DE3315249C2

DE3315249C2 - Wärmeempfindliches Aufzeichnungs/Übertragungsmaterial sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE3315249C2
Application number: DE3315249A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 5166 Kreuzau Meyer
Original assignee: Renker GmbH & Co KG, 5160 Düren
Priority date: 1983-04-27
Filing date: 1983-04-27
Publication date: 1987-01-22
Also published as: ATE28060T1; EP0126906A1; DE3464476D1; EP0126906B1; DE3315249A1

Abstract

Wärmeempfindliches Aufzeichnungs/Übertragungsmaterial mit einer auf der Rückseite dünnen Trägermaterials angeordneten Heißschmelzschicht, die durch auf die Vorderseite des Trägermaterials einwirkende Wärme auf darunter angeordnete Empfangsflächen übertragbar ist. Die Heißschmelzschicht enthält ein oxidiertes Polyäthylenwachs, ein Vinylacetat-Copolymer, ein modifiziertes Kohlenwasserstoffharz oder eine Mischung derselben und ein filmbildendes thermoplastisches Bindemittel im Gewichtsverhältnis 10 : 1 bis 30 : 1 und ein Farbpigment und übliche Hilfsstoffe, wobei die Schicht einen Schmelzpunkt von 101°-108°C aufweist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein wärmeempfindliches Aufzeichnungs/Übertragungsmaterial mit einer durch Wärme auf Normalpapier übertragbaren Rückseitenbeschichtung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Ausbildung und Zusammensetzung der Heißschmelzübertragungsschicht.
Die DE-OS 22 02 630 richtet sich auf ein Farbblatt für Kopierverfahren, bei dem ein Infrarotstrahlung absorbierende Bildstellen tragender Originalbogen, ein Kopierbogen und ein Farbblatt übereinander gelegt werde. Dann wird mit infrarotem Licht bestrahlt, sodaß entsprechend den Originalbildstellen die Übertragung der Farbschicht von Farbblatt auf das Kopierblatt erfolgt. Die Übertragungsschicht enthält durch Wärme erweichbare Teilchen, die aus einer größeren Gewichtsmenge Wachse und einem filmbildenden Binder bestehen. Es ist wesentlich, daß die Übertragungsschicht diskontinuierlich ausgebildet ist, denn kontinuierliche Schichten haben sich als nachteilig erwiesen. Sie besitzen auch im allgemeinen höhere Erweichungstemperaturen als Wachsschichten und wegen dieser Eigenschaften wird eine scharfe Trennung zwischen den erhitzten und nicht-erhitzten Stellen während des Übertragungsvorganges verteilt.
Aus der DE-OS 30 43 866 ist ein wärmeempfindliches Übertragungsmaterial bekannt, daß auf der Vorderseite eines geeigneten Trägermaterials eine thermische Farbentwicklungsschicht und auf der Rückseite eine übertragbare Heißschmelzfarbschicht aufweist, die beim Erzeugen von Farbmustern in der thermischen Farbentwicklungsschicht durch die lokal auf der Vorderseite einwirkende Wärme geschmolzen und auf ein darunter angeordnetes übliches Büropapier übertragen wird. Die Heißschmelzfarbschicht enthält ein wärmeleitendes Farbpigment und als Bindemittel ein festes Wachs mit einer Penetration bei 25°C von 10-30 und einer Viskosität von 20-200 mPas bei 100°C. Zusammen mit dem festen Wachs können auch andere heißschmelzende Materialien wie niedermolekulare Polyäthylen, oxidiertes Wachs und Esterwachse als Bindemittel verwendet werden.
Die Viskosität der Farbschicht muß nach den Angaben in der Druckschrift im angegebenen Bereich liegen, weil die Viskosität in signifikanter Weise die Übertragbarkeit der Heißschmelzfarbschicht beeinflußt.
Das bekannte Übertragungsmaterial hat jedoch folgende Nachteile: bei zeitlich längerem Betrieb des Thermoaufzeichnungsgerätes verschlechtert sich die Übertragung erheblich, weil der Erweichungspunkt der Wachsschicht mit dem beanspruchten Penetrationsvermögen zu niedrig liegt. Für zahlreiche Zwecke ist die Farbintensität der Kopie nicht ausreichend. Bei Verwendung in Fernkopiergeräten ist der gemeinsame Durchlauf des Übertragungsmaterials und dem aufzeichnenden Duplikatblatt häufig gestört, weil sich die Blätter wegen der glatten Oberflächen gegeneinander verschieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verbesserung der Eigenschaften des in DE-OS 30 43 866 beschriebenen Übertragungsmaterials.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das wärmeempfindliche Aufzeichnungs/ Übertragungsmaterial gemäß den Patentansprüchen.
Völlig überraschend und im Gegensatz zur Lehre der DE-OS 30 43 866 wurde gefunden, daß ein wärmeempfindliches Bindemittel mit einer höheren Viskosität als 200 Pas eine noch bessere und gleichmäßigere Übertragung der Heißschmelzschicht unter Wärmeeinwirkung ermöglicht. Erfindungsgemäß enthält die übertragbare Heißschmelzschicht neben Farbpigment und üblichen Hilfsstoffen ein oxidiertes Polyäthylenwachs, ein Vinylacetat-Copolymer, ein modifiziertes Kohlenwasserstoffwachs oder eine Mischung derselben mit einer Erweichungstemperatur von 95 - 115°C und ein filmbildendes thermoplastisches Bindemittel im Gewichtsverhältnis 10 : 1 bis 30 : 1, sodaß die Schicht einen Schmelzpunkt von 101-108°C aufweist.
So können beispielsweise 12 Gew.-Teile der genannten Wachse, Vinylacetat-Copolymer oder eine Mischung derselben mit 0,5 Teilen eines thermoplastischen Bindemittels mit 4-10 Gew.-Teilen wärmeleitendem Farbpigment, Ruß oder anderen Farbpigmenten verwendet werden.
Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials wirken beim Gebrauch zusammen und nur durch das Zusammenwirken wird das gewünschte Ergebnis erreicht.
Die Farbintensität kann nicht durch entsprechende Einstellung der Pigment/Farbstoffkonzentration allein gelöst werden, denn der auf die Frontseite einwirkende Schreibkopf kann innerhalb der zur Auslösung der Farbreaktion und der Übertragung der Rückseitenschicht zur Verfügung stehenden Zeit nur eine begrenzte Wärmemenge auf das Material übertragen. Die Schmelzeigenschaften der Schicht und die Viskosität in flüssigem Zustand sind für die übertragbare Gesamtmenge an Beschichtungen auf ein darunterliegendes Blatt wesentlich. Ein Versuch, zu geringe Farbintensität durch höhere Anteile an Farbstoff zu vermeiden, führt nicht zum Ziel, denn höhere Farbstoffkonzentrationen wirken auch auf das Schmelzverhalten der Schicht und damit auf die übertragbare Menge an geschmolzenem Material aus. Auch die Oberflächeneigenschaften, insbesondere die Glätte der übertragbaren Schicht läßt sich nicht allein durch bekannte Maßnahmen bei der Herstellung beeinflussen, sondern die Glätte und die Haftung an anderen Materialien hängt wesentlich von der Beschichtungszusammensetzung ab.
Als besonders geeignet hat sich ein oxidiertes PE-Wachs mit einem Erweichungspunkt zwischen 102 und 106°C und einer Nadelpenetration nach ASTM D 5 von 4-9 erwiesen. Diese Wachse weisen ein durchschnittliches Molekulargewicht von 1500 - 2000 und bei 140°C eine Viskosität im Bereich von 150 - 200 mPas (Brookfield) auf. Ebenso brauchbar ist ein Vinylacetat-Copolymer mit einem Erweichungspunkt von 95°C und einer Nadelpenetration von 9,5 nach ASTM D 5 und einer Viskosität von 400 - 600 mPas (Brookfield) bei 140°C, oder ein modifiziertes Kohlenwasserstoffwachs mit Schmelzpunkt von 101-108°C, einer Nadelpenetration von 1,5 - 3 mm. Die Schmelzviskosität dieses Wachses liegt bei 120°C im Bereich von 140 - 160 mPas (Brookfield).
Durch die Modifikation des Kohlenwasserstoffwachses läßt sich in organischen Lösungsmitteln eine sehr feinteilige Dispersion herstellen, die für die Beschichtungsmischung der Heißschmelzschicht verwendet werden kann. Auch die anderen genannten Wachskomponenten zeichnen sich dadurch aus, daß sie leicht zu Dispersion in organischen Lösungsmitteln mit sehr feinen Teilchen verarbeitbar sind.
Als filmbildende thermoplastische Komponente zur Verfestigung können reaktive Polyamidharze, reaktive Phenolharze, Harzesterprodukte verwendet werden. Als besonders geeignet hat sich ein thermoplastisches Polyamidharz mit einem Erweichungspunkt nach DIN 1995 von 105 - 115°C und einer Viskosität von 2,1 - 2,7 mPas bei 165°C erwiesen.
Als wärmeleitendes Farbpigment können schwarze Pigmente wie Ruß, Graphit, aber auch feinteilige Metallpulver wie Aluminium, Kupfer und Zinn verwendet werden. Durch Verwendung eines wärmeleitenden Pigmentes werden das Schmelzverhalten der Heißschmelzschicht und die Übertragbarkeit verbessert. Besonders geeignet sind farbstarke Farbruße mit Teilchengrößen zwischen 20 und 60 µm.
Die Heißschmelzschicht wird auf die Rückseite eines geeigneten dünnen Trägermaterials wie Papier, insbesondere Dünndruckpapier, Kabelisolierpapiere, Kondensatorpapiere, Pergamentpapiere, Wachsroh- und Zündspulenpapiere oder Folie wie Polyesterfolien, Polypropylenfolien aufgebracht. Die Trägermaterialien haben Flächengewichte zwischen 12 und 30 g/m² und sind in der Regel 14 µm dick. Zum Aufbringen wird eine Beschichtungsmasse hergestellt, durch Erwärmen und Auflösen des Wachses oder der Wachsmischung und des filmbildenden thermoplastischen Bindemittels zusammen mit einem Dispergierhilfsmittel und/oder Viskositätsregler in einem geeigneten Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch. Geeignete Lösungsmittel sind Toluol, Isopropanol, Spezialbenzine, Chlorkohlenwasserstoffe, Xylol oder Mischungen davon. Als Viskositätsregler bzw. Dispergierhilfsmittel sind in organischen Lösungsmitteln lösliche Produkte geeignet, beispielsweise alkylmodifiziertes Polyvinylpyrrolidon mit Molekulargewicht zwischen 7000 und 20 000, deren Schmelzbereich unter 100°C, vorzugsweise unter 50°C liegt.
Diese Lösung wird dann unter Rühren schnell abgekühlt oder in eine nichtlösende Flüssigkeit eingegossen, um eine feinteilige Dispersion der Schmelzschichtkomponenten in der flüssigen Phase zu erzeugen. In diese Dispersion wird dann das Farbpigment mit geeigneten Einrichtungen eindispergiert.
Als Viskositätsregler für die Beschichtungsmasse sind Spezialwachse auf der Grundlage eines wachsartigen Polyvinyläthers sowie alkylmodifizierte Polyvinyl-Pyrrolidone und Magnesiumstearate geeignet. Diese Stoffe werden zweckmäßigerweise bereits in die Lösung aus Polyäthylenwachs und filmbildendem thermoplastischem Bindemittel eingebracht und mitausgefällt, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung in den Phasen zu erreichen.
Die Beschichtungsmasse wird dann mit üblichen Auftragsaggregaten wie Rakel- oder Bladestreichköpfen auf die eine Seite eines Trägermaterials aufgebracht und das Lösungsmittel abgedampft. Das Auftragsgewicht beträgt von 2 bis 12 g/m², vorzugseise von 3 bis 6 g/m². Als ganz besonders geeignet hat sich ein Auftragsgewicht von 5,0 g/m² erwiesen.
Auf die Vorderseite des Trägermaterials kann vor oder nach dem Auftragen der Heißschmelzübertragungsschicht eine thermisch ansprechende Farbentwicklungsschicht aufgebracht werden. Diese Schicht ist von 2 bis 20 µm dick, bei einem Auftragsgewicht vom 2 bis 10 g/m². Sie enthält einen Farbbildner und als Reaktionspartner einen sogenannten Akzeptor und eine wärmeschmelzbare Verbindung, die im geschmolzenen Zustand den Kontakt der farbbildenden Reaktionspartner für die Reaktion herstellt. Derartige Schichten sind bekannt und beispielsweise in DE-OS 22 11 984 oder 29 34 378 beschrieben. Das erfindungsgemäße Übertragungsmaterial kann jedoch auch nur eine Heißschmelzschicht auf der Rückseite aufweisen, die durch Kontakt der Vorderseite mit dem heißen Stift derartiger Aufzeichnungsgeräte auf ein darunterliegendes Aufnahmeblatt übertragen wird.
Um die Übertragbarkeit der Heißschmelzschicht auf der Rückseite des Trägermaterials zu verbessern, ist es vorteilhaft, die Beschichtung noch durch Bürsten zu glätten. Dazu sind die üblichen Einrichtungen geeignet, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß die Bürsten ausreichend weich sind, um ein Verkratzen oder Beschädigen der Schmelzschicht zu vermeiden, jedoch auch noch ausreichend steif sind, um eine Polierwirkung an der Oberfläche zu erzielen.

Beispiel 1

Herstellen der Beschichtungszusammensetzung für die Heißschmelzschicht:
20 g oxidiertes Polyäthylenwachs, Erweichungspunkt 104°C, Viskosität 200 mPas bei 140°C
1,0 g alkylmodifiziertes Polyvinylpyrrolidon mit Schmelzbereich 35°-36°C
1,0 g thermoplastisches Polyamidharz
10,0 g Isopropanol
68,0 g Toluol
werden heiß in dem angegebenen Lösungsmittelgemisch gelöst und die Lösung dann unter Rühren schnell abgekühlt, so daß infolge der Übersättigung eine feinteilige Dispersion entsteht.
In diese Dispersion wird dann 6 g Farbruß (45 µm Teilchengröße, BET-Oberfl. 45 m²/g) mit einem schnellaufenden Rührwerk eindispergiert. Die Dispersion kann dann durch Verdünnen mit Toluol in eine streichfähige Farbe mit festgelegter Viskosität gebracht werden.
Die erhaltene Beschichtungsmasse wird mit einem Rakel auf ein bis zu 25 µm starkes, satiniertes Papier oder eine Folie aus Polyester oder Polypropylen aufgetragen. Es entsteht zunächst eine matte Farbschicht, die mit einer Haarbürste auf Glanz poliert werden kann und dadurch wesentlich intensivere und konturenschärfere Übertragungsbilder ermöglicht.

Beispiel 2

Herstellen der Beschichtungszusammensetzung für die Heißschmelzschicht:
30 g modifiziertes Kohlenwasserstoffharz mit einem Schmelzpunkt von 101-108°C und einer Viskosität von 150 mPas bei 120°C
0,8 g alkylmidifiziertes Polyvinylpyrrolidon, Schmelzbereich 35-36°C
1,0 g reaktives Phenolharz
10 g Isopropanol
65,0 g Toluol
werden heiß im angegebenen Lösungsmittelgemisch gelöst und analog Beispiel 1 abgekühlt und eine feinteilige Dispersion gebildet, in die 7 g Ruß mit einer Teilchengröße vom 55 µm und einer BET-Oberfläche von 50 m²/g eindispergiert werden. Die Dispersion wird dann, wie in Beispiel 1 angegeben, gegebenenfalls noch mit Toluol verdünnt und auf eine Polyesterfolie als Trägermaterial aufgetragen.

Beispiel 3

Herstellen der Beschichtungszusammensetzung:
25 g Vinylacetat-Copolymer mit Erweichungspunkt 95°C und einer Viskosität von 550 mPas bei 140°C
0,5 g Magnesiumstearat
1,0 g Harzesterprodukt mit einem Schmelzpunkt von 102-110°C und einer Viskosität von 250 mPas bei 140°C
15 g Isopropanol
70 g Xylol
werden, wie in Beispiel 1, heiß gelöst und in eine feinteilige Dispersion umgewandelt. Als Farbpigment dient eine Mischung aus 4 g Farbruß und 2 g Al.-Pulver, die in die Dispersion eingesetzt werden. Die Beschichtungsmasse wird auf ein Dünndruckpapier mit einem Auftragsgewicht von 5 g/m² (atro) mit üblichen Einrichtungen aufgebracht und getrocknet.
Falls erwünscht, kann auf die Vorderseite des Trägermaterials noch eine thermosensitive Aufzeichnungsschicht aufgebracht werden. Die einen Farbbildner und einen Akzeptor oder Farbentwickler und eine schmelzbare Komponente aufweisende Beschichtungsmasse wird mit üblichen Einrichtungen wie Rollrakeln gleichmäßig auf die Trägerbahn aufgebracht und getrocknet. Im Falle von Papier als Trägermaterial wird ein Rohpapier mit einer Dicke von 25-30 µm und eine Glätte nach Bekk von 200 bis 1000 Sek. verwendet. Die Opazität sollte derart sein, daß nach dem Aufzeichnen eine möglichst helle thermosensitive Frontschicht vorhanden ist.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Aufzeichnungs/ Übertragungsmaterials besteht darin, daß durch Verwendung von den genannten Wachsen aus der Dispersion der Schmelzpunkt der Farbschicht wesentlich erhöht wird, und selbst bei Inbetriebnahme des Thermogerätes über einen längeren Zeitraum bleibt die Übertragbarkeit und das übertragene Farbbild wesentlich konstanter in seiner Intensität und Gleichmäßigkeit als bei bekannten Materialien.

Claims

1. Wärmeempfindliches Aufzeichnungs/Übertragungsmaterial mit einer auf der Rückseite eines dünnen Trägermaterials angeordneten, durch auf die Vorderseite einwirkende Wärme übertragbaren Heißschmelzschicht, die ein Farbpigment, ein Wachs als Bindemittel und übliche Hilfsstoffe enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißschmelzschicht ein oxidiertes Polyäthylenwachs, ein Vinylacetat-Copolymer, ein modifiziertes Kohlenwasserstoffwachs oder eine Mischung derselben mit einer Erweichungstemperatur von 95-115°C und ein filmbildendes thermoplastisches Bindemittel im Gewichtsverhältnis 10 : 1 bis 30 : 1 enthält, so daß die Schicht einen Schmelzpunkt von 101-108°C aufweist.

2. Wärmeempfindliches Aufzeichnungs/Übertragungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißschmelzschicht in einer Menge von 2-12 g/m² auf einen Trägermaterial mit einem Flächengewicht von 12-30 g/m² vorhanden ist.

3. Wärmeempfindliches Aufzeichnungs/Übertragungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der Vorderseite eine an sich bekannte wärmeempfindliche Aufzeichnungsschicht, die einen zunächst farblosen Farbbildner, einen Farbentwickler und einen in der Wärme schmelzenden, ein oder beide Reaktionspartner lösenden Stoff enthält, aufweist.

4. Verfahren zum Herstellen eines wärmeempfindlichen Aufzeichnungs/Übertragungsmaterials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die schmelzbaren Wachse, das thermoplastische Bindemittel und einen Viskositätsregler in einem organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch löst, die Lösung unter Rühren schnell abkühlt oder in eine nicht lösende Flüssigkeit unter Bildung einer feinteiligen Dispersion einmischt, in die Dispersion das Farbpigment einmischt und die Beschichtungsmasse auf das Trägermaterial aufbringt und trocknet.