DE4435350C2 - Bildempfangsmaterial für elektrofotografische Verfahren - Google Patents

Bildempfangsmaterial für elektrofotografische Verfahren

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Description

Die Erfindung beschreibt ein Bildempfangsmaterial für elektrofotografische Verfahren.
Elektrofotografische Verfahren erzeugen von einer Vorlage auf einem Halbleitermaterial ein latentes elektrostatisches Bild, das mittels Tonern sichtbar gemacht bzw. entwickelt wird. Das Endprodukt kann entweder das Halbleitermaterial selbst sein (z. B. Zinkoxid-Papier) oder ein Bildträgermate­ rial, auf das das Tonerbild von dem Halbleitermaterial (z. B. Selen-Trommel) übertragen wird. Das letztere Ver­ fahren ist heute als Kopierverfahren in allen Bürokomplexen Stand der Technik.
In den letzten Jahren haben sich immer mehr sogenannte Farbkopierer durchgesetzt, die nach dem gleichen Verfahren, aber mit farbigen Tonern, arbeiten.
Während mit den üblichen Bürokopierern vorwiegend Texte vervielfältigt werden, für die preiswertes Trägermaterial (z. B. "plain paper") ausreichend ist, werden mit den Farb­ kopierern vorwiegend Bilder vervielfältigt, für die höherwertige Bildträgermaterialien gefordert werden.
Die US 51 12 717-Patentschrift beschreibt ein Bildempfangs­ material für elektrofotografische Farbverfahren, in dessen Oberfläche nach der Tonerbebilderung eine Textur eingeprägt wird, um dem Bild eine dem Fotopapier ähnliche Oberfläche zu ver­ mitteln. Das Bildempfangsmaterial besteht aus einem Kern- oder Basispapier mit einer Vorderseiten- und einer Rück­ seitenbeschichtung, die beide aus Kunststoffen bestehen. Die Vorderseitenbeschichtung ist vorzugsweise Polystyrol, die Rückseitenbeschichtung ist vorzugsweise Polyolefin. Das Bildempfangsmaterial dieser Patentschrift besitzt auf beiden Seiten reine Kunststoffschichten und kann dem Endverbraucher nicht das Empfinden vermitteln, das ihm ein Fotopapier vermittelt. Es fehlen ihm auch Eigenschaften wie hohe Weiße, Antistatik, Beschreibbarkeit der Rückseite.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Bildempfangsmate­ rial für elektrofotografische Verfahren zur Verfügung zu stellen, das den Charakter eines Fotopapiers hat und das eine Bildqualität liefert, die der eines Fotos nahekommt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Bildempfangsmaterial, das mindestens aus folgenden Schichten besteht:
  • 1. Empfangsschicht für das Tonerbild
  • 2. Kunststoffschicht aus Thermoplasten
  • 3. Basispapier als Kernmaterial
  • 4. Kunststoffschicht aus Thermoplasten
  • 5. Antistatikschicht
Als Basispapier kann grundsätzlich jedes Papier verwendet werden, das aus gebleichter Cellulose hergestellt wurde.
Die Basispapiere können Weißpigmente wie Titandioxid oder Calciumcarbonat enthalten, sie können neutral oder alkalisch z. B. mittels reaktiven Leimungsmitteln wie Alkylketendimern oder Derivaten des Dialkylbernsteinsäureanhydrids geleimt sein, sie können sauer geleimt sein, z. B. mit Harzleim (Kopophonium-Harzleim) und Aluminiumsulfat, sie können naß­ fest ausgerüstet sein, z. B. mit Melamin-Formaldehydharzen oder Polyamidaminepichlorhydrinharzen, und/oder sie können zusätzliche Leimpressenbeschichtungen tragen. Die beidseitig oder einseitig mittels Leimpressen in der Papiermaschine auf­ getragenen Beschichtungen dienen beispielsweise der weiteren Verfestigung des Fasergefüges oder geben den Papieroberflä­ chen Eigenschaftsverbesserungen wie höhere Helligkeit durch Zusatz von z. B. optischen Aufhellern oder Antistatik durch Zusatz von z. B. Alkalisalzen oder verbesserte Haftung von später aufzutragenden Schichten. Haftungsverbessernde oder gefügeverfestigende Zusätze sind Polymere wie Stärke, Cellu­ lose-Derivate, Alginate, Polyvinylalkohol, Polyacrylatdisper­ sionen, wasserlösliche Polyacrylsäuren, Styrol-Copolymere und ähnliche Verbindungen.
Alle genannten qualitätsverbessernden Zusätze zum Papier sind für die erfindungsgemäße Verwendung jedoch nicht zwingend er­ forderlich.
Das oben beschriebene Basispapier ist auf beiden Seiten mit thermoplastischen Kunststoffschichten versehen. Diese Thermo­ plasten, die vorzugsweise durch eine Schmelzextrusionsbe­ schichtung aufgetragen werden, sind vorzugsweise Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen oder Olefin-Copolymere, z. B. aufgebaut aus Ethylen mit anderen α-Olefinen oder mit Vinyl­ acetat oder mit (Meth)acrylsäureestern.
Unter Polyethylen wird LDPE (Polyethylen niedriger Dichte), HDPE (Polyethylen hoher Dichte) und LLDPE (lineares Polyethy­ len niedriger Dichte) verstanden. Als erfindungsgemäße Thermoplaste sind jedoch auch Polystyrol, Polycarbonat, Polyvinyl- und Polyacrylverbindungen und Polyurethane ge­ eignet.
Das Auftragsgewicht der Kunststoffbeschichtungen ist auf bei­ den Seiten des Basispapiers annähernd gleich, wenn auch die Thermoplaste gleich sind. Das garantiert eine gute Planlage des Endproduktes. Bei unterschiedlichen Thermoplasten auf Vorder- und Rückseite müssen die unterschiedlichen Zugspan­ nungen durch angepaßtes unterschiedliches Auftragsgewicht ausgeglichen werden.
Während die rückseitig aufgebrachte Kunststoffschicht als solche den Ansprüchen genügt, ist die Kunststoffschicht auf der Vorderseite auf gute optische Eigenschaften eingestellt, d. h. sie hat eine hohe Lichtreflexion, hohe Helligkeit und hohe Weiße. Sie kann auch durch Zusatz von Nuancierfarbstof­ fen ästhetischen oder modischen Farbwünschen angepaßt sein. Hohe Lichtreflexion und hohe Helligkeit werden durch Zumi­ schung von Weißpigmenten, vorzugsweise durch Titandioxid, und optischen Aufhellern erreicht. Die Menge an Weißpigmenten liegt aus verarbeitungstechnischen Gründen üblicherweise zwi­ schen 10 Gew.-% und 25 Gew.-%, sie kann aber bis zu 50 Gew.-% erreichen.
Die Empfangsschicht auf der Vorderseite, die sich auf der Kunststoffschicht befindet, enthält als wesentliche Kompo­ nente ein Polymer, das eine gute Haftung des zu übertragenden Tonerbildes gewährleistet. Untersuchungen haben ergeben, daß Polymere mit einer Grenzflächenspannung von < 32 mN/m und ei­ ner Filmbildungstemperatur nach DIN 53787 von < 100°C be­ sonders gut geeignet sind. Solche Polymere sind Polystyro­ le, Polyacrylate, Polyalkylmethacrylate, Ionomere, Poly­ vinylidenchloride, Celluloseester und Copolymere aus zwei oder mehreren der Monomere Butadien, Styrol, Acrylnitril, Acrylester, Alkylacrylester.
Zusätzlich können die Empfangsschichten vorteilhaft als An­ tihaftmittel feinteilige Kieselsäuren wie kollidale alumi­ nium modifizierte Kieselsäure enthalten oder Nuancierfarb­ stoffe, optische Aufheller oder Netzmittel oder Entschäu­ mer. Für die Funktionsfähigkeit des Bildempfangsmaterials sind diese Zusätze aber nicht erforderlich.
Die Antistatikschicht auf der Rückseite, die sich auf der Kunststoffschicht befindet, enthält in einem Bindemittel als Antistatikum anorganische Salze, vorzugsweise Alkali­ salze oder organische Sulfonsäuren oder Carbonsäuren oder deren Alkalisalze oder Metalloxide. Die antistatische Wir­ kung soll, gemessen als Oberflächenwiderstand der Schicht, Werte zwischen 109 Ω/cm und 1013 Ω/cm besitzen. Zusätzlich kann dieser Antistatikschicht durch Auswahl der Bindemittel und durch weitere Zusatzstoffe eine gute Bedruckbarkeit und Beschreibbarkeit verliehen werden. Für die Bedruckbarkeit mit nichtwäßrigen bzw. unpolaren Druckfarben muß das Binde­ mittel ebenfalls hydrophoben Charakter aufweisen; es kommen Copolymere aus zwei oder mehreren der Monomere aus Buta­ dien, Styrol, Acrylnitril, Acrylsäureester und Vinylacetat infrage. Für eine Beschreibbarkeit mit Bleistiften werden Kieselsäuren zugesetzt, die den notwendigen Abrieb geben.
Als Auftragsaggregate für die Empfangsschichten und Anti­ statikschichten eignen sich alle üblichen Systeme, die über Schöpfwalzen, Rasterwalzen oder Düsen die Beschichtungs­ masse direkt oder indirekt an das zu beschichtende Material antragen und es mit Rakeln, Schaber oder Luftbürsten dosie­ ren.
Die einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Bildempfangs­ materials haben folgende Flächengewichtsbereiche:
1. Empfangsschicht: 0,1 g/m2 bis 1 g/m2
2. Kunststoffschicht: 10 g/m2 bis 50 g/m2
3. Basispapier: 60 g/m2 bis 200 g/m2
4. Kunststoffschicht: 10 g/m2 bis 50 g/m2
5. Antistatikschicht: 0,05 g/m2 bis 2 g/m2
Durch den Aufbau des erfindungsgemäßen Bildempfangsmateri­ als werden folgende Eigenschaften erreicht bzw. verbessert:
Die Empfangsschicht zur Aufnahme des Tonerbildes vom Halbleitermaterial besitzt eine gute Temperaturbestän­ digkeit und hohe Toneraufnahmefähigkeit, so daß auf dem Halbleitermaterial nur noch wenig Resttoner verbleibt. Nach der Fixierung wird eine sehr gute Tonerhaftung erreicht.
Die Kunststoffschicht auf der Vorderseite gibt dem späteren Bild eine gute Untergrundweiße und Helligkeit. Sie ebnet die Ungleichmäßigkeiten der Oberfläche des Basispapieres ein und gibt der gesamten Vorderseitenbeschichtung eine ge­ wisse Kompressibilität. Dadurch wird ein verbesserter voll­ ständigerer Kontakt zwischen Transferpapier und Tonerbild auf dem Halbleitermaterial erreicht, wodurch die Tonerüber­ tragung vollständiger ist, keine Fehlstellen (missing dots) im Bild auftreten und die Bildschärfe verbessert ist.
Das Basispapier ist das generelle Trägermaterial des Bild­ empfangsmaterials, es gibt die notwendige Festigkeit und Steifigkeit.
Die Kunststoffschicht auf der Rückseite gibt dem Verbund eine sehr gute Planlage und dichtet das poröse Basispapier ab, so daß im Kopiergerät zwischen Tonerübertragung und Tonerfixierung das an die Papierführungsstation angelegte Vakuum voll wirksam bleibt und dadurch eine exakte Papier­ führung, eine optimale Planhaltung des Papiers und ein inniger Kontakt zwischen Bildempfangsmaterial und Vorheiz­ platten bzw. Heizwalze garantiert wird.
In Verbindung mit der Kunststoffschicht auf der Vorder­ seite wird das Basispapier beidseitig abgedichtet. Dadurch bleibt der Feuchtigkeitsgehalt des Basispapiers relativ konstant, auch bei stark schwankender Umgebungsfeuchte. Die Papierfeuchte eines nicht mit Kunststoffen beschichteten Papieres hat einen sehr großen Einfluß auf den elektrischen Oberflächen- und Durchgangswiderstand dieses Papieres, so daß bei schwankender Umgebungsfeuchte auch schwankende Qua­ lität in der Bildübertragung auftreten würde.
Die Antistatikschicht auf der Rückseite verbessert die Sta­ pelfähigkeit des Bildempfangsmaterials, d. h. das Abnehmen einzelner Papierbogen von einem Stapel und das Auflegen einzelner Papierbogen aufeinander geschieht störungsfrei, weil eine elektrostatische Aufladung vermieden wird. Die antistatische Ausrüstung der Rückseite des Bildempfangsma­ terials darf jedoch nicht zu ausgeprägt sein, da sie sonst Einfluß auf die Tonerübertragung und Tonerhaftung auf der Vorderseite nehmen würde.
Durch die zusätzlich einstellbare Bedruck- und Beschreib­ barkeit ist eine Möglichkeit zur Kennzeichnung oder für Informationseintragungen gegeben.
Das gesamte derart aufgebaute Bildempfangsmaterial ermög­ licht eine qualitativ hochwertige Bebilderung und besitzt den Charakter eines Fotopapieres.
Dieser Aufbau ermöglicht außerdem die Erzeugung von Hoch­ glanzbildern durch eine nachträgliche Behandlung des ferti­ gen Bildes durch Druck und Temperatur. Dazu reicht bei­ spielsweise ein Überbügeln oder der Durchlauf über eine Hochglanz-Heizwalze bei etwa 10 bar Druck und 180°C Tempe­ ratur. Dieser Effekt ist ohne thermoplastische Zwischen­ schicht nicht möglich.
Die folgenden Beispiele zeigen derart aufgebaute Bild­ empfangsmaterialien.
Beispiele
Eine Mischung aus 70 Gew.-% gebleichtem Laubholz-Sulfatzell­ stoff wurde bei einer Stoffdichte von 4% bis zu einem Mahl grad von 35° SR gemahlen.
Der Zellstoffsuspension wurden dann die folgenden Leimungs­ mittel zugesetzt:
0,5 Gew.-% kationische Stärke
1,0 Gew.-% amphoteres Polyacrylamid
0,6 Gew.-% Alkylketendimer
1,0 Gew.-% Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharz
0,1 Gew.-% epoxidiertes Fettsäureamid
Auf einer Langsiebmaschine mit Glättwerk wurde ein Basispapier von 170 g/m2 erzeugt.
Dieses Basispapier wurde in einem Tandemextruder mit den beiden folgenden Kunststoffschichten beschichtet, wobei jeweils nach einer Corona-Vorbehandlung zuerst die Rückseite und danach die Vorderseite beschichtet wurden.
Rückseitenschicht:
70 Gew.-% HDPE (g = 0,950 g/cm3)
30 Gew.-% LDPE (g = 0,924 g/cm3)
Vorderseitenschicht:
58,0 Gew.-% LDPE (g = 0,924 g/cm3)
27,73 Gew.-% LLDPE (g = 0.935 g/cm3)
17,73 Gew.-% Titandioxid, Rutil
0,2 Gew.-% Ultramarinblau
0,2 Gew.-% Antioxidans
0,07 Gew.-% Metallstearat
0,07 Gew.-% Cobaltviolett
Die Extrusionsbeschichtung erfolgte bei 110 m/min. Maschinen­ geschwindigkeit und Schmelztemperatur von 290°C. Die Auf­ tragsgewichte waren
26 g/m2 für die Rückseitenschicht und
30 g/m2 für die Vorderseitenschicht.
In einer Streichmaschine wurden die folgenden Antistatik­ schichten und danach die folgenden Empfangsschichten erzeugt, jeweils nach einer vorhergehenden Corona-Vorbehandlung der entsprechenden Kunststoffschicht. Die jeweiligen wäßrigen Beschichtungsmassen wurden mit einer Schöpfwalze an das zu beschichtende Material angetragen, mit einem Rakelstab do­ siert und im Heißluftkanal bei 90°C Lufttemperatur getrock­ net.
Antistatikschicht A1
Gew.%t
carboxyliertes Styrol-Acrylester-Copolymer 43,5
carboxyliertes Styrol-Butylacrylat-Copolymer 10,4
Metalloxid, aciculares Titandioxid, oberflächenbehandelt mit Zinnoxid und mit Antimon dotiert 43,5
Netzmittel 1,7
trifunktionelles Aziridin 0,9
Antistatikschicht A2
Gew.-%
Styrol-Butadien-Copolymer 64,6
Kieselsäure 3-6 µm Teilchengröße 7,8
Kolloidale aluminiummodifizierte Kieselsäure 20,7
Polystyrolsulfonsäure-Natriumsalz 5,2
Netzmittel 1,7
Empfangsschicht E 1
Gew.-%
carboxyliertes Styrol-Butadien-Copolymer 100
Empfangsschicht E2
Gew.-%
Acrylsäureester-Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymer 45,4
kolloidale aluminiummodifizierte Kieselsäure 27,3
pyrogene Kieselsäure 27,3
Das mit den beiden Kunststoffschichten beschichtete Papier wurde mit verschiedenen Kombinationen der Empfangsschichten und Antistatikschichten versehen und führte zu den folgenden Beispielen:
Als Vergleichsbeispiele wurden eingesetzt:
V1 das oben beschriebene, beidseitig mit Kunststoffen beschichtete Papier ohne Empfangsschicht und ohne Antistatikschicht.
V2 ein handelsübliches "plain paper", d. h. ein Papier, welches für Textkopien verwendet wird.
Prüfmethoden
Fotocharakter: Das bebilderte Endprodukt wurde unabhängig von der Bildqualität danach beurteilt, ob es nach dem subjektiven Empfinden beim Betasten bzw. Begreifen bzw. Handhaben der prüfenden Person das Gefühl vermittelt, ein fotografisches Bild in der Hand zu halten.
Beschreibbarkeit: Mit einem Datumsstempel, einem Kugel­ schreiber und einem Bleistift der Härte HB wurde die Rück­ seite des bebilderten Endproduktes gekennzeichnet. Die Beur­ teilung erfolgte als Mittelwert der drei Einzelergebnisse.
Bildschärfe: Das fertige Bild wurde im Vergleich mit dem Original visuell beurteilt.
Einzug vom Stapel: Der Einzug von Einzelbögen vom Stapel in das Kopiergerät wurde auf Störungen verfolgt.
Kratzfestigkeit: Das fertige Bild wurde unter einer Harke durchgezogen, dessen 6 einzelne Zinken unterschiedlich schwere Gewichte (bis maximal 100 g) tragen. Die Ziehge­ schwindigkeit war 0,8 cm/s.
Die Beurteilung aller 5 Prüfmethoden erfolgte nach der Beno­ tung "gut - mittel - schlecht".
Prüfergebnisse
Die guten Ergebnisse der Beispiele 1 bis 4 wurden auch in an­ deren erfindungsgemäßen Versuchen bestätigt, in denen z. B. eine saure Leimung des Basispapieres, ein zusätzlicher Leim­ pressenstrich auf dem Basispapier, andere, im Text genannten Thermoplaste oder andere Empfangs- oder Antistatikschichten gewählt wurden.

Claims (9)

1. Bildempfangsmaterial für elektrofotografische Verfah­ ren, dadurch gekennzeichnet, daß es sich aus mindestens den folgenden Schichten aufbaut:
Empfangsschicht für das Tonerbild
Kunststoffschicht aus Thermoplasten
Basispapier als Kernmaterial
Kunststoffschicht aus Thermoplasten
Antistatikschicht
2. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Empfangsschicht ein Polymer enthält mit einer Grenzflächenspannung von < 32 mN/m und einer Filmbildungstemperatur nach DIN 53787 von < 100°C.
3. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer der Empfangsschicht Poly­ styrol, Polyacrylat, Polyalkyl(meth)acrylat, Ionomer, Poly­ vinylidenchlorid, Celluloseester und/oder Copolymer aus zwei oder mehreren der Monomere Butadien, Styrol, Acrylni­ tril, Acrylester, Alkylacrylester ist.
4. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Empfangsschicht zusatzlich feinteilige oder kolloidale Kieselsäure enthält.
5. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Thermoplaste der Kunststoffschichten Polyolefin, Polystyrol, Polycarbonat, Polyvinylderivat, Polyacrylat, Polyurethan und/oder Copolymer aus zwei oder mehreren der Monomere Ethylen, Propylen, andere -Olefine, Vinylacetat, (Meth)Acrylsäurester ist.
6. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kunststoffschicht, die sich unter der Empfangsschicht befindet, zusätzlich Weißpigmente wie Ti­ tandioxid und/oder Calciumcarbonat enthält, optische Auf­ heller und/oder Nuancierfarbstoffe, sowie Antioxidantien.
7. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Basispapier eine zusätzliche Leimpressen­ beschichtung hat.
8. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antistatikschicht anorganische Salze, Alkalisalze von organischen Carbonsäuren oder Sulfonsäuren oder Metalloxide enthält.
9. Bildempfangsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antistatikschicht zusätzlich Kieselsäuren enthält.
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