DE1472945C3 - Elektrographisches Aufzeichnungsmaterial - Google Patents

Description

Es ist schon bekannt, elektrisch isolierende Filme oder Folien als Registriermaterial zu benutzen, indem dieses Material zwischen Elektroden gebracht wird, an die eine Spannung gelegt wird. Es entsteht in der Isolierschicht auf diese Weise ein latentes elektrisches Ladungsbild von der Form der Elektrode. Das latente Bild kann durch farbige Pulver entwickelt werden, die durch elektrostatische Kräfte auf dem latenten Bild festgehalten und durch Wärmeeinwirkung oder ein Lösungsmittel fixiert werden. Die auf die beschriebene Weise erhaltene Registrierung ist nur auf einem Blatt oder einer Folie vorhanden.

Aus der USA.-Patentschrift 2 900 515 und der deutschen Auslegeschrift 1070 923 sind elektrographische Aufzeichnungsmaterialien bekannt, die neben einer hochisolierenden Schicht eine weitere Schicht mit größerer Leitfähigkeit enthalten. Es ist auch bekannt, neben diesen Schichten eine dritte sogenannte " Basisschicht zwischen den beiden erstgenannten Schichten anzuordnen. Diese bekannten Aufzeichnungsfolien dienten nicht der gleichzeitigen Herstellung mehrerer Vervielfältigungen. Für die vorbekannten Aufzeichnungsfolien sind in den Literaturstellen keine näheren Angaben zur Leitfähigkeit enthalten.

In dem älteren deutschen Patent 1 259 201 ist ein elektrographisches Aufzeichnungsmaterial zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Vervielfältigungen mit einer isolierenden Aufzeichnungsschicht und einer elektrisch leitenden Schicht beschrieben. Die elektrisch leitende Schicht soll eine Leitfähigkeit von 10~¹⁰ bis 10~¹² S/cm² aufweisen. Es hat sich erwiesen, daß, wenn mehrere aufeinander geschichtete Lagen dieses Aufzeichnungsmaterials mit einem durch ein elektrisches Signal erzeugten latenten elektrostatischen Bild behaftet sind, eine Beeinträchtigung der Aufzeichnung durch den bei der späteren Auftrennung der einzelnen Lagen zu erwartenden Spannungsanstieg eintritt.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die elektrische Leitfähigkeit des gesamten Aufzeichnungsmaterials, insbesondere der leitfähigen Schicht dieses Materials, so einzustellen, daß elektrostatische Störerscheinungen mit Sicherheit vermieden werden.

Bei einem elektrographischen Aufzeichnungsmaterial zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Vervielfältigungen mit einer isolierenden Aufzeichnungsschicht und einer elektrisch leitenden Schicht wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die leitende Schicht eine Volumenleitfähigkeit zwischen ΙΟ-» und 10-" S/cm² hat.

Mit dem elektrographischen Aufzeichnungsmaterial nach der Erfindung können saubere Durchschläge von gleichmäßiger Qualität in jeder einzelnen Lage des Aufzeichungsmaterials erhalten werden, weil die Leitfähigkeit der leitenden Schicht so eingestellt ist, daß elektrostatische Reibungsaufladungen vermieden werden und bei der späteren Auftrennung der einzelnen Lagen keine die Aufzeichnung störenden Spannungsanstiege eintreten. Die ausgewählte Leitfähigkeit ist jedoch auch nicht so groß, daß die leitende Schicht eine gegenseitige Abschirmung der einzelnen Lagen bewirken könnte.

In den F i g. I bis 4 sind Ausführungsbeispiele eines Aufzeichnungsmaterials nach der Erfindung dargestellt.

In Fig. 1 besteht eine Basis 1 aus Papier oder einem Kunststoffilm. Diese Grundschicht soll eine Volumenleitfähigkeit von lO"⁶ bis 10-" S/cm² haben, wobei unter Volumenleitfähigkeit die in Richtung der Schichtdicke zu messende Leitfähigkeit des jeweiligen Materials in einem Bereich von 1 cm² verstanden werden soll. Ein Material mit einer Volumenleitfähigkeit über 10"⁶ S/cm² weist einen Abschirmeffekt gegenüber dem durch das aufgezeichnete Signal hervorgerufenen elektrischen Feld auf. Bei einem Material mit einer Volumenleitfähigkeit von 10~^u S/cm² treten einige Effekte der später zu beschreibenden Auflageschicht nicht auf. Mit 2 ist eine verhältnismäßig leitfähige Harzschicht bezeichnet, die den Ladungszustand einer Ladungsschicht 3 steuert. Wenn die Volumenleitfähigkeit der Zwischenschicht 2 zu groß ist, ist das Registriermaterial für eine Mehrfachaufzeichnung nicht geeignet, infolge des obenerwähnten Abschirmeffektes. Am besten geeignet ist eine Schicht mit ΙΟ"⁶ bis > ΙΟ"¹⁰ S/cm² Volumenleitfähigkeit und ΙΟ"⁹ bis 10~¹⁰ S Oberflächenleitfähigkeit. Für die ladungsaufnehmende Schicht 3 wird ein Harz mit IO-1³ bis 10~¹⁵ S/cm² Volumenleitfähigkeit verwendet, mit diesem Wert behält die Ladung ihren jeweiligen Ort auf der Schicht bei und bildet dort ein latentes elektrostatisches Bild. Die Dicke der Schicht beträgt 1 bis 10 μ. Sie wird durch eine geeignete Methode hergestellt. Die Volumenleitfähigkeit des Aufzeichnungsmaterials nach dem Aufbringen der Schicht 3 beträgt 10~⁸ bis ΙΟ"¹⁰ S/cm² und die Oberflächenleitfähigkeit 10~¹⁰ bis 10~¹³ S. Diese Leitfähigkeit ist klein genug, um die Ladung ortsunveränderlich zu machen. Mit der oben beschriebenen Zusammensetzung des Registriermaterials wird verhindert, daß durch Reibung zwischen den einzelnen übereinander gelagerten Blättern eine zusätzliche Ladung erzeugt wird, die ihrerseits das elektrostatische Bild zerstören oder die Ursache für Schmutzansammlungen werden könnte. Dies ist in erster Linie ein Erfolg, der durch die Zwischenschicht hervorgerufen wird. Beim Trennen der einzelnen Lagen des geschichteten Registriermaterials werden Entladungserscheinungen vollständig vermieden, weil die gegenseitige Einwirkung der Ladungen aufeinander durch die Zwischenschicht geschwächt ist. Unter Schichten sollen Basisschicht, ladungstragende Schicht und Zwischenschicht einer einzigen Lage des insgesamt mehrlagigen Registrierpacks verstanden werden.

Die Bestandteile und die Herstellungsmethode für die Zwischenschicht des Registriermaterials wird im folgenden beschrieben.

Zu wasserlöslichen Harzen, z. B. wässerige Lösung von Polyvinylalkohol, Polyacrylacidsoda, Methylzellulose, Methylzellulose und Gummi Arabicum usw., werden anorganische Salze hinzugefügt, beispielsweise CaCL, NaNO.,, MgCU, NaCH.,COO.

Oder organisches Harz wird durch geeignete Lösungsmittel aufgelöst. Dann werden ionische oder nicht ionische Oberflächenaktivatoren, die ladungsbehindemde Lösungsmittel darstellen, zu den jeweiligen organischen Lösungen hinzugefügt, in denen Polystyrol, Polymethylmetaacrylat, Polycarbonat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetal und Polyvinylacetat gelöst sind.

Zusammengesetzte leitende Schichten können beispielsweise auch durch verteilte feine Pulver von ZnO, ZnS und Cu.,O, CdS, CdSe und SiO₂ usw. erzielt werden.

Die Leitfähigkeit der einzelnen Schichten kann auch durch Vakuumaufdampfung von halbleitendem oder leitendem Material eingestellt werden. Zur Vakuumaufdampfung eignen sich beispielsweise CdS, ZnS, Ge, Si, Zn und Ag usw. Die Überzüge werden aus dem Grund vorgesehen, um die obenerwähnten Widerstandswerte außer durch Änderung der Harzdichte, dem Hinzufügen oder Ändern der Filmdicke _zo auch durch die Abstimmung der Dicke des aufgedampften Überzugs einstellen zu können.

Die ladungstragende Schicht wird auf die Zwischicht aufgebracht indem aus isolierendem Harz eine Schicht von 1 bis 10 μ auf der Zwischenschicht gebildet wird durch Überziehen mit einem Film, in dem Polystyrol Polycarbonat, Polymethylmetaacrylat, Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polyvinylacetal enthalten ist. Andere Harze, Polyäthylen Polypropylen, Polytetrafluoräthylen, Polyester Essigsäure-Zellulose, Äthylzellulose, Essigsäurezellulose und Polyisobutylen, werden durch ein geeignetes Lösungsmittel gelöst und aufgestrichen.

Der Volumenwiderstand und der Oberflächenwiderstand der ladungstragenden Schicht wird durch den Einfluß der Zwischenschicht verringert. Je nach Notwendigkeit kann der Volumen- und Oberflächenwiderstand eingestellt werden, die Güte der Aufzeichnung kann darüber hinaus verbessert werden durch Hinzufügen kleiner Mengen ladungsverhindernder Lösungsmittel oder anorganischer Salze. In F i g. 1 ist eine mit 4 bezeichnete Schicht vorgesehen, um das Einrollen des Papiers zu verhindern. Diese Schicht sollte sorgfältig behandelt werden, weil sie mit der nächsten Lage des Mehrschichten-Registriermaterials in Berührung kommen kann. Die Schicht sollte jedenfalls so zusammengesetzt und aufgebracht sein, daß sie fast den gleichen Volumen- und Oberflächenwiderstand wie die Basis 1 hat und ihre Dicke 3 bis 8 μ beträgt. Als benutztes Material kann Polyvinylalkohol (PVA), Polymethylacrylacid (PMA) oder Polyvinylacetat (PVAC) mit einem leitenden Zusatz vorgesehen werden.

Von dem Registriermaterial, daß oben beschrieben ist, werden je nach Anzahl der gewünschten Durchschlage ein bis fünf Lagen zwischen Aufzeichnungselektroden gelegt. Sobald die Registrierspannung angelegt wird, bildet sich in jeder Lage ein gleichartiges elektrostatisches Bild, daß durch Farbpulver entwickelt werden kann. Die anzulegende Signalspannung richtet sich nach der Papierdicke. Für ein Paket von drei Lagen mit 30 μ Dicke werden ungefähr 1800 Volt benötigt. Als zeitliche Dauer für die angelegte Spannung sind 1 bis 100 μβ angebracht. Wenn die Spannungsverteilung ungleich ist, im Falle des paketierten Registriermaterials, entstehen große elektrische Feldstärken, weil der Abstand der Schreibelektrode zur ersten ladungstragenden Oberfläche größer ist als der Abstand zwischen den einzelnen Lagen. In der Folge könnten starke Corona-Entladüngen auftreten.

Wenn der Oberflächenwiderstand groß ist, wird das elektrische Feld langsam abgebaut, was insgesamt die Brauchbarkeit des beschriebenen Registriermaterials erhöht. Auf die zweite Lage des geschichteten Registriermaterials wirkt eine geringere Spannung, als auf die erste Lage. Der Einfluß von Corona-Entladungen ist dadurch geringer. Deshalb kann eine Schicht von hohem Widerstand dafür benutzt werden. Damit werden die Spannungen, die zwischen jeder Lage anliegen, fast gleich, wenn die Art und die Dicke der Lagen konstant gehalten werden. Für die unterste Lage besteht nicht die Notwendigkeit, daß sie von einem elektrischen Feld durchsetzt wird. Aus diesem Grunde kann eine Zwischenschicht mit großer Leitfähigkeit dafür benutzt werden. In diesem Fall ist die an die letztgenannte Schicht angelegte Spannung nicht so groß. Die Leitfähigkeit der Zwischenschicht kann deshalb mehr als 10~⁶ S betragen. Es kann deshalb eine Schicht mit niederem Widerstand, beispielsweise eine Metallschicht benutzt werden.

Die Zusammensetzung des Registriermaterials ist nicht auf die obenerwähnte Schichtung mit drei bis vier Schichten beschränkt.

Wie in F i g. 2 gezeigt, ist die Schicht 1 diejenige, in welcher die Leitfähigkeit auf den oben angegebenen Wert beschränkt ist. Dabei sind das Papier oder die Folie für die Grundlage- oder Basisschicht und die Zwischenschicht zu einer einzigen Schicht zusammengefaßt. Es wird dabei eine Schicht verwendet, in der das obenerwähnte Zwischenschichtmaterial mit Papier oder einer perforierten Folie zusammenverarbeitet ist. Es kann auch eines der Materialien verwendet werden, in dem ladungsverhütende Lösungsmittel öder Salze verteilt sind, um einen Film mit entsprechender Leitfähigkeit zu erhalten. Auf die so erhaltene kombinierte Basis- und Zwischenschicht kann die ladungstragende Schicht 3 aufgelegt sein. Wie in F i g. 3 dargestellt, kann der erstrebte Zweck auch dadurch erreicht werden, daß nicht nur auf einer Seite der Basis- oder Unterlagenschicht eine zweite Schicht aufgebracht wird, sondern auch indem eine verhältnismäßig leitfähige Schicht 2 auf einer Seite der Grundlage 1 aus Papier oder Kunststoffilm und auf der anderen Seite die ladungstragende Schicht 3 vorgesehen ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in F i g. 4 zu erkennen. Es besteht aus einem dünnen Film 5 mit 5 bis 10 μ Dicke als Basis- und gleichzeitig ladungstragende Schicht mit einer aufgebrachten leitfähigen Schicht 6. Das mehrschichtige Registriermaterial, das im Vorstehenden beschrieben ist, kann selbstverständlich auch in einzelnen Lagen verwendet werden, wobei ebenfalls ein sauberes Bild entsteht. Bei einer derartigen Verwendung ist es jedoch nicht nötig, den Abschirmeffekt in Betracht zu ziehen, weil das elektrostatische Feld nicht auf eine zweite, tief erliegende Lage einwirken muß. In diesem Fall ist es dagegen notwendig, daß die Isolation der ladungstragenden Schicht gut und auch gleichmäßig verteilt ist, weil die ladungstragende Schicht direkt der Einwirkung von möglichen Corona-Entladungen ausgesetzt ist. Deshalb ist es auch nicht angebracht, für die Zwischenschicht eine solche von niederem Widerstand, beispielsweise aus Metall, zu verwenden. Das beschriebene Registriermaterial wird, wie schon erwähnt, zwi-

sehen zwei Elektroden gelegt. Zur Ausbildung eines latenten Ladungsbildes wird an die Elektroden eine Signalspannung angelegt. Die Konstruktion der Elektroden ist nicht kritisch. Es können Elektroden verwendet werden, die für elektrostatische Aufzeichnun- S gen allgemein üblich sind.

Praktische Ausführungsbeispiele für die Herstellung des Registriermaterials werden in den folgenden Abschnitten beschrieben. Eine wäßrige Lösung von 5 % PVA und 5 % LiCl wird auf ein Papier von 30 μ ίο aufgebracht. Dann wird eine 5°/oige Polycarbonat-Lösung aufgetragen. Das erhaltene Registrierpapier weist eine Volumenleitfähigkeit von 10~⁸ S/cm² und eine Oberflächenleitfähigkeit von 10~¹⁰ S auf. Die Dicke des gesamten Papiers wird dann ungefähr 38 μ. Vier Lagen des so erhaltenen Registrierpapiers werden dann zwischen eine Buchstaben- und eine Gegenelektrode gebracht. Durch Anlegen von 2400 V wird ein gleichmäßiges elektrostatisches Bild in jeder einzelnen Lage erhalten. Anschließend werden die ao Lagen getrennt und entwickelt durch eine Entwicklermasse, die zusammengesetzt ist aus farbigem Harzpulver und Glaskugeln. Die erhaltenen sichtbaren Bilder werden durch Hitze fixiert und so ein sauberes Bild auf jeder Lage erzielt. as

In einem zweiten Ausführungsbeispiel des Registriermaterials nach der Erfindung werden einem dünnen Papier von 25 μ Stärke, bevor das Papier bei seiner Herstellung vollkommen trocken ist, folgende Lösungen zugesetzt: Dem für die 1. Lage bestimmten Papier eine wäßrige Lösung von 10% PVA und_ 0,5% LiCl; dem für die 2. bis 4. Lage vorgesehenen Papier eine wäßrige Lösung von 5% PVA und 0,5% LiCl. Für die 5. Lage wird dem Papier eine wäßrige Lösung von 5 % PVA und 3 % LiCl zugeführt. Durch diese Behandlung wird außerdem Knittern vermieden und die Aufrollneigung des Papiers verringert. Die ladungstragende Schicht wird durch Auftragen von 5 % PC in ungefähr 5 μ Dicke auf das einzelne Papierblatt erzeugt. Die Leitfähigkeitswerte für die 1. Lage betragen: Volumensleitfähigkeit 10~⁸ S/cm² und Oberflächenleitfähigkeit 10~ⁿ S. Für das Papier der 2. bis 4. Lage betragen die Volumensleitfähigkeit ΙΟ"⁹ S/cm² und die Oberflächenleitfähigkeit IO-12 S. Das Papier, das für die 5. Lage vorgesehen ist, hat eine Volumensleitfähigkeit von 10~⁷ S/cm² und eine Oberflächenleitfähigkeit von 10~⁹S. Durch Aufeinanderschichten der einzelnen Lagen und Anlegen von 3500V zwischen Stiftelektroden für die Dauer von 20 μβεο und anschließender Pulverentwicklung werden gleichmäßige und saubere Bilder in jeder Lage erzielt.

Ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Registriermaterial nach der Erfindung wird erhalten, wenn auf einem Film von Polyäthylenterephthalat mit 6 μ Dicke eine Schicht von 15 μ Dicke aus einer Aufschwemmung von 50 Teilen ZnO-Pulver in 100 Teilen einer 5%igen wäßrigen Lösung von Polyvinylalkohol aufgebracht ist. Die Volumensleitfähigkeit der aufgebrachten Schicht ist 10~⁹ S/cm². Drei Lagen des so erhaltenen Registriermaterials wurden mit einer Impulsspannung von 200 V und 20 μβεο Dauer behandelt. Nach einer Pulverentwicklung zeigten sich saubere Ladungsbilder von gleichmäßiger Qualität.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrographisches Aufzeichnungsmaterial zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Vervielfältigungen mit einer isolierenden Aufzeichnungsschicht und einer elektrisch leitenden Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht eine Volumenleitfähigkeit zwischen 10-" und ΙΟ-⁸ S/cm² hat.