DE2608239A1

DE2608239A1 - Kopierpapier fuer elektrofotografische verfahren und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2608239A1
Application number: DE19762608239
Authority: DE
Inventors: Guido Dipl Phys Dr Dessauer
Original assignee: Feldmuehle Anlagen und Produktion GmbH
Current assignee: Feldmuehle Anlagen und Produktion GmbH
Priority date: 1976-02-28
Filing date: 1976-02-28
Publication date: 1977-09-08
Also published as: FR2342514A1; AT355913B; DE2608239C3; IT1117667B; ATA78677A; GB1522287A; BE851899A; FR2342514B1; DE2608239B2; NL7701917A; JPS52105827A

Description

Anmelder: Feldmühle Anlagen- and Prodaktionsgesellschaft mit beschränkter Haftung, Fritz-Vomfelde-Platz 4-, 4-OOO Düsseldorf-Oberkassel

Anlage zar Eingabe vom 27.2.1976
Pat/12.538/Uh-Hx.

Kopierpapier für elektrofotografische Verfahren und Verfahren

zu seiner Herstellung.

Die Erfindung betrifft ein Kopierpapier für elektrofotografische Kopierverfahren und das Verfahren zu seiner Herstellung.

Bei den elektrofotografischen Verfahren wird bekanntlich -ein aufgeladener Fotohalbleiter - z.B.. aus Metall bestehend nach dem in der Fototechnik üblichen Verfahren belichtet. Dabei fließt die Ladung an den durch Belichtung leitend gewordenen Stellen ab und nur die nicht belichteten Stellen behalten ihre Ladung.

Wird nun ein elektrostatisch entgegengesetzt aufgelandenes - meist aus thermoplastischen Harzen bestehendes - feines Pulver über die stellenweise belichtete und geladene Halbleiterschicht gestreut, haften die Harapartikelchen an den entgegengesetzte Ladungen tragenden Stellen der Fotohalbleiterschicht und erzeugen hier ein spiegelverkehrtes Pulverbild. Die überbra--gung auf ein Papierblatt geschieht durch Auflegen eines.Blattes und Anlegen einer zum Pulver entgegengesetzten Ladung an das Blatt. Hierdurch werden die Harzpartikel auf das Blatt herübergezogen, bedürfen aber noch einer ausreichenden Fixierung, um fest auf dem Blatt zu haften. Die Fixierung wird in einfacher Weise dadurch herbeigeführt, daß die thermoplastischen Herzteilchen durch Kontakt- oder ·

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Strahlungswärme erweicht und anschließend dauerhaft auf dem Kopierpapier aufgeschmolzen werden.. Die hierfür notv/endige Wärmeenergie hängt sowohl von den apparativen Gegebenheiten des Kopiergerätes als auch von den Papiereigensehaften, Z.B. von der Dicke und dem Flächenge wicht ab'. Da jedes Papier einen gewissen Prozentsatz Wasser aus dem es umgebenden Klima adsorbiert und okkludiert sind Feuchtigkeitsgehalte in der Größenordnung von 5 - 8 % für diese Papiere üblich. Der Feuchtigkeitsgehalt hängt dabei u.a. von der Faserstoffzusammensetzung des Papieres, dem Mahlgrad und vor allem dem Feuchtigkeitsgehalt der Umgebungsluft ab.

Wird ein solches Papier, das in jedem. Fall Feuchtigkeit enthält, nun einer Wärmebehandlung unterworfen, wie sie oben für die Fixierung der Harzteilchen beschrieben wurde, so wird ein Teil des im Papier enthaltenen Wassers in Dampfform überführt. Mit dem entweichenden Wasserdampf werden dein Papier auch wasserextrahierbare Bestandteile entzogen. Als besonders unerwünscht gelten hierbei die noch in den Fasern des Papierstoffes enthaltenden Harze, da sie sich an den kälteren Teilen der Kopiergeräte niederschlagen und die reibungslose Funktion der Geräte beeinträchtigen. So kann durch Harzabscheidung an der Halbleitertrommel oder -platte eine verminderte Bildqualität entstehen.

Für die Herstellung von Kopierpapieren, die in Geräten eingesetzt werden, bei denen die Fixierung des Bildpulvers durch einen Thermoschock erfolgt, gelten deshalb ganz besondere Kriterien bei der Auswahl der einzusetzenden Rohstoffe. Es können aus den oben angeführten. Gründen beispielsweise nur harzfreie Zellstoffe oder solche mit einem niedrigen Ifetharzgehalt eingesetzt werden.

Holzschliffasern, die im Vergleich zu Zellstoff wesentlich höhere Anteile an wasserdampfdestillierbaren organischen

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Substanzen wie beispielsweise Holzgums enthalten, scheiden bisher aus den oben angeführten Gründen für die Herstellung von Kopierpapieren für die obengenannten Verfahren aus. Auch Zusätze von Harzleim zur Papiermasse stoßen.bisher aus den gleichen Gründen auf erhebliche Bedenken. Es besteht jedoch ein großes Interesse daran, für ein solches Massenprodukt wie es Kopierpapiere, insbesondere solche für xerographysehe Kopierverfahren darstellen, statt Zellstoff, weniger wertvolle Rohstoffe einsetzeib zu können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, die Schwierigkeiten zu beseitigen, die bisher der Verwendung eines Kopierpäpieres auf breiterer und billigerer Rohstoffbasis entgegenstanden und bei einem solchen Kopierpapier auf die breite Palette der verschiedensten Faserstoffe zurückgreifen zu können, insbesondere auch auf solche, die harzartige Bestandteile und andere mit Wasserdampf extrahierbare, bzw. destillierbare und in der Wärme entweichende Substanzen enthalten. Gedacht ist dabei in erster Linie an übliche Holzschliffasern, aber auch an die unter den Begriffen Refinerschliff, Thermorefinerschliff, Chemieschliff bekanntgewordenen Variationen sowie Halbzellstoffe und harzreiche Zellstoffe, wie sie z.B. aus tropischen Hölzern hergestellt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgeraäß durch ein Kopierpapier für elektrofotografische Verfahren dadurch gelöst, daß der Faserstoff des Kopierpapiers ganz oder teilweise mit einem filmbildenden, hydratisierbaren, kolloidalen Ton umhüllt ist. Durch die Umhüllung mit hydratisierbaren, kolloidalen Tonen ist es überraschenderweise möglich, als Faserstoffe für das Kopierpapier auch solche einzusetzen, die harzartige Bestandteile enthalten, wie Holzschliff. Dabei ist es zweckmäßig, da3 zumindest die Holzschliffasern mit einem Film aus hydratisierbaren kolloidalen Tonen umhüllt sind,- Häufig wird man aber den gesamten Ganzstoff, d.h. alle Faserstoffe nach der

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technischen Lehre dieser Erfindung umhüllen, insbesondere dann, wenn der Anteil an Holzschliffasern ohnedies hoch ist und Zellstoffe mit größeren Restharzanteilen eingesetzt werden, was durch die Erfindung möglich wird. Der Anteil der Holzschliffasern in der Papierraasse kann dabei in einem Bereich von 15 - 80 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der Papiermasse liegen.

Es ist dabei vorteilhaft, daß ein derartiger filmbildender, hydratisierter kolloidaler Ton durch Wasserstoffbrückenbildung vorzüglich auf der Faser haftet und deshalb'nicht nur keinen zusätzlichen Binder benötigt, sondern auch bei höheren Zugaben die Festigkeit des Papierblattes nicht in nennenswertem Umfang beeinträchtigt.

Venn auch im einzelnen die Zusammenhänge noch nicht erforscht sind, die zu dieser überraschenden Wirkung führen, so kann man sich die eigentliche Funktion der Umhüllung wahrscheinlich so erklären, daß der Film aus hydratisiex^baren kolloidalen Tonen an der Außenwand der Faser als Adsorber für die austretenden Wasserdämpfe und die in diesen enthaltenden Schadstoffe wirkt. Dazu sind die hydratisierbaren, kolloidalen Tone deshalb geeignet, weil sie über ein hervorragendes Quellvermögen verfugen, das sie in die Lage versetzt, die aus dem Faserinneren entweichenden Stoffe zu adsorbieren.

Unter filmbildenden hydratisierbaren, kolloidalen Tonen im Sinne der Erfindung werden solche Mineralien verstanden, deren gemeinsame Eigenschaft in Schichtgittern besteht, die innerkristallin in Wasser auellen können, wobei der Abstand

bzw. der Sixikatschichten der EristallamellenVpraktisch unendlich groß wxrd, diese bis zu den einzelnen Silikatschichten aufgetrennt werden und wodurch diese beim Trocknen auf den Faserstoffen einen Film zu bilden vermögen.

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Bei den die Fasern umhüllenden Tonen handelt es sich um solche, die sich hydratisieren und in eine kolloidale Form überführen lassen, was meist durch eine Vorbehandlung mit Säure oder Alkali geschieht. Es ist dabei notwendig, diesen Prozeß hinreichend lange vor der Verarbeitung der Tone durchzuführen, da der Quellvorgang zeitabhängig ist. Es gibt jedoch auch natürliche Vorkommen solcher hydratisierbarern, kolloidalen Tone, die dieser zusätzlichen Behandlung nicht bedürfen und bei Lagerung in Wasser quellen und in die einzelnen Silikatschichten aufgetrennt werden. So kommen als hydratisierte,. kolloidale Tone die natürlichen Natrium- und Calcium—Bentonite in Betracht, wobei sich aufgeschlossener kolloidaler Matriumbentonit als besonders geeignet erwiesen hat, ferner auch mit Natronlauge oder Säure aufgeschlossener ÜTatriumattapulgit. Die .wesentliehen Tonmineralien sind dabei Montmorillonit, Hectorit und BeideUit..Die Tone sollen dabei weitgehend frei von nicht kolloidalen Verunreinigungen wie Grit, d.h. harten Quarz- und Feldspatverunreinigungen sein.

Von den üblicherweise in der Papierindustrie als Füllstoffe eingesetzten Tonen unterscheiden sich diese filmbildenden, hydratisierbaren, kolloidalen Tone durch ihre geringe !Teilchengröße. Übliche Clay's weisen eine Partikelgröße von ca. 2/Uin auf, während hochquellfähige Attapulgite in ihrer durchschnittlichen Teilchengröße bei ca» o,15/um liegen. Sie liegen mit dieser Teilchengröße schon im kolloidalen Bereich. Beim Aufquellen in Wasser erfolgt dann durch die Aufspaltung in die einzelnen Silikatschichten eine noch wesentlich stärkere Herabsetzung der Teilchengröße bis in den Bereich von 15 bis loo £ herab. Durch diese geringe Teilchengröße verfügen die kolloidalen Tone über eine wesentlich höhere Oberfläche, die mitbestimmend für das außerordentliche Adsorptionsvermögen ist₄ eine Eigenschaft,, die den üblichen Füllstoffen fehlt.

Vorteilhaft ist dabei, daß durch die geringe Teilchengröße und die filmbildende Eigenschaft des kolloidalen Tones die

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Struktur der Papierfasern und somit auch, die Blattstruktur nicht wesentlich verändert wird. Es resultiert jedoch eine höhere Glätte, ein niedrigerer Reibungskoeffizient und ein weicherer Griff des erfindungsgemäßen Papieres. Die üblicher weise als Füllstoffe eingesetzten Tone sind dagegen nicht in der Lage, die Fasern in der erfindungsgemäßen Form· zu umhüllen.

Es steht nicht im Widerspruch zu dieser Erfindung und kann sogar vorteilhaft sein, zur Verbesserung von Weiße und Opazität sowie zur weiteren Verbilligung.der Papiermasse noch übliche Füllstoffe zuzusetzen, und zwar in einer Menge von ca. 1 - 2o °/o bezogen auf das Trockengewicht der Papiermasse. Dabei soll aber die Gesamtmenge an' kolloidalem Ton und üblichen Füllstoffen eine Menge von 25 % bezogen auf das Trockengewicht der Papiermasse nicht überschreiten. So läßt sich beispielsweise durch Zugabe von wenigen Prozent Titandioxid die Weiße noch ganz beträchtlich steigern.

Das aas erfindungsgemäße Vervielfältigungspapier kann beidseitig noch mit einer Oberflächenpräparation z.B. in Form einer üblichen Leimpressenbehandlung versehen sein, um noch besondere Eigenschaften zu erzielen, wie beispielsweise Staubfreiheit des Papiers. Als Substanzen für eine derartige Oberflächenpräparation kommen z.B. in Frage Stärke, modifizierte Stärke, wie verätherte Stärke oder oxidativ abgebaute Stärke, Carboxymethylcellulose, Alginate, Kasein_r Proteine, Gelatine, Polyvinylalkohol sowie Kunststoffdispersionen, insbesondere auf der Basis von Acrylsäure.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Vervielfältigungspapiere s geht dabei in der Weise vor sich, daß eine Mischung aus z.B. Holzschifffasern und Zellstoffasern in einer Stoffbütte oder in einer Stoffzentrale mit der kolloidalen Lösung des filmbildenden, hydratisierten, Tones vermischt wird.

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Zweckmäßig wird dabei der Papiermasse eine 2 - 6 %-ige, vorzugsweise 3-5 %-ige Lösung des filmbildenden, hydratisierten kolloidalen Tones zugesetzt, damit der gewünschte Umhüllungsgrad erreicht wird. Der Mischung können dann noch gewisse übliche Additive, wie z.B. Harzleim hinzugefügt werden. Die Gesamtmischung mit einem sich üblicherweise einstellenden pH-V/ert. von 7,8 - 8,5 wird dann mit Alaun, gegf. noch unter zusätzlicher Mitverwendung von Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4,ο - 5,5 gebracht. Durch die Zugabe des Alauns werden die kolloidalen Tonteilchen aus der Lösung auf den Fasern niedergescüagen und umhüllen diese als dünner Film. Bei holzhaltigen Papieren ist es zweckmäßig, den pH-Wert niedrig zu halten, beispielsweise auf pH-Wert 4- bis 4-, 5» ^{was aa}^ wirtschaftliche Art und Weise durch Mitverwendung von Schwefelsäure erreicht wird. Nach der Herstellung der Papierbahn nach der üblichen Papiermachertechnik wird diese beidseitig mit einer Oberflächenpräparation aus einem kolloidalen Leimungsmittel versehen. . ■

Der niederschlag der kolloidalen Tonteilchen auf den Fasern kann durch Zugabe üblicher Retentionshilfsmittel, wie z.B. Luresin,. vor der Zugabe der Lösung des kolloidalen Tones weiter verbessert werden und so eine weitere Entlastung des Siebwassers erreicht werden. Die Zugabe der Lösung des filmbildenden kolloidalen Tones kann auch in der Weise erfolgen, daß zunächst der Holzschliff mit der Lösung vermischt wird und der Niederschlag auf den Holzschliffasern erfolgt und erst anschließend die übrigen Faser- oder Füllstoffkomponenten zugefügt werden.

In der Trockenpartie der Papiermaschine nähern sich die Einzelgitter der Kristalle so weit wieder an, daß sie über jeweils ein Wassermolekül durch Wasserstoffbrücken fest aneinanderhaften und einen geschlossenen Film bilden, was sich durch as geeignete Anfärbemethoden nachweisen läßt. Da die

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Papierfasern zur Ausbildung von Wasserstoffbrücken ebenfalls befähigt sind, haftet der sich bildende Film ohne .jedes weitere Bindemittel an den Fasern und umhüllt diese fest.

Die erfindungsgeinäß erhaltenen Kopierpapiere sind Tür die verschiedenen Kopierverfahren geeignet, z.B.· für die elektrofotografischen Kopierverfahren, für Telekopierverfahren, die nach dem Transferprinzip arbeiten oder für Computerausdruck, ganz besonders jedoch für xe ro graphische Kopierverfahren.

Die Erfindung wird mit nachfolgenden Beispielen noch näher erläutert:

Beispiel 1:

In einer-Sto ff zentrale, werden 7o Gew.-% von mit 3?atr.iumhypochlorit gebleichtem Holzschliff von 73° SR, Io Gexv.-% an wieder aufgelösten Papierabfällen und 2o Gew.-% gebleichter Nadelkraftzellstoff von 3o° SR gemischt. Darauf wird in Form einer 5 %-igen kolloidalen Lösung natürlicher, hochquellfähiger iTatriumbentonit (Imvite 3ooo) zugesetzt so daß im fertigen Papierstoff 15 Gew.-% an Natriumbentonit, bezogen auf die Faserstoffmischung, resultieren. Diesem G-anzstaff werden dann

1.5 Gew.-% Harzleim, bezogen auf Faserstoff, hinzugefügt und die GesamtmiBchung zuerst mit Alaun auf einen pH-Wert von

4.6 eingestellt. Vor der Herstellung der Papierbahn wird der pH-Wert der Mischung mittels Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4-, 2 herabgesetzt und die Papierbahn in üblicher Weise hergestellt. Die Papierbahn wird noch in einer Leimpresse beidseitig axt einer 7»5 %-igen Lösung an oxidierter Stärke

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behandelt, wobei 2 g/m und Seite aufgetragen werden, und anschließend wie üblich getrocknet.

Das Gewicht des fertigen Vervielfältigungspapieres beträgt

8o g/m². ■

Beispiel 2: -

In einer Stoff bütte werden 4o Gew.-% von mit Hatriumhypochlorit

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λλ'

gebleiclitein Holzschliff von 81° SR, 3o G-ew.-% langfaseriger gebMchter Hadelkraftzellstoff von 27° SR und 3o Gew.-% gebleicbier Sulfat-Birkenzellstoff von 36° SR gemischt. Dazu wird eine 3 %-ige Losung von kolloidalem aufgeschlossenen Natriumattapulgit zugegeben, so daß 4 Gew.~% an Attagel» bezogen auf die Papiermasse, in der Faserstoffmischung enthalten sind. Die Mischung wird zuerst mit Alaun auf einen pH-Wert von 4,6 eingestellt, zur Herstellung der Papierbahn wird dann dieser pH-Wert mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4,2 herabgesetzt. Die Papierbahn wird schließlich beidseitig in einer Leimpresse mit einer Leimpressenpräparation, bestehand aus 7o g/Ltr. oxidativ abgebauter Stärke und 3o g/Ltr. eines synthetischen Oberflächenleimungsmittels auf der Basis von Acrylsäure (Basoplast 2oo D) behandelt. Die aufgebrachte

ο
Leimung beträgt 3 s/^m und Seite.

ο Das fertige Kopierpapier weist ein Plächengewicht von So g/m

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Anmelder: Feldmühle Anlagen- and PrccLuktionssesellschaft mit beschränkter Haftung, Fritz-7om£elde-Platz 4,
A-ooo Düsseldorf-Oberkassel

Pat/12.538/Uh-Hx.

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Patentansprüche.

iy Kopierpapier für elektrofotografische Verfahren, bei

denen die entstehende Kopie einer Thermofixierung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet,

daß der Paserstoff des Kopierpapieres ganz oder teilweise mit einem filmbildenden hydratisierbaren, kolloidalen Ton umhüllt ist.
2. Kopierpapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umhüllte Paserstoff ein Holzschliff ist.
3· Kopierpapier nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Papiermasse 3 bis 25 Gew.-% eines filmbildenden hydratisierbaren kolloidalen Tones, bezogen auf das Trockengewicht der Papiemasse, enthält.
4. Kopierpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch
gekennzeichnet, daß der die Fasern der Papiermasse umhüllende filmbildende hydratisierbare kolloidale Ton 3entonit ist.
5· Kopierpapier nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Papiermasse,bezogen auf ihr Trockengewicht zusätzlich 1 - 2o Gew.-% Füllstoffe enthält.

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ORIGINAL INSPECTED
6. Verfahren zur Herstellung eines Kopierpapieres nach, einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dem Holzschliff eine Lösung eines filmbildenden hydratisierten, kolloidalen Tones zugeinischt wird und durch anschließende Einstellung der Papierinasse auf einen pH-Wort von 3,8 - 7,8 , bevorzugt auf pH 4,ο - 5»ο so niedergeschlagen v/ird, daß er die Holzschliffasern umhüllt,

7· Verfahren z.ur Herstellung eines Kopierpapieres nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Papiermasse vor der Zugabe der Lösung eines filmbildenden, hydratisiertsn kolloidalen - Tones in einen dem Ton entgegengesetzten Ladungszustand versetzt wird.

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