DE4118294A1 - Leitendes substrat - Google Patents

Leitendes substrat

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Description

Diese Erfindung betrifft ein leitendes Substrat, welches für Druckverfahren angewandt werden kann, das zum Stützen der Bildaufzeichnungsschicht in einem elektrostatischen Aufzeichnungspapier, einem elektrischen Entladungs-Aufzeichnungspapier, in lichtempfindlichen Medien, die für die Elektrophotographie verwendet werden, und für die anderen Arten von Aufzeichnungsmedien verwendet wird.
Bisher werden leitende Substrate üblicherweise verwendet, um die Bildaufzeichnungsschicht in einem elektrostatischen Aufzeichnungsmaterial, in lichtempfindlichen Medien, die für die Elektrophotographie verwendet werden, und in anderen Arten von Aufzeichnungsmedien zu tragen.
Elektrostatische Kopier- und Druckverfahren, die Medien verwenden, die ein leitendes Substrat enthalten, und Vorrichtungen, die derartige Verfahren durchführen, werden in weitem Umfang verwendet, einschließlich bei Facsimilegeräten, Druck- und Reproduktionsgeräten für mechanische Zeichnungen, schematischen Diagrammen, etc., Vorrichtungen zum Drucken von Korrekturblättern zur Verwendung beim Korrekturlesen für Zeitungen und andere Publikationen, und Vorrichtungen zum Kopieren von offiziellen Dokumenten und dergleichen. In den letzten Jahren haben weiterhin Verbesserungen bei den elektrostatischen Kopier- und Druckverfahren die Herstellung von Vielfarbenkopien und -drucken möglich gemacht, die für verschiedene Anwendungen, einschließlich dem Designgebiet im allgemeinen, ebenso wie für die Produktion von Werbe- und Flugblättern, Programmen für Spiele, Sportereignisse und dergleichen, und für verschiedene andere Anwendungen verwendet worden sind.
Als Folge der wachsenden Popularität der elektrostatischen Druck- und Kopierverfahren stieg die Nachfrage für ein Aufzeichnungsmedium, welches für derartige Anwendungen verwendbar ist, welches ein leitendes Substrat enthält, das eine leitende Schicht umfaßt, die einen elektrischen Schichtwiderstand in dem Bereich von mehr als 108 Ohm/Quadratfläche (Ohm/), vorzugsweise in dem Bereich von 108 bis 1011 Ohm/Quadratfläche bei niedriger oder hoher relativer Feuchtigkeit aufweist.
Im allgemeinen umfaßt ein leitendes Substrat eine Substratschicht mit zumindest einer Oberfläche, die eine leitende Schicht darüber angeordnet aufweist. Ein Additiv, um der leitenden Schicht Leitfähigkeit zu verleihen, wird aus elektrisch leitenden Materialien und ionischen leitenden Materialien ausgewählt, in Abhängigkeit von einem erforderlichen Wert des Oberflächenwiderstandes der leitenden Schicht. Beispielsweise, wenn er in dem Bereich eines elektronischen Leitungsbereiches ist, d. h. 106 Ohm/Quadratfläche und weniger, kann das Additiv aus verschiedenen Arten von elektronischen leitenden Materialien ausgewählt werden. Auf der anderen Seite, wenn er in dem Bereich eines ionischen Leitungsbereiches, d. h. mehr als 106 Ohm/Quadratfläche ist, kann das Additiv aus verschiedenen Arten von ionischen leitenden Materialien ausgewählt werden. Daher werden die ionischen leitenden Materialien im allgemeinen verwendet, um das leitende Substrat mit mehr als 108 Ohm/Quadratfläche, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 108 bis 1011 Ohm/Quadratfläche an elektrischem Schichtwiderstand herzustellen. Es wurde herausgefunden, daß sie bei einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit instabil sind, da die ionischen leitenden Materialien nur geringe Feuchtigkeitsresistenzeigenschaften aufweisen, beispielsweise wird der Wert des elektrischen Schichtwiderstandes des leitenden Substrates bei geringer relativer Feuchtigkeit beachtlich hoch, im Vergleich zu einem Wert, der bei hoher relativer Feuchtigkeit gemessen ist.
Um dieses Problem zu lösen, wurden Untersuchungen durchgeführt, um ein leitendes Substrat mit einer leitenden Schicht mit mehr als 108 Ohm/Quadratfläche an elektrischem Schichtwiderstand durch Einführen von elektronisch leitenden Materialien herzustellen. Weiterhin wurden ebenfalls Untersuchungen durchgeführt, um ein leitendes Substrat einschließlich einer leitenden Schicht durch Einführen eines teuren Materials wie Antimonoxid oder Zinnoxid herzustellen, um Aufzeichnungsmedien zu erzeugen, die eine beachtliche Resistenz gegen geringe oder hohe relative Feuchtigkeit aufweisen.
Trotz der andauernden Bemühungen, ein Aufzeichnungsmedium zu entwickeln, welches bei Veränderungen der relativen Feuchtigkeit anwendbar ist, war es jedoch bisher nicht möglich, ein solches Medium zu erzeugen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein leitendes Substrat mit einer verbesserten leitenden Schicht zur Verfügung zu stellen, die eine Feuchtigkeitsresistenz von mehr als 108 Ohm/Quadratfläche eines elektrischen Schichtwiderstandes davon aufweist, wobei dieser Widerstand bei hoher als auch bei geringer relativer Feuchtigkeit und bei anderen Umgebungseinflüssen stabil ist.
Um diese Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein leitendes Substrat zur Verfügung, welches aus einer Substratschicht besteht, die zumindest eine Oberfläche aufweist, die mit einer leitenden Schicht darüber bedeckt ist, wobei diese durch Vermischen von Ruß mit zumindest einer der anderen Arten an elektrisch leitenden Materialien in einer Menge von 10 bis 100 Teilen des Materials pro 100 Gewichtsteilen an Ruß hergestellt ist.
Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das leitende Substrat nach einem ersten bevorzugten Ausführungsbeipspiel dieser Erfindung besteht aus einer Substratschicht und zumindest einer leitenden Schicht, die Ruß und zumindest ein elektrisch leitendes Material umfaßt. Der Ruß ist zumindest einer, ausgewählt aus thermischem Ruß, Acetylenruß, Ofenruß, Gasruß, Lampenruß, Graphit und dergleichen. Aber der Ruß ist nicht auf diese Verbindungen beschränkt und beschränkt nicht ein Verfahren zur Herstellung des Rußes und seiner Form und Zusammensetzung. Die anderen Arten der elektrisch leitenden Materialien, die erfindungsgemäß verwendet werden, sind elektrisch leitende Materialien mit Ausnahme des oben genannten Rußes, beispielsweise eine pulverförmige Zusammensetzung, die aus elektrisch leitenden Materialien in der Form von Pulver wie Zinnoxid, Antimonoxid, Gold, Silber, Kupfer und dergleichen oder aus anorganischen Materialien wie Zinkoxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Kalziumcarbonat, Bariumsulfat, Glimmer, Kaliumtitanat, Aluminiumborid, Siliciumcarbid und dergleichen ausgewählt ist, welche durch die elektrisch leitenden Materialien wie Zinnoxid, Antimonoxid, Gold, Silber, Kupfer und dergleichen dotiert ist.
Demgemäß umfaßt eine leitende Schicht gemäß dieser Erfindung Ruß und zumindest eine der anderen Arten von elektrisch leitenden Materialien mit Ausnahme von Ruß. Das elektrisch leitende Material wird mit dem Ruß in einer Menge von 10 bis 100, vorzugsweise 20 bis 75 Teile des Materials pro 100 Gewichtsteile des Rußes vermischt. Wenn das Material mit Ruß in einer Menge von mehr als 100 Gewichtsteilen an Ruß vermischt wird, kann die erhaltene Schicht ihre Feuchtigkeitsresistenzeigenschaft verlieren und die Kosten für die Herstellung der leitenden Schicht können erhöht werden.
Nach einem anderen erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein bevorzugter Effekt erreicht werden, wenn eine verhältnismäßig geringe Menge eines pulverförmigen Materials mit einer nadelförmigen Kristallstruktur mit etwa 5 bis 100 µm Durchmesser bezüglich der Längsachse und 0,1 bis 1 µm Durchmesser bezüglich der transversalen Achse zugegeben wird. Diese Kristallstruktur des pulverförmigen Materials stellt einen wichtigen Faktor zur Herstellung einer gleichmäßigen leitenden Schicht dar. In dem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann ein Whisker-Kristall, der eine derartige Kristallstruktur aufweist, aus Kaliumtitanat, Siliciumcarbid, Aluminiumborat oder dergleichen ausgewählt werden, und er kann durch Zinnoxid, Antimonoxid, Gold, Silber oder dergleichen dotiert werden. Wenn das elektrisch leitende Material, mit Ausnahme von Ruß, eine nadelförmige Kristallstruktur aufweist und wenn ein derartiges Material durch Herstellung der leitenden Schicht verwendet wird, liegt das bevorzugte Mischverhältnis zwischen dem elektrisch leitenden Material und Ruß in einer Menge von 10 bis 40 Gewichtsteilen des Materials pro 100 Gewichtsteile an Ruß. Denn wenn das Material mit dem Ruß in einer Menge von weniger als 10 Gewichtsteilen des Materials pro 100 Gewichtsteilen an Ruß vermischt wird, kann die erhaltene Schicht ihre Feuchtigkeitsresistenzeigenschaften verlieren.
Eine erfindungsgemäß leitende Schicht wird durch Dispergieren der elektrisch leitenden Materialien einschließlich Ruß in einem Bindemittel wie Acrylharz, Polyesterharz, Vinylchloridharz, Vinylacetatharz, Copolymer vom Ethylen/Vinyl-Typ, Styrol/Butadiencopolymer, Polyurethanharz, Siliconharz, Butyralharz, Celluloseharz, Epoxyharz, Alkydharz, Fluoroethylenharz oder dergleichen hergestellt, wobei das Bindemittel nicht auf diese Harze beschränkt ist. Das bevorzugte Mischverhältnis zwischen den elektrisch leitenden Materialien und dem Bindemittel kann durch einen vorher bestimmten Wert des elektrischen Schichtwiderstandes des leitenden Substrates bestimmt werden. Es ist jedoch bevorzugt, daß die elektrisch leitenden Materialien mit dem Bindemittel in einer Menge von 20 bis 300 Teile der Materialien pro 100 Gewichtsteile des Bindemittels vermischt werden.
Falls erforderlich, können verschiedene Arten von Pigmenten für die leitende Schicht verwendet werden, beispielsweise ein anorganisches Pigment wie Siliciumoxid, Lehm, Talkum, Diatomeenerde, Aluminiumoxid, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, Zeolith oder dergleichen, und ein organisches Pigment, beispielsweise Cellulosepulver, Polyethylenharzpulver, Siliconharzpulver, Phenolharzpulver oder dergleichen.
Ein Material, das zur Herstellung einer Substratschicht verwendet wird, wird aus Papier, synthetischem Papier, Harzfilm, Lederprodukt, Tuch oder dergleichen ausgewählt, wobei dieses Material nicht auf die genannten Materialien beschränkt ist.
Wie oben beschrieben, besteht ein leitendes Substrat gemäß dieser Erfindung aus einer Substratschicht, bei der zumindest eine Oberfläche davon mit einer leitenden Schicht bedeckt ist. Das Bedecken der Substratschicht mit der leitenden Schicht kann wie folgt durchgeführt werden:
Dispergieren oder Auflösen von elektrisch leitenden Materialien, Ruß und einem Bindemittel in einem Lösungsmittel wie Wasser, Methanol, Ethanol, Toluol, Aceton, Methylethylketon, Ethylacetat oder dergleichen zur Herstellung einer Beschichtungssubstanz; Aufbringen der erhaltenen Substanz auf zumindest einer Oberfläche der Substratschicht durch Luftmesserstreichbeschichten, Walzbeschichten, Drahtstangenbeschichten, Sprühbeschichten, Quellbeschichten, Umkehrwalzenbeschichten oder dergleichen; und Trocknen der Substanz zur Herstellung einer leitenden Schicht mit einer Dicke von 1 bis 20 µm.
Erfindungsgemäße kann eine Sperrschicht auf zumindest einer Oberfläche der Substratschicht gebildet werden: (1) wenn eine leitende Schicht auf einer Oberfläche der Substratschicht gebildet ist, wird eine Sperrschicht auf der anderen Seite und/oder zwischen der leitenden Schicht und der Substratschicht gebildet; und (2) wenn die leitende Schicht auf beiden Seiten der Substratschicht gebildet ist, wird eine Sperrschicht zwischen der Substratschicht und der leitenden Schicht an nur einer Seite der Substatschicht oder an beiden Seiten davon gebildet. Es ist bevorzugt, daß die erfindungsgemäß verwendete Sperrschicht aus bekannten Copolymeren in der Form einer Emulsion wie Styrol/Butadien-Copolymer (Meth)Acryl/(Meth)Acrylat-Copolymer, Styrol/(Meth)Acrylcopolymer, Vinylacetat/(Meth)Acrylcopolymer, Vinylchlorid/ Vinylacetat-Copolymer oder dergleichen ausgewählt wird, wobei das verwendete Copolymer nicht auf diese Copolymere beschränkt ist. Zusätzlich können, falls erforderlich, organische Pigmente, anorganische Pigmente oder elektrisch leitende Materialien, die in der oben beschriebenen leitenden Schicht verwendet werden, ebenfalls bei der Herstellung der Sperrschicht verwendet werden.
Beispiele
Nachfolgend werden verschiedene spezifische Beispiele des leitenden Substrats der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.
Beispiel 1
Holzfreies Papier (100 g/m2 Basisgewicht) wurde als Substratschicht verwendet. Eine Schicht aus der Zusammensetzung A, die unten beschrieben ist, wurde auf eine Oberfläche der Substratschicht mit einer Dicke von 10 µm aufgebracht und getrocknet, um ein leitendes Substrat zu erhalten.
Zusammensetzung A:
Rußdispersion
20 Teile
leitende Kaliumtitanat-Whisker-Kristalle (longitudinale Achse: 10-20 µm, transversale Achse: 0,2-0,5 µm, Dentall WK 300, Otsuka Kagaku, Co., Ltd.) 1,5 Teile
Harz vom Acryltyp (50% starrer Anteil, Mowinyl 767, Hoechst Gosei, Co., Ltd.) 57 Teile
Wasser 20 Teile
Die Rußdispersion, die in der Zusammensetzung A aufgeführt ist, wurde vorher durch Mischen von 34,5 Teilen Ruß (MA-100, Mitsubishi Kasei Industries), 5,5 Teilen Natriumhexaphosphat und 60 Teilen Wasser hergestellt.
Beispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Schicht aus der Zusammensetzung B, die unten aufgeführt ist, anstelle der Schicht aus der Zusammensetzung A verwendet wurde:
Zusammensetzung B:
Rußdispersion
18 Teile
leitende Kaliumtitanat-Whisker-Kristalle (longitudinale Achse: 10-20 µm, transversale Achse: 0,2-0,5 µm, Dentall WK 300, Otsuka Kagaku, Co., Ltd.) 1,5 Teile
Harz vom Acryltyp (50% starrer Anteil, Mowinyl 767, Hoechst Gosei, Co., Ltd.) 57 Teile
Wasser 20 Teile
Beispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Schicht aus der Zusammensetzung C, die unten aufgeführt ist, an Stelle der Schicht aus der Zusammensetzung A verwendet wurde:
Zusammensetzung C:
Rußdispersion
19,0 Teile
leitende Kaliumtitanat-Whisker-Kristalle (longitudinale Achse: 10-20 µm, transversale Achse: 0,2-0,5 µm, Dentall WK 300, Otsuka Kagaku, Co., Ltd.) 2,3 Teile
Polyvinylalkohol (10%ige Lösung, Gosenol KL-05, Nippon Gosei Kagaku, Co., Ltd.) 28,5 Teile
Harz vom Acryltyp (50% starrer Anteil, Mowinyl 767, Hoechst Gosei, Co., Ltd.) 51,3 Teile
Wasser 20 Teile
Beispiel 4
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß eine Schicht aus der unten aufgeführten Zusammensetzung D anstelle der Schicht der Zusammensetzung A verwendet wurde:
Zusammensetzung D:
Rußdispersion
18 Teile
leitender Glimmer (MEC 500, Teikoku Kagaku, Co., Ltd.) 4,5 Teile
Harz vom Acryltyp (50% starrer Anteil, Mowinyl 767, Hoechst Gosei, Co., Ltd.) 57 Teile
Wasser 20 Teile
Beispiel 5
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Schicht aus der Zusammensetzung E, die unten gezeigt ist, anstelle der Schicht aus der Zusammensetzung A verwendet wurde:
Zusammensetzung E:
Rußdispersion
18 Teile
leitendes Titandioxid (500 w, Ishihara Sangyo, Co., Ltd.) 4,5 Teile
Harz vom Acryltyp (50% starrer Anteil, Mowinyl 767, Hoechst Gosei, Co., Ltd.) 57 Teile
Wasser 20 Teile
Vergleichsbeispiel 1
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Schicht der Zusammensetzung F, die unten dargestellt ist, anstelle der Schicht der Zusammensetzung A verwendet wurde:
Zusammensetzung F:
Rußdispersion
24 Teile
Harz vom Acryltyp (50% starrer Anteil, Mowinyl 767, Hoechst Gosei, Co., Ltd.) 57 Teile
Wasser 20 Teile
Vergleichsbeispiel 2
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Schicht der Zusammensetzung G, die unten dargestellt ist, anstelle der Schicht der Zusammensetzung A verwendet wurde:
Zusammensetzung G:
Rußdispersion
25 Teile
leitende Kaliumtitanat-Whisker-Kristalle (longitudinale Achse: 10-20 µm, transversale Achse: 0,2-0,5 µm, Dentall WK 300, Otsuka Kagaku, Co., Ltd.) 0,5 Teile
Harz vom Acryltyp (50% starrer Anteil, Mowinyl 767, Hoechst Gosei, Co., Ltd.) 57 Teile
Wasser 20 Teile
Vergleichsbeispiel 3
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß eine Schicht aus der Zusammensetzung H, die unten dargestellt ist, anstelle einer Schicht aus der Zusammensetzung A verwendet wurde.
Zusammensetzung H:
leitender Glimmer (MEC 500, Teikoku Chemical, Co., Ltd.)
20 Teile
Polyesterharz (40% starrer Anteil, Vylon 200, Tokyo Boseki, Co., Ltd.) 50 Teile
Ethylacetat 30 Teile
Toluol 10 Teile
Jedes der oben genannten leitenden Substrate wurde einer geringen Feuchtigkeitsbedingung (30°C, 20% RH), mittleren Feuchtigkeitsbedingung (25°C, 65% RH) oder hohen Feuchtigkeitsbedingung (30°C, 80% RH) unterworfen. Nach 24 Stunden wurde der elektrische Schichtwiderstand eines jeden leitenden Substrates gemessen (Ringstil, auferlegte Spannung von 100 Volt); die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen leitenden Substrate (Beispiele 1 bis 5) ausgezeichnete Feuchtigkeitsresistenzeigenschaften aufweisen, im Vergleich zu den üblichen Substraten (Vergleichsbeispiele 1 bis 3), da die Oberflächenresistenzwerte der neuen leitenden Substrate sowohl bei geringer als auch bei hoher relativer Feuchtigkeit stabil sind.
Tabelle 1
Elektrischer Schichtwiderstand (Ohm/Quadratfläche)

Claims (7)

1. Leitendes Substrat umfassend eine Substratschicht, bei der zumindest eine Oberfläche eine darauf angeordnete leitende Schicht aufweist, wobei die leitende Schicht Ruß und zumindest ein elektrisch leitendes Material mit Ausnahme von Ruß umfaßt.
2. Leitendes Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material und der Ruß in der leitenden Schicht in einer Menge von 10 bis 100, vorzugsweise 20 bis 75, Teilen des Materials pro 100 Gewichtsteile an Ruß enthalten sind.
3. Leitendes Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material und der Ruß in der leitenden Schicht in einer Menge von 20 bis 75 Teilen des Materials pro 100 Gewichtsteile an Ruß enthalten sind.
4. Leitendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß zumindest ein Ruß darstellt, ausgewählt aus thermischem Ruß, Acetylenruß, Ofenruß, Gasruß, Lampenruß und Graphit.
5. Leitendes Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material mit Ausnahme des Rußes eine pulverförmige elektrisch leitende Zusammensetzung, ausgewählt aus Zinnoxid, Antimonoxid, Gold, Silber und Kupfer, oder eine pulverförmige anorganische Zusammensetzung, ausgewählt aus Zinkoxid, Titaniumdioxid, Aluminiumoxid, Calciumcarbonat, Bariumsulfat, Glimmer, Kaliumtitanat, Aluminiumcarbonat und Siliciumcarbid ist, welche mit der pulverförmigen elektrisch leitenden Zusammensetzung dotiert ist.
6. Leitendes Substrat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige elektrisch leitende Zusammensetzung eine nadelförmige Kristallstruktur mit 5 bis 100µm Durchmesser bezüglich der longitudinalen Achse und mit 0,1 bis 1µm Durchmesser bezüglich der transversalen Achse davon aufweist.
7. Leitendes Substrat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige elektrisch leitende Zusammensetzung mit der nadelförmigen Kristallstruktur mit dem Ruß in einer Menge von 10 bis 40 Teilen der Zusammensetzung pro 100 Gewichtsteilen an Ruß zur Bildung der leitenden Schicht vermischt ist.
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