DE1303695B - Elektrographisches aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrostatographisches Aufzeichnungsmaterial aus drei Schichten, nämlich einer Papierunterlage, einer Zwischenschicht mit einem geringen elektrischen Widerstand und einer das Ladungsmuster durch direkte Anlage eines elektrischen Feldes aufnehmenden Musterträgerschicht. Dieses Material ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht geringen elektrischen Widerstandes aus einem hochpolymerisierten, anionischen Elektrolyten besteht, der aus Salzen von Alginaten, Polyacrylaten, Polystyrolsulfonaten, Maleatcopolymeren, Sulfonsäurephenolformaldehyd oder Polymethacryiaten gebildet ist.

Hierdurch wird die Aufgabe gelöst, ein leicht herstellbares elektrostatographisches Aufzeichnungsmaterial zu schaffen, bei welchem beim Anlegen der das Ladungsmuster erzeugenden Spannung der Spannungsabfall an der Papierunterlage vernachlässigbar klein gegenüber dem an der isolierenden Musterträgerschicht ist, ohne bei der Herstellung des Materials die chemischen und physikalischen Eigenschaften des als Unterlage verwendeten Papiers zu verändern oder bei der Wahl des Papieres und des zur Herstellung der Musterträgerschicht verwendeten Materials besonderen Beschränkungen zu unterliegen.

Mit den bekannten Zweischichten-Materialien für elektrostatographische Aufzeichnungen ist dies nicht möglich, weil bei diesen die erforderliche Verminderung des spezifischen Widerstands der Papierunterlage kostspielige Herstellungsverfahren für das Papier bedingt und außerdem unerwünschte Veränderungen ; der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Papiers mit sich bringt. Beispielsweise wird auf diese Weise behandeltes Papier im allgemeinen durchlässig für die organischen Lösungsmittel, in denen das die Musterträgerschicht bildende Material zum Aufbrin-IQ gen dieser Schicht gelöst ist.

In der deutschen Auslegeschrift 1,105,275 wird ein photoleitfähiges, beschichtetes oder unbeschichtetes Papierblatt für die elektrophotographische Wiedergabe von Bildern mit einer Schicht aus photoleitfähigern, feinverteiltem anorganischem Pigment, beispielsweise Zinkoxyd, in einer Schicht eines filmbildenden elektrisch isolierenden Materials beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen dem Pa-. pierträger und der photoleitfähigen Schicht eine dünne biegsame Metallschicht, z. B. aus Aluminium, vorgesehen ist, wobei das auf der Metallschicht vorhandene filmbildende Material zur Befestigung des anorganischen Pigments auf der Oberfläche der Metallschicht dient.

Die Vorteile, die bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials gegenüber dem aus der genannten deutschen Auslegeschrift bekannten, mit einer metallischen Zwischenschicht versehenen Aufzeichnungsmaterial erzielt werden, sind folgende:

Da die Musterträgerschicht im allgemeinen ein transparenter Film ist, weist bei Verwendung einer metallischen Zwischenschicht das Aufzeichnungsmaterial im allgemeinen eine metallene Farbe auf, wenn es ₃₅! von oben betrachtet wird. Wird beispielsweise eine Aluminiumfolie als Zwischenschicht verwendet, dann besitzt die Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials eine glänzende silbrige Farbe. Wird ein elektrostatisches Bild auf einem derartigen Aufzeichnungsmaterial gebildet und anschließend mit einem schwarzen Toner zur Erzeugung eines sichtbaren Bildes entwikkelt, dann ermüdet das durch das Metall reflektierte Licht die Augen eines Betrachters.

Daher müssen in Aufzeichnungr.materialien, in welchen eine metallische Zwischenschicht verwendet wird, zur Beseitigung der metallenen Farbe weiße Pigmente, beispielsweise aus Ton oder Titandioxyd, in das transparente synthetische Harz eingemischt werden. Ist jedoch das weiße Pigment hygroskopisch, dann wird die Reproduzierbarkeit des Bildes in Abhängigkeit von der Temperatur oder Feuchtigkeit veri schlechter!.

Wird ferner in dem bekannten Aufzeichnungsmaterial Papier als Unterlage verwendet, dann kann das weiße Pigment die Eigenschaften des Papiers in nachteiliger Weise beeinflussen.

Ferner gibt es keine andere Möglichkeit, die metallische Zwischenschicht auf eine elektrisch isolierende Unterlage aufzubringen als die Aufbringung einer Metallfolie auf die Unterlage oder die Vakuumbedampfung der Unterlage mit einem Metall. Die Aufbringung einer Metallfolie erfordert jedoch im allgemeinen einen Klebstoff, so daß die Herstellung des elektrostatographischen Aufzeichnungsmaterials erheblich kompliziert und verteuert wird.

Diese Nachteile treten bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial nicht auf. Die bei diesem verwendete Zwischenschicht läßt sich ohne weitere Maß-

nahmen auf der Unterlage aufschichten, worauf auf diese Schicht die Musterträgerschicht aufgebracht worden kann. Dabei muß die Musterträgerschicht nicht pigmentiert werden, da durch die transparente Zwischenschicht das die Unterlage bildende Papier in seiner natürlichen Farbe erscheint.

In der deutschen Auslegeschrift 1,106,170 wird eine lichtsensibilisierbare Folie für die elektrophotographische Wiedergabe von Bildern beschrieben, die aus einer Unterlage, einer Zwischenschicht und einer Musterträgerschicht besteht, wobei die Zwischenschicht elektrisch leitend ist. Diese elektrisch leitende Schicht wird in der Weise gebildet, daß ein anorganisches Pigment, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Zink, Graphit, Kohlenstoff usw. in einem Silikonharz, Polyvinylchloridharz usw. verteilt wird, worauf die Mischung auf die Unterlage aufgebracht wird.

Gegenüber der Zwischenschicht des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials besitzt die Zwischenschicht gemäß der deutschen Auslegeschrift 1,106,170 folgende Nachteile:

Infolge der Verteilung eines elektrisch leitenden Pigments in einem nicht leitenden Harz ist es schwierig, eine Schicht mit einer bestimmten Leitfähigkeit herzustellen. Wird die Pigmentmenge zur Steigerung der Leitfähigkeit erhöht, dann wird die Durchlässigkeit der Zwischenschicht gegenüber organischen Lösungsmitteln groß, so daß sich die Aufzeichnungsschicht schwierig herstellen läßt. Wird die Zwischenschicht in einer merklichen Dicke aufgebracht, um die Leitfähigkeit zu erhöhen und die Durchlässigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln zu vermindern, dann wird das Gewicht der Folie unerwünschterweise erhöht.

Es ist ferner schwierig, das Pigment in dem Harz in fein verteiltem Zustand zu erhalten, während die Mischung gelagert und auf die Papierunterlage aufge bracht wird. Infolge einer Wanderung des Lösungsmittels in dem Überzug in die Papierunterlage schwankt das Verhältnis von Pigment zu Harz erheblich.

Demgegenüber ist die Leitfähigkeit hochpolymerisierter anionischer Elektrolyten konstant. Diese Salze sind wasserlöslich und besitzen Anionen, die den Anionen entsprechen, welche in der Papierjinterlage enthalten sind. Erfolgt daher eine Beschichtung auf die Papierunterlage, dann wandert der Überzug nicht in die Unterlage. Da die zur Herstellung der Zwischenschicht eingesetzten Materialien ferner ein ausgezeichnetes Filmbildungsvermögen besitzen, genügt eine kleine Menge dieser Materialien zur Herstellung eines Films mit einer bestimmten Leitfähigkeit.

Infolge der Wasserlöslichkeit, der Anionenpolarität sowie des Filmbildungsvermögens der zur Herstellung der Zwischenschicht eingesetzten Materialien läßt sich das Aufschichten auf die Papierunterlage nicht nur mittels einer Beschichtungsvorrichtung, sondern auch während eines Papierherstellungsverfahrens durchführen. Daher läßt sich das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial unter Verwendung von Papierherstellungsanlagen in großtechnischem Maßstabe herstellen.

Da die Zwischenschicht des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterials farblos ist und gegenüber organischen Lösungsmitteln nicht durchlässig ist, unterliegt man bei der Auswahl der Materialien, die zur Herstellung der Musterträgerschicht verwendet werden, sowie bei der Auswahl der Methoden zur Herstellung dieser Schicht keinerlei Beschränkungen.

Daher kann man auf wirtschaftliche Materialien und Methoden zurückgreifen, so daß sich die erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial'en trotz hoher Qualität wirtschaftlich herstellen lassen. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Schnitt die Struktur des erfindungsgemäßen elektrostatographischen Aufzeichnungsmaterials;

ίο Die Fig. 2 und 3 sind Ersatzschaltbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Materials;

Fi g. 4 zeigt eine Aufzeichnungsvorrichtung, in welcher das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial verwendet werden kann.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial aus drei Schichten, wobei die obere Musterträgerschiclit a in bekannter Weise aus einer dielektrischen Substanz besteht, während es sich bei der Zwischenschicht b um die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 defi nierte Schicht handelt. Die Schicht c ist in bekannter Weise eine Papierunterlage.

Di2 Fig. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Wirkung einer an das in Fig. 1 dargestellte Aufzeichnungsmaterial gelegten Spannung. Es ist das Ziel der Erfindung, die Gesamtspannung V möglichst gleich der Teilspannung V₀ zu machen. In den Zeichnungen bedeutet V die an das Aufzeichnungsmaterial gelegte Spannung. Die Größen V_n, v_b und v_c sind jeweils die Spannungen an der mustertracenden Schicht, der Zwischenschicht und der Unterlage. Die Werte r„, r_b und r_c sind jeweils die ohmschen Widerstände der mustertragenden Schicht, der Zwischenschicht und der Unterlage in Richtung der angelegten Spannung. Auf ähnliche Weise stellen C_n, c_b und c_c die Werte der Kapazitäten zwischen den Oberflächen der mustertragenden Schicht, der Zwischenschicht und der Unterlage dar.

Wenn jedoch das in Fig. 1 gezeigte elektrostatische Aufzeichnungsmaterial während der Aufzeichnung in einer Kopiermaschine beaufschlagt wird, dann kann der Wert der Kapazität c_a als sehr klein vernachlässigt werden. Die an der Oberfläche der Aufzeichnungsschicht angeordnete Elektrode zum Anlegen der Spannung hat nämlich im allgemeinen die Form einer Nadel oder einer Linie oder eine andere Form, deren Berührungsfläche mit dem Aufzeichnungsmaterial im Vergleich zu der Fläche des Auf-Zeichnungsmaterials selbst vernachlässigbar klein ist. Weiterhin liegt die Kapazität c_b parallel zum ohmschen Widerstand r_b der Zwischenschicht. Dieser ist bei dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial klein. Aus diesem Grund wird der Wert der Spannung v_b im wesentlichen von dem ohmschen Widerstand r_b bestimmt. Da fomit die Kapazität c_b für das Verhältnis der Spannungsteilung zwischen den Schichten belanglos ist, kann sie bei der Betrachtung fortgelassen werden.

ίο Wegen des niedrigen Widerstands der Zwischenschicht b ist der Wert r_b sehr klein gegenüber den Werten für r_a und T₀, so daß er als Widerstandswert in Querrichtung der Schicht fortgelassen werden kann. Dennoch ist die Zwischenschicht mit ihrem niedrigen ohmschen Widerstand als Film über das ganze Aufzeichnungsmedium vorhanden. Diese Schicht dient daher gemeinsam mit einer großflächigen Elektrode, die gewöhnlich als Masseelektrode die

Unterseite des Aufzeichnungsmediums berührt, zur Beispiel 1

Vergrößerung der Kapazität c_{c Ε5ηε} Unterlage mit einer Dicke von 70 μ wird in

Nach Berücksichtigung der oben erwähnten Um- _{der Weise} hergestellt, daß eine Mischung aus 70 Teistande kann das in Fig. 2 gezeigte Ersatzschaltbild i_{en e}i_ner gebleichten Hartholzpulpe und 30 Teilen gern vereinfachter Form gemäß Fig. 3 dargestellt wer- $ bleichter Weichholzpulpe auf einen Mahlungsgrad den. Aus der Fig. 3 laßt sich herleiten, daß man den _von 60⁰SR (Maßeinheiten nach Schopper und Wert V annähernd gleich dem Wert V₀ machen kann, Riegler) eingestellt wird, worauf 1 Teil Kolophowenn man den Widerstand r_c klein macht oder wenn ni_{um U}nd 5 Teile Ton zugesetzt werden. Eine Schicht man die Kapazität c_c groß macht, um die Teilspan- geringen elektrischen Widerstandes in einer aufgenung V₀ klein zu halten. io brachten Menge von 3 g/m² und einer Dicke von 3 μ

Wahrend die Verkleinerung des Widerstandes r_{c w}j_rd _m der Weise erzeugt, daß die Unterlage auf der eine herkömmliche Methode ist, wird bei dem erfin- Oberfläche mit einer wäßrigen Lösung von 1 % Nadungsgemäßen Aufzeichnungsmaterial die Kapazität triumalginat mittels einer Rakel beschichtet wird. c_c vergrößert. Zu diesem Zweck besteht das Aufzeich- Eine mustertragende Schicht wird in der Weise hergenungsmaterial aus drei Schichten, wobei zwischen der π stellt, daß die Schicht mit niedrigem Widerstand mit mustertragenden Schicht und der Unterlagsschicht einer Äthylacetatlösung eines Vinylharzes beschichtet eine Zwischenschicht niedrigen elektrischen Wider- _wjrd, _und zwar durch Verwendung einer Walzenaufstandes angeordnet ist Außerdem werden besonders übungsvorrichtung. Die aufgebrachte Menge beiträgt hochpolymerisierte anionische Elektrolytsalze als Ma- 7_g/_m2 _und die Auftragsdicke Ίμ. Auf diese Weise terial für die Zwischenschicht verwendet. ₂o erhält man ein elektrostatographisches Aufzeichnungs-

Die Fig. 4 zeigt eine Aufzeichnungsvorrichtung, in medium. Wird sein elektrischer Widerstand bei einer welcher das erfindungsgemäße Aufzeichnungsmaterial relativen Feuchtigkeit von 30% gemessen, dann beverwendet werden kann. Durch die Bezugszahl I trägt der spezifische Widerstand der mustertragenden wird das Aufzeichnungsmaterial wiedergegeben. Die Schicht ungefähr 2xlO¹⁴Qcm. Der spezifische Wider-Bezugszahl 2 kennzeichnet eine Schriftzeichenplatte. 25 stand der Zwischenschicht geringen Widerstandes Bezugszahl 3 kennzeichnet eine Erdungsplatte. Die beträgt ungefähr lxl0¹⁰üxm, während der spezi-Bezugszahl 4 charakterisiert einen Kondensator. Eine f,_sche Widerstand der Unterlage zu 3x10¹¹Qcm erhohe von dem Verstärker 5 erzeugte Spannung wird mittelt wird.

über den Kondensator 4 an die Schriftzeichenplatte 2 Das auf die oben erwähnte Weise erhaltene Auf-

und die gegenüberliegende Erdungsplatte 3 gelegt. 30 Zeichnungsmaterial wird durch Anlegen eines Glieich-

Das zwischen den Platten 2 und 3 Hegende Aufzeich- Spannungsimpulses von 1000 Volt und 50 Mikrose-

nungsmatenal wird durch die Spannung aufgeladen. künden Dauer aufgeladen und anschließend mittels

Die Aufladung erfolgt auf der mustertragenden eines stäubenden Pigmentfarbstoffs elektrostatisch zu

Schicht α des Aufzeichnungsmaterial 1. Das Muster einem sichtbaren Muster entwickelt. Man erhält hier-

der elektrostatischen Aufladung hat die gleiche PoIa- 35 bei ein sehr klares Muster,
rität wie das der Schriftzeichenplatte 2 zugeführte Po-

tential. Außerdem hat das elektrostatische Ladungs- Beispiel 2

muster die gleiche Form wie der Querschnitt der ^{Es wird eine Pu}lP^e verwendet, bestehend aus einer

Platte 2 an ihrem vorderen Ende. Mit anderen Wor- Mischung von 50 Teilen gebleichter Hartholzpulpe

ten entspricht das elektrostatische Ladungsmuster der 40 ^und 50 Teilen gebleichter Weichholzpulpe mit einem

Form der Berührungsflächen der Platte 2 mit der mu- auf 80°SR eingestellten Mahlungsgrad. Eine Schicht

•stertragenden Schicht α des Aufzeichnungsmaterials 1. ^aus Ammoniumpolyacrylat wird auf ein aus dieser

Die erfindungsgemäße Zwischenschicht b besteht, Pulpe hergestelltes Papierblatt aufgetragen, weiches wie bereits erwähnt, aus einem hochpolymerisierten, während seiner Herstellung halbfeucht ist und ananionischen Elektrolyten, der aus Salzen von Algina- 45 schließend mit einem Trockenmittel getrocknet wird, ten, Polyacrylaten, Polystyrolsulfonaten, Maleatcopo- ^Die Schicht aus Ammoniumpolyacrylat macht 10% lymeren, Sulfonsäurephenolformaldehyd oder Poly- des gesamten Gewichts des Papiers aus. Das mit Ammethacrylaten gebildet ist Diese Schicht besitzt einen moniumpolyacrylat beschichtete Papier ist 60 μ dick, geringen elektrischen Widerstand. Die aus einem die- Eine nichtionische Öl-in-Wasser-artige Emulsion mit ser Materialien bestehende Zwischenschicht besitzt 50 ei^ner Konzentration von 40% eines Copolymers aus ein geringes Wasserabsorptionsvennögen, so daß sie Vinylacetat und Äthylacrylat wird auf die mit Ammogegenüber Änderungen der Feuchtigkeit der Umge- niumpolyacrylat beschichtete Seite des Papiers aufgebung unempfindlich ist Die zur Herstellung dieser tragen. Die Auftragung erfolgt in einer Dicke von Zwischenschicht verwendeten Materialien besitzen fer- 10μ mittels einer Schlitzdüsenauftragungsvorrichtung. ner den Vorteil, daß sie beim Aufschichten beispiels- 55 ^Der Überzug wird mit Dampfheizung und Infrarotweise auf eine Papierunterlage nicht in das Papier Strahlern getrocknet Auf diese Weise erhält man ein wandern. Die angegebenen Materialien können allein . Aufzeichnungsmedium. Dieses wird mit der in Fig. 4 oder in Kombination zur Herstellung der Zwischen- gezeigten Vorrichtung mit einer Platte in Kontakt geschieht verwendet werden. Sie können ferner mit an- bracht Wird eine Aufzeichnung in der Weise aufgederen Klebstoffharzen mit einem vergleichsweise gego bracht, daß eine Spannung von 1000 Volt für eine ringen Widerstand vermischt werden. Zur Herstellung Zeitdauer von 50 Mikrosekunden angelegt wird, und der jeweiligen Schichten α und b sind nur geringe wird diese Aufzeichnung unter Verwendung eines PuI-Substanzmengen erforderlich. Die Unterlage c kann vers zur Erzeugung eines sichtbaren Musters entwikaus Papier bestehen. kelt, so stellt man fest, daß die Aufzeichnung bei

Die folgenden Beispiele erläutern erfindungsgemäße «5 ^euier relativen Feuchtigkeit von 30% sehr zufrieden- Aufzeichnungsmaterialien. stellend ist Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrostatographisches Aufzeichnungsmaterial aus drei Schichten, nämlich einer Papierunterlage, einer Zwischenschicht mit einem geringen elektrischen Widerstand und einer das Ladungsmuster durch direkte Anlage eines elektrischen Feldes aufnehmenden Musterträgerschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht geringen elektrischen Widerstandes aus einem hochpolymerisierten anionischen Elektrolyten besteht, der aus Salzen von Alginaten, Polyacrylaten, Polystyrolsulfonaten, Maleatcopolymeren, Sulfonsäurephe· nolformaldehyd oder Polymethacryiaten gebildet ist.

2. Verfahren zur Herstellung eines elektrostatographischen Aufzeichnungsmaterials gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht geringen elektrischen Widerstandes in der Weise hergestellt wird, daß eine wäßrige Lösung aus dem stark polymerisierten anionischen Elektrolyten auf die Papierunterlage in halbfeuchtem Zustand während des PapierhersteUungsverfahrens aufgebracht wird, worauf das auf diese Weise beschichtete Material getrocknet wird, und die das Muster tragende Schicht in der Weise erzeugt wird, daß die Zwischenschicht mit einem nicht lichtempfindlichen Harzmaterial in Form einer Öl-in-Wasser-artigen-Emulsion unter Verwendung eines nicht ionischen oder anionischen Emulgiermittels mittels einer bürstenartigen Beschichtungsvorrichtung beschichtet wird, worauf der Überzug sowohl unter Verwendung von heißer Luft als auch von Infrarotstrahlern getrocknet wird.