DE2258287A1 - Leitfaehiges antistatisches produkt sowie verfahren und mittel zu seiner herstellung - Google Patents
Leitfaehiges antistatisches produkt sowie verfahren und mittel zu seiner herstellungInfo
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Description
Dr. ζ:, -f ο Γ".· w:: ί:-<
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^iGKui..-:....^^;.^^ DJ/rh/27 ,11.72
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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.
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.
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
B % Cholinchlorid
11 % "Perfectamyl A 2177"
81 % Wasser.
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 . .
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,
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.
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:
Beispiel 4:
Ein Tiefdruckpapier von 100 g/m wurde auf einer horizontalen Leimpresse mit folgender Lösung behandelt:
1 \ Cholinchlorid
6 % "Farinex TSC"
93 % Wasser.
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)
- 27.11.1972P 793/72Patentansprüche :1. .Leitfähiges, antistatisches Produkt, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens an einem Teil seiner Oberfläche eine niedermolekulare, quarternäre Ammoniumverbindung der FormelR1 - N+ - R3R'(D12 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 7fähigkeit 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 mehrerender Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestenseiner 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 '., LR1 - N - RR212 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 /108712. 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 9setzt, 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^:^/1087stens eine niedermolekulare quarternäre Ammoniumverbindung der FormelR1 - N+ - RR212 3worin 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., enthältt3093 2 3/1087
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