
    3
    zeichnet, dass mindestens einer der Substituenten R-R ein niederer Alkylrest ist, z.B. Methyl, Aethyl oder Propyl.
    23. Mittel nach Anspruch 20 oder einem oder mehreren der Ansprüche 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Substituenten R-R ein hydroxysubstituierter niederer Alkylrest ist. . » ■
    24. Mittel nach Anspruch 20 oder einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die quarternäre Ammoniumverbindung eine Cholinverbindung ist, vorzugsweise ein Cholinsalz, z.B. Cholinchlorid.
    25. Mittel nach Anspruch 20 oder einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem eine oberflächenaktive Substanz enthält.
    26. Mittel nach Anspruch 20 oder einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem ein Reinigungsmittel enthält.
    - 11 309823/ 1087 ν "="-"■
    27. Mittel nach Anspruch 20 oder einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es ausserdem einen Weichmacher enthält.
    2B. Mittel nach Anspruch 20 oder einem oder mehreren der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es weitere Zusätze, wie Dxydationsschutzmittel, Korrosionsinhibitoren, .optische Aufheller, Farbstoffe, Desinfektionsmittel, Alterungsschutzmittel, usw., enthältt
    3093 2 3/1087
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