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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Material mit einem Substrat
und einer wiederverwendbaren Beschichtung, die ein vernetztes Harz,
das mit Wasser quellfähig
ist, und eine wasserlösliche
Verbindung umfasst, gemäß Anspruch
1 sowie auf die Verwendung dieses Materials. Insbesondere ermöglicht es
die vorliegende Erfindung, Ablagerungen wiederholt durch Behandlung
mit Wasser von dem beschichteten Substrat zu entfernen.
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Die
Beschichtung der vorliegenden Erfindung, die im folgenden als "leicht zu reinigende
Beschichtung" bezeichnet
wird, verhindert ihrer Natur nach nicht die Anhaftung von Ablagerungen.
Stattdessen ermöglicht
sie die Anhaftung der Ablagerungen und die leichte Entfernung der
Ablagerungen durch Behandlung mit Wasser. Eine solche Beschichtung
wird hier also als "leicht
zu reinigende Beschichtung" bezeichnet.
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Es
ist schwierig, Ablagerungen von den Oberflächen von Materialien zu entfernen.
Selbst Öle
müssen mit
einer Menge Wasser, das ein Tensid enthält, mit erheblichem Arbeitsaufwand
oder mit organischen Lösungsmitteln,
die für
den menschlichen Körper
oder die Umwelt schädlich
sind, abgewaschen werden.
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Da
sich wachsartige oder feste Ablagerungen mit den Tensiden kaum entfernen
lassen, sollten sie mit organischen Lösungsmitteln entfernt oder
mechanisch abgekratzt werden, was harte Arbeit erfordert. Solche Ablagerungen
können
jedoch nicht vollständig
entfernt werden, oder die Materialien, an denen die Ablagerungen
haften, können
beschädigt
werden. In vielen Fällen
lassen sich die wachsartigen oder festen Ablagerungen nicht entfernen.
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Es
ist möglich,
die Ablagerungen zu entfernen, indem man eine ablösbare oder
lösliche
Beschichtung auf den Oberflächen
von Materialien bildet und die Ablagerungen zusammen mit der Beschichtung
entfernt.
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WO
88/10156 offenbart ein Verfahren zur Erleichterung der Entfernung
einer unerwünschten
Kontamination von einer Oberfläche.
Zu diesem Zweck wird eine Beschichtung auf Polysaccharidbasis auf
eine saubere Oberfläche
aufgetragen. Die Entfernung von Ablagerungen auf dieser Oberfläche erfolgt
durch Entfernen der aufgelösten
oder gequollenen Oberflächenschicht
des Polysaccharidfilms.
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Jedoch
sollte immer dann, wenn die Beschichtung entfernt wird, eine frische
Beschichtung gebildet werden, oder die entfernte Beschichtung erzeugt
zusätzlichen
Abfall. Daher liefert diese Technik keine wesentliche Lösung.
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US 4,920,158 offenbart einen
hydrogelbildenden Wundverband bzw. ein Hautbeschichtungsmaterial, das
für die
Verwendung im Haushalt und im Veterinärbereich geeignet ist und das
auf die Haut aufgetragen und nach dem Heilungsprozess wieder entfernt
wird.
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Als
Beschichtungen, von denen die Ablagerungen wiederholt entfernt werden
können,
sind Beschichtungen mit Fluorharzen (zum Beispiel TeflonTM) bekannt. Sie werden jedoch nicht verbreitet
verwendet, da sie teuer sind, die Arten von Oberflächen, auf
denen solche Beschichtungen gebildet werden können, beschränkt sind,
sie eine geringe Transparenz haben oder weil Materialien, die Ablagerungen
wie Schriftzeichen tragen, wegen der zu leichten Entfernung der
Ablagerung kaum verwendet werden.
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Im
Falle von Büroautomatisierungsblättern, wie
Folien für
OHP (Overhead-Projektoren)
oder Kopierpapier und dergleichen, werden sie in großem Maßstab verwendet
und verschwendet und verursachen Umweltprobleme, da Tinten nicht
von ihren Oberflächen
entfernt werden können.
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Als
Maßnahme
zur Lösung
der obigen Probleme offenbaren
EP 0 601 502 A2 und
EP 0 695 789 A1 die Fixierung
einer leicht zu reinigenden Beschichtung, die aus einem Film besteht,
der ein hydrophiles Harz umfasst, das bei Raumtemperatur an Luft
in festem Zustand vorliegt und das mit Wasser aufquillt, aber nicht abgewaschen
wird, auf der Oberfläche
eines Materials.
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Ablagerungen
können
von der in den obigen EP-Anmeldungen offenbarten leicht zu reinigenden
Beschichtung leicht durch Reinigen mit Wasser entfernt werden, ohne
nachteilige Wirkungen auf den menschlichen Körper oder die Umwelt zu verursachen.
Die Entfernung von Ablagerungen, die eine hohe Adhäsionskraft haben
oder eine hohe Viskosität
haben und sich daher leicht wieder auf den Oberflächen ablagern,
erfordert jedoch eine lange Zeit, und die Entfernungsvorgänge sollten
wiederholt werden, um solche Ablagerungen ausreichend zu entfernen.
Die Ablagerungsentfernungseigenschaften der Beschichtung sollten
also unter praktischen Gesichtspunkten weiter verbessert werden.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Material bereitzustellen,
das ein Substrat und eine auf der Oberfläche des Substrats gebildete
leicht zu reinigende Beschichtung umfasst, wobei die Beschichtung
verbesserte Reinigungseigenschaften hat, so dass Ablagerungen leicht
und schnell von der Oberfläche
der Beschichtung entfernt werden können.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zur Bildung und Wiederverwendung eines solchen Materials bereitzustellen.
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Gemäß dem ersten
Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Material mit einem Substrat
und einer wiederverwendbaren Beschichtung mit einer Dicke von 0,05
bis 50 μm,
die ein vernetztes Harz, das mit Wasser quellfähig ist und nach 24 Stunden
Eintauchen in Wasser ein Quellgewicht von wenigstens dem 1,5-fachen aufweist,
und eine wasserlösliche
Verbindung umfasst, bereit, wobei Ablagerungen wiederholt durch
Behandlung mit Wasser von der Oberfläche der Beschichtung entfernt
werden können
und die wasserlösliche
Verbindung einen höheren
Siedepunkt als Wasser oder einen niedrigeren Dampfdruck als Wasser
hat.
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Gemäß dem zweiten
Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verwendung
eines Materials gemäß Anspruch
1 durch die folgenden Schritte bereit:
In-Kontakt-Lassen der
Beschichtung, die anhaftende Ablagerungen auf ihrer Oberfläche trägt, mit
wenigstens einer entfernenden Komponente, die aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Wasser, wässrigen
Lösungen
und Dampf besteht, zum Quellenlassen der Beschichtung;
Entfernung
der Ablagerungen mit der entfernenden Komponente und Trocknen der
Beschichtung, so dass der wiederverwendbare Zustand der Beschichtung
wiederhergestellt wird.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
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1 ist eine Graphik, die
die Beziehung zwischen der Menge des zugesetzten Ethylenglycols
und der Zeit zur Entfernung eines kopierten Musters in Beispiel
5 zeigt.
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Die
leicht zu reinigende Beschichtung der vorliegenden Erfindung enthält ein mit
Wasser quellfähiges Harz,
und das Aufquellen dieses Harzes kann zur Entfernung von Ablagerungen
beitragen. Der Mechanismus für
die Entfernung der Ablagerungen ist jedoch nicht vollständig geklärt. Der
Mechanismus für
die Entfernung der Ablagerungen kann wie folgt angenommen werden:
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Die
auf der Beschichtungsoberfläche
haftenden Ablagerungen können
durch die Abnahme der Adhäsionskraft
der Ablagerungen durch die Hydratisierung der Polymerketten der
quellfähigen
Harze oder durch die Erzeugung von Spannung zwischen den Harzen
und den Ablagerungen aufgrund der Ausdehnung oder Erweichung der
Harze entfernt werden.
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Der
hier verwendete Ausdruck "Ablagerungen" soll Materialien
bedeuten, die auf der Oberfläche
der Beschichtung haften können,
und dazu gehören
wasserlösliche
Materialien, ölige
Materialien und dergleichen. Die Wirkungen der vorliegenden Erfindung
sind bemerkenswert, wenn die Ablagerungen ölig sind.
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Obwohl
die Ablagerungen auf der Oberfläche
der Beschichtung der vorliegenden Erfindung haften, können sie
wiederholt von der Beschichtungsoberfläche entfernt werden, da die
Beschichtung mit Wasser aufquillt.
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Beispiele
für das
Harz, das in der Beschichtung der vorliegenden Erfindung enthalten
sein soll, sind Harze mit einer polaren funktionellen Gruppe oder
einer hydrophilen Kette. Beispiele für die polare funktionelle Gruppe
oder hydrophile Kette sind eine Carboxygruppe, eine Hydroxygruppe,
eine Sulfonsäuregruppe,
eine Amidgruppe, eine Aminogruppe, eine Phosphorsäuregruppe,
ihre Salze, eine Polyethylenglycolkette usw.
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Beispiele
für die
Harze, die eine solche funktionelle Gruppe oder eine hydrophile
Kette aufweisen, sind Homo- oder Copolymere von (Meth)acrylsäure, 2-(Meth)acryloyloxyethylbernsteinsäure, Vinylalkohol,
Hydroxyethyl(meth)acrylat, Dihydroxypropyl(meth)acrylat, (Meth)acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, (Meth)acrylamid,
N,N-Dimethyl(meth)acrylamid, N-(Meth)acrylylglycinamid, N-Isopropyl(meth)acrylamid, N,N-Dimethylaminopropyl(meth)acrylamid,
Vinylpyrrolidon, N,N-Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, Allylamin, Vinylcarbazol,
ihre Salze, ihre quartären
Verbindungen an ihren Aminogruppen, (Meth)acrylate mit Oligo- oder Polyethylenglycolketten,
Copolymere von wenigstens einem der obigen Monomere mit anderen
Monomeren, Celluloseverbindungen (z. B. Methylcellulose, Ethylcellulose,
Propylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose usw.),
Polyethylenglycole oder Copolymere von Polyethylenglycol und anderen
Monomeren und dergleichen.
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Die
Hydrophilie der Harze kann bewertet werden, indem man den Wasser-Rückzugskontaktwinkel misst.
Harze mit einem Wasser-Rückzugskontaktwinkel
von 40 Grad oder weniger, vorzugsweise 20 Grad oder weniger, besonders
bevorzugt 10 Grad oder weniger, insbesondere etwa 0 Grad, werden
vorzugsweise verwendet.
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Ein
Wasser-Rückzugskontaktwinkel
wird gemessen, indem man einen Wassertropfen auf der Oberfläche eines
Harzfilms bildet, indem man Wasser mit einer Spritze usw. aufsaugt,
und den Winkel, unter dem der Wassertropfen mit der Harzoberfläche in Kontakt
ist, mit einem Winkelmesser misst, wenn der Rand des Wassertropfens
sich nach innen zu bewegen beginnt. Wenn bestimmte wässrige Lösungen,
wie wässrige
Lösungen
von Elektrolyten, verwendet werden, um die Ablagerungen von der
Beschichtung zu entfernen und sie die Hydrophilie der Beschichtung ändern, sollte
der Rückzugskontaktwinkel
gemessen werden, nachdem man die Beschichtung in die wässrigen
Lösungen
eingetaucht und getrocknet hat.
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Die
in der vorliegenden Erfindung verwendeten Harze haben für die Entfernung
der Ablagerungen vorzugsweise ein Quellgewicht von wenigstens dem
1,5-fachen. Das
hier verwendete Quellvolumen wird aus dem Gewicht der Beschichtung
nach 24 Stunden Eintauchen in Wasser und dem Gewicht der Beschichtung
nach 24 Stunden oder länger
Trocknen der aufgequollenen Beschichtung bis zur Gewichtskonstanz
gemäß der folgenden
Gleichung berechnet: (Gewicht der aufgequollenen Beschichtung)/(Trockengewicht
der Beschichtung nach dem Quellen).
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Für eine leichte
Messung wird die Beschichtung der vorliegenden Erfindung auf einer
Polytetrafluorethylenfolie gebildet, der gebildete Beschichtungsfilm
wird abgezogen und in einen Behälter
mit einem Netzboden gelegt, und dann wird der untere Teil des Behälters in
Wasser eingetaucht, um den Beschichtungsfilm aufquellen zu lassen.
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Der
Beschichtungsfilm, der der Messung des Quellgewichts unterzogen
wird, wird häufig
auf der Oberfläche
eines Substrats gebildet und auf das Substrat geklebt. In einem
solchen Fall wird (1) das Substrat, das die Beschichtung trägt, in Wasser
eingetaucht, oder (2) der Beschichtungsfilm wird durch Abschrecken von dem
Substrat abgeschält
oder von dem Substrat abgekratzt, und dann wird der abgenommene
Beschichtungsfilm in den obigen Behälter mit dem Netzboden gelegt,
und anschließend
wird das Unterteil des Behälters
in Wasser eingetaucht. Im ersteren Fall wird die Dicke der Beschichtung
nach dem Aufquellen und Trocknen wie folgt gemessen:
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Der
Querschnitt des Beschichtungsfilms und des Substrats wird mit einem
Elektronenmikroskop beobachtet, oder ein Teil des Beschichtungsfilms
wird von dem Substrat abgezogen, und die Größe der gebildeten Stufe wird
mit einem Dickenmesser des Taststifttyps oder mit einem Lasermikroskop
gemessen. Alternativ dazu wird die gesamte Dicke des Substrats und
des Beschichtungsfilms durch dieselbe Beobachtung des Querschnitts
wie oben oder mit einem Mikrometer gemessen, und dann wird das Trockengewicht
des Beschichtungsfilms nach dem Aufquellen durch proportionale Zuteilung
berechnet.
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In
einem solchen Fall wird das Quellgewicht gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
[(Gewicht des Substrats und des aufgequollenen Beschichtungsfilms) – (Trockengewicht
des Substrats und des Beschichtungsfilms nach dem Quellen) + (Trockengewicht
des Beschichtungsfilms nach dem Quellen)]/(Trockengewicht des Beschichtungsfilms
nach dem Quellen).
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Als
mit Wasser quellfähige
Harze werden vorteilhafterweise vernetzte Harze verwendet. Die Vernetzung
der Harze wird durchgeführt,
indem man vernetzbare funktionelle Gruppen der Harze mit funktionellen Gruppen
eines Vernetzungsmittels umsetzt oder indem man die funktionellen
Gruppen des Harzes miteinander reagieren lässt. Alternativ dazu kann es
auch möglich
sein, die Harze über
Wasserstoffbrücken,
ionische Bindungen, hydrophobe Wechselwirkung und dergleichen physikalisch
zu vernetzen.
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Zu
den Harzen mit den vernetzbaren funktionellen Gruppen gehören hier
Homo- oder Copolymere
von Monomeren mit vernetzbaren funktionellen Gruppen, Homo- oder
Copolymere von Monomeren mit reaktiven funktionellen Gruppen, von
denen wenigstens eine mit Verbindungen mit vernetzbaren funktionellen
Gruppen verbunden ist, und dergleichen.
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Beispiele
für die
vernetzbaren funktionellen Gruppen, d. h. funktionellen Gruppen,
die in die Harze oder Vernetzungsmittel eingeführt werden, sind eine Epoxygruppe,
eine Carboxygruppe, eine Isocyanatgruppe, eine Doppelbindung, eine
Säuregruppe,
eine Säurechloridgruppe,
eine Säureanhydridgruppe,
eine Hydroxygruppe, eine Aminogruppe, eine Oxazolingruppe und dergleichen.
Vernetzungsmittel mit wenigstens zwei vernetzbaren funktionellen
Gruppen sind zu bevorzugen.
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Solche
funktionellen Gruppen können
in die Harze eingeführt
werden, indem man Monomere, die mit Wasser quellfähige Harze
ergeben, und Glycidyl(meth)acrylat, (Meth)acrylsäure, 2-(Meth)acryloyloxyethylbernsteinsäure, (Meth)acryloyloxyethylisocyanat,
Hydroxyethyl(meth)acrylat und dergleichen copolymerisiert. Durch
die Reaktion der eingeführten
Glycidylgruppen und der (Meth)acrylsäure und dergleichen kann eine Doppelbindung
in die Harze eingeführt
werden. Die Harze können
je nach der Art der verwendeten funktionellen Gruppen durch Erhitzen
oder durch Bestrahlung mit UV-Licht oder Strahlung vernetzt werden.
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Wenn
eine hohe Adhäsionskraft
an ein Substrat erforderlich ist, kann die Oberfläche des
zu beschichtenden Substrats vorbehandelt werden, um die Adhäsionskraft
zu erhöhen,
oder sie kann mit einer Schicht, die aus einem anderen Material
besteht als das Substrat, zum Beispiel einer Grundierung, bedeckt
werden.
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Zum
Beispiel wird die Adhäsionskraft
erhöht,
indem man die Oberfläche
eines Substrats mit p-Chlorphenol, Trifluoressigsäure, Silan-Kopplungsmitteln,
Titan-Kopplungsmitteln,
Azidverbindungen oder Polymeren behandelt oder indem man eine aus
solchen Verbindungen bestehende Grundierungsschicht bildet. Wenn die
Beschichtung und das Substrat unterschiedliches Quellvermögen haben,
kann zwischen ihnen eine Grundierungsschicht mit einem dazwischenliegenden
Quell vermögen
gebildet werden, um zwischen der Beschichtung und dem Substrat erzeugte
Spannung aufzunehmen.
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Wie
oben beschrieben, können
die Ablagerungen wiederholt von der Oberfläche der Beschichtung mit dem
Harz, das mit Wasser aufquillt, entfernt werden. Wenn die Beschichtung
jedoch nur aus dem Harz besteht, dauert es lange, oder die Entfernungsvorgänge sollten
wiederholt werden, um Ablagerungen mit hoher Adhäsionskraft oder solche, die
eine hohe Klebrigkeit haben und sich leicht wieder ablagern, zu
entfernen.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet also das obige Harz und die wasserlösliche Verbindung
in Kombination, um die ablagerungsentfernenden Eigenschaften zu
verbessern, und macht es leicht, solche kaum entfernbaren Ablagerungen
schnell zu entfernen.
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Die
Zugabe der wasserlöslichen
Verbindung zu der Beschichtung ergibt eine Komponente, die in der Beschichtung
frei ist. Die freie Komponente kann also die Verwirrung, Ausrichtung
oder Orientierung der Molekülketten
der Harze stören
und die Beweglichkeit der Molekülketten
aufrechterhalten. Weiterhin scharen sich die Moleküle der wasserlöslichen
Verbindung in der Beschichtung zusammen und bilden Mikrostrukturen, durch
die Moleküle
mit geringem Molekulargewicht hindurchpassen, oder die wasserlösliche Verbindung
wird mit Wasser eluiert, so dass Hohlräume in der Beschichtung gebildet
werden. Dadurch kann Wasser leicht in die Grenzfläche zwischen
der Beschichtung und der Ablagerung und in das Innere der Beschichtung
eindringen, so dass die Hydratisierung oder das Quellen und die
Erweichung der Harze erleichtert werden, und dadurch kann die Zeit
für die
Entfernung der Ablagerungen verkürzt
werden. Die obigen Annahmen schränken den
Umfang dieser Erfindung nicht ein.
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Die
wasserlöslichen
Verbindungen werden häufig
aus der Beschichtung eluiert, wenn die Ablagerungen mit Wasser aus
der Beschichtung entfernt werden. Selbst nach der Elution der wasserlöslichen
Verbindungen, bleiben die Wirkun gen der vorliegenden Erfindung aus
den obigen Gründen
wahrscheinlich erhalten.
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Die
wasserlöslichen
Verbindungen sollten in Kombination mit den mit Wasser quellfähigen Harzen
verwendet werden, wenn die leicht zu reinigende Beschichtung gebildet
wird, oder im trockenen Zustand bei der Verwendung. Schwach flüchtige Verbindungen
werden vorzugsweise als wasserlösliche
Verbindungen verwendet. Zum Beispiel werden vorzugsweise Verbindungen
mit einem höheren
Siedepunkt als Wasser oder einem niedrigeren Dampfdruck als Wasser
verwendet.
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Die
wasserlösliche
Verbindung wird in einem Mengenbereich verwendet, in dem die Beschichtung
aus dem mit Wasser quellfähigen
Harz gebildet werden kann, wenn die Verbindung während der Bildung der Beschichtung
zu dem Harz gegeben wird, oder die Beschichtung aufquellen kann,
wenn die Verbindung zu der gebildeten Beschichtung gegeben wird.
Die optimale Menge des wasserlöslichen
Harzes hängt
von den zu verwendenden Harzen, Vernetzungsmitteln, Vernetzungsgraden,
Auftragungsformen der Beschichtungen, Arten der zu entfernenden
Ablagerungen, Verfahren zum Entfernen der Ablagerungen und dergleichen
ab. Im Allgemeinen beträgt
die Menge des wasserlöslichen
Harzes wenigstens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 1 und 90 Gew.-%,
am meisten bevorzugt zwischen 5 und 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht
der Beschichtung.
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Die
wasserlösliche
Verbindung kann bei Raumtemperatur oder bei der Betriebstemperatur
der Beschichtung flüssig
oder fest sein. Die wasserlöslichen
Verbindungen unter den Ablagerungen sind möglicherweise mit einigen Verfahren
zur Entfernung der Ablagerungen nicht leicht zu eluieren, und daher
bleiben nach der Entfernung der Ablagerungen noch Spuren der Ablagerungen
zurück.
Wenn solche Spuren nicht erwünscht
sind, werden vorzugsweise wasserlösliche Verbindungen verwendet,
die bei Raumtemperatur oder bei der Betriebstemperatur im flüssigen Zustand
vorliegen.
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Typische
Beispiele für
die wasserlöslichen
Verbindungen sind Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, wie
Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Glycerin, Trimethylolpropan
usw.; Oligomere und Polymere, wie Polyethylenglycol, Polypropylenglycol
mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von 5000 oder weniger;
Verbindungen, die durch Homo- oder Copolymerisieren von hydrophilen
Monomeren hergestellt werden; und dergleichen. Beispiele für die hydrophilen
Monomere sind solche, die die polaren funktionellen Gruppen aufweisen,
die in Verbindung mit den mit Wasser quellfähigen Harzen als Beispiele
genannt wurden. Die wasserlöslichen
Verbindungen können
unabhängig
voneinander oder in Kombination verwendet werden.
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Die
leicht zu reinigende Beschichtung kann gegebenenfalls verschiedene
Additive, wie anorganische oder organische Pulver, Antistatikmittel,
Weichmacher, Gleitmittel, Farbstoffe, Pigmente, Dispergiermittel,
andere Harze als die oben beschriebenen und dergleichen, enthalten.
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Es
ist möglich,
neben den oben zur Verbesserung der Haftung beschriebenen Schichten
noch andere funktionelle Schichten, wie Antistatikschichten, Farbschichten
und dergleichen unter der leicht zu reinigenden Beschichtung zu
bilden.
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Die
leicht zu reinigende Beschichtung kann gebildet werden, indem man
die wasserlösliche
Verbindung mit dem quellfähigen
Harz mischt und dann die leicht zu reinigende Beschichtung bildet
oder indem man die Schicht aus dem quellfähigen Harz bildet und dann
die wasserlösliche
Verbindung zu der Harzschicht gibt. Das erstere Verfahren ist zu
bevorzugen.
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Die
Dicke der leicht zu reinigenden Beschichtung liegt vorzugsweise
zwischen 0,05 und 50 μm,
besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 30 μm. Wenn die Beschichtung zu
dünn ist,
nimmt die Zahl der wiederholten Verwendungen ab. Wenn die Beschichtung
zu dick ist, kann die Beschichtung leicht beschädigt werden, wenn die Ablagerungen
entfernt werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sollten die Ablagerungen wiederholt von der leicht zu
reinigenden Beschichtung entfernt werden. Wenn die gesamte Beschichtung
ausgewaschen wird, kann das Material, das die Beschichtung aufweist,
nicht wiederholt verwendet werden. Die Beschichtung weist also vorzugsweise
einen Gelgehalt von wenigstens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt wenigstens
20 Gew.-%, auf.
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Die
leicht zu reinigende Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
befindet sich an der Luft bei Raumtemperatur vorzugsweise im festen
Zustand, so dass die Beschichtung ihre Form oder ihren Beschichtungszustand
beibehält.
Für praktische
Zwecke ist die Bleistifthärte
der Beschichtung im trockenen Zustand beim Bleistifthärtetest
unter der Belastung von 100 g vorzugsweise "6B" oder
härter,
in den meisten Fällen
besonders bevorzugt "2B" oder härter.
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Unter
praktischen Gesichtspunkten ist es vorzuziehen, wenn die leicht
zu reinigenden Beschichtungen nicht aneinander haften oder kleben,
wenn sie in Kontakt miteinander sind.
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Weiterhin
ist die leicht zu reinigende Beschichtung für manche Anwendungen vorzugsweise
transparent. Für
solche Anwendungen beträgt
die Transparenz der Beschichtung vorzugsweise wenigstens 50%, besonders
bevorzugt wenigstens 70%, in Bezug auf die Transmission mit Licht
mit einer Wellenlänge
von 550 nm.
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Die
flächigen
Substrate, die die Beschichtung der vorliegenden Erfindung auf ihren
Oberflächen
aufweisen, finden eine Vielzahl von Anwendungen, und Blätter, auf
die Tinten als Ablagerungen geheftet werden, sind typische Beispiele,
in denen die vorliegende Erfindung die bemerkenswerten Wirkungen
erreicht. Insbesondere wenn die Tinten durch Kopieren, Maschinenschreiben
oder Drucken auf die Blätter
geheftet werden, ist die Beschichtung der vorliegenden Erfindung
sehr effektiv bezüglich
der Senkung der Menge des in Büros erzeugten
Papierabfalls.
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Insbesondere
nimmt die Menge des Papierabfalls, der durch Kopieren mit Kopiergeräten, Maschinenschreiben
mit Druckern oder Schreibmaschinen oder durch Drucken entsteht,
erheblich zu. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Beschichtung auf den flächigen Substraten mit den Tinten
verträglich,
so dass Tintenbilder auf der Beschichtung gebildet und von der Beschichtung
entfernt werden können.
Daher ist die Verwendung der Beschichtung der vorliegenden Erfindung
für die
Reduktion der Menge des Papierabfalls sehr vorteilhaft.
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Es
ist im Hinblick auf die Menge der Papierbögen, die heutzutage in den
Büros verwendet
werden, vorteilhaft, dass die Beschichtung der vorliegenden Erfindung
mit den Tonern, die in Kopierern des elektrophotographischen Typs
verwendet werden, bedruckt werden kann und die gedruckten Toner
von der Beschichtung entfernt werden können.
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Es
ist auch vorteilhaft, dass die bei anderen Typen von Maschinenschreiben
oder Drucken verwendeten Tinten von der Beschichtung entfernt werden
können.
Beispiele für
die Tinte sind Tintenstrahldruckertinte, Thermodruckbandtinte, Schlagdrucktinte,
Schreibmaschinenbandtinte und dergleichen. Wenn solche Tinten verwendet
werden, besitzt die Beschichtung auf dem flächigen Substrat vorzugsweise
Wärmebeständigkeit und
mechanische Festigkeit, so dass sie vor und nach der Auftragung
der Tinte durch Kopieren, Maschinenschreiben oder Drucken nicht
verschlechtert wird.
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Als
flächiges
Substrat werden je nach der Anwendung des Substrats geeigneterweise
eine Harzfolie, ein Papierbogen, eine Metallfolie oder deren Verbund
oder Laminat verwendet. Das flächige
Substrat hat eine Flexibilität
und Dicke, die für
das Kopieren, Maschinenschreiben oder Drucken ausreichend sind.
Außerdem behält das Substrat
vorzugsweise vor und nach der Abscheidung und Entfernung der Tinte
seine Flachheit bei. Das heißt,
das Substratmaterial weist vorzugsweise Wärmebeständigkeit, Wasserbeständigkeit,
mechanische Eigenschaften oder ein Formgedächtnis, das es ermöglicht,
die Flachheit beizubehalten, auf.
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Vorzugsweise
hat die Beschichtung einen Schrumpffaktor oder einen Ausdehnungsfaktor,
der ausreicht, um die Flachheit vor und nach der Abscheidung der
Tinte durch Kopieren, Maschinenschreiben oder Drucken und Entfernung
der Tinte beizubehalten. Wenn die Beschichtungen auf beiden Seiten
eines flächigen Substrats
gebildet werden, ist es möglich,
die Beschichtungen mit einem weiten bereich von Schrumpffaktoren oder
Ausdehnungsfaktoren zu verwenden, da die Einflüsse des Schrumpf- oder Ausdehnungsfaktors
einander zwischen den beiden Oberflächen aufheben. Vorzugsweise
ist die beizubehaltende Flachheit des flächigen Substrats so groß, dass
die Höhe
des am höchsten
aufragenden Teils des Blatts nicht größer als 20 mm ist, wenn das
Blatt auf eine flache Oberfläche
gelegt wird.
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Neben
den Tinten, die durch Kopieren, Maschinenschreiben oder Drucken
abgelagert werden, werden die Tinten außerdem vorzugsweise mit Schreibutensilien
auf der Beschichtung der vorliegenden Erfindung abgelagert und davon
entfernt.
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Die
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendeten Harze werden mit Wasser aufquellen gelassen, wie
oben erläutert
wurde. Unter praktischen Gesichtspunkten werden die Harze vorzugsweise
in einem Ausmaß aufquellen
gelassen, das für
die Entfernung von Ablagerungen in einem speziellen Temperaturbereich
für spezielle
Anwendungen, zum Beispiel für
die Entfernung der obigen Tinten, notwendig ist. Das heißt, die
Ablagerungen werden bei der Verwendung auf die Beschichtung geheftet,
aber kaum davon entfernt, während die
Ablagerungen im Ablagerungsentfernungsschritt bei einer Temperatur,
die sich von der Betriebstemperatur unterscheidet, mit hoher Effizienz
entfernt werden. Bei den Materialien, die bei Raumtemperatur verwendet werden,
ist zum Beispiel ein Temperaturbereich, der für die Entfernung von Ablagerungen
geeignet ist, von 28°C
oder höher
für die
Verwendung der Materialien und auch für die Gestaltung des Entfernungsschritts
geeignet. Um den obigen Effekt zu erhalten, entspricht der Unterschied
der Quellung zwischen der Betriebstemperatur und der Ablagerungsentfernungstemperatur
vorzugsweise wenigstens dem 1,5fachen.
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Beispiele
für Harze,
die den obigen Effekt in dem speziellen Temperaturbereich erreichen,
sind Harze mit stickstoffhaltigen Gruppen und/oder organischen Säuregruppen
und ihre Gemische. Beispiele für
die stickstoffhaltige Gruppe und die organischen Säuregruppen
sind eine Amidgruppe, eine Aminogruppe, eine Carbonsäuregruppe
und dergleichen. Beispiele für
die Harze, die solche Gruppen aufweisen, sind Homo- und Copolymere
von (Meth)acrylamid, N,N-Dimethyl(meth)acrylamid, N-(Meth)acrylylglycinamid,
N-Isopropyl(meth)acrylamid, N,N-Dimethylaminopropyl(meth)acrylamid,
Vinylpyrrolidon, (Meth)acrylsäure
usw., Copolymere dieser Monomere und anderer Monomere und ihre Gemische.
Spezielle Beispiele für
solche Harze sind Kombinationen von Polyacrylsäure und Polyacrylamid; Polyacrylsäure und
Polyacrylylglycinamid; Polyacrylsäure und Polydimethylacrylamid;
und dergleichen. Mit der Kombination von Polyacrylsäure und
Polyacrylamid wurde zum Beispiel eine Ausdehnung auf dem Molekülniveau
in Gegenwart von Wasser bei einer Temperatur von 29°C oder höher bewiesen
(siehe Hiroki Katono et al., "Hyomen" (Oberfläche), 30
(1992) 32).
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Die
Beschichtung der vorliegenden Erfindung erlaubt eine leichte Entfernung
der Ablagerungen mit Wasser. Die Entfernung von Ablagerungen mit
Wasser hat weniger schädliche
Einflüsse
auf die Umwelt. Erhitzen des Wassers auf 30°C oder darüber ist effektiv und verkürzt die
Entfernungszeit der Ablagerungen stark. Dieselbe Wirkung wird erhalten,
indem man die Beschichtung nach dem Auftragen von Wasser auf die
Beschichtung erhitzt.
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Wenn
die Harze nur mit Wasser ungenügend
zum Quellen gebracht werden und die Entfernung von Ablagerungen
also schwierig ist oder wenn man wünscht, die Entfernungseffizienz
durch Erhöhung
der Quellrate der Harze zu verbessern, ist die Verwendung von Wasser,
das einen Elektrolyten, einen Alkohol oder dergleichen enthält, in vielen
Fällen
effektiv.
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Als
Elektrolyt werden je nach der Art der Harze geeigneterweise Salze,
Basen oder Säuren
verwendet. Beispiele für
den Elektrolyten sind Salze, wie Natriumhydrogencarbonat, Natriumchlorid
usw., Basen, wie Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Dinatriumhydrogenphosphat
usw., Säuren,
wie Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure usw.,
Alkohole, wie Methanol, Ethanol, Isopropanol usw., sowie herkömmliche
Puffer.
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Wässrige Lösungen,
die wasserlösliche
Verbindungen enthalten, können
verwendet werden. Dies ist effektiv, um die Eigenschaften der Beschichtung
beizubehalten, insbesondere wenn die wasserlösliche Verbindung nach der
Bildung der Beschichtung zu der Beschichtung gegeben wird.
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Die
Zugabe von Tensiden zu Wasser ist effektiv, um die Effizienz der
Ablagerungsentfernung zu erhöhen.
Es können
anionische, kationische und nichtionische Tenside verwendet werden,
und in hohem Maße
effektive Tenside werden im Einklang mit den Arten der Harze in
der Beschichtungen und mit den zu entfernenden Ablagerungen ausgewählt.
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Wasser
kann im Zustand eines Nebels oder Dampfes verwendet werden, um Ablagerungen
zu entfernen. Die Verwendung von Wasser in einem solchen Zustand
ist häufig
effektiv, da das Auslaugen der wasserlöslichen Verbindungen verhindert
wird, und die Abreicherung von Gegenionen und der Ionenaustausch
oder die Bildung neuer Ionen werden unterdrückt, wenn die Salze oder salzbildenden
Gruppen als funktionelle Gruppen des Harzes und als wasserlösliche Verbindungen
verwendet werden. In diesem Fall ist die Erhöhung der Temperatur ebenfalls
vorteilhaft.
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Wenn
Wasser, das im Ablagerungsentfernungsschritt verwendet wird, ohne
Behandlung verworfen wird oder in direktem Kontakt mit dem menschlichen
Körper
sein kann, sind Komponenten, die im Wasser enthalten sind oder aus
der Beschichtung eluiert werden, vorzugsweise solche, die einen
weniger schädlichen Einfluss
auf den menschlichen Körper
und die Umwelt haben, besonders bevorzugt biologisch abbaubare.
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Die
Ablagerungen werden durch das Quellenlassen des Harzes mit Wasser
von der Beschichtung entfernt. Danach wird die Beschichtung getrocknet,
um den wiederverwendbaren Zustand wiederherzustellen. Die Trocknungstemperatur wird
ausgewählt,
indem man die Eigenschaften der Substrate berücksichtigt. Im Allgemeinen
liegt die Trocknungstemperatur vorzugsweise zwischen 5°C und 150°C.
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Die
leicht zu reinigende Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
kann bei einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, um die
Ablagerung zu entfernen, und sie kann in den folgenden Anwendungen
verwendet werden.
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Um
die Tinten zu entfernen, wird die Beschichtung der vorliegenden
Erfindung auf verschiedene Büroautomatisierungsblätter, wie
OHP-Folien, Papierbögen
oder papierähnliche
Materialien, Celluloidbildbögen und
dergleichen aufgetragen.
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Um
Flecken wie Öl
zu entfernen, kann die Beschichtung auf Baumaterialien, Möbeln, Ventilationsausrüstungen,
Kerosinerhitzern, elektrischen Geräten, Gasausrüstungen,
Werkzeugen, Geschirr und Besteck oder anderen Objekten des täglichen
Bedarfs gebildet werden. Insbesondere wird die Beschichtung effektiv
an Stellen verwendet, die durch Öle,
Farben und dergleichen verschmutzt werden, zum Beispiel in der Küche, einer
Werkstatt, wo eine Maschine verwendet wird oder eine Farbe aufgetragen
wird.
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Für Maskierungszwecke
kann die Beschichtung der vorliegenden Erfindung in einem Lackierschritt oder
bei der Herstellung von Graphiken verwendet werden. Angesichts der
guten Hydrophilie des Harzes, das mit Wasser zum Quellen gebracht
wird, kann die Beschichtung als Antibeschlagfilm verwendet werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele erläutert.
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In
den folgenden Beispielen wird als Ablagerungen eine Tonertinte verwendet,
die im Kopiervorgang durch einen Kopierer des elektrophotographischen
Typs fixiert und von den Ablagerungen am festesten auf eine Beschichtung
geheftet wird, um zu zeigen, dass die Beschichtungen der vorliegenden
Erfindung in verschiedenen Anwendungen erfolgreich verwendet werden
können.
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Beispiel 1
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Die
folgenden Komponenten wurden in einen Kolben gegeben, der mit einem
Kühler
ausgestattet war, und 10 Stunden lang unter Rühren unter einem Stickstoffstrom
bei 70–80°C umgesetzt,
und eine 15-Gew.-%ige Lösung
eines hydrophilen Harzes in Isopropanol wurde erhalten:
Komponente | Gewichtsteile |
Methacrylsäure | 9 |
Acrylsäure | 1 |
2-Hydroxyethylmethacrylat | 13 |
Acrylamid | 1 |
N,N-Dimethylaminoethylmethacrylat | 1 |
Azobisisobutyronitril | 0,038 |
Isopropanol | 142 |
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Dann
wurden die folgenden Verbindungen zu 100 Gewichtsteilen der erhaltenen
15-Gew.-%igen Lösung
des hydrophilen Harzes in Isopropanol gegeben und bei Raumtemperatur
gerührt,
und eine Lösung
wurde erhalten:
Verbindung | Gewichtsteile |
Natriumhydroxid | 0,1 |
Epoxy-Vernetzungsmittel
[1,3-Bis(N,N-diglycidylaminomethyl)cyclohexan] | 0,075 |
Polyethylenglycol
Nr. 200 (Zahlenmittel des Molekulargewichts etwa 200) | 0,30 |
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Die
erhaltene Lösung
wurde in einer Nassdicke von 10 μm
auf eine Polyethylenterephthalatfolie mit einer Dicke von 100 μm, die mit
Polyurethan behandelt worden war, aufgetragen und getrocknet, und
anschließend
wurde 5 Stunden lang bei 110°C
behandelt, und es wurde eine beschichtete Folie erhalten.
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Beispiel 2
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass Polyethylenglycol Nr. 400 (Zahlenmittel des Molekulargewichts
etwa 400) anstelle von Polyethylenglycol Nr. 200 verwendet wurde.
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Beispiel 3
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass Polyethylenglycol Nr. 1000 (Zahlenmittel des Molekulargewichts
etwa 1000) anstelle von Polyethylenglycol Nr. 200 verwendet wurde.
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Beispiel 4
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass Polypropylenglycol Nr. 400 (Zahlenmittel des Molekulargewichts
etwa 400) anstelle von Polyethylenglycol Nr. 200 verwendet wurde.
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Beispiel 5
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass Ethylenglycol anstelle von Polyethylenglycol Nr. 200 verwendet
wurde.
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Beispiel 6
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass Diethylenglycol anstelle von Polyethylenglycol Nr. 200 verwendet
wurde.
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Beispiel 7
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass Glycerin anstelle von Polyethylenglycol Nr. 200 verwendet wurde.
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Beispiel 8
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass Polyethylenglycol Nr. 200 in einer Menge von 1,5 Gewichtsteilen
verwendet wurde.
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Vergleichsbeisgiel 1
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass kein Polyethylenglycol Nr. 200 verwendet wurde.
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Unter
Verwendung eines Kopierers des elektrophotographischen Typs wurde
auf jede der beschichteten Folien, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen
hergestellt wurden, ein Muster kopiert, um die Tonertinte auf der
Folie abzulagern. Dann wurden die erforderliche Zeit zur Entfernung
der Tinte mit einer 1-Gew.-%igen
wässrigen
Lösung
von Natriumhydrogencarbonat und die erforderliche Zeit zur Entfernung
der Tinte, die durch erneutes Kopieren des Musters nach dem Entfernen
der Tinte und etwa 30 Sekunden Trocknen der Folie bei 80°C auf der
Folie abgelagert worden war, gemessen.
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Der
verwendete Kopierer war Xerox 5075, und das kopierte Muster bestand
aus fünf
schwarzen Quadraten von 1 cm Seitenlänge.
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Die
gedruckten schwarzen Quadrate wurden leicht mit einem photographischen
Celluloseschwamm, der mit der obigen Natriumhydrogencarbonatlösung getränkt war,
ohne Anwendung einer Belastung abgerieben, und die zum Abschälen aller
Quadrate erforderliche Zeit wurde gemessen. Der Abschälzustand
wurde visuell beobachtet.
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Das
Quellgewicht jeder Beschichtung wurde wie folgt gemessen:
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Die
in den Beispielen und Vergleichsbeispielen jeweils verwendete Harzlösung wurde
mit einer Trockendicke von 100 μm
auf eine TeflonTM-Folie aufgetragen. Der
gebildete Film wurde von der TeflonTM-Folie abgezogen
und in einen Behälter mit
einem Netzboden gelegt, und dann wurde der untere Teil des Behälters 24
Stunden lang in Wasser eingetaucht, um den Film aufquellen zu lassen.
Dann wurde das Quellgewicht aus dem Gewicht des gequollenen Films
und dem Gewicht des Films, der 24 Stunden oder länger bis zur Gewichtskonstanz
getrocknet worden war, gemäß der folgenden
Gleichung berechnet: (Gewicht des aufgequollenen Films)/(Gewicht
des getrockneten Films nach dem Quellen).
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Der
Gelgehalt der Beschichtung wurde aus den Gewichten des Films vor
und nach der obigen Quellvolumenmessung gemäß der folgenden Gleichung berechnet:
[(Gewicht des Films vor dem Eintauchen in Wasser)/(Gewicht des getrockneten
Films nach dem Quellen)] × 100
(Einheit: %).
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Beispiel 9
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Eine
beschichtete Folie wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 hergestellt,
außer
dass die Menge des Polyethylenglycols in der Lösung auf 0,015 Gewichtsteile
(1 Gew.-% in der Beschichtung), 0,075 Gewichtsteile (5 Gew.-% in der
Beschichtung), 1,5 Gewichtsteile (50 Gew.-% in der Beschichtung)
bzw. 3,0 Gewichtsteile (67 Gew.-% in der Beschichtung) geändert wurde.
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Die
Ablagerungsentfernungseigenschaften der hergestellten leicht zu
reinigenden Folien wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen.
Die Ergebnisse sind in 1 gezeigt.
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Wie
man aus den Ergebnissen in Tabelle 1 erkennt, war die Zeit zur Entfernung
der Tonertinte von den leicht zu reinigenden Beschichtungen, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung gebildet wurden (Beispiele 1–8), kürzer als die Zeit zur Entfernung
der Tonertinte von der Beschichtung von Vergleichsbeispiel 1, die
aus dem mit Wasser quellfähigen
Harz bestand, und die ersteren Beschichtungen behielten die guten
Ablagerungsentfernungseigenschaften nach wiederholter Verwendung
bei. Außerdem
behielten die Beschichtungen der vorliegenden Erfindung die Wirkungen
bei der zweiten Entfernung der Ablagerungen bei, obwohl die wasserlöslichen
Verbindungen bei der ersten Entfernung der Ablagerungen mit Wasser
ausgelaugt worden waren.
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Wie
in 1 gezeigt ist, wurden
die Ablagerungsentfernungseigenschaften durch die Zugabe von Ethylenglycol
als wasserlösliche
Verbindung in einer Menge von wenigstens 1 Gew.-% zu den Beschichtungen erheblich
verbessert, und diese Eigenschaften waren um 20 Gew.-% herum am
besten.
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Aus
den Ergebnissen in Tabelle 1 und 1 geht
hervor, dass andere Ablagerungen genauso leicht wie oder leichter
als die Tonertinte entfernt werden können, da die fixierte Tonertinte,
die von den Ablagerungen am festesten an das Substratmaterial geheftet
ist, in kurzer Zeit leicht entfernt werden konnte.
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Dementsprechend
sollte man sich darüber
im Klaren sein, dass die leicht zu reinigende Beschichtung die Entfernung
von Ablagerungen in kurzer Zeit erreichen kann und zur Wiederverwendung,
Reinigung oder Maskierung verschiedener Materialien geeignet ist.