DE2823654A1

DE2823654A1 - Waessrige polyurethan-unterbeschichtungen

Info

Publication number: DE2823654A1
Application number: DE19782823654
Authority: DE
Inventors: Albert E Brown
Original assignee: Columbia Ribbon and Carbon Manufacturing Co Inc
Current assignee: Columbia Ribbon and Carbon Manufacturing Co Inc
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1978-05-30
Publication date: 1979-01-25
Also published as: AU3569478A; GB1559154A; FR2397292A1; JPS5419810A; JPS6052952B2; NZ187162A; US4112178A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Herstellung druckempfindlicher Transferelemente wie Kohlepapiere und Farbbänder mittels Lösungsmittelbeschichtung, wobei das verwendete Lösungsmittel Wasser anstelle der herkömmlichen flüchtigen organischen Lösungsmittel ist, welche teurer, gefährlicher und vom Standpunkt der Luftreinhaltung her abzulehnen sind.

Mit Wasser aufzubringende Farbschichten sind bekannt; es wird auf die US-PS 3,3l4,8l4 und US-PS 3,904,803 verwiesen. Diese Patente, insbesondere US-PS 3»904,803, behandeln die Probleme, die beim Aufbringen einer gleichmäßigen Schicht einer wäßrigen Farbe auf einen Trägerfilm aus Kunststoff oder auf eine Harz-Unterbeschichtung auf einem solchen Trägerfilm auftreten, sowie die Probleme, die auftreten, wenn eine ausreichende, konstant gleichförmige Bindung zwischen Trägerfilm, Unterbeschichtung und Farbschicht erzielt werden soll, wobei sich diese Schichten unter dem Druck der Schreibmaschinenanschläge bei wiederholter Verwendung der Transferelemente nicht trennen sollen.

Bis jetzt betrafen alle früheren Vorschläge die Verwendung von Harzen für die Unterbeschichtung, die entweder löslich oder quellbar im wäßrigen Medium sind, das zum Aufbringen der Farbschicht verwendet wird, oder die beim Trocknen klebrige, haftende Unterbeschichtungen mit physikalischer Affinität zur Farbschicht geben. Lösliche oder quellbare Unterbeschichtungen sind abzulehnen, da sie durch das wäßrige Medium aufgeweicht werden, das zum Aufbringen der Farbschicht verwendet wird, außerdem absorbieren sie das wäßrige Medium und erschweren ein vollständiges Trocknen der Farbschicht. Ferner sind die bildgebenden Eigenschaften der Transferelemente ungleichmäßig,

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abhängig von der Zeit, die das wäßrige Medium vor dem Trocknen im Kontakt mit der Unterbeschichtung war, das heißt von der BeSchichtungsgeschwindigkeit, den Trocknungsbedingungen und der Vollständigkeit der Entfernung des wäßrigen Mediums während des Trocknens. Obwohl die bisher bekannten unlöslichen und nicht quellbaren klebrigen UnterbeSchichtungen diese Probleme nicht zeigen, sind sie vom Standpunkt der Handhabung, des Transports und/oder des Aufwickeins vor der Aufbringung der Farbschicht abzulehnen.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, neue Transferelemente, wie Kohlepapiere und Farbbänder, zu schaffen, die gegebenenfalls einen Trägerfilm wie Polypropylen, eine Grundbβschichtung mit einem Harz und eine harzhaltige Farbschicht haben, wobei die Grundbeschichtung und vorzugsweise auch die Farbschicht mittels eines wäßrigen Mediums aufgebracht werden und die getrocknete Grundbeschichtung nicht klebrig und im wesentlichen inert ist, das heißt unlöslich und nicht quellbar im Medium, das zum Aufbringen der Farbschicht verwendet wird,

Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, lösungsmittelbeschichtete Transferelemente zu schaffen, die ohne flüchtige organische Lösungsmittel hergestellt werden können und die konstant gleichförmige bildgebende Eigenschaften aufweisen.

Aufgabe einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, neue selbsttragende Transferelemente zu schaffen, die keine Trägerfolie wie Papier oder eine vorgeformte Kunststoffolie benötigen und die eine Grundbeschichtung aufweisen, die stark, undurchdringlich und

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gegen Schneiden und Zug unter den Bedingungen wiederholten Drucks von Schreibmaschinenanschlägen widerstandsfähig sind.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der Beschreibung einschließlich der Zeichnung klar.

Fig, 1 stellt die Skizze eines Querschnitts in vergrößertem Maßstab eines druckempfindlichen Transferelements 10 entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, wobei dieses Element einen flexiblen Träger 11, beispielsweise eine vorgeformte Kunststoffolie, aufweist, auf dessen Oberfläche 12 eine wäßrig aufgebrachte Polyurethanharz-Bindeschicht 13 und eine mikroporöse harzhaltige Farbschicht lk ist.

Fig, 2 stellt die Skizze eines Querschnitts in vergrößertem Maßstab eines selbsttragenden Transferelements 20 entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, die eine wäßrige aufgebrachte Polyurethanharz-Grundbescliichtung 21 mit darauf gebundener mikroporöser harzhaltiger Farbschicht 22 beinhaltet.

Das ¥esentliche der vorliegenden Erfindung besteht darin, gefunden zu haben, daß wäßrige Polyurethanharz-Formulierungen außerordentlich vielseitig sind und eine große Vielfalt nützlicher Eigenschaften haben, welche zu neuen und unerwarteten Ergebnissen führen, wenn solche Formulierungen als Grundbeschichtung für die Herstellung druckempfindlicher Transferelemente verwendet werden.

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Die wäßrigen Polyurethanharzformulierungen für Unter- oder GrundbeSchichtungen nach vorliegender Erfindung sind kolloidale Dispersionen und keine Lösungen, wobei die extrem feinen Harzpartikel in Wasser unlöslich, aber gleichförmig im wäßrigen Medium verteilt sind, so daß sie ein einfaches und gleichmäßiges Aufbringen auf einen flexiblen Träger oder die Oberfläche einer Form ermöglichen.

Die aufgebrachten UnterbeSchichtungen 13 oder Grundbeschichtungen 21 trocknen vollständig und schnell bei einer Temperatur von etwa 93 C (200 P) und geben glatte, nicht klebrige Schichten, die Affinität sowohl zu ¥asser als auch zu organischen Lösungsmitteln wie aliphatischen Alkoholen, Estern und Ketonen aufweisen, wodurch sie eine ausgezeichnete Aufnahmefähigkeit für Farbformulierungen bieten, die mittels Wasser oder derartiger organischer Lösungsmittel auf sie aufgebracht werden. Die Leichtigkeit, mit der solche Beschichtungen schnell und vollständig trocknen, ermöglicht die Herstellung konstant einheitlicher Transferelemente während die bisher bekannten, mittels organischer Lösungsmittel aufgebrac-hten Polyurethanharz-Unterbeschichtungen und anderen harzartigen UnterbeSchichtungen schwierig zu trocknen und/oder vollständig auszuhärten sind und keine einheitlichen Ergebnisse bezüglich Bindungsstärke und/ oder Druckempfindlichkeit in Abhängigkeit von der Anwesenheit unterschiedlicher Mengen restlichen Lösungsmittels und/oder unterschiedlichen Aushärtungsgraden aufweisen.

Die erfindungsgemäßen wäßrigen Polyurethanharz-Formulierungen geben zähe, schnittfeste Beschichtungen, die außergewöhnlich inert gegen das Eindringen der öligen

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Medien für die Farbe der darauf aufgebrachten Farbschichten sind. Diese Inertheit verhindert es, daß die öligen Medien für die Farbe durch die darunterliegende Trägerfolie 11, sofern eine solche wie in Fig. 1 vorhanden ist, durchdringen, und verhindern damit ein Erweichen und Kräuseln der Trägerfolie und eine Schwächung der Bindung zwischen Folie und Unterbeschichtung. Dies ist besonders wichtig in Anbetracht der Tatsache, daß die erfindungsgemäßen Transferelemente wiederholt verwendbar sind aufgrund der mikroporösen Struktur der Farbschicht Ik, welche es gestattet, bei jedem S ehre ibnias chinenans chlag einen Teil der darin enthaltenen Farbe dosiert auf das Durchschlagpapier abzugeben.

Die Zähigkeit und Schnittfestigkeit der erfindtmgsgemäßen wäßrig aufgebrachten Pοlyurethan-UnterbeSchichtungen ist in mindestens zwei verschiedenen Aspekten wichtig. Erstens hängen die ölsperrenden Eigenschaften jeder Unterbeschichtung von der Unversehrtheit der Beschichtung ab. Wird die Beschichtung 13 beim Gebrauch durch den Typenkopf zerrissen, kann die ölhaltige Farbe durch solche Risse auf den Trägerfilm 11 durchdringen und dadurch den Trägerfilm 11 erweichen oder plastifizieren und/oder sie kann zwischen die Oberfläche 12 der Trägerfolie 11 und die Unterbeschichtung 13 wandern und damit die Bindung zwischen beiden schwächen. Die Eigenschaften Zähigkeit und Schnittfestigkeit sind außerdem wichtig in Verbindung mit der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der selbsttragende Transferelemente durch Aufbringen der wäßrigen Polyurethanharz-Grundbeschichtung 21 auf die Oberfläche einer Form, Aufbringen der Farbschicht 22 darauf und dann das Abziehen der getrockneten, gebundenen Schichten von der Oberfläche der

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Form als selbsttragendes Transferelement 20 ohne jede Torgeformte Kunststoff-Trägerfolie hergestellt wird. Entsprechend dieser Ausführungsform der Erfindung bietet die Pοlyurethanharζ-Grundbeschichtung der mikroporösen Farbschicht 22 die Stärke gegen die Wirkung des Aufwickeins, Führens durch die Schreibmaschine und die Schreibmaschinenanschläge.

Die erfindungsgemäßen wäßrigen Polyurethanharz-Formulierungen für Unterbeschichtungen sind geeignet sowohl für die Verwendung als härtbare als auch nicht-härtbare Formulierungen. So kann ein geeignetes polyfunktioneiles vernetzendes Agens in der wäßrigen Pοlyurethanharζ-Formulierung enthalten sein, welches die Formulierung beim Trocknen härtbar macht, wobei die getrocknete Beschichtung erhöhte Beständigkeit gegen flüchtige organische Lösungsmittel wie aliphatisch^ Alkohole, Ester und Ketone aufweist, welche nicht härtbare, wäßrig aufgebrachte Polyurethanharz—Beschichtungen erweichen können. Überraschenderweise verbinden sich Färbschichten, die mit flüchtigen organischen Lösungsmitteln wie aliphatischen Alkoholen, Estern und Ketonen aufgebracht werden, gleich gut mit den erfindungsgemäßen Pοlyurethan-Uhterbeschichtungen, ungeachtet, ob sie gehärtet oder nicht sind, während Färbschichten, die mit wäßrigen Medien aufgebracht werden, sich besser mit den nicht gehärteten Unterbeschichtungen verbinden als mit den UnterbeSchichtungen, die ein vernetzendes Agens enthalten und während des Trocknens aushärten.

Ein anderer Vorteil der erfindungsgemäßen Polyurethan-Grundbeschichtungen außer der Zähigkeit und Schnittfestigkeit ist deren Trenneigenschaft bezüglich der

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Beschichtung von Oberflächen einschließlich üblicher Kunststoffolien wie solchen aus Polyethylenterephthalat (Mylar), Polyäthylen und Polypropylen, Solche Trenneigenschaften gestatten es, die wäßrige Polyurethanharz-Grundbescliichtung auf solche Oberflächen aufzubringen, zu trocknen und/oder zu härten, mit der Farbformulierung zu überschichten, unter Ausbildung der mikroporösen Farbschicht zu trocknen und dann einwandfrei von der Formoberfläche als selbsttragendes Transferelement abzuziehen, das aus der zähen Polyurethan-Grundschicht gebunden an die mikroporöse Farbschicht besteht.

In Fällen, in denen eine vorgeformte Kunststoffolie wie Mylar, Polyäthylen oder Polypropylen als Trägerkomponente für die erfindungsgemäßen Transferelemente beibehalten werden soll, wird dies in herkömmlicher Weise durch die Verwendung von Folien erreicht, die vorbehandelt worden sind, um die Stärke der Bindung mit den jeweils aufgebrachten Beschichtungen zu erhöhen. Die gebräuchlichste Vorbehandlung, die von Herstellern von Kunststoffolien angewendet wird, besteht darin, solche Folien einer Coronaentladung, Ozon, Flammenbehandlung oder anderen Oxidationsverfahren auszusetzen, um die Oberfläche der zu beschichtenden Folien partiell zu oxidieren. Andere Verfahren bestehen darin, aufnahmefähige Beschichtungen aufzubringen wie die Tyzor-Mischung nach US-PS 3,620,820 oder Tetraisopropyltitanat, Aufrauhen der Oberfläche z, B, durch Sandstrahlen u, ä.

Die bevorzugten erfindungsgemäßen wäßrigen Polyurethanharζ-Formulierungen sind im Handel unter dem Warenzeichen Neorez R 96O erhältlich. Derartige Formulierungen sind kolloidale Dispersionen aliphatischer Polyurethane, Geeignete Polyurethane sind Polyätherpolyurethane, PoIy-

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esterpolyurethane und Polyamidpolyurethane in Form wäßriger Dispersionen. Sind härtbare Polyurethanharz-Formulierungen erwünscht, werden kleine Mengen üblicher polyfunktioneller vernetzender Agentien eingearbeitet wie z. B. aromatische oder aliphatische Diisocyanate oder andere poIyfunktionelie Verbindungen, die mit den Polyurethanharzketten reagieren und diese vernetzen können.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, begrenzen sie jedoch nicht.

Beispiel 1

Eine 12,7 /u (0,5 mil) dicke Polyäthylenterephthalatfolie (Mylar), die einer Oberflächenbehandlung durch Corona-Entladung ausgesetzt war, wird auf der behandelten Oberflächenseite mit einer dünnen kontinuierlichen Schicht einer wäßrigen kolloidalen Dispersion eines aliphatischen Polyurethanharzes, das im Handel unter dem Warenzeichen Neorez R 96O erhältlich ist, beschichtet. Es wird angenommen, daß dieses Material ein Polyätherpolyurethan ist, das durch Reaktion eines in Wasser dispergierbaren Polyäthylenglykol-Polyäthers mit einem Alkylendiisocyanat gebildet wird. Die Urethanschicht wird verfestigt, indem sie einem heißen Luftstrom bei einer Temperatur von 93°C (200° F) etwa 10 min lang ausgesetzt wird; sie bildet eine starke, schnittfeste, klare Beschichtung auf der Mylarfolie mit ausgezeichneter Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel wie Toluol und gegen Wasser.

Danach kann die Polyurethanschicht mit wäßrig aufgetragenen mikroporösen Farbformulierungen auf der Basis

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von Polyvinylalkoholbxndern wie in US-PS 3,904,803 und US-PS 3»^l^j8l4 beschrieben, oder mit aus organischen Lösungsmitteln aufgetragenen mikroporösen Farbformulierungen auf der Basis von Vinyl- oder anderen harzartigen Bindern wie in US-PS 3,689,301 und US-PS 3,037,879 beschrieben, beschichtet werden, wobei man druckempfindliche Transferblätter und Farbbänder mit bei wiederholtem Gebrauch ausgezeichneter Haltbarkeit erhält. Die Farbschicht bleibt auf der Polyurethan-Unterbeschichtung gebunden und wird unter den Bedingungen wiederholter Anschläge des Typenkopfes auf dieselbe Stelle nicht abgerupft oder abgesplittert. Gleicherweise bleibt die Unterbeschichtung fest auf der vorbehandelten Folie gebunden.

Falls gewünscht kann die chemische Beständigkeit der Unterbeschichtung gegen, gewisse flüchtige organische Lösungsmittel, die in der Farb-Beschichtungsformulierung enthalten sein können, wie Isopropylalkohol, welche nicht gehärtetes Polyurethan erweichen können, durch Hinzufügen einer kleinen Menge eines Härters, wie er von der Fa. Polyvinyl Chemical Industries unter dem Warenzeichen Crosslinker CX-IOO erhältlich ist, erhöht werden. Bei diesem Material nimmt man an, daß es sich um CTi polyfunktionelles Isocyanat handelt.

Beispiel 2

Ein selbsttragendes Transferelement mit ausgezeichneter Dimensionsstabilität und Beständigkeit gegen Schneiden und Brechen unter der Einwirkung der Anschläge beim Schreibmaschinenschreiben kann hergestellt werden durch Aufbringen der wäßrigen Polyurethandispersion nach Beispiel 1 auf eine glatte Oberfläche einer Form, Aufbringen

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der Farbschicht darüber und dann Abziehen des Verbunds von der Formoberfläche als selbsttragendes Transferelement. Die Polyuretliangrundschicht ist ausreichend stark, sogar in Abwesenheit einer Trägerfolie, Lind wird unter der Gewalt der Typenhebel nicht geschnitten und bricht nicht; das Fehlen einer Trägerfolie macht das trägerlose Transferelement dünner als sonst möglich, wodurch die mit seiner Hilfe gebildeten Abdrücke schärfer den Dimensionen der Type entsprechen als in Fällen, in denen die puffernde Wirkung einer dazwischengelegten, vorgeformten Kunststoffolie wirksam wird.

Abänderungen und Veränderungen können innerhalb des Rahmens der Ansprüche vorgenommen werden, und Teile der Verbesserungen können für sich ohne die anderen angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche

( lj Druckempfindliches Transferelement gekennzeichnet durch eine glatte, nicht klebrige Grundschicht aus wäßrig aufgebrachtem Polyurethanharz, auf dessen glatter Oberfläche eine aus flüchtigen Lösungsmitteln aufgebrachte, druckempfindliche, Farbe freisetzende, mikroporöse harzhaltige Schicht gebunden ist, in deren Poren durch Druck freisetzbare Farbe bestehend aus öligem Material und farbgebendem Material enthalten ist, wobei die Grundschicht undurchlässig und unlöslich bezüglich des flüchtigen Mediums ist, das zum Aufbringen der Farbschicht verwendet wird, und inert gegenüber dem Eindringen des öligen Farbmediums der darauf befindlichen Farbschicht ist.

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DR. C. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INO. W. ORAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN
2. Transferelement nach Anspruch 1, bei dem die Grundschicht den Träger bildet.
3. Transferelement nach Anspruch 1, bei dem die Grundschicht an eine vorgeformte Kunststoffolie gebunden ist, welche den Träger für das Transferelement darstellt.
4. Transferelement nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie eine oberflächenbehandelte Polyolefinfolie ist.
5. Transferelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wäßrig aufgebrachte Polyurethanharz ein Vernetzungsmittel enthält und gehärtet ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines druckempfindlichen Transferelements, dadurch gekennz e i chne t, daß eine dünne Schicht einer wäßrigen Polyurethanharz— formulierung auf eine Oberfläche aufgebracht wird, das Wasser aus der Formulierung verdampft wird, wobei sich eine dünne, glatte und trockene Schicht des Polyurethanharzes bildet, auf diese glatte, trockene Schicht eine dünne Schicht einer harzartigen Formulierung aufgebracht wird, die einen harzartigen Binder, ein öliges, unter Druck fließendes Material, das mit dem Binder unverträglich ist, ein farbgebendes Material und ein flüchtiges

enthalt
flüssxges Medium,/wobei die glatte, trockene Schicht undurchlässig und unlöslich bezüglich des flüchtigen, flüssigen Mediums ist und inert gegenüber dem Eindringen des öligen unter Druck fließenden Materials ist, und das flüchtige Medium verdampft wird, wobei sich eine mikroporöse Schicht des harzartigen Binders bildet, die an die glatte Polyurethanharzschicht gebunden ist und in den Poren das ölige Material und das farbgebende Material als durch Druck freisetzbare Farbe enthält.

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7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, auf die die Polyurethanharzformulierung aufgebracht wird, die Oberfläche einer Form ist und daß die trockene Polyurethanharz schicht und die daran gebundene mikroporöse Ilarzschicht als selbsttragendes Transferelement von der Oberfläche entfernt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, auf die die Polyurethanharzformulierung aufgebracht wird, eine dünne vorgeformte Folie eines oberflächenbehandelten Polyolefins ist, wobei die Folie als Träger für das Transferelement an die Polyurethanschicht gebunden ist.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyurethanharzformulierung ein Vernetzungsmittel enthält und die Polyurethanschicht vor dem Aufbringen der mikroporösen Schicht ausgehärtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flüchtige flüssige Medium der harzartigen Formulierung Wasser enthält.

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