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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine schwarze Druckfarbzusammensetzung bzw. Tintenzusammensetzung, und insbesondere betrifft sie eine schwarze Druckfarbzusammensetzung ohne einen oberflächenaktiven Stoff.
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2. Hintergrund der Erfindung
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Tintenstrahl-Drucktechnologie bedeutet anschlagsfreies Drucken, liefert scharfe Bilder und Bilder ohne (Rand) Verwischung bzw. Ausfransungen (non-feathering) und besitzt hervorragende Eigenschaften, wie Wasserbeständigkeit, Lichtbeständigkeit, optische Dichte, Lagerstabilität und kein Verstopfen etc.
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Allgemein beeinflussen die Oberflächenspannung und die Viskosität der Druckfarbe stark die Beständigkeit der Tintenstrahlgeschwindigkeit, den Abstand von zwei Druckfarbtropfen, die Tropfengröße und die Tropfenfließgeschwindigkeit. Was das Farbtintenstrahlsystem angeht, wird die Oberflächenspannung von Druckfarbe durch einen oberflächenaktiven Stoff reguliert. Zum Beispiel offenbart das
US-Patent Nr. 6695443 eine Druckfarbzusammensetzung, die einen anionischen oberflächenaktiven Stoff oder einen nichtionischen oberflächenaktiven Stoff einschließt. Das
US-Patent Nr. 6737449 offenbart eine Zusammensetzung, welche ein Acetylenglykol-Surfaktant einschließt. Allerdings sind die oberflächenaktiven Stoffe in den bisherigen Zusammensetzungen nicht leicht abbaubar und verursachen Umweltverschmutzungen. Das
US Patent Nr. 6004389 offenbart eine Druckfarbzusammensetzung, welche eine Polyoxyethylglycerinetherverbindung, wie etwa Diethylenglykolmono-n-butylether, Triethylenglykolmono-n-butylether, Propylenglykolmono-n-butylether oder Dipropylenglykolmono-n-butylether einschließt. Allerdings weist eine solche Zusammensetzung mehr als 3 Gew.-% der Polyoxyethylglycerinetherverbindung auf, die mit einen oberflächenaktiven Stoff verwendet wird. Man fand heraus, dass infolge der Zusetzung der Polyoxyethylglycerinetherverbindung die Druckfarbe leicht in ein Druckpapier eindringt, so dass Druckfarbtropfen das Druckpapier verwischen und sich negativ auf die Druckqualität auswirken.
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Folglich besteht ein dringender Bedarf zur Überwindung der oben genannten Nachteile in dem Gebiet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine schwarze Druckfarbzusammensetzung bereit, welche einen dispersiven schwarzen Farbstoff; weniger als 1 Gew.-% einer Glykoletherverbindung, basierend auf dem Gesamtgewicht der schwarzen Druckfarbzusammensetzung; ein Lösungsmittel; und Wasser einschließt.
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Der dispersive schwarze Farbstoff der vorliegenden Erfindung ist Carbon-Black (Farbindex Schwarz 7, PBk7), welcher behandelt wird, um mindestens eine funktionelle Gruppe aufzuweisen, bei der es sich um Carbonyl, Carboxyl, Hydroxyl, Sulfonyl oder das Salz davon handelt.
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Im Vergleich mit den herkömmlichen Druckfarbzusammensetzungen ist die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung frei von einem oberflächenaktiven Stoff und schadet somit nicht Organismen und der Umwelt.
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Die Diethylenglykolverbindung in der schwarzen Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung ist eine oder mehrere, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonomethylether und Dipropylenglykolmethylether besteht. Die schwarze Druckfarbzusammensetzung schließt 0,1 bis 1 Gew.-% der Diethylenglykolverbindung, basierend auf dem Gesamtgewicht der schwarzen Druckfarbzusammensetzung, ein und weist eine Oberflächenspannung im Bereich von 47 bis 54 mN/m auf.
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Im Vergleich mit den herkömmlichen Druckfarbzusammensetzungen weist die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine wesentlich höhere Oberflächenspannung auf, um so ein zu starkes Eindringen auszuschließen, und um den Druckeffekt und die Bildqualität zu verbessern. Zusätzlich zu einer Verbesserung der Oberflächenspannung der Druckfarbzusammensetzung benetzt das Diethylenglykol in der schwarzen Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Düse, was die Druckfarbe mit der Düse kompatibler macht, die Druckfarbentrocknung erleichtert und die Druckfarbenstabilität erhält.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS FORMEN
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Die folgenden spezifischen Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann auf dem Gebiet kann leicht die anderen Vorteile und Wirkungen der vorliegenden Erfindung erkennen.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine schwarze Druckfarbzusammensetzung bereit, welche einen dispersiven schwarzen Farbstoff; weniger als 1 Gew.-% einer Glykoletherverbindung, basierend auf dem Gesamtgewicht der schwarzen Druckfarbzusammensetzung; ein Lösungsmittel; und Wasser einschließt.
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In der schwarzen Druckfarbzusammensetzung kann der schwarze Farbstoff jeglicher handelsübliche Carbon-Black-Farbstoff sein, wie etwa Carbon-Black-Farbstoff, der von der Columbian Chemicals Company, Mitsubishi, oder Evonik Degussa erhältlich ist. Das Carbon-Black wird behandelt, um mindestens eine funktionelle Gruppe aufzuweisen, bei der es sich um Carbonyl, Carboxyl, Hydroxyl, Sulfonyl oder das Salz davon handelt. Allgemein schließt die schwarze Druckfarbzusammensetzung 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 6 Gew.-% der schwarzen Druckfarbe, basierend auf dem Gesamtgewicht der schwarzen Druckfarbzusammensetzung, ein.
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Die schwarze Druckfarbzusammensetzung schließt weiter ein Penetriermittel, ein Feuchthaltemittel oder eine Kombination davon ein. Das Penetriermittel kann mindestens eines aus N-Methylpyrrolidon und 1,3-Butylenglykol sein, ohne auf diese beschränkt zu sein. Das Feuchthaltemittel kann mindestens eines aus Glycerin und Diethylenglykol sein, ohne auf diese beschränkt zu sein.
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Die schwarze Druckfarbzusammensetzung schließt 2 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-%, und stärker bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% des Penetriermittels, basierend auf dem Gesamtgewicht der schwarzen Druckfarbzusammensetzung ein. Zum Beispiel schließt die schwarze Druckfarbzusammensetzung 5 bis 15 Gew.-% N-Methylpyrrolidon ein. Alternativ kann die schwarze Druckfarbzusammensetzung 2 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 8 Gew.-% 1,3-Butylenglykol einschließen.
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Die schwarze Druckfarbzusammensetzung schließt 2 bis 20 Gew.-% eines Feuchthaltemittels, basierend auf dem Gesamtgewicht der schwarzen Druckfarbzusammensetzung, ein. Zum Beispiel schließt die schwarze Druckfarbzusammensetzung 2 bis 8 Gew.-% Glycerin ein. Alternativ schließt die schwarze Druckfarbzusammensetzung 5 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 18 Gew.-% Diethylenglykol ein.
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Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, schließt die schwarze Druckfarbzusammensetzung weniger als 1 Gew.-% einer Glykoletherverbindung ein, welche eine oder mehrere ist, die aus der Gruppe gewählt sind, die aus Ethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonobutylether, Triethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonomethylether und Dipropylenglykolmethylether besteht. Vorzugsweise ist die Glykoletherverbindung Ethylenglykolmonobutylether. Die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung schließt etwa mindestens 0,1 Gew.-% einer Glykoletherverbindung ein, und die Oberflächenspannung der schwarzen Druckfarbzusammensetzung liegt im Bereich von 47 bis 54 mN/m auf.
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Zusätzlich zu den oben genannten Komponenten kann der restliche Teil der schwarzen Druckfarbzusammensetzung Wasser sein. Allgemein kann das Wasser reines Wasser, entionisiertes Wasser oder destilliertes Wasser sein.
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Die schwarze Druckfarbzusammensetzung kann gegebenenfalls weiter ein Additiv, wie etwa ein antimikrobielles Mittel, einschließen. Zum Beispiel kann das antimikrobielle Mittel NUOSEPT (NudeX, Inc., ein Teil von Huls America), UCARCIDE (Union Carbide), VANCIDE (RTVanderbilt Co.) oder PROXEL XL2 (ICI Americas Inc.) sein.
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Es gibt keine spezifisch eingeschränkte Konzentration des Additivs in der schwarzen Druckfarbzusammensetzung. In einer Ausführungsform schließt die schwarze Druckfarbzusammensetzung 0,1 bis 0,5 Gew.-% eines antimikrobiellen Mittels ein.
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Die Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgenden Ausführungsformen erläutert, jedoch nicht eingeschränkt.
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Herstellung einer schwarzen Druckfarbzusammensetzung
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Die Komponenten der schwarzen Druckfarbzusammensetzung sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 aufgelistet. The Komponenten wurden bei Raumtemperatur umgerührt und gemischt zur Bildung der Beispiele 1–28 der schwarzen Druckfarbzusammensetzungen. Die Einheit für jede Komponente in der schwarzen Druckfarbzusammensetzung ist Gew.-%. Tabelle 1. Komponenten der schwarzen Druckfarbzusammensetzungen
| Komponente /Beispiel | GLY | NMP | DEG | EGMBE | Proxel GXL | J1008503 | Wasser |
| 1 | 8 | 5 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 2 | 4 | 5 | 18 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 3 | 4 | 5 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 4 | 2 | 5 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 5 | 8 | 5 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 6 | 4 | 5 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 7 | 2 | 5 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 8 | 8 | 15 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 9 | 4 | 15 | 18 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 10 | 4 | 15 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 11 | 2 | 15 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 12 | 8 | 15 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 13 | 4 | 15 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 14 | 2 | 15 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
Tabelle 2. Komponenten der schwarzen Druckfarbzusammensetzungen
| Komponente/ Beispiel | 1,3-BG | NMP | DEG | EGMBE | Proxel GXL | J1008503 | Wasser |
| 15 | 8 | 5 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 16 | 4 | 5 | 18 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 17 | 4 | 5 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 18 | 2 | 5 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 19 | 8 | 5 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 20 | 4 | 5 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 21 | 2 | 5 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 22 | 8 | 15 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 23 | 4 | 15 | 18 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 24 | 4 | 15 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 25 | 2 | 15 | 14 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 26 | 8 | 15 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 27 | 4 | 15 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
| 28 | 2 | 15 | 10 | 0,2 | 0,2 | 19,78 | zum Erhalt eines Gesamtgewichtes von 100 g zugesetzt |
GLY: Glycerin
1,3-BG: 1,3-Butylenglykol
NMP: N-Methylpyrrolidon
DEG: Diethylenglykol
EGMBE: Ethylenglykol-mono-butylether
Proxel GXL: Antimikrobielles Mittel (ICI Americas Inc.)
J1008503: Carbon black-Farbstoff (BK-A15; Everlight Chemical Industrial Corp.)
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Trübungstest
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Der Carbon-Black-Farbstoff in den obigen Beispielen wurde durch Wasser ersetzt, um die Betrachtung zu erleichtern. Die in dem
US-Patent Nr. 6004389 offenbarten Druckfarbzusammensetzungen wurden als Vergleichsproben in diesem Trübungstest herangezogen. Die Tabelle 3 zeigt die Komponenten der Vergleichsproben mit oder ohne einen oberflächenaktiven Stoff.
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In dem Trübungstest wurden 50 g der Probe von Raumtemperatur auf 105°C erwärmt, und es wurde die Temperatur, bei welcher bei der Probenlösung eine Eintrübung auftrat, aufgeschrieben. Tabelle 3. Komponenten der Druckfarbzusammensetzungen, offenbart im
US -Patent Nr. 6004389 | | Vergleichsbeispiel 1 | Vergleichsbeispiel 2 |
| DEGMBE | 10,00 | 10,00 |
| 1,6-Hexandiol | 5,00 | 5,00 |
| Tripropylenglykol | 2,00 | 2,00 |
| DMI | 2,00 | 2,00 |
| Surfynol 104 | 0,80 | 0,00 |
| Surfynol 465 | 0,40 | 0,00 |
| Wasser | 79,80 | 81,00 |
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In dem Trübungstest betrugen die Temperaturen, bei welchen bei der schwarzen Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung und bei der Vergleichsprobe ohne einen oberflächenaktiven Stoff eine Trübung auftrat, beide mehr als 100°C; dagegen betrug die Temperatur, bei welcher eine Trübung bei der Vergleichsprobe mit oberflächenaktiven Stoffen auftrat, etwa 21°C. Folglich besitzt die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine große Stabilität, so dass die Komponenten der Druckfarbzusammensetzung während der Wärmebehandlung nicht ausfällen würden.
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Penetrationstest
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Die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsproben von Tabelle 3 wurden jeweils auf Glassubstrate mit oder ohne einen Wachsfilm fallen gelassen, und der Kontaktwinkel zwischen dem Tropfen und dem Substrat wurde durch ein Kontaktwinkelmessgerät gemessen. Die Ergebnisse wurden in den Tabellen 4 und 5 aufgelistet. Tabelle 4. Ergebnisse des Tests auf dem Glassubstrat mit einem Wachsfilm
| | Kontaktwinkel | Durchmesser der Bodenoberfläche | Oberflächenspannung |
| Vergleichsbeispiel 1 | 27,88 | 8,22 | 27,5 |
| Vergleichsbeispiel 2 | 51,17 | 6,93 | 36,7 |
| Beispiel 19 | 78,54 | 6,40 | 52 |
Tabelle 5. Ergebnisse des Tests auf dem Glassubstrat ohne einem Wachsfilm
| | Kontaktwinkel | Durchmesser der Bodenoberfläche | Oberflächenspannung |
| Vergleichsbeispiel 1 | 9,11 | 11,76 | 27,5 |
| Vergleichsbeispiel 2 | 17,03 | 10,56 | 36,7 |
| Beispiel 19 | 43,34 | 8,58 | 52 |
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Wie in den Tabellen 4 und 5 gezeigt, bildete die schwarze Druckfarbzusammensetzung wesentlich größere Kontaktwinkel als die Vergleichsbeispiele. Mit anderen Worten, die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung weist einen kleineren Kontaktbereich auf dem Substrat auf, um so ein Verwischen auf dem Substrat zu vermeiden. Damit besitzt die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit der in dem
US-Patent Nr. 6004389 offenbarten Druckfarbzusammensetzung eine wesentlich höhere Oberflächenspannung und schließt so ein Eindringen in ein Substrat, wodurch Bilder verwischt werden, aus.
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Weiterhin bildete in dem anhängigen Tropfentest die schwarze Druckfarbzusammensetzeng der vorliegenden Erfindung größere Tropfen infolge einer höheren inneren Schrumpfungskraft. Im Gegensatz dazu wurden die herkömmlichen Druckfarbzusammensetzungen leicht durch eine Kraft von außen beeinflusst und bildeten so Begleittropfen.
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Auflösungstest
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Die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, HP #27-Druckfarbe und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden getestet, um die Buchstaben B, M und R mit der Zeichengröße ”2” auf Papier On-, Double A- und HP Office-Papieren für nachfolgende Tests zu drucken.
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Die Druckbilder wurden betrachtet und mit Hilfe eines Mikroskops photographiert, und die Ergebnisse wurden in der 1A bis 1C aufgelistet.
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Liniensegment-Auflösungstest
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Die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung, HP #27-Druckfarbe und die Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden getestet, um auf Papier On-, Double A- und HP Office-Papieren für nachfolgende Tests zu drucken.+ Die Größe der Linienbreite betrug 0,01, und die Druckbilder wurden durch ein Linienbreitenmessgerät (PERSONAL IAS, Quality Engineering Associates, Inc.) für Dreifacherkennungen detektiert. Der Durchschnittswert der drei Untersuchungen wurde in Tabelle 6 aufgeführt, in der die Druckbilder mit der besten Auflösung bis zur schlechteren Auflösung als ✩, ⌾, o bzw. Δ angegeben wurden. Tabelle 6. Ergebnisse der Auflösungstests
| | Auflösung von Buchstaben | Auflösung vom Liniensegment |
| HP #27-Druckfarbe | ⌾ | ⌾ |
| Vergleichsbeispiel 1 | Δ | Δ |
| Vergleichsbeispiel 2 | o | o |
| Beispiel 19 | ✩ | ✩ |
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In den
1A bis
1C und der Tabelle 6 wird gezeigt, dass im Vergleich mit der HP #27-Druckfarbe und den in dem
US-Patent Nr. 6004389 offenbarten Druckfarbzusammensetzungen die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung wesentlich weniger Begleittropfen und verwischende Ränder bildete und damit eine wesentlich höhere Auflösung bewirkte. Aus diesem Grund bildet die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung mit einer höheren Oberflächenspannung einen kleineren Kontaktbereich auf einem Substrat und dringt so kaum in ein Druckpapier ein und sorgt für eine hohe Auflösung. Was die Linienbreitenauflösung angeht, liefert die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung die dünnere Linienbreite und bessere Auflösung als die herkömmlichen Druckfarbzusammensetzungen. Folglich liefert die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine hervorragende Druckqualität.
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Zusammengefasst weist die schwarze Druckfarbzusammensetzung der vorliegenden Erfindung eine höhere Oberflächenspannung auf, dringt kaum in ein Substrat ein und verwischt auf diesem, so dass die dünnere Linienbreite auf einem Druckpapier mit hervorragender Auflösung und Qualität gedruckt wird.
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Die Erfindung wurde unter Verwendung von beispielhaften bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Jedoch versteht es sich, dass der Umfang der Erfindung nicht auf die offenbarten Anordnungen beschränkt ist. Der Umfang der Ansprüche sollte daher in seinem weitesten Sinne interpretiert werden, so dass alle derartigen Modifizierungen und ähnliche Anordnungen umfasst sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6695443 [0003]
- US 6737449 [0003]
- US 6004389 [0003, 0022, 0023, 0026, 0031]
