Kohlenstoffpapier

Hintergrund

Kohlepapier ist ein kostengünstiges reprografisches Gerät, das verwendet wird, um eine einzelne Kopie gleichzeitig mit dem Original anzufertigen, wie beispielsweise in Quittungen für Kreditkartentransaktionen, Rechtsdokumenten, Manuskripten, Briefen und anderen einfachen Formularen.

Noch bis ins 20. Jahrhundert war das Kopieren von Dokumenten für geschäftliche Zwecke ein schwieriger und arbeitsintensiver Prozess. Kopierer waren, wie vor ihnen die Schreiber von Kirchen und Regierungsämtern, in den Geschäftsräumen des 19. Jahrhunderts üblich.

Der erste Versuch, wichtige Geschäftskorrespondenz zu kopieren, wird dem schottischen Ingenieur James Watt zugeschrieben, der die Dampfmaschine verbesserte. Watt traute Schreibern nicht zu, Geschäftsbriefe abzuschreiben, und erfand eine Methode, ein mit Spezialflüssigkeiten befeuchtetes Seidenpapier auf ein mit Spezialtinte beschriftetes Original zu pressen. 1779 war er bereit, das Verfahren zu vermarkten, aber es setzte sich nicht durch.

1806 erfand Ralph Wedgwood den Stylographic Manifold Writer. Ein mit Druckertinte getränktes Papier wurde zwischen ein Stück Seidenpapier und ein Stück normales Papier gelegt. Ein Metallstift kratzte dann einen Abdruck auf das Seidenpapier, wodurch eine korrekt lesbare Kopie und eine andere, die ein Spiegel war, erstellt wurde Bild, obwohl es leicht durch das dünne Seidenpapier gelesen werden kann. Die Anfertigung von Kopien war auf diese Weise notwendig, weil die damaligen Federn (Kordeln) nicht fest genug drücken konnten und Bleistifte gelöscht werden konnten. Um 1820 wurde es möglich, nur einseitig eingefärbtes Papier und einen unauslöschlichen Bleistift . zu verwenden das Original zu produzieren. Dieses frühe Kohlepapier war kein großer Erfolg, anscheinend weil Geschäftsinhaber aus Angst vor Fälschungen Artikel bevorzugten, die mit Tinte geschrieben wurden.

Im Jahr 1823 begann Cyrus P. Dakin mit der Herstellung von Kohlen, mit Öl und Ruß beschichteten Papieren. In den 1860er Jahren versuchte Lebbeus H. Rogers, diese Kohlen an Unternehmen zu verkaufen, aber erst mit der Erfindung der Schreibmaschine im Jahr 1867 wurde Kohlepapier akzeptiert (Schreibmaschinen produzierten eine sauberere Kopie sowie ein hochwertiges Original). . Rogers stellte ursprünglich Kohlepapier her, indem er Papier auf einen Steintisch legte und mit einer Mischung aus Ruß (Ruß), Öl und Naphtha (einem flüssigen Kohlenwasserstoff) bestrich. Später entwickelte er eine Maschine, die heißes Wachs auf das Kohlepapier auftrug und das manuelle Bürsten überflüssig machte.

Die Herstellung von Kohlepapier ist seit den technologischen Fortschritten von Rogers im Wesentlichen gleich geblieben. In einem um die Jahrhundertwende herausgegebenen malerischen Handelsbuch für die Herstellung wird Kohlepapier als aus verschiedenen Pigmenten bestehend beschrieben, einschließlich Ruß und Wachs oder Ölen, die auf dünnes, starkes Papier gebürstet werden. Während modernes Kohlepapier im Wesentlichen nach der gleichen Rezeptur hergestellt wird, haben sich die Hersteller darauf konzentriert, die Sauberkeit des Prozesses zu erhöhen und die Qualität der Reproduktion durch die Verwendung raffinierterer Materialien zu verbessern.

Rohstoffe

Ein typisches Stück Kohlepapier besteht aus einem Blatt Papier, das mit Kohle imprägniert wurde und zwischen zwei Blättern normalem Papier liegt. Alle Komponenten sind Standard, mit Ausnahme des beschichteten Blechs, das die Reprographie durchführt. Seine Beschichtung besteht aus mehreren Materialien, von denen das wichtigste Ruß ist. Ruß ist ein sehr Der Hauptbestandteil von Kohlepapier ist Ruß. Um es herzustellen, werden Luft und ein Kohlenwasserstoff (wie Erdöl) in einen Ofen geleitet. Im Ofen wird ein Teil des Erdöls verbrannt, was dazu beiträgt, die Temperatur auf bis zu 3.000 Grad Fahrenheit zu erhöhen und den unverbrannten Kohlenwasserstoff zu Ruß zu zersetzen. Der Ruß wird dann mit Wasser gekühlt und durch Einbringen in einen Zentrifugalzyklon oder Beutelfilter gewonnen. feine, kugelförmige, amorphe Form von Kohlenstoff, die nicht so kristallin ist wie Graphit. Es enthält hauptsächlich Kohlenstoff, aber auch geringe Mengen an Sauerstoff, Wasserstoff und Schwefel. Der Ruß haftet mit Hilfe verschiedener Wachse am Papier. Bekanntes schwarzes Einmal-Karbonpapier (z. B. für Kreditkartenbelege) wird mit einer Mischung beschichtet, die üblicherweise aus Paraffinwachs (33 %), Mineralöl (25 %), Ruß (15 %), Porzellanerde besteht oder Kaolin (12 %), Montanwachs (8 %), Carnaubawachs (6 %) und Methylviolett oder Gentianaviolett (1 %). Weniger verbreitetes blaues Einmal-Kohlepapier wird häufig mit einer Mischung aus Eisenblau (21 %), Paraffinwachs (20 %), Petrolatum (20 %), Mineralöl (15 %), Carnaubawachs (10 %) beschichtet. Porzellanerde (10 %) und Montanwachs (4 %).

Einige Kohlepapiere können wiederverwendet werden. Dies ist beispielsweise für den Einsatz in Verkaufsbüchern praktisch, da nur ein Blatt Kohlepapier benötigt wird, um Belege für mehrere Verkäufe zu erstellen. Wiederverwendbare öllösliche Bleistiftkohle erzeugt unauslöschliche Kopien. Es wird üblicherweise mit einer Mischung aus Talkum (39%), Carnaubawachs (23%), Schmalzöl (16%), Ölsäure (15%) und Victoria Blue Base (7%). Wiederverwendbares Pigmentstift-Kohlepapier erzeugt löschbare Kopien. Es ist mit einer Mischung beschichtet, die üblicherweise aus Milori Blue (25%), Carnaubawachs (20%), Mineralöl (16%), Amber Petrolatum (11%), Petrolatum (11%), Toning Iron Blue (10%) besteht. ) und Paraffinwachs (7%). Schreibmaschinenkohle ist auch wiederverwendbar und verwendet aufgrund der hohen Schlagkraft der Schreibmaschinentaste hochwertigeren Ruß und feinere Inhaltsstoffe als Einmal- oder Bleistiftkohlepapier. Es ist üblicherweise mit einer Tinte beschichtet, die aus Carnaubawachs (32%), Mineralöl (26%), Ruß (12%), Amber Petrolatum (6%), Bienenwachs (5%), Ouricury-Wachs (5%) besteht. , Ozokeritwachs (5%), Ölsäure (3%), pigmentierter Purpurtoner (3%), Kristallviolett-Farbstoff (2%) und Victoriablau-Basis (1%). Für zusätzlichen Schutz hat es auch ein Backing-Wachs bestehend aus Carnaubawachs (40%), Ouricury-Wachs (40%) und mikrokristallinem Wachs (20%).

Der Herstellungsprozess
Prozess

Der wichtigste Inhaltsstoff von Kohlepapier, Carbon Black, hat sich in den letzten Jahren verändert. Vor 1940 wurden 90 Prozent des in den Vereinigten Staaten produzierten Rußes aus Kanal- oder Prallkohlenstoff hergestellt, bei dem winzige Gasflammenstrahlen auf eine kühle metallische Oberfläche wie einen Eisenkanal (oder eine Rille) trafen (aufprallten). Der bei der teilweisen Verbrennung entstandene Ruß wurde dann abgekratzt, wodurch Kohlenstoffpartikel von ungefähr 10 ^-8 . erzeugt wurden Meter Durchmesser Diese hervorragende Methode zur Herstellung von feinem Ruß wurde jedoch 1976 wegen des starken Anstiegs des Erdgaspreises aufgegeben. Das derzeitige Verfahren zur Herstellung von Ruß verwendet das unten beschriebene Ofenverfahren. Der fertige Ruß wird dann mit einer Reihe von Offsetwalzen auf Papier aufgetragen.

Herstellung von Ruß

• 1 Ein Kohlenwasserstoff (wie Erdöl) und Luft werden in eine Kammer geleitet. Ein Teil des Kohlenwasserstoffs wird unvollständig verbrannt, wodurch die Temperatur in der Kammer ansteigt Zwei Verfahren zur Herstellung von Einmal-Kohlepapier sind die Mayer-Methode und die Flexo-Methode. Die beiden Verfahren ähneln sich darin, dass sich bei beiden Papier um eine Reihe von Rollen bewegt, von denen eine mit einer Kohlefarbwanne in Kontakt kommt. bis 2.012-3.092 Grad Fahrenheit (1100-1.700 Grad Celsius). Bei dieser Temperatur zersetzt sich der unverbrannte Kohlenwasserstoff zu Ruß.
• 2 Der neu entstandene Ruß wird einem Kühler zugeführt und dort mit Wasser besprüht. Der feine Ruß wird dann mit einem Zentrifugalzyklon oder einem Beutelfilter zurückgewonnen.

Einmaliges Kohlepapier herstellen
(Mayer-Methode)

• 3 Eine große Rolle Streichpapier (die sogenannte Walzenrolle) wickelt sich ab und läuft über eine andere Rolle (die Streichpapierrolle), die in einer Wanne mit Kohlefarbe sitzt. Die Farbwanne wurde auf 76 bis 82 Grad Celsius erhitzt. Wenn das Papier über diese Rolle läuft, wird die erhitzte Farbe auf eine Seite des Papiers übertragen.
• 4 Als nächstes läuft das Papier über einen Ausgleichsstab, der das beschichtete Papier abkratzt, um es zu glätten und überschüssige Tinte zu entfernen. Der Ausgleichsstab kann entweder glatt oder geriffelt sein. Anschließend läuft das Papier über eine weitere Walze, die Kühlwalze, die die Farbe auf dem Papier abkühlt und verfestigt. Schließlich wird das fertige Papier auf eine weitere Rolle zurückgespult.
• 5 Bei vielfältigen Geschäftsformularen wird das Kohlepapier mit einem anderen Formular verklebt, daher muss das Papier einen unbeschichteten Streifen ohne Kohle haben, auf den der Klebstoff aufgetragen werden kann. Um dies beim Mayer-Verfahren zu bewerkstelligen, wird einfach ein Metallstreifen an der richtigen Stelle auf die Spinnlösungsrolle gelegt. Dieser Teil der Rolle nimmt somit keine Farbe aus der Farbwanne auf, um auf das Papier zu gelangen.

Flexodruck

• 6 Ein anderes Verfahren, das Flexo-Verfahren genannt wird, kann auch zur Herstellung von Einmal-Kohlepapier verwendet werden. Zuerst wird eine Dope-Walze mit Kohletinte aus einer darunter liegenden beheizten Pfanne beschichtet. Eine Dosierwalze berührt die Spinnlösungswalze und Der letzte Schritt bei der Herstellung von Kohlepapier ist die Perforation. Dies wird automatisch von einer Punktkarbonisier-Verarbeitungsmaschine durchgeführt und umfasst sowohl die Perforationen zwischen den Kohlepapierblättern als auch die winzigen Löcher (durch Schlitzen erzeugt) entlang der Papierkanten. drückt die Tinte auf eine gleichmäßige Dicke. Die Farbe wird dann auf eine dritte Rolle, die Druckrolle, übertragen.
• 7 Währenddessen wird das Papier von einer Walzenwalze auf eine Druckwalze geführt, die die Druckwalze berührt, die dritte Walze, die oben in Schritt #5 erwähnt wurde. Wenn diese beiden Walzen in Kontakt kommen, wird Farbe von der Druckwalze auf das Papier der Gegendruckwalze übertragen. Das Papier läuft dann über eine Kühlwalze, die die Farbe verfestigt, bevor es auf die Aufwickelwalze gerollt wird. Bei vielfältigen Geschäftsformularen, die im Flexodruckverfahren hergestellt werden, wird auf der Druckwalze eine flache Rille gebildet. Wo diese Rille das Papier auf der Druckwalze berührt, wird keine Farbe übertragen.

Perforation

• 8 Der letzte Schritt bei der Herstellung von Einmal-Kohlepapier ist die Perforation. Zunächst werden der Durchschlag und die Vordrucke während des Zusammentragens geschlitzt. Als nächstes werden die riesigen Kohlepapierrollen in Formulare oder Blätter der richtigen Größe geschnitten. Bei Bedarf können auch Linienlöcher in das Papier gestanzt werden. Alle diese Vorgänge werden automatisch von einer Spot-Karbonisier-Bearbeitungsmaschine ausgeführt. Schließlich wird das Papier gestapelt, verpackt und an den Kunden versandt.

Kohlepapier für Schreibmaschinen

Schreibmaschinen-Kohlepapier unterscheidet sich von Einmal-Kohlepapier dadurch, dass es in der Regel eine Farbbeschichtung und ein Backing-Wachs sowie bedrucktes Material auf der Rückseite aufweist. Bei diesem Herstellungsverfahren stellt ein Flexodruck-Aufbau, bestehend aus einer Dope-Walze, einer Dosierwalze, einer Druckwalze und einer Druckwalze, die Mittel zum Bedrucken der Rückseite von Papier bereit, das von einer Walzenwalze geliefert wurde. Nach dem Bedrucken läuft das Papier über eine Dopewalze, um eine Kohlefarbbeschichtung zu erhalten, die mit einem Ausgleichsstab nach dem Mayer-Verfahren geglättet wird. Als nächstes wandert das Papier zu einer Wachswalze, die es mit Trägerwachs beschichtet. Wie bei den anderen Verfahren verfestigt dann eine Kühlwalze das Wachs. Eine Filz-Schwabbelrolle wird manchmal verwendet, um das Aussehen des Produkts zu verbessern, bevor es auf eine Aufwickelrolle gerollt wird.

Qualitätskontrolle

Das Prinzip von Kohlepapier ist einfach, die Herstellung jedoch schwierig. Ein moderner Hersteller von Kohlepapier prüft alle eingehenden Rohstoffe auf Qualität. Für Ruß kann eine Vielzahl von Tests durchgeführt werden, unter anderem für Pigmente und Schwefelgehalt. Der ausgewählte Ruß sollte auch eine feine Teilchengröße aufweisen, die durch Messen des durchschnittlichen Durchmessers eines Rußteilchens mit einem Elektronenmikroskop bestimmt wird. Außerdem sollte es eine geringe Ölaufnahme aufweisen, und die Saugfähigkeit und der pH-Wert des Rußes werden vor der Verwendung getestet. Die Tinten werden auf die Feinheit der Körnung getestet, die die endgültige Glätte der Beschichtung beeinflusst. Das Wachsbindemittel sollte nur wenig in das Papier eindringen und die richtige Viskosität haben. Um eine einwandfreie Beschriftung zu gewährleisten, wird die unter Druck freigesetzte Wachsmenge getestet. Das Papier selbst sollte glatt, nicht porös und frei von Oberflächenfehlern sein. Obwohl es ein dünnes Gewebe sein muss, sollte es auch stark und dicht sein. Das fertige Kohlepapier muss frei von Fehlern sein:kein Offset, Abplatzen, Falten oder Wellung. Es muss richtig funktionieren; die resultierende Kopie muss sauber und lesbar sein. Die Beschichtung sollte hart genug sein, um ihre beabsichtigte Verwendung zu erfüllen; Einmal-Kohlenstoff benötigt beispielsweise keine so harte Beschichtung wie Schreibmaschinen-Kohle, die auch eine zusammengesetzte Beschichtung mit guter Farbe aufweisen muss, damit sie wiederverwendet werden kann.

Andere Tests existieren für fertiges Kohlepapier. Um die aufgebrachte Tintenmenge zu bestimmen, wird eine Probe Kohlepapier ausgewählt und gewogen. Die Tintenablagerungen werden dann chemisch entfernt, bevor sie erneut gewogen werden. Die Gewichtsdifferenz gibt die Menge der aufgetragenen Tinte an. Welligkeit ist eine häufige Beschwerde über Kohlepapier, obwohl Kohlepapier häufig auf beiden Seiten (eine Seite mit Kohle, die andere mit Trägerwachs) beschichtet wird, um das Problem zu bekämpfen. Um die Welligkeit unter verschiedenen Bedingungen zu testen, wird ein Stück Kohlepapier auf eine ebene Fläche gelegt und bei kontrollierter Temperatur unterschiedlichen Feuchtigkeiten ausgesetzt. Die Haltbarkeit von wiederverwendbarem Schreibmaschinen-Kohlepapier wird durch wiederholtes Tippen auf einer Stelle überprüft, bis die Kohle abgenutzt ist. Die Sauberkeit sowohl der Kopie als auch des Kohlepapiers selbst ist wichtig. Um das erste zu testen, wird ein Dokument getippt und die Kopie auf Sauberkeit untersucht. Um das zweite zu testen, wird die Kohleseite mit einem sauberen, zerknitterten Blatt Papier abgerieben, das dann auf den Abrieb untersucht wird. Farbe und Dicke des Carbons sind visuell zu prüfen, um zu sehen, ob sie den Qualitätsstandards entsprechen.

Die Zukunft

1991 wurden in den USA über 62.000 Tonnen Kohlepapier hergestellt. Im gleichen Zeitraum wurden jedoch über 600.000 Tonnen Selbstdurchschreibepapier hergestellt. Das Selbstdurchschreibepapier ist ideal für handschriftliche Aufzeichnungen und verwendet chemisch beschichtete Blätter, die unter Druck reagieren und ein farbiges Bild erzeugen. Obwohl Selbstdurchschreibepapier deutlich mehr wiegt als Kohlepapier und sich weniger für maschinengeschriebene und computergestützte Aufzeichnungen eignet, steigt seine Nachfrage auf Kosten von Kohlepapier. (Diese Nachfrage nach "normalem" Papier kann auch auf die zunehmende Verfügbarkeit von Fotokopierern zurückgeführt werden.) Es ist wahrscheinlich, dass Kohlepapier mit zunehmender Verbreitung der elektronischen Kommunikation obsolet wird. Gegenwärtig besteht jedoch genügend Nachfrage von Unternehmen, die Kohlepapier für Kreditkartenbelege und computergestützte Aufzeichnungen verwenden, um das Überleben dieses einfachen, kostengünstigen Produkts für einige Zeit zu sichern.