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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Tintenstrahldruckverfahren. Genauer gesagt, bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Tintenstrahldruckverfahren, das
ein Aufzeichnungselement verwendet, das Pigmente enthält.
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In einem typischen Tintenstrahlaufzeichnungs-
oder -drucksystem werden Tintentröpfchen mit hoher Geschwindigkeit
aus einer Düse
auf ein Aufzeichnungselement oder Aufzeichnungsmedium geschleudert
und bauen ein Bild auf dem Medium auf. Die Tintentröpfchen oder
die Aufzeichnungsflüssigkeit
umfassen im allgemeinen ein Aufzeichnungsmittel wie beispielsweise
einen Farbstoff oder ein Pigment und eine große Menge an Lösungsmittel.
Das Lösungsmittel
oder die Trägerflüssigkeit
bestehen typischerweise aus Wasser, einem organischen Material wie
zum Beispiel einem einwertigen Alkohol, einem mehrwertigen Alkohol
oder Gemischen davon.
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Ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
umfasst typischerweise einen Träger,
der auf mindestens einer seiner Oberflächen eine Tintenempfangsschicht
oder bildaufbauende Schicht aufweist, und schließt jene ein, die für die Betrachtung
in Reflexion vorgesehen sind und einen opaken Träger besitzen, und jene, die
für die Betrachtung
in der Durchsicht bestimmt sind und einen transparenten Träger besitzen.
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Zwar sind bisher zahlreiche unterschiedliche
Typen an Bildaufzeichnungselementen für den Einsatz in Tintenstrahlvorrichtungen
vorgeschlagen worden, jedoch existieren viele ungelöste Probleme
auf diesem Fachgebiet und viele Mängel in den bekannten Produkten,
die ihren kommerziellen Nutzen eingeschränkt haben.
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Es ist wohlbekannt, dass es zur Erreichung
und Einhaltung der Fotoqualität
von Bildern auf einem derartigen Bildaufzeichnungselement nötig ist,
dass ein Tintenstrahlaufzeichnungselement:
- – leicht
benetzt werden kann, so dass kein Zusammenlaufen benachbarter Tintentröpfchen eintritt,
was zu uneinheitlicher Dichte führen
würde,
- – kein
Bluten der Bilder aufweist,
- – hohe
Tintenkonzentrationen absorbieren und rasch trocknen kann, um zu
vermeiden, dass Elemente aneinander haften, wenn nachfolgende Prints
oder andere Oberflächen
auf sie gestapelt werden,
- – ein
hohes Maß an
Glanz liefert und unterschiedlichen Glanz vermeidet,
- – keine
durch Wechselwirkungen zwischen dem Träger und/oder (einer) Schichten)
bedingten Diskontinuitäten
oder Defekte wie beispielsweise Risse, Stellen mit Tintenabstoßung, Kammlinien
und so weiter aufweist,
- – nichtabsorbierte
Farbstoffe an der Aggregierung und dem Auskristallisieren des Farbstoffs
auf der freien Oberfläche
hindert, was zu Ausblühungen
oder Bronzieren in den Bildteilen führt,
- – optimale
Bildechtheit aufweist, um das Verblassen durch Kontakt mit Wasser
oder durch Einwirkung von Tageslicht, Glühlicht oder Neonlicht zu vermeiden.
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Ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
wird gewünscht,
das gleichzeitig fast augenblickliche Tintentrocknungszeiten und
gute Bildqualität
aufweist. Diese Forderungen an Tintenstrahlaufzeichnungsmedien sind jedoch
wegen der vielen Tintenkompositionen und Tintenvolumina, die ein
Aufzeichnungselement unterbringen muss, schwierig gleichzeitig zu
erreichen.
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Tintenstrahlaufzeichnungselemente
sind bekannt, die poröse
oder nichtporöse
Beschichtungen mit einer oder mehreren Schichten verwenden, die
als geeignete Bildempfangsschichten auf einer oder auf beiden Seiten
eines porösen
oder nichtporösen
Trägers
fungieren. Aufzeichnungselemente, die nichtporöse Beschichtungen verwenden,
weisen typischerweise eine gute Bildqualität und hohen Glanz auf, ihre
Tintentrocknungszeiten sind dagegen schlecht. Aufzeichnungselemente,
die poröse
Beschichtungen verwenden, zeigen typischerweise schlechtere Bildqualitäten und
geringeren Glanz, weisen aber überlegene
Trocknungszeiten auf.
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US-A-5,851,651 bezieht sich auf ein
Tintenstrahlaufzeichnungselement, das ein Papiersubstrat mit einer
Beschichtung umfasst, die anorganische Pigmente, thermoplastische
Polymerteilchen und ein anionisches organisches Bindemittelhilfssystem
enthält.
Das Bindemittelhilfssystem besteht aus Polyvinylalkohol (PVOH) und
Polyvinylpyrrolidon (PVP) oder einem Copolymer von Polyvinylpyrrolidon
und Vinylacetat (PVP-VA). Jedoch gibt es ein Problem mit diesem
Element, das in der anhand der Messung der optischen Dichten feststellbaren
mangelhaften Bildqualität,
dem mehr als zulässigen
Bluten des Bildes und der mangelhaften Wasserbeständigkeit
besteht.
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US-A-5 908 723, EP-A-1 013 464 und
WO-00 02736 beziehen sich auf Tintenstrahlaufzeichnungselemente
mit unterschiedlichen Bindemitteln und Pigmenten, beziehen sich
aber nicht auf ein kationisches Beizmittel, das eine polymere Latexdispersion
darstellt, oder ein anionisches Bindemittel.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Tintenstrahldruckverfahren zu schaffen, das ein Aufzeichnungselement
verwendet, das kurze Tintentrocknungszeiten aufweist. Eine weitere
Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, ein Tintenstrahldruckvertahren
zu schaffen, das ein Aufzeichnungselement von guter Bildqualität verwendet.
Wiederum besteht eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
darin, ein Tintenstrahldruckverfahren zu schaffen, das ein Aufzeichnungselement
verwendet, das hohen Glanz aufweist.
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Diese und andere Aufgaben werden
in Übereinstimmung
mit der Erfindung gelöst,
die ein Tintenstrahldruckverfahren umfasst, das die folgenden Schritte
beinhaltet:
- a) Bereitstellen eines Tintenstrahldruckers,
der auf digitale Datensignale anspricht;
- b) Laden des Druckers mit einem Tintenstrahlaufzeichnungselement,
das ein Substrat umfasst, auf dem eine Bildempfangsschicht angeordnet
ist, die ein anorganisches anionisches Pigment, ein organisches
anionisches Bindemittel, ein organisches kationisches Beizmittel,
bei dem es sich um eine polymere Latexdispersion handelt, und thermoplastische
Polymerteilchen umfasst;
wobei das anorganische anionische
Pigment in einer Menge von 50 bis 95 Gew.-% der Bildempfangsschicht
vorliegt;
das organische anionische Bindemittel in einer Menge
von 5 bis 20 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorliegt, und das Verhältnis von
Pigment zu Bindemittel 6 : 1 bis 8 : 1 beträgt,
das organische kationische
Beizmittel in einer Menge von 1 bis 75 Gew.-% der Bildempfangsschicht
vorliegt; und
die thermoplastischen Polymerteilchen in einer
Menge von 2 bis 20 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorliegen;
- c) Laden des Druckers mit einer Tintenstrahl-Tintenkomposition;
und
- d) Bedrucken des Aufzeichnungselements mit der Tintenstrahltinte,
in Abhängigkeit
von den digitalen Datensignalen.
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Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Tintenstrahlaufzeichnungselement liefert guten Glanz,
gute Bildqualität
und kurze Tintentrocknungszeiten.
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Das anorganische anionische Pigment,
das sich für
das in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzte Aufzeichnungselement eignet, kann ein Kaolin-Ton, ein
calcinierter Ton, Titandioxid, Talkum oder ein Silicat sein. In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das anorganische anionische Pigment ein Kaolin-Ton,
der unter der Handelsbezeichnung Hydragloss® 92
(J. M. Huber Company) im Handel ist. Die eingesetzte Menge an anorganischem
anionischem Pigment kann zwischen 50% und 95% der Bildempfangsschicht
betragen.
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Das organische anionische Bindemittel,
das sich für
das in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzte Aufzeichnungselement eignet, kann ein Styrol-Acryl-Latex,
ein Styrol-Butadien-Latex, ein Polyvinylalkohol oder ein Polyvinylacetat
sein. Ein kommerziell erhältlicher
Styrol-Acryl-Latex, der sich für
die Erfindung eignet, ist Acronal® S-728
(BASF Corp.). Ein kommerziell erhältlicher Styrol-Butadien-Latex,
der sich für
die Erfindung eignet, ist Styronal® BN
4606X (BASF Corp.). Ein kommerziell erhältlicher Polyvinylalkohol,
der sich für die
Erfindung eignet, ist Airvol ® 21–205 (Air Products Inc.). Ein
kommerziell erhältliches
Polyvinylacetat, das sich für
die Erfindung eignet, ist Vinac® 884
(Air Products Inc.).
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Das organische anionische Bindemittel
wird in Mengen von 5% bis 20% der Bildempfangsschicht eingesetzt.
Im allgemeinen werden gute Ergebnisse erhalten, wenn das Verhältnis von
Pigment zu Bindemittel 6 : 1 bis 8 : 1 beträgt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung können
die thermoplastischen Polymerteilchen, die in dem in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzten Aufzeichnungselement verwendet werden, aus einem Polymer
oder einem Copolymer mit einer Glasübergangstemperatur unterhalb
von 70°C,
vorzugsweise unterhalb von 50°C,
hergestellt werden. Kommerziell erhältliche thermoplastische Polymerteilchen,
die sich für die
Erfindung eignen, schließen
Dispersionen von Styrol-Acryl-Hohlkugeln
wie beispielsweise Ropaque® 543 (Rohm & Haas Co.) ein.
Andere kommerziell erhältliche
thermoplastische Polymerteilchen, die sich für die Erfindung eignen, schließen Styrol-Acryl-Latices
mit massiven Kugeln wie zum Beispiel Dow Latex® 755
( Dow Chemical Co) ein.
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Die thermoplastischen Polymerteilchen
werden in Mengen von 2% bis 20% der Bildempfangsschicht eingesetzt.
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Das organische kationische Beizmittel,
das sich für
das in dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzte Aufzeichnungselement eignet, ist eine Polymerlatex-Dispersion.
Beispiele für
Beizmittel, die sich für
die Erfindung eignen, werden in US-A-5,474,843 mitgeteilt. Andere geeignete
Beizmittel schließen
kationische Urethan-Dispersionen
ein, die unter der Handelsbezeichnung Witcobond® W-213
und Witcobond® W-215
(Witco Corporation) kommerziell erhältlich sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das organische kationische Beizmittel:
M1:
N-Vinylbenzyl-N-benzyl-N,N-dimethylammoniumchlorid/Styrol/Divinylbenzol-Terpolymer
M2:
N-Vinylbenzyl-N,N,N-trimethylammoniumchlorid/Ethylenglykoldimethacrylat-Copolymer,
oder
M3: N-Vinylbenzyl-N,N,N-trimethylammoniumchlorid/-Divinylbenzol-Copolymer.
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Gute Ergebnisse wurden erhalten,
wenn das Beizmittel-Polymer in Mengen von 1 Gew.-% bis 75 Gew.-%
der Bildempfangsschicht, vorzugsweise von 10 Gew.-% bis 20 Gew.-%,
enthalten war.
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Kleinere Mengen von bis zu 10 Gew.-%
anderer Bindemittel können
ebenfalls der Bildempfangsschicht zugesetzt werden, wie beispielsweise
PVP, das unter der Bezeichnung Luviskol® VA
64W (BASF Corp.) erhältlich
ist, oder das Copolymer PVP-VA, das unter dem Namen Luviquat® PQ11
PN (BASF Corp.) bezogen werden kann. Zusätzlich zu den obenstehenden
Hauptbestandteilen können
nach Bedarf weitere Zusatzstoffe zugesetzt werden, hierzu gehören beispielsweise
pH-Regler wie Salpetersäure,
Vernetzungsmittel, Viskositätsveränderer,
Tenside, UV-Absorber, Biozide, Schmiermittel, Farbstoffe, optische
Aufheller usw.
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Das Substrat kann porös sein wie
beispielsweise Papier oder nichtporös wie zum Beispiel Celluloseacetat
oder Polyesterfilme. Die Oberfläche
des Substrats kann zur Verbesserung der Haftung der Bildempfangsschicht
am Träger
behandelt sein. Zum Beispiel kann die Oberfläche vor der Aufbringung der
Bildempfangsschicht auf den Träger
Koronaentladungen ausgesetzt werden. Alternativ kann eine Grundschicht
oder Haftschicht, beispielsweise eine Schicht aus einem halogenierten
Phenol oder einem partiell hydrolysierten Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymer,
auf die Oberfläche
des Trägers
aufgebracht werden.
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Die Tintenstrahlbeschichtung kann
auf einer oder auf beiden Seiten der Substratoberflächen mittels konventioneller
Beschichtungsmethoden mit Vordosierung oder Nachdosierung aufgebracht
werden, zum Beispiel mittels Rakelbeschichtung, Luftbürstenbeschichtung,
Stabbeschichtung, Walzenbeschichtung usw. Die Wahl des Beschichtungsverfahrens
richtet sich nach der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und bestimmt
ihrerseits die Spezifikationen der Formulierung wie beispielsweise
die Feststoffe in der Beschichtung, die Viskosität der Beschichtung und die
Beschichtungsgeschwindigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Beschichtungsformulierung einen Gehalt an Beschichtungsfeststoften
von 40–60%
und eine Viskosität
bei niedriger Schergeschwindigkeit (10,5 s–1)
(Brookfield 100 Umdrehungen/min) von 500–2000 mPa·s (500–2000 Centipoise) auf.
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Die Dicke der Bildempfangsschicht
kann zwischen 5 und 60 μm,
vorzugsweise zwischen 20 und 40 μm
liegen. Die benötigte
Beschichtungsdicke wird durch die Erfordernis bestimmt, dass die
Beschichtung das Tintenlösungsmittel
aufnehmen soll und sie andererseits die Tinte nahe der Beschichtungsobertläche zurückhalten
soll. Die Beschichtung kann als Einzelschicht oder in mehreren Schichten
aufgetragen werden, es kann so die Funktionalität jeder aufgetragenen Schicht
festgelegt werden; zum Beispiel kann eine Zweischichtenstruktur
geschaffen werden, in der die Grundschicht als Sumpf für die Aufnahme
des Tintenlösungsmittels
fungiert, während
die obere Schicht die Tinte zurückhält.
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Nach der Beschichtung kann das Tintenstrahl-Aufzeichnungselement
zur Verbesserung der Glätte
der Oberfläche
kalandriert oder satiniert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird das Tintenstrahl-Aufzeichnungselement
durch Durchgang durch einen beheizten Weichwalzenspalt bei 65°C bei einem
Druck von 14000 kg/m und einer Geschwindigkeit von 0,15 m/s bis
0,3 m/s kalandriert.
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Das Substrat, das in dem Tintenstrahlaufzeichnungselement
eingesetzt wird, das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,
kann opak, durchscheinend oder transparent sein. Es können zum
Beispiel Normalpapiere, harzbeschichtete Papiere, verschiedene Kunststoffe
einschließlich
einem Polyesterharz wie beispielsweise Polyethylenterephthalat,
Polyethylennaphthalat und Polyesterdiacetat, ein Polycarbonatharz,
ein Fluorharz wie beispielsweise Polytetrafluorethylen, Metalfolie,
verschiedene Gläser
und so weiter verwendet werden. Die Dicke des in der Erfindung eingesetzten
Substrats kann zwischen 12 und 500 μm, vorzugsweise zwischen 75
und 300 μm
variieren.
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Tintenstrahltinten, die zur Bildaufzeichnung
auf den Aufzeichnungselementen verwendet werden, die in dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, sind in der Fachwelt
wohlbekannt. Die Tintenkompositionen, die für den Tintenstrahldruck verwendet
werden, sind typischerweise flüssige
Kompositionen, die ein Lösungsmittel
oder eine Trägerflüssigkeit,
Farbstoffe oder Pigmente, Befeuchtungsmittel, organische Lösungsmittel,
Tenside, Verdickungsmittel, Konservierungsmittel und dergleichen
umfassen. Das Lösungsmittel
oder die Trägerflüssigkeit
kann nur Wasser sein oder Wasser, das mit anderen mit Wasser mischbaren
Lösungsmitteln
wie beispielsweise mehrwertigen Alkoholen vermischt wird. Tinten,
in denen organische Materialien wie mehrwertige Alkohole die vorherrschenden
Trägerflüssigkeiten
oder Lösungsmittel
sind, können
auch verwendet werden. Besonders gut eignen sich Lösungsmittelgemische
aus Wasser und mehrwertigen Alkoholen. Die in derartigen Kompositionen
eingesetzten Farbstoffe sind typischerweise wasserlösliche direktziehende
oder saure Farbstoffe. Derartige flüssige Kompositionen sind ausführlich in
dem bisherigen Stand der Technik entspre chenden Veröffentlichungen
beschrieben worden, zum Beispiel in US-A-4,381,946; US-A-4,239,543
und US-A-4,781,758.
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Die folgenden Beispiele erläutern die
Erfindung des näheren.
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Beispiel
1 (Entspricht nicht der Erfindung)
Beschichtungsformulierungen
wurden wie folgt hergestellt (in Gramm, trocken):
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Kaolin-Ton und Styrol-Acryl-Latex,
oben erwähnt,
sind beide überwiegend
anionisch. Das Beizmittel-Polymer M3 ist kationisch. Die Beschichtungsformulierung
umfasst somit ein Gemisch aus anionischen und kationischen Materialien.
Um eine stabile Formulierung zu erhalten, ist es nötig, die
anionische Ladung zu minimieren, während gleichzeitig die kationische
Ladung konstant gehalten wird. Das erreicht man in der Weise, dass
der pH-Wert des Kaolin-Tons und des Styrol-Acryl-Latex mit Salpetersäure eingestellt
wird.
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Zusätzlich werden, um eine stabile
Formulierung zu erhalten, der Kaolin-Ton und der Styrol-Acryl-Latex
dem kationischen Beizmittel M3 zugefügt, und anschließend wird
der pH-Wert eingestellt.
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Jede Beschichtung wurde mit einer
Spiralrakel, deren Drahtdurchmesser 0,51 μm betrug, in einer Auftragsdichte
im feuchten Zustand von 40 μm
auf Rohpapier aufgetragen, das Kontrollelement 1 und die Elemente
1 und 2 wurden so erhalten. Bei dem verwendeten Rohpapier handelte
es sich um Nekoosa Solutions Smooth® (Georgia
Pacific), Grade 5128 (Carrara White®, Color
9220) mit einem Flächengewicht
von 150 g/m2. Nach der Auftragung wurden
die Elemente an der Luft getrocknet. Die Elemente wurden dann durch
Durchgang durch einen beheizten Weichwalzenspalt bei 65°C bei einem
Druck von 14000 kg/m und einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s kalandriert.
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Proben von jedem der oben genannten
Elemente wurden auf einem Hewlett Packard Photosmart® Drucker,
der auf "photoglossy
paper, best" eingestellt
war, bedruckt und anschließend
auf Trocknungszeit und optische Dichte des schwarzen Streifens im
Verbund getestet. Bei den verwendeten Tinten handelte es sich um
Hewlett Packard Photosmart® Tinten.
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Die Trocknungszeit als die Zeit,
nach deren Ablauf nach dem Drucken eine Übertragung von Tinte von dem
bedruckten Element auf ein Löschpapier
nicht mehr beobachtet wird, wurde mit Hilfe einer Blotting-Methode
gemessen. Pro Element wurde eine Probe dem Trocknungszeit-Test unterzogen.
Ein Testobjekt mit Streifen wurde gedruckt, das 100% Deckungsgrad
mit Gelb, Cyan und Magenta, 200 Deckungsgrad mit Rot, Grün und Blau
und 300% Deckungsgrad mit Schwarz auf Flächen von 1 cm mal 23 cm umfasste.
Unmittelbar nach Ende des Druckens wurde die Probe auf eine Schaumstoffunterlage
gelegt, ein Stück
Durchschreibepapier wurde oben auf der Probe angebracht und ein
beschwerter glatter Stab wurde über
das Papier gerollt. Das Durchschreibepapier wurde anschließend von
der Probe abgenommen und auf Übertragung
von Tinte untersucht. Die Ergebnisse in Tabelle 1 werden in Form
von Bewertungen von 1–5
angegeben, wobei 1 keiner Übertragung
(kurze Trocknungszeit) auf das Durchschreibepapier und 5 vollständiger Übertragung
(der gesamte Streifen ist auf dem Durchschreibepapier sichtbar)
entspricht.
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Die optische Dichte der bedruckten
Aufzeichnungselemente wurde mit einem X-Rite® Modell
820 Transmissions-/Reflexionsdensitometer mit Status A Filter gemessen.
Der schwarze Streifen auf dem Testobjekt wurde untersucht. Die Ergebnisse
stellen die Mittelwerte von drei Messungen dar.
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Der Glanz der Aufzeichnungselemente
wurde mit einem Gardner Tri-gloss meter in der der Norm ASTM D523
entsprechenden 60-Grad-Einstellung gemessen. Die folgenden Ergebnisse
wurden erhalten:
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Die obenstehenden Ergebnisse zeigen,
dass die Elemente 1 und 2 bei gleichbleibend kurzen Trocknungszeiten
und guter optischer Dichte im Vergleich zu Kontrollelement 1 einen
höheren
Glanz aufwiesen.
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Beispiel 2 (Entspricht
nicht der Erfindung)
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Die Wasserbeständigkeit, die als Verlust an
optischer Bilddichte nach längerem
Eintauchen in Wasser definiert ist, wurde anhand eines Wassertauchtests
gemessen. Die Tintenstrahlaufzeichnungselemente von Beispiel 1 wurden
unter leichtem Schütteln
fünf Minuten
lang in destilliertes Wasser getaucht. Die Elemente wurden dann über Nacht
zum Trocknen auf dem Labortisch abgestellt. Die optische Dichte
wurde vor und nach dem Eintauchen gemessen, und die prozentuale Änderung
der Dichte jedes einzelnen Farbstreifens wurde notiert. Die folgenden
Ergebnisse wurden erhalten:
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Tabelle
2-Wasserbeständigkeit
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Die obenstehenden Ergebnisse zeigen,
dass die Elemente 1 und 2 im Vergleich zu Kontrollelement 1 äquivalente
Wasserbeständigkeiten
aufwiesen.
