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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Tintenstrahldruckverfahren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
ein Tintenstrahldruckverfahren, das ein Pigmente enthaltendes Aufzeichnungselement
verwendet.
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In einem typischen Tintenstrahlaufzeichnungs-
oder Tintenstrahldrucksystem werden Tintentröpfchen aus einer Düse mit hoher
Geschwindigkeit auf ein Aufzeichnungselement oder Aufzeichnungsmedium
ausgeworfen, um ein Bild auf dem Medium zu erzeugen. Die Tintentröpfchen oder
die Aufzeichnungsflüssigkeit
umfassen im Allgemeinen ein Aufzeichnungsmittel, wie einen Farbstoff
oder ein Pigment, und eine große
Menge an Lösemittel.
Das Lösemittel
oder die Trägerflüssigkeit
besteht typischerweise aus Wasser, einem organischen Material, wie
einem einwertigen Alkohol, einem mehrwertigen Alkohol oder Mischungen
daraus.
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Ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
umfasst typischerweise einen Träger,
auf dessen mindestens einer Oberfläche eine Tintenempfangsschicht
oder Bilderzeugungsschicht angeordnet ist, und es umfasst derartige
Schichten, die zur Aufsichtsbetrachtung vorgesehen sind und einen
lichtundurchlässigen
Träger
aufweisen, sowie derartige Schichten, die zur Durchsichtsbetrachtung
vorgesehen sind und einen durchsichtigen Träger aufweisen.
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Zwar sind bislang zahlreiche unterschiedliche
Arten von Bildaufzeichnungselementen zur Verwendung mit Tintenstrahlvorrichtungen
vorgeschlagen worden, aber nach dem Stand der Technik bestehen viele ungelöste Probleme
und zahlreiche Nachteile in den bekannten Produkten, die deren kommerzielle
Eignung einschränken.
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Es ist bekannt, dass zur Erzeugung
und Beibehaltung von Bildern in fotografischer Qualität auf einem derartigen
Bildaufzeichnungselement ein Tintenstrahl-Aufzeichnungselement folgende
Eigenschaften aufweisen muss:
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- – Es
muss sich problemlos benetzen lassen, damit kein Puddeln auftritt,
d.h. damit es zu keinem Zusammenwachsen benachbarter Tintentröpfchen kommt,
was zu einer ungleichmäßigen Dichte
führt.
- – Kein
Auslaufen des Bildes.
- – Fähigkeit
zur Absorption hoher Konzentrationen von Tinte und schnelles Trocknen,
um zu verhindern, dass Elemente zusammenkleben, wenn sie zu mehreren
Drucken oder mit anderen Oberflächen
gestapelt werden.
- – Keine
Diskontinuitäten
oder Defekte aufgrund von Interaktionen zwischen dem Träger und/oder
der oder den Schichten, wie Reißen,
Abstoßspuren,
Kammlinien usw.
- – Kein
Zusammenballen nicht absorbierter Farbstoffe an der freien Oberfläche, was
eine Kristallisation der Farbstoffe bewirkt, so dass die bebilderten
Flächen
ausblühen
oder brünieren.
- – Optimierte
Bildfestigkeit zur Vermeidung von Auslaufen bei Kontakt mit Wasser
oder Einwirkung von Tageslicht, Kunstlicht oder Fluoreszenzlicht.
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Ein Tintenstrahlaufzeichnungselement,
das gleichzeitig eine nahezu sofortige Trocknung und gute Bildqualität bietet,
ist wünschenswert.
Angesichts der Vielzahl von Tintenzusammensetzungen und Tintenvolumina,
die ein Aufzeichnungselement aufnehmen muss, sind diese Anforderungen
an Tintenstrahlaufzeichnungsmedien nur schwer zu erfüllen.
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Es sind Tintenstrahlaufzeichnungselemente
bekannt, die poröse
oder nicht poröse,
einschichtige oder mehrschichtige Beschichtungen verwenden, die
als geeignete Bildempfangsschichten auf einer oder auf beiden Seiten
eines porösen
oder nicht porösen
Trägers
dienen. Aufzeichnungselemente, die nicht poröse Beschichtungen verwenden,
haben typischerweise eine gute Bildqualität, weisen jedoch eine schlechte
Tintentrocknungszeit auf. Aufzeichnungselemente, die poröse Beschichtungen
verwenden, weise oft eine schlechtere Bildqualität aber bessere Trocknungszeiten
auf.
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US-A-5,851,651 betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
mit einem Papierträger,
der eine Beschichtung aus anorganischen Pigmenten und einem System
aus anionischen, organischen Co-Bindemittel umfasst. Das System
aus Co-Bindemitteln besteht aus Polyvinylalkohol (PVOH) und Polyvinylpyrrolidon
(PVP) oder einem Copolymer von Polyvinylpyrrolidon-Vinylacetat (PVP-VA).
Ein Problem bei diesem Element besteht allerdings darin, dass die Bildqualität hinter
der wünschenswerten
Bildqualität
zurückbleibt,
und zwar gemessen nach optischer Dichte, Durchschlagen des Bildes
und Wasserfestigkeit.
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JP-A-10 217601, US-A-5 908 723, EP-A-1
013 464 und WO-00 02736 betreffen Tintenstrahlaufzeichnungselemente,
die verschiedene Bindemittel und Pigmente verwenden.
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DE 19,534,327A1 betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungselement,
das eine Aufzeichnungsschicht enthält, die ein anorganisches,
kationisches Pigment und ein kationisches organisches Bindemittel
umfasst. Gemessen nach optischer Dichte, Durchschlagen des Bildes
und Wasserfestigkeit hat diese Aufzeichnungsschicht jedoch nicht
die gewünschte
Bildqualität.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, ein Tintenstrahldruckverfahren bereitzustellen,
das ein Aufzeichnungselement mit kurzer Tintentrocknungszeit verwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Tintenstrahldruckverfahren bereitzustellen, das ein Aufzeichnungselement
mit guter Bildqualität
verwendet.
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Diese und weitere Aufgaben werden
mit der vorliegenden Erfindung gelöst, die ein Tintenstrahldruckverfahren
mit folgenden Schritten umfasst:
- 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 und ein organisches, kationisches Beizmittel, das eine
Polymerlatexdispersion ist, umfasst;
wobei das anorganische,
anionische Pigment in einer Menge von 50 bis 95 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden
ist;
das organische, anionische Bindemittel in einer Menge
von 5 bis 20 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden ist, und das
Verhältnis
von Pigment zu Bindemittel 5:1 bis 8:1 beträgt, und das organische, kationische Beizmittel
in einer Menge von 1 bis 75 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden
ist; - c) Laden des Druckers mit einer Tintenstrahltintenzusammensetzung;
und
- d) Bedrucken des Aufzeichnungselement mit der Tintenstrahltinte
in Abhängigkeit
von den digitalen Datensignalen.
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Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzeugte Tintenstrahlaufzeichnungselement liefert guten Glanz, gute
Bildqualität
und kurze Tintentrocknungszeiten.
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Das anorganische, anionische Pigment,
das in dem für
das erfindungsgemäße Verfahren
verwendete Aufzeichnungselement verwendbar ist, kann Kaolinton,
ein calcinierter Ton, Titandioxid, Talkum oder ein Silicat sein.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das anorganische, anionische Pigment ein unter
dem Markennamen Hydragloss® 92 (J.M.Huber Company)
vertriebener Kaolinton. Die Menge des verwendeten anorganischen,
anionischen Pigments liegt im Bereich 50% bis 95% der Bildempfangsschicht.
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Das organische, anionische Bindemittel,
das fir das in dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendete Aufzeichnungselement geeignet ist, kann ein Styrolacryllatex,
ein Styrolbutadienlatex, ein Poly(vinylalkohol) oder ein Poly(vinylacetat)
sein. Ein kommerziell erhältliches
und in der vorliegenden Erfindung verwendbares Styrolacryllatex
ist Acronal® 5-728
(BASF Corp.). Ein kommerziell erhältliches und in der vorliegenden
Erfindung verwendbares Butadienlatex ist Styronal® BN
4606X (BASF Corp.). Ein kommerziell erhältlicher und in der vorliegenden
Erfindung verwendbarer Poly(vinylalkohol) ist Airvol® 21-205
(Air Products Inc.). Ein kommerziell erhältliches und in der vorliegenden
Erfindung verwendbares Poly(vinylacetat) ist Vinac® 884
(Air Products Inc.).
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Das organische, anionische Bindemittel
ist in einer Menge von 5% bis 20% der Bildempfangsschicht verwendbar.
Das Verhältnis
von Pigment zu Bindemittel beträgt
5:1 bis 8:1.
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Das organische, kationische Beizmittel,
das für
das in dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendete Aufzeichnungselement geeignet ist, ist eine Polymerlatexdispersion.
Beispiele für die
in der Erfindung geeigneten Beizmittel sind in US-A-5,474,843 beschrieben.
Weitere verwendbare Beizmittel umfassen kationische Urethandispersionen,
die unter dem Markennamen Witcobond® W-213
und Witcobond® W-215
(Witco Corporation) vertrieben werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist das organische, kationische Beizmittel: M1: Poly(N-Vinylbenzyl-N-Benzyl-N,N-Dimethylamnioniumchlorid-Co-Styrol-Co-Divinylbenzen),
M2: Poly(N-Vinylbenzyl-N,N,N-Trimethylammoniumchlorid-Co-Ethylenglycoldimethacrylat),
oder M3: Poly(N-Vinylbenzyl-N,N,N-Trimethylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen).
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Das Beizpolymer ist in einer Menge
von 1 bis 75 Gew.-% der Bildempfangsschicht vorhanden, vorzugsweise
von 10 bis 20 Gew.-%.
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Kleinere Mengen von bis zu 10% anderer
Bindemittel können
der Bildempfangsschicht ebenfalls zugegeben werden, wie beispielsweise
PVP, das als Luviskol® VA 64W (BASF Corp.) vertrieben
wird, oder das Copolymer PVP-VA, das als Luviquat® PQ11PN
(BASF Corp.) vertrieben wird. Zusätzlich zu den vorausgehenden
Hauptkomponenten können
bei Bedarf weitere Additive zugegeben werden, etwa pH-Modifikatoren,
wie Salpetersäure,
Vernetzungsmittel, Rheologiemodifikatoren, Surfactants, UV-Absorptionsmittel,
Biozide, Schmiermittel, Farbstoffe, optische Aufheller usw.
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Die Substrate können porös sein, wie Papier, oder nicht
porös,
wie Celluloseacetat- oder Polyesterfilme. Die Oberfläche des
Substrats kann behandelt sein, um die Adhäsion der Bildempfangsschicht
auf dem Träger
zu verbessern. Beispielsweise kann die Oberfläche durch Coronaentladung behandelt
werden, bevor die Bildempfangsschicht auf den Träger aufgebracht wird. Alternativ
hierzu kann eine Unterschicht oder Substratschicht, beispielsweise
eine von einem halogenierten Phenol oder einem teilweise hydrolysierten
Vinylchlorid- Vinylacetat-Copolymer
ausgebildete Schicht, auf der Oberfläche des Träges ausgebildet werden.
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Die Tintenstrahlbeschichtung kann
auf einer oder beiden Oberflächen
des Substrats durch konventionelle vorbemessene oder nachbemessene
Beschichtungsverfahren aufgetragen werden, wie Rakel-, Luftrakel-,
Stangen- oder Walzenbeschichtung usw. Die Wahl des Beschichtungsprozesses
ergibt sich aus wirtschaftlichen Überlegungen und bestimmt die
Formulierung, wie Beschichtungsstoffe, Beschichtungsviskosität und Beschichtungsgeschwindigkeit.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat die Beschichtungsformulierung einen prozentualen Anteil an Feststoffen
in der Beschichtung von 40–60%
und eine niedrige Scherviskosität
bei 10,5s-1 (100 U/min mit Rotationsviskosimeter
nach Brookfield) von 500–2000
mPa·s
(500–2000
centiPoise).
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Die Dicke der Bildempfangsschicht
kann zwischen 5 und 60 μm
betragen, vorzugsweise 20 bis 40 μm. Die
erforderliche Beschichtungsdicke bestimmt sich durch die Notwendigkeit,
dass die Beschichtung als Sumpf zur Absorption von Tintenlösemittel
dient, und der Notwendigkeit, die Tinte in Nähe der Beschichtungsoberfläche zu halten.
Die Beschichtung kann in einer einzelnen Schicht oder in mehreren
Schichten aufgetragen werden, so dass die Funktionalität jeder
Beschichtungsschicht angegeben werden kann; beispielsweise kann
eine zweischichtige Struktur erstellt werden, worin die Grundbeschichtung
als Sumpf zur Absorption des Tintenlösemittels dient, während die
obere Schicht die Tinte festhält.
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Nach dem Beschichten kann das Tintenstrahlaufzeichnungselement
zur Verbesserung der Oberflächenglätte einer
Kalandrierung oder Superkalandrierung unterzogen werden. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Tintenstrahlaufzeichnungselement einer warmen Weichspalt-Kalandrierung
bei einer Temperatur von 65°C
und einem Druck von 14.000 kg/m bei einer Geschwindigkeit von 0,15
m/s bis 0,3 m/s unterzogen.
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Das Substrat, das in dem Tintenstrahlaufzeichnungselement
für das
erfindungsgemäße Verfahren
verwendet wird, kann lichtundurchlässig, lichtdurchscheinend oder
lichtdurchlässig
sein. Verwendbar sind beispielsweise Normalpapiere, harzbeschichtete
Papiere, verschiedene Kunststoffe, u.a. ein Polyesterharz, wie Poly(ethylenterephthalat),
Poly(ethylennaphthalat) und Poly(esterdiacetat), ein Polycarbonatharz,
ein Fluorharz, wie Poly(tetrafluorethylen), Metallfolie, verschiedene
Glasmaterialien usw. Die Dicke des in der Erfindung verwendeten
Substrats kann zwischen 12 und 500 μm und vorzugsweise zwischen
75 und 300 μm
betragen.
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Die zur Bebilderung der Aufzeichnungselemente
in dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendeten Tintenstrahltinten sind in der Technik bekannt. Die
im Tintenstrahldrucken verwendeten Tintenzusammensetzungen sind
typischerweise flüssige
Zusammensetzungen aus einem Lösemittel
oder einer Trägerflüssigkeit, Farbstoffen
oder Pigmenten, Feuchthaltemitteln, organischen Lösemitteln,
Detergenzien, Verdickern, Konservierungsstoffen usw. Das Lösemittel
oder die Trägerflüssigkeit
können
reines Wasser sein oder Wasser, das mit anderen wassermischbaren
Lösemitteln
gemischt ist, wie mehrwertigen Alkoholen. Tinten, in denen organische
Materialien, wie mehrwertige Alkohole, die vorherrschende Träger- oder
Lösemittelflüssigkeit
sind, sind ebenfalls verwendbar. Insbesondere sind gemischte Lösemittel
aus Wasser und mehrwertigen Alkoholen geeignet. Die in diesen Zusammensetzungen
verwendeten Farbstoffe sind typischerweise wasserlösliche Direktfarbstoffe
oder saure Farbstoffe. Derartige flüssige Zusammensetzungen sind
in der Technik bereits ausführlich
beschrieben worden, beispielsweise in US-A-4,381,946; US-A-4,239,543
und US-A-4,781,758.
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Die folgenden Beispiele dienen lediglich
als Bezugsbeispiele.
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Beispiel 1 (Bezugsbeispiel)
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Es wurden Beschichtungsformulierungen
in folgender Zusammensetzung angefertigt (g Trockenmasse):
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Der zuvor genannte Kaolinton und
Styrolacryllatex sind beide vorwiegend anionisch. Das Beizpolymer M3
ist kationisch. Die Beschichtungsformulierung umfasst somit eine
Mischung aus anionischen und kationischen Materialien. Um eine stabile
Formulierung zu erhalten, ist es notwendig, die anionische Ladung
zu minimieren und die kationische Ladung konstant zu halten. Dies
lässt sich
durch Einstellen des pH-Werts des Kaolintons und des Styrolacryllatex
mit Salpetersäure
erreichen.
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Um eine stabile Formulierung zu erreichen,
müssen
der Kaolinton und der Styrolacryllatex dem kationischen Beizmittel
M3 zugesetzt und der pH-Wert eingestellt werden.
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Jede Beschichtung wurde mit einem
Meyer Drahtumspinnbeschichter von 0,51 ⎕m bei einem Nassauftrag
von 40 ⎕m Dicke auf einen Papierträger aufgetragen, um die Kontrollelemente
1 und 2 sowie das Element 1 zu bilden. Der verwendete Papierträger war
Nekoosa Solutions Smooth® (Georgia Pacific Co.),
Grade 5128 (Carrara White ®, Color 9220), Grundgewicht
150 g/m2. Nach dem Auftragen wurden die
Elemente luftgetrocknet. Element 1 wurde dann einer Weichspalt-Kalandrierung
bei einer Temperatur von 65°C,
einem Druck von 14.000 kg/m und einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s
unterzogen.
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Proben der genannten Elemente wurden
mit einem Drucker des Typs Hewlett Packard Photosmart® in der Druckereinstellung „photoglossy
paper, best / Fotoglanzpapier, höchste
Qualität" bedruckt und nachfolgend
auf Trocknungszeit und optische Dichte des zusammengesetzten schwarzen
Streifens getestet. Als Tinten kamen Tinten des Typs Hewlett Packard
Photosmart® zum
Einsatz.
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Die Trocknungszeit, definiert als
die Zeit nach dem Druckvorgang, bei dem keine Rückübertragung der Tinte von dem
bedruckten Element auf ein Nachweispapier mehr erkennbar ist, wurde
mit einer Nachweistechnik gemessen. Eine Probe je Element wurde
dem Trocknungstest unterzogen. Es wurde ein Streifentarget gedruckt,
das einen 100% Auftrag aus gelb, blaugrün und purpurrot, einen 200%
Auftrag aus rot, grün
und blau sowie einen 300% Auftrag für schwarz in Bereichen von
1 cm mal 23 cm umfasste. Sofort nach Abschluss des Druckvorgangs
wurde die Probe auf einem Schaumträger angeordnet, ein Stück Kopierpapier
wurde auf die Probe gelegt, und ein gewichteter glatter Stab wurde über das
Papier gerollt. Das Kopierpapier wurde dann von der Probe weggenommen
und auf Rückübertragung
kontrol liert. Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen die Bewertung von
1 bis 5, wobei 1 für
keine Übertragung
auf das Kopierpapier steht (kurze Trocknungszeit), während 5
für eine
vollständige Übertragung
steht (der gesamte Streifen ist auf dem Kopierpapier sichtbar).
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Die optische Dichte der gedruckten
Aufzeichnungselemente wurde mit einem Durchlicht/Auflicht-Densitometer
des Typs X-Rite ® Model
820 mit Status-A-Filtration gemessen Der schwarze Streifen auf dem
Target wurde getestet. Die Ergebnisse sind Mittelwerte von drei
Messungen.
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Es wurden folgende Ergebnisse erzielt: Tabelle
1
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Die vorausgehenden Ergebnisse zeigen,
dass Element 1 eine höhere
optische Dichte im Vergleich mit den Kontrollelementen aufweist,
während
eine kurze Trocknungszeit gewahrt bleibt.
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Beispiel 2 (nur Bezugsbeispiel)
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Die Wasserfestigkeit, definiert als
der Verlust der optischen Bilddichte nach längerem Eintauchen in Wasser,
wurde mit einem Einweichtest gemessen. Die Tintenaufzeichnungselemente
aus Beispiel 1 wurden für
fünf Minuten
unter leichtem Rühren
in destilliertem Wasser eingeweicht. Die Elemente konnten dann über nach
auf einem Tisch an der Luft trocknen. Die optische Dichte wurde
vor und nach dem Eintauchen gemessen, wobei die prozentuale Änderung
der Dichte jedes Farbstreifens aufgezeichnet wurde. Es wurden folgende Ergebnisse
erzielt: Tabelle
2
– Wasserfestigkeit
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Die vorausgehenden Ergebnisse zeigen,
dass das Element mit der Beschichtung 1 einen weit geringeren Verlust
an optischer Dichte im Vergleich mit den Kontrollelementen erleidet,
was auf eine bessere Wasserfestigkeit hinweist.
