Verfahren zum Erzeugen einer Metall-Seifenschicht als Gleitschicht auf einem metallisierten Aufzeichnungsträger

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer hinreichend dicken Gleitschicht auf der Oberfläche einer über einer Trägerschicht (1) und einer Lackschicht (2) liegenden Aluminiumschicht (3) eines Aufzeichnungsträgers, dessen Rückseite ebenfalls mit einer Lackschicht (4) überzogen ist, bei welchem mindestens einer der beiden Lackschichten (2, 3) eine Fettsäure oder ein Gemisch von Fettsäuren beigemischt wird, das sich dadurch auszeichnet, daß einer Lackschicht 0,1 bis ca. 3 Gew.%, bezogen auf den nassen Lack, eines Metall-Diketons oder eines Metall-Keto-Esters etwa im stöchiometrischen Verhältnis zur Fettsäure bzw. dem Gemisch von Fettsaüren beigemischt wird, wobei die Wasserstoff-Form des Metallkomplexes eine deutliche keto-Enol-Tautomerie aufweist und daß dann nach dem Beschichten des Materials mit Aluminium im Vakuum das Aufzeichnungsträgermaterial zur Rolle aufgewickelt und gelagert wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer hinreichend dicken Gleitschicht auf der Oberfläche einer über einer Trägerschicht und einer Lackschicht liegenden Aluminiumschicht eines Aufzeichnungsträgers, dessen Rückseite ebenfalls mit einer Lackschicht überzogen ist, bei welchem mindestens einer der beiden Lackschichten eine Fettsäure oder ein Gemisch von Fettsäuren beigemischt wird.

[0002] Ein derartiges Verfahren und seine Weiterentwicklung sind an sich aus der DE-A- 3 007 331 und den darauf aufbauenden DE-A- 3 011 591, DE-A- 3 040 485 und insbesondere der DE-A 3 040 513 bekannt.

[0003] Dabei geht man von dem grundlegenden Gedanken aus, durch Beigabe einer Fettsäure eine mindestens teilweise Bildung einer Metallseife an der Oberfläche eines metallisierten Aufzeichnungsträgers zu bewirken. Zu diesem Zweck hat man beispielsweise beim Aufdampfen oder nach dem Aufdampfen des Aluminiums auf das Trägermaterial noch im Vakuum eine Fettsäure, beispielsweise ölsäure, eingeleitet und über den Dampfdruck der Fettsäure den Grad der Umsetzung der Metallschicht und damit die Dicke der erzeugten Metallseifenschicht zu steuern versucht.

[0004] Die Erfindung beschreitet nun einen völlig anderen Weg. Es hat sich nämlich bei ausgedehnten Versuchen gezeigt, daß es wünschenswert wäre, nicht nur die Dicke der zu erzeugenden Gleitschicht beeinflußbar zu machen, sondern auch eine kompakte Metallseifenschicht zu erzielen und, was besonders wichtig erschien, auch einen Einfluß auf die Reaktionszeit zu nehmen. Im Zusammenhang damit erschien es wünschenswert, von dem Metall der Metallschicht unabhängig zu werden.

[0005] Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß vor dem Aufbringen der Aluminiumschicht der einen der beiden Lackschichten O,5 bis 2 Gew.% einer oligomeren Fettsäure, bezogen auf den nassen Lack, beigemischt wird, und daß der anderen Lackschicht 0,1 bis ca. 3 Gew.% eines Metall-Diketons oder eines Metall-Keto-Esters beigemischt wird, dessen Wasserstoff-Form eine deutliche Keto-Enol-Tautomerie aufweist und daß dann nach dem Beschichten des Materials mit Aluminium im Vakuum das Aufzeichnungsträgermaterial zur Rolle aufgewickelt und gelagert wird. Die beiden Komponenten können im stöchiometrischen Verhältnis zugegeben werden.

[0006] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0007] Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit entsprechenden technischen Überlegungen näher erläutert, wobei eine Zeichnung die Erfindung noch verdeutlichen soll.

[0008] Die Zeichnung zeigt dabei eine Teilschnittansicht aus einem zu einer Rolle aufgewickelten Aufzeichnungsträger, insbesondere zwei übereinanderliegende Abschnitte eines Aufzeichnungsträgers, bestehend aus einem Substrat 1, z.B. aus Papier, einer Vorderseitenlackschicht 2, einer Metallschicht 3 und einer Rückseitenlackschicht 4.

[0009] Diese beiden Bahnen des Aufzeichnungsträgers liegen so eng aneinander, daß sich eine innige Berührung zwischen der Metallschicht der unteren Bahn und der Rückseitenlackschicht der oberen Bahn ergibt.

[0010] Wenn nun die beiden Lackschichten gemäß der Erfindung beispielsweise einerseits mit 0,1 bis 1 Gew.% Ca-Acetylacetonat bzw. 0,5 bis 2 Gew.% einer Fettsäure, bestehend aus etwa 80 bis 90 % Dimer und 20 bis 10 % Trimer oder Tetramer versetzt sind, dann kommt es durch Diffusion der beiden Komponenten in entgegengesetzter Richtung zur Vermischung und damit zu einer Reaktion zwischen der Fettsäure und dem Metallkomplex.

[0011] Eine typische dimere Fettsäure hat folgende Formeln

[0012] Diese Fettsäure wird mit Hilfe eines Metall-Diketons oder eines Metall-Keto-Esters, dessen Wasserstoff-Form eine deutliche Keto-Enol-Tautomerie aufweist, in die gewünschte Metallseife umgewandelt.

[0013] In diesem Zusammenhang muß allerdings darauf hingewiesen werden, daß dann, wenn die oligomere Fettsäure in der Vorderseitenlackschicht enthalten ist, bereits bei der Bedampfung mit Aluminium im Vakuum eine gewisse Reaktion der Fettsäure mit dem Aluminium stattfindet, diewenn auch in bescheidenem Maße zur Bildung einer Aluminiumseife beträgt, wie dies bereits in der eingangs genannten DE-A- 3 007 331 beschrieben ist.

[0014] Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Metallkomponente im wesentlichen nicht der aufgedampften Metallschicht entnommen, sondern dem der einen Lackschicht beigemischten Metall-Komplex. Damit konzentriert sich die Bildung der Gleitschicht auf die Oberfläche der Metallschicht, die vorzugsweise aus Aluminium besteht.

[0015] Diese Vorgänge sollen nunmehr noch im einzelnen in ihrer allgemeinsten Form betrachtet werden.

[0016] Dabei ist folgendes wichtig:

Diese Reaktion wird noch durch die Tautomerie mit dem -stabilisierenden Resonanz-Effekt und durch die Wasserstoff-Brücken begünstigt. Die treibende Kraft der Reaktion zur Seifenbildung ist nämlich das Bestreben der Metallsalze der Diketone, ein Wasserstoffatom gegen das Metall auszutauschen, um die stabile Enolform zu erreichen.

[0017] Das soll am Beispiel des Na-Acetylacetonats erläutert werden:

Acetylaceton steht mit seiner tautomeren Form in folgendem Gleichgewicht:

[0018] Bei der Verbindung mit Natrium sind beide Stabilisierungseffekte aufgehoben:

[0019] Tatsächlich sind die Alkalisalze von Acetylaceton am wenigsten stabil, wobei sich die Stabilität in dieser Reihenfolge erhöht:

[0020] Na, K, Ca, Ba, Mg, Al, Cu, Mn, Cr, ... Rh andere Schwermetalle wie Co, Zn, Fe, Pb und Mo, V, Zr, Ti.

[0021] Die zweiwertigen Schwermetalle bilden Chelate, die weitaus stabiler sind:

wobei die Pfeile eine kovalente Bindung darstellen.

[0022] Die Metallsalze des Acetylacetons (2,4 - Pentandions) sind bezüglich einer optimalen Reaktion für die Seifenbildung nicht die besten. Die Wahl des Metalls und der _Enolverbindung ist von dem Herstellungsverfahren des Papiers abhängig und richtet sich nach folgenden Kriterien:

[0023] 1. Je höher die Tautomeriekonstante

desto stabiler der Metallkomplex.

[0024] Beispielsweise hat das Acetessigester

ein K_T = 6 . 10^-2, woraus folgt, daß nur 7 % dieser Enolform bei Zimmertemperatur vorliegen.

[0025] Hingegen hat das Acetylaceton ein K_T = 3,6, was 82 % des Enols und 12 % des β-Diketons ergibt.

[0026] Würde man also eine Al-Seife auf dem Al-Papier erzeugen wollen, wäre das Al-Acetessigester ein weniger stabiler Komplex als das Al-Acetylacetonat. Je niedriger die Stabilität des Metallkomplexes liegt, um so schneller erfolgt die Seifenbildung und umso mehr verschiebt sich das Reaktionsgleichgewicht zur rechten Seite der Reaktionsgleichung hin.

[0027] f Wegen der niedrigeren Stabilität des Al-Acetessigesters dürfte also diese Verbindung grundsätzlich bessere Ergebnisse liefern.

[0028] Möchte man jedoch aus technischen Gründen das Acetylaceton verwenden, so sollte ein Metall gewählt werden, das einen weniger stabilen Komplex liefert, d.h., ein Metall, das links vom Al in der oben erwähnten Stabilitätsreihe steht.

[0029] 2. Die Bildung der Metallseife verläuft nach folgender Reaktion:

wobei R_Fettsäure außer ölsäure, Steanrinsäure etc. auch die eingangs erwähnte dimere und trimere ungesättige Fettsäure sein kann und

R₁ und R₂ eine aliphatische Kette, ein Benzolring, ein zyklischer Ring oder ein Ester-Rest sein kann.

[0030] Diese Reaktionsgleichung wird abgekürzt dargestellt als:

[0031] Das thermodynamische Gleichgewicht dieser Reaktion hängt von der Größe der Gleichgewichtskonstante K ab:

[0032] Auch im Falle eines sehr niedrigen Wertes von K läßt sich das Reaktionsgleichgewicht weiter nach rechts verschieben, indem die Komponente D, d.h., die freie Enolverbindung aus der Reaktionszone (Trennfläche zwischen Al-Vorderseite und Papierrückseite) verschwindet und dadurch eine weitere Metallseifenbildung erzwungen wird. Dies erreicht man durch hohe Ausdiffusion bzw. hohe Flüchtigkeit dieser Komponente.

[0033] Es wird also eine höhere Ausbeute an Metallseife im Falle eines Metallkomplexes mit einem symmetrischen Diketon wie 3,5-Heptandion (Dipropionylmethan) und seinem Siedepunkt von 47 C zu erwarten sein, als mit einem unsymmetrischen wie 2,4-Heptandion, 83,6 % Enolform, mit seinem Siedepunkt von 174°C:

[0034] Die nachfolgende Tabelle soll einige weitere geeignete Ende als Entscheidungshilfe für die Wahl des MetallKomplexes wiedergeben:

[0035] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn man Ca-Acetylacetonat (Schmelzpunkt 175°C) und oligomere Fettsäuren verwendet. Beide sind handelsüblich und in einer Reinheit von mindestens 99 % erhältlich.

[0036] Dieses Verfahren hat die folgenden Vorteile:

1. Metallsalze der ß-Diketone sind quellbar bis löslich in organischen Lösungsmitteln und darin genügend stabil.

2. Im Gegensatz zu vielen metallorganischen Verbindungen sind die Metallsalze der Keto-Enole nicht selbstentzündlich und schwer entflammbar.

3. Die Reaktionszeit bzw. Bildungsdauer der Metallseifen läßt sich steuern durch geeignete Wahl des Enols und evtl. des Metalls, wodurch technische Erfordernisse optimal erfüllt werden können. Allerdings kann nur ein solches Metall verwendet werden, das eine gute Seife ergibt: Ca, Ba, Al, Na, etc.

4. Die Reaktionszone läßt sich im wesentlichen auf die Oberfläche der Trennfläche zwischen dem aufgedampften Al und der Rückseitenlackierung beschränken.

5. Es können ziemlich dicke und kompakte Seifenschichten erzeugt werden, so daß der Gleiteffekt auf der Al-Oberfläche wesentlich verstärkt wird, nicht zuletzt deshalb, weil es möglich ist, die oligomeren Seifen nachzupolymerisieren. Dies läßt sich durch die Zugabe einer Manganseife in Form von Palmitat oder Stearat zum Rückseitenlack in einer Menge von 0,1 bis 0,5 % der Naßlackmischung erreichen. Die Mn-Seife wirkt hier als Vernetzungs- oder Polymerisations-Katalysator. GE 983 002

Ansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen einer hinreichend dicken Gleitschicht auf der Oberfläche einer über einer Trägerschicht und einer Lackschicht liegenden Aluminiumschicht eines Aufzeichnungsträgers, dessen Rückseite ebenfalls mit einer Lackschicht überzogen ist, bei welchem mindestens einer der beiden Lackschichten eine Fettsäure oder ein Gemisch von Fettsäuren beigemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß einer Lackschicht 0,1 bis ca. 3 Gew.%, bezogen auf den nassen Lack_jeines Metall-Diketons oder eines Metall-Keto-Esters etwa im stöchiometrischen Verhältnis zur Fettsäure bzw. dem Gemisch von Fettsäuren beigemischt wird, wobei die Wasserstoff-Form des Metallkomplexes eine deutliche Keto-Enol-Tautomerie aufweist und daß dann nach dem Beschichten des Materials mit Aluminium im Vakuum das Aufzeichnungsträgermaterial zur Rolle aufgewickelt und gelagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fettsäure eine oligomere Fettsäure verwendet wird, die zu 80 bis 90 % aus Dimer, der Rest aus Trimer und Tetramer besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oligomere Fettsäure dem Vorderseitenlack und das Metall-Diketon dem Rückseitenlack beigemischt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als oligomere Fettsäure das Dimer und das Trimer der Linolsäure bzw. der Octadecadiensäure und als Metallkomplex das Calcium-Acetylacetonat verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nassen Lackmischung 0,1 bis 0,5 % einer Manganseife in Form von _Palmi- tat oder Stearat beigemischt wird.

Zeichnung