DE69110959T2

DE69110959T2 - Zusammengesetzter Film für die elektrostatische Aufzeichnung.

Info

Publication number: DE69110959T2
Application number: DE69110959T
Authority: DE
Inventors: David Atherton; Surendra K Gadodia; Morgan E Gager
Original assignee: Arkwright Inc
Current assignee: Arkwright Inc
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1991-04-19
Publication date: 1996-02-15
Anticipated expiration: 2011-04-20
Also published as: DE69110959D1; USRE35049E; EP0454233B1; CA2040138A1; US5126763A; JPH0553335A; EP0454233A1

Description

Hintergrund und technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrschichtigen Verbundfilm zur Verwendung bei der elektrostatischen oder elektrofotografischen Aufzeichnung. Dieser Aufzeichnungsprozeß ist eine wichtige anschlagfreie Drucktechnik, die heutzutage in weitem Umfang als Mittel sowohl zur Erzielung einer hohen Aufzeichnungsgeschwindigkeit als auch qualitativ hochwertiger Bilder eingesetzt wird. Elektrostatische Drucker oder Plotter sind zweckmäßig als Ausgabeeinrichtungen unter anderem im Bereich des Computer-Aided Design (CAD), der seismischen Aufzeichnung, der Architektur-Entwürfe und der Entwürfe für gedruckte Schaltungen.
Die elektrostatische Aufzeichnung ist der Prozeß der Erzeugung eines Bildes in der Form eines elektrostatischen Ladungsmusters auf einer dielektrischen Oberfläche und der anschließenden Entwicklung dieses latenten Bildes durch Entwickeln mit entgegengesetzt geladenem schwarzen oder gefärbten Pulver, das üblicherweise kolloidal in einer isolierenden Flüssigkeit suspendiert ist.
In einem typischen Schreib- oder Bilderzeugungsprozeß wird ein Schreibkopf, der zwei oder mehrere Reihen in engem Abstand angeordneter Schreibstifte (Elektrodenstifte) und eine Gegen- oder Frontplatten-Elektrode aufweist, durch die Logik des Plotters selektiv programmiert, um kleine elektrostatische Ladungen in einem Punktraster in Form eines latenten Bildes auf das Aufzeichnungsmedium aufzubringen. Dieses Medium ist so ausgelegt. daß es ein elektrostatisches Ladungsmuster empfängt und hält. Nachdem das latente Bild elektronisch auf das Medium aufgebracht wurde, wird das Medium einem flüssigen Entwickler ausgesetzt. Schwarze oder gefärbte Partikel, die in der Entwickler-Trägerflüssigkeit suspendiert sind, haften nur dort an dem Medium, wo zuvor eine elektrostatische Ladung aufgebracht wurde. Überschüssiger Entwickler wird durch einen Vakuumkanal oder durch Wischerblätter von dem Medium entfernt, und das Medium wird dann durch einen Zwangsluftstrom getrocknet, wodurch das Bild auf dem Medium fixiert wird. Dieser elektronisch erzeugte Druck wird häufig als Hardcopy bezeichnet.
Die gebräuchlichsten Hardcopy-Medien sind Papier, Pergament und Folie. Jedes hat seine speziellen Anforderungen, und jedes hat seinen speziellen Aufbau oder seine spezielle Beschaffenheit. Diese Erfindung betrifft Filme und filmartige Oberflächen für das elektrostatische Druckverfahren.
Obgleich verschiedene Film-Aufzeichnungsmedien zur Verwendung in Plottern oder Druckern mit elektrostatischer Aufzeichnung vorgeschlagen worden sind, hat keines von ihnen die wesentlichen technischen Anforderungen voll erfüllt, insbesondere für die elektrostatischen Aufzeichnungseinrichtungen wie etwa den Plotter von Benson (Océ Graphics), die Plotter Versatec VS Serie 3000, Serie 7000, Serie 8500 und Serie 8500-HR, die Plotter CalComp Serie 5700 und 5800 und die Plotter HP Serie 7600 (Benson, Versatec, Cal- Comp und HP sind eingetragene Warenzeichen). Bei den bekannten Produkten gibt es nämlich viele Mängel, die ihre kommerzielle Verwendbarkeit erheblich eingeschränkt haben.
Die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Aufzeichnungsmedien ist inhärent feuchtigkeitsempfindlich, da die leitfähige Schicht dieser Medien ionische Anteile enthält wie etwa sulfoniertes Polystyrol und Dimethyl-Diallyl-Ammoniumchlorid. So erhält man Wiederholungsbilder oder -linien (Geisterbilder) und niedrige Bilddichte bei Feuchtigkeiten über 60 % relativer Feuchte (RF), und bei Feuchtigkeiten unter 30 % ergibt sich eine niedrige Bilddichte. Dies führt zu unerwünschten Beschränkungen hinsichtlich der Betriebsumgebung. Wasserlösliche ionische Anteile in der leitfähigen Schicht verursachen Bindungsfehler und ein daraus resultierendes Aufbrechen der Bildschicht, wenn der Druck Wasser ausgesetzt wird. Diese Wasserempfindlichkeit macht die herkömmlichen Aufzeichnungsmedien nicht-archivfähig.
Herkömmliche Aufzeichnungsmedien ergeben selbst bei normalen Feuchtigkeitsbedingungen, d.h., 40 - 50 % RF, keine vollständig zufriedenstellende Bildqualität. Drei hauptsächliche Bildfehler, die häufig bei der elektrostatischen Aufzeichnung angetroffen werden, sind (1) Flammeneffekte, darunter versteht man zufällig auftretende Ausbrüche oder Explosionen in Plotterlinien infolge anomaler elektrostatischer Entladung, (2) Aufbrüche oder Ausfälle des Bildes, das sind unregelmäßige Bereiche, in denen das Bild fehlt, und (3) Störstellen, das sind unregelmäßige Flecken, Reißverschlußeffekte oder ungleichförmige Bilder, die infolge von Unregelmäßigkeiten in der dielektrischen Oberfläche der Medien in ausgedehnten dunklen Bildflächen auftreten. Reißverschlußeffekte, die einen verbreiteten Fehler darstellen, sind kleine, einem Reißverschluß ähnlich sehende waagerechte Linien, die in vielen Aufzeichnungsfilmen zu sehen sind und verursacht werden durch einen elektrischen Kurzschluß eines Elektrodenstiftes, der einen Verlust an Information über eine kleine Gruppe von im Multiplexverfahren betriebenen Elektrodenstiften verursacht. Während alle drei Fehlertypen unerwünscht sind, sind Bildausfälle oder -auslöschungen aufgrund des erheblichen Informationsverlustes am schwerwiegendsten.
Weiterhin können herkömmliche Aufzeichnungsmedien nicht zuverlässig durch den Plotter transportiert werden, was zu einer ungenauen Bildwiedergabe führt. Dieser Gesichtspunkt ist besonders wichtig, wo hochpräzise Plots erforderlich sind, wie etwa in der Luftfahrtindustrie. Er ist auch bedeutsam, wenn Mehrfarben-Registrierung erforderlich ist.
Trotz der vielen Ansätze, die zur Verbesserung der Qualität der herkömmlichen Aufzeichnungsmedien verfolgt worden sind, ist keines der gegenwärtig im Handel erhältlichen Produkte frei von allen dieser Nachteilen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, daß ein mehrschichtiges Verbundmaterial mit einer Bildempfangsschicht, die elektrische, Oberflächenprofil- und Abrieb-Eigenschaften innerhalb bestimmter Bereiche aufweist, einer elektronisch leitfähigen Schicht mit einer Leitfähigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs über einen weiten Bereich von Umgebungsfeuchtigkeiten, einer Tragschicht mit hoher Abmessungsstabilität und der Fähigkeit, an den benachbarten Schichten zu haften, und gegebenenfalls einer Schicht, die den Transport der Filme durch einen elektrostatischen Plotter unterstützt, dazu beitragen kann, die oben genannten Nachteile zu überwinden und ein Verhalten zeigt, das dem im Stand der Technik bekannter Filme überlegen ist. Dieser technische Fortschritt beruht auf der Erkenntnis, daß bestimmte Materialkombinationen der letztlich erhaltenen Struktur solche strukturellen, elektrischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften verleihen, daß sie ein überlegenes elektrostatisches Aufzeichnungsmedium bildet.
Es ist dem Stand der Technik bekannt, daß ein elektrostatische Aufzeichnungsmedium eine dielektrische Schicht und eine leitfähige Schicht, die jeweils in herkömmlicher Weise definiert sind, und, wenn keine die insgesamt geforderten strukturellen Eigenschaften aufweist, eine Tragschicht besitzen muß. Es ist jedoch auch bekannt, daß diese Struktur als solche kein gutes elektrostatisches Aufzeichnungsmedium ergibt. Es besteht ein großer kommerzieller Bedarf an einem Medium, das nicht nur diese Minimalanforderungen erfüllt, sondern seine Funktion auch unter den tatsächlichen Bedingungen der kontinuierlichen Benutzung in einer Vielzahl von Vorrichtungen in einem weiten Bereich von Feuchtigkeiten gut erfüllt, um ein bildtragendes Produkt von hoher Qualität zu ergeben, das unter praktischen Bedingungen verwendet werden kann und das Wasser ausgesetzt werden kann, ohne daß die Archivfähigkeit verloren geht. Obgleich diese Erfordernisse wohlbekannt sind und beträchtliche Anstrengungen auf die Forschung und Entwicklung in diesem Bereich verwandt worden sind, ist bisher keine Struktur gefunden worden, die diese Qualitätserfordernisse erfüllt und die ökonomisch hergestellt werden kann. Die Wechselbeziehung zwischen erwünschten Eigenschaften, die durch bestimmte Strukturen erreicht werden, einerseits und den damit verbundenen Einbußen bei anderen erwünschten Eigenschaften andererseits hat zu wiederholten Fehlschlägen bei rein rationalen Entwicklungsanstrengungen geführt, weil viele Anforderungen bestehen und diese weder für sich noch in ihrem Zusammenhang eingehend verstanden wurden.
Infolge dieses und ähnlicher Faktoren spiegelt der aktuelle Stand der Technik das Unvermögen wieder, den Bereich von Materialien, Strukturen und Herstellungsverfahren für diese Strukturen zu finden, die die offen zutage liegenden Anforderungen in diesem Bereich erfüllen können. Die vorliegende Erfindung stellt das Auffinden solcher Strukturen, der Bereiche von Materialien, aus denen sie aufgebaut werden können, und der Verfahren zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen Produkts dar.

Kurzdarstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbundfilm zu schaffen, der die oben genannten Nachteile überwindet. Dies wird erreicht durch einen mehrschichtigen Verbundfilm mit (1) einer Bildempfangsschicht aus einem elektrisch resistiven Polymer und etwa 5 - 30 Gew.% Partikeln aus anorganischem polymerem Material, welche Schicht eine Oberflächenabrasivität von etwa 0,38 bis etwa 2,16 mm (etwa 0,015 bis etwa 0,085 Zoll), gemessen mit einem Crockmeter Modell #CM1, und einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 30 bis etwa 180 cm³ Luft/Minute, gemessen mit einem Bendix Precisionaire Sheffield Smoothness Instrument aufweist, (2) einer elektronisch leitfähigen Schicht, die wenigstens eine leitfähige Partikelsubstanz in wenigstens einem Polymer-Bindemittel enthält, und (3) einer Tragschicht. Die Erfindung sieht außerdem einen vierschichtigen Verbundfilm mit guten Transporteigenschaften vor, der aufweist: (1) eine Bildempfangsschicht, (2) eine elektronisch leitfähige Schicht, (3) eine Tragschicht wie oben definiert und (4) eine transportunterstützende Schicht mit Polymer-Bindemitteln, leitfähigen Agenzien und Partikeln und mit einem Haft- und Gleitreibungskoeffizienten im Bereich von 0,25 bis 0,75 bzw. 0,20 bis 0,70 und einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 10 bis etwa 100 cm³ Luft/Minute und einem Oberflächenwiderstand von etwa 1 x10&sup6; bis etwa 1 x 10¹³ Ohm/sq bei 25 ºC und 50% RF.
Die Bildempfangsschicht enthält elektrisch resistive Polymere und ein oder mehrere Arten von Partikelsubstanzen. Die Partikelsubstanzen sind so gewählt, daß ein Gleichgewicht zwischen Rauhigkeit und Abrasivität erreicht wird. Dieses Gleichgewicht ist notwendig, um minimale Ausfälle, Flammeneffekte und Tonerauswischungen zu gewährleisten, wenn ein Druck mit einem elektrostatischen Plotter hergestellt wird. Die Schicht weist gute dielektrische Eigenschaften und eine gute elektrische Aufladbarkeit auf, die geeignet ist, das latente Ladungsbildmuster zu halten.
Die elektronisch leitfähige Schicht, die in dem Aufzeichnungsmedium nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält ein Metalloxid, ein Metallhalogenid oder eine dotierte Form einer oder mehrerer dieser Verbindungen dispergiert in einem Polymer-Bindemittel oder alternativ ein elektronisch leitfähiges Polymer-Bindemittel. Die Leitfähigkeit der Schicht ist funktionell feuchtigkeitsunabhängig. Diese Schicht ist auch wasserunlöslich. Diese beiden Eigenschaften sind wesentlich für die Archivfähigkeit und für die funktionell stabile und gleichförmige elektronische Leitfähigkeit über einen weiten Bereich von Feuchtigkeiten. Bei Bildern, die unter Verwendung der Filme nach dieser Erfindung bei 10 % bis 85 % RF hergestellt wurden, ist nahezu kein Unterschied zu erkennen. Im Gegensatz dazu würde bei Filmen, die ionisch leitfähige Schichten enthalten, bei diesen extremen Feuchtigkeit ten nur ein schwaches oder gar kein Bild erhalten werden. Bei ionisch leitfähigen Schichten werden nämlich selbst außerhalb des Bereichs von 30 bis 60 % RF nur schlechte Bilder erhalten.
Beim Beschichten herkömmlicher dielektrischer Filme verursacht das Trocknen der Beschichtungslösungen einen Feuchtigkeitsverlust aus der leitfähigen Schicht. Das Ersetzen dieser Feuchtigkeit muß durch die dielektrische Schicht hindurch stattfinden. Dieser Prozeß kann kleine Kurzschlußbereiche in dieser Schicht verursachen, was zu den zuvor beschriebenen Reißverschluß-Defekten führt. Bei der vorliegenden Erfindung ist keine Wiederbefeuchtung der leitfähigen Schicht erforderlich, so daß einer der Hauptgründe für Reißverschlußeffekte beseitigt wird. Darüberhinaus vereinfacht die Beseitigung des Befeuchtungsschrittes den Herstellungsprozeß.
Die Tragschicht ist ein Polymermaterial, das geeignete Abmessungsstabilität, Transparenz oder Opazität, Zugfestigkeit, Haftungseigenschaften, thermische Stabilität und Härte aufweist. Diese Tragschicht kann eine haftungsfördernde Beschichtung oder Vorbehandlung auf einer oder beiden Seiten dieser Schicht aufweisen. Es ist eine Anzahl von Basis-Tragfolien verfügbar, die diesen Zweck erfüllen, die gebräuchlichste darunter ist Polyesterfolie.
Die transportunterstützende Schicht enthält Polymer-Bindemittel und Pigmente. Diese Schicht hat eine gute Haftung an der Tragschicht und sorgt für geeignete Reibungs- und Rauhigkeitseigenschaften, um sicherzustellen, daß der Verbundfilm zuverlässig durch das Aufzeichnungsgerät transportiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Verbundfilm aus einer Bildempfangsschicht, die Partikel aus amorphem Silika, kristallinem Silika und Kalziumcarbonat enthält, die in einer Polymermatrix aus Polyvinyl-Butyral und Polyacrylat dispergiert sind, einer elektronisch leitfähigen Schicht, die ein Copolymer aus Methylmethacrylat-Hydroxyethylmethacrylat und Partikeln aus antimondotiertem Zinnoxid enthält, und einer Tragschicht aus Polyethylenterephtalat. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Verbundfilm außerdem auf der der Bildseite entgegengesetzten Seite eine transportunterstützende Schicht, die Silika-Partikel und Polymer-Bindemittel enthält, die Melamin-Formaldehydharz, teilweise hydrolysiertes Polyvinylacetat und ein quaternäres Salz eines Acrylamid-Copolymers umfassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die lediglich als Beispiel dienen und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken, und in denen zeigen:
Figur 1 ein typisches Bilderzeugungssystem, bei dem das Aufzeichnungsmedium nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 2 ein dreikomponentiges Aufzeichnungsmedium nach der vorliegenden Erfindung;
Figur 3 ein vierkomponentiges Aufzeichnungsmedium nach der vorliegenden Erfindung; und
Figur 4 eine Illustration, die zeigt, daß die Abrasivität und Oberflächenrauhigkeit in einem Aufzeichnungsmedium, das in einem Bilderzeugungssystem verwendet wird, unabhängige Parameter sein können.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Wie in Figur 1 gezeigt ist, wird in einem typischen Schreib- oder Bilderzeugungsprozeß ein Schreibkopf 1, der beispielsweise zwei Reihen in engem Abstand angeordneter Elektrodenstifte 2 und eine segmentierte Gegenelektrode 3 aufweist, durch die Plotter-Logik selektiv so programmiert, daß kleine elektronische Ladungen in Form eines latenten Bildes in einem Punktraster auf ein Aufzeichnungsmedium 4 aufgebracht werden. Dieses Medium ist dazu ausgelegt, ein elektrostatisches Ladungsmuster zu empfangen und zu halten. Nachdem das latente Bild elektronisch auf das Aufzeichnungsmedium aufgebracht worden ist, wird es einem Tonermaterial 5, beispielsweise einem flüssigen Toner ausgesetzt. Schwarze oder gefärbte Partikel, die in dem Toner- Trägermaterial suspendiert sind, haften nur dort an dem Medium, wo eine elektrostatische Ladung aufgebracht wurde. Überschüssiger Toner wird von dem Medium durch einen Vakuumkanal oder Wischerblätter entfernt, und das Medium wird dann durch zwangszirkulierte Luft getrocknet, wodurch das Bild auf dem Aufzeichnungsmedium fixiert wird und eine Hardcopy bildet.
Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Verbundfilm umfaßt eine Bildempfangsschicht 6, eine elektronisch leitfähige Schicht 7 und eine Tragschicht 8 (Figur 2). Auf der der Bildseite entgegengesetzten Seite kann eine transportunterstützende Schicht 9 hinzugefügt sein, um den zuverlässigen Transport durch das Aufzeichnungsgerät sicherzustellen (Figur 3). Die Mehrschicht-Konfiguration des vorliegenden Vebundfilms gewährleistet hohe Bildqualitäten, Archivfähigkeit und gute Transporteigenschaften.
Die Bildempfangsschicht nach der vorliegenden Erfindung dient als ladungshaltende Schicht und als Reinigungsschicht für eine Schreibelektrode. Die Mischung von Polymeren und Partikelsubstanzen in der Bildempfangsschicht ergibt die gewünschten Oberflächenqualitäten, die die Bildqualitäten bestimmen. Die Oberflächenqualitäten sind gekennzeichnet durch Dielektrizitätskonstante, Durchschlagsfestigkeit, Rauhigkeit, Abrasivität, Härte und Temperatureigenschaften. Um Ausfälle zu vermeiden und eine niedrige Flammenbildung zu gewährleisten, ist es notwendig, die Oberflächenrauhigkeit und Abrasivität der Bildempfangsschicht auszubalancieren. Ausfälle können durch einen Aufbau von Abriebmaterial an dem Elektrodenstift-Kopf während der Aufzeichnung verursacht werden. Durch Bereitstellen eines Films mit geeigneter Abrasivität ist es möglich, diesen Aufbau zu verhindern. Die Oberflächenrauhigkeit wird häufig mit Abrasivität verwechselt, und es kann gezeigt werden, daß eine rauhe Oberfläche mit niedriger Abrasivität immer noch zu einer Bildauslöschung infolge von Ausfällen führt. Das Erkennen dieses wichtigen Unterschiedes und die unabhängige Steuerung der Rauhigkeit und der Abrasivität trägt wesentlich zu der verbesserten Qualität des Films gemäß dieser Erfindung bei.
Der Begriff Abrieb (Abrasion) wird üblicherweise zur Bezeichnung eines Abnutzungsprozesses benutzt, bei dem eine Materialverlagerung von einer Oberfläche während der Relativbewegung gegenüber harten Partikeln oder Vorsprüngen stattfindet, während Oberflächenrauhigkeit die Unebenheit der Oberfläche bezeichnet.
Wie aus Figur 4 hervorgeht, sind die Oberflächenrauhigkeit und der Abrieb Parameter, die nicht notwendigerweise voneinander abhängig sind. In diesem speziellen Beispiel, in dem eine Mischung aus amorphem und kristallinem Silika verwendet wird, nimmt nämlich die Oberflächenrauhigkeit (in Einheiten von cm³ Luft/Minute) mit einer Zunahme des Prozentsatzes an amorphen Silika zu, während der Abrieb (in Einheiten von Millimetern) infolge einer Abnahme des Gehalts an kristallinem Silika abnimmt. Ausfälle werden schlimmer, wenn die Abrasivität abnimmt. Andererseits wird die Flammenbildung schlimmer, wenn die Abrasivität zunimmt. Folglich ist es notwendig, die richtige Mischung von Partikeln zu haben, um sicherzustellen, daß eine Balance zwischen Rauhigkeit und Abrasivität erhalten wird, die eine von Ausfällen freie Aufzeichnung mit niedriger Flammenbildung gewährleistet. Die Technik zur Messung der Abrasivität ist deshalb von Wichtigkeit. Zu diesem Zweck ist ein als "Arkwright Abrasivity Tester" bezeichnetes Verfahren entwickelt worden, das später beschrieben wird.
Ein gewisses Ausmaß an Rauhigkeit ist notwendig, um eine gute elektrische Entladung und die anschließende Entwicklung des Films zu ermöglichen. Die Oberflächenrauhigkeit trägt auch dazu bei, zu verhindern, daß der Vakuumkanal oder andere Einrichtungen, die zum Entfernen überschüssigen Toners von dem Film während der letzten Stufe des Druckvorgangs verwendet werden, überschüssigen Toner des Bildes abwischen. Das Abwischen von Toner des Bildes führt zu einer sehr niedrigen Bilddichte.
Die Bildempfangsschicht bestimmt die von dem Verbundfilm akzeptierte elektrostatische Ladung und die Zeitdauer, über welche diese Ladung gehalten wird. Die für die Bildempfangsschicht verwendeten Polymere sollten einen elektrischen Widerstand aufweisen und stabil sein. Geeignete dielektrische Materialien umfassen thermoplastische Polymere wie etwa Polyester, Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Nylon, Polyvinylacetat, Zelluloseacetat, Acrylonitril-Butadien-Styrolpolymere, Polystyrol, Polyurethane, Polyalkylacrylate, Polyvinyl-Butyral und Copolymere und Mischungen derselben sowie duroplastische Polymere wie etwa Phenolharze, Melaminharze, Epoxiharze und Silikonharze. Die Dielektrizitätskonstante (ASTM D150) des normalerweise verwendeten Polymers liegt im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 6,5, gemessen bei 25 ºC und 1 kHz, und vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 4,5. Ein Wert der Dielektrizitätskonstanten unter 1,5 führt zu einer niedrigen Fähigkeit zum Halten der Ladung, wodurch sich eine niedrigere Bilddichte ergibt, während ein Wert der Dielektrizitätskonstanten oberhalb von 6,5 dazu führt, die Speicherung überschüssiger Ladungen zu verursachen, was zu einem störenden Hintergrund führt.
Die in der Bildempfangsschicht verwendeten Polymer-Bindemittel müssen eine hinreichende Durchschlagsfestigkeit besitzen, um den Ladestrom ohne Durchschlag aufrechtzuerhalten. Wenn ein Durchschlag auftritt, wird tatsächlich ein Loch in die Schicht gebrannt, und ein Kreis mit niedriger Ladung wird um den Punkt des Durchschlags herum gebildet. Diese Bereiche zeigen sich als weiße unentwickelte Punkte, normalerweise mit einer dunklen Mitte, die in dem Druck verteilt sind.
Die optimale Oberflächenrauhigkeit und Abrasivität der Bildempfangsschicht ergibt sich durch Einarbeiten von anorganischen oder polymerischen Partikelsubstanzen in die Polymer-Bindemittel. Obgleich ihr genauer Wirkungsmechanismus nicht klar verstanden wird, kann postuliert werden, daß diese Partikelsubstanzen ausgewählt werden, um verschiedene Funktionen zu erfüllen:
(1) Die Partikelsubstanzen dienen als Abstandshalter, der einen Ionisierungsluftspalt zwischen der Bildempfangsschicht und der Schreibelektrode erzeugt. Für eine gegebene Spannung definiert die Paschen-Kurve den Abstandsbereich zwischen der Oberfläche der Bildempfangsschicht und der Schreibelektrode. Eine Bildempfangsschicht, die einen Luftspalt- Abstand außerhalb dieses Bereichs schafft, wird kein angemessenes Verhalten zeigen. Deshalb muß der kombinierte Effekt der Größe der Partikelsubstanzen und der Oberflächenform einen geeigneten Spalt schaffen. Dieser kombinierte Effekt kann durch eine Sheffield-Ablesung der Oberflächenrauhigkeit quantifiziert werden. Der bevorzugte Bereich der mittleren Partikelgrößen beträgt etwa 2 bis etwa 15 Mikrometer.
(2) Die Partikelsubstanzen schaffen das gewünschte Oberflächenprofil. Im allgemeinen führt ein Oberflächenprofil, das zu klein ist, zu einem Aufbrechen des Bildes. Ein Oberflächenprofil, das zu groß ist, erzeugt eine Weiß-Sprenkelung (in durchgehend dunklen und Halbton-Bereichen) und ebenfalls ein Aufbrechen des Bildes. Es ist entdeckt worden, daß sich ein geeignetes Oberflächenprofil ergibt, wenn verlangt wird, daß die verwendeten partikelförmigen Materialien eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 30 bis etwa 180 cm³ Luft/Minute, vorzugsweise von 60 bis 150 cm³ Luft/Minute gemessen in einem Sheffield-Rauhigkeitstester ergeben. Die Oberflächenprofileigenschaften hängen von der Art der verwendeten Partikelsubstanzen und ihrer Konzentration in den Polymer-Bindemitteln ab.
(3) Die Partikelsubstanzen reinigen auch die Schreibelektrode, um Bildausfälle zu verhindern. Infolge der Wärme und anderer Effekte, die durch die Entladung und Reibung mit der Schreibelektrode erzeugt werden, lagert sich häufig Fremdmaterial an dem Elektrodenkopf an. Deshalb ist üblicherweise ein Reinigen der Schreibelektrode notwendig, um eine Verschlechterung der Aufzeichnungscharakteristik zu verhindern. Dies wird erreicht durch Verwendung von Partikelsubstanzen mit einer bestimmten Abrasivität. Die Steuerung der Abrasivität der Bildempfangsschicht ist wesentlich. Eine zu kleine Abrasivität wird Bildausfälle nicht verhindern, und eine zu große Abrasivität kann übermäßige Flammenbildung verursachen. Es ist gezeigt worden, daß ein Minimalwert von 0,38 mm (0,015 Zoll) benötigt wird, um eine von Ausfällen freie Aufzeichnung zu erreichen, und daß Werte oberhalb von 2,16 mm (0,085 Zoll) zu übermäßigen Flammenbildungspegeln führen.
Vorzugsweise hat die Bildempfangsschicht eine Oberflächenabrasivität von 0,76 bis 1,78 mm (0,03 bis 0,07 Zoll).
Die Abrasivität wird mit einem Arkwright Abrasivity Tester gemessen. Die Abrasivitäts-Testeinrichtung ist ein Crockmeter (Modell #CM1), der von Atlas Electric Devices Company geliefert wird. Zuerst werden die Proben in Stücke von 215,9 x 279,4 mm (8 1/2 x 11 Zoll) geschnitten, die dann eine Stunde lang bei 50 % RF befeuchtet werden.
Eine 3H-Bleistiftmine mit einer Länge von wenigstens 25,4 mm (1 Zoll) aber nicht mehr als 30,5 mm (1,2 Zoll) wird so in einen Gummi-Halter eingesetzt daß 4,76 mm (3/16 Zoll) der Mine über die Gummi-Oberfläche hinaus vorspringen. Die Länge der freiliegenden Mine wird mit einer Schieblehre gemessen. Der Gummi-Halter zusammen mit der Mine wird in ein Loch in der Unterseite des Arms des Abriebmessers eingesetzt. Die präparierte Probe wird dann auf ein Abriebkissen des Abriebmessers aufgelegt, und der Zähler wird auf Null eingestellt. Der Griff des Abriebmessers wird dann mit einer Geschwindigkeit von etwa einer Umdrehung pro Sekunde gedreht, und die Probe wird simultan in einer langsamen, stetigen und geradlinigen Rückwärtsbewegung gezogen. Der Prozeß wird fortgesetzt, bis der Zähler fünfzig anzeigt. Danach wird der Gummi-Halter mit Mine von dem Arm des Abriebmessers entfernt. Die Länge der Mine wird erneut mit Hilfe derselben Schieblehre gemessen. Dieser Wert der Länge wird von dem ursprünglichen Wert für die Länge abgezogen. Der erhaltene Wert wird als Abrieb in der Einheit Millimeter (Zoll) angegeben. Der Abriebwert stellt einen Mittelwert über fünf Tests für jeden Werkstoff dar.
Nicht alle Pigmente sind geeignet, die in der vorliegenden Erfindung geforderten Abrasivitäts- und Rauhigkeitsparameter zu erreichen. Die Pigmente dürfen weder durch die während des Bilderzeugungsprozesses aufgebrachte Ladung zersetzt oder fragmentiert werden noch einen elektrischen Durchschlag verursachen. Beispiele für anorganische oder polymerische Partikelsubstanzen für die Bildempfangsschicht umfassen amorphes Silika, kristallines Silika, Tonerde-Trihydrat, Kalziumcarbonat, Tone, Aluminiumsilikate, partikelförmiges Polyolefin, organische Pigmente und Mischungen dieser Substanzen. Wegen der Wichtigkeit eines klaren Films in vielen Anwendungen ist es notwendig, die Trübung minimal zu halten, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 45 Prozent, gemessen mit Gardner Pacific's Hazeguard XL211 (Hazeguard ist ein eingetragenes Warenzeichen). So ist es wichtig, Pigmente auszuwählen, die eine maximale Klarheit ergeben. Auf einem papierförmigen Medium werden traditionellerweise hohe Konzentrationen von amorphem Pigment verwendet, doch führt dies zu einer starken Trübung, weshalb es für die Verwendung bei einem klaren, filmartigen Medium ungeeignet ist. Die Auswahl von Pigmenten zur Schaffung des Gleichgewichts zwischen Rauhigkeit und Abrasivität wird am besten bestimmt, indem man zuerst die Abrasivität und Rauhigkeit der Pigmentkandidaten in der Beschichtung mißt und dann die am besten geeigneten auswählt, um die richtige Mischung zu erhalten.
Die Partikelgröße der Partikelsubstanzen wird mit Hilfe eines Malvern-Partikelgrößenanalysierers gemessen. Die Oberflächenrauhigkeit wird gemessen mit Hilfe eines Bendix Precisionaire Sheffield Smoothness Instruments. Der Rauhigkeitswert wird gemessen, indem man den Prüfkopf anhebt und eine 215,9 x 279,4 mm (8 1/2" x 11") große Probe auf die Glasplatte auflegt und dann den Prüfkopf langsam und vorsichtig absenkt, ohne erkennbaren Aufprall infolge der Abwärtsbewegung des Kopfes. Der Sheffield-Rauhigkeitswert kann aus der Position des Schwimmers zwischen roten Kalibrierlinien auf der Skala erhalten werden, nachdem der Schwimmer einmal einen Stabilitätszustand erreicht hat. Der Wert wird in cm³ Luft/Minute angegeben. Je größer der Wert ist, desto rauher ist die Oberfläche. Der Sheffield-Rauhigkeitswert stellt einen Mittelwert über fünf Tests für jeden Werkstoff dar.
Eine geeignete Menge des zu den Polymer-Bindemitteln zugegebenen partikelförmigen Materials liegt im Bereich von etwa 5 Gew.% bis 30 Gew.%, vorzugsweise 15 Gew.% bis 21 Gewichtsprozent partikelförmiger Feststoffe in bezug auf Polymer-Bindemittel. Das Beschichtungsgewicht der Bildempfangsschicht liegt typischerweise im Bereich von 1,5 Gramm pro Quadratmeter bis 12 Gramm pro Quadratmeter, insbesondere von 3 bis 6 Gramm pro Quadratmeter.
Das wesentliche Merkmal der leitfähigen Schicht in der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ihre elektrischen Eigenschaften funktionell unabhängig von der Feuchtigkeit sind. In den herkömmlichen Aufzeichnungsmedien ist die leitfähige Schicht ionisch leitfähig, so daß sie ein zufriedenstellendes Verhalten nur in Gegenwart gewisser Mengen an Feuchtigkeit zeigt. Beste Resultate werden bei etwa 50 % RF erhalten. Außerhalb des Bereichs von 30 -60 % RF ergibt sich eine schlechte Bildqualität. Der Ladungsträger in einem solchen Medium umfaßt Ionen, die Ladung nur in Gegenwart von Feuchtigkeit angemessen transportieren können. Aufgrund der inhärenten Wasserempfindlichkeit dieser ionischen Materialien tritt ein Aufbrechen der Bildschicht auf, wenn der Druck Wasser ausgesetzt wird, so daß er nicht archivfähig ist.
Im Unterschied zu herkömmlichen Aufzeichnungsmedien ist die in der vorliegenden Erfindung verwendete leitfähige Schicht jedoch elektronisch leitfähig. Die dominierenden Ladungsträger in einem solchen Medium sind Elektronen oder "Löcher" anstelle von ionischen Anteilen. Deshalb trägt dieser Schichttyp bei zur Archivierungsfähigkeit, funktionellen Stabilität und gleichförmigen elektronischen Leitfähigkeit über einen weiten Bereich von Feuchtigkeiten. Es ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die elektronisch leitfähige Schicht mit einem der herkömmlichen Beschichtungsverfahren beschichtet werden kann, anstelle der Verwendung teurer Verfahren wie etwa Sputtern oder Vakuumabscheidung.
Die elektronisch leitfähige Schicht enthält wenigstens eine elektronisch leitfähige Partikelsubstanz in wenigstens einem Polymer-Bindemittel. Die elektronisch leitfähigen Partikelsubstanzen, die in der elektronisch leitfähigen Schicht verwendet werden können, sind dotierte Metalloxide wie etwa dotiertes Zinnoxid, dotiertes Indiumoxid und dotiertes Zinkoxid und metallhaltige Halbleiter wie etwa die Metallhalogenide CuI und AgI. Andere geeignete leitfähige Partikelsubstanzen umfassen solche, in denen ein Kern wie etwa TiO&sub2;, SiO&sub2;, ZnO oder dergleichen mit einem leitfähigen Metalloxid wie etwa antimon- oder fluordotiertem Zinnoxid oder dergleichen beschichtet ist. Die elektronische Leitfähigkeit kann auch erreicht werden durch Verwendung elektronisch leitfähiger Polymere wie etwa Polyacetylen, Poly-p-Phenylen, Poly-p-Phenylensulfid und Polypyrrol in ihren leitfähigen Formen.
Metalloxide, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind Halbleiter wie etwa dotiertes Zinnoxid, Indiumoxid und Zinkoxid. Unter diesen Metalloxiden erweist sich dotiertes Zinnoxid unter dem Gesichtspunkt der Opazität, Farbe, Kosten und Stabilität der Leitfähigkeit als für die Verwendung am geeignetsten. Die Dotierungsmittel, die für Zinnoxid und Zinkoxid verwendet werden können, sind Antimon, Indium, Phosphor und Fluor, und die für Indiumoxid verwendeten Dotierungsmittel sind Antimon, Phosphor und Fluor. Die Konzentration der Dotierungsmittel beträgt üblicherweise 0,5 bis 20 %. Das dotierte Metalloxid kann als solches oder auf der Oberfläche einen geeigneten klaren, opaken oder gefärbten Partikelsubstanz verwendet werden.
Wenn klare Filme gefordert sind, sollten die leitfähigen Pigmente von solcher Größe sein, daß die Lichtbrechung minimiert wird. Um eine optimale Transparenz zu erreichen, sollte die mittlere Partikelgröße des dotierten Metalloxids etwa 0,2 Mikrometer oder weniger betragen. Akzeptablere Transparenzen können mit einer etwas größeren Partikelgröße erreicht werden. Wenn eine weiße, opake, elektronisch leitfähige Schicht gewünscht ist, so ist es auch möglich, elektroleitfähiges Pigment zu verwenden, das aus einem Kern aus TiO&sub2; mit einer chemischen Oberflächenbehandlung aus dotiertem Zinnoxid besteht.
Um eine leitfähige Schicht mit einem Oberflächenwiderstand im Bereich von etwa 1 x 10&sup6; Ohm/sq bis 1 x 10&sup8; Ohm/sq bei 25 ºC zu erhalten, sollte das Verhältnis von Metalloxid zu Polymer-Bindemittel etwa 5:1 bis etwa 1:1, vorzugsweise von etwa 3:1 bis etwa 1,5:1 betragen. Einige der neueren Drucker- Plotter ohne Mulitplexing können leitfähige Schichten mit einem Oberflächenwiderstand unterhalb von etwa 1 x 10² Ohm/sq verwenden. Für solche Maschinen kann somit die untere Widerstands-Grenze hinausgeschoben werden.
Als Bindemittel-Polymere für die elektronisch leitfähige Schicht können zweckmäßigerweise thermoplastische oder duroplastische Harze verwendet werden, die in konventionellen Beschichtungen eingesetzt werden, wie etwa Acrylharze, Vinylacetat-Harze, Vinylchlorid-Harze, Karbonat-Harze, Protein- Bindemittel, Polyesterharze, Styrolharze und Copolymere dieser Polymere. Polyesterharze und Copolymere von Methylmethacrylat und Hydroxyethylmethacrylat (Zusammensetzung von 50:50 bis 98:2) sind besonders bevorzugt unter dem Gesichtspunkt, daß sie eine Schicht mit einer ausgezeichneten Transparenz und guter elektronischer Leitfähigkeit ergeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der elektronisch leitfähigen Schicht, die dotiertes Zinnoxid verwendet, hat ein Verhältnis von Pigment zu Bindemittel von 3:1 bis 1,5:1 und ein Beschichtungsgewicht von 0,25 bis 5,00 g/m².Das verwendete Harz ist ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Hydroxyethylmethacrylat. Das Beschichtungsgewicht der leitfähigen Schicht kann stark variieren, je nach geforderter Leitfähigkeit, geforderter Beschichtungsstärke des Films, gefordertem Pigment/Bindemittel-Verhältnis und anderen Erfordernissen, liegt jedoch allgemein im Bereich von 0,5 Gramm pro Quadratmeter bis 3 Gramm pro Quadratmeter.
Die Tragschicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Polymermaterial, das geeignete Abmessungsstabilität, Transparenz oder Opazität, Zugfestigkeit, Haftungseigenschaften, thermische Stabilität und Härte aufweist. Geeignete Polymermaterialien zur Verwendung als Tragschicht sind transparente oder opake thermoplastische Polymere einschließlich Polyestern, Polysulfonen, Zelluloseacetat, Polykarbonaten, Polystyrol, Polyimiden, Polyolefinen, Poly- Methylmethacrylat, Zelluloseestern wie etwa Zelluloseacetat und anderen. Eine Polyethylenterephtalat-Polyesterfolie ist besonders bevorzugt. Die Dicke der Schicht unterliegt keinen besonderen Beschränkungen, liegt jedoch typischerweise im Bereich von etwa 50 bis 250 Mikrometern (2 bis 10 mil), vorzugsweise etwa 75 bis etwa 125 Mikrometer (etwa 3,0 bis etwa 5,0 mil). Die Tragschicht kann vorbehandelt sein, um die Haftung der Polymerbeschichtung daran zu verbessern.
Die transportunterstützende Schicht des Mehrschicht-Verbundfilms ist auf der der Bildseite entgegengesetzten Seite angebracht. Dies geschieht, um eine geeignete Reibung und Oberflächenrauhigkeit zu erreichen, damit der Film in gleichmäßiger Weise, das heißt, ohne intermittierendes Haften und Gleiten durch das Aufzeichnungsgerät transportiert werden kann. Ohne diese Schicht tritt häufig ein inkonsistenter Filmtransport durch die Vorrichtung auf und führt zu einem Verlust an Maßgenauigkeit.
Die Haft- und Gleitreibungskoeffizienten der transportunterstützenden Schicht werden gegen sie selbst gemessen unter Verwendung eines Instron Zugtesters (Modell #1120) in Übereinstimmung mit ASTM D1894-78 (Instron ist ein eingetragenes Warenzeichen). Die Haftreibung bezieht sich auf den Widerstand, den die Oberfläche dem Beginn der Relativbewegung eines Objekts unter dem Einfluß einer äußeren Kraft entgegengesetzt, während die Gleitreibung sich auf den Widerstand bezieht, den die Oberfläche einem Objekt entgegensetzt, während dieses relativ zu der Oberfläche in Bewegung ist. Die Koeffizienten der Haft- und Gleitreibung können aus dem aufgezeichneten Ausgangssignal des Instruments erhalten werden. Der erste lange Ausschlag auf dem Diagramm ist ein Maß für den Haftreibungskoeffizienten, während der Mittelwert der verbleibenden Spitzen- und Minimalwerte ein Maß für den Gleitreibungskoeffizienten ist.
Zusätzlich zu der Reibung spielt auch die Oberflächenrauhigkeit eine wichtige Rolle beim gleichmäßigen Transport des Films durch den Drucker. Die transportunterstützende Schicht enthält einen kleinen Prozentsatz an Partikelsubstanzen, die als Abstandshalter wirken. Diese Abstandshalter tragen dazu bei, den Zug auf den Film durch den elektrografischen Drucker zu verringern und dadurch einen gleichmäßigeren Transport sicherzustellen.
Die Reibungskoeffizienten, die Art der Reibungskurve und die Oberflächenrauhigkeit der transportunterstützenden Schicht bestimmten die Transporteigenschaften. Das Phänomen des intermittierenden Gleitens und Haftens bezieht sich auf eine schrittweise Bewegung während des Filmntransports im Gegensatz zu einer kontinuierlichen Bewegung und ist eine Funktion der oben genannten Faktoren.
Die Koeffizienten der Haft- und Gleitreibung liegen im Bereich von 0,25 bis 0,75 bzw. 0,20 bis 0,70. Der mittlere Maximum/Minimum-Abstand der Gleitreibungs-Spitzen ist vorzugsweise kleiner als 0,15. Die Sheffield-Oberflächenrauhigkeit der transportunterstützenden Schicht liegt im Bereich von 10 bis 100 cm³ Luft/Minute und vorzugsweise im Bereich von 15 bis 65 cm³ Luft/Minute. Die angemessenen Werte für Reibung, Oberflächenrauhigkeit und Oberflächenprofil gewährleisten einen kontinuierlichen, gleichmäßigen Transport im Gegensatz zu einem schrittweisen Transport. Es ist die mangelnde Erkenntnis der Notwendigkeit einer kontrollierten Oberflächenreibung und Rauhigkeit, die für die geringe Leistung einiger marktgängiger Produkte verantwortlich ist. Vorzugsweise wird die transportunterstützende Schicht antistatisch gemacht, um die Entwicklung von Störladungen zu vermeiden und den gleichmäßigen Transport durch den Plotter zu unterstützen.
Die klare transportunterstützende Schicht enthält Polymer-Bindemittel, anorganische oder polymerische Partikelsubstanzen und/oder leitfähige Anteile. Das Verhältnis von Polymer-Bindemitteln zu Partikelsubstanzen sollte vorzugsweise etwa 100:1 bis etwa 166:1 Gewichtsanteile betragen, doch ist auch ein kleineres Verhältnis möglich, jedoch mit einem Verlust an Transparenz. Die transportunterstützende Schicht hat einen Oberflächenwiderstand von etwa 1 x 10&sup6; bis etwa 1 x 10¹³ Ohm/sq bei 25 ºC und 50 % RF.
Die CAD/CAM-Industrie verlangt häufig ein matt-oberflächenbehandeltes Medium, auf dem zusätzliche manuelle Aufzeichnungen mit einem Schreibstift und Bleistift vorgenommen werden können. Diese Art von Mattbeschichtung ist im Stand der Technik wohlbekannt und besteht aus geeigneten farbaufnehmenden Harzen zusammen mit Pigmenten, die eine abrasive Oberfläche mit genügend Zähnen zur Erzeugung von Bleistiftbildern schaffen. Wegen ihrer pigmentierten Schreiboberfläche ist diese Art von Mattbeschichtung als eine Transportschicht geeignet.
Die als Bindemittel in der transportunterstützenden Schicht verwendeten Polymere umfassen Acrylharze, Vinylacetat-Harze wie etwa hydrolysiertes Polyvinylacetat, Vinylchloridharze, Zelluloseacetat-Butyrat-Harze, Zelluloseacetat-Propionat-Harze, Karbonat-Harze, Polyesterharze, Urethan-Harze, Epoxiharze, Melamin-Formaldehyd-Harze und Styrolharze. Bevorzugte Polymer-Bindemittel, die in der Beschichtungszusammensetzung gemäß der Erfindung zweckmäßig sind, sind Melamin-Formaldehyd-Harze und 15 - 75 % hydrolysiertes Polyvinylacetat. Das Polymer-Bindemittel kann quervernetzt sein durch Verwendung von Säuren als Katalysatoren, wie etwa Benzoesäure, p-Toluol-Sulfosäure, n-Butyl-Phosphorsäure, Aminsalzen von Karbonsäuren und Alkyl-Sulfosäuren. Die Partikelsubstanzen, die in der transportunterstützenden Schicht verwendet werden können, umfassen amorphes Silika, kristallines Silika, Kalziumcarbonat und Polyolefin, entweder einzeln oder in Kombination.
Die Leitfähigkeitseigenschaft der transportunterstützenden Schicht wird herbeigeführt durch dotierte Metalloxide oder ionisch leitende Polymere. Bevorzugte Beispiele von Leitfähigkeitsmitteln, die in der Erfindung verwendet werden, umfassen Zinnoxid, das mit Antimon, Indium, Phosphor oder Fluor dotiert ist, sulfoniertes Polystyrolharz, quaternisierte Zelluloseether, quaternisierte Acrylsalze wie etwa quaternäre Salze von Diaceton-Acrylamid-Copolymerharzen und dergleichen.
Wenn eine klarer Verbundfilm gewünscht ist, ist es wesentlich, das elektronisch leitfähige Pigment so in dem leitfähigen Lack zu dispergieren, daß eine transparente leitfähige Beschichtung erhalten wird. Die Dispersion des Pigments ist auch notwendig, um die geforderte elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Dispersion bezeichnet den vollständigen Prozeß des Einbringens von pulverförmigen Pigmenten in das flüssige Medium, so daß das Endprodukt aus einer feinen Verteilung von Pigmentpartikeln in dem gesamten Medium besteht. Bei kommerziell erhältlichem dotierten Zinnoxid ist die Partikelgröße im Bereich von 0,02 bis 0,10 Mikrometer spezifiziert. Es ist jedoch möglich, daß diese Partikel während der Lagerung agglomerieren. Es ist deshalb wesentlich, diese Pigmenttypen zu dispergieren, um die Partikel auf ihre ursprüngliche Partikelgröße zu entagglomerieren. Die submikrometergroßen Partikel können erhalten werden durch Dispergieren des Lackes in einer Dispersionseinrichtung wie etwa einer Kugelmühle, einer Sandmühle, einer Granulatmühle oder einer ähnlichen Art von Dispersionseinrichtung.
Die Tragschicht wird zunächst nach der Meyer-Stab-Technik mit der elektronisch leitfähigen Beschichtung beschichtet und in einem Lufttrocknungsofen bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 150 ºC etwa 4 Minuten bis 2 Minuten lang getrocknet. Die Bildempfangsschicht wird dann nach derselben Technik auf der leitfähigen Beschichtung aufgebracht und bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 120 ºC etwa 2 Minuten oder 1 Minute lang getrocknet.
Die transportunterstützende Schicht kann dann mit Hilfe der Meyer-Stab- Technik auf der entgegengesetzten Seite der Tragschicht aufgebracht und bei einer Temperatur im Bereich von 120 bis 150 ºC vier Minuten bis zwei Minuten lang getrocknet werden.
Der mehrschichtige Film kann dann auf der Bildempfangsschicht längs der Kanten mit Hilfe herkömmlicher leitender schwarzer Tinte mit Streifen versehen werden, wie es in der Industrie üblich ist. Dies ist notwendig, um überschüssige Hintergrundladungen während der Aufzeichnung zu erden.
Bei der Herstellung der Beschichtung der einzelnen Schichten in dem Verbundfilm kann eines von mehreren Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise Walzbeschichtung, Drahtbarren-Beschichtung, Tauchbeschichtung, Luftklingen-Beschichtung, Schlittenbeschichtung, Schwallbeschichtung, Rakelbeschichtung, flexografische Beschichtung oder Tiefdruckbeschichtung. Solche Techniken sind dem Stand der Technik wohlbekannt.
Der Verbundfilm mit einem Mehrschichtaufbau in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hat einzigartige Oberflächen- und elektrische Eigenschaften. Der vorliegende Verbundfilm zeichnet sich aus durch eine gute Bilderzeugung, Archivfähigkeit, zuverlässige Handhabung und ein Minimum an Bildausfällen, Reißverschluß- und Flammeneffekten. Er zeigt ein einwandfreies Verhalten über einen weiten Bereich von Feuchtigkeiten.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Illustration der vorliegenden Erfindung, beschränken jedoch keineswegs die Tragweite derselben.

Beispiel I

Es wird ein elektronisch leitfähiger Lack mit der folgenden Zusammensetzung zubereitet:
Copolymer aus Methylmethacrylat-Hydroxyethylmethacrylat (Verhältnis 78:22) 18,23 Teile
Antimondotiertes Zinnoxid (8,6 Prozent Antimongehalt) 11,48 Teile
Methyl-Ethyl-Keton 63,90 Teile
Methyl-Carbitol 6,39 Teile
Antimondotiertes Zinnoxid wird mit Methyl-Ethyl-Keton und Methyl-Carbitol 5 Minuten lang vorgemischt. Das Copolymer aus Methylmetacrylat- Hydroxyethylmetacrylat wird dann der Vor-Mischung zugegeben und weitere fünf Minuten lang gemischt. Diese Vor-Mischung wird dann mit Hilfe einer Dispergiereinrichtung eine Stunde lang dispergiert. Der Lack wird dann mit Hilfe eines Meyer-Stabes auf einen 100 Mikrometer (4 mil) dicken transparente Polyethylenterephtalat-Film aufgetragen und in einem Lufttrocknungsofen 2 Minuten lang bei 125 ºC getrocknet. Dies ergibt eine transparente leitfähige Beschichtung mit einem Oberflächenwiderstand von etwa 2 x 10&sup6; Ohm/sq.
Eine Bildempfangsschicht mit der folgenden Zusammensetzung wird dann auf die elektronisch leitfähige Schicht aufgetragen:
Toluol 40,04 Teile
Methyl-Ethyl-Keton 40,04 Teile
Acryl-Copolymer (55 %) (DeSoto Incorporated) 8,65 Teile
Amorphes Silika (mittlere Partikelgröße 8,4 Mikrometer) 0,43 Teile
Kristallines Silika (mittlere Partikelgröße 4,7 Mikrometer) 0,65 Teile
Kalziumcarbonat (mittlere Partikelgröße 3,8 Mikrometer) 1,43 Teile
Polyvinyl-Butyral (Monsanto Company) 8,76 Teile
Der Lack wird hergestellt durch zehnminütiges Mischen von Toluol, Methyl- Ethyl-Keton und dem Acryl-Copolymer. Amorphes Silika, kristallines Silka, Kalziumcarbonat und Polyvinyl-Butyral werden dann zugegeben und 30 Minuten lang in einem Cowles-Hochgeschwindigkeitsmischer gemischt.
Der Lack wird mit Hilfe eines Meyer-Stabes auf den zuvor beschichteten Film aufgetragen und 2 Minuten lang bei 90 ºC getrocknet.
Die transportunterstützende Schicht mit der folgenden Zusammensetzung kann dann auf die der elektronisch leitfähigen Schicht und der Bildempfangsschicht entgegengesetzte Seite des Polyethylen-Terephtalat- Films aufgetragen werden.
Methyl-Cellosolve 36,92 Teile
Methanol 38,89 Teile
Quaternär-Salz von Diaceton-Acrylamid-Copolymer (Calgon Corporation) 3,53 Teile
35 % hydrolysiertes Polyvinyl-Acetat (35 % Vinylalkohol und 75 % Vinylacetat) 11,92 Teile
Melamin-Formaldehyd (Reichhold Chemicals Inc.) 6,59 Teile
Amorphes Silika (mittlere Partikelgröße 8,4 Mikrometer) 0,06 Teile
Säure-Katalysator 2,10 Teile
Der Lack wird zubereitet durch fünfminütiges Mischen von Methyl-Cellosolve, Methanol und Diaceton-Acrylamid-Copolymer. Zu der Lösung werden 35 % hydrolysiertes Polyvinyl-Acetat, Melamin-Formaldehyd und amorphes Silika zugegeben und weitere 20 Minuten lang gemischt. Dann wird der Katalysator zugegeben und 2 Minuten lang gemischt. Der Lack wird mit Hilfe eines Meyer-Stabes auf die der elektronisch leitfähigen Schicht und der Bildempfangsschicht entgegengesetzte Seite des Polyethylenterephtalat- Films aufgetragen und 2 Minuten lang bei 120 ºC getrocknet. Der beschichtete Film wird dann mit einer leitfähigen Tinte auf der Bildempfangsschicht des Films mit Streifen versehen.
Der beschichtete Film wird auf einem elektrostatischen Plotter Versatec V7436 bedruckt. Es wird eine ausgezeichnete Druckdichte mit einem sehr niedrigen Pegel an Flammeneffekten, ohne Ausfälle und ohne Toner-Auswischungen erhalten.
Der Trübungsgrad dieses klaren beschichteten Films beträgt 36 %. Die Sheffield-Oberflächenrauhigkeit und Abrasivität des beschichteten Films sind 95 cm³ Luft/Minute bzw. 1,19 mm (0,047 Zoll).
Zum Vergleich wird ein ähnlicher Film hergestellt, mit dem einzigen Unterschied, daß die Bildempfangsschicht kein kristallines Silika enthält. Die Menge an amorphem Silika wird erhöht, um die Abwesenheit von kristallinem Silika auszugleichen. Die Sheffield-Rauhigkeit und Abrasivität des Films sind 120 cm³ Luft/Minute bzw. 0,05 mm (0,002 Zoll). Der Trübungsgrad des beschichteten Films ist 40 %. Wenn der Film auf einem elektrostatischen Drucker V7436 bedruckt wird, werden starke Ausfälle in dem Druck beobachtet.

Beispiel II

Eine weiterer elektrografischer Film mit der folgenden Zusammensetzung wird in der gleichen Weise wie in Beispiel I hergestellt.

Die Bildempfangsschicht

Methyl-Ethyl-Keton 38,66 Teile
Toluol 38,66 Teile
Acryl-Copolymer (55 %) (DeSoto Incorporated) 8,77 Teile
Amorphes Silika (mittlere Partikelgröße 8,4 Mikrometer) 0,53 Teile
Kristallines Silika (mittlere Partikelgröße 4,7 Mikrometer) 2,10 Teile
Polystyrol (Herkules Incorporated) 5,64 Teile
Polyvinyl-Butyral (Monsanto Company) 5,64 Teile

Die elektronisch leitfähige Schicht

Toluol 56,12 Teile
Isopropylalkohol 9,90 Teile
Polyethylenterephtalat-Harz (Goodyear Tire & Rubber) 6,32 Teile
Titandioxid, oberflächenbehandelt mit antimondotiertem Zinnoxid (10 % Antimongehalt) 27,66 Teile

Die Tragschicht

Weißes opakes Polyethylenterephtalat

Die transportunterstützende Schicht

Methyl-Cellosolve 36,92 Teile
Methanol 38,89 Teile
Quaternärsalz von Diaceton-Acrylamid-Copolymer (Calgon Corporation) 3,53 Teile
35 % hydrolysiertes Polyvinyl-Acetat (35 % Vinylalkohol und 75 % Vinylacetat) 11,92 Teile
Melamin-Formaldehyd (Reichhold Chemicals Inc.) 6,59 Teile
Amorphes Silika (mittlere Partikelgröße 8,4 Mikrometer) 0,06 Teile
Säure-Katalysator 2,10 Teile
Dieser Film hat eine Sheffield-Rauhigkeit von 130 cm³ Luft/Minute und eine Abrasivität von 1,78 mm (0.070 Zoll). Beim Bedrucken zeigt der Film eine gute Druckdichte und keine Ausfälle.

Beispiel III

Eine weiterer elektrografischer Film wurde in derselben Weise wie in Beispiel I hergestellt unter Verwendung der folgenden Bestandteile:

Die Bildempfangsschicht

Toluol 43,84 Teile
Methyl-Ethyl-Keton 43,84 Teile
Polyvinyl-Butyral (Monsanto Company) 10,56 Teile
Amorphes Silika (mittlere Partikelgröße 8,4 Mikrometer) 0,35 Teile
Kristallines Silika (mittlere Partikelgröße 4,7 Mikrometer) 1,41 Teile

Die elektronisch leitfähige Schicht

Methyl-Ethyl-Keton 65,48 Teile
Copolymer aus Methylmethacrylat-Hydroxethylmethacrylat (Verhältnis 78:22) 17,86 Teile
Melamin-Formaldehyd-Harz (American Cyanamid) 1,86 Teile
Antimondotiertes Zinnoxid (8,6 % Antimongehalt) 14,88 Teile

Die Tragschicht

Transparentes Polyethylenterephtalat

Die transportunterstützende Schicht

Methyl-Cellosolve 36,92 Teile
Methanol 38,89 Teile
Quaternärsalz von Diaceton-Acrylamid-Copolymer (Calgon Corporation) 3,53 Teile
35 % hydrolyisiertes Polyvinyl-Acetat (35 % Vinylalkohol und 75 % Vinylacetat) 11,92 Teile
Melamin-Formaldehyd (Reichhold Chemicals Inc.) 6,59 Teile
Amorphes Silika (mittlere Partikelgröße 8,4 Mikrometer) 0,06 Teile
Säure-Katalysator 2,10 Teile
Die Sheffield-Rauhigkeit und die Abrasivität sind 113 cm³ Luft/Minute bzw. 1,65 mm (0,065 Zoll). Der Trübungsgrad des beschichteten Films ist 33 Prozent. Beim Bedrucken mit einem Drucker Versatec V7436 ergibt der Film eine gute Druckdichte ohne Ausfälle, jedoch mit etwas mehr Flammeneffekten als Beispiel I.

Claims

1. Mehrschichtiger Polymer-Verbundfilm zur Verwendung in einem elektrostatischen oder elektrografischen Aufzeichnungsprozeß, mit:

einer Bildempfangsschicht bestehend aus elektrisch resistivem Polymer und etwa 5 - 30 Gewichtsprozent Partikeln aus anorganischem oder polymerem Material, welche Bildempfangsschicht eine Oberflächen-Abrasivität von etwa 0,38 bis etwa 2,16 mm, gemessen mit einem Crockmeter Modell # CM1, und eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 30 bis etwa 180 cm³ Luft/Minute, gemessen mit einem Bendix Precisionaire Sheffield Smoothness Instrument aufweist;

einer elektronisch leitfähigen Schicht, die wenigstens eine leitfähige Partikelsubstanz in wenigstens einem Polymer-Bindemittel enthält, und

einer Tragschicht.

2. Verbundfilm nach Anspruch 1, bei dem die elektronisch leitfähige Partikelsubstanz ein dotiertes Metalloxid oder ein Metallhalogenid ist.

3. Verbundfilm nach Anspruch 1, bei dem die elektronisch leitfähige Partikelsubstanz einen Kern enthält, der mit einem leitfähigen Metalloxid beschichtet ist.

4. Verbundfilm nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Bildempfangsschicht Polymer-Bindemittel und Partikelsubstanzen enthält und eine Dielektrizitätskonstante von etwa 1,5 bis 6,5 besitzt, gemessen bei 25 ºC und 1 kHz.

5. Verbundfilm nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die elektronisch leitfähige Schicht einen Oberflächen-Widerstand von etwa 1 x 10² bis etwa 1 x 10&sup8; Ohm/sq aufweist.

6. Verbundfilm nach Anspruch 1, bei dem die elektronisch leitfähige Partikelsubstanz gebildet wird durch:

Zinnoxid, das mit Antimon, Phosphor, Indium oder Fluor dotiert ist,

Indiumoxid, das mit Antimon, Phosphor oder Fluor dotiert ist,

Zinkoxid, das mit Antimon, Phosphor, Indium oder Fluor dotiert ist,

Kupfer(I)-iodid oder

Silberiodid.

7. Verbundfilm nach Anspruch 1, bei dem die elektronisch leitfähige Partikelsubstanz ein Kern aus Titandioxid, Silika oder Zinkoxid ist, der mit einem antimon- oder fluordotierten Zinnoxid beschichtet ist.

8. Verbundfilm nach Anspruch 1, bei dem eine transportunterstützende Schicht auf der der Bildseite entgegengesetzten Seite des Films vorgesehen ist und Polymer-Bindemittel und leitfähige Agenzien und Partikel enthält, welche transportunterstützende Schicht Haft- und Gleitreibungskoeffizienten im Bereich zwischen 0,25 und 0,75 bzw. zwischen 0,20 und 0,70 und eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 10 bis etwa 100 cm³ Luft/Minute und einen Oberflächenwiderstand von etwa 1 x 10&sup6; bis etwa 1 x 10¹³ Ohm/sq bei 25 ºC und 50 % RF aufweist.

9. Verbundfilm nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Bildempfangsschicht Partikel aus amorphem Silika, kristallinem Sillka und Kalziumcarbonat enthält, die in einer Polymermatrix aus Polyvinyl-Butyral und Polyacrylat dispergiert sind,

die elektronisch leitfähige Schicht ein Copolymer aus Methylmetacrylat- Hydroxyethylmetacrylat und antimondotierte Zinnoxid-Partikel enthält,

die Tragschicht ein klarer Polyethylenterephtalat-Film ist und

die transportunterstützende Schicht auf der der Bildseite entgegengesetzten Seite Silika-Partikel und Polymer-Bindemittel enthält.

10. Verbundfilm nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Verbundmaterial transparent ist und einen Trübungsgrad von 10 bis 45% aufweist.

11. Verbundfilm nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Oberflächen-Abrasivität der Bildempfangsschicht 0,76 bis 1,78 mm und die Oberflächenrauhigkeit 60 bis 150 cm³ Luft/Minute beträgt.

12. System zur Herstellung eines elektrostatischen Hardcopy-Druckes, welches System aufweist:

einen Schreibkopf mit mehreren Elektrodenstiften,

eine Gegen- oder Frontplatten-Elektrode,

Mittel zum Aufbringen elektronischer Ladungen in Form eines latenten Bildes auf ein Aufzeichnungsmedium,

Mittel zum Aufbringen von Toner-Partikeln auf das Aufzeichnungsmedium und

Mittel zum Fixieren des Bildes auf dem Aufzeichnungsmedium, wobei das Aufzeichnungsmedium aufweist:

eine Bildempfangsschicht bestehend aus elektrisch resistivem Polymer und etwa 5 - 30 Gew.% Partikeln aus anorganischem oder polymerem Material, wobei die Empfangsschicht eine Oberflächen-Abrasivität von etwa 0,83 bis etwa 2,16 mm, gemessen mit einem Crockmeter Modell CM#1, und eine Oberflächenrauhigkeit von etwa 30 bis etwa 180 cm³ Luft/Minute, gemessen mit einem Bendix Precisionaire Sheffield Smoothness Instrument aufweist,

eine elektronisch leitfähige Schicht, die wenigstens eine leitfähige Partikelsubstanz in wenigstens ein polymeres Bindemittel enthält, und

eine Tragschicht.

13. System nach Anspruch 12, bei dem das Aufzeichnungsmedium ein mehrschichtiger Verbundfilm nach einem der Ansprüche 2 bis 11 ist.