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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:
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:
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 Endung 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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Vergleichsbeispiel 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:
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.
