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Diese
Erfindung betrifft einen mikroporösen Tintenstrahlempfänger, der
ausgezeichnete Bilder bereitstellt, wobei pigmentierte Tinten auf
eine Weise darauf aufgetragen werden, die ein schnelles Trocknen
der pigmentierten Tinten ermöglicht,
wenn er ausgegeben wird, und eine Beschichtungslösung gemäß Patentanspruch 9 und 13.
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Tintenstrahlbildgebungstechniken
sind in Handels- und Verbaucheranwendungen enorm populär geworden.
Die Fähigkeit,
einen Personalcomputer und einen Tischdrucker zu verwenden, um ein
Farbbild auf Papier oder anderen Empfangsmedien zu drucken, wurde
von farbstoffbasierten Tinten auf pigmentbasierte Tinten ausgebaut.
Die Letzteren stellen strahlende Farben und beständigere Bilder bereit, da Pigmentteilchen in
einer Dispersion enthalten sind, bevor sie unter Verwendung eines
Thermotintenstrahldruckkopfs, wie beispielsweise jener, die von
der Hewlett Packard Corporation oder der LexMark Corporation in
Tintenstrahldruckern im Handel erhältlich sind, die von der Hewlett
Packard Corporation, Encad Inc., Mimaki Corporation und anderen
im Handel erhältlich
sind, ausgegeben werden.
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Tintenstrahldrucker
wurden im Allgemeinen für
elektronisches Großformatdrucken
für Anwendungen, wie
beispielsweise technische oder architektonische Zeichnungen, verwendet.
Aufgrund der Einfachheit des Arbeitsablaufs, der Wirtschaftlichkeit
von Tintenstrahldruckern und der Verbesserungen in der Tintentechnologie
gibt der Tintenstrahlbildgebungsprozess der Druckindustrie Hoffnung
auf ein größeres Wachstumspotenzial,
um beständige
Image-on-Demand-Grafiken im Großformat
und mit Darstellungsqualität
zu erzeugen.
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Die
Komponenten eines Tintenstrahlsystems, das zur Herstellung von Grafiken
verwendet wird, können
in drei Hauptkategorien eingeteilt werden:
- 1.
Rechner, Software, Drucker.
- 2. Tinte.
- 3. Empfangsblatt.
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Rechner,
Software und Drucker steuern die Größe, Anzahl und Anordnung der
Tintentröpfchen
und transportieren die Empfangsfolie. Die Tinte enthält das Färbemittel
oder die Pigmente, welche das Bild erzeugen, und die Empfangsfolie
stellt das Medium bereit, welches die Tinte aufnimmt und hält. Die
Qualität
des Tintenstrahlbildes ist eine Funktion des ganzen Systems. Die
Zusammensetzung und die Interaktion zwischen der Tinte und der Empfangsfolie
sind in einem Tintenstrahlsystem jedoch am wichtigsten.
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Die
Bildqualität
ist das, was das betrachtende Publikum und die zahlenden Kunden
zu sehen wünschen
und verlangen. Viele andere Anforderungen werden auch von der Druckerei
an das Tintenstrahlmedium/Tintensystem gestellt, wie beispielsweise
schnelles Trocknen, Unempfindlichkeit gegen Feuchtigkeit, lange Haltbarkeit,
Wasserfestigkeit und Gesamtbearbeitbarkeit. Außerdem kann die Belastung durch
die Umgebung zusätzliche
Anforderungen an die Medien und die Tinte stellen (in Abhängigkeit
von der Anwendung der Grafik).
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Eine
poröse
Membran als ein Tintenstrahlempfangsmedium zu verwenden, ist eine
natürliche
Wahl, da die Kapillarwirkung der porösen Membran die Tinte schneller
als der Absorptionsmechanismus von Folien bildenden, wasserlösliche Beschichtungen
in die Poren saugen kann. Wenn jedoch in der Vergangenheit eine poröse Beschichtung
oder Folie eingesetzt wurde, um die gewünschte Schnelltrocknung zu
erreichen, litt die optische Dichte stark darunter, da das Färbemittel
zu tief in das poröse
Netz eindringt. Diese Art von Problem wird durch Drucker, welche
hohe Volumina von Tinte je Tropfen ausgeben, noch verstärkt, da
eine zusätzliche Foliendicke
erforderlich sein kann, um die ganze Tinte zu halten. Wenn die Porengröße und das
Porenvolumen der Membran geöffnet
werden, um zu ermöglichen,
dass die Pigmente eindringen, können
die Pigmente in der Membran geschichtet werden. Dies bedeutet, dass
Schwarz, Cyan, Magenta und Gelb in Abhängigkeit von der Reihenfolge
des Auftrags vorwiegend in verschiedenen Tiefen anzutreffen sind.
Infolgedessen wird etwas von der/den ersten aufgetragenen Farbe(n)
im Bild durch einen nachfolgenden Auftrag einer anderen pigmentierten
Tinte optisch eingeschlossen. Außerdem kann seitliche Diffusion
der Tinte ebenfalls ein Problem sein, welches porösen Membranen,
die als Empfangsmedien verendet werden, innewohnt. Wenn pigmentierte
Tinten auf eine poröse
Folie ausgestoßen
werden, die eine Porengröfle
aufweist, welche zu klein ist, werden Farbpigmente auf der Oberseite
der Membran gefiltert und erbringen eine hohe Bilddichte, aber die
Pigmente könnten leicht
verwischen und machen den Eindruck, dass sie niemals trocknen. Außerdem kann überschüssiges Fluid aus
der Tinte zusammenfließen
oder, noch schlimmer, sich vereinigen und auf dem Bild laufen, bevor
der Wasser/Glycolträger
abgeleitet wird.
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Die
chemische Formulierung der pigmentierten Tintenstrahltinte weist
infolge der Notwendigkeit einer anhaltenden Dispersion der Pigmentteilchen
im Rest der Tinte und während
des Ausstoßens
der Tinte eine beträchtliche
Komplexität
auf.
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Das
typische Verbrauchermedium zum Empfangen von farbstoffbasierten
Tintenstrahltinten war Papier oder speziell beschichtete Papiere.
Bei zu viel Tintenstrahltinte in einem bestimmten Bereich des Papiers ist
jedoch die Übersättigung
des Papiers mit der wässrigen
Tinte zu sehen, in welcher Farbstoff aufgelöst wurde.
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Da
Tintenstrahltinten kommerzieller ausgerichtet worden und pigmentbasierte
Tinten vorherrschend geworden sind, wurden in einem Versuch, das
Management von Fluida in der Tinte zu steuern, verschiedene Medien
probiert.
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Das
japanische Patent JP 61-041585 offenbart ein Verfahren zur Erzeugung
von Druckmaterial unter Verwendung eines Verhältnisses von PVA/PVP. Der Nachteil
sind unzulängliche
Wasserfestigkeits- und Nassabriebeigenschaften.
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Das
japanische Patent JP 61-261089 offenbart ein transparentes Material
mit einem kationischen elektrisch leitenden Harz zusätzlich zu
einer PVA/PVP-Mischung. Das Material ist zwar wasserfest und wischfest, aber
die Nassabriebeigenschaften sind schlecht.
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Die
europäische
Patentschrift
EP 0
716 931 A1 offenbart ein System, das einen Farbstoff verwendet, der
zu koordinativer Bindung mit einem Metallion an zwei oder mehr Positionen
imstande ist. Wiederum werden Binderharze mit anorganischen Pigmenten
im Papier oder in der Folie verwendet. Es wurde bevorzugt, das Metallion
vor der Bildgebung darauf auszustoßen, und es ist eine zusätzliche
Erwärmung
notwendig, um die Reaktion zu Ende zu bringen. Es wurde nicht beansprucht,
dass dieses System wasserfest war; das Hauptaugenmerk lag auf einer
langfristigen Lagerung ohne Ausbleichen durch Wärme oder Licht.
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Das
US-Patent Nr. 5,537,137 offenbart ein System zum Erreichen von Wasserfestigkeit
durch Aushärten
mit Wärme
oder UV-Licht. Im Hauptteil des Patents enthielten Beispiele seiner
Beschichtungen Ca++ von CaCl2. Dies wurde
beigemengt, um reaktive Spezies für die Säuregruppen auf dem dispergierten
Polymer bereitzustellen. Die Beschichtung blieb bis zur bis UV-
oder Wärmehärtung nach
der Bildgebung wasserlöslich.
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Infolgedessen
setzen die aktuellen Spezialtintenstrahlmedien absorbierende Komponenten
und manchmal optionale Zusatzstoffe ein, um die Tinten an die Medien
zu binden. Folglich sind aktuelle Medien an sich schon feuchtigkeitsempfindlich,
können
bei der Handhabung reißen
und sind bei Berührung
für Verwischen
anfällig.
Darüber
hinaus bestehen die Vehikel absorbierenden Komponenten für gewöhnlich aus
wasserlöslichen
(oder quellenden) Polymeren, welche zu langsameren Druckgeschwindigkeiten
und Trocknungszeiten führen.
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Systeme
zur Zufuhr von pigmentierter Tinte hatten auch mit Pigmentmanagementsystemen
zu tun, wobei die Ruhelage der Pigmentteilchen gesteuert wird, um
die bestmögliche
Bildgrafik bereitzustellen. Zum Beispiel offenbart das US-Patent
Nr. 5,747,148 (Warner et al.) ein Pigmentmanagementsystem, in welchem eine
geeignete Trägerschicht
(dazu gehört
in einer Auflistung eine mikroporöse Schicht) ein Zweischicht-Fluidmanagementsystem:
eine schützende
Durchdringungsmittelschicht und eine Empfangsschicht auf, wobei beide
Schichten Füllstoffteilchen
enthalten, um zwei verschiedene Arten von Vorsprüngen von der obersten schützenden
Durchdringungsmittelschicht bereitzustellen. Elektronische Mikrofotografien
in dieser Anmeldung zeigen, wie die Pigmentteilchen der Tinte auf
sanfte Vorsprünge,
welche eine geeignete Topografie zum „Nisten" von Pigmentteilchen bereitstellen,
und harte Vorsprünge,
welche die Handhabung und dergleichen der Medien unterstützen, treffen.
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Andere
Tintenempfänger
wurden offenbart, welche die US-Patente
Nr. 5,342,688 (Kitchin); 5,389,723 und 4,935,307 (beide Iqbal et
al.); 5,208,092 (Iqbal); 5,302,437 (Idei et al.); US-Pat. Nr. 5,206,
071 (Atherton et al.) und EPO Patentschrift 0 484 016 A1 umfassen.
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Es
stellte sich heraus, dass Tintenstrahlempfangsmedien Widerstandsfähigkeit
gegen die Beanspruchung durch eine Vielfalt von Lösemitteln,
meistens Wasser in Form von Feuchtigkeit, Regen, Tau, Schnee und
dergleichen, benötigen.
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Es
stellte sich auch heraus, dass Pigmentteilchen in wässrigen
Tintenstrahltintenformulierungen Zeit brauchen, um eine stabile
Beziehung zu dem Medium herzustellen, auf welchem sie während des
Tintenstrahldruckens aufgetragen wurden.
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Es
stellte sich heraus, dass pigmentbasierte Tinten nicht ganz schnell
fleckenlos sind, wenn sie auf ein poröses Tintenstrahlempfangsmedium
ausgegeben werden, selbst wenn solch ein Empfangsmedium sowohl mit
einem Fluidmanagementsystem als auch mit einem Pigmentmanagementsystem
imprägniert
ist.
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Auf
dem Fachgebiet wird ein Tintenstrahlempfangsmedium benötigt, das
ein schnelles Trocknen der Tinte gewährleistet, was sich in einem
fleckenloses Bild ohne Ausbluten und Auslaufen niederschlägt, wobei die
Tinte auf und in dem Medium zurückgehalten
wird, derart dass das Bild trocken und stabil ist, insbesondere wenn
es wahrscheinlich ist, dass das bedruckte Medium kurz nach dem Drucken
Wasser oder anderen Lösemittel
ausgesetzt wird. Außerdem
wird auf dem Fachgebiet ein Tintenstrahlempfangsmedium benötigt, das
solche Zutaten, Komponenten oder Verbindungen enthält, welche
mit bestimmten Komponenten, wie beispielsweise den Benetzungsmitteln
der Tinten, welche verwendet werden, wirksam interagieren, derart
dass nach dem Drucken eine vollkommen trockene Bildoberfläche erhalten
wird.
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Außerdem benötigt das
Fachgebiet ein Trocknungsmittel zum schnellen Trocknen eines gedruckten Tintenstrahlbildes
auf einem Empfangsmedium. Mit „Trocknungsmittel" ist ein Mittel,
eine Komponente, Zutat oder Verbindung gemeint, welche das Pigment über eine
chemische oder physikalisch-chemische Okklusion oder Interaktion
mit bestimmten Komponenten, wie beispielsweise dem Be netzungsmittel
oder anderen langsam trocknenden Komponenten in den pigmentierten
Tinten, die beim Drucken des Bildes auf das Empfangsmedium verwendet
werden, trocknen oder bewirken können,
dass es sich handtrocken anfühlt.
Konkret ist mit „handtrocken" eine ununterscheidbare „Griffigkeit" zwischen den bebilderten
und unbebilderten Bereichen des Substrats gemeint, ungeachtet dessen,
ob technisch gesehen alle flüchtigen
Bestandteile aus dem bebilderten Bereich verdampft sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Trocknungsmittel für Tintenstrahlempfangsmedien
verwendet, welches eine aromatische oder aliphatische Säure mit
Sulfon-, Carboxyl-, Phenol- oder gemischten Funktionalitäten davon
umfasst und welches in Kombination mit dem mehrwertigen anorganischen
Salz und einem oberflächenaktiven
Stoff imstande ist, das Medium derart zu trocknen, dass ein fleckenloses,
schnell getrocknetes Bild auf dem und in dem Medium erhalten wird,
wenn das Bild gedruckt wird. Die aromatische Säure kann heterozyklisch sein.
Vorzugsweise kann die Säure
eine Sulfocarbon- oder Sulfophenolsäure sein. Vorzugsweise stellt
die Erfindung ihre besten Merkmale und Vorteile in Großformattintenstrahldruckern
bereit, z.B. Druckern der Marke Hewlett Packard Corporation (HP)
Serie 2500, die bei geringem Tintentropfenvolumen funktionieren. „Geringes
Tropfenvolumen" bedeutet
für diese
Erfindung unter 70 Picoliter je Tropfen.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine aromatisch oder aliphatische
Sulfocarbon- oder Sulfophenolsäure,
derart dass, wenn das Medium mit solch einer Zusammensetzung imprägniert und
getrocknet wird, das Bild schnell fleckenlos wird.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden in Beziehung mit den
Ausführungsformen
der Erfindung offenbart.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden ein Tintenstrahlempfangsmedium gemäß Anspruch
1 bis 8 und eine Beschichtungslösung
gemäß Anspruch
9 bis 18 bereitgestellt.
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Tintenstrahlempfangsmedium
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Die
poröse
Membran oder Folie kann jede poröse
Membran oder Folie sein, die den Fachleuten bekannt ist, wobei es
wünschenswert
ist, Tintenstrahltinten auf wenigstens eine Hauptfläche darauf
zu drucken. Vorzugsweise umfasst das Medium ein Tintenstrahlempfangsmedium,
welches ein poröses
Substrat mit einem Fluidmanagementsystem und mit einem Pigmentmanagementsystem
in Kontakt mit Oberflächen
von Poren des Substrats darin umfasst. Eine Ausführungsform dieses Mediums ist
ein Tintenstrahlempfänger,
der eine mikroporöse
Membran umfasst, die mit einem anorganischen mehrwertigen Metallsalz
zusammen mit einem oberflächenaktiven
Stoff oder einer Kombination von oberflächenaktiven Stoffen imprägniert ist,
die für
die Tinte und die Membran, die eingesetzt werden, gewählt werden.
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Eine
andere Ausführungsform
ist ein Tintenstrahlempfänger,
welcher eine mikroporöse
Membran umfasst, die mit einem mikroporösen fluorierten Siliciumdioxidagglomerat
zusammen mit einem Bindemittel und einem oberflächenaktiven Stoff oder einer
Kombination von oberflächenaktiven
Stoffen für
die Tinte und die Membran, die eingesetzt werden, imprägniert ist.
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Diese
Empfänger
stellen bei Bebilderung in einem Tintenstrahldrucker Bilder mit
einer sehr hohen Dichte und einer sehr hohen Qualität bereit,
welche klebefrei und sofort handtrocken sind.
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Das
Tintenfärbemittel
ist normalerweise eine Pigmentdispersion mit einem Dispersionsmittel,
das sich an das Pigment bindet und das die Pigmente bei Kontakt
mit den Medienkomponenten destabilisiert, flockt, zusammenballt
oder koaguliert. Das Auftragen jeder der Farben an oder unmittelbar
unter der Oberfläche
der Membran ermöglicht
es, dass das Trägerfluid
in die Membran einsickert, wo das Fluidmanagementsystem übernehmen
kann, während
eine geschützte
Lage für
die Pigmente bereitgestellt wird, wie durch das Pigmentmanagementsystem
gesteuert.
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Vorzugsweise
verwendet das Tintenempfangsmedium eine thermisch induzierte phasengetrennte (T.I.P.S.
für engl.
Thermally Induced Phase Separated) mikroporöse Membran gemäß den Offenbarungen
der US-Patente Nr. 4,539,256 (Shipman et el.), 4,726,989 (Mrozinski)
und insbesondere 5,120,594 (Mrozinski), die von 3M erhältlich ist.
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US-A-4,539,256
offenbart ein mikroporöses
Material, welches durch die folgenden Schritte hergestellt wird:
- (a) Schmelzmischen, um eine Lösung zu
bilden, welche 30 bis 80 Gewichtsteile kristallisierbares thermoplastisches
Polymer mit 70 bis 20 Gewichtsteilen einer Verbindung umfasst, mit
welcher das thermoplastische Polymer mischbar ist und in welcher
sich das thermoplastische Polymer bei der Schmelztemperatur des
thermoplastischen Polymers auflöst
und aus welcher das thermoplastische Polymer bei Abkühlen auf eine
Temperatur auf und unter die Kristallisationstemperatur des thermoplastischen
Polymers phasentrennt;
- (b) Bilden eines geformten Gegenstands aus der schmelzgemischten
Lösung;
- (c) Abkühlen
des geformten Gegenstands auf eine Temperatur, bei welcher das thermoplastische
Polymer kristallisiert, um zu bewirken, dass eine Phasentrennung
zwischen dem thermoplastischen Po lymer und der Verbindung eintritt,
um dadurch einen Gegenstand bereitzustellen, der ein Aggregat einer
ersten Phase, welche Teilchen von kristallisiertem thermoplastischem
Polymer umfasst, in einer zweiten Phase umfasst, welche die Verbindung
umfasst, wobei benachbarte thermoplastische Polymerteilchen zwar
verschieden sind, aber mehrere Kontinuitätsbereiche aufweist; und
- (d) Ausrichten des Gegenstands in wenigstens einer Richtung,
um benachbarte Teilchen von kristallisiertem thermoplastischem Polymer
voneinander zu trennen, um ein Netz von miteinander verbundenen
Mikroporen dazwischen bereitzustellen und das thermoplastische Polymermaterial
in den Kontinuitätsbereichen ständig zu
verdünnen,
um Fibrillen zu bilden.
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US-A-4,726,989
beschreibt ebenfalls ein mikroporöses Material, welches durch
die folgenden Schritte hergestellt wird:
- (a)
Schmelzmischen, um eine Mischung zu bilden, welche etwa 15 bis etwa
80 Gewichtsteile kristallisierbares thermoplastisches Polymer, genügend Keimbildner,
um eine anschließende
Kristallisation des thermoplastischen Polymers an einer erheblich
größeren Anzahl
von Kristallisationsstellen im Vergleich zur Kristallisation ohne
den Keimbildner anzuregen, und etwa 85 bis etwa 20 Gewichtsteile
einer Verbindung umfasst, mit welcher das thermoplastische Polymer
mischbar ist und in welcher sich das thermoplastische Polymer bei
der Schmelztemperatur des thermoplastischen Polymers auflöst, welches
aber bei Abkühlen auf
eine Temperatur bei oder unter der Kristallisationstemperatur des
thermoplastischen Polymers phasentrennt;
- (b) Bilden eines geformten Gegenstands aus der schmelzgemischten
Mischung;
- (c) Abkühlen
des geformten Gegenstands auf eine Temperatur, bei welcher der Keimbildner
die Kristallisationsstellen innerhalb des thermoplastischen Polymers
anregt, um zu bewirken, dass eine Phasentrennung zwischen der Verbindung
und dem Polymer eintritt, um dadurch einen Gegenstand bereitzustellen,
welcher ein Aggregat einer ersten Phase, welche Teilchen von kristallisiertem
thermoplastischem Polymer umfasst, in einer zweiten Phase umfasst,
welche die Verbindung umfasst, wobei benachbarte thermoplastische
Polymerteilchen zwar verschieden sind, aber mehrere Kontinuitätsbereiche
aufweisen, wobei die Teilchen eine Größe aufweisen, welche im Vergleich
zu der Größe, welche
die Teilchen aufweisen würden,
wenn kein Keimbildner vorhanden wäre, wesentlich kleiner ist;
und
- (d) Strecken des geformten Gegenstands in wenigstens einer Richtung,
um benachbarte Teilchen von thermoplastischem Polymer voneinander
zu trennen, um ein Netz von miteinander verbundenen Mikroporen dazwischen
bereitzustellen und das thermoplastische Polymer in den Kontinuitätsbereichen
ständig
zu verdünnen,
um Fibrillen zu bilden.
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Schließlich offenbart
US-5,120,594 einen mikroporösen
geformten Polyolefingegenstand, welcher durch ein Verfahren hergestellt
wird, das die folgenden Schritte umfasst:
- 1)
Schmelzmischen eines Polyolefins mit einem Zusatzstoff, welcher
mit dem Polymer bei der Schmelztemperatur der Mischung mischbar
ist, aber bei Abkühlen
phasentrennt,
- 2) Bilden eines Gegenstands aus der Lösung;
- 3) Abkühlen
des geformten Gegenstands durch Verwenden einer gemusterten Kühlwalze,
um Bereiche bereitzustellen, in welchen die Polymermischung die
Kühlwalze
nicht berührt;
und
- 4)
a) Entfernen wenigstens eines erheblichen Anteils der
kompatiblen Flüssigkeit;
oder
b) ausreichendes Strecken des Gegenstands in wenigstens
einer Richtung, um den Gegenstand ständig zu verdünnen und
eine Ausrichtung des Polymers zu bewirken; oder
c) eine Kombination
von a) und b).
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Zur
Optimierung können
die Porengröße und das
Porenvolumen der porösen
Folie für
das Modell oder das Fabrikat des Tintenstrahldruckers eingestellt
werden, um das Volumen von Tinte, die durch den Drucker ausgegeben
wird, korrekt zu halten und die höchstmögliche Bildqualität zu gewährleisten.
Die Beschichtung auf dem bevorzugten Medien/Tintensatz hat einen
besonderen Nutzen in den anspruchsvollen Tintenstrahldruckanwendungen,
die beim kommerziellen Drucken vorzufinden sind. Demnach können die
Eigenschaften dieser Empfänger „fein abgestimmt" werden, um die Variablen
der Tintenstrahlzufuhr zu bearbeiten, welche, ohne darauf beschränkt zu sein,
umfassen: Porosität
der Medien, Porengröße, Oberflächenbenetzungsenergie,
und andere Leistungsfragen, damit Medien Tinte von verschiedenen
Formulierungen und Tropfenvolumina empfangen. Darüber hinaus
weisen diese Medien eine komplexe Porosität in ihrem porösen Material
auf, welche sowohl eine gewundene Bahn für das Fluidmanagement als auch
eine gewundene Bahn, welche das Pigment anfänglich und während der
Tintenzufuhr kontinuierlich umschlingt, bereitstellt.
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Pigmenttrocknungsmittel
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Pigmenttrocknungsmittel,
die in der vorliegenden Erfindung verwendbar sind, können aromatische oder
aliphatische Säuren
mit Sulfon-, Carboxyl-, Phenol- oder
gemischten Funktionalitäten
davon sein. In dieser Erfindung stellte sich heraus, dass vorzugsweise
aromatische Sulfon- und Carbonsäuren
in der Gegenwart von mehrwertigen Metallsalzen und einem geeigneten
oberflächenaktiven
Stoff und Bindemittel sehr wirksam sind, um als Trocknungsmittel
für Tintenstrahlempfangsmedien
zu dienen. Diese Säuren
können
von verschiedenen Arten sein, die gemäß den Eigenschaften gewählt und
durch das Maß ihrer
Wasserlöslichkeit,
sowie dadurch, wie diese Löslichkeit
die Trocknungsleistung beeinflusst, unterschieden werden.
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An
einem Ende des Bereichs von Kandidatensäuren kann ihre höhere Wasserlöslichkeit
andere Komponenten in den Medien beeinträchtigen, wie beispielsweise
einen Wanderungshemmstoff, wodurch es möglicherweise notwendig wird,
eine größere Konzentration
des Trocknungsmittels in die Beschichtung einzubinden. Ein Beispiel
dieser Art von Säure
ist eine Sulfocarbonsäure,
wie beispielsweise eine Sulfosalycilsäure.
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Am
anderen Ende des Bereichs von Kandidatensäuren würden die Kandidatensäuren mit
einer geringeren Wasserlöslichkeit
zwar die Trocknungsfunktion auf hervorragende Weise ausführen, aber
es könnte
notwendig sein, aggressivere Lösemittel
in die Medien zu imprägnieren.
Ein Beispiel für
diese Art von Säure
ist eine Phthalsäure,
solange beachtet wird, dass das Imprägnieren der Empfangsmedien
aufgrund der geringeren Löslichkeit
der Säure
schwieriger ist. Um diese Imprägnierungseinschränkungen
zu überwinden,
können Säurekandidaten
mit einer geringeren Löslichkeit,
wie beispielsweise aromatische Carbonsäuren, derivatisiert werden,
um ein Mononatriumsalz (oder jedes andere ähnliche Alkalimetallsalz) zu
werden, wobei die Wasserlöslichkeit
dieses Salzes besser ist. Ein Beispiel für diese Art von Säure-Salz
ist eine aromatische Carbonsäure,
Natriumsalz, wie beispielsweise ein Ortho-Phthalsäure-Natriumsalz. Außerdem sind
die aromatischen Carbonsäuren
genügend
wasserlöslich,
wenn der aromatische Teil wenigstens eine Sulfonsäuregruppe
enthält, die
entweder als Säure
oder als ihr Natriumsalz (oder anderen Alkalimetallsalze) an den
aromatischen Ring angehängt
ist. Zwei Beispiele für
diese Kandidaten sind 5-Sulfoisophthalsäure und auch sein Mononatriumsalz.
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Andere
funktionelle Gruppen, wie beispielsweise -OH-Gruppe, können an den aromatischen Teil
gehängt
werden, um die Löslichkeit
der aromatischen Carboxylgruppe zu erhöhen. Beispiele in dieser Kategorie sind
Hydroxyaryldicarbonsäureisomere.
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Ein
Faktor, der mit der Wahl einer Kandidatensäure mit einer geringeren Wasserlöslichkeit
in Beziehung steht, ist die Menge der Säure, die in den Empfangsmedien
eingebunden werden soll. Die Beziehung ist im Allgemeinen derart,
dass die Säurekandidaten
mit einer geringeren Löslichkeit
in kleineren Mengen als die Säurekandidaten
mit einer höheren
Löslichkeit
gebraucht werden. Im Allgemeinen kann eine Säure, die in der vorliegenden
Erfindung verwendet wird, im Empfangsmedium in einer Menge vorhanden
sein, die von etwa 1 bis etwa 20 Gewichtsprozenten des gesamten
Beschichtungsgewichts von Zusammensetzungen, mit welchen das Medium
mit einem Fluidmanagementsystem/Pigmentmanagementsystem imprägniert wird,
reicht. Vorzugsweise reicht die Menge von etwa 4 bis etwa 15 Gewichtsprozenten.
Demnach sollte ein Natriumsalz einer aromatischen Sulfocarbonsäure am höheren Ende
des Bereichs in einer Menge (z.B. etwa 15 Ge wichtsprozent) vorhanden
sein, wohingegen eine Carbonsäure
am niedrigeren Ende des Bereichs in einer Menge (z.B. etwa 5 Gewichtsprozent)
vorhanden sein sollte.
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Darüber hinaus
können
freie Säure-
oder Salzformen dieser Säure
für ein
gesteuertes Maßschneidern der
Imprägnierungsverarbeitung
und der resultierenden Trocknungsleistung kombiniert werden.
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Die
Säure oder
ihre Salz können
in die Medien imprägniert
werden, indem sie einer Beschichtungslösung beigegeben werden, welche
sonst für
Fluidmanagement- und
Pigmentmanagementzwecke in die Medien imprägniert wird. Geeignete Beschichtungslösungen umfassen
ein mehrwertiges anorganisches Salz, einen geeigneten oberflächenaktiven
Stoff, einen Alkohol und Wasser und verwenden Beschichtungstechniken,
die den Fachleuten bekannt sind. Die Gewichtsprozente der Säure/des
Salzes, die verwendet werden, reicht für gewöhnlich von etwa 40 bis etwa
60 Gewichtsprozenten und vorzugsweise von etwa 45 bis etwa 55 Gewichtsprozenten
des Gesamtfeststoffgehalts in der Zusammensetzung.
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Die
organischen aromatischen Säuren
und ihre Salze können
durch die folgende allgemeine Formel dargestellt werden:
wobei:
- a:
R1, R2, R3 -COOH-, -SO3H-
oder -OH-Gruppen und eine Kombination davon, die im Aromat bei insgesamt 3
bis 6 Gruppen reicht, sein können;
R4 H sein kann, und die funktionellen Säuregruppen
in ihrer Alkalimetallsalzform sein können; oder
- b: R4 eine andere aromatische Gruppe
sein kann, die über
eine -(CH2)n-, -O-,
-S-, -NH-, -NHCO, -CO-Brücke verkettet
ist, wobei n von 0 bis 3 variieren kann und das zweite Aromat dieselben
Funktionalitäten
wie das Hauptaromat enthalten kann, oder
- c: R4 einen Teil eines kondensierten
aromatischen Systems darstellen kann.
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Die
organischen aliphatischen Säuren,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können durch
die folgende allgemeine Formel dargestellt werden:
wobei
- a:
R1, R2, R3 -COOH-, -SO3H-
oder -OH-Gruppen und eine Kombination davon, die in der Kette von
insgesamt 2 bis 4 Gruppen reicht, sein können; R4 H
sein kann, und die funktionellen Säuregruppen in ihrer Alkalimetallsalzform
sein können;
oder
- b: R4 eine Arylgruppe sein kann, die
Sulfon- oder Sulfocarbon- oder Sulfophenolsäuregruppen, ihre Alkalimetallsalze
oder eine Kombination davon enthält.
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Nicht
einschränkende
Beispiele für
akzeptable aromatische Säuren
sind Sulfosalicylsäure,
Disulfosalicylsäure,
Sulfophthalsäure,
Sulfoisophthalsäure,
Sulfoterephthalsäure,
Disulfodicarbonsäure,
Sulfophenol säure,
Hydrochinonsulfonsäure,
Hydrochinondisulfonsäuren,
Sulfocarboxyphenolsäure,
5-Hydroxyphthalsäuren
und dergleichen. Außerdem
können
die Säuren
in der vorliegenden Erfindung als ihre Alkalimetallsalze (z.B. Mono-,
Di-carboxylat oder -sulfonate oder -phenolat) verwendet werden.
Die homologen Di-, Tri- und höheren
Verbindungen der Säuren
neigen dazu, weniger wasserlöslich
als sowohl ihre Säure-
als auch Mono-Alkalimetallsalzform zu sein. Es ist wünschenswert,
dass Mono-, Di- und
Tricarbonsäuren
entweder als Säuren oder
ihre Alkalimetallsalze verwendet werden.
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Zusätzlich sind
aliphatische Säuren
aufgrund ihrer Wasserlöslichkeit
Kandidaten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung. Nicht einschränkende Beispiele
für diese
Säuren
sind Sulfobernsteinsäure,
Disulfobernsteinsäure,
Arylbernsteinsäure,
Sulfofumarsäure,
Disulfofumarsäure,
bernstein- oder fumarsäurehaltige Sulfobenzoe-
oder Sulfoarylcarbonsäuren
und dergleichen.
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Alternativerweise
können
heterozyklische Säuren
verwendet werden. Nicht einschränkende
Beispiele für
solche Säuren
umfassen Pyridincarbonsäuren
(wie beispielsweise Picolinsäure,
Pyridindicarbonsäure
und dergleichen) und Pyrrolidoncarbonsäuren (wie beispielsweise 2-Pyrrolidon-5-carbonsäure).
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Optionale
Zusatzstoffe
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Pigmentwanderungshemmstoffe
können
in der vorliegenden Erfindung als ein optionaler Zusatzstoff verwendet
werden. Dese Hemmstoffe können
Homopolymere oder Copolymere mit jeder Anzahl von hydrophilen Monomeren
sein, deren Homopolymere jeweils hydrophil sind, solange das resultierende
Copolymer begrenzt wasserlöslich
ist.
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Nicht
einschränkende
Beispiele für
hydrophile Monomere sind Methacryl-, Ethacrylsäuren, Acrylsäure, N-Vinyl phthalimid,
Vinylimidazol, Vinylpyridin und N-Vinyl-2-pyrrolidon, wobei Letzteres und Acrylsäure gegenwärtig bevorzugt
werden. Das Homopolymer ist ein Polyvinylpyrrolidon (PVP) von verhältnismäßig hoher
relativer Molekülmasse,
das von Handelsquellen erhältlich
ist.
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Andere
Tintenempfangspolymere, welche begrenzt wasserlöslich sind, umfassen ein Copolymer
von N-Vinylpyrrolidon, Acrylsäure
und Trimethoxysilylethylmethacrylat (80/10/10); ein Copolymer von
N-Vinylpyrrolidon, Acrylsäure,
Trimethoxysilylethylmethacrylat und Ethylenoxidacrylat (75/10/5/10);
ein Copolymer von N-Vinylpyrrolidon, Acrylsäure und N,N,N-Mehtyloctylheptadecafluorsulfonylethylacrylat
(MeFOSEA) (80/10/10); ein Copolymer von N-Vinylpyrrolidon, Acrylsäure, Trimethoxysilylethylmethacrylat
und N,N,N-Ethyloctyheptadecafluorsulfonylethylacrylat
(MeFOSEA) (83/10/2/5); und ein Copolymer von N-Vinylpyrrolidon, Acrylsäure und
sulfoniertem Styrol-Natriumsalz (60/10/30).
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Die
Funktion von Aluminiumsulfat und Dioctylsulfosuccinimat-Natriumsalz
wurde bereits für
das Fluidmanagement und Pigmentmanagement in einer mikroporösen Membran
beschrieben. Diese Pigmentmanagement- und Fluidmanagementsysteme
sind für
Großformatdrucker,
welche bei hohem Tropfenvolumen (~ 140 Picoliter) arbeiten, z.B.
einen Drucker der Marke Encad-Novajet, besonders nützlich.
Die Trocknungsmittel der vorliegenden Erfindung sind nicht so, wie
sie für
diese Druckanforderungen hohen Tropfenvolumens und großer Tropfengröße nötig sind.
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Da
jedoch neue Drucker mit geringeren Tropfenvolumina und kleineren
Tropfengrößen, aber
mehr Tropfen je Flächeneinheit
(auch als Punkte je Zoll oder „dpi" (für engl.
dots per inch) bekannt, welche eine Bildgrafik mit höherer Auflösung erzeugen),
wie beispielsweise Drucker der Hewlett Packard Corporation, die
bei einem Tropfenvolumen von 30 Picoliter oder noch geringer als
dies arbeiten, erhältlich
werden, trocknet die pigmentierte Tinte, welche die Bildgrafik mit
höherer
Auflösung
erzeugt, nicht so schnell wie gewünscht. Die Trocknungsmittel,
die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden und in dieselben
Beschichtungslösungen
eingeführt
werden wie jene, die verwendet werden, um das Fluidmanagement und
das Pigmentmanagement bereitzustellen, stellen den unerwarteten
Vorteil des beinahe sofortigen Handtrocknens von pigmentierten Tinte
bereit und erweitern die Möglichkeit
für Bildgrafiken
mit noch höheren
Auflösungen,
die bei physischem Kontakt mit dem Bild kurz nach dem Drucken nicht
verzeichnet werden. Die Trocknungsmittel der vorliegenden Erfindung
induzieren eine schnellere Stabilisierung der Pigmentteilchen der
Bildgrafik in und auf der mikroporösen Membran, welche sonst das
Fluidmanagementsystem und das Pigmentmanagementsystem beinhaltet,
bis die Vorteile des Pigmentmanagementsystems und optional des Wanderungshemmstoffs
beginnen können.
Die vorliegende Erfindung löst
das Problem der Pigmentteilchenstabilisierung durch Interaktion
mit Tintenkomponenten, wie beispielsweise Benetzungsmitteln, welche
für den
richtigen Durchgang der Tinte durch den Druckkopf des Tintenstrahldruckers
erforderlich sind. Obwohl nicht auf eine bestimmte Theorie beschränkt, wird
angenommen, dass die Trocknungsmittel der vorliegenden Erfindung
mit den Benetzungsmitteln durch chemische Reaktion interagieren,
um Ester zu bilden, welche ein Verwischen der Bildgrafik nicht ermöglichen.
Es wird angenommen, dass unreagiert gelassene Benetzungsmittel,
die sich in der Bildgrafik befinden, fortfahren, ein Verwischen
zu ermöglichen,
und zwar aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks, sowie der ihnen innewohnenden
Hydrophilie, welche die Bildgrafik in Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit
weiterhin beeinflussen, selbst wenn es keinen tatsächlichen
physischen Kontakt mit der Bildgrafik gibt. Ein Ester, der aus der
Kombination des Trocknungsmittels und der Benetzungsmittel gebildet wird,
entbehrt ausreichender Hydrophilie und reduziert jene Eigenschaften
des Benetzungsmittels, die nicht mehr gebraucht werden, sobald die
Bildgrafik gedruckt wurde. Als Ergebnis wird die Möglichkeit,
dass das Bild verwischt wird, verringert. Darüber hinaus wird der Trockenheitsgrad
weitgehend durch die Art von anderen funktionellen Gruppen, die
an den aromatischen Ring der Trocknungsmittel der vorliegenden Erfindung
angehängt
werden, als den Carboxylgruppen auf solch einem Ring bestimmt.
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Die
Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht:
Die
Membran, die in diesem Beispiel verwendet wird, nämlich eine Öl-in-mikroporösem-Propylen-Membran, die
gemäß den Offenbarungen
der US-Patente Nr. 4,539,256 (Shipman et al.), 4,726,989 (Mrozinski)
und insbesondere 5,120,594 (Mrozinski) hergestellt wurde, wurde
erzeugt und wies die folgenden Eigenschaften auf:
Blasenbildungspunkt | 0,9 μm |
Gurley
50 cm3 | 15
s |
Porosität % Hohlräume | 38
% |
Oberflächenbenetzungsenergie
(vor der Behandlung) | 30
Dyn/cm2 |
Dicke | 0,178
mm |
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Diese
Membran wurde mit der folgenden Zusammensetzung imprägniert:
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Die
Zusammensetzung wurde mit einem Meyer-Stab Nr. 4 auf die Membran
aufgetragen. Um Lösemittel
zu entfernen, wurde die Zusammensetzung in einem herkömmlichen
Ofen bei etwa von 75°C
bis etwa 120°C
etwa 1 bis 3 min lang getrocknet. Die Membran wurde bedruckt, um
ein Testbild zu erzeugen, wobei ein Thermotintenstrahldrucker (Hewlett
Packard Drucker Serie 2500) mit einer Tropfengröße von 30 Picolitern verwendet
wurde. Das bedruckte Medium wurde mit 3M Scotch Nr. 845 Book Tape
laminiert, und das laminierte Medium wurde auf ein Stück elektrisch
oxidiertes Aluminium geklebt. Ungefähr 75% der laminierten Bildgrafik wurden
für eine
Zeitspanne von etwa 96 Stunden in Wasser eingetaucht. Während dieser
Eintauchzeit zeigte das Bild keinerlei Verschlechterung infolge
von Pigmentwanderung. Dieses Beispiel zeigte, dass eine Kombination
des Trocknungsmittels der vorliegenden Erfindung mit einem Wanderungshemmstoff
den Zweck des Wanderungshemmstoffs nicht beeinträchtigte.
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Die
zuvor beschriebene Arbeit wurde unter Verwendung noch einer anderen
Membran, die unter Verwendung von Techniken thermisch induzierter
Phasentrennung gemäß den Offenbarungen
der US-Patente Nr. 4,539,256 (Shipman et al.), 4,726,989 (Mrozinski)
und insbesondere 5,120,594 (Mrozinski) hergestellt wurde, erfolgreich
wiederholt. Diese Membran wies die folgenden Eigenschaften auf:
Blasenbildungspunkt | 0,75 μm |
Gurley
50 cm3 | 20
s |
Porosität % Hohlräume | 41% |
Oberflächenbenetzungsenergie
(vor der Behandlung) | 30
Dyn/cm2 |
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Diese
Membran wurde mit der folgenden Zusammensetzung imprägniert:
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Die
Zusammensetzung wurde durch Auflösen
der Zutaten unter schonendem Erwärmen
als eine klare Lösung
erhalten. Die Membran wurde mit der klaren Lösung durch Verwenden eines
Meyer-Stabs, einer Walze, Handstreich- oder Maschinenbeschichtung imprägniert.
Die beschichtete Membran wurde bei etwa 75 bis 120°C etwa 1
bis 2 Minuten lang getrocknet. Dann wurde die Membran unter Verwendung
eines Hewlett Packard Druckers Serie 2500 bebildert und lieferte
ein Bild mit einer sehr hohen Qualität und hohen Dichte, das schnell
trocken, klebefrei, ohne Auslaufen und fleckenfrei ist. Das Bild
zeigte bei Einlegen in Wasser unter Verwendung desselben Versuchs
wie im vorhergehenden Beispiel in keiner Tinte/Farbe irgendeine
Bewegung.
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Das
Beispiel wurde mit einem anderen Stück derselben Membran wiederholt,
welche auch mit einer anderen Beschichtungslösung imprägniert war, die bestand aus:
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Die
trockene Membran wurde mit einem HP Drucker Serie 2500 bebildert,
um ein trockenes, fleckenfreies Bild mit sehr hoher Dichte zu erhalten,
das kurz nach dem Drucken beständig
gegen Wasserwanderung und Wasserbesprühung war. Wasserbesprühung kann
durch den folgenden Wasserbesprühungsversuch
analysiert werden:
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Wasserbesprühungsversuch
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Temperiertes
Wasser aus einem mit Poren versehenen 1,90-cm-Wasserhahn wurde bei
einer Rate von 6 Litern je Minute 5 Minuten lang 0,61 Meter auf
die beschichtete Folienprobe, welche mit einem Versuchsmuster imprägniert war,
tropfen gelassen. Die Probe wurde umherbewegt, damit jeder Farbbereich
im Versuchsmuster den Wasserstrom direkt empfangen konnte. Die Probe
wurde aus dem Wasserstrom entfernt, trocknen gelassen und auf Tintenbewegung
beobachtet. Zur Erleichterung und Dokumentation dieses Versuchs
wurde die Probe auf eine Aluminiumplatte geklebt, und der Versuch
wurde etwa 10 Minuten nach dem Drucken durchgeführt.
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Das
Beispiel wurde mit einem anderen Stück derselben Membran wiederholt,
welche auch mit einer anderen Beschichtungslösung imprägniert war, welche bestand
aus:
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Die
trockene Membran wurde mit einem HP Drucker Serie 2500 bebildert,
um ein trockenes, fleckenfreies Bild mit sehr hoher Dichte zu erhalten,
das kurz nach dem Drucken beständig
gegen Wasserbesprühung und
Wasserwanderung war.
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Die
Verwendung von mehreren Trockenmitteln kommt der Interaktion des
Pigmentmanagers mit verschiedenen Pigmenten und ihren Dispersionsmitteln
entgegen. Ein Gleichgewicht von Trocknungsmittelauswahl(en) sollte
die Leistung des Pigmentmanagers, des Fluidmanagers, des optionalen
Wanderungshemmstoffs oder anderer Komponenten in der Beschichtung,
welche, wenn in der Membran getrocknet, zum Tintenempfangsmedium
wird, nicht beeinträchtigen.