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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Verwendung
von bestimmten oberflächenaktiven
Mitteln bei Tintenstrahldruckfluiden, und insbesondere auf Tintenstrahltintenzusammensetzungen für eine verbesserte
Bildqualität.
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Die
Verwendung von Tintenstrahldrucksystemen hat in den letzten Jahren
massiv zugenommen. Diese Zunahme kann auf wesentliche Verbesserungen
bei der Druckauflösung
und Gesamtdruckqualität,
gekoppelt mit einer nennenswerten Kostenreduzierung, zurückgeführt werden.
Heutige Tintenstrahldrucker bieten eine annehmbare Druckqualität für viele
gewerbliche, kommerzielle, geschäftliche
und private Anwendungen zu einem Kostenpunkt, der eine ganze Größenordnung
tiefer liegt als vergleichbare Produkte, die vor nur wenigen Jahren
verfügbar
waren. Trotz des jüngsten
Erfolges derselben werden intensive Forschungs- und Entwicklungsbemühungen zum
Verbessern der Druckqualität
von Tintenstrahlbildern fortgesetzt. Somit bleibt die Herausforderung
bestehen, die Leistung der Tintenstrahltinten weiter zu verbessern.
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Die
EP-A-0881270 beschreibt Liposom- oder Tintenzusammensetzungen, die
mit wasserunlöslichen Farbstoffen
und Pigmenten und einem liposombildenden, oberflächenaktiven Mittel, wie zum
Beispiel einem Phospholipid- oder Tocopherol-Succinat, hergestellt sind.
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Die
US-A-5743945 beschreibt Tintenstrahldrucktinten, die zusätzlich oberflächenaktive
Mittel aufweisen können.
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Im
Allgemeinen handelt es sich bei oberflächenaktiven Mitteln um Moleküle, die
zwei gesonderte Regionen enthalten, die als hydrophob (ölähnlich,
sich nicht gut mit Wasser verbindend) und hydrophil (wasserähnlich,
sich gut mit Wasser verbindend) eingeordnet werden können. Oberflächenaktive
Mittel können
im Allgemeinen durch die Formel R1-L-R2 beschrieben werden, wobei R1 eine
hydrophobe Gruppe ist; L eine Verknüpfungsgruppe ist, die einfach
Teil eines Moleküls
wie z. B. einer Methylen-, Äther-,
Ester- oder Amidverbindung sein kann; und R2 eine
hydrophile Gruppe ist, wie zum Beispiel sich wiederholende Einheiten
von Ethylenglykol. Es ist bekannt, dass eine Verwendung von oberflächenaktiven
Mitteln bei Tinten Attribute wie zum Beispiel eine Zerfließeindämmung (oder
Zerfließabmilderung)
verbessern kann. Oberflächenaktive
Mittel, die Chroma oder Farbsättigung
verbessern, sind aber bislang unbekannt. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf oberflächenaktive
Mittel, die dazu beitragen, mehrere der Bildqualitätsattribute,
insbesondere Chroma (d. h. Farbsättigung),
zu verbessern, und auf Tintenstrahltinten, die mit denselben gemischt
sind, um Tinte herzustellen, die wünschenswerte Eigenschaften,
wie zum Beispiel verbessertes Chroma, Zerfließeindämmung, Kantenschärfe und
Oberflächenretention
aufweist, wodurch die Bildqualität
verbessert wird.
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Genauer
gesagt schafft die vorliegende Erfindung eine Verwendung von zumindest
einem großen strukturbildenden
oberflächenaktiven
Mittel mit einem kritischen Packungsparameter in dem Bereich von
1/3 bis 1 in einer Tintenstrahlfluidzusammensetzung zum Verbessern
des Chromas von Bildern, die mit der Fluidzusammensetzung gedruckt
werden.
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Ohne
sich auf irgendeine bestimmte Theorie festzulegen, wird erwartet,
dass oberflächenaktive
Mittel, die während
des Trocknens eines Tintenfilms rasch große Aggregatstrukturen, wie
zum Beispiel Doppelschichten oder Bläschen, an der Oberfläche der
Medien bilden, in der Praxis der Erfindung nützlich sind. Diese Strukturen
(z. B. Lamellen oder Bläschen)
sind nicht unbedingt in den Tinten vorhanden, sondern werden an
irgendeinem Punkt während
eines Trocknens der Lösungsmittel
gebildet, wodurch sich die beobachteten, verbesserten Druckattribute
ergeben. Die allgemeine Beschreibung von einem Verhalten oberflächenaktiver
Mitteln und von erwarteten Werten für kritische Packungsparameter
ist im Folgenden beschrieben.
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Die
Farbmittel können
farbstoff- oder pigmentbasiert sein. Wie derselbe hier verwendet
ist, nimmt der Begriff „Pigment" Bezug auf ein Farbmittel,
das in dem wässrigen
Trägermittel
unlöslich
ist, und umfasst Dispersionsfarbstoffe ebenso wie Pigmente, die
entweder mit Hilfe eines Dispersionsmittels dispergiert werden oder
selbstdispers sind.
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Die
Reinheit aller Komponenten ist diejenige, die in der normalen Geschäftspraxis
für Tintenstrahldruckzusammensetzungen
eingesetzt ist. Gewichtsprozente stellen Prozente der gesamten Tintenzusammensetzung
dar, wenn es nicht anders angezeigt ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Tintenstrahltinten, die mit oberflächenaktiven
Mitteln gemischt sind, die in der Lage sind, eine Lamellenphase
zu bilden, die eine verbesserte Bildqualität, wie zum Beispiel ein erhöhtes Chroma,
größere Kantenschärfe, eine
erhöhte
Zerfließabmilderung
und eine Oberflächenretention über eine
Bandbreite von Medien aufweisen, wenn sie bei Tintenstrahltinten
zur Verwendung in handelsüblichen
Tintenstrahldruckern, wie zum Beispiel DESKJET®-Druckern,
die durch die Hewlett-Packard Company, Delaware, hergestellt werden,
und bei anderen handelsüblichen
Heim- oder Bürotintenstrahldruckern
verwendet werden.
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Im
Allgemeinen handelt es sich bei oberflächenaktiven Mitteln um Moleküle, die
zwei gesonderte Regionen enthalten, die als hydrophob (ölähnlich,
sich nicht gut mit Wasser verbindend) und hydrophil (wasserähnlich,
sich gut mit Was ser verbindend) eingeordnet werden können. Es
ist Fachleuten bekannt, dass eine Verwendung von oberflächenaktiven
Mitteln bei den Tinten einige Attribute, wie zum Beispiel Zerfließabmilderung,
verbessern kann. Oberflächenaktive
Mittel, die Chroma oder Farbsättigung
verbessern, sind aber bislang unbekannt. Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf oberflächenaktive
Mittel, die dazu beitragen, mehrere der Bildqualitätsattribute,
insbesondere Chroma (d. h. Farbsättigung),
zu verbessern, und auf Tintenstrahltinten, die mit denselben gemischt
sind, um Tinten herzustellen, die mehr als eine der wünschenswerten
Eigenschaften, wie zum Beispiel verbessertes Chroma, Zerfließeindämmung, Kantenschärfe und
Oberflächenretention,
aufweisen, wodurch die Bildqualität verbessert wird. Genauer
gesagt bezieht sich die Erfindung auf oberflächenaktive Mittel, die relativ
große
aggregierte Strukturen (Mizellen) einer anderen als sphärischen
Geometrie bilden, auf die im Folgenden als Lamellen bildende oberflächenaktive
Mittel Bezug genommen wird. Besonders bei oberflächenaktiven Mitteln, die zu
irgendeinem Zeitpunkt während
eines Trocknens des Lösungsmittels
Lamellen- oder Bläschen-
(Doppelschicht-)Strukturen bilden, wird erwartet und beobachtet,
dass dieselben diese Druckattribute zeigen. Außerdem ist es nicht notwendig,
dass die vorliegenden oberflächenaktiven
Mittel in der Tinte selbst in Lamellen- oder Bläschenform vorliegen. Die vorliegenden
oberflächenaktiven Mittel
weisen kritische Packungsparameter (CPP – siehe Gleichung I) in einem
Bereich von 1/3 bis 1,0 auf; stärker
bevorzugt von 0,5 bis 1,0; und am stärksten bevorzugt von 0,8 bis
1,0. Eine Beschreibung einer Beziehung von einem Verhalten oberflächenaktiver
Mittel und eines kritischen Packungsparameters ist in der Literatur,
wie zum Beispiel „Surfactant
Science technology" von
Drew Myres, 1088, VCH Publishers Inc. New York, ISBN 0-89573-339-0, verfügbar. Obwohl
einige oberflächenaktive
Mittel, die Bläschen
bilden, ein ähnliches Verhalten
zeigen, ist es für
die Erfindung nicht unbedingt erforderlich, dass Bläschen in
den Tinten vorhanden sind.
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Die
oberflächenaktiven
Mittel, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind
in der Lage, große
Strukturen (z. B. eine Lamellenphase) auf ein Abgeben (z. B. Trocknen)
des Lösungsmittels
auf dem Druckmedium hin zu bilden, wobei die Form dieser Struktur
durch Gleichung I bestimmt ist:
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Gleichung
I VH/lca0 =
1/3 bis 1,wobei
VH/lca0 der kritische Packungsparameter (CPP) ist;
VH das Volumen ist, das durch die hydrophoben
Gruppen in dem Mizellenkern belegt ist,
Lc die
Länge der
hydrophoben Gruppe (Schwanz) in dem Kern ist, und
a0 die Querschnittsfläche ist, die durch die hydrophile
Gruppe (Kopf) an der Mizellenlösungsgrenzfläche belegt ist.
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Die
oberflächenaktiven
Mittel der vorliegenden Erfindung weisen voluminöse, hydrophobe Gruppen und
kleine, eng gepackte hydrophile Gruppen auf und tendieren dazu,
Lamellen oder zylindrische Mizellen in wässrigen Medien bei einer gewissen
Konzentration in ihrem Phasendiagramm zu bilden, die nicht die gleiche sein
muss wie ihre Konzentration in einer Tinte.
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Beispiele
für oberflächenaktive
Mittel, die in der Lage sind, große Strukturen (z. B. Lamellenphasen) zu
bilden, umfassen einschließlich,
aber nicht ausschließlich
oberflächenaktive
Mittel, die die Formel R1-L-R2 aufweisen,
wobei R1 eine hydrophobe Moietät ist, die
zumindest zwei hydrophobe Ketten von etwa 8 bis etwa 50 Methyleneinheiten
in dem gleichen Molekül
aufweist und eine Polyhydroxy-Hauptkette
aufweist; L eine Verknüpfungsgruppe
ist; und R2 eine hydrophile Moietät ist.
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Vorzugsweise
ist L ein Äther,
Ester oder Amid. Vorzugsweise ist R2 ein
Carboxylatsalz, Sulfat oder Phosphat.
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Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
ist R1 aus der Gruppe ausgewählt, die
aus Sojasterol; Fucosterol; Betasitosterol; Campesterol; Stigmasterol;
Cholesterol; Sacharosedistearat; Glyceryl-C8-C50-Estern, -Äthern und
-Amiden; Sorbityl-C8-C50-Estern,
-Äthern,
und -Amiden und Glucose-C8-C50-Estern, -Amiden und -Äthern besteht.
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Bei
bestimmten Ausführungsbeispielen
ist das oberflächenaktive
Mittel aus der Gruppe ausgewählt, die
aus Cholesterol, Triolin, Cholsäure,
Generol, Vitamin-E-Succinat und Mischungen derselben besteht.
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Spezifische
Beispiele für
oberflächenaktive
Mittel, die bei der vorliegenden Erfindung nützlich sind, umfassen einschließlich, aber
nicht ausschließlich:
| Wobei
Formel II darstellt: | Wobei
Formel III |
| Cholesterol
(R2 = H); | darstellt:
Cholsäure |
| Triolin
(R2 = Triethylenglycol). | |
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Wobei
Formel IV darstellt:
Generol 122E25 (R2 =
PEG 25).
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Wobei
Formel V darstellt:
Vitamin-E-Succinat.
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Wässriges
Trägermittel
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Das
wässrige
Trägermedium
ist Wasser oder eine Mischung aus Wasser und zumindest einem wasserlöslichen
organischen Lösungsmittel.
Eine Auswahl einer geeigneten Mischung hängt von Anforderungen der spezifischen
Anwendung, wie zum Beispiel einer gewünschten Oberflächenspannung
und Viskosität,
dem ausgewählten
Farbmittel, der Trockenzeit der Tinte und dem Substrattyp, auf den
die Tinte gedruckt wird, ab. Repräsentative, wasserlösliche organische
Lösungsmittel,
die ausgewählt
werden können,
sind offenbart in der US-Patentschrift
Nr. 5,085,698. Eine Mischung aus Wasser und einem mehrwertigen Alkohol,
wie zum Beispiel Diethylenglycol, wird als das wässrige Trägermedium bevorzugt.
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In
dem Fall einer Mischung aus Wasser und zumindest einem wasserlöslichen
Lösungsmittel,
weist das wässrige
Trägermedium
normalerweise von etwa 30% bis etwa 95% Wasser auf. Die bevorzugten
Zusammensetzungen bestehen zu etwa 60% bis etwa 95% aus Wasser,
basierend auf dem Gesamtgewicht des wässrigen Trägermediums.
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Die
Menge eines wässrigen
Trägermediums
in der Tinte bewegt sich in dem Bereich von etwa 70 bis etwa 99,8%,
bevorzugt von etwa 94 bis etwa 99,8%, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Tinte, wenn ein organisches Pigment ausgewählt ist; von etwa 95 bis etwa
99,8%, bevorzugt von etwa 70 bis 99,8%, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Tinte, wenn ein anorganisches Pigment ausgewählt ist; und von etwa 80 bis
etwa 99,8%, wenn ein Farbstoff als das Farbmittel ausgewählt ist.
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Farbmittel
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Bei
dem Farbmittel kann es sich um ein Pigment oder einen Farbstoff
oder ein oberflächenmodifiziertes
Farbmittel handeln, wie zum Beispiel diejenigen, die von Cabot,
Orient usw. verfügbar
sind (unlöslich
oder löslich
in dem Trägermittel,
je nach Fall), und es kann sich um ein beliebiges Farbmittel handeln,
das nicht mit irgendeinem anderen Inhaltsstoff in der Tinte inkompatibel
ist. Die Tinten der vorliegenden Erfindung umfassen von etwa 0,05
bis etwa 20% Farbmittel; bevorzugt von etwa 0,1 bis etwa 8%; und
stärker
bevorzugt von etwa 0,5 bis etwa 5 Gewichtsprozent, basierend auf
dem Gesamtgewicht der Tinte.
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Andere Inhaltsstoffe
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In
der Praxis der Erfindung, können
andere Inhaltstoffe, wie zum Beispiel Immobilisierungsmittel; Puffer;
Biozide; und andere oberflächenaktive
Mittel, wahlweise in den Tinten eingesetzt sein.
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Bei
einigen Beispielen kann das Drucksystem ferner ein Reaktantfluid
zusätzlich
zu Tinten umfassen (d. h. ein Flu id, das zumindest ein Farbmittel
enthält,
wobei die Tinte in einer oder mehr Regionen (z. B. sichtbare, IR-,
UV-Region)) absorbiert.
Wie hier verwendet, handelt es sich bei dem Reaktantfluid um ein
Fluid, das im Wesentlichen farblos ist (d. h. das Reaktantfluid
kann überhaupt
kein Farbmittel enthalten oder dasselbe kann ein Farbmittel enthalten,
das nicht in dem sichtbaren Licht absorbiert, sondern entweder in
IR oder UV oder in beiden absorbieren kann). Das Reaktantfluid weist
eine Komponente auf (ein Molekül
oder einen Komplex oder eine funktionale Gruppe in einem Molekül oder Komplex),
die mit einer Komponente (einem Molekül oder Komplex oder einer funktionalen
Gruppe in einem Molekül
oder Komplex) in einer Tinte reaktionsfähig ist, wodurch sie eine gesteigerte
Bildintegrität
bedruckter Flächen,
die mit der Tinte hergestellt werden, liefert, wie zum Beispiel
gesteigerte Dauerhaftigkeit (z. B. Wasserechtheit, Schmierechtheit)
oder Zerfließabmilderung; verbesserte
Farbresonanz, verbesserte Kantenschärfe oder verringerte Trockenzeit;
falls das Reaktantfluid und die Tinte zumindest teilweise auf eine
gleiche vorbestimmte Fläche
auf einem Druckmedium oder auf vorbestimmte Flächen, die einander auf einem
Druckmedium benachbart sind, gedruckt werden. Immobilisierungsmittel
sind ein Beispiel für
derartige reaktionsfähige
Komponenten, die in dem Reaktantfluid oder in einer Tinte verwendet
werden können.
Das Reaktantfluid ist mit zumindest einer Tinte reaktionsfähig, vorzugsweise mit
den Tinten, die gemäß der vorliegenden
Erfindung gemischt sind. Zusätzlich
kann das Reaktantfluid ferner die oberflächenaktiven Mittel der vorliegenden
Erfindung aufweisen.
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Wenn
das Reaktantfluid verwendet wird, kann sich die Menge des Reaktantfluids
(ungeachtet dessen, ob das Reaktantfluid ferner die oberflächenaktiven
Mittel der vorliegenden Erfindung aufweist), die verwendet wird,
um das gewünschte
Bildqualitätsattribut
zu erzielen, in einem Bereich von dem etwa 0,1- bis etwa 4-fachen
der Tintenmenge, die beim Erzeugen des Bildes verwendet wird, bewegen.
Das Reaktantflu id kann entweder vor oder nach, oder sowohl vor als
auch nach der Aufbringung der Tinte aufgebracht werden.
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Beispiele
für Immobilisierungsmittel
zur wahlweisen Verwendung in den Fluiden (entweder der Tinte oder
dem Reaktantfluid oder beiden) umfassen: Ausfällmittel wie zum Beispiel anorganische
Salze (vorzugsweise zweiwertige oder dreiwertige Chlorid- und/oder
Nitratsalze, wie zum Beispiel Mg(NO3)2, Ca(NO3)2, CaCi2, MgCl2, AlCl3 und/oder
Al(NO3)3; organische
Säuren,
wie zum Beispiel Succinsäure,
Zitronensäure
und Morpholinethan-Sulfonsäure;
und polymere kationische Reagenzien, wie zum Beispiel PEI (Polyethylenmimin).
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Puffer
können
verwendet werden, um den pH-Wert zu modulieren, und es kann sich
bei denselben um biologische Puffer auf organischer Basis oder anorganische
Puffer, wie zum Beispiel Natriumphosphat, handeln. Der eingesetzte
Puffer stellt vorzugsweise einen pH-Wert bereit, der sich in einem
Bereich von etwa 4 bis etwa 9 bewegt. Beispiele für bevorzugt
eingesetzte organische Puffer umfassen Trizma Base, das von Unternehmen
wie zum Beispiel Aldrich Chemical (Milwaukee, Wisconsin) verfügbar ist,
4-Morpholinethansulfonsäure (MES)
und 4-Morpholinpropansulfonsäure (MOPS).
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Jedes
der Biozide, die gewöhnlich
bei Tintenstrahltinten eingesetzt werden, können in der Praxis der Erfindung
eingesetzt werden, wie zum Beispiel NUOSEPT 95, verfügbar von
Hals America (Piscataway, N.J.); PROXEL GXL, verfügbar von
Zeneca (Wilmington, Del.); und Glutaraldehyd, verfügbar von
Union Carbide Company (Bound Brook, N.J.) unter der Handelsbezeichnung
UCARCIDE 250.
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Beispiele
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Tinten
wurden gemischt und unterschiedliche Qualitäten der gemischten Tinten wurden
gemessen in einem Bemühen,
die Vorzüge
zu bewerten, die in der Praxis der Erfindung erzielt werden, nämlich die
Wirkung auf das Chroma.
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Zwei
Gruppen von Tinten wurden verwendet. Die zwei Gruppen enthielten
die gleichen allgemeinen Inhaltstoffe, wie zum Beispiel zumindest
ein Farbmittel, ein wässriges
Trägermittel
und wahlweise Inhaltsstoffe, wie oben beschrieben, wobei sich dieselben
nur in dem Vorhandensein der oberflächenaktiven Mittel der vorliegenden
Erfindung unterschieden: Die erste Gruppe (die Kontrollgruppe) enthielt
die oberflächenaktiven
Mittel der vorliegenden Erfindung nicht, während die zweite Gruppe die
oberflächenaktiven
Mittel der vorliegenden Erfindung enthielt.
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Druckproben
von gemischten Tinten wurden, wo notwendig, erzeugt unter Verwendung
eines Hewlett-Packard DeskJet®-Druckers. Die verwendeten Druckmedien
umfassten unbeschichtetes Papier, wie zum Beispiel Gilbert-Bond-Papier,
das durch Mead hergestellt wird.
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Das
Chroma (C) für
jede der Tinten wurde durch ein Auflösen von etwa 1 bis etwa 5 Gewichtsprozent des
Farbmittels in dem gewünschten
Tintenträgermittel
bestimmt. Die gewünschte
Absorbanz bei dem Lambda-Maximum für jede Tinte betrug etwa 0,10
bis 0,20 für
eine Verdünnung
von 1:10.000. Ein Farbblock für
jede Tinte wurde mit voller Dichte auf einfaches Papier gedruckt.
Die L*-, a*- und b*-Werte wurden unter Verwendung eines handelsüblichen
Kolorimeters, wie zum Beispiel Hunter Ultrascan, verfügbar von
Hunter Associates Laboratories, Reston, Virginia, USA, gemessen.
Das Chroma wurde dann gemäß der untenstehenden Gleichung
2 berechnet, und die Daten sind in der untenstehenden Tabelle I
vorgelegt. C· =
(a·2 +
b·2)1/2 Gleichung
2
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Wie
aus den Daten in Tabelle I ersichtlich ist, wiesen Tinten, die gemäß der vorliegenden
Erfindung gemischt sind, ein verbessertes Chroma auf.
