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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Tintenstrahlaufzeichnungselement,
das Kern-/Mantelteilchen enthält,
welche die Stabilität
und die optische Dichte verbessern.
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In
einem typischen Tintenstrahlaufzeichnungs- oder Tintenstrahldrucksystem
werden Tintentröpfchen aus
einer Düse
mit hoher Geschwindigkeit auf ein Aufzeichnungselement oder Aufzeichnungsmedium
ausgestoßen,
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 Lösungsmittel.
Das Lösungsmittel
oder die Trägerflüssigkeit
besteht typischerweise aus Wasser und 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 Bildempfangsschicht angeordnet ist,
und es umfasst derartige Schichten, die zur Aufsichtbetrachtung
vorgesehen sind und einen lichtundurchlässigen Träger aufweisen, sowie derartige
Schichten, die zur Durchsichtbetrachtung vorgesehen sind und einen
durchsichtigen Träger
aufweisen.
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Eine
wichtige Eigenschaft von Tintenstrahlaufzeichnungselementen ist
das schnelle Trocknen nach dem Druck. Zu diesem Zweck sind poröse Aufzeichnungselemente
entwickelt worden, die nahezu sofort trocknen, sofern sie eine ausreichende
Dicke und ein Porenvolumen aufweisen, das die flüssige Tinte wirksam aufnehmen
kann. Ein poröses
Aufzeichnungselement lässt
sich beispielsweise durch Beschichten herstellen, wobei eine partikelhaltige
Beschichtung auf einen Träger
aufgebracht und getrocknet wird.
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Wird
ein poröses
Aufzeichnungselement mit farbstoffbasierenden Tinten bedruckt, durchdringen
die Farbstoffmoleküle
die Auftragsschichten. Ein Nachteil dieser porösen Aufzeichnungselemente ist
jedoch, dass die optischen Dichten der darauf gedruckten Bilder
niedriger als gewünscht
sind. Die niedrigeren optischen Dichten werden auf optische Streuung
zurückgeführt, die
auftritt, wenn die Farbstoffmoleküle zu tief in die poröse Schicht
eindringen. Bei einem porösen
Aufzeichnungselement tritt zudem das Problem auf, dass atmosphärische Gase
oder andere verunreinigende Gase leicht in das Element eindringen
können
und die optische Dichte des Druckbildes vermindern, indem sie ein
Ausbleichen verursachen.
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EP 1 016 543 betrifft ein
Tintenstrahlaufzeichnungselement, das Aluminiumhydroxid in Form
von Boehmit enthält.
Jedoch tritt bei diesem Element das Problem auf, dass es nicht licht-
und luftbeständig
ist.
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EP 0 965 460 A2 betrifft
ein Tintenstrahlaufzeichnungselement, das Aluminiumhydrat mit einer
Boehmitstruktur und einer nichtkoppelnden Zirconiumverbindung enthält. Jedoch
werden die hier beschriebenen polymeren Aluminosilicatkomplexe nicht
speziell behandelt.
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US-A-5,372,884
betrifft Tintenstrahlaufzeichnungselemente, die kationisch modifiziertes,
nadelkristallförmiges
oder faseriges kolloidales Siliciumdioxid enthalten, worin der kationische
Modifizierer mindestens ein wasserhaltiges Metalloxid aus der Gruppe,
die aus wasserhaltigem Aluminiumoxid, wasserhaltigem Zirconiumoxid
oder wasserhaltigem Zinnoxid besteht, ist. Jedoch werden die hier
beschriebenen polymeren Aluminosilicatkomplexe dort nicht speziell
behandelt.
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Es
besteht Bedarf an Tintenempfangselementen, die eine verbesserte
Gebrauchsstabilität
sowie eine gute Trocknungszeit und Bildqualität aufweisen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
bereitzustellen, das bei Bedrucken mit farbstoffbasierenden Tinten überlegene
optische Dichten, eine gute Bildqualität und Bildstabilität sowie
eine exzellente Trocknungszeit aufweist.
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Diese
und andere Aufgaben werden mit der Erfindung gelöst, die ein Bildaufzeichnungselement
mit einem Träger
umfasst, auf dem eine Bildempfangsschicht angeordnet ist, wobei
das Aufzeichnungselement Kern-/Mantelteilchen enthält, worin
der Mantel dieser Teilchen aus einem oligomeren oder polymeren Aluminosilicatkomplex
oder einem Aluminosilicatfeststoff besteht, wobei der Komplex und
der Feststoff eine positive Ladung aufweisen, die durch ein Anion
ausgeglichen wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird ein Tintenstrahlaufzeichnungselement
bereitgestellt, das bei Bedrucken mit farbstoffbasierenden Tinten
eine überlegene
Bildstabilität
und überlegene
optische Dichten, eine gute Bildqualität und eine exzellente Trocknungszeit
aufweist.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung bestehen die Kern-/Mantelteilchen aus einem Kernteilchen,
das auf seiner Oberfläche
eine negative Ladung und darauf einen Mantel aufweist. In der Erfindung
verwendbare Kernteilchen umfassen Siliciumdioxid, Zinkoxid, Zirconiumoxid,
Titandioxid, Bariumsulfat und Tonminerale, wie Montmorillonit. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die Kernteilchen negativ geladen. Fachleute können die
für die
Erzeugung einer negativen Ladung auf verschiedenen anorganischen
oder organischen Teilchen mit dem Ziel, diese als Kernteilchen für die Ummantelung
mit polymeren Aluminosilicatkomplexen zu verwenden, günstigen
Bedingungen bestimmen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung bestehen die Kernteilchen aus Siliciumdioxid, beispielsweise aus
Kieselgel, wasserhaltigem Siliciumdioxid, hochdispersem Siliciumdioxid,
kolloidalem Siliciumdioxid usw. Die Größe der Kernteilchen kann zwischen
ca. 0,01 und ca. 10 μm,
vorzugsweise zwischen ca. 0,05 und ca. 1,0 μm liegen.
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Der
Mantel kann, wie zuvor beschrieben, ca. 0,1 bis ca. 50 Gew.-%, bezogen
auf das Gewicht des Kernteilchens, umfassen, vorzugsweise jedoch
ca. 3 bis ca. 40 Gew.-% des Kernteilchens, am besten ca. 10 bis
ca. 30 Gew.-%. Der Mantel kann eine Dicke von ca. 0,005 bis ca.
0,500 μm,
vorzugsweise ca. 0,01 bis 0,100 μm
aufweisen.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die zuvor beschriebenen Kern-/Mantelteilchen
in der Bildempfangsschicht angeordnet. In einem anderen bevorzugten
Ausführungsbeispiel
hat der polymere oder oligomere Aluminosilicatkomplex folgende Formel: AlxSiyOa(OH)b·nH2O wobei das Verhältnis x:y zwischen 0,5 und
4 liegt, a und b so ausgewählt
sind, dass die Bedingung der Ladungsneutralität erfüllt ist, und n zwischen 0 und
10 liegt.
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In
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
besteht der polymere oder oligomere Aluminosilicatkomplex aus synthetischen
oder natürlich
vorkommenden wasserhaltigen Aluminosilicatmineralien, die kristallin
und amorph sein können,
einschließlich
Imogolit, Proto-Imogolit, Allophan, Halloysit oder wasserhaltigen
Feldspatoids.
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In
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
hat der polymere oder oligomere Aluminosilicatkomplex folgende Formel: AlxSiyOa(OH)b·nH2O wobei das Verhältnis x:y zwischen 1 und 3
liegt, a und b so ausgewählt
sind, dass die Bedingung der Ladungsneutralität erfüllt ist, und n zwischen 0 und
10 liegt.
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Das
polymere oder oligomere Aluminosilicat kann durch die kontrollierte
Hydrolyse einer Mischung aus einer Aluminiumverbindung, beispielsweise
Halogenid, Perchlorsäure,
Nitrat, Sulfatsalzen oder einem Alkoxidrest Al(OR)3,
und einer Siliciumverbindung, beispielsweise einem Alkoxidrest,
mittels einer wässrigen
alkalischen Lösung
erzeugt werden, worin das Al/Si-Molverhältnis zwischen 1 und 3,6 und
das Alkali/Al-Molverhältnis
zwischen 2,3 und 3 gehalten wird. Solche Materialien sind in der
französischen
Patentveröffentlichung 2
842 514 beschrieben.
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Das
polymere oder oligomere Aluminosilicat kann durch die kontrollierte
Hydrolyse einer Mischung aus einer Aluminiumverbindung, beispielsweise
Halogenid, Perchlorsäure,
Nitrat, Sulfatsalzen oder einem Alkoxidrest Al(OR)3,
und einer aus einer Mischung von Tetraalkoxid Si(OR)4 und
Organotrialkoxid R'Si(OR)3 bestehenden Siliciumverbindung mittels
einer wässrigen
alkalischen Lösung
erzeugt werden, worin das Molverhältnis zwischen 1 und 3,6 und das
Alkali/Al-Molverhältnis
zwischen 2,3 und 3 gehalten wird. Solche Materialien sind in der
französischen
Patentveröffentlichung
2 842 515 beschrieben.
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Es
ist auch möglich,
Suspensionen der Kern-/Mantelmaterialien Alterungs- oder Hitzebehandlungen zu
unterziehen, um Kern-/Mantelteilchen in einer Größe von ca. 0,500 μm bis 5,0 μm zu erhalten.
Bevorzugte Teilchengrößen reichen
von ca. 5 nm bis 1000 nm, am besten von ca. 50 bis ca. 300 nm, da
Teilchen dieser Größe gute
Glanz- und Porositätseigenschaften
aufweisen. Kalzinieren von amorphem Metall(oxy)hydroxid führt zur
Bildung kristalliner Polymorphe aus Metalloxiden.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Bildempfangsschicht porös und enthält zudem ein polymeres Bindemittel
in einer Menge, die nicht ausreicht, um die Porosität der porösen Empfangsschicht
zu verändern.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das polymere
Bindemittel ein hydrophiles Polymer, wie Poly(vinylalkohol), Poly(vinylpyrrolidon),
Gelatine, Celluloseether, Poly(oxazoline), Poly(vinylacetamide),
teilhydrolysierter Poly(vinylacetat/Vinylalkohol), Poly(acrylsäure), Poly(acrylamid), Poly(alkylenoxid),
sulfonierte oder phosphatierte Polyester und Polystyrole, Casein,
Zein, Albumin, Chitin, Chitosan, Dextran, Pectin, Collagenderivate,
Collodian, Agar-Agar, Pfeilwurz, Guar, Carrageenan, Tragantgummi, Xanthan,
Rhamsan usw. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist das hydrophile Polymer Poly(vinylalkohol), Hydroxypropylcellulose,
Hydroxypropylmethylcellulose oder ein Poly(alkylenoxid). In einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das hydrophile Bindemittel Poly(vinylalkohol).
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Neben
der Bildempfangsschicht kann das Aufzeichnungselement zudem eine
neben dem Träger
angeordnete Grundschicht umfassen, deren Funktion darin besteht,
das Lösungsmittel
aus der Tinte zu absorbieren. Für
diese Schicht geeignete Materialien umfassen Partikel, Polymerbindemittel
und/oder Vernetzungsmittel.
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Der
Träger
für das
in der Erfindung verwendete Tintenstrahlaufzeichnungselement kann
ein beliebiger Träger
sein, so wie er üblicherweise
für Tintenstrahlempfangselemente
Verwendung findet, wie beispielsweise harzbeschichtetes Papier,
Papier, Polyester oder mikroporöse
Materialien, wie polyethylenpolymerhaltiges Material, das von PPG
Industries, Inc., Pitts burgh, Pennsylvania, USA unter dem Markennamen
Teslin®,
Tyvek® Synthetikpapier
(DuPont Corp.) vertrieben wird, und OPPalyte® Folien
(Mobil Chemical Co.) sowie andere, in US-A-5,244,861 aufgeführte Verbundfolien.
Lichtundurchlässige
Träger
sind u.a. Normalpapier, beschichtetes Papier, Synthetikpapier, Fotopapierträger, schmelzextrusionsbeschichtetes
Papier und laminiertes Papier, wie biaxial orientierte Trägerlaminate.
Biaxial orientierte Trägerlaminate
werden in US-A-5,853,965; 5,866,282; 5,874,205; 5,888,643; 5,888,681;
5,888,683 und 5,888,714 beschrieben; die Beschreibungen werden hierin
durch Nennung als aufgenommen betrachtet. Diese biaxial orientierten
Träger
beinhalten einen Papiergrundträger
und einen biaxial orientierten Polyolefinbogen, typischerweise aus
Polypropylen, der auf eine oder beide Seiten des Papiergrundträgers auflaminiert
ist. Transparente Träger
sind u.a. Glas, Cellulosederivate, z.B. ein Celluloseester, Cellulosetriacetat,
Cellulosediacetat, Celluloseacetatpropionat, Celluloseacetatbutyrat;
Polyester, wie Poly(ethylenterephthalat), Poly(ethylennaphthalat),
Poly(1,4-cyclohexandimethylenterephthalat), Poly(butylenterephthalat)
und Copolymere davon; Polyimide; Polyamide; Polycarbonate; Polystyrol;
Polyolefine, wie Polyethylen oder Polypropylen; Polysulfone; Polyacrylate;
Polyetherimide und Mischungen daraus. Die zuvor aufgeführten Papiere
umfassen einen breiten Bereich an Papieren, von hochwertigen Papieren,
wie Fotopapieren, bis zu einfachen Papieren, wie Zeitungspapier.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird polyethylenbeschichtetes Papier verwendet.
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Der
in der Erfindung verwendete Träger
kann eine Dicke von ca. 50 bis ca. 500 μm, vorzugsweise von ca. 75 bis
300 μm aufweisen,
um eine gute Steifigkeit zu bieten. Antioxidantien, Antistatikmittel,
Weichmacher und weitere bekannte Additive können bei Bedarf in den Träger aufgenommen
werden.
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Um
die Haftung der Tintenempfangsschicht auf dem Träger zu verbessern, kann die
Oberfläche
des Trägers
vor Aufbringen der Bildempfangsschicht einer Coronaentladung unterzogen
werden.
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In
der Erfindung verwendete Beschichtungszusammensetzungen können durch
eine Vielzahl bekannter Techniken aufgebracht werden, wie Tauchbeschichten,
Drahtumspannbeschichten, Schaberlamellenbeschichten, Gravurstreichverfahren
und Umkehrwalzenbeschichten, Gleitbeschichten, Perlbeschichten,
Extrusionsbeschichten, Vorhangbeschichten usw. Bekannte Beschichtungs-
und Trocknungsverfahren werden detaillierter in der Forschungsveröffentlichung „Research
Disclosure", Nr.
308119, Dezember 1989, Seite 1007 bis 1008, beschrieben. Gleitbeschichten
wird bevorzugt, wobei die Grundschichten und die Schutzschicht gleichzeitig
aufgebracht werden können.
Nach dem Beschichten werden die Schichten im Allgemeinen durch einfaches
Verdampfen getrocknet, das durch bekannte Techniken, beispielsweise
Konvektionserwärmung,
beschleunigt werden kann.
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Um
dem Tintenstrahlaufzeichnungselement eine mechanische Festigkeit
zu verleihen, können
Vernetzungsmittel in kleinen Mengen zugesetzt werden, die auf das
oben besprochene Bindemittel wirken. Ein derartiges Additiv verbessert
die Kohäsionsfestigkeit
der Schicht. Vernetzungsmittel, wie Carbodiimide, polyfunktionale
Aziridine, Aldehyde, Isocyanate, Epoxide, polyvalente Metallkationen
usw. sind verwendbar.
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Um
das Ausbleichen der Farbmittel zu reduzieren, können der Bildempfangsschicht
auch UV-Absorptionsmittel, Radikalenlöscher oder Antioxidationsmittel
zugesetzt werden, wie in der Technik bekannt ist. Weitere Additive
umfassen anorganische oder organische Partikel, pH-Modifikatoren,
Haftvermittler, Rheologiemodifikatoren, Tenside, Biozide, Schmiermittel,
Farbstoffe, optische Aufheller, Mattiermittel, Antistatikmittel usw.
Um eine adäquate
Beschichtbarkeit zu erzielen, sind in der Technik bekannte Additive
verwendbar, wie Tenside, Schaumhemmer, Alkohol usw. Ein gängiges Maß an Beschichtungsmitteln
beträgt
0,01 bis 0,30% aktiver Beschichtungshilfen, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Lösung.
Diese Beschichtungshilfen können nichtionisch,
anionisch, kationisch oder amphoter sein. Konkrete Elemente werden
in MCCUTCHEON's
Band 1: Emulsifiers and Detergents (Emulgatoren und Detergenzien),
1995, Ausgabe Nordamerika, beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Bildempfangsschicht
kann einen oder mehrere Beizstoffe oder -polymere enthalten. Das
Beizpolymer kann ein lösliches
Polymer, ein geladenes Molekül
oder ein vernetztes, dispergiertes Mikroteilchen sein. Das Beizmittel
kann nichtionisch, kationisch oder anionisch sein.
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Die
Beschichtungsmasse kann entweder aus Wasser oder organischen Lösungsmitteln
aufgetragen werden, wobei Wasser bevorzugt wird. Der Gesamtgehalt
an Feststoffen sollte so gewählt
werden, dass er eine geeignete Beschichtungsdicke auf möglichst
wirtschaftliche Weise ermöglicht,
wobei für
partikelhaltige Beschichtungsformulierungen Feststoffanteile von
10–40%
typisch sind.
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Die
zur Bebilderung der erfindungsgemäßen Aufzeichnungselemente verwendeten
Tintenstrahltinten sind in der Technik bekannt. Die im Tintenstrahldrucken
verwendeten Tintenzusammensetzungen sind typischerweise flüssige Zusammensetzungen
aus einem Lösungsmittel
oder einer Trägerflüssigkeit,
Farbstoffen oder Pigmenten, Feuchthaltemitteln, organischen Lösungsmitteln,
Detergenzien, Verdickern, Konservierungsstoffen usw. Das Lösungsmittel
oder die Trägerflüssigkeit
kann reines Wasser sein oder Wasser, das mit anderen wassermischbaren
Lösungsmitteln,
wie mehrwertigen Alkoholen, gemischt ist. Tinten, in denen organische
Materialien, wie mehrwertige Alkohole, die vorherrschende Träger- oder
Lösungsmittelflüssigkeit
sind, sind ebenfalls verwendbar. Insbesondere sind gemischte Lösungsmittel
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; 4,239,543
und 4,781,758, deren Beschreibung durch Nennung als hierin aufgenommen
betrachtet wird.
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Obwohl
die hier beschriebenen Aufzeichnungselemente hauptsächlich zur
Verwendung mit Tintenstrahldruckern beschrieben werden, sind sie
auch als Aufzeichnungsmedien für
Stiftplotter verwendbar. Stiftplotter werden so betrieben, dass
sie direkt auf die Oberfläche
eines Aufzeichnungsmediums mit einem Stift schreiben, der aus einem
Bündel
von Kapillarröhrchen
besteht, die in Kontakt mit einem Tintenbehälter stehen. Das Papier wird
zwar für
das Tintenstrahldrucken bevorzugt, kann aber auch in anderen Bebilderungstechniken
verwendet werden. Eine typische Verwendung wäre in der Offsetbebilderung
sowie in elektrofotografischen, flexografischen und thermischen
Bebilderungstechniken.
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Die
folgenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung der Erfindung.
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Beispiele
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Beispiel 1
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Tests zur Bewertung der
Farbstoffstabilität
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Der
bei dem Test verwendete Farbstoff war ein magentafarbener Tintenstrahlfarbstoff
mit der nachfolgend dargestellten Struktur. Um die Farbstoffstabilität auf einem
gegebenen Substrat zu prüfen,
wurde eine abgemessene Menge Tintenstrahlfarbstoff und Feststoffe
oder wässriger
kolloidaler Dispersionen der Feststoffe (typischerweise ca. 10–20 Gew.-%
Feststoffe) einer bekannten Wassermenge zugegeben, die so bemessen war,
dass die Konzentration des Farbstoffes ca. 10–5 M
betrug. Die Farbstoffe enthaltenden Feststoffdispersionen wurden
vorsichtig gerührt
und anschließend
im Schleuderbeschichtungsverfahren mit einer Drehzahl von 1.000–2.000 U/min
auf ein Glassubstrat aufgetragen. Die so erzeugten Beschichtungen
wurden in Umgebungsatmosphäre
bei fluoreszierendem Raumlicht (ca. 0,5 kLux), das während der
gesamten Messung angeschaltet blieb, belassen. Die Ausbleichzeit
wurde geschätzt,
indem die Zeit, die für
das vollständige,
mit bloßem
Auge wahrnehmbare Verschwinden der Farbe Magenta benötigt wurde,
erfasst wurde. Eine andere Art zur Bestimmung der Ausbleichzeit
bestünde
darin, die Dauer der optischen Absorption bis zu einem Farbabfall auf
weniger als 0,03 des Originalwertes zu erfassen.
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Vergleichsbeschichtungen
C-1 bis C-3 (kolloidale Teilchen ohne Kern-/Mantelstruktur)
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C-1:
Eine wässrige
Dispersion von hochdispersem Aluminiumoxid, Al2O3, mit dem Markennamen PG001 wurde bei der
Cabot Corporation gekauft und verwendet wie erhalten. C-2: Boehmit,
AlO(OH), wurde unter dem Markennamen Catapal 200® bei
Sasol North America Inc. gekauft. Dispersionen von Catapal 200® in
destilliertem Wasser wurden mit einem Feststoffgehalt von 10–35% (Gewicht/Gewicht)
hergestellt; die Dispersion wies eine mittlere Teilchengröße von ca.
85 nm, einen pH-Wert von 3,4–3,8
und ein spezifisches Gewicht von ca. 1,1–1,3 g/ml auf. C-3: Eine kolloidale
Dispersion von Siliciumdioxidteilchen wurde bei der Nalco Chemical
Company unter dem Markennamen NALCO 2329® bezogen.
Das Kolloid hatte eine mittlere Teilchengröße von 90 nm, einen pH-Wert
von 8,4, ein spezifisches Gewicht von 1,3 g/ml und einen Feststoffgehalt
von 40%. Ein anderes verwendetes Siliciumdioxidkolloid war NALCO
TX11005® mit
einer mittleren Teilchengröße von 110
nm, einem pH-Wert von 9,6, einem spezifischen Gewicht von 1,3 g/ml
und einem Feststoffgehalt von 41%.
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Die
kolloidalen Dispersionen wurden verwendet wie erhalten und aufgetragen
sowie geprüft
wie zuvor beschrieben; die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten dargestellt.
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Herstellung der Aluminosilicatpolymere
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Aluminosilicatpolymer-Kolloid
A. In einem Reaktionsgefäß aus Kunststoff
(Polypropylen) wurden 4,53 Mol AlCl3·6H2O in 1001 Osmosewasser gelöst. Nach
Auflösung
wurden 2,52 Mol Tetraethylorthosilicat zugesetzt. Die Mischung wurde
gerührt
und gleichzeitig mit einer Pumpe mit einer Leistung von 8 l/min
durch ein Bett aus 1 kg Glaskugeln (2 mm Durchmesser) gewälzt. Das
Herstellen des nicht modifizierten, gemischten Aluminium- und Siliciumvorprodukts
dauerte 90 Minuten. Anschließend
wurden dem Inhalt des Reaktionsgefäßes zwei Stunden lang 10,5
Mol einer wässrigen
3,0 molaren NaOH-Lösung
zugesetzt. Die Aluminiumkonzentration betrug 4,4 × 10–2 Mol/l,
das Al/Si-Molverhältnis
1,8 und das Alkali/Al-Verhältnis
2,31. Das Reaktionsmedium nahm ein milchiges Aussehen an. Die Mischung
wurde 48 Stunden lang gerührt,
und das Medium wurde klar. Die Umwälzung in dem Glaskugelbett
wurde beendet. Das Medium wurde anschließend durch Nanofiltration und
Diafiltration mittels einer Nanofiltrationsmembran Filmtec NF 2540
(Oberfläche
6 m2) um den Faktor 3 konzentriert, um die
Natriumsalze zu beseitigen und ein Al/Na-Verhältnis von über 100 zu erreichen. Das Retentat
der Diafiltration wurde mittels Nanofiltration konzentriert, um
ein Gel mit ca. 20,1 Gew.-% Aluminosilicatpolymer zu erhalten.
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Aluminosilicatpolymer-Kolloid
B. 1001 Osmosewasser wurden 4,53 Mol AlCl3·6H2O zugesetzt. Separat wurde eine Mischung
aus Tetraethylorthosilicat und Methyltriethoxysilan hergestellt,
deren Menge 2,52 Mol Silicium entsprach und die ein Verhältnis von
Tetraethylorthosilicat zu Methyltriethoxysilan von 1:1, bezogen auf
die Silicium-Molmasse, aufwies. Diese Mischung wurde der Aluminiumchloridlösung zugesetzt.
Die resultierende Mischung wurde gerührt und gleichzeitig mit einer
Pumpe mit einer Leistung von 8 l/min durch ein Bett aus 1 kg Glaskugeln
(2 mm Durchmesser) gewälzt.
Das Herstellen des nicht modifizierten, gemischten Aluminium- und
Siliciumvorprodukts dauerte 120 Minuten. Anschließend wurden
10,5 Mol einer wässrigen
3,0 molaren NaOH-Lösung über mehrere
Stunden zugesetzt. Das Reaktionsmedium nahm ein milchiges Aussehen an.
Die Mischung wurde 24 Stunden lang gerührt, und das Medium wurde klar.
Die Umwälzung
in dem Glaskugelbett wurde beendet. Anschließend wurden über zehn
Minuten 3,09 Mol einer 3-molaren NaOH-Lösung zugesetzt. Die Aluminiumkonzentration
betrug 4,3 × 10–2 Mol/l,
das Al/Si-Molverhältnis
1,8 und das Alkali/Al-Verhältnis
3. Das hybride Aluminosilicatpolymermaterial wurde so in Form einer
Suspension erzeugt. Diese Polymersuspension ruhte 24 Stunden, anschließend wurde
der Überstand
abgenommen, um den Niederschlag zu gewinnen. Dann wurden diesem
Niederschlag 21 einer HCl/C M/2M Mischung zugesetzt, um eine Dispersion
des Aluminosilicatpolymers zu erhalten. Die Dispersion wurde anschließend einer
Diafiltration mittels einer Nanofiltrationsmembran des Typs Filmtec
NF 2540 (Oberfläche
6 m2) unterzogen, um die Natriumsalze zu
beseitigen und ein Al/Na-Verhältnis
von über
100 zu erhalten. Das Retentat der Diafiltration wurde durch Nanofiltration
konzentriert, um ein Gel mit ca. 20 Gew.-% Aluminosilicatpolymer
zu erhalten.
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Herstellung der Kern-/Mantelteilchen
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Erfindungsgemäße Beschichtungen
I-1 bis I-2 (mittels Aluminosilicat oberflächenmodifizierte Teilchen
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- I-1. In ein Zweilitergefäß mit 200 ml destilliertem
Wasser, das mit einem propellerartigen Rührer bei 2.000 U/min gerührt wurde,
wurde gleichzeitig 25 Minuten lang Siliciumdioxid Nalco 2329 mit
20,00 ml/min und 25 Minuten lang ein Aluminosilicatpolymer-Kolloid A mit 8,0
ml/min zugesetzt. Das Gewichtsverhältnis des resultierenden Kolloids
betrug folglich 86% Siliciumdioxid und 14% Aluminosilicatpolymer.
Die resultierende Dispersion wies eine durchschnittliche Teilchengröße von 180
nm auf und setzte sich nach einer Ruhezeit nicht ab; das bedeutet,
dass die Dispersion ein stabiles Kolloid war. Das Zetapotenzial
der kolloidalen Teilchen betrug ca. +38 mV bei einem pH-Wert von
ca. 4,0; das bedeutet, dass die Teilchen positiv geladen waren.
Die Daten zeigen ebenfalls, dass das Vorzeichen der Teilchenladung
durch den Ummantelungsprozess umgekehrt wird, da die Kernteilchen
ein Zetapotenzial von –40
mV bei einem pH-Wert von 8,0 aufwiesen. Die Dispersion wurde dann
aufgetragen und wie zuvor beschrieben geprüft; die Ergebnisse sind weiter unten
in Tabelle 1 aufgeführt.
- I-2. In ein Zweilitergefäß mit 200
ml destilliertem Wasser, das mit einem propellerartigen Rührer bei
2.000 U/min gerührt
wurde, wurde gleichzeitig 20 Minuten lang Siliciumdioxid Nalco TX11005
mit 20,00 ml/min und 20 Minuten lang ein Aluminosilicatpolymer-Kolloid
B (auf 11,6% Feststoffe verdünnt)
mit 27,8 ml/min zugesetzt. Das Gewichtsverhältnis des resultierenden Kolloids
betrug folglich 76% Siliciumdioxid und 24% Aluminosilicatpolymer.
Die resultierende Dispersion wies eine durchschnittliche Teilchengröße von 150
nm auf und setzte sich nach einer Ruhezeit nicht ab; das bedeutet,
dass die Dispersion ein stabiles Kolloid war. Die Dispersion wurde
dann aufgetragen und wie zuvor beschrieben geprüft; die Ergebnisse sind nachfolgend
in Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 2
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Herstellung der Grundschicht-Beschichtungslösung:
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Eine
Beschichtungslösung
wurde durch Mischen folgender Inhaltsstoffe hergestellt:
- (1) 242,6 g Wasser
- (2) 225,6 g ausgefälltes
Calciumcarbonat Albagloss-s® (Specialty Minerals Inc.)
mit 70 Gew.-%
- (3) 8,75 g Kieselgel Crossfield 23F® (Crossfield
Ltd.)
- (4) 8,75 g Poly(vinylalkohol) Airvol 125® (Air
Products) mit 10 Gew.-%
- (5) 14,3 g Styrolbutadienlatex CP692NA® (Dow
Chemicals Ltd.) mit 50 Gew.-%.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1:
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1 wurde
hergestellt durch das Kombinieren von 127,5 g deionisiertem Wasser,
34,5 g hochreinem Aluminiumoxid (Catapal® 200,
Sasol), 10,2 g einer 10%igen Polyvinylalkohol-Lösung (Gohsenol GH-17, Nippon
Gohsei), 3,8 g einer Kern-/Mantelteilchenemulsion (Kern aus Siliciumdioxid
und Mantel aus Poly(butylacrylat), 40% Feststoffe), hergestellt
nach dem in Beispiel 1 aus US-A-6,440,537 beschriebenen Verfahren,
13,6 g Poly(vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen)-Emulsion
(Molverhältnis
87:13, 15% Feststoffe), 9,8 g Poly(styrol-Co-Vinylbenzyldimethylbenzylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen)-Emulsion
(Molverhältnis
49,5:49,5:1,0,20% Feststoffe), 0,26 g Tensid Silwet L-7602® und
0,42 g Tensid Silwet L-7230®.
Poly(vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen) (Molverhältnis 87:13)
ist ein kationisches Polymerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von ca.
65 nm und einem Benzyltrimethylammonium-Anteil. Poly(styrol-Co-Vinylbenzyldimethylbenzylammoniumchlorid-Co-Divinylbenzen)
ist ein kationisches Polymerteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von ca.
60 nm und einem Benzyldimethylbenzylammonium-Anteil.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 2:
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 2 wurde
hergestellt wie Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1, mit dem Unterschied,
dass 40,6 g einer Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem Siliciumdioxid
(21,2% Feststoffe) verwendet wurden, um 8,6 g Aluminiumoxid Catapal® zu
ersetzen. Das Verhältnis
der Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem Siliciumdioxid
zu Aluminiumoxid Catapal® betrug folglich 25:75.
Die Menge des deionisierten Wassers wurde angepasst, um die Gesamtfeststoffkonzentration
auf das gleiche Niveau wie in Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1 zu
bringen.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 3:
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 3 wurde
hergestellt wie Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1, mit dem Unterschied,
dass 81,4 g einer Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem Siliciumdioxid
(21,2% Feststoffe) verwendet wurden, um 17,25 g Aluminiumoxid Catapal® zu
ersetzen. Das Verhältnis
der Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem Siliciumdioxid
zu Aluminiumoxid Catapal® betrug folglich 50:50.
Die Menge des deionisierten Wassers wurde eingestellt, um die Gesamtfeststoffkonzentration
auf das gleiche Niveau wie in Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1 zu
bringen.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 4:
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 4 wurde
hergestellt wie Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1, mit dem Unterschied,
dass 122,2 g einer Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem
Siliciumdioxid (27,5% Feststoffe) verwendet wurden, um 25,9 g Aluminiumoxid
Catapal® zu
ersetzen. Das Verhältnis
der Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem Siliciumdioxid
zu Aluminiumoxid Catapal® betrug folglich 75:25.
Die Menge des deionisierten Wassers wurde eingestellt, um die Gesamtfeststoffkonzentration
auf das gleiche Niveau wie in Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 2 zu
bringen.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 5:
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 5 wurde
hergestellt wie Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1, mit dem Unterschied,
dass 162,7 g der Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem Siliciumdioxid
(27,5% Feststoffe) verwendet wurden, um das gesamte Aluminiumoxid
Catapal® zu
ersetzen. Das Verhältnis
der Dispersion von aluminosilicatummanteltem kolloidalem Siliciumdioxid
zu Aluminiumoxid Catapal® betrug folg lich 100:0.
Die Menge des deionisierten Wassers wurde eingestellt, um die höchstmögliche Gesamtfeststoffkonzentration
zu erreichen.
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Herstellung der Tintenstrahlaufzeichnungselemente
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Element C-1 (Kontrollelement)
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Grundschicht-Beschichtungslösung 1 wurde
auf einen rauen Papierträger
aufgetragen, der vorher einer Coronaentladung unterzogen worden
war, und anschließend
bei ca. 90°C
getrocknet, um eine Trockendicke von ca. 25 μm oder ein Trockenbeschichtungsgewicht
von ca. 27 g/m2 zu erhalten.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 1 wurde
auf die Grundschicht aufgetragen und bei 90 °C getrocknet, um ein Trockenbeschichtungsgewicht
von ca. 5,6 g/m2 zu erhalten.
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Element C-2 (Kontrollelement)
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Kodak
Picture Paper, Soft Gloss (Katalognummer 1124346).
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Element 1 (Erfindung):
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Element
1 wurde wie Element C-1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 2 verwendet
wurde.
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Element 2 (Erfindung):
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Element
2 wurde wie Element C-1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 3 verwendet
wurde.
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Element 3 (Erfindung)
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Element
3 wurde wie Element C-1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 4 verwendet
wurde.
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Element 4 (Erfindung)
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Element
4 wurde wie Element C-1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 5 verwendet
wurde.
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Drucken
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Jedes
der zuvor genannten Elemente wurde mit einem Tintenstrahldrucker
des Typs Kodak Personal Picture Maker 200 bedruckt. Jede Tinte (Cyan,
Magenta und Gelb) und Skalenschwarz (gleiche Mischung von Cyan,
Magenta und Gelb) wurden in 6 Schritten mit zunehmender Dichte gedruckt,
wobei die optische Dichte eines jeden Schrittes gelesen wurde. Die
Proben wurden anschließend
zusammen in kontrollierter Atmosphäre mit einer Ozonkonzentration
von 60 ppb aufbewahrt und die Dichten für jeden Schritt nach 24 Stunden
erneut gelesen. Der prozentuale Dichteverlust bei einer Anfangsdichte
von 1,0 wurde für
jeden einzelnen Farbstoff und für
jeden Skalenschwarzkanal interpoliert. Die Ergebnisse sind in Tabelle
2 zusammengefasst.
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Die
Ergebnisse zeigen, dass das Ausbleichen im Magentakanal in allen
Erfindungsbeispielen geringer ausfällt als bei beiden Kontrollelementen.
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Beispiel 3
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Materialien:
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Eine
wässrige
Dispersion von kolloidalem Siliciumdioxid, SiO2,
mit dem Markennamen Nalco 2329® (Ondeo Nalco Corporation,
40% Feststoffe) wurde als Kern verwendet. Ein als 16,66%iges Sol
in deionisiertem Wasser hergestelltes Aluminosilicatpolymer wurde
als Mantel verwendet.
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Herstellung der Beschichtungslösungen
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 6
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 6 wurde
durch Kombinieren von 10,5 g deionisiertem Wasser, 7,5 g kolloidalem
Siliciumdioxidsol Nalco 2329® und 4 g einer 9%igen
Polyvinylalkohol-Lösung
(Gohsenol GH-23®,
Nippon Gohsei) hergestellt. Die Mischung wurde 12 Stunden lang auf
einer Walzenmühle
in Anwesenheit von 5, 10 mm großen
Glaskugeln gemahlen.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 7
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 7 wurde
hergestellt wie Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 6, mit dem Unterschied,
dass 0,9 g Aluminosilicatpolymer-Sol verwendet wurden, um 0,375
g kolloidales Siliciumdioxidsol zu ersetzen. Das Verhältnis des
Aluminosilicatpolymers zu Siliciumdioxid betrug folglich 5:95. Die
Menge des deionisierten Wassers wurde eingestellt, um die Gesamtfeststoffkonzentration
auf das gleiche Niveau wie in Beschichtungslösung 6 zu bringen.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 8
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 8 wurde
hergestellt wie Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 6, mit dem Unterschied,
dass 2,25 g Aluminosilicatpolymer-Sol verwendet wurden, um 0,937
g kolloidales Siliciumdioxidsol zu ersetzen. Das Verhältnis des
Aluminosilicatpolymers zu Siliciumdioxid betrug folglich 12,5:87,5.
Die Menge des deionisierten Wassers wurde eingestellt, um die Gesamtfeststoffkonzentration
auf das gleiche Niveau wie in Beschichtungslösung 6 zu bringen.
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 9
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 9 wurde
hergestellt wie Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 6, mit dem Unterschied,
dass 3,60 g Aluminosilicatpolymer-Sol verwendet wurden, um 1,50
g kolloidales Siliciumdioxidsol zu ersetzen. Das Verhältnis des
Aluminosilicatpolymers zu Siliciumdioxid betrug folglich 20:80.
Die Menge des deionisierten Wassers wurde eingestellt, um die Gesamtfeststoffkonzentration
auf das gleiche Niveau wie in Beschichtungslösung 6 zu bringen.
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Herstellung der Tintenstrahlaufzeichnungselemente
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Element C-3 (Kontrollelement)
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Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 6 wurde
auf einen mit Polyethylen beschichteten Papierträger aufgetragen, der zuvor
einer Coronaentladung unterzogen worden war, und anschließend bei
Zimmertemperatur getrocknet, um ein Trockenbeschichtungsgewicht
von ca. 10 g/m2 zu erhalten.
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Element 7
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Element
7 wurde wie Element 6 hergestellt, mit dem Unterschied, dass Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 6 verwendet
wurde.
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Element 8
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Element
8 wurde wie Element 6 hergestellt, mit dem Unterschied, dass Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 8 verwendet
wurde.
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Element 9
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Element
9 wurde wie Element 6 hergestellt, mit dem Unterschied, dass Bildempfangsschicht-Beschichtungslösung 9 verwendet
wurde.
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Drucken
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Jedes
der oben genannten Elemente wurde mit einem Tintenstrahldrucker
des Typs Kodak Personal Picture Maker 200 bedruckt. Jede Tinte (Cyan,
Magenta und Gelb) wurde in 6 Schritten mit zunehmender Dichte gedruckt,
wobei die optische Dichte eines jeden Schrittes gemessen wurde.
Die Proben wurden anschließend
zusammen in kontrollierter Atmosphäre mit einer Ozonkonzentration
von 60 ppb aufbewahrt und die Dichten für jeden Schritt nach 3 Wochen
erneut gelesen. Der prozentuale Dichteverlust bei einer Anfangsdichte
von 0,5 wurde für
jeden einzelnen Farbstoff interpoliert. Die Ergebnisse sind nachstehend
in Tabelle 3 zusammengefasst. Der Glanz eines jeden Elements wurde
ebenfalls bei einem 60°-Winkel
analysiert (Glanzmesser: Pico Gloss 560 von Erichsen). Die Ergebnisse
sind nachstehend in Tabelle 3 aufgeführt.
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Die
Ergebnisse zeigen, dass das Ausbleichen im Magenta- und Cyankanal
in allen Erfindungsbeispielen geringer ausfällt als bei dem Kontrollbeispiel.
Der Gelbkanal wird nicht beeinflusst. Der Glanz ist bei den Erfindungselementen
wesentlich besser.
