Bildträgermaterial für elektrofotografische Verfahren

Beschreibung

[0001] Die Erfindung beschreibt ein Bildträgermaterial für elektrofotografische Verfahren.

[0002] Elektrofotografische Verfahren erzeugen von einer Vorlage auf einem Halbleitermaterial ein latentes elektrostatisches Bild, das mittels Tonern sichtbar gemacht bzw. entwickelt wird. Das Endprodukt kann entweder das Halbleitermaterial selbst sein (z.B. Zinkoxid-Papier) oder ein Bildträgermaterial, auf das das Tonerbild von dem Halbleitermaterial (z.B. Selen-Trommel) übertragen wird. Das letztere Verfahren ist heute als Kopierverfahren in allen Bürokomplexen Stand der Technik.

[0003] In den letzten Jahren haben sich immer mehr sogenannte Farbkopierer durchgesetzt, die nach dem gleichen Verfahren, aber mit farbigen Tonern, arbeiten.

[0004] Während mit den üblichen Bürokopierern vorwiegend Texte vervielfältigt werden, für die preiswertes Trägermaterial (z.B. "plain paper") ausreichend ist, werden mit den Farbkopierern vorwiegend Bilder vervielfältigt, für die höherwertige Bildträgermaterialien fordert werden.

[0005] Die US 51 12 717-Patentschrift beschreibt ein Bildträgermaterial elektrofotografische Farbverfahren, in dessen Oberfläche nach der Tonerbebilderung eine Textur eingeprägt wird, um dem Bild eine dem Fotopapier ähnliche Oberfläche zu vermitteln. Das Bildträgermaterial besteht aus einem Kern- oder Basispapier mit einer Vorderseiten- und einer Rückseitenbeschichtung, die beide aus Kunststoffen bestehen. Die Vorderseitenbeschichtung ist vorzugsweise Polystyrol, die Rückseitenbeschichtung ist vorzugsweise Polyolefin. Das Bildträgermaterial dieser Patentschrift besitzt auf beiden Seiten reine Kunststoffschichten und kann dem Endverbraucher nicht das Empfinden vermitteln, das ihm ein Fotopapier vermittelt. Es fehlen ihm auch Eigenschaften wie hohe Weiße, Antistatik, Beschreibbarkeit der Rückseite.

[0006] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Bildträgermaterial für elektrofotografische Verfahren zur Verfügung zu stellen, das den Charakter eines Fotopapiers hat und das eine Bildqualität liefert, die der eines Fotos nahekommt.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Bildträgermaterial, das mindestens aus folgenden Schichten besteht:

1. Empfangsschicht für das Tonerbild

2. Kunststoffschicht aus Thermoplasten

3. Basispapier als Kernmaterial

4. Kunststoffschicht aus Thermoplasten

5. Antistatikschicht

[0008] Als Basispapier kann grundsätzlich jedes Papier verwendet werden, das aus gebleichter Cellulose hergestellt wurde.

[0009] Die Basispapiere können Weißpigmente wie Titandioxid oder Calciumcarbonat enthalten, sie können neutral oder alkalisch z.B. mittels reaktiven Leimungsmitteln wie Alkylketendimern oder Derivaten des Dialkylbernsteinsäureanhydrids geleimt sein, sie können sauer geleimt sein, z.B. mit Harzleim (Kopophonium-Harzleim) und Aluminiumsulfat, sie können naßfest ausgerüstet sein, z.B. mit Melamin-Formaldehydharzen oder Polyamidaminepichlorhydrinharzen, und/oder sie können zusätzliche Leimpressenbeschichtungen tragen. Die beidseitig oder einseitig mittels Leimpressen in der Papiermaschine aufgetragenen Beschichtungen dienen beispielsweise der weiteren Verfestigung des Fasergefüges oder geben den Papieroberflächen Eigenschaftsverbesserungen wie höhere Helligkeit durch Zusatz von z.B. optischen Aufhellern oder Antistatik durch Zusatz von z.B. Alkalisalzen oder verbesserte Haftung von später aufzutragenden Schichten. Haftungsverbessernde oder gefügeverfestigende Zusätze sind Polymere wie Stärke, Cellulose-Derivate, Alginate, Polyvinylalkohol, Polyacrylatdispersionen, wasserlösliche Polyacrylsäuren, Styrol-Copolymere und ähnliche Verbindungen. Alle genannten qualitätsverbessernden Zusätze zum Papier sind für die erfindungsgemäße Verwendung jedoch nicht zwingend erforderlich.

[0010] Das oben beschriebene Basispapier ist auf beiden Seiten mit thermoplastischen Kunststoffschichten versehen. Diese Thermoplasten, die vorzugsweise durch eine Schmelzextrusionsbeschichtung aufgetragen werden, sind vorzugsweise Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen oder Olefin-Copolymere, z.B. aufgebaut aus Ethylen mit anderen α-Olefinen oder mit Vinylacetat oder mit (Meth)acrylsäureestern.

[0011] Unter Polyethylen wird LDPE (Polyethylen niedriger Dichte), HDPE (Polyethylen hoher Dichte) und LLDPE (lineares Polyethylen niedriger Dichte) verstanden. Als erfindungsgemäße Thermoplaste sind jedoch auch Polystyrol, Polycarbonat, Polyvinyl- und Polyacrylverbindungen und Polyurethane geeignet.

[0012] Das Auftragsgewicht der Kunststoffbeschichtungen ist auf beiden Seiten des Basispapiers annähernd gleich, wenn auch die Thermoplaste gleich sind. Das garantiert eine gute Planlage des Endproduktes. Bei unterschiedlichen Thermoplasten auf Vorder- und Rückseite müssen die unterschiedlichen Zugspannungen durch angepaßtes unterschiedliches Auftragsgewicht ausgeglichen werden.

[0013] Während die rückseitig aufgebrachte Kunststoffschicht als solche den Ansprüchen genügt, ist die Kunststoffschicht auf der Vorderseite auf gute optische Eigenschaften eingestellt, d.h. sie hat eine hohe Lichtreflexion, hohe Helligkeit und hohe Weiße. Sie kann auch durch Zusatz von Nuancierfarbstoffen ästhetischen oder modischen Farbwünschen angepaßt sein. Hohe Lichtreflexion und hohe Helligkeit werden durch Zumischung von Weißpigmenten, vorzugsweise durch Titandioxid, und optischen Aufhellern erreicht. Die Menge an Weißpigmenten liegt aus verarbeitungstechnischen Gründen üblicherweise zwischen 10 Gew.% und 25 Gew.%, sie kann aber bis zu 50 Gew.% erreichen.

[0014] Die Empfangsschicht auf der Vorderseite, die sich auf der Kunststoffschicht befindet, enthält als wesentliche Komponente ein Polymer, das eine gute Haftung des zu übertragenden Tonerbildes gewährleistet. Untersuchungen haben ergeben, daß Polymere mit einer Grenzflächenspannung von > 32 mN/m und einer Filmbildungstemperatur nach DIN 53787 von < 100° C besonders gut geeignet sind. Solche Polymere sind Polystyrole, Polyacrylate, Polyalkylmethacrylate, Ionomere, Polyvinylidenchloride, Celluloseester und Copolymere aus zwei oder mehreren der Monomere Butadien, Styrol, Acrylnitril, Acrylester, Alkylacrylester.

[0015] Zusätzlich können die Empfangsschichten vorteilhaft als Antihaftmittel feinteilige Kieselsäuren wie kollidale aluminiummodifizierte Kieselsäure enthalten oder Nuancierfarbstoffe, optische Aufheller oder Netzmittel oder Entschäumer. Für die Funktionsfähigkeit des Bildträgermaterials sind diese Zusätze aber nicht erforderlich.

[0016] Die Antistatikschicht auf der Rückseite, die sich auf der Kunststoffschicht befindet, enthält in einem Bindemittel als Antistatikum anorganische Salze, vorzugsweise Alkalisalze oder organische Sulfonsäuren oder Carbonsäuren oder deren Alkalisalze oder Metalloxide. Die antistatische Wirkung soll, gemessen als Oberflächenwiderstand der Schicht, Werte zwischen 10⁹ Ω/cm und 10¹³ Ω/cm besitzen. Zusätzlich kann dieser Antistatikschicht durch Auswahl der Bindemittel und durch weitere Zusatzstoffe eine gute Bedruckbarkeit und Beschreibbarkeit verliehen werden. Für die Bedruckbarkeit mit nichtwäßrigen bzw. unpolaren Druckfarben muß das Bindemittel ebenfalls hydrophoben Charakter aufweisen; es kommen Copolymere aus zwei oder mehreren der Monomere aus Butadien, Styrol, Acrylnitril, Acrylsäureester und Vinylacetat infrage. Für eine Beschreibbarkeit mit Bleistiften werden Kieselsäuren zugesetzt, die den notwendigen Abrieb geben.

[0017] Als Auftragsaggregate für die Empfangsschichten und Antistatikschichten eignen sich alle üblichen Systeme, die über Schöpfwalzen, Rasterwalzen oder Düsen die Beschichtungsmasse direkt oder indirekt an das zu beschichtende Material antragen und es mit Rakeln, Schaber oder Luftbürsten dosieren.

[0018] Die einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Bildträgermaterials haben folgende Flächengewichtsbereiche:

1	Empfangsschicht	0,1 g/m² bis 1 g/m²
2	Kunststoffschicht	10 g/m² bis 50 g/m²
3	Basispapier	60 g/m² bis 200 g/m²
4	Kunststoffschicht	10 g/m² bis 50 g/m²
5	Antistatikschicht	0,05 g/m² bis 2 g/m²

[0019] Durch den Aufbau des erfindungsgemäßen Bildträgermaterials werden folgende Eigenschaften erreicht bzw. verbessert:

[0020] Die Empfangsschicht zur Aufnahme des Tonerbildes vom Halbleitermaterial besitzt eine gute Temperaturbeständigkeit und hohe Toneraufnahmefähigkeit, so daß auf dem Halbleitermaterial nur noch wenig Resttoner verbleibt. Nach der Fixierung wird eine sehr gute Tonerhaftung erreicht.

[0021] Die Kunststoffschicht auf der Vorderseite gibt dem späteren Bild eine gute Untergrundweiße und Helligkeit. Sie ebnet die Ungleichmäßigkeiten der Oberfläche des Basispapieres ein und gibt der gesamten Vorderseitenbeschichtung eine gewisse Kompressibilität. Dadurch wird ein verbesserter vollständigerer Kontakt zwischen Transferpapier und Tonerbild auf dem Halbleitermaterial erreicht, wodurch die Tonerübertragung vollständiger ist, keine Fehlstellen (missing dots) im Bild auftreten und die Bildschärfe verbessert ist.

[0022] Das Basispapier ist das generelle Trägermaterial des Bildträgermaterials, es gibt die notwendige Festigkeit und Steifigkeit.

[0023] Die Kunststoffschicht auf der Rückseite gibt dem Verbund eine sehr gute Planlage und dichtet das poröse Basispapier ab, so daß im Kopiergerät zwischen Tonerübertragung und Tonerfixierung das an die Papierführungsstation angelegte Vakuum voll wirksam bleibt und dadurch eine exakte Papierführung, eine optimale Planhaltung des Papiers und ein inniger Kontakt zwischen Bildträgermaterial und Vorheizplatten bzw. Heizwalze garantiert wird.
In Verbindung mit der Kunststoffschicht auf der Vorderseite wird das Basispapier beidseitig abgedichtet. Dadurch bleibt der Feuchtigkeitsgehalt des Basispapiers relativ konstant, auch bei stark schwankender Umgebungsfeuchte. Die Papierfeuchte eines nicht mit Kunststoffen beschichteten Papieres hat einen sehr großen Einfluß auf den elektrischen Oberflächen- und Durchgangswiderstand dieses Papieres, so daß bei schwankender Umgebungsfeuchte auch schwankende Qualität in der Bildübertragung auftreten würde.

[0024] Die Antistatikschicht auf der Rückseite verbessert die Stapelfähigkeit des Bildträgermaterials,d.h. das Abnehmen einzelner Papierbogen von einem Stapel und das Auflegen einzelner Papierbogen aufeinander geschieht störungsfrei, weil eine elektrostatische Aufladung vermieden wird. Die antistatische Ausrüstung der Rückseite des Bildträgermaterials darf jedoch nicht zu ausgeprägt sein, da sie sonst Einfluß auf die Tonerübertragung und Tonerhaftung auf der Vorderseite nehmen würde.
Durch die zusätzlich einstellbare Bedruck- und Beschreibbarkeit ist eine Möglichkeit zur Kennzeichnung oder für Informationseintragungen gegeben.

[0025] Das gesamte derart aufgebaute Bildträgermaterial ermöglicht eine qualitativ hochwertige Bebilderung und besitzt den Charakter eines Fotopapieres.

[0026] Dieser Aufbau ermöglicht außerdem die Erzeugung von Hochglanzbildern durch eine nachträgliche Behandlung des fertigen Bildes durch Druck und Temperatur. Dazu reicht beispielsweise ein Überbügeln oder der Durchlauf über eine Hochglanz-Heizwalze bei etwa 10bar Druck und 180° C Temperatur. Dieser Effekt ist ohne thermoplastische Zwischenschicht nicht möglich.

[0027] Die folgenden Beispiele zeigen derart aufgebaute Bildträgermaterialien.

Beispiele

[0028] Eine Mischung aus 70 Gew.% gebleichtem Laubholz-Sulfatzellstoff wurde bei einer Stoffdichte von 4 % bis zu einem Mahlgrad von 35° SR gemahlen.

[0029] Der Zellstoffsuspension wurden dann die folgenden Leimungsmittel zugesetzt:
   0,5 Gew.% kationische Stärke
   1,0 Gew.% amphoteres Polyacrylamid
   0,6 Gew.% Alkylketendimer
   1,0 Gew.% Polyamid-Polyamin-Epichlorhydrinharz
   0,1 Gew.% epoxidiertes Fettsäureamid
Auf einer Langsiebmaschine mit Glättwerk wurde ein Basispapier von 170 g/m² erzeugt.

[0030] Dieses Basispapier wurde in einem Tandemextruder mit den beiden folgenden Kunststoffschichten beschichtet, wobei jeweils nach einer Corona-Vorbehandlung zuerst die Rückseite und danach die Vorderseite beschichtet wurden.

[0031] Rückseitenschicht:
   70 Gew.% HDPE (g = 0,950 g/cm³)
   30 Gew.% LDPE (g = 0,924 g/cm³)

[0032] Vorderseitenschicht:
   58,0 Gew.% LDPE (g = 0,924 g/cm³)
   27,73 Gew.% LLDPE (g = 0.935 g/cm³)
   17,73 Gew.% Titandioxid, Rutil
   0,2 Gew.% Ultramarinblau
   0,2 Gew.% Antioxidans
   0,07 Gew.% Metallstearat
   0,07 Gew.% Cobaltviolett
Die Extrusionsbeschichtung erfolgte bei 110 m/min. Maschinengeschwindigkeit und Schmelztemperatur von 290°C. Die Auftragsgewichte waren
   26 g/m² für die Rückseitenschicht und
   30 g/m² für die Vorderseitenschicht.

[0033] In einer Streichmaschine wurden die folgenden Antistatikschichten und danach die folgenden Empfangsschichten erzeugt, jeweils nach einer vorhergehenden Corona-Vorbehandlung der entsprechenden Kunststoffschicht. Die jeweiligen wäßrigen Beschichtungsmassen wurden mit einer Schöpfwalze an das zu beschichtende Material angetragen, mit einem Rakelstab dosiert und im Heißluftkanal bei 90° C Lufttemperatur getrocknet.

Antistatikschicht A1	Gew.%t
carboxyliertes Styrol-Acrylester-Copolymer	43,5
carboxyliertes Styrol-Butylacrylat-Copolymer	10,4
Metalloxid, aciculares Titandioxid, oberflächenbehandelt mit Zinnoxid und mit Antimon dotiert	43,5
Netzmittel	1,7
trifunktionelles Aziridin	0,9

Antistatikschicht A2	Gew.%
Styrol-Butadien-Copolymer	64,6
Kieselsäure 3-6 µm Teilchengröße	7,8
Kolloidale aluminiummodifizierte Kieselsäure	20,7
Polystyrolsulfonsäure-Natriumsalz	5,2
Netzmittel	1,7

Empfangsschicht E 1	Gew.%
carboxyliertes Styrol-Butadien-Copolymer	100

Empfangsschicht E2	Gew.%
Acrylsäureester-Vinylacetat-Vinylchlorid-Copolymer	45,4
kolloidale aluminiummodifizierte Kieselsäure	27,3
pyrogene Kieselsäure	27,3

[0034] Das mit den beiden Kunststoffschichten beschichtete Papier wurde mit verschiedenen Kombinationen der Empfangsschichten und Antistatikschichten versehen und führte zu den folgenden Beispielen:

Beispiel	Antistatikschicht g/m²		Empfangsschicht g/m²
	A1	A2	E1	E2
1	0,2		0,4
2	0,2			0,9
3		0,7	0,4
4		0,7		0,9

[0035] Als Vergleichsbeispiele wurden eingesetzt:

V1

das oben beschriebene, beidseitig mit Kunststoffen beschichtete Papier ohne Empfangsschicht und ohne Antistatikschicht.

V2

ein handelsübliches "plain paper", d.h. ein Papier, welches für Textkopien verwendet wird.

Prüfmethoden

[0036] Fotocharakter: Das bebilderte Endprodukt wurde unabhängig von der Bildqualität danach beurteilt, ob es nach dem subjektiven Empfinden beim Betasten bzw. Begreifen bzw. Handhaben der prüfenden Person das Gefühl vermittelt, ein fotografisches Bild in der Hand zu halten.

[0037] Beschreibbarkeit: Mit einem Datumsstempel, einem Kugelschreiber und einem Bleistift der Härte HB wurde die Rückseite des bebilderten Endproduktes gekennzeichnet. Die Beurteilung erfolgte als Mittelwert der drei Einzelergebnisse.

[0038] Bildschärfe: Das fertige Bild wurde im Vergleich mit dem Original visuell beurteilt.

[0039] Einzug vom Stapel: Der Einzug von Einzelbögen vom Stapel in das Kopiergerät wurde auf Störungen verfolgt.

[0040] Kratzfestigkeit: Das fertige Bild wurde unter einer Harke durchgezogen, dessen 6 einzelne Zinken unterschiedlich schwere Gewichte (bis maximal 100 g) tragen. Die Ziehgeschwindigkeit war 0,8 cm/s.

[0041] Die Beurteilung aller 5 Prüfmethoden erfolgte nach der Benotung "gut - mittel - schlecht".

Prüfergebnisse

[0042] 

	Fotocharakter	Beschreibbarkeit	Bildschärfe	Einzug v.Stapel	Kratzfestig keit
Beispiel1	gut	gut	gut	gut	gut
2	gut	gut	gut	gut	gut
3	gut	gut	gut	gut	gut
4	gut	gut	gut	gut	gut
Vergleich
V1	mittel	schlecht	mittel	schlecht	schlecht
V2	schlecht	gut	schlecht	gut	gut

[0043] Die guten Ergebnisse der Beispiele 1 bis 4 wurden auch in anderen erfindungsgemäßen Versuchen bestätigt, in denen z.B. eine saure Leimung des Basispapieres, ein zusätzlicher Leimpressenstrich auf dem Basispapier, andere, im Text genannten Thermoplaste oder andere Empfangs- oder Antistatikschichten gewählt wurden.

Ansprüche

1. Bildträgermaterial für elektrofotografische Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß es sich aus mindestens den folgenden Schichten aufbaut:
   Empfangsschicht für das Tonerbild
   Kunststoffschicht aus Thermoplasten
   Basispapier als Kernmaterial
   Kunststoffschicht aus Thermoplasten
   Antistatikschicht

2. Bildträgermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsschicht ein Polymer enthält mit einer Grenzflächenspannung von > 32 mN/m und einer Filmbildungstemperatur nach DIN 53787 von < 100° C.

3. Bildträgermaterial nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer der Empfangsschicht Polystyrol, Polyacrylat, Polyalkyl(meth)acrylat, Ionomer, Polyvinylidenchlorid, Celluloseester und/oder Copolymer aus zwei oder mehreren der Monomere Butadien, Styrol, Acrylnitril, Acrylester, Alkylacrylester ist.

4. Bildträgermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsschicht zusätzlich feinteilige oder kolloidale Kieselsäure enthält.

5. Bildträgermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplaste der Kunststoffschichten Polyolefin, Polystyrol, Polycarbonat, Polyvinylderivat, Polyacrylat, Polyurethan und/oder Copolymer aus zwei oder mehreren der Monomere Ethylen, Propylen, andere α-Olefine, Vinylacetat, (Meth)Acrylsäurester ist.

6. Bildträgermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht, die sich unter der Empfangsschicht befindet, zusätzlich Weißpigmente wie Titandioxid und/oder Calciumcarbonat enthält, optische Aufheller und/oder Nuancierfarbstoffe, sowie Antioxidantien.

7. Bildträgermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispapier eine zusätzliche Leimpressenbeschichtung hat.

8. Bildträgermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antistatikschicht anorganische Salze, Alkalisalze von organischen Carbonsäuren oder Sulfonsäuren oder Metalloxide enthält.

9. Bildträgermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antistatikschicht zusätzlich Kieselsäuren enthält.