DE2330512A1 - Durchschreibematerial - Google Patents

Description

Renker GmbH Len<?ersuorf, den 8.5.1975

(Poat: 5165 Niederau

Nideggener Str. 38)

Postfach: 516 Düren Uns.Z. PAT/sfAf - HA 1451

Durchschreibematerial

Die Erfindung betrifft ein Durchschreibematerial aus einer Tragerfolie und einer unter Druck lokal abhebbaren Farbschicht, die Wachse, Pigmente und/oder Farbstoffe sowie gegebenenfalls Füllstoffe, weitere Bindemittel und/oder geringe Mengen öl enthält.

Als Durchschreibematerial werden hier allgemein solche Produkte bezeichnet, die bei Einwirkung von Schreibdruck durch einen manuell oder maschinell geführten Stift, durch den Anschlag eines Typenhebels, durch Anpressen von Typenrädern oder dgl. ihre Farbschicht auf eine anliegende Fläche, beispielsweise ein Empfangsblatt, zu übertragen vermögen, so daß eine visuell oder automatisch lesbare Kopie entsteht. Die eingangs erwähnten Pigmente bzw. Farbstoffe sollen demnach auch solche Substanzen umfassen, auf die magnetische oder etrahlungsempfindliche Lesegeräte ansprechen.

Der Ausdruck "Trägerfolien" bezieht sich generell auf Werkstoffe wie Papier- oder Plastikblätter und -bänder.

Insbesondere betrifft die Erfindung sogenanntes Einmalkohlepapier, also ein zum einmaligen Gebrauch bestimmtes Kohlepapier mit einer dünnen Ruß/Wachs-Beschichtung.

Die Herstellungskosten solcher Einmalkohlepapiere müssen sehr niedrig gehalten werden. Man ist deshalb gestrebt, sowohl den Wachsanteil als auch die Dicke der Farbscr oht möglichst gering zu halten.

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Eine Verringerung des Bindemittelanteils beeinträchtigt die Griffreinheit des Durchschreibematerials ebenso wie die Qualität und Wischfestigkeit der damit erzielten Durchschriften. Auch ergeben sich Schwierigkeiten bei der Herstellung des Durchschreibematerials, nämlich bei der heute meist durch Bedrucken vorgenommenen Aufbringung der dünnen Farbschicht aus der Schmelze.

Man hat bereits versucht, diesen Problemen dadurch zu begegnen, daß man als Farbschicht ein stabiles, disperses Bindemittelsystem bildete, in dessen äußerer Phase das Pigment bzw. der Farbstoff enthalten ist (DBP 1 193 522). Diese äußere Phase, die au3 an sich bekannten Bindemitteln, z.B. Wachs, bestehen kann, weist somit den Charakter eines festen, porösen Gebildes auf, dessen Poren von der inneren Phase ausgefüllt werden. Durch diese Struktur sollte erreicht werden, daß die Farbschicht gegenüber Berührung mit der Hand beständig ist, jedoch wegen ihrer Porösität bei Höherem Brücken, z.B. bei Typenanschlag oder Schreibdruck eines Kugelschreibers, leicht abbricht und vollständig auf die Empfangsfläche übertragen wird. Bei dem bekannten Durchsehreibematerial besteht die das Pigment enthaltende äußere Phase der Bindemitteldispersion vorzugsweise aus oleofilen Substanzen, während die innere Phase aus hydrophilen Substanzen, z.B. flüssigen Polykondensationsprodukten, vorzugsweise eines Äthylenoxides, oder anderen organischen Flüssigkeiten besteht. Mit Rücksicht auf die Stabilität der Dispersion gegen Austrocknen sollen dabei nicht flüchtige Substanzen für beide Phasen verwendet werden.

Nach L. Ivanovszky, Wachsenzyklopädie, Bd. 1, Augsburg 1954, S. 58 lassen sich derartige zweiphasigen Systeme in die Gruppe der Pasten einreihen, die zum Unterschied von den definitionsgemäß einphasigen Gelen aus einem raumgitterartigen Gerüst der einen Phase bestehen, deren verhältnismäßig große Zwischenräume von der zweiten Phase ausgefüllt sind. Bei Pasten lassen sich durch mechanischen Druck Festteilchen und Lösung voneinander trennen, während bei Gelen eine derartige Trennung mechanisch nicht erzwingbar ist.

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Dan bekannto Durchschreibematerial ist wegen des strukturellen Aufbaues seiner Farbschicht nur begrenzt alterungs- und lagerbnständif. Selbst wenn man nämlich nach der Empfehlung der oben fronannten Patentschrift nicht bzw. schwer flüchtige Flüssigkeiten verwendet, um einer Austrocknung der Schicht zu begegnen, kann man doch nicht vermeiden, daß unter einem beständigen, mehr oder weniger starken Flächendruck, unterstützt durch Kapillar- und Grenzflächenkräfte, mit der Zeit Flüssigkeit aus den Hohlräumen heraus und in die Trägerfolien bzw. Zwischenoder Empfangsblätter wandern, wodurch eine Versprödung der Farbschicht eintritt und die besagten Blätter verdorben werden. Insbesondere bei Formularsätzen, in denen die Einmalkohlepapiere vorzugsweise verwendet werden, ist ein derartiges "Durchschlagen" nachteilig.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine alterungs- und lagerbeständige Farbschicht für Durchschreibematerialien zu entwickeln, die nach dem Geltypus, also einphasig aufgebaut ist und aufgrund ihrer hohen Härte griffrein ist, andererseits aber auch in viellagigen Formularsätzen intensive und scharfe Kopien liefert, die ihrerseits wischfest sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wachs- und ggf. Ölbestandteile der Farbschicht in Form eines festen Gels mit einem flüssigen Alkylphenolpolyglykoläther vorliegen, dessen Polyglykolätherkette annähernd die gleiche Länge hat wie seine Alkylgruppe.

Bevorzugt werden Nonylphenolpolyglykoläther mit durchschnittlich 8-10, insbesondere 9 Äthylenglykoleinheiten der Polyäthylenglykolätherkette. Derartige Nonylphenolpolyglykoläther sind wasserhelle bis gelbe viskose Flüssigkeiten, die sich durch ein außergewöhnlich elastisches Hydrophobie- Hydrophilieverhältnis auszeichnen.

Anstelle der Äthylenglykol-Einheiten können die Alkylphenolr auch Propylenglykol-Einheiten enthalten.

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Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung besteht die Schicht aus 3-15 Teilen Montanwachs mit einer Penetration von 0-1, 20-60 Teilen Mikrowachs, bis zu 2 Gewichtsteilen Mineralöl, bis zu 20 Teilen Ruß und 10-30 Teilen Nonylphenolpolyglykoläther mit 7-9 Äthyleneinheiten pro Molekül.

Vorzugsweise beträgt die Nonylphenolpolyglykoläther-Menge 25-30 j£.

Teile- und Prozentangaben sind auf Gewicht bezogen.

Die Dicke des Schichtaufträges beträgt normalerweise 3-5 g/m , jedoch sind auch geringere oder größere Mengen möglich. Bei Schichten unter 2 g/m läßt die Qualität der erzählten Durchschriften nach.

Die Penetration der gesamten Schicht beträgt bei dem erfindungsgemäßen Durchschreibematerial ca. 7» während die bekannten Einmalkohlepapiere üblicherweise Penetrationswerte in der Größenordnung von 25 aufweisen, nach ASTM bestimmt.

Als Pigment wird erfindungsgemäß Ruß mit geringer Öladsorption bevorzugt, da sich dadurch Streichmassen mit besonders günstigem Theologischem Verhalten bereiten lassen.

Die einzelnen Bestandteile der Farbschicht für das erfindungsgemäße Durchschreibematerial werden durch Aufschmelzen der Wachse und intensives Rühren miteinander vermischt. Sie bilden in ihrer Gesamtheit ein unter dem Mikroskop einheitliches Gel, in welchem das Pigment bzw. der Farbstoff homogen verteilt ist. Aue der erstarrten Schicht läßt sich keine Flüssigkeit herauspressen. Vermischt man hingegen das Montanwachs oder das Mikrowache jeweils allein mit dem Alkylphenolpolyglykoläther, so erhält nan eine Paste, also einen Zweiphasenkörper, der unter Druck den flüssigen Bestandteil freigibt.

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Bei einigen Pigmenten, insbesondere bei gewissen Rußtypen, kann es in Abhängigkeit von deren chemisch-physikalischen Eigenschaften zweckmäßig sein, die Zugabe zum Schluß vorzunehmen," da das dann bereits vorliegende Gel eine gleichmäßige Verteilung des Pigmentes über die gesamte Masse begünstigt. Der Grund für dieses vorteilhafte Verhalten wird darin zu suchen sein, daß die verwendeten Alkylphenolpolyglykoläther sowohl oleophil als auch hydrophil sind, nämlich einerseits durch den Alkylphenolrest und andererseits durch die Polyglykolätherkette. Die Alkylphenolpolyglykoläther vermögen deshalb eine Art Vermittlerrolle zu übernehmen, indem sie Substanzen unterschiedlicher Oleophilität bzw. Hydrophobie binden. Nach außen hin erteilen sie jedoch dem Gel. eine deutliche Hydrophil!tat, welche sich darin äußert, daß die Farbschicht sich mit Wasser - gegebenenfalls unter Bewegen - von dem Träger abschwemmen läßt, ohne daß jedoch das Durchschreibematerial gegen Feuchtigkeit empfindlich wäre.

Die außerordentliche Stabilität des Gels dürfe auch ein Grund für die hohe Ergiebigkeit der Farbmasse sein.

Wie bereits gesagt, ist es bekannt, Durchschreibematerialien, insbesondere Kohlepapiere für den einmaligen Gebrauch, aus ölen, Wachsen und Pigmenten herzustellen. Da in der Regel die Herstellung derartiger Durchschreibematerialien aus der Schmelze erfolgt, müssen diese Farbmassen für den Schmelzauftrag geeignete Theologische Eigenschaften besitzen. Je nach Verwendungszweck variiert der Anteil zwischen den festen Wachsen und öligen Bestandteilen in derartigen Durchschreibematerialien erheblich, jedoch ist allen eine Anwesenheit von Bestandteilen gemeinsam, die die Wachse lösen.

Dispergiert man beispielsweise.geeignete Ruße allein in einem Mikrowachs, so erhält man eine Schmelze mit aohlechten rheologischen Eigenschaften. Wird diese Schmelze zum Beispiel auf Papier aufgetragen und abgekühlt, so besitzt dieses Erzeugnis nicht den

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Gebrauchswert eines modernen Kohlepapieres. Derartige Schichten besitzen zwar die angestrebte hohe Härte, enthalten aber andererseits kein Bindevermögen zum Trägermaterial, so daß sie weder genügende Durchschriften noch eine ausreichende Festigkeit am Papier ergeben. Sie sind also zur Herstellung von Kohlepapierfarben nicht geeignet. Um aus diesen Wachsen eine geeignete Kohlepapierfarbe mit ausreichender Durchschreibefähigkeit und genügender Haftung am Papierträger herzustellen, ist es deshalb notwendig, diese wachsartigen Bestandteile durch Mineralöle zu plastifizieren.

Empirisch ermittelte Mengenverhältnisse aus Wachsen, Ölen und Pigmenten ergeben nun durchaus verwendungsfähige Kohlepapiere, jedoch besitzen sie erhebliche der Verwendung einschränkenden Nachteile. Obwohl diese Papiere im frisch hergestellten Zustand eine gute Schreibfähigkeit besitzen, nimmt ihre Schreibfähigkeit bei Lagerung fortlaufend ab. Die Ursache liegt in der Abwanderung der Mineralöle in den Papierträgern. Als weiterer Nachteil ergibt sich bei derartigen Durchschreibematerialien eine Abnahme der Parbintensität bei längerer Lagerung. Dieser Befund hängt ursächlich damit zusammen, daß die öligen Bestandteile in die Sekundärteilchen der Pigmente eindringen und hier ihr Brechungsverhalten grundsätzlich verändern.

Bs sind verschiedene Methoden bekannt, durch Einsatz verschiedener Wachse, von Kunstharzbeimengen und durch weitere Variation der Mineralöle den Gebrauchswert der Durchschreibematerialien zu verändern, jedoch ist die Variationsbreite bei der Auswahl dieser Stoffe dadurch begrenzt, daß eine wischfeste Durchschrift erzielt werden muß und daß eine griffeste und nicht zum Verschmutzen der Hände neigende Oberfläche vorhanden ist.

Man hat eich nun dadurch gehofen, daß man derartige Papiere in dem Wache-Mineralölverhältnis so bemesaen hat, daß harte Schichten entstehen. Jedoch verarmen diese besonders schnell an ihren Ölen und werden nach kurzer Zeit unbrauchbar.

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Die Erfindung strebt an, ein lagerfähiges Durchschreibematerial zu erzeugen, welches nicht in der Lage ist, ölige Bestandteile an dem Papier träger unter Verarmung der Farbschicht abzugeben und dessen Pigmente weiterhin nicht durch ölige Bestandteile in ihrem Brechungsverhalten geändert werden. Da die Menge der aufgetragenen Durchschreibefarbe von ökonomischer Bedeutung ist, wird weiterhin gefordert, diese Färbschichten besonders bei Durchschreibematerialien für den einmaligen Gebrauch möglichst dünn und nur in einer Menge aufzubringen, die für die einmalige Durchschrift genügt. Besonders der letzte Faktor bedarf besonderer Hervorhebung, da.die heutigen Farbmassen auf beispielsweise ■Rinmalkohlepapieren je nach ihrer Durchschreibefähigkeit zwischen 8-11 g variieren und daß diese Farbmassen zudem eine besonders hohe Verkittung mit dem Papierfilz der Zellulose aufweisen, so daß eine einwandfreie Trennung von Farbschicht und Zellulosefarben nicht möglich ist. Die Folge davon ist, daß nur geringe Anteile, höchstens 10-20 $ eines handelsüblichen Einmalkohlepapieres eur Durchschrift herangezogen werden. Der übrige Teil ist wirkungslos.

Durch die Hydrophil!tat des Gels wird der Farbmasse eine Affinität für Zellulosefasern oder andere hydrophile Trägermaterialien verliehen, die eine ausreichende Haftung der Gelschicht an diesen Träger vermittelt, jedoch in ihrem hoch solvatisierten Bereich leicht abtragbar bleibt. Dagegen besitzt die in Form eines Gels und hoher Gallertfestigkeit vorliegende Farbmasee in sich eine so hohe Bindung, daß diese Gelmasse von den Typen praktisch zerschnitten wird, in sich aber so verbunden ist, daß sie fast vollständig übertragen wird. Die Brauchbarkeit beruht in wesentlichen auf der Ausbildung eines auch über die Dauer der Brauchbarkeit beständigen festen GeIf, das an den hydrophilen Grenzflächen durch das absorptionsgebundene Wasser der Zellulose solvatisierte und daher leicht lösbare Grenzschichten bildet.

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Aus dem vorher gesagten ergibt sich bereits, daß der Zusatz größerer Mengen Mineralöle bzw. oxydierte Mineralöle, den erfindungsgemäßen Effekt auf jeden Fall wenn nicht unmöglich machen, so doch erheblich verschlechtern.

Derartige Stoffe bereiten in Wachsschmelzen große Schwierigkeiten, so daß bei Abkühlung durch den Wassergehalt die Ruß-Wachsbindung aufbricht. Dagegen gestatten die noch nigmentfreien hydrophil-hydrophoben Gele die leichte Aufnahme und weitgehende Dispersion der Rußteilchen oder Pigemente, wodurch besonders brillante oder tiefe Farbtöne unter Reduzierung des Schwarzwertes des Rußes erhalten werden können. Auch lassen sich besonders leicht hydrophile Pigmente neben hydrophoben, vorzugsweise organischen Pigmenten miteinander kombinieren.

Die Aufrechterhaltung des hydrophil-hydrophoben Gleichgewichtes verlangt eine besonders kritische Beobachtung des Mineralölzusatzes. Während gebräuchliche Alkylphenoläther mit 4-12 C-Atomen in der Alkylgruppe mit gleicher Polyglykolätherkette sehr empfindlich gegen Mineralölzusatz unter Synärese reagieren, ist bei Alkylphenoläthern mit 2-8 C-Atomen und einem solchen Sauerstoffgehalt der Glykolkette die Empfindlichkeit nicht so ausgeprägt, so daß bis maximal 10 % Mineralöle im Gel gebunden werden können. Diese Auswahlregel gestattet den Einsatz von Polywachssäuren, die mit paraffinierten Bestandteilen verunreinigt sind.

Die Erfindung ist im Nachstehenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert (alle Teile verstehen sich in Gewichtsteilen):

In einem beheizbaren Kessel werden 30 Teile Mikrowachs und 10 Teile Rohmontanwachs unter Zusatz von 5 Teilen Mineralöl sowie 30 Teilen eines Nonylphenolglykoläthers aufgeschmolzen.

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Letzterer wies in der Ätherkette 8 wiederkehrende Einheiten pro Molekül auf.

Die flüssige Masse wurde mit 20 Teilen Ruß und 5 Teilen Clay versetzt und kräftig gerührt.

Die so erhaltene Kohlepapierfarbe wurde in einer Auftragsmenge von 3 g auf einen Einmalkohlepapier-Rohstoff aufgedruckt .

Es entstand ein Einmalkohlepapier, das sehr intensive und scharfe Kopien lieferte. Auffällig war, daß das Papier nur gering oder gar nicht zum Rollen neigte, obwohl es nur einseitig beschichtet war; diese Erscheinung wird darauf zurückgeführt, daß die Farbschicht durch die Anwesenheit des hydrophilen Nonylphenolpolyglykoläthers als Ganzes ebenfalls hydrophil eingestellt wurde und somit eine hohe Affinität zur hydrophilen Cellulosefaser besaß. Als weiteren Vorteil zeigte das Material keine Tendenz zur elektrostatischen Aufladung. Obwohl die Kopien wischfest und aktenbeständig sind, lassen sich zudem etwaige Verschmutzungen der Finger leicht mit Wasser entfernen. Auch diese Effekte dürften auf die Hydrophil! tat der Farbschicht zurückzuführen sein.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   Durchschreibematerial aus einer Trägerfolie und einer unter Druck lokal abhebbaren Farbschicht, die Wachse, Pigmente und/oder Farbstoffe sowie gegebenenfalls Füllstoffe, weitere Bindemittel und/oder geringe Mengen Öl enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachs- und Ölbestandteile der Farbschicht in Form eines festen Gels mit einem flüssigen Alkylphenolpolyglykolahter vorliegen, dessen Polyglykolätherkette annähernd die gleiche Länge hat wie seine Alkylgruppe.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus 3-15 Teilen Montanwachs mit einer Penetration von o-l, 20-60 Teilen Ruß, und 10-30 Teilen Nonylphenolpolyglykoläther mit 7-9 Äthyleneinheiten pro Molekül besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nonylphenolpolyglykoläther-Menge 25-30 % beträgt.

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