DE69312564T2 - Kolloide zur Steigerung des Reibungskoeffizienten von Ablösebeschichtungen auf kohlefreiem Papier - Google Patents

Kolloide zur Steigerung des Reibungskoeffizienten von Ablösebeschichtungen auf kohlefreiem Papier

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DE69312564T2
DE69312564T2 DE1993612564 DE69312564T DE69312564T2 DE 69312564 T2 DE69312564 T2 DE 69312564T2 DE 1993612564 DE1993612564 DE 1993612564 DE 69312564 T DE69312564 T DE 69312564T DE 69312564 T2 DE69312564 T2 DE 69312564T2
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Description

    Hintergrund der Erfindung Bereich der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft Wischbeschichtungen oder Ablösebeschichtungen für kohlefreie Kopierpapiere und insbesondere betrifft diese Erfindung Wischbeschichtungen oder Ablösebeschichtungen, die teilweise ein anorganisches Kolloid und ein abhäsives Mittel enthalten. Ebenso betrifft diese Erfindung kohlefreie Papierekonstrukte, die wenigstens teilweise mit der erfindungsgemäßen Wischbeschichtung oder Ablösebeschichtung beschichtet sind.
    • Beschreibung des Fachgebiets
  • Kohlefreie Durchschlagpapiere für die Übertragung von Bildern (d.h. kohlefreie Kopierpapiere) sind Papiere, die in der Lage sind unter Druckeinwirkung ein Bild zu erzeugen. Produkte, welche diese Chemie anwenden, enthalten im allgemeinen wenigstens zwei Substrate (z.B. zwei Blätter Papier) und umfassen Auftragen eines als ein Farberzeuger bekannten Reaktanten auf ein Substrat und den anderen, als einen Entwickler bekannten Reaktanten auf einem weiteren "zusammengebrachten Substrat". Eine Oberfläche oder Seite von jedem Substrat ist mit einem der beiden primären Reaktanten beschichtet. Die beiden Substrate werden häufig als ein Donorblatt und ein Rezeptorblatt bezeichnet. Mittel, welche die Reaktion der beiden bis zum beabsichtigten Zeitpunkt verhindern (d.h. bis der Aktivierungsdruck angewandt wird), werden ebenso bereitgestellt. Dies wird typischerweise durch Einkapseln eines der Reaktanten bewerkstelligt. Vorzugsweise wird eine Füllstoffiösung der farberzeugenden Verbindung(en) in einem hydrophoben Lösungsmittel gekapselt oder ist in Mikrokapseln enthalten und wird auf der Rückseite eines Blatts Papier aufgetragen, wodurch ein Donorblatt erzeugt wird. Dieses wird anschließend mit einem Rezeptorblatt, das mit einem Entwickler oder Reaktanten für die farberzeugende Verbindung beschichtet ist, zusammengebracht. Die Mikrokapseln dienen dem Zweck der Isolierung der Reaktanten untereinander und zum Verhindern einer Umsetzung. Nachdem der Aktivierungsdruck, wie von einer Nadel oder einer Büromaschinentaste, einmal auf die unbeschichtete Oberfläche des Donorblatts angewandt wurde, kommen die beiden Substrate unter ausreichendem Druck miteinander in Kontakt, sodaß die Kapseln bersten (d.h. diejenigen Kapseln, die dem Verlauf des angewandten Drucks entsprechen) und die Lösung des gekapselten Farberzeugers wird freigesetzt und vom Donorblatt auf das Rezeptorblatt übertragen. Auf dem Rezeptorblatt tritt eine Umsetzung der zuvor getrennten Reaktanten auf. Da der Farberzeuger und der Entwickler, wenn sie umgesetzt werden, ein tief gefärbtes Bild erzeugen, wird auf dem Rezeptorblatt ein Bild erzeugt. Im allgemeinen wird die entsprechende Umsetzung natürlich ein farbiges Bild erzeugen, das dem Weg entspricht, welchen die Nadel entlangwandert oder dem Druckverlaut, der durch die Nadel oder die Drucktaste bereitgestellt wird. Die Bezeichnung "Aktivierungsdruck" beinhaltet den durch Hand mit einer Nadel ausgeübten Druck oder den durch eine Büromaschinentaste (beispielsweise eine Schreibmaschinentaste) ausgeübten Druck, ist aber nicht auf diese beschränkt; und die Bezeichnung "Kapselung" und "gekapselte Verbindungen" beziehen sich auf Mikrokapseln, die ein Füllmaterial eingeschlossen haben.
  • Ein bevorzugtes Konstrukt enthält einen gekapselten Farberzeuger, der innerhalb von Mikrokapseln in geeigneten hydrophoben Lösungsmittel(n) gelöst und mit einem geeigneten Bindemittel auf einer Rückseite des Donorblatts, das manchmal auch als eine "beschichtete Rückseite" (CB) bezeichnet wird, aufgetragen ist. Ein Entwickler, gegebenenfalls auch in einem geeigneten Bindemittel, wie einer Stärke oder Latex, wird auf die Vorderseite des Rezeptorblatts, das manchmal auch als eine "beschichtete Vorderseite" (CF) bezeichnet wird, aufgebracht. Die Bezeichnung "geeignetes Bindemittel" bezieht sich auf ein Material, wie Stärke oder Latex, das die Dispersion der Reaktanten in einer Beschichtung auf einem Substrat ermöglicht. Jede CB-Beschichtung enthält berstfähige Kapseln, die, wenn sie bersten, Reagenzien freisetzen, wodurch auf der angrenzenden CF-Beschichtung eine Färbänderungsreaktion bewirkt wird. Die Herstellung solcher kohlefreier Blätter wird von Gale W. Matson in US-Patenten Nrn. 3.516.846 und 3.516.941, die hier durch Bezugnahme eingeschlossen sind, offenbart.
  • Es gibt eine große Vielzahl an Verfahren, durch die Mikrokapseln hergestellt werden können. Diese abgewandelten Verfahren stellen verschiedene Methoden zum Herstellen von Kapseln unterschiedlicher Größen, alternative Materialien für die Zusammensetzung der Kapselhülle und zahlreiche verschiedene fünktionelle Materialien innerhalb der Hülle bereit. Einige dieser zahlreichen Verfahren sind in den US-Patenten Nrn. 2.800.427; 2.800.458; 3.416.441; 3.429.827; 3.516.846; 4.087.376; 4.100.103; 4.909.605 und in den Britischen Patenten Nrn. 950.443 und 1.046.409 offenbart. Zur Herstellung von Kapselhüllen kann eine große Vielzahl an Kapselmaterialien, einschließlich Gelatine und synthetischer Polymermaterialien eingesetzt werden. Ein beliebtes Material für die Hüllenerzeugung ist das Produkt der Polymerisationsreaktion von Harnstoff und Formaldehyd oder von Melamin und Formaldehyd oder die Polykondensationsprodukte von monomeren oder niedermolekulargewichtigen Polymeren von Dimethylolharnstoff oder methyloliertem Harnstoff mit Aldehyden. Eine Vielzahl kapselerzeugender Materialien sind beispielsweise in den US- Patenten Nrn. 2.800.458; 3.429.827; 3.516.846; 4.087.376; 4,100.103 und in den Britischen Patenten Nrn. 1.046.409; 2.006.709 und 2.062.570 offenbart.
  • Wie vorstehend angemerkt, werden die beiden Blätter beim Abbilden derart angeordnet, daß die Rückseite des Donorblatts zur Entwicklerbeschichtung auf der Vorderseite des Rezeptorblatts zeigt. In vielen Anwendungen enthält die unbeschichtete Oberfläche des Donorblatts (CB) ein Formular eines bestimmten Typs und der Aktivierungsdruck wird mittels eines Stifts oder anderen Schreibgeräten erzeugt, die verwendet werden, um das Formular auszufüllen. Demgemäß ist das auf dem Rezeptorblatt (CF) auftretende Bild eine Kopie des Bildes, das auf dem Oberblatt aufgebracht wurde.
  • Es werden häufig Konstrukte hergestellt, die eine erste Substratoberfläche enthalten, auf der der gekapselte Farberzeuger aufgetragen ist, und die eine zweite Substratoberfläche enthalten, auf der ein Entwickler aufgetragen ist. Die beschichtete erste Substratoberfläche wird im Konstrukt so angeordnet, daß sie mit der beschichteten zweiten Substratoberfläche in Kontakt ist. Ein derartiges Konstrukt ist als ein "Block"- oder ein "Formularblock"-Konstrukt bekannt.
  • Substrate mit einer Oberfläche, auf welcher der gekapselte Farberzeuger aufgetragen ist, und einer zweiten, gegenüberliegenden Oberfläche, auf der ein Entwickler aufgetragen ist, können in einem eine Mehrzahl von Substraten umfassenden Konstrukt zwischen die CF- und CB-Blätter plaziert werden. Derartige Blätter werden hier im allgemeinen als "CFB"-Blätter (d.h. beschichtete Vorder- und Rückblätter) bezeichnet. Selbstverständlich sollte jede Seite, die darauf Farberzeuger enthält, einem Blatt gegenüber gelegt werden, das Entwickler darauf enthält. CFB-Blätter werden auch typischerweise in Formularblöcken verwendet. In einigen Anwendungen sind Mehrfach-CFB-Blätter in Formularblöcken eingesetzt worden. Diese enthalten mehrere Zwischenblätter, wobei jedes eine Entwicklerbeschichtung auf einer Seite und eine Beschichtung mit Farberzeugerkapseln auf der gegenüberliegenden Seite aufweist. Demgemäß sind die Blätter im Formularblock in der Reihenfolge (von oben nach unten) CB, CFB(s) und CF aneinandergereiht. Dies stellt sicher, daß in jedem Formularblock ein Farberzeuger und ein Farbentwickler in Kontakt gebracht werden, wenn die das farberzeugende Material enthaltenden Mikrokapseln durch Druck zum Bersten gebracht werden.
  • Eine Alternative für die Verwendung von CB-, CF- und CFB-Blättern ist das selbstenthaltende (SC) oder autogene, kohlefreie Papier, in dem sowohl der Farberzeuger als auch der Entwickler auf der gleichen Seite des Blatts aufgetragen sind und/oder im Fasergeulst des Papierblatts enthalten sind.
  • Kohlefreies Papier wird im Formulargewerbe weitverbreitet eingesetzt und kohlefreie Papierformulare wurden in der Vergangenheit mittels herkömmlicher Druckverfahren, wie Offsetdrucken, Lithographie usw. gedruckt. Mit dem Einzug von elektrophotographischen Hochgeschwindigkeitskopiergeräten, die zuverläßige Kollatiersysteme mit hohem Leistungsvermögen und verbesserter Kopierqualität aufweisen, ergab sich das Bestreben, Offset- Druckgeräte, die sich in Kopierläden und großen "Schnelldruck"-Einrichtungen befinden, durch elektrophotographische Kopiergeräte zu ersetzen. Für den erfolgreichen Einsatz kohlefreier Papiere in diesen Kopiergeräten ist die Kompatibilität des kohlefreien Papiers zum Gerät kritisch. Um beispielsweise in Kopier- und Sortiergeräten gehandhabt zu werden, besitzen die Grundblätter, auf die kohlefreie Papierbeschichtungen aufgetragen sind, wodurch kohlefreie Papiere erzeugt werden, die üblicherweise mittels Offsetdruck bedruckt werden, keine ausreichende Steifigkeit oder ausreichende Empfindlichkeit hinsichtlich der Bearbeitungsbedingungen zum Rollen und Feuchtigkeitssteuerung.
  • Kohlefreies Papier wird häufig in Form bedruckter Formularblöcke zur Herstellung von Mehrfachkopien von Rezepten, Rechnungen und weiteren Geschäftsformularen eingesetzt, und Formularblöcke werden durch Kollatieren von 2 bis 8 Blättern hergestellt. Formularblöcke werden typischerweise hergestellt, indem ein Klebstoff an einem Rand eines Stapels kohlefreien Papiers aufgetragen wird. Jedes der beschichteten Blätter in einem Formularblock ist etwas porös und ermöglicht dem Klebstoff in die Papierporen einzudringen, wobei dieses Eindringen notwendig ist, um eine befriedigende Haftung der Blätter im Formularblock zu erreichen. Zum Randverbinden kohlefreier Papiere nützliche Klebstoffe sind beispielsweise in US-Patent Nr. 5.079.068 beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
  • Die durch Klebstoff verbundenen Papiere werden anschließend "ausgefächert", um sie in einzelne Formularblöcke zu trennen. Um die Trennung zu fördern, weisen die kohlefreien Papierformularblöcke häufig eine Ablösebeschichtung (beispielsweise eine Fluorkohlenstoffoder Siliconbeschichtung) aut, die wenigstens auf eine der äußeren Flächen jedes Formularblocks aufgetragen wurde. Diese Beschichtungen werden häufig als "Wischbeschichtungen" bezeichnet. Wischbeschichtungen wirken als ein abhäsives Material (oder nichtklebendes Mittel), um den Außenflächen eines Formularblocks niedrige Haftungseigenschaften zu verleihen; wirken als ein Ablösemittel für den randverbindenden Klebstoff; und fördern "Ausfächereigenschaften" in Randverbindungen, wodurch es dem durch Klebstoff randverbundenen Stapel ermöglicht wird, beim Ausbreiten "auszufächern" oder "auseinanderzufächern" und sich in einzelne Formularblöcke zu trennen. Wischbeschichtungen sind auch notwendig, um dem Rollen entgegenzuwirken, das andernfalls aus den Beanspruchungen resultieren würde, die im Papier durch die CB- und CF-fünktionellen Beschichtungen auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Blatts induziert werden. Die Oberfläche des Papiers, das mit Kapseln oder Entwickler beschichtet ist, kann als die CBbeziehungsweise CF-beschichtete Oberfläche oder als CBfc beziehungsweise als CFfc bezeichnet werden und steht für "fünktionell beschichtete Oberfläche" oder "fünktionell beschichtete Fläche" des Blatts.
  • Die Wischbeschichtung wird auf die Vorderseite des kapselbeschichteten Blatts (CB) und/oder auf die Rückseite des entwicklerbeschichteten Blatts (CF) aufgetragen. Die Bezeichnung "CBpc" bezieht sich auf die vordere, wischbeschichtete Oberfläche des CB- Blatts. Die Bezeichnung "CFpc" bezieht sich auf die hintere, wischbeschichtete Oberfläche des CF-Blatts. Wischbeschichtungen sind vom Wesen her Materialien mit niedriger Oberflächenenergie, die funktionieren, indem sie das Feuchtwerden der Papieroberfläche durch den Klebstoff verhindert. Leider vermindern wischbeschichtete Oberflächen mit niedriger Oberflächenenergie auch den Reibungskoeffizienten der Blattoberfläche und dies ist eine Ursache für doppelte oder mehrfache Blattzuführungen sowie Fehler bei der Papierzuführung. Die wischbeschichtete Oberfläche mit niedriger Oberflächenenergie vermindert auch die Haftung des Tonerpulvers, woraus eine geringe Bilddichte und schlechte Tonerverankerung an elektrophotographisch erzeugten Bildern auf den Wischbeschichtungsoberflächen resultiert. Aufgrund von Unterschieden in den Fluorkohlenstoftbeschichtungen kann ein Klebstoff, der auseinandergefächertes Randverbinden eines bestimmten kohlefreien Kopierpapiers ermöglicht, mit anderen kohlefreien, von unterschiedlichen Firmen hergestellten Kopierpapieren nicht eingesetzt werden.
  • "Ausfächern" ist ein Verfahren zur Trennung eines Stapels oder einer Einlage von Mehrfachformularblöcken in einzelne Blöcke. Ein Verfahren des "Ausfächerns" oder des "Auseinanderfächerns" eines Stapels aus kollatierten Blättern umfaßt Greifen eines Endes des randverbundenen Stapels mit einer Hand und des nichtverbundenen Rands mit der anderen Hand und anschließendes Biegen des Stapels in "U"-Form. Während der Stapel horizontal gehalten wird, wird das verbundene Ende freigegeben und abgesenkt. Dies setzt dem Klebstoff genügend Beanspruchung aus, wodurch der Verbund oder Stapel in einzelne Formularblöcke getrennt wird.
  • Ein Problem, das bei der Herstellung von Formularen aus kohlefreiem Papier entweder durch Bedrucken oder durch Photokopieren auftritt, besteht in der geringen Haftung von Tinte oder Toner auf den verschiedenen Oberflächen der kohlefreien Papierblätter Kohlefreie Papiere sollen häufig Informationen enthalten, wie Vertragsbedingungen oder Anweisungen, die auf verschiedenen Blattflächen aufgedruckt sind. Demgemäß müssen alle Blattflächen für Tinte und/oder Toner aufnahmefähig sein. Wie vorstehend bemerkt, weisen kohlefreie Papiere häufig Wischbeschichtungen auf, um die Ausfächereigenschaften der Formularblöcke zu fördern. Diese Wischbeschichtungen neigen jedoch dazu, die Aufiiahmefähigkeit der wischbeschichteten Oberfläche für Tinte und Toner zu vermindern, und erschweren demgemäß Tinten- und/oder Tonerhaftung. Dies führt zu niedriger Haftung des Tonerpulvers an den Wischbeschichtungoberflächen und führt zu Abbildungen mit geringer Dichte.
  • Häufig wird kohlefreies Papier in vorkollatierten Formularblöcken hergestellt und verpackt. In einer als eine "Formularblock gradliniger Abfolge" bezeichneten Version werden die Blätter in der Reihenfolge angeordnet, in der sie im endgültigen Formular auftreten. In diesen Formularblöcken kommt der beschichtete Rücken (CB) zuerst im Formularblock, die beschichtete Vorderseite (CF) kommt zuletzt und die geforderte Anzahl an CFB-Blättern liegt dazwischen. In einer anderen Ausführungsform kann das Papier in vorkollatierten Formularblöcken hergestellt und verpackt werden, die als "Formularblöcke umgekehrter Abfolge" bezeichnet wird, wobei Blätter verschiedener Farben und Oberflächen entgegengesetzt ihrer normalen, fünktionellen Reihenfolge angeordnet sind. Das beschichtete Vorderblatt (CF) kommt im Formularblock zuerst, das beschichtete Rückblatt(CB) kommt zuletzt und die geforderte Anzahl an CFB-Blättern liegt dazwischen. Wenn die Blätter in dieser Weise angeordnet sind und in einem Drucker oder Kopierer, der ihre Abfolge automatisch umkehrt, bedruckt werden, werden sie im Entnahmegefäß in der richtigen Reihenfolge für anschließendes Verbinden und Datenauftrag abschließen. Die Art der Formularblockabfolge, die für eine besondere Druckausführung verwendet wird, ist eine Funktion des Druckgeräts.
  • Ein Problem, das häufig auftritt, wenn vorkollatierte kohlefreie Papiere in kleinen oder mittelgroßen elektrophotographischen Geräten eingesetzt werden, besteht in der Mehrfachzuführung von Blättern. Eine Ursache der Mehrfachzuführung von Blättern liegt in der uneinheitlichen Oberflächenreibung zwischen CB-, CF- und wischbeschichteten Oberflächen. CB- und CF-Beschichtungen neigen im Vergleich zu einer unbeschichteten Papiergrundlage zur Erhöhung des Reibungskoeffizienten ("c.o.f; coefficient offriction), während Wischbeschichtungsformulierungen, die nicht-haftungsfördernde Ablösematerialien mit niedriger Oberflächenenergie, wie Fluorchemikalien oder Silicone, enthalten, im Vergleich zu einer unbeschichteten Papiergrundlage dazu neigen, den Reibungskoeffizient zu vermindern. Wenn eine wischbeschichtete Oberfläche und die CB- oder CF-beschichteten Oberflächen zusammengebracht werden, tritt ein starker Unterschied des Blatt-Blatt- Reibungskoeffizienten auf Diese Oberflächenanordnung tritt in vorkollatierten kohlefreien Papieren sowohl gradliniger als auch umgekehrter Abfolge häufig auf. Von starken Unterschieden des Blatt-Blatt-Reibungskoeffizienten ist bekannt, daß sie die Trennung der Blätter in Zuführungssystemen vom Reibungstyp stören. Es besteht eine Tendenz, statt nur das mittels des Zuführungsmechanismus beförderten obersten Blatts ein zweites, anliegendes Blatt oder mehrere Blätter mit dem obersten Blatt zu befördern und zuzuführen.
  • Ein zweites Problem, das häufig auftritt, wenn vorkollatierte kohlefreie Papiere in Geräten des Reibungszuführungstyps eingesetzt werden, ergibt sich aus ungeeigneten Reibungskoeffizienten der in Kontakt stehenden Oberflächen und führt zur Entwicklung dichter, merklicher Schmierflecken auf den CF-Blättern. Schmierflecken treten auf wenn zwei oder mehrere kohlefreie Papierblätter zusammen in die Zuführungseinheit gelangen und es wird angenommen, daß die Schmierflecken durch versehentlichtes Bersten der Kapsel und Übertragung des Farberzeugers von der CB- zur CF-Oberfläche verursacht werden. Dieses Problem ist besonders akut, wenn der Kopierer eine Anpresswalze oder ein Aufnahmeband für die Zuführ einsetzt und das Blatt in das Kopiergerät eingeführt wird. Dieses Problem wurde von Beery angesprochen, der die Schmierflecken dem mechanischen Blockieren zwischen den Blättern aufgrund des relativ hohen Reibungskoeffizienten zwischen den Blattoberflächen zuordnete (siehe J. Beery, WO 89/04804). Seine Lösung bestand darin, die Zuführwalzen im Gerät zu modifizieren, um sie weicher zu machen, derart, daß der auf die kapselbeschichtete Oberfläche ausgeübte Druck vermindert wurde und weniger Druck auf die durch das Zuführungsgerät ineinandergreifenden Papierflächen ausgeübt wird. Während die Modifikation von Photokopierern durch Andern der Konfiguration und der Härte des Zuführungssystems eine Lösung darstellt, ist die Modifikation des Geräts häufig teuer und erfordert Zusammenarbeit der Gerätehersteller. Es wäre vorteilhaft, die Schmierfleckbildung ohne Modifikation des Geräts zu vermindern. Eine stärker erwünschte Lösung bestünde darin, die Papieroberfläche an die Gerätebedingungen anzupassen, um Schmierflecken zu eliminieren.
  • Damit Papier sauber in einem Photokopierer arbeitet, muß eine Ausgewogenheit zwischen den verschiedenen Eigenschaften, die Druckqualität und Handhabung des Papiers innerhalb des Geräts beeinflußen, vorliegen. Diese Ausgewogenheit wurde von Green in einer Veröffentlichung über "Functional Paper Properties in Xerography" (siehe C. J. Green, Tappi, 64(5), (1981) 79-81) erörtert. Er merkte an, daß Druckqualität und Papierhandhabung mit Gleichmäßigkeit, elektrischem Widerstand, Rollen (Ebenheit des Blatts), Steifigkeit, Feuchtigkeitsgehalt, Porosität, Reibung, Oberflächenbehandlung und Wachsauftrag des Papiers verbunden sind und daß die Anforderungen an die Druckqualität sehr oft mit denjenigen für die Papierhandhabung in Konflikt geraten. Beispielsweise ergeben glatte Papiere bessere Fixierung (Tonerhaftung), rauhe Papiere ergeben aber bessere Zuführeigenschaften und besseren Papiertransport. Er merkt ferner an, daß: "Unter Berücksichtigung der Verläßlichkeit der Zuführung ist der absolute Grad des Papier-zu- Papier-Reibungskoeffizienten nicht so wichtig, wie die Abweichung zwischen aufeinanderfolgenden Blättern. Zur Vorbeugung von Mehrfachzuführungen in gewöhnlichen Reibungszuführern sollte die Abweichung des Reibungskoeffizienten weniger als 0,1 betragen." Dies ist bei xerographischen Papieren leicht zu erreichen. In kohlefreien Papaieren, die auf ihren verschiedenen Oberflächen unterschiedliche Beschichtungen besitzen, schwankt der Reibungskoeffizient beträchtlich von Oberfläche zu Oberfläche. Die wischbeschichteten Oberflächen (CBpc und CFpc) weisen Reibungskoeffizienten von etwa 0,35 auf, während die fünktionellen Oberflächen (CB und CF) Reibungskoeffizienten von etwa 0,55 bis 0,65 aufweisen.
  • Von Inoue und Mitarbeitern (M. Inoue, N. Gurnagul und P. Aroca, Tappi Journal 72(12), (1990) 81-85) wurde die Verwendung kolloidalen Siliciumdioxids zum Verhindern von Abrutschen durch Erhöhen des Reibungskoeffizienten von kaschiertem Karton gelehrt. Sie verknüpften den Reibungskoeffizienten mit der freien Oberflächenenergie und berichteten über erhöhte Reibung bei Einsatz von kolloidalem Siliciumdioxid und über Erhöhung der Oberflächenenergie von 26,8 dyne/cm auf 39,8 dyne/cm.
  • C.H. Fletcher, Jr. erörtert die Verwendung von kolloidalem Siliciumdioxid als ein dem Papier reibungsverleihendes Material in einem Artikel mit dem Titel "Anti-Skid Treatments Utilizing Colloidal Silica" (siehe C. H. Fletcher, Tappi, 56(8), (1973) 67-69). US-Patent Nr. 3.389.100 offenbart die Verwendung von Siliciumdioxid-aerogel als ein Antirutschmittel in Drucktinten für Kartons.
  • Kürzlich wurde in US-Patent Nr. 5.092.927 eine Wischbeschichtung für kohlefreies Papier offenbart, die ein Bindemittel, eine wäßrige Pigmentdispersion und einen abhäsiven Bestandteil zur Förderung des Ausfächerns umfaßt. Diese Wischbeschichtung soll beabsichtigen die Bedruckbarkeit der wischbeschichteten Oberfläche des Formularblocks zu verbessern. Die Pigmente wurden nach ihren Aufhahmefähigkeitseigenschaften für Tinte ausgewahlt und schlossen Calciumcarbonat, Tonerde, gebrannte Tonerde, Silicate und Aluminiumoxid-trihydrat ein. Das aufgezahlte Pigment Hydral 710B hat eine Teilchengröße von 800 - 1.000 nm. Das Patent offenbarte nicht die Verwendung von Teilchen kolloidaler Größe. Es wurden ein starker Scherschneidmischer und gegebenenfalls ein Dispergierhilfsmittel eingesetzt, um die Pigmentteilchen zu dispergieren.
  • Die EPO-Veröffentlichung Nr.464.681 offenbart ein farbstoffaufhehmendes Element für thermische Farbstoffiibertragung, in dem die Rückseite des farbstoffaufhehmenden Elements aus Polyethylenoxid, kolloidalen anorganischen Teilchen im Submicronbereich und polymeren Teilchen, die größer als die kolloidalen anorganischen Teilchen sind (1 - 10 µm Durchmesser), zusammengesetzt ist. Der Zweck der Rückseitenbeschichtung ist, einer Aufnahmewalze ausreichende Reibung bereitzustellen, um aus einem Vorratsbehälter zu einem Zeitpunkt ein Blatt zuzuführen, wodurch die Wechselwirkungen zwischen den vorderen und hinteren Oberflächen der Blätter, die in einem Vorratsbehälter stecken, minimiert werden, und wodurch Haftung zwischen farbgebendem Element und der Rückseitenschicht mit farbaufliehmendem Element minimiert wird, wenn das aufhehmende Element zufällig verkehrt herum in einen Thermodrucker eingelegt ist. Es werden keine Anforderungen an die Bedruckbarkeit, Färben oder Ausfächern erwähnt oder in diesem System verlangt.
  • Siliciumdioxidmassen und Silicate sind bekannt und werden als CF-Entwickler für Leuko-Farbstoffe in kohlefreien Papieren eingesetzt. Beispielsweise offenbart US-Patent Nr. 4.461.494 die Verwendung von Magnesium-aluminum-silicat als ein Farbentwickler für kohlefreies Durchschlagpapier. Das Material führt zu gutem Farberhalt ohne Auftreten von Graustich oder Gelbstich beim Lagern. US-Patent Nr.4.732.991 lehrt die Verwendung von Siliciumdioxidgel als ein CF-Material, das als ein Entwickler für kohlefreie Papiere nützlich ist. In ähnlicher Weise lehrt US-Patent Nr.4.075.224 die Verwendung von Siliciumdioxidgelen, sauren Tonerden oder phenolischen Harzen als Entwickler für kohlefreie Papiere.
  • Keiner der vorstehend aufgezählten Punkte macht von der Verwendung von kolloidalem Siliciumdioxid oder von Kolloiden weiterer anorganischer Materialien als reibungsverleihenden Mitteln in Wischbeschichtungen oder Ablösebeschichtungen von kohlefreien Papieren Gebrauch.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die vorliegende Erfindung wurde nun geflinden, daß die Einlagerung anorganischer kolloidaler Teilchen in Wischbeschichtungen oder Ablösebeschichtungen von kohlefreiem Papier zu einer Zunahme des Reibungskoeffizienten der wischbeschichteten Oberfläche und der Tonerhaftung sowie der Aufliahmefahigkeit für Tinte der wischbeschichteten Oberfläche führt; einheitliches Zuführen von kohlefreien Papierblättern in Photokopierer und Druckerpressen tördert, indem Fehl- und Doppelzuführungen vermindert werden; und durch Zuführung induzierte Schmierfleckenbildung verringert. Dies geschieht ohne Verlust der abhäsiven Ablösewirkung, die durch die Wischbeschichtung bereitgestellt wird, und ohne Verlust der Ausfächerfähigkeit zum Herstellen von Formularblöcken.
  • Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Zusammensetzung bereit, die zur Verwendung als eine Wischbeschichtung oder Ablösebeschichtung für kohlefreie Papiere geeignet ist, wobei die Zusammensetzung im wesentlichen besteht aus etwa: 0,1-10 Gewichtsprozent anorganischem Kolloid mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 1-125 nm; 0,01-2,5 Gewichtsprozent abhäsivem Material; und 65,0-99,9 Gewichtsprozent Wasser; und 0-25 Gewichtsprozent Bindemittel, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungsmasse. Falls gewünscht, kann die Zusammensetzung ferner ein Mittel zum Einstellen des pH- Werts, ein Entschäumungsmittel, einen optischen Aufheller und ähnliches enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein kohlefreies Papierkonstrukt mit einer Wischbeschichtung oder Ablösebeschichtung bereit, die auf wenigstens einem Teil wenigstens einer äußeren Oberfläche des kohlefreien Papierkonstrukts aufgetragen ist. Die Wischbeschichtung oder Ablösebeschichtung besteht im wesentlichen aus etwa: 2,0-95,0 Gewichtsprozent anorganischem Kolloid mit einer Teilchengröße im Bereich von 1-125 nm; 2,0-50,0 Gewichtsprozent abhäsivem Mittel; und 0-95,0 Gewichtsprozent Bindemittel, bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Beschichtungsmasse. Derartige erfindungsgemäße kohlefreie Konstrukte sind zum Einsatz in Druck- und elektrophotographischen Anwendungen besonders geeignet.
  • Weitere Gesichtspunkte, Vorteile und Nutzen der vorliegenden Erfindung sind aus der ausführlichen Beschreibung, den Beispielen und Ansprüchen ersichtlich.
    • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die Erfindung kann unter Einbeziehung der Zeichnung leichter verstanden werden, deren einzige Figur die Randverbindung eines Stapels von Formularblöcken aus kollatierten Blättern aus kohlefreiem Kopierpapier schematisch als Querschnitt zeigt.
  • In der Zeichnung wird ein Stapel 10 aus 4-teiligen kohlefreien Kopierpapierblättern, einschließlich CB-Oberblätter 11, dazwischenliegende CFB-blätter 12 und 13 und CF- Unterblatt 14, das auf dem Tisch 15 verbleibt, gezeigt. Jede CB-Beschichtung enthält berstfähige Mikrokapseln, die, wenn sie geborsten sind, Reagentien freisetzen, wodurch eine farberzeugende Umsetzung auf der benachbarten CF-Beschichtung hervorgerufen wird.
  • Die Außenflächen der CB-Oberblätter 11 und die CF-Unterblätter 14 jedes 4-teiligen Formularblocks wurden mit einer erfindungsgemäßen abhäsiven Ablösebeschichtung 16 und 17 behandelt. Eine flache Platte (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um mit einer Stahlstange 19 eine glatte Kante 18 zu bereiten. Eine randverbindende Klebstoffmasse 20 wurde auf den Rand des Stapels aufgetragen und floß zwischen den Blättern jedes Formularblocks in den Stapel, um einen Stapel durch Klebstoff randverbundener Formularblöcke zu erzeugen. Der Klebstoff ist nicht in den Stapel zwischen die Blätter geflossen, die mittels der abhäsiven Ablösebeschichtung 16 und 17 jeden Formularblock trennen.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäße Wischbeschichtungs- oder Ablösebeschichtungsmasse enthält ein anorganisches Kolloid, ein abhäsives Material und Wasser. Falls gewünscht, kann die Wischbeschichtungs- oder Ablösebeschichtungsmasse auch ein Bindemittel, ein Mittel zum Einstellen des pH-Werts, ein Entschäumungsmittel, einen optischen Aufheller und ähnliches enthalten.
  • Im allgemeinen kann das anorganische Kolloid ein beliebiges anorganisches Kolloid sein. Bevorzugte anorganische Kolloide sind Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid, Antimonpentoxid oder Calciumcarbonat. Aln stärksten bevorzugt wird kolloidales Siliciumdioxid eingesetzt. Wie hier verwendet, bedeutet "kolloid" eine Unterteilung eines Stoffes, die entweder einzelne große Moleküle oder Aggregationen von kleineren Molekülen umfaßt. Kolloidale Teilchen sind von ultramikroskopischer Größe und dispergiert.
  • Die Größenordnung der kolloidalen Teilchen liegt im allgemeinen bei etwa 1 bis 125 nm; vorzugsweise bei etwa 1 bis 100 nm; und stärker bevorzugt bei etwa 5 bis 75 nm. Im Gegensatz zu kolloidalen Teilchen sollte die wirksame Teilchengröße der meisten Pigmente wenigstens die halbe Wellenlänge des Lichts sein. Bei sichtbarem Licht bedeutet dies, daß die Untergrenze der wirksamen Pigmentteilchengröße etwa 200-400 nm sein sollte. Demgemäß wird angenommen, daß die Untergrenze der Größe der farblosen anorganischen Pigmentteilchen gewöhnlich bei etwa 200 nm liegt (siehe Kirk-Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", Band 17, Wiley Interscience, New York, 1982, Seiten 788-838). Jedoch geben die Seiten 795 und 808 der vorstehend erwähnten Literaturstelle Teilchengrößen für farblose anorganische Pigmente an, die im Bereich von 150-100.000 nm (0,150-100 µm) liegen.
  • Der Größenunterschied zwischen Kolloiden und Pigmentdispersionen ist auch bei Beschichtungsvorgängen wichtig. Kolloidzusammensetzungen weisen niedrigere Viskositäten auf und sind in der dispergierten Phase beständig. Pigmentzusammensetzungen neigen dazu, viskos zu sein und erfordern starke Schermisch- und/oder Suspendierhilfsmittel, um die Pigmentdispersion in der Beschichtungslösung beizubehalten.
  • Kolloidale Dispersionen sind aufgrund der sehr geringen Teilchengröße des suspendierten kolloidalen Materials transparent oder lichtdurchlässig Dies steht im Gegensatz zu Pigmentteilchen, die zugegeben werden, um den Lösungsmitteln, in denen sie dispergiert werden, Farbe, Weißgehalt oder Deckvermögen zu verleihen.
  • Das anorganische Kolloid ist im allgemeinen in der erfindungsgemäßen Wischbeschichtungs- oder Ablösebeschichtungsmasse in einer Menge (bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungsmasse) von etwa 0,1 bis 10,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0,2 bis 5,0 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 0,3 bis 2,5 Gewichtsprozent, vorhanden.
  • Das anorganische Kolloid bewirkt, daß der Papieroberfläche Rauigkeit verliehen wird, ebenso daß die Aufnahmefähigkeit für Tinte und Toner verbessert wird. Es ist überraschend, daß anorganische kolloidale Materialien, die eine große Oberfläche aufweisen, die wisch- und ausfächertördernden Eigenschaften des abhäsiven Mittels nicht stören. Es ist ferner überraschend, daß derart kleine Mengen an Kolloid eine drastische Verbesserung bezüglich der Tonerverankerung oder -fixierung an die wischbeschichteten Oberflächen aufweisen kann.
  • Wie vorstehend bemerkt, dient das abhäsive Material zum Verhindern, daß der verbindende Klebstoff in die Blätter eindringt und wird benötigt, um Ausfächern des Stapels zu ermöglichen. Solche abhäsive Materialien umfassen Silicone, organische Siliconcopolymere und Gemische, organische Polymerbeschichtungen, Wachse, Fluorchemikalien und Fluorsilicone.
  • Das abhäsive Material ist vorzugsweise eine fluorierte Verbindung. Im allgemeinen umfassen die in dieser Erfindung nützlichen fluorchemischen abhäsiven Materialien oder Zusammensetzungen fluorchemische Verbindungen oder Polymere, die wenigstens einen fluoraliphatischen Rest Rf enthalten.
  • Der fluoraliphatische Rest Rf ist ein fluorierter beständiger, inerter, vorzugsweise gesättigter, einwertiger, nicht-aromatischer aliphatischer Rest. Er kann geradkettig, verzweigt-kettig oder cyclisch sein oder Kombinationen davon. Rf ist vorzugsweise ein vollständig fluorierter Rest, es können aber Wasserstoff- oder Chloratome als Substituenten zugegen sein, mit der Maßgabe, daß nicht mehr als eines der beiden Atome an jedem zweiten Kohlenstoff vorhanden ist.
  • Der Rf-Rest hat wenigstens 3 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 3 bis 20 Kohlenstoffatome und am stärksten bevorzugt etwa 4 bis 10 Kohlenstoffatome, und enthält vorzugsweise etwa 40 bis 70 Gewichts-% Fluor. Die bevorzugten Rf-Reste sind vollständig oder im wesentlichen fluoriert und stärker bevorzugt perfluorierte aliphatische Reste der Formel -CnF2n+1
  • Nützliche fluorchemische Polymere, die Rf-Reste enthalten, umfassen Copolymere von fluorchemischen Acrylat- und/oder Methacrylatmonomeren mit copolymerisierbaren Monomeren, einschließlich fluorierten und fluorfreien Monomeren, wie Methylmethacrylat, Butylacrylat, Octadecylmethacrylat, Acrylat- und Methacrylatestern von Poly(oxyalkylen)polyol-oligomeren und -polymeren.
  • Verfahren zur Herstellung von Polymeren, die geeignete anhängende fluorierte aliphatische Reste enthalten und Beispiele fluorierter Verbindungen, die als abhäsive Bestandteile in den hier beschriebenen Wischbeschichtungen wirken, sind in US-Patenten Nrn. 3.574.791, 3.728.151 und 5.079.068 offenbart, wobei die Offenbarungen davon durch Bezugnahme hier eingeschlossen sind.
  • Fluorierte abhäsive Materialien, die in Wischbeschichtungen nützlich sind, werden von der 3M Company unter den Handelsnamen Scotchban Protector FC-808, FC-824 und FC-829 verkauft. Ein bevorzugtes abhäsive Material ist FC-829.
  • Zusätzlich zu dem fluorpolymeren abhäsiven Material kann eine Anzahl an weiteren Materialien eingesetzt werden, um eine geringe Oberflächenenergie für die Wischbeschichtung bereitzustellen und um zu verhindern, daß der verbindende Klebstoff das Papier zu Blöcken verklebt. US-Patent Nr. 4.962.072 lehrt die Verwendung eines Schlichtemitteis zum Verhindern von Haftung. Es offenbart Schlichtemittel aus Alkylketendimer, Alkenylbernsteinsäureanhydrid und Polyurethan. Ein weiteres abhäsives Material wird in WO 90/15719 gelehrt. Es beruht auf der niedrigen Oberflächenenergie von Metallsalzen langkettiger Fettsäuren und lagert natürliche Pigmente ein, um Bedruckbarkeit und Tintenaufhahmevermögen der Ablösebeschichtung zu verbessern. Ein weiteres, weitverbreitet eingesetztes Ablösematerial für abhäsive Materialien, die auf dem Fachgebiet bekannt sind, ist ein Siliconpolymer, d.h. ein Polysiloxan. Ein solches Material wird im Kanadischen Patent Nr.2.042.685 offenbart.
  • Siliconpolymere für die Verwendung als abhäsive Materialien sind von einigen Handelsquellen erhältlich, wie beispielsweise SM 2800 (erhältlich von General Electric Company), X-27740 und X-27741 (erhältlich von Dow Corning) und PC 104 (erhältlich von Rhone-Poulenc). Für eine Erörterung der Chemie thermisch ausgehärteter Siliconablösemittel siehe R.P. Eckberg, TAPPI Journal, 70 (1987)S. 152-155 (Adv. Conv. Pkg. Technol. 3(4)).
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung eines abhäsiven Fluorkohlenstoffinittels begrenzt, sondern erstreckt sich auf weitere bekannte abhäsive Mittel, wie die vorstehend beschriebenen. Zusätzlich zum abhäsiven Material können weitere Bestandteile in der Wischbeschichtung den Reibungskoeffizienten, die Haftung des abbildenden Materials, wie das in elektrophotograhischen Kopiergeräten abgeschiedene Tonerpulver, und das Auseinanderfächern beeinflussen. Um weitere abhäsive Materialien zu untersuchen, wurde ein Siliconpolymer als ein repräsentatives Material ausgewählt und in verschiedenen Formulierungen bewertet.
  • Das abhäsive Material ist im allgemeinen in der erfindungsgemäßen Wischbeschichtung oder Ablösebeschichtung in einer Menge (bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung) von etwa 0,01 bis 2,5 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0,05 bis 2, Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt etwa 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent, vorhanden.
  • Der Wassergehalt der erfindungsgemäßen Wischbeschichtungs- oder Ablösebeschichtungsmasse (bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung) entspricht im allgemeinen einer Menge im Bereich von etwa 65,0 bis 99,9 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 75,0 bis 99,8 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt etwa 85 bis 99,6 Gewichtsprozent.
  • Wird das Bindemittel verwendet, dient es dem Zweck, die weiteren Bestandteile an das Papier anzuheften. Ein bevorzugtes Bindemittel ist Stärke, aber andere Bindemittel, wie Polyvinylalkohol (PVA) und Styrol/Butadienlatex können eingesetzt werden. Von einer von Grain Processing Corporation (Muscatine, IA) unter dem Namen GPC Oxidized Corn Starch erhältlichen Maisstärke wurde geflinden, daß sie gut in der vorliegenden Erfindung flinktioniert. Phosphatierte Weizenstärke kann ebenfalls eingesetzt werden. Das Bindemittelmaterial ist im allgemeinen in der erfindungsgemaßen Wischbeschichtung oder Ablösebeschichtung in einer Menge (bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung) von 0,0 bis etwa 25,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 0 bis etwa 20,0 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt etwa 0 bis etwa 10,0 Gewichtsprozent vorhanden.
  • Die Wischbeschichtungslösung kann eine pH-Wertkontrolle vor der Zugabe des Kolloids erfordern. Falls erforderlich, sollte der pH-Wert der Wischbeschichtungslösung durch Zugabe von Säure oder Base eingestellt werden, um ihn in einen pH-Wertbereich zu bringen, in dem das Kolloid beständig ist.
  • Die erfindungsgemäße Wischbeschichtung oder Ablösebeschichtung wird über wenigstens einem Teil wenigstens einer äußeren Oberfläche eines kohlefreien Papierkonstrukts aufgetragen. In diesem Fall besteht die Beschichtung im wesentlichen aus etwa 2,0-95,0 Gewichtsprozent anorganischem Kolloid mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 1-125 nm und vorzugsweise etwa 5-85,0 Gewichtsprozent anorganischem Kolloid; und etwa 2,0-50,0 Gewichtsprozent abhäsivem Mittel, und vorzugsweise etwa 3,0-40, Gewichtsprozent abhäsivem Mittel, bezogen auf das Gesamttrockengewicht des fluorierten abhäsiven Mittels. Wird das Bindemittel eingesetzt, liegt es in einer Menge von etwa 0-95, Gewichtsprozent und vorzugsweise 0-85,0 Gewichtsprozent vor.
    • Reibungskoeffizient
  • Die Papierzuführung in Druckerpressen oder elektrophotographischen Kopiergeräten hängt von den einzelnen Blättern ab, die von einem Papierstapel zugeführt werden und der Übertragungsmodus des Blatts in die Druckerpresse oder in den Photokopierer ändert sich mit dem Gerät. Der Erfolg beim Zuführen einzelner Blätter hängt von der sauberen Trennung jedes einzelnen Blatts vom darunterliegenden Blatt ab ohne das zweite Blatt oder mehrere Blätter in den Drucker zu zerren. Im Fall von kohlefreiem Papier gibt es mehrere Blätter und die Blätter weisen Beschichtungen auf, die sich im Oberflächencharakter unterscheiden.
  • Der Reibungskoeftizient zwischen zwei Oberflächen ist das Verhältnis der Kraft, die erforderlich ist, um ein Blatt über das andere zu bewegen, zur Gesamtkraft, welche die beiden zusammendrückt. Wenn F die Kraft ist, die erforderlich ist, um eine Oberfläche über die andere zu bewegen, und W die Kraft ist, welche die Oberflächen zusammendrückt, ist der Reibungskoeffizient µ = F/W. Der Reibungskoeffizient ist dimensionslos und schwankt zwischen 0,0 bis 1,0.
  • Wenn eine Gleitkraft auf das oberste Blatt eines Papierstapels ausgeübt wird, wird das Verhältnis der Gleitkraft zur Kraft zwischen den Blättern, die überwunden werden muß, damit eine Bewegung veranlaßt wird, der "statische Reibungskoeffizient" genannt. Nachdem das oberste Blatt begonnen hat, über das zweite Blatt zu gleiten, wird das Verhältnis der Gleitkraft zur Kraft zwischen den Blättern, die überwunden werden muß, damit die Blattbewegung beibehalten wird, der "kinetische Reibungskoeffizient" genannt. Der statische Reibungskoeffizient ist gewöhnlich größer als der kinetische Reibungskoeffizient. Während beide Reibungskoeffizienten wichtig sind, ist der statische Reibungskoeffizient wichtiger, wenn die Papierzufuhr in Kopierern und Druckerpressen betrachtet wird.
  • Druckerpressen und elektrophotographische Kopierer sind so aufgebaut, daß sie Papier dem Gerät durch verschiedene Mechanismen zuführen. Das Papier kann durch ein Vakuumaufnahme- und -übertragungssystem, durch eine Walze oder einen Riemen, die/der auf das oberste Blatt im Stapel Druck ausübt, durch eine Walze oder einen Riemen, die/der auf das oberste Blatt im Stapel Druck ausübt in Kombination mit einer/einem Verzögerungswalze oder -band unter dem Stapel oder durch andere geeignete Mittel zugeführt werden.
  • In einem allgemein verbreiteten Mechanismus werden als Zuführungsmittel eine Walze oder einen Riemen, die/der gegen das oberste Blatt des Papierstapels gepreßt werden, eingesetzt. Diese Zufiihrungsmittel treten mit dem obersten Blatt des Stapels in Kontakt, üben auf das oberste Blatt Druck aus, üblicherweise indem sie das Blatt stauchen und geben das Blatt frei und trennen es vom Stapel. Das Blatt kann anschließend über die "Abnahmewalzen" dem Kopierer zugeführt werden. Die Zuführungsmittel verbleiben während der Blattzuführung bezüglich des Stapels üblicherweise in einer festen Position.
  • In einem weiteren Zuführungssystem entfernt ein sich vorwärts bewegendes Band das oberste Blatt eines Papierstapeis und befördert das Blatt zu einem Förderwalzensatz, der das Blatt anschließend den Abbildungs- und Tonerübertragungseinheiten zuführt. Um Doppelzuführungen zu verhindern, greift eine Verzögerungswalze unter dem Zuführungsband ein zweites Blatt, das anfängt, sich mit dem obersten Blatt zu bewegen.
  • Wenn in Zuführungsmechanismen, die Walzen, Bänder oder Verzögerungsmechanismen enthalten, kohlefreie Papiere verwendet werden, entwickelt sich auf der CF-Oberfläche des Blatts häufig ein Schmierfleck. Schmierfleckbildung wird durch ungeeignete Reibungskoeffizienten zwischen den sich berührenden Oberflächen aufeinanderfolgender Papierblätter verursacht und resultiert aus dem Bersten der CB-Kapsel und der Übertragung des Farberzeugers auf die CF-Oberfläche. Das Bersten der Kapsel kann durch den Zuführungsmechanismus (wie ein Riemen oder eine Walze) verursacht werden, der über das Papier gleitet statt daß er das Papier dem Photokopierer oder der Druckerpresse sanft zuführt. Das Bersten der Kapsel kann ebenso durch doppelte oder mehrfache Blattzuführungen von kohlefreien Papieren in das Zuführsystem und nachfolgenden Abrieb durch die Verzögerungswalze entlang der CB-Oberfläche verursacht werden. Die Übertragung des Farberzeugers vom CB-Blatt auf die CF-Oberfläche kann, wenn ein weiteres Blatt zugeführt wird, im Papierzuführmechanismus, innerhalb des Kopierers oder, wenn die Blätter jeweils aufeinanderliegen, im Sammelbehälter stattfinden.
  • Wie vorstehend bemerkt, wird kohlefreies Papier häufig zu Formularblöcken kollatiert. Die Abfolge der Blätter in einem "Block geradliniger Abfolge" ist wie folgt:
  • Bei 2-teiligen Blöcken --
  • Erstes Blatt: CB = Rückseite beschichtet
  • Zweites Blatt: CF = Vorderseite beschichtet
  • Bei 3-teiligen Blöcken --
  • Erstes Blatt: CB = Rückseite beschichtet
  • Zweites Blatt: CFB = Vorder- und Rückseite beschichtet
  • Drittes Blatt: CF = Vorderseite beschichtet
  • Bei 4-teiligen Blöcken --
  • Erstes Blatt: CB = Rückseite beschichtet
  • Zweites Blatt: CFB = Vorder- und Rückseite beschichtet
  • Drittes Blatt: CFB = Vorder- und Rückseite beschichtet
  • Viertes Blatt: CF = Vorderseite beschichtet
  • Bei 2-teiligen Formularblöcken geradliniger Abfolge befinden sich die Grenzflächen CB gegenüber CF und CFpc gegenüber CBpc (des nächsten Formularblocks). Bei der CF/CB- Grenzfläche liegt der statische Reibungskoeffizient im Bereich von etwa 0,55 bis 0,65. Bei der CFpc/CBpc-Grenzfläche liegt der statische Reibungskoeffizient bei etwa 0,35. Bei 3-teiligen Formularblöcken geradliniger Abfolge befinden sich die Grenzflächen CB gegenüber CF (des nächsten CFB-Blatts), CB (des CFB-Blatts) gegenüber CF und CFpc gegenüber CBpc (des nächsten Formularblocks). Bei beiden CB/CF-Grenzflächen liegt der statische Reibungskoeffizient wiederum bei etwa 0,55 - 0,65. Bei der CFpc/CBpc-Grenzfläche liegt der Koeffizient wiederum bei etwa 0,35. Bei 4-teiligen und größeren Formularblöcken sind lediglich zusätzliche CB/CF-Grenzflächen vorhanden.
  • Die Abfolge der Blätter in einem "Formularblock umgekehrter Abfolge" ist wie folgt:
  • Bei 2-teiligen Blöcken --
  • Erstes Blatt: CF = Vorderseite beschichtet
  • Zweites Blatt: CB = Rückseite beschichtet
  • Bei 3-teiligen Blöcken --
  • Erstes Blatt: CF = Vorderseite beschichtet
  • Zweites Blatt: CFB = Vorder- und Rückseite beschichtet
  • Drittes Blatt: CB = Rückseite beschichtet
  • Bei 4-teiligen Blöcken --
  • Erstes Blatt: CF = Vorderseite beschichtet
  • Zweites Blatt: CFB = Vorder- und Rückseite beschichtet
  • Drittes Blatt: CFB = Vorder- und Rückseite beschichtet
  • Viertes Blatt: CB = Rückseite beschichtet
  • Bei 2-teiligen Formularblöcke umgekehrter Abfolge befinden sich die Grenzfiächen CFpc gegenüber CBpc und CB gegenüber CF (des nächsten Formularblocks). Wie vorstehend angemerkt, beträgt der statische Reibungskoeffizient bei der CFpc/CBpc-Grenzfläche etwa 0,35. Bei der CF/CB-Grenzfläche liegt der statische Reibungskoeffizient im Bereich von etwa 0,55 bis 0,65. Bei 3-teiligen Formularblöcken umgekehrter Abfolge befinden sich die Grenzflächen CFpc gegenüber CF (des CFB-Blatts), CB (des CFB-Blatts) gegenüber CBpc und CB gegenüber CF (des nächsten Formularblocks). Bei der CFpc/CF-Grenzfläche beträgt der statische Reibungskoeffizient etwa 0,50. Bei der CB/CBpc-Grenzfiäche beträgt der Reibungskoeffizient ebenso etwa 0,50. Bei der CB/CF-Grenzfläche liegt der statische Reibungskoeffizient im Bereich von etwa 0,55 bis 0,65. Bei 4-teiligen und größeren Formularblöcken sind lediglich zusätzliche CB/CF-Grenzflächen vorhanden.
    • Untersuchungen des Reibungskoeffizienten
  • Der Reibungskoeffizient wurde unter Verwendung eines Instron Testing Instruments gemessen, auf dem eine Instron Coefficient of Friction Fixture (Katalog Nr. 2810-005) installiert war. Die Fixiervorrichtung umfaßt einen Reibungstisch, einen Schlitten und eine Fördertrommel. Ein Stück des Materials wird an dem Reibungstisch befestigt. Ein zweites Materialstück wird an dem 200 g schweren 2 3/8" x 2 5/8" (6,0 cm x 6,7 cm) Schlitten befestigt. Die Materialien wurden so angebracht, daß sich die Grenzflächen, zwischen denen der Reibungskoeffizient gemessen werden soll, berühren. Der Schlitten wird durch eine Fördertrommel mit niedriger Reibung mit der Instron-Last-Meßzelle verbunden, die den mechanischen Widerstand oder oder Reibung feststellt. Die Kraft, die benötigt wird, um den Schlitten über den Reibungstisch zu ziehen, ist ein Maß für die Reibung zwischen den zwei sich berührenden Oberflächen. Diese Kraft kann beispielsweise auf einem Diagrammstreifenaufzeichnungsgerät graphisch dargestellt werden.
    • Formularblock-Konstrukte
  • Formularblöcke werden durch Stapeln von kollatiertem kohlefreiem Papier, Ausrichten, Randverbinden und Ausfächern hergestellt. Zuerst wird der Stapel ausgerichtet, um den Rand in einen einheitlichen Zustand zu orientieren. Um sicherzustellen, daß der Rand des Stapels während des Randverbindungsschritts einheitlich bleibt, wird der Rand vorzugsweise durch ein Gewicht zusammengedrückt. Das Ausmaß des Zusammendrückens ist nicht wesentlich, solange es nicht so groß ist, daß die auf dem CB-Blatt enthaltenen Kapseln bersten [vorzugsweise nicht mehr als etwa 50 psi (340 kPa)]. Nach 24 Stunden ist der Rand durch den Klebstoff randverbunden.
  • Randverbinden wird durch Klebstoffauftrag, wie mit einer Bürste, entlang des Stapelrands bewerkstelligt. Es werden ausreichende Randklebstoftinengen aufgetragen, bis überschüßiger Klebstoff am Stapeirand hinabfließt. Dies stellt vollständige Haftung zwischen den einzelnen Blättern jedes Formularblocks im Stapel sicher. Größere Mengen verursachen kein Problem, außer daß sie unwirtschaftlich sind. Das Zusammendrücken wird 24 Stunden aufrechterhalten, während die randverbundenen Blöcke trocknen. In allen hier beschriebenen Randverbindungen wurde von dem Carbonless Products Department der 3M Company, St. Paul, MN. erhältliches "3M Brand Padding Adhesive" verwendet.
  • Es ist schwerer, eine starke CB/CF-Bindung in 2-teiligen Formularblöcken zu erzeugen als CB/CFB- und CFB/CF-Bindungen zwischen den einzelnen Blättern von 3-teiligen Blöcken zu erzeugen. In 4-teiligen oder größeren Blöcken ist es schwerer, starke CFB/CFB-Bindungen zu erzeugen, als starke CB/CFB- und CFB/CF-Bindungen zu erzeugen. Dementsprechend sind in 4-teiligen oder größeren Blöcken CFB/CFB-Bindungen die Bindungen, die am stärksten dazu neigen, beim Ausfächern oder beim Durchdrucken zu brechen. Die strengste Untersuchung der Fähigkeit, starke Bindungen zwischen Blättern zu erzeugen, geschieht in 2- teiligen Blöcken (CB/CF) und in 4-teiligen Blöcken (CFB/CFB) statt in 3-teiligen Blöcken.
  • Die Qualität der Randverbindung kann durch zwei Untersuchungen bestimmt werden, wobei eine aufzeigt, wie leicht sich ein Stapel kollatierter Blätter in Blöcke auftrennt ("Untersuchung des Ausfächerungsgrads") und die andere die Festigkeit der Klebstoffbindung zwischen einzelnen Blättern eines Blocks ("Untersuchung der Bindungsfestigkeit") aufzeigt.
    • Untersuchung des Ausfächerungsgrads
  • Ein Stapel von Blöcken aus kollatierten Blättern, der randverbunden worden ist, wird wie folgt auf Ausfächern in Blöcke untersucht:
  • 1) Unter Greifen des randverbundenen Stapelendes mit einer Hand und des nichtverbundenen Endes mit der anderen Hand ist der Stapel in eine "U"-Form zu biegen. Anschließend ist, während der Stapel horizontal gehalten wird, das verbundene Ende freizugegeben und es wird zugelassen, daß das Ende nach unten hängt. Wenn vollständiges Ausfächern erreicht worden ist, beträgt der Grad 3,5; ist dies nicht der Fall, so ist fortzufahren.
  • 2) Der Stapel ist auf einer ebenen Oberfläche zu plazieren, wobei die Finger ein Zoll (2,5 cm) vom randverbundenen Ende der Oberseite entfernt und die Daumen unter den Ecken sind, und wobei an beiden Ecken des randverbundenen Endes gleichzeitig aufwärtszufächern ist. Wenn vollständiges Ausfächern erreicht worden ist, beträgt die Bewertung 3,0; ist dies nicht der Fall, so ist fortzufahren.
  • 3) Der Stapel ist auf einer ebenen Oberfläche zu plazieren, wobei die Finger auf der Oberseite und die Daumen unter dem randverbundenen Ende ungefähr 3 Zoll (7,6 cm) von den Ecken des randverbundenen Endes liegen, und es ist gleichzeitig einmal aufwärtszufächern. Wenn vollständiges Ausfächern erreicht worden ist, beträgt die Bewertung 2,5; ist dies nicht der Fall, so ist fortzufahren.
  • 4) Der Stapel ist auf einer ebenen Oberfläche zu plazieren, wobei die Finger auf der Oberseite und die Daumen irgendwo unter den randverbundenen Enden liegen, und es ist gleichzeitig zweimal aufwärtszufächern. Wenn vollständiges Ausfächern erreicht worden ist, beträgt die Bewertung 2,0; ist dies nicht der Fall, so ist fortzufahren.
  • 5) Während der Stapel wie in Schritt 4) gehalten wird, ist mit beiden Daumen gleichzeitig irgendwo dreimal aufwärtszufächern. Wenn vollständiges Ausfächern erreicht worden ist, beträgt die Bewertung 1,5; ist dies nicht der Fall, so ist fortzufahren.
  • 6) Während der Stapel wie in Schritt 4) gehalten wird, ist mit beiden Daumen gleichzeitig irgendwo weitere sechsmal aufwärtszufächern. Wenn vollständiges Ausfächern erreicht worden ist, beträgt die Bewertung 1,0; ist dies nicht der Fall, so ist fortzufahren.
  • 7) Während der Stapel wie in Schritt 4) gehalten wird, ist mit dem Ausfächern mit den Daumen an irgendeiner Stelle fortzufahren. Kann vollständiges oder teilweises Ausfächern erreicht werden, beträgt die Bewertung 0,5; ist dies nicht der Fall, beträgt die Bewertung 0.
  • Im allgemein akzeptiert der Handel für kohlefreies Durchschlagpapier einen Ausfächerungsgrad von 2,0, ein höherer Wert wird aber bevorzugt.
    • Untersuchung der Bindungsfestigkeit
  • Die Festigkeit der Klebstoftbindung zwischen zwei einzelnen Blättern aus einem Block kohlefreien Kopierpapiers wird unter Verwendung einer Spannungsmeßvorrichtung, d.h. "Digital Force Gauge Model DFG RS-50", erhältlich von John Chatillon & Sons, Inc., Greensboro, NC. untersucht. Mit dem nichtverbundenen Ende eines Blatts in der Klammer wird das nichtverbundene Ende eines weiteren Blatts mit dem Daumen, den Fingern und der Handfläche einer Hand ergriffen und langsam gezogen bis die Bindung aufreißt. In 4-teiligen Blöcken werden die Messungen zwischen dem beschichteten Deckblatt und einem beschichteten Deck- und Unterblatt (CF/CFB), zwischen zwei beschichteten Deck- und Unterblättern (CFB/CFB) und zwischen einem beschichteten Deck- und Unterblatt und dem beschichteten Unterblatt (CFB/CB) durchgeführt. Typischerweise tritt die niedrigste Chatillon "Bindungsfestigkeit" in einem 4-teiligen Block bei CFB/CFB auf.
  • Wenn die "Bindungsfestigkeit" über eine Breite von 8,5 Zoll (21,6 cm) 10 N (10 Newton) übersteigt, sollte ein Block aus randverbundenen Blättern vorzeitige Abtrennung in einem beliebigen, gewöhnlichen Druckvorgang, einschließlich Durchdrucken oder Perforieren, überstehen.
    • Tonerhäftung
  • Die Qualität der Tonerhaftung kann durch drei Untersuchungen bestimmt werden, wobei eine die Leichtigkeit des Abschürfens von geschmolzenem Toner vom Blatt ("Scheueruntersuchung mit einem Messer") aufzeigt, eine die Leichtigkeit der Tonerentfernung mit einem abnehmbaren wiederaufbringbaren Band ("Abziehuntersuchung mittels eines Bands geringer Klebrigkeit") aufzeigt und eine die Leichtigkeit der Tonerentfernung mit einem nichtabnehmbaren Permanentband ("Abziehuntersuchung mittels eines Bands hoher Klebrigkeit") aufzeigt.
    • Scheueruntersuchung mit einem Messer
  • Kohlefreies Papier wird in einem im Handel erhältlichen elektrophotographischen Kopierer, wie einem Xerox 1090-Modell, bedruckt. Mit einer Schneide wird sacht über der Abbildung aus geschmolzenem Tonerpulver auf dem Papier gescheuert und die Leichtigkeit der Tonerentfernung wird subjektiv bewertet.
    • Bandabziehuntersuchung
  • Bandabziehuntersuchungen bestimmen die Tonerhaftung an der Wischbeschichtung des Papiers, indem der ungefähre Prozentsatz an entferntem Toner gemessen wird, wenn das Band auf dem Tonerblatt aufgebracht und abgezogen wird.
  • Ein Teil des Bands von ungefähr 2-3 Zoll (5,1-7,6 cm) Länge wurde auf dem kohlefreien Papierblatt, das in einem Photokopierer des Xerox 1090-Modells bedruckt worden war, plaziert. Die Abbildung wies sowohl dichtbedruckte Bereiche als auch Bereiche mit feinen Linien auf. Das Band wurde auf das bedruckte Papier gedrückt, indem es viermal mit einer 4,5 Pfund (2,0 kg) schweren Walze gepreßt wurde. Anschließend wurde das Band entfernt und die ungefähre Menge an entferntem Toner bestimmt.
  • Eine "Abziehuntersuchung mittels eines Bands geringer Klebrigkeit" wurde unter Verwendung von 3M Scotch Brand Nr. 811 Magic Tape durchgeführt. Dies ist ein abnehmbares Band und verwendet einen Post-It Klebstoff vom wiederaufbringbaren Typ. Eine "Abziehuntersuchung mittels eines Bands hoher Klebrigkeit" wurde unter Verwendung von 3M Scotch Brand Nr.810 Magic Tape durchgeführt. Dies ist ein nichtabnehmbares Band und verwendet einen Permanentklebstoff. Es soll angemerkt werden, daß beide Bänder aufgrund der Ausfacherbeschichtung auf dem Papier vom Papier entfernt werden können. Es soll ebenso angemerkt werden, daß, wenn die Abziehuntersuchung mittels eines Bands hoher Klebrigkeit auf Papier ohne Wischbeschichtung durchgeführt wurde, das Papier beim Entfernen des Bands zerrissen wurde.
  • Die vorliegende Erfindung wird ferner durch Bezugnahme auf die folgenden ausführlichen Beispiele beschrieben. Diese Beispiele werden vorgestellt, um die Vorteile und und Vorgehensweise der Erfindung zu veranschaulichen und sind nicht so auszulegen, daß sie deren Umfang begrenzen.
    • BEISPIELE
  • Beispiele 1 und 2 zeigen die Herstellung und Bewertung von CF- und CB-Wischbeschichtungen (CFpc und CBpc).
    • Beispiel 1 Herstellung und Bewertung von kolloidhaltiger CF-Wischbeschichtung:
  • CF-Wischbeschichtungslösungen wurden durch Mischen der nachstehend angeführten Materialien hergestellt. Zu der angegebenen Wassermenge wurden Lösungen von FC-829 und 32 %-ige Stärkelösung gegeben. Der pH-Wert, der nun bei etwa 3 liegt, wurde durch Zugabe von 50 %-iger wäßriger NaOH-Lösung auf 10 eingestellt und kolloidales Siliciumdioxid wurde zugegeben (der pH-Wert wird vor Zugabe des Kolloids eingestellt). Unter Verwendung von keinem Kolloid wurde eine Wischbeschichtung zur Kontrolle hergestellt und mit 0 % bezeichnet. In allen Fällen enthielten die Gesamtwischbeschichtungslösungen 12.000 g Material.
  • Die 32 %-ige Lösung des Stärkebindemittels für die CF-Wischbeschichtung wurde durch Zugabe von 3.200 g GPC Oxidized Corn Starch (erhältlich von Grain Products Corporation, Muscatine IA) zu 6.800 g Wasser in einem Siedekessel mit Dampfmantel Groden Modell TDB/7 hergestellt. Das Gemisch wurde 1 Stunde auf 200 ºF (93ºC) erhitzt.
  • FC-829 ist ein abhäsives fluorchemisches Mittel, das als eine 30 %-ige wäßrige Lösung von der 3M Company, St. Paul, MN erhältlich ist.
  • Nalco 1140 ist eine kolloidale Siliciumdioxidlösung, die 40 % Siliciumdioxid enthält und von Nalco Corp., Naperville, IL erhältlich ist. Gehalt an Siliciumdioxid
  • Der Gewichtsprozentsatz an Siliciumdioxid des gesamten Feststoffs ist der gleiche wie der Gewichtsprozentsatz an Siliciumdioxid in der getrockneten Beschichtung.
  • Siliciumdioxid 0% 2,9% 13,0% 42,8% 60,0%
  • Die Lösungen wurden mit einem Umkehrwalzenbeschichter auf 75 g/m² (20 Pfund) xerographische Bindung aufgetragen, wobei der Druck der Preßwalze so eingestellt wurde, daß sich die nachstehend aufgeführten Beschichtungsgewichte ergaben. Das Riesgewicht wird als das Gewicht von 500 Papierblättern der Größe 17" x 22" (43,2 cmx 55,9 cm) definiert.
  • Dementsprechend können die in den folgenden Beispielen angegebenen Beschichtungsgewichte wie folgt umgerechnet werden: 1 Pfund je Ries = 3,76 g/m².
  • 0,0 % Siliciumdioxid 0,301 Ptund je Ries
  • 0,1 % Siliciumdioxid 0,295 Pfund je Ries
  • 0,5 % Siliciumdioxid 0,572 Pfund je Ries
  • 2,5 % Siliciumdioxid 0,472 Pfund je Ries
  • 5,0 % Siliciumdioxid 0,721 Pfund je Ries
  • Das beschichtete Papier wurde in einem Gebläseofen bei 250 ºF (121 ºC) bei einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 6 m/min (200 ft /Minute) getrocknet. Die beschichteten CF-Blätter wurden als 2-teilige Blöcke unter Verwendung eines von der Carbonless Products Department der 3M Company, St Paul, MN unter dem Namen "3M Blue Purple CB" erhältlichen CB-Blatts hergestellt. Dieses Blatt wird mit einer Wischbeschichtung, die kein kolloidales Material enthält, beschichtet. Der Reibungskoeffizient der CFpc-Oberfläche wurde gegenüber einer CBpc-Oberfläche gemessen. Die Haftung und das Auseinanderfächern wurden wie vorstehend beschrieben gemessen. Die in Tabelle 1 aufgeführten Bewertungergebnisse zeigen eine Zunahme sowohl des Reibungskoeffizienten als auch der Oberflächenenergie der sich berührenden Oberflächen. Auseinanderfächern und Haftung zwischen den CF- und CB- Blättern der verbundenen Formularblöcke bleiben erhalten. Tabelle 1 Bewertung der CF-Wischbeschichtung mit Siliciumdioxid
  • ¹ Reibungskoeffizient zwischen der siliciumdioxidhaltigen CF-Wischbeschichtung gegenüber im Handel erhältlicher CB-Wischbeschichtung ohne Siliciumdioxid.
  • ² Oberflächenenergie in dyne/cm.
  • ³ Bindungsfestigkeit in Newton/21,6 cm.
    • Beispiel 2 Herstellung und Bewertung von kolloidhaltiger CB-Wischbeschichtung:
  • CB-Wischbeschichtungslösungen wurden durch Mischen der nachstehend aufgeführten Materialien hergestellt. Zur angegebenen Wassermenge wurden Lösungen des abhäsiven fluorchemischen Mittels FC-829, von Tinapol PT-150 und von Nalco 7569 Entschäumungsmittel zugegeben. Der nun zwischen 4 und 5 liegende pH-Wert wurde durch Zugabe von 50 %-iger wäßriger NaOH-Lösung auf 10 eingestellt und kolloidales Siliciumdioxid wurde zugegeben. Unter Verwendung von keinem Kolloid wurde eine Wischbeschichtung zur Kontrolle hergestellt und mit 0 % bezeichnet. Die nachstehend aufgeführten Gewichte sind Rohgewichte der Lösung und umfassen vorhandenes Wasser. In allen Fällen enthielten die Gesamtwischbeschichtungslösungen 6.000 g Material. FC-829 ist ein abhäsives fluorchemisches Mittel, das als eine 30 %-ige wäßrige Lösung von der 3M Company, St. Paul, MN erhältlich ist. Tinapol PT-150 ist ein von Ciba-Geigy, Inc., Ardsley, NY erhältlicher optischer Auffieller. Er ist eine wäßrige Lösung, die 28 % Feststoffe enthält. Nalco 7569 ist ein von Nalco Company, Naperville, IL erhältliches Entschäumungsmittel. Es ist eine zu 100 % aktive Flüssigkeit. Nalco 1140 ist eine kolloidale Siliciumdioxidlösung, die 40 % Siliciumdioxid enthält und ebenso von Nalco Corp., Naperville, IL erhältlich ist. Gehalt an Siliciumdioxid
  • Der Gewichtsprozentsatz an Siliciumdioxid des gesamten Feststoffs ist der gleiche wie der Gewichtsprozentsatz an Siliciumdioxid in der getrockneten Beschichtung.
  • Die Lösungen wurden mit 6 m/min. (200 ft/min) auf der vorderen Oberfläche eines von der Carbonless Products Department der 3M Company, St Paul, MN unter dem Namen "3M Blue Purple CB" erhältlichen kohlefreien CB-Papierblatts mit einem Messer aufgetragen. Darauffolgte Trocknen in einem Gebläseofen bei 250 ºF (121 ºC). Das Trockengewicht dieser Beschichtungsformulierungen wich von deijenigen der CF-Wischbeschichtung aus Beispiel 1 ab, und die relative Menge an Siliciumdioxid im Trockenbeschichtungsgewicht war in diesem Beispiel viel größer. Das Riesgewicht wird als das Gewicht von 500 Papierblättern der Größe 17" x 22" (43,2 cm x 55,9 cm) definiert.
  • Die Beschichtungsgewichte betrugen:
  • 0,0 % Siliciumdioxid 0,012 Pfund je Ries
  • 0,1 % Siliciumdioxid 0,016 Pfund je Ries
  • 0,5 % Siliciumdioxid 0,025 Pfund je Ries
  • 2,5 % Siliciumdioxid 0,068 Pfund je Ries
  • 5,0 % Siliciumdioxid 0,143 Pfund je Ries
  • Das beschichtete CF-Blatt wurde als 2-teiliger Block unter Verwendung eines von der Carbonless Products Department der 3M Company, St Paul, MN unter dem Namen "3M Blue Purple CF" erhältlichen CF-Blatts hergestellt. Dieses Blatt wird mit einer Wischbeschichtung, die kein kolloidales Material enthält, beschichtet. Der Reibungskoeffizient der CBpc- Oberfläche wurde gegenüber einer CFpc-Oberfläche gemessen, die keine kolloidalen Teilchen enthielt. Die Haftung und das Auseinanderfächern wurden wie vorstehend beschrieben gemessen. Die in Tabelle 2 aufgeführten Bewertungergebnisse zeigen eine Zunahme sowohl des Reibungskoeffizienten als auch der Oberflächenenergie der sich berührenden Oberflächen. Messungen des Auseinandertächerns und der Bindungsfestigkeiten zeigen, daß Zugabe von kolloidalen Teilchen zur Wischbeschichtung geringe Auswirkung auf diese Formularblockeigenschaften haben. Tabelle 2 - Bewertung der CB-Wischbeschichtung mit Siliciumdioxid
  • ¹ Reibungskoeffizient zwischen der siliciumdioxidhaltigen CB-Wischbeschichtung gegenüber im Handel erhältlicher CF-Wischbeschichtung ohne Siliciumdioxid.
  • ² Oberflächenergie in dyne/cm.
  • ³ Bindungsfestigkeit in Newton/21,6 cm.
    • Beispiel 3 Herstellung und Bewertung von Kolloid enthaltenden CB- und CF-Wischbeschichtungen:
  • Die wie in den Beispielen 1 und 2 hergestellten CF- und CB-Blätter wurden verwendet, um vorkollatierte 2-teilige Formularblöcke herzustellen. Diese Blöcke besitzen nur CB/CF- und CBpc/CFpc-Grenzflächen. Die Blätter wurden in einem elektrophotographischen Kopierer Xerox 1090-Modell, der Anpreßbänder zur Zuführung des Papiers in den Kopierer verwendet, bedruckt. Die Blätter wurden so zusammengebracht, daß das Ausmaß der Kolloidbeladung gleich war. Das heißt, jedes CFpc und CBpc wies das gleiche Kolloid und den gleichen Prozentsatz an Kolloid auf. Der Reibungskoeffizient zwischen den CFpc- und CBpc- Flächen wurde gemessen. Der Stapel wurde verbunden und auf Auseinanderfächern und Bindungsfestigkeit hin untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 - Bewertung von Kolloid enthaltenden CB- und CF-Wischbeschichtungen
  • ¹ Reibungskoeffizient zwischen CFpc und CBpc, die Siliciumdioxid in den angegebenen Mengen enthalten.
  • ² Bindungsfestigkeit in Newton/21,6 cm.
  • Nach Bedrucken in einem elektrophotographischen Kopierer (Xerox 1090-Modell), der für die Papierzuführung in den Kopierer ein Anpreßband verwendet, wurden Untersuchungen durchgeführt, um die Haftung des Toners an den Wischbeschichtungen zu bestimmen. Die zum Erzeugen der Kopie auf den Testoberflächen eingesetzte Vorlage enthielt ausgedehnte Bildbereiche ebenso wie Bereiche mit feinen Linien. Die Tonerhaftung wurde durch Beobachten der Menge an entferntem Toner, der durch Scheuern mit der Schneide eines Messers entfernt wurde, und durch Beobachten der Bildmenge, die zurückbleibt, nachdem ein Haftband von der bedruckten Fläche entfernt wurde, bewertet. Es wurden zwei Bänder eingesetzt, wobei das erste 3M Scotch Brand Nr.811 Magic Tape mit einem wiederaufbringbaren Klebstoff geringer Klebrigkeit beschichtet ist. Das zweite 3M Scotch Brand Type 811 Magic Tape ist mit einem Permanentklebstoff hoher Klebrigkeit beschichtet. Die Ergebnisse zeigen, daß bei einer Siliciumdioxidbeladung zwischen 0,5 und 2,5 % unter Verwendung der Scheueruntersuchung mit einem Messer eine weitaus größere Tonerverankerung nachgewiesen wurde. Ein noch größerer Unterschied wurde bei der Banduntersuchung mit 2,5 % Siliciumdioxid bemerkt, in der das Band mit niedriger Haftung nichts von der Abbildung auf den Blättern entfernte und das sehr aggressive Klebeband nur 40 bis 20 % des Bildes entfernte. Ein Unterschied der Tonerhaftung zwischen den Wischbeschichtungen wurde aufgrund des Unterschieds in den Formulierungen der CB- und CF-Wischbeschichtungen erwartet. Die Ergebnisse waren wie folgt:
  • Schmierfleckenbildung resultiert aus dem Bersten der CB-Kapsel während der Papierzuführung und nachfolgender Farberzeugerübertragung auf ein CF-Entwicklerblatt. Das Bersten der Kapsel wird durch den Zuführungsmechanismus (wie ein Riemen oder eine Walze) verursacht, der über das Papier gleitet, statt das Papier dem Photokopierer oder der Druckerpresse sanft zuzuführen. Schmierfleckenbildung resultiert aus ungeeigneten Reibungskoeffizienten zwischen aufeinanderfolgenden Papierblättern und wird durch Zerren des CF-Blatts über das CB-Blatt verursacht. Dies geschieht üblicherweise unter der Kraft der Verzögerungswalze und der Anpreßwalze des Zuführungsmechanismus.
  • Das Ausmaß der Schmierflecken, die durch einen Anpreßriemen eingebracht werden, welcher zum Zuführen von kohlefreiem Papier eingesetzt wird, wurde subjektiv, durch Beobachten des Prozentsatzes der Blätter bewertet, die einen Schmierfleck aufweisen, welcher 3,8 cm (1,5 Zoll) vom Blattrand eingedrungen ist. Die nachstehend aufgeführten Ergebnisse zeigen eine drastische Verminderung der Menge an Schmierflecken, die durch die Verzögerung des Reibungszuführungsvorgangs im Kopierer verursacht wurden, bei Zugabe kleiner Mengen an Kolloid zur Wischbeschichtung. Verminderung von Schmierflecken resultiert aus verbesserter Papierzuführung.
    • Beispiel 4 Auswirkung der Kolloidgöße
  • CFpc- und CBpc-Wischbeschichtungslösungen wurden wie in den Beispielen 1 und 2 mit drei verschiedenen kolloidalen Siliciumdioxiden hergestellt, die sich in Teilchengröße und Oberflächen unterscheiden. Messungen des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten und des Auseinanderfächerns, Untersuchungen der Bindungsfestigkeit, des Scheuerns mit einem Messer und der Haftung des Toners wurden wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Die nachstehend aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß die Kolloidgröße über einen ausgedehnten Bereich hinweg verändert werden kann, um einen erhöhten Reibungskoeffizienten bereitzustellen, ohne das Auseinanderfächern oder die Bindungsfestigkeit nachteilig zu beeinflußen.
  • Die Tonerverankerung und Schmierflecken wurden bei den Wischbeschichtungen mit den verschieden großen Kolloiden ebenfalls bewertet. Die nachstehend aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß die Kolloidgröße über einen ausgedehnten Bereich hinweg verändert werden kann, um erhöhte Tonerhaftung bereitzustellen.
  • Schmierflecken wurden wie vorstehend in Beispiel 3 beschrieben bewertet. Die nachstehend aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß ein ausgedehnter Bereich der Kolloidteilchengröße zum Verringern der Schmierflecken und zum Verbessern der Papierzuführung wirksam ist. Bei der Eliminierung von Schmierflecken und bei der Tonerhäftung gibt es einen Unterschied der Wirksamkeit bei Kolloiden unterschiedlicher Größe.
    • Beispiele 5-10 Herstellung und Bewertung verschiedener Kolloide als CF-Wischbeschichtungen
  • Die folgenden Beispiele zeigen, daß zu Siliciumdioxid zusätzliche Kolloide in der vorliegenden Erfindung nützlich sind. Wischbeschichtungsformulierungen wurden wie nachstehend beschrieben hergestellt. In diesen Beispielen enthielt die Stärkelösung 20 % Feststoffe und das Gesamtgewicht aller Beschichtungsformulierungen betrug 35 g. Die Formulierungen wurden vermischt, gerührt und unter Verwendung einer Meyerstange Nr.8 auf ein Papier mit einem Grundgewicht von 15 Pfund aufgetragen. Die Beschichtungen wurden mittels zweiminütigem Durchgang durch eine Pako Heizwalze bei 250 ºF (121 ºC) getrocknet. Die Proben lagerten über Nacht bei 22 ºC (72 ºF)/ 50 % relativer Feuchte. Die beschichtete CFpc-Seite der Proben wurden gegenüber einem identischen CFpc-Blatt hinsichtlich statischem und kinetischem Reibungskoeffizient untersucht.
  • Es soll angemerkt werden, daß abgezogene Proben gewöhnlicherweise einen höheren Reibungskoeffizienten aufweisen als maschinell beschichtete Proben. Dies liegt an der Art des Beschichtungsverfahrens. Beispiel 5
  • ¹ Aluminiumoxid war ein Aluminiumoxid-Sol mit 19 % Feststoffen, das von Vista Chemical, Ponca City, OK. verkauft wurde. Es hatte einen pH-Wert von 4 und eine Teilchengröße von 75 nm. Beispiel 6
  • ² Zirconiumdioxid war ein 20 %-iges Nyacol Zr 50-20-Sol, das von Nyacol Products, Ashland MA. verkauft wurde. Es hatte einen pH-Wert von 3,0 und eine Teilchengröße von 50 nm. Beispiel 7
  • TiO&sub2; (Titandioxid) enthält 11,3 % Feststoffe und wird von Nalco Cheniical, Naperville, IL unter dem Namen Nalco 885N-126 verkauft. Das Material hat einen pH-Wert von 10,1 und eine Teilchengröße von 20 nm. Beispiel 8
  • &sup4;Sb&sub2;O&sub5; (Antimonpentoxid) enthält 50 % Feststoffe und wird von Nyacol Products, Ashland MA unter dem Namen Nyacol A-1550 verkauft. Es hat einen pH-Wert von 4-6 und eine Teilchengröße von 30 nm. Beispiel 9
  • &sup5;CaCO&sub3; (Calciumcarbonat) ist ein ausgefalltes CACO&sub3;, das von Pfizer unter der Bezeichnung Multiflex MM. erhältlich ist.
  • Es hat eine Teilchengröße von 70 nm. Es wurde als ein Feststoff zugegeben und unter heftigem Rühren in Wasser dispergiert. Beispiel 10
  • ³ Nalco 1034A enthält 34 % Feststoffe und wird von Nalco Chemical, Naperville, IL verkauft.
  • Es hat einen pH-Wert von 2,8 und eine Teilchengröße von 20 nm. Tabelle 4 - Bewertung verschiedener Kolloide bezüglich des Reibungskoeffizienten von CF-Wischbeschichtungen
    • Beispiele 11-14
  • Die Beispiele 11-14 zeigen, daß zusätzlich zu Stärke Bindemittel zur Herstellung von erfindungsgemäßen CF-Wischbeschichtungen (CFpc) nützlich sind. Wischbeschichtungsformulierungen wurden wie nachstehnd beschrieben hergestellt. In diesen Beispielen war die Bindemittellösung wie angegeben und das Gesamtgewicht aller Beschichtungsformulierungen betrug 50 g. Die Formulierungen wurden vermischt, gerührt und unter Verwendung einer drahtumwickelten Stange (Meyerstange) Nr.8 auf ein Papier mit einem Grundgewicht von 15 Pfund aufgetragen. Die Beschichtungen wurden mittels zweiminütigem Durchgang durch eine Pako Heizwalze bei 250 ºF (121 ºC) getrocknet. Die Proben lagerten über Nacht bei 22 ºC (72 ºF)/50 % relativer Feuchte und wurden hinsichtlich statischem und kinetischem Reibungskoeffizient untersucht.
  • In den Beispielen 11-14 umfaßte das Bindemittel 5 Gewichts-% der Beschichtungslösung. In allen Fällen war das eingesetzte Kolloid Nalco 1030, ein kolloidales Siliciumdioxid, das von Nalco Chemical Co., Naperville, IL erhältlich ist. Es enthält 30 % SiO&sub2;-Feststoffe und weist eine Teilchengröße von 13 nm sowie einen pH-Wert von 10,2 auf Die Menge an zugegebenem Kolloid wird als Gewichts-% der Beschichtungslösung angegeben.
  • Die eingesetzten Bindemittel waren wie folgt:
  • GPA Oxidized Corn Starch wurde als eine 20 %-ige Stärkelösung eingesetzt. Sie wurde wie vorstehend in den Beispielen 5-9 angegeben, hergestellt. Dow 620 ist ein Styroi/Butadien- Latex mit 50 % Feststoffen von Dow Chemical Company, Midland MI. Vinol 205 ist ein von Air Products Co., Allentown PA erhältlicher Polyvinylalkohol (PVA). Er wurde als eine Lösung mit 16 % Feststoffen durch Erhitzen auf 185ºF (85ºC) unter Rühren hergestellt. Ecosol 45 ist eine phosphatierte Weizenstärke von Ogilvie Mills, Inc., Minnetonka, MN. Sie wurde als eine Lösung mit 10 % Feststoffen durch Lösen in Wasser hergestellt. Beispiel 11 Beispiel 12 Beispiel 13 Beispiel 14
  • Die beschichtete CFpc-Seite der Proben wurden gegenüber identischen CFpc-Blättern hinsichtlich des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten bewertet. Die in Tabelle 5 aufgeführten Ergebnisse zeigen eine Zunahme des Reibungskoeffizienten durch Zugabe von Kolloid ungeachtet des eingesetzten Bindemittels. Aufgrund der Art des Beschichtungsverfahrens besitzen abgezogene Proben einen höheren Reibungskoeffizienten als ähnliche maschinenbeschichtete Proben. Nichtsdestoweniger zeigt sich in diesen Situationen wiederum der Zusammenhang von zugegebenem Kolloid zum erhöhten Reibungskoeffizienten. Tabelle 5 - Reibungskoeffizient von CF-Wischbeschichtungen (CFpc) unter Verwendung verschiedener Bindemittel
    • Beispiele 15-17
  • Die Beispiele 15-17 wurden wie die vorstehenden Beispiele 11 - 14 durchgeführt, ausgenommen, daß das Bindemittel 2 Gewichts-% der Beschichtungslösung umfaßte. Das eingesetzte Kolloid war wiederum Nalco 1030 und die eingesetzten Bindemittel waren wiederum GPA Oxidized Corn Starch, Polyvinylalkohol (PVA) Vinol 205 und phosphatierte Weizenstärke Ecosol 45. Beispiel 15 Beispiel 16 Beispiel 17
  • Die beschichtete CFpc-Seite der Proben wurden wiederum gegenüber identischen CFpc- Blättern hinsichtlich des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten bewertet. Die in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnisse zeigen eine Zunahme des Reibungskoeffizienten durch Zugabe von Kolloid ungeachtet des Gewichtsprozentsatzes des eingesetzten Bindemittelgehalts. In diesen Situationen zeigt sich wiederum der Zusammenhang von zugegebenem Kolloid zum erhöhten Reibungskoeffizienten. Tabelle 6 - Reibungskoeffizient von CF-Wischbeschichtungen (CFpc) unter Verwendung verschiedener Bindemittel
    • Beispiele 18 und 19
  • Die Beispiele 18 und 19 wurden wie die vorstehenden Beispiele 11-14 durchgeführt, ausgenommen, daß das Bindemittel 10 Gewichts-% der Beschichtungslösung umfaßte. Das emgesetzte Kolloid war wiederum Nalco 1030 und die eingesetzten Bindemittel waren GPA Oxidized Corn Starch und Polyvinylalkohol (PVA) Vinol 205. Beispiel 18 Beispiel 19
  • Die beschichtete CFpc-Seite der Proben wurden wiederum gegenüber identischen CFpc- Blättern hinsichtlich des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten bewertet. Die in Tabelle 7 aufgeführten Ergebnisse zeigen eine Zunahme des Reibungskoeffizienten durch Zugabe von Kolloid ungeachtet des Gewichtsprozentsatzes des eingesetzten Bindemittelgehalts. In diesen Situationen zeigt sich wiederum der Zusammenhang von zugegebenem Kolloid zum erhöhten Reibungskoeffizienten. Tabelle 7- Reibungskoeffizient von CF-Wischbeschichtungen (CFpc) unter Verwendung verschiedener Bindemittel
    • Beispiel 20
  • Beispiel 20 wurde wie die vorstehenden Beispiele 11-14 durchgeführt, ausgenommen, daß das Bindemittel phosphatierte Weizenstärke Ecosol 45 war und 8 Gewichts-% der Beschichtungslösung umfaßte. Das eingesetzte Kolloid war Nalco 1030. Kolloidgehalt
  • Die beschichtete CFpc-Seite der Proben wurden wiederum gegenüber identischen CFpc- Blättern hinsichtlich des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten bewertet. Die Ergebnisse sind nachfolgend aufgeführt. Tabelle 8 - Reibungskoeffizient von CF-Wischbeschichtungen (CFpc) unter Verwendung verschiedener Bindemittel
    • Beispiele 21 und 22
  • Die Beispiele 21 und 22 wurden wie die vorstehenden Beispiele 11-14 durchgeführt, ausgenommen, daß in Beispiel 21 das Bindemittel Dow 620 Latex war und 1 Gewichts-% der Beschichtungslösung umfaßte, und daß in Beispiel 22 das Bindemittel Dow 620 Styrol/Butadien-Latex war und 2,5 Gewichts-% der Beschichtungslösung umfaßte.
  • Das eingesetzte Kolloid war Nalco 1030. Beispiel 21 Beispiel 22
  • Die beschichtete CFpc-Seite der Proben wurden wiederum gegenüber identischen CFpc- Blättern hinsichtlich des statischen und kinetischen Reibungskoeffizienten bewertet. Die Ergebnisse sind nachfolgend aufgeführt. Tabelle 8 - Reibungskoeffizient von CF-Wischbeschichtungen CF unter Verwendung verschiedener Bindemittel
    • Beispiele 23 - 26
  • Die Beispiele 23-26 zeigen den Nutzen von abhäsiven Siliconmitteln bei Wischbeschichtungen (Wischbeschichtungen) für kohlefreie Papiere. Das zur Bewertung in den Beispielen 23-26 als ein abhäsives Material eingesetzte Siliconsystem war Silicon PC 104 in Verbindung mit einem als PC 60 bezeichneten Katalysator und einem als PC 31 bezeichneten Vernetzungsmittel. Sie alle sind von Rhone-Poulenc erhältlich. Von PC 104 wird angenommen, daß es ein Polydimethylsiloxan ist. Von PC 31 wird angenommen, daß es ein Silanhydridvernetzungsmittel ist. Von PC 60 wird angenommen, daß es ein Platinkatalysator ist. Diese Materialien werden als eine Emulsion in Wasser mit etwa 40 % Feststoffen bereitgestellt und sind für die Herstellung von Wischbeschichtungen sehr geeignet.
    • Beispiel 23
  • Die Auswirkung der Zugabe von kolloidalen Teilchen zu einem abhäsiven Siliconmittel wurde bestimmt durch Messen und Vergleichen des Reibungskoeffizienten und des Auseinanderfacherns einer Wischbeschichtungsformulierung, die ohne kolloidale Teilchen hergestellt wurde mit einer Wischbeschichtungsformulierung, die mit zugegebenen Kolloidteilchen hergestellt wurde.
  • Eine Wischbeschichtungslösung wurde hergestellt, indem zuerst eine Lösung eines polymeren Verdickungsmittels in Wasser hergestellt wurde. Das polymereVerdickungsmittel verleiht der Beschichtungslösung gute Beschichtungseigenschaften. Wasserlösliche Polymere, wie Stärke, Hydroxyethylcellulose (HEC), Carboxymethylcellulose (CMC), Natriumälginat, und Polyvinylalkohol können eingesetzt werden. Es wurde eine 0,75 %-ige polymere Verdickungsmittellösung durch Erhitzen von 198,5 Gramm Wasser auf etwa 40ºC und anschließendem Zugeben von 1,5 g Hydroxyethylcellulose (Natrosol 250 HHR, erhältlich von der Aqualon Company) hergestellt. Das Gemisch wurde nach zehnminütigem Rühren klar; die vielen kleinen suspendierten Bläschen setzten sich über Nacht ab. Weitere Konzentrationen der polymeren Verdickungsmittellösungen wurden in ähnlicher Weise hergestellt.
  • Wischbeschichtungslösungen wurden durch Zugeben verschiedener Mengen an polymerer Verdickungsmittellösung zum PC 104 in einem Becherglas und anschließendes Zugeben des Wassers hergestellt. Es wurde PC 31, gefolgt vom PC 60 zugegeben. Das Gemisch wurde etwa 30 Minuten langsam gerührt, um Einbringen von Luft zu vermeiden. Die Lösungen wurden unter Verwendung einer Meyerstange Nr.8 auf ein Papier mit einem Grundgewicht von 56,4 g/m² (15 Pfund) aufgetragen und zwei Minuten in einem Gebläseofen bei 250 ºF (121 ºC) getrocknet. Die Beschichtungen wurden mittels zweiminütigem Durchgang durch eine Pako Heizwalze bei 250 ºF (121 ºC) getrocknet. Die Proben lagerten über Nacht bei 22 ºC (72 ºF)/50 % relativer Feuchte und wurden hinsichtlich statischem und kinetischem Reibungskoeffizient untersucht. Insgesamt wurden 5 wischbeschichtete Papiere hergestellt. Bei jeder Beschichtung wurde Auseinanderfächern und der Reibungskoeffizient gemessen.
  • Die in Tabelle 9 aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß das Silicon unabhängig von der Verdickungsmittelkonzentration gut als ein abhäsives Material für kohlefreies Papier wirkt. Die niedrigen Reibungskoeffizienten zeigen, daß sich die wischbeschichteten Oberflächen CBpc und CFpc von den fünktionellen CF- und CB-Oberflächen um mehr als 0,2 Einheiten unterscheiden werden. Tabelle 9 - Auswirkung des Verdickungsmittels auf Auseinanderfächern und auf den Reibungskoeffizienten
    • Beispiel 24
  • Bei den Beschichtungslösungen mit Kolloid wurde das Verdickungsmittel zum Silicon (PC 104) zugegeben, gefolgt von zusätzlichem Wasser, Kolloid, Siliconkatalysator (PC 31) und Vernetzungsmittel (PC 60). Die Konzentration des Verdickungsmittels Hydroxyethylcellulose (HEC) betrug 0,5 % in Wasser. Die Wischbeschichtungslösungen wurden wie im vorstehenden Beispiel 23 hergestellt.
  • Tabelle 10 zeigt die Auswirkung der Kolloidzugabe auf die Eigenschaften der Wischbeschichtung. Bei Zugabe von Kolloid ist zu sehen, daß die Tonerhäftung ansteigt, während sowohl der Reibungskoeffizient als auch das Auseinanderfächern verbessert werden. In allen Proben war in der Wischbeschichtungsformulierung 2,0 % Silicon vorhanden. Wie in den Proben B und C gezeigt, wird bei 2-3 %4gem kolloidalem Siliciumdioxid ein guter Reibungskoeffizient erreicht, während befriedigendes Auseinanderfächern beibehalten wird. In diesen Experimenten wurde Auseinanderfächern an den wischbeschichteten Oberflächen gemessen, die mit verklebtem Papier zusammengebracht wurden. Dies führt zu geringerem Auseinanderfächern als wenn sich zwei wischbeschichtete Oberflächen berühren. Das kommt daher, daß der Ausfächerklebstoff an der äußeren Oberfläche des verklebten Papiers bindet. Es wäre zu erwarten, daß sich bei etwa 1 - 2 % kolloidalem Siliciumdioxid ein zufriedenstellenderes Auseinanderfächern ergibt, wenn beide zusammengebrachten Oberflächen wischbeschichtet sind. Tabelle 10 - Auswirkung der Kolloidzugabe auf Wischbeschichtungseigenschaften
    • Beispiel 25
  • Wenn die Menge an abhäsivem Siliconmittel auf 3 % erhöht wird, wird angenommen, daß die relative Menge an Siliciumdioxid, die benötigt wird, um die gewunschten Reibungskoeffizienten und die gewünschte Haftung des Tonerpulvers zu erhalten, zunimmt. Die in Tabelle 9 aufgeführten, mit 3 % Silicon durchgeführten Experimente zeigen, daß bei dieser relativ großen Menge an abhäsivem Siliconmittel die Erhöhung der Kolloidmenge befriedigendes Auseinanderfächern erlaubt, während sich der Reibungskoeffizient auf einen guten Wert erhöht. Die Tonerhäftung wird ebenso verbessert, wie durch die Verminderung der Menge an entferntem Toner gezeigt wird. Dies ist in der Abziehuntersuchung mittels eines Bands unter Verwendung des 3M Scotch Brand Nr.811 Magic tape, mit dem am wenigsten aggressiven Klebstoff besonders offensichtlich. Tabelle 11 - Auswirkung der Zunahme von Kolloid auf die Eigenschaften bei 3 %-iger Konzentration des abhäsiven Siliconmittels
    • Beispiel 26
  • Ein Vergleich des Auswirkung der Wahl des Verdickungsmittels auf das letzliche Leistungsvermögen der Beschichtung ist in Tabelle 12 aufgeführt. Der Vergleich wurde in Formulierungen, die 2 % abhäsives Siliconmittel mit 1 % Kolloid (kolloidales Siliciumdioxid Nalco 1140) enthalten, angestellt.
  • Demgemäß wird die Wahl des Verdickungsmittels eine Auswirkung auf die Eigenschaften des Auseinanderfächerns, auf den Reibungskoeffizienten und auf die Haftung des Tonerpulvers haben. In allen Fällen ist das Auseinanderfächern, wie es zwischen der Wischbeschichtung und einem verklebten Blatt Nr.15 gemessen wurde, geringer als es sich ergeben würde, wenn zwei wischbeschichtete Blätter zusammengebracht werden. Der niedrige Reibungskoeffizient bei der durch Stärke eingedickten Beschichtung zeigt, daß mehr Kolloid benötigt wird, um ein befriedigendes Ergebnis zu erhalten und die Ergebnisse der Tonerhaftung wären ebenso verbessert, indem diese Einstellungen vorgenommen werden. Tabelle 12 - Vergleich von Stärke und HEC als Verdickungsmittel
    • Beispiel 27
  • Ein direkter Vergleich zwischen einer Wischbeschichtung unter Verwendung eines abhäsiven Siliconmittels und einer Wischbeschichtung unter Verwendung eines abhäsiven fluorchemischen Mittels wurde angestellt. Beide Formulierungen enthielten 1 % kolloidales Siliciumdioxid. Die Reibungskoeffizienten (c.o.f; coefficients of friction) der wischbeschichteten Oberflächen gegenüber wischbeschichteten Oberflächen wurden gemessen. Die Abziehuntersuchung mittels eines Bands setzte 3M Scotch Brand Nr. 811 Magic tape ein. Auseinanderfächern wurde gemessen mit der wischbeschichteten Oberfläche, die einem Blatt verklebten Papiers mit 56,4 g/m² (15 Pfund) gegenüber lag. Wie vorstehend angemerkt, führt diese Anordnung zu geringerem Auseinanderfächern als dasjenige, das bei Untersuchungen mit zueinanderzeigenden, wischbeschichteten Oberflächen auftreten würde. Die in Tabelle 13 aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß mit dem abhäsiven Siliconmittel ein befriedigendes Ergebnis erhalten werden kann. In diesem Beispiel liefert das abhäsive fluorchemische Mittel bessere Leistungen, es soll jedoch angemerkt werden, daß das abhäsive fluorchemische Mittel als ein Stellvertreter aus der Klasse ausgewählt wurde und durchaus nicht das optimale Material für diese Anwendung sein muß. Tabelle 13 - Vergleich von abhäsivem Silicon- und fluorchemischem abhäsivem Mittel

Claims (10)

1. Zusammensetzung, die zur Verwendung als Wischbeschichtung oder als Ablösebeschichtung für kohlefreie Papierkonstrukte geeignet ist, wobei die Zusammensetzung im wesentlichen besteht aus etwa:
(a) 0,1 bis 10 Gewichtsprozent anorganisches Kolloid mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 1 bis 125 nm;
(b) 0,01 bis 5,0 Gewichtsprozent abhäsives Material;
(c) 60,0 bis 99,9 Gewichtsprozent Wasser; und
(d) 0 bis 25 Gewichtsprozent Bindemittel.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das anorganische Kolloid wenigstens eines ist, das aus Siliciumdioxid-, Muminiumoxid-, Titandioxid-, Zirkoniumdioxid-, Antimonpentoxid- und Calciumcarbonatkolloiden ausgewählt wird.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das anorganische Kolloid einen Teilchengrößenbereich von etwa 1 bis 100 nm aufweist.
4. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das abhäsive Material fluoriert ist.
5. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das abhäsive Material ein Polysiloxan ist.
6. Kohlefreies Papierkonstrukt mit einer Wischbeschichtung oder einer Ablösebeschichtung, die wenigstens auf einem Teil wenigstens einer außeren Oberfläche eines kohlefreien Papierkonstrukts aufgetragen ist, wobei die Wischbeschichtung oder die Ablösebeschichtung im wesentlichen besteht aus:
(a) 2,0 bis 95,0 Gewichtsprozent anorganisches Kolloid mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 1 bis 125 nm;
(b) 2,0 bis 75,0 Gewichtsprozent abhäsives Material; und
(c) 0 bis 95,0 Gewichtsprozent Bindemittel.
7. Kohlefreies Papierkonstrukt nach Anspruch 6, wobei das anorganische Kolloid wenigstens eines ist, das aus Siliciumdioxid-, Aluminiumoxid-, Titandioxid-, Zirkoniumdioxid-, Antimonpentoxid- und Calciumcarbonatkolloiden ausgewählt wird.
8. Kohlefreies Papierkonstrukt nach Anspruch 6, wobei das anorganische Kolloid einen Teilchengrößenbereich von etwa 1 bis 100 nm aufweist.
9. Kohlefreies Papierkonstrukt nach Anspruch 6, wobei das abhäsive Material fluoriert ist.
10. Kohlefteies Papierkonstrukt nach Anspruch 6, wobei das abhäsive Material ein Polysiloxan ist.
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