Wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial

Abstract

 Um bei einem wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterial eine Farbreaktion während der Produktionsphase des Materials, insbe­sondere bei der Trocknung, zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß von mehreren, zusammen ein bei Wärmeeinwirkung eine Farb­veränderung zeigendes Gemisch ergebenden Komponenten zumindest eine in gebrochenen Mikrokapseln zusammen mit den anderen Ge­mischkomponenten auf einem Träger des Aufzeichnungsmaterials vorliegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein wärmeempfindliches Aufzeichnungsma­terial, insbesondere ein durch Wärmeeinwirkung lokal verfärb­bares Papier, wie es in sogenannten Thermodruckern als Druckpa­pier zum Einsatz kommt, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Aufzeichnungsmaterials.

[0002] Stand der Technik ist bisher, daß ein Farbstoffvorläufer in Ku­gel- oder Perlmühlen fein vermahlen und gemeinsam mit Pigmen­ten, einem Bindemittel und einer Farbentwicklersubstanz ver­mischt wird. Die chemische Reaktion der Farbentwicklersubstanz mit dem Farbstoffvorläufer bildet dann in nennenswertem Umfang erst bei einer Temperaturerhöhung den eigentlichen Farbstoff, der dann beim Druckverfahren als kontrastierende Schreibspur auf dem Aufzeichnungsmaterial sichtbar wird.

[0003] Die bisherige Art der Herstellung des Aufzeichnungsmaterials hat folgende Nachteile:

1. Man benötigt einen sehr hohen Farbstoffvorläuferanteil, da der Farbstoffvorläufer "trocken" in der Beschichtung liegt, so daß die Reaktion im wesentlichen als eine Fest­körperreaktion abläuft.

2. Die Mischungen reagieren schon bei relativ kleinen Tempe­raturerhöhungen zumindest langsam und verändern so die Ei­genschaften der Beschichtungsmasse.

3. Beim Beschichten und dem anschließenden Trocknen darf nie die eigentliche Reaktionstemperatur, die beispielsweise bei 60° C liegt, überschritten werden, da sonst eine Ver­färbung des gesamten Papiers sofort erfolgt.

[0004] Dies führt dazu, daß die Beschichtungsmaschine für die Herstel­lung des Aufzeichnungsmaterials einen hohen technischen Aufwand in bezug auf Leistung und Temperaturkontrolle aufweisen muß. Insbesondere ist der Trocknungsprozeß des wärmeempfindlichen Aufzeichnungsmaterials sehr schwierig, da bei relativ kleinen Temperaturen mit großem Luftumsatz die Trocknung durchgeführt werden muß.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, die eine Farbreaktion eingehenden Komponenten so auf das Trägermaterial aufzubringen, daß mit konventionellen Beschichtungsmaschinen gearbeitet werden und eine besondere Temperaturkontrolle beim Trocknungsprozeß entfallen kann.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von meh­reren, zusammen ein bei Wärmeeinwirkung eine Farbveränderung zeigendes Gemisch ergebenden Komponenten zumindest eine in ge­brochenen Mikrokapseln zusammen mit den anderen Gemischkompo­nenten auf einem Träger des Aufzeichnungsmaterials vorliegt.

[0007] Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine der die Farbreaktion hervorrufenden Komponenten in einer Mikrokapsel in dem Gemisch vorzulegen, wobei die Kapselwandung den Farbstoff­vorläufer und die Farbstoffentwicklersubstanz trennt und so eine Reaktion auch bei höheren Temperaturen sicher verhindert. Damit können Beschichtung und Trocknung in weiten Temperaturbe­reichen erfolgen, so daß herkömmliche Beschichtungsmaschinen, wie sie von der Beschichtung von Selbstdurchschreibepapieren beispielsweise bekannt sind, in gleicher Weise auch für die Herstellung von Thermopapieren verwendet werden können. Die so hergestellten Aufzeichnungsmaterialien müssen lediglich noch einem Folgeschritt unterzogen werden, bei dem nach erfolgter Abkühlung des Aufzeichnungsmaterials die Kapseln gezielt gebro­chen werden, so daß der Farbstoffvorläufer und die Entwickler­substanz miteinander in Kontakt kommen und bei einer Tempera­turerhöhung die Farbreaktion eingehen können.

[0008] Der große Vorteil bei diesem Aufzeichnungsmaterial bzw. bei dessen Herstellungsverfahren liegt darin, daß mit üblichen Be­schichtungsverfahren, unabhängig von den Trocknungstempera­turen, die entsprechenden Beschichtungen kostengünstig herge­stellt werden können und die Probleme der Reaktionen zwischen Farbstoffvorläufer und Farbentwickler in der Beschichtungsmasse ausgeschlossen sind.

[0009] Zudem liegt im Endprodukt der Farbstoffvorläufer fein verteilt, gegebenenfalls mit einem entsprechenden Lösungsmittel, in voll aktiver Form vor. Damit läßt sich eine optimale Farbausbeute der in der Regel sehr teuren Farbstoffvorläufer erzielen.

[0010] Vorzugsweise wird die in den Mikrokapseln enthaltene Komponente in einem, zumindest bei der Wärmeeinwirkung, flüssig vorliegen­den Medium enthalten sein. Hierbei steht dann für die eigentli­che Farbreaktion ein Lösungsmittel zur Verfügung, so daß die Farbreaktion keine Festkörperreaktion mehr ist, sondern eine Reaktion in Lösung, die wesentlich schneller und damit mit größerer Ausbeute ablaufen kann und/oder eine geringere Akti­vierungsenergie benötigt.

[0011] Vorzugsweise wird der Farbstoffvorläufer in die Mikrokapseln eingebracht, weil sich hierdurch der Anteil des Farbstoffvor­läufers reduzieren läßt, ohne daß die Farbentwicklung bei sonst unveränderten Bedingungen geringer ausfällt.

[0012] Die Wärmeempfindlichkeit des Papiers, das heißt die beim Be­drucken des Papiers erforderliche Reaktionstemperatur, läßt sich durch die Auswahl des Mediums, in dem der Farbstoffvorläu­fer in den Kapseln vorgelegt wird, beeinflussen. Bevorzugte Me­dien enthalten als relativ viskoses Lösungs- oder Trägermittel Vaseline.

[0013] In Kombination hiermit oder alternativ hierzu ist auch die Ver­wendung von auf der Basis von Rohmontanwachs gewonnenen Wachsen möglich. Besonders bevorzugte Wachse dieses Typs sind Ester- und/oder Säurewachse.

[0014] Über die Säure- und die Verseifungszahl läßt sich bei diesen Wachsen ihr Lösevermögen für den Farbstoffvorläufer beeinflus­sen, so daß beispielsweise in den Kapseln eine feste Lösung des Farbstoffvorläufers bereitgehalten werden kann.

[0015] Die Schmelzpunkte dieser Wachse liegen dann auch so niedrig, daß sie zumindest in Kombination mit weiteren Lösungsmittel­komponenten bei den üblichen Aufzeichnungstemperaturen von Thermodruckern eine ausreichend niedrige Viskosität aufweisen, um zu guten Farbreaktionsausbeuten zu führen.

[0016] Die Entwicklersubstanz, die üblicherweise in dem Gemisch außer­halb der Mikrokapseln vorgelegt wird, richtet sich nach dem Typ des Farbstoffvorläufers.

[0017] Häufig vorkommende Entwickler-/Farbstoffvorläuferkombinationen enthalten auf seiten der Entwicklersubstanz Phenolgruppen.

[0018] Eine der die bevorzugten Phenolgruppen enthaltenden Entwickler­substanzen ist Bisphenol A. Mit dieser Entwicklersubstanz ist eine sehr niedrige Aufzeichnungstemperatur, das heißt eine sehr niedrige Reaktionstemperatur, für die Farbstoffentwicklung er­zielbar. Allerdings ergeben sich hieraus Probleme, wie zum Bei­spiel die Bildung von Grauschleiern auf dem Papier, die auf eine schleichende Farbentwicklungsreaktion bereits bei Raumtem­peratur, das heißt der üblichen Lagertemperatur für die Auf­zeichnungsmaterialien, zurückzuführen ist.

[0019] Daneben können für dieselben Farbstoffvorläufer anstelle der phenolischen Entwicklersubstanzen sogenannte Säurekatalysatoren eingesetzt werden, bei denen die Säurefunktion bei der Lager­temperatur des Papiers, das heißt bei Raumtemperatur, blockiert ist und welche erst bei Wärmeeinwirkung eine aktive Säurefunk­tion bildet. Problematisch bei diesen Entwicklersubstanzen ist die relativ hohe Temperatur, die erforderlich ist, um die Säu­refunktionen freizusetzen.

[0020] Abgeholfen werden kann den hohen Aktivierungstemperaturen durch den Zusatz von Sulfonamiden in dem Beschichtungsgemisch, die eine deutliche Herabsetzung der Reaktionstemperatur insbeson­dere bei den Entwicklersubstanzen mit blockierter Säurefunktion erlauben.

[0021] Dem Problem der schleichenden Farbreaktion kann durch eine Zu­gabe von Polyvinylalkoholen zu dem Gemisch als weitere Kompo­nente abgeholfen werden. Hier erhält man selbst im Falle der Verwendung von höchst aktiven und nur niedrige Temperaturen er­fordernden Entwicklersubstanzen ein bei Raumtemperatur stabiles Aufzeichnungsmaterial, welches sich ohne Bildung von Grau­schleiern für längere Zeiten auf Vorrat lagern läßt.

[0022] Ein ganz anderes Farbbildnersystem sind farbige Metallchelat­komplexe, wobei als Farbstoffvorläufer ein Metallsalz und als Entwicklersubstanz die Chelatbildner angesehen werden können. Da bei diesen Systemen wirtschaftliche Überlegungen, wie sie bei den Farbstoffvorläufern angestellt wurden, entfallen, - keine der Komponenten ist besonders teuer -, kann entweder das Metallsalz oder aber der Chelatbildner verkapselt auf das Pa­pier aufgebracht werden.

[0023] Eines der bevorzugten Metallsalze ist die Zink-Hydroxysäure, die in sehr guter Ausbeute mit den geeigneten Chelatbildnern Farbreaktionen eingeht.

[0024] Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die Aufzeich­nungsmaterialien dadurch erhalten, daß von mehreren, zusammen ein bei Wärmeeinwirkung eine Farbveränderung zeigendes Gemisch ergebenden Komponenten mindestens eine in Mikrokapseln einge­kapselt wird, daß ein Träger des Aufzeichnungsmaterials mit dem Gemisch beschichtet wird, und daß dann die Mikrokapseln aufge­brochen werden. Zum Aufbrechen der Mikrokapseln eignet sich insbesondere ein Kalander oder ein Klettwerk.

[0025] Bei den zuvor beschriebenen Farbstoffvorläufer-/Entwickler­systemen wird bevorzugt der Farbstoffvorläufer in Mikrokapseln verkapselt, die Kapseln werden gemeinsam mit Pigmenten und Bin­demitteln vermischt und der so erhaltenen Mischung werden Ent­ wicklersubstanzen zugegeben, die bei einer Temperaturerhöhung die Fähigkeit besitzen, den Farbstoffvorläufer in seine Farb­form zu überführen. Nach erfolgter Beschichtung sowie gege­benenfalls einer Trocknung und Abkühlung des Trägers des Auf­zeichnungsmaterials, der insbesondere durch Papier gebildet wird, werden die Mikrokapseln gezielt zerbrochen. Da erst durch das Zerbrechen der Kapseln ein voll gebrauchsfähiges Aufzeich­nungsmaterial erhalten wird und bei intakten Mikrokapselwan­dungen die Farbreaktion nicht stattfinden kann, läßt sich das Aufzeichnungsmaterial vor dem letzten Verfahrensschritt be­schichten wie jedes andere Papier auch, insbesondere wie Selbstdurchschreibepapiere, ohne daß eine vorzeitige Farbstoff­reaktion befürchtet werden muß. Dies erspart bei der Herstel­lung besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Temperaturkontrolle während der Beschichtung und Trocknung der Trägermaterialien.

[0026] Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung und anhand der Beispiele noch näher erläu­tert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Träger mit einer Beschichtung mit intakten Mikrokapseln
und

Fig. 2 ein gebrauchsfertiges Aufzeichnungsmaterial.

[0027] In Fig. 1 ist schematisch ein Schnitt durch ein erfindungsge­mäßes Aufzeichnungsmaterial gezeigt, wobei allerdings die zwi­schen den einzelnen Gemischkomponenten vorhandenen Bindemittel nicht gezeigt sind.

[0028] Der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Träger 10 wird häufig eine Papierschicht sein.

[0029] Auf dieser Papierschicht sind aufs Ganze gesehen regelmäßig verteilt die Komponenten des Beschichtungsgemisches angeordnet, die als wesentliche Bestandteile Mikrokapseln 12, Entwickler­substanzen 14 und Pigmente 16 enthalten. Die Kapseln bestehen aus einer Kapselwandung 18, die beispielsweise aus Melaminhar­zen gebildet ist, und welche das sogenannte Kernmedium oder Kernlösungsmittel 20 umschließt, in dem der Farbstoffvorläufer vorzugsweise gelöst vorliegt.

[0030] Die einzelnen Komponenten des Gemisches, nämlich die Mikrokap­seln 12, die Entwicklerteilchen 14 sowie die Pigmentpartikel 16 werden auf dem Träger 10 durch ein Bindemittel (nicht darge­stellt) gehalten.

[0031] Nach dem Aufbringen der Beschichtung wird die Papierlage in üblicher Form getrocknet, wobei hier Trocknungstemperaturen zu­lässig sind, die über dem Temperaturwert liegen, der bei der Verwendung des Aufzeichnungsmaterials den Schreibeffekt bzw. die Farbentwicklung auslöst.

[0032] Nachdem das Produkt abgekühlt wurde, werden die Mikrokapseln gezielt zerstört und aufgebrochen, beispielsweise durch Ka­landrieren, und das dann erhaltene Papiermaterial ist in Fig. 2 in der Schnittansicht schematisch dargestellt. Das in der Regel viskos bis fest vorliegende Kernlösungsmittel enthält nach wie vor den Farbstoffvorläufer in gelöster Form, während die Ent­wicklerteilchen 14 in direktem Kontakt mit den Kernlösungsmit­telbereichen stehen können. Eine Reaktion findet bei Raumtempe­ratur zunächst nicht statt, da als Kernlösungsmittel zum einen ein relativ hoch viskoses bis festes Medium gewählt werden kann und da die Farbreaktion selbst eine gewisse Aktivierungstem­peratur benötigt.

[0033] Da die Entwicklersubstanzen in der Regel relativ kostengünstig sind, werden diese in großer Zahl fein verteilt in dem Gemisch vorgelegt und der die Farbentwicklung limitierende Vorgang ist dann lediglich die Diffussion des Farbstoffes in dem Kernlö­sungsmittel zu den Entwicklersubstanzen hin.

[0034] Da der Farbstoff gemäß der Erfindung in dem Kernlösungsmittel fein verteilt oder gelöst vorliegt, kann hier mit wesentlich geringeren Farbstoffvorläufermengen gearbeitet werden als nach dem Stand der Technik, bei dem lediglich eine Feststoff-Fest­stoff-Reaktion für die Farbentwicklung nutzbar ist.

[0035] Im folgenden wird ein Beispiel angegeben, das anhand von typi­schen Farbstoffvorläufer-/Entwicklersubstanzen die Herstellung von Thermopapier gemäß der Erfindung zeigt.

Beispiel

Lösung A

[0036] In 50 Teilen Wasser werden 5 Teile Calciumcarbonat durch star­kes Aufrühren aufgeschlämmt. Nach Zugabe von 10 Teilen Styrol­butadienlatex werden 20 Teile Mikrokapseldispersion BASF-Mikro­nal S40 (Melaminharzkapsel) 40 %ig zugegeben und durch sanftes Rühren gut miteinander vermischt.

Lösung B

[0037] 2 Teile eines nichtionogen-blockierten Säurekatalysators Vestu­rit-Katalysator 1203 (Firma Hüls) 50 %ig in einem organischen Lösungsmittel werden mit 10 Teilen Wasser und 0,5 Teilen Luten­sol (Emulgator) durch einen Homogenisator zu einer Emulsion ge­mischt.

[0038] Die Lösungen A und B werden miteinander unter Rühren vermischt. Man erhält eine beständige Beschichtelösung. Mit dieser Mi­schung wird ein Papier mit einem Flächengewicht von 50 g/m² mit einer Streichrakel beschichtet. Das Beschichtungsgewicht be­trägt 8 g/m² trocken. Nach der Trocknung bei 90^o C im Umluft­ofen wird dieses Papier durch Kalandrierung behandelt. Bei die­sem Vorgang muß sichergestellt sein, daß die Kapseln zerstört werden.

Ansprüche

1. Wärmeempfindliches Aufzeichnungsmaterial,
dadurch gekennzeichnet, daß von mehreren, zusammen ein bei Wärmeeinwirkung eine Farbveränderung zei­gendes Gemisch ergebenden Komponenten zumindest eine in gebrochenen Mikrokapseln zusammen mit den anderen Gemisch­komponenten auf einem Träger des Aufzeichnungsmaterials vorliegt.

2. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die in den Mikrokapseln vorliegende Kompo­nente in einem, zumindest bei Wärmeeinwirkung, flüssig vorliegenden Medium enthalten ist.

3. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß eine in den Mikrokapseln vorliegende Kompo­nente ein Farbstoffvorläufer ist.

4. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Medium Vaseline enthält.

5. Aufzeichnungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprü­che 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium auf der Basis von Rohmontanwachs gewonnene Wachse umfaßt.

6. Aufzeichnungsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Wachse Ester- und/oder Säurewachse sind.

7. Aufzeichnungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprü­che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Kompo­nenten des Gemisches eine Phenolgruppen enthaltende Ent­wicklersubstanz enthält.

8. Aufzeichnungsmaterial nach einem oder mehreren der Ansprü­che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwickler­substanz eine blockierte Säurefunktion umfaßt, welche bei Wärmeeinwirkung aktivierbar ist.

9. Aufzeichnungsmaterial nach einem oder mehreren der voran­stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Komponenten des Gemisches ein Sulfonamid ist.

10. Aufzeichnungsmaterial nach einem oder mehreren der voran­stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­misch einen Polyvinylalkohol als Komponente enthält.

11. Aufzeichnungsmaterial nach einem oder mehreren der voran­stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Farbveränderung ergebenden Komponenten Zink-Hydroxysäure und Chelatbildner umfassen.

12. Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Aufzei­chnungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß von mehre­ren, zusammen ein bei Wärmeeinwirkung eine Farbveränderung zeigendes Gemisch ergebenden Komponenten mindestens eine in Mikrokapseln eingekapselt wird, daß ein Träger des Auf­zeichnungsmaterials mit dem Gemisch beschichtet wird, und daß dann die Mikrokapseln aufgebrochen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokapseln in einem Kalander oder einem Klettwerk aufgebrochen werden.

14. Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Aufzei­chnungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß ein Farb­stoffvorläufer in Mikrokapseln verkapselt wird, daß diese Kapseln gemeinsam mit Pigmenten und Bindemitteln vermischt werden, daß der so erhaltenen Mischung Entwicklersubstan­zen zugegeben werden, die bei einer Temperaturerhöhung die Fähigkeit besitzen, den Farbstoffvorläufer in seine Farb­form zu überführen, und daß nach erfolgter Beschichtung sowie gegebenenfalls Trocknung und Abkühlung eines Trägers des Aufzeichnungsmaterials, insbesondere von Papier, die Mikrokapseln gezielt zerbrochen werden.

Zeichnung