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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Tintenstrahldrucken und
insbesondere auf ein Verbessern der Wasserechtheit der gedruckten
Tinte.
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Hintergrundtechnik
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Tintenstrahlfarbdrucker
besitzen üblicherweise
vier separate Farbstifte oder Kassetten, nämlich Cyan, Gelb, Magenta und
Schwarz, zum Bereitstellen einer vollständigen Palette von Farben und
Farbtönen.
Derartige Tintenstrahlfarbdrucker werden üblicherweise als „Vier-Stift"-Drucker bezeichnet.
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Es
hat sich gezeigt, dass poröse
Medien mit einem Tintenstrahldrucker ein Drucken mit augenblicklicher
Trockenzeit ergeben. Die Druckqualität jedoch, z. B. durch die Wasserechtheit
gezeigt, kann durch ein Verbessern anderer Qualitäten, wie
z. B. der Trockenzeit, verschlechtert werden.
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Mit
einem ansteigenden Bedarf nach Außenschildern und Fensteranzeigen
wurden Bemühungen
unternommen, die Haltbarkeit eines Tintenstrahldrucks zu erhöhen, indem
eine pH-empfindliche
pigmentierte Tinte auf poröse
Medien gedruckt wird, die mit einer Beschichtung versehen sind.
Die Beschichtung weist üblicherweise
eine untere Beschichtung aus Silika und eine obere Beschichtung
aus Aluminiumoxid auf; siehe z. B.
EP
1120280 ,
EP 1120279 und
EP 1120278 , nach Art. 54(3)
EPÜ alles
Stand der Technik. Ein Einstellen des pH-Werts in der Beschichtung
unterstützt
eine Immobilisierung der pH-empfindlichen pigmentierten Tinten, was
zu einer besseren Wasserechtheit führt. Ein Einstellen des pH-Werts in der Beschichtung
ist jedoch manchmal aufgrund einer Ausflockung des anorganischen
Füllmittels,
das in dem Beschichtungsfluid verwendet wird, bei einem erwünschten
pH-Wert oder eines Bildqualitäts-
(IQ-) Kompromiss aufgrund einer Ausflockung der pH-empfindlichen
pigmentierten Tinte nicht wünschenswert.
Außerdem
kann für
Medien, die nicht entworfen sind, um mit bestimmten Tintensätzen zu
funktionieren, eine Haltbarkeit ohne eine Nachverarbeitung, z. B.
Laminierung, unmöglich
erzielt werden.
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Das
U.S.-Patent 5,695,820 offenbart ein Unterdrucken und/oder Überdrucken
eines Substrats durch eine primäre
Tintenstrahltinte mit zumindest einer behandelnden Lösung, die
in der Lage ist, die Ausfällung des
Farbmittels in der primären
Tintenstrahltinte auf einen anhaltenden Kontakt hin zu induzieren.
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Die
EP-A-0587164 offenbart ein Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren zum
Durchführen
einer Aufzeichnungsoperation durch ein Drucken einer Tintenzusammensetzung,
die ein Pigment, eine Säure,
ein wasserlösliches
Harz zum Dispergieren der Tinte und Wasser enthält auf ein Aufzeichnungselement,
auf dem Daten aufgezeichnet sind, wobei das Tintenstrahlaufzeichnungsverfahren
einen Schritt eines Lieferns einer Lösung mit Teilchen und/oder
einem Bindemittelpolymer auf das Aufzeichnungselement vor einem
Drucken der Tinte aufweist.
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Die
WO 99/64249 offenbart ein Verfahren zum Drucken auf ein Substrat
mit (a) einer Lösung,
die einen Reaktanten aufweist, und (b) einer Tinte, die ein Farbmittel
aufweist. Es liegt ein pH-Unterschied zwischen der Tinte und der
Lösung,
die einen Reaktanten aufweist, vor. Wenn eine saure Lösung verwendet
wird, weist die saure Lösung
oftmals eine milde Säure
als Reaktanten auf.
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Die
JP-A-11 349873 offenbart ein Drucken, das eine farblose oder fahle
Lösung,
die ein Elektrolyt, ein wasserlösliches
organisches Lösungsmittel
und Wasser enthält;
und eine Tinte, die ein Pigment, eine anionische Verbindung, ein wasserlösliches
organisches Lösungsmittel
und Wasser enthält,
aufweist.
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Die
JP-A-01 009279 offenbart ein Tintenstrahldruckverfahren, das ein
Aufbringen einer farblosen sauren Lösung auf ein Aufzeichnungssubstrat
vor einem Bilddrucken auf das Substrat unter Verwendung einer Tintenlösung aufweist.
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So
besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Wasserechtheit auf bedruckten
porösen
Medien ohne den Bedarf einer Nachverarbeitung.
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Offenbarung
der Erfindung
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Ein
klares Fixiererfluid gemäß Anspruch
1.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein klares Fixiererfluid auf den
Druck über
einen fünften
Stift eines Tintenstrahldruckers aufgebracht, dessen erste vier
Stifte jeweils eine Tinte enthalten, wobei zumindest eine der Tinten
ein Pigment enthält,
wodurch die Farbmittel fixiert werden, was wiederum die Haltbarkeit
der gedruckten Tinte verbessert. Das klare Fixiererfluid weist zumindest eine
Säure,
die aus der Gruppe ausgewählt
ist, die aus organischen Säuren
und einer Orthophosphorsäure besteht,
und ein Salz zumindest einer Polymersäure auf.
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Ebenso
gemäß der Erfindung
wird ein Verfahren zum Fixieren gedruckter Tinte, die durch einen
Tintenstrahldrucker gedruckt wird, bereitgestellt. Das Verfahren
weist folgende Schritte auf:
- (a) Drucken zumindest
einer Tinte auf das Druckmedium, wobei die eine oder die mehreren
Tinten ein Pigment enthalten, um eine Tinte auf Pigmentbasis zu
bilden; und
- (b) Überdrucken
der Tinte mit dem klaren Fixiererfluid gemäß Anspruch 1.
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Das
klare Fixiererfluid verbessert die Nassreibebeständigkeit, die Schmierbeständigkeit
und die Wasserechtheit pigmnetierter Tinte, die auf poröse und/oder
semiporöse
mit Aluminiumoxid oder Silika beschichtete Druckmedien gedruckt
ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung, die einen herkömmlichen Zwei-Durchlauf-Druckmodus
darstellt, der ein Drucken eines Bandes auf einem Druckmedium und
ein Weiterbewegen des Druckmediums um die Höhe eines halben Bandes und
ein Drucken des Restes des oberen Abschnitts des Bandes und der
ersten Hälfte
des unteren Bandes aufweist;
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2 ist
eine Ansicht, ähnlich
der aus 1, stellt jedoch einen modifizierten
Druckmodus dar, der ein Drucken eines Bandes auf einem Druckmedium
und ein Weiterbewegen des Druckmediums um einige Punktreihen, ein
Drucken des Restes des oberen Abschnitts des Bandes und des ersten
Abschnitts des unteren Bandes und ein darauffolgendes Weiterbewegen
des Druckmediums um nahezu ein vollständiges Band aufweist;
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3 ist
eine Ansicht, ähnlich
der aus 2, stellt jedoch die Kombination
des modifizierten Druckmodus mit einem zusätzlichen Überdrucken eines Fixierers
dar; und
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4 ist
eine Draufsicht, die einen Fünf-Stift-Wagenentwurf
darstellt, der vier Farbstifte und einen Fixiererstift kombiniert.
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Beste Modi
zum Ausführen
der Erfindung
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Die
Nassreibebeständigkeit,
Schmierbeständigkeit
und Wasserechtheit pigmentierter Tinten, die auf poröse und/oder
semiporöse
mit Aluminiumoxid oder Silika beschichtete Medien (auch poröse oder
semiporöse
Medien genannt) gedruckt werden, kann durch Laminierung verbessert
werden, was kostspielig und bedienerfehleranfällig sein kann. Eine wünschenswertere
Prozedur bestünde
darin, dass der Drucker das Überschicht-Fixiererfluid
während
des Druckvorgangs aufbringt.
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Die
Trockenzeit wird durch ein Verwenden poröser Beschichtungen, die Aluminiumoxid
oder Silika enthalten, verbessert. Eine Kapillarkraft zieht das
Fluid in die poröse
Grundmasse und füllt
die Poren sehr viel schneller als bei einem Beruhen auf einem Polymeranschwellen
bei anderen herkömmlichen
nichtporösen
Beschichtungen. Abhängig
von den in der porösen
Beschichtung vorliegenden Porenvolumina ist ein Unterdrucken manchmal
weniger wünschenswert,
da das Fixiererfluid die Poren füllen
könnte,
was zu einer Tintenüberschwemmung
führt oder
dazu, dass zuviel Tinte auf die Oberfläche des Druckmediums fließt, wenn
Tinte gedruckt wird.
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Die
Beschichtungen auf Aluminiumoxid- und Silikabasis, die oben erwähnt wurden,
sind im wesentlichen transparent und sollten den Farbton, die Farbintensität oder die
optische Dichte der Tinten nicht nachteilig beeinflussen. Die transparente
Natur dieser Beschichtungen unterscheidet dieselben von Medien „bloßen Papiers", bei denen eine
Durchdringung der Tinten in diese Medien ihre Farbintensität und optische
Dichte wesentlich reduziert. Durch ein Verwenden eines Unterdruck-Fixiererfluids
ist es möglich,
die Farbintensität
und die optische Dichte der pigmentierten Tinten auf bloßem Papier
zu erhöhen.
Es ist jedoch vermutlich wünschenswert,
einen Überdruck
des Fixiererfluids und keinen Unterdruck des Fixiererfluids durchzuführen (oder eine
bestimmte Kombination aus Über-
und Unterdrucken), wenn Medien mit Silika- oder Aluminiumoxidbeschichtung
verwendet werden. Die Aufbringung des Fixiererfluids vor oder während einer
Tintenaufbringung kann auch zu einer nicht wünschenswerten Flächenausfülluneinheitlichkeit
aufgrund unmittelbarer Ausflockung des Farbpigments führen.
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Es
hat sich gezeigt, dass mit Silika und Aluminiumoxid beschichtete
Medien ein Mehrdurchlaufsdrucken benötigen, um eine hohe Bildqualität (hohe
IQ) und einen vernünftigen
Durchsatz zu liefern. In einem Mehrdurchlaufsdruckmodus würden nur
die letzten Z/NDurchlauf Düsen des
Fixiererstifts die letzten Düsen
betreiben, wobei NDurchlauf die Anzahl von
Durchläufen
in dem Druckmodus ist. Ein wesentlicher Anteil der Stiftdüsen würde nicht
verwendet werden, was eine übermäßige Last
auf die verwendeten Düsen
ausübt.
In einem Drucker, der hauptsächlich
auf ein Bedrucken bloßen
Papiers ausgerichtet ist, ist dieser Typ Druckmodus unter Umständen akzeptabel,
da ein kleiner Teil der Lebensdauer des Druckers mit Drucken auf
poröse/semiporöse Medien
verbracht wird. Großformatige
Drucker oder spezielle Drucker, die betrachtet werden, sind jedoch
im allgemeinen entworfen, um über
den Großteil
ihrer Lebensdauer auf poröse/semiporöse Medien
zu drucken. Deshalb ist es wünschenswert,
den Arbeitszyklus über
den gesamten Druckkopf zu verteilen, um eine Druckkopflebensdauer
zu verlängern.
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Eine
Art und Weise, um dies zu tun, besteht darin, eine Variante von
einem Druckmodus zu verwenden, die innerhalb der Hewlett-Packard
Company entwickelt wurde, um Farbtonverschiebungen, die durch ein bidirektionales
Drucken auf bloßes
Papier bewirkt werden, zu beseitigen. Dieser Druckmodus funktioniert durch
ein Drucken eines ersten Druckban des und durch ein darauffolgendes
Weiterbewegen des Papiers um eine kleine Anzahl von Punktreihen,
um eine Reduzierung einer Banderscheinung aufgrund fehlgerichteter oder
fehlender Düsen
zu unterstützen
(für einen
Zweidurchlaufsdruckmodus besteht die Praxis des Stands der Technik
darin, das Papier um eine Hälfte
der Bandhöhe
weiterzubewegen, wie in 1 gezeigt ist). Das Rückband bedeckt
dann nahezu den gesamten Abschnitt des Papiers. Dieser Druckmodus
zwingt so die Farbtonverschiebung in einige Punktreihen pro Band.
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Ein ähnliches
Verfahren kann ebenso zur Aufbringung der Fixiererfluid-Überschicht
verwendet werden. Das Bild wird noch immer in einer Serie von Bändern gedruckt,
wobei jedoch anstelle eines Durchführens eines Vorschubs von NDüsen/NDurchlauf Punktreihen das Medium nicht weiterbewegt
wird oder nur um einige Punktreihen pro Durchlauf weiterbewegt wird;
wobei NDüsen die
Anzahl verwendeter Düsen
auf dem Druckkopf ist und NDurchlauf die
Anzahl von Durchläufen
in dem Druckmodus ist. Bei dem N-ten Durchlauf wird das Fixiererfluid
aufgebracht, wenn der Fixiererfluidstift hinter den druckenden Stiften
herläuft.
Wenn der Fixiererfluidstift vor diesem Band herläuft, wird ein zusätzliches
Band ohne Medienvorschub gedruckt. Nur der Fixiererfluidstift druckt
bei diesem Durchlauf. Das Medium wird dann um die volle Bandhöhe des Stiftes
minus die kumulative Anzahl von Punktzeilen, um die in dem Druckvorgang
weiterbewegt wurde (siehe 2), weiterbewegt. Wenn
eine ungerade Anzahl von Durchläufen
verwendet wird, erfordert dieses Verfahren unter Umständen ein zusätzliches
Band pro Abschnitt bedruckten Mediums. Wenn zwei Überschicht-Fixiererfluidstifte
verwendet werden, werden keine zusätzlichen Bändern benötigt (es wird davon ausgegangen,
dass sich der oder die Fixiererfluidstifte an einem (oder beiden)
Ende(n) der Stiftkassette befinden). Eine zusätzliche Verfeinerung dieser
Technik besteht darin, den Fixiererfluidstift leicht hinter den
anderen Stiften zu positionieren, so dass derselbe die Punkte, die
aus der normalen Druckzone heraus bewegt wurden, während des
Druckvorgangs überdrucken
kann, sowie darin, eine Migration des Fixiererfluids in die gerade
bedruckte Region zu verhindern (siehe 3).
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Wie
in 4 gezeigt ist, weist der Wagen 10 eines
Druckers so vier Stifte 12, 14, 16 und 18 auf,
wobei jeder eine der Farben Cyan, Gelb, Magenta und Schwarz enthält. Ein
fünfter
Stift 20 enthält
das Fixiererfluid. Die Bewegung des Wagens ist bidirektional über das
Papier, wie durch einen Pfeil 22 angezeigt ist, während sich
das Druckmedium (z. B. Papier) 24 entlang des Papiers fortbewegt,
wie durch einen Pfeil 26 angezeigt ist.
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Obwohl
ein bidirektionales Beispiel oben beschrieben ist, ist auch ein
unidirektionales Drucken eine optionale Art und Weise der Verwendung
dieser Technik.
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Das
in dem fünften
Stift 20 enthaltene Fixiererfluid weist zumindest eine
Säure,
wie in Anspruch 1 definiert ist, und zumindest ein Salz einer Polymersäure auf.
Beispiele organischer Säuren,
die geeigneterweise bei der Praktizierung der Erfindung eingesetzt
werden können,
umfassen mono-, di- und
polyfunktionelle organische Säuren,
sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Im allgemeinen kommt auch in Betracht, dass jede wasserlösliche organische
Säure mit
einem pKa kleiner oder gleich dem des betreffenden pH-empfindlichen
Farbmittels geeignet eingesetzt werden kann. Vorzugsweise wird eine
der folgenden Klassen organischer Säuren verwendet. Essig-, Glycol-,
Malon-, Apfel-, Malein-, Ascorbin-, Bernstein-, Glutar-, Fumar-,
Zitronen-, Wein-, Milch-, Sulfon- und Orthophosphorsäure und
Derivate derselben. Beispiele von Polymersäuren umfassen Polyacrylsäure, Polyvinyl-Phosphonsäure und
andere Polymere mit Phosphatgruppen (R-PO3 oder
R-O-PO3), Polystyren-Sulfonsäure und
Polymere, die Sulfonat- und Carboxylatgruppen enthalten. Das der
Polymersäure zugeordnete
Kation kann Natrium, Ammonium oder Kalium aufweisen. Das Polymersäuresalz
wirkt als Puffer.
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Das
Fixiererfluid weist vorzugsweise einen pH-Wert in dem Bereich von
2 bis 5 auf. Ein pH-Wert von kleiner als 2 ist für die Tintenstrahldruckkassettenkomponenten
zu korrodierend, während
ein pH-Wert von mehr als etwa 5 die Fähigkeit des Fixierers, die
Pigmentdispersion zu destabilisieren, das „Fixieren" des Pigments auf der Seite, nachteilig
beeinflusst.
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Die
Gesamtkonzentration von organischer Säure und Polymersäuresalz
ist vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 1 bis 15 Gewichtsprozent
des Fixiererfluids.
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Vorzugsweise
wird Bernsteinsäure
als die organische Säure,
in einer Konzentration innerhalb des Bereichs von etwa 2 bis 7 Gewichtsprozent
des Fixierers, vorzugsweise mit einem pH-Wert von etwa 4, eingestellt mit
einer Base, wie z. B. Natriumhydroxid oder β-Alanin, verwendet. Das Natriumsalz
von Polyacrylsäure
(mw = 2.000 oder mw = 20.000) mit einer Konzentration innerhalb
des Bereichs von 1 bis 10 Gewichtsprozent des Fixierers kann zusätzlich bei
der Praktizierung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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Andere
bevorzugte organische Säuren
umfassen Zitronensäure
und Glykolsäure.
Bevorzugte Polymersäuren
umfassen Polyvinyl-Phosphonsäure
und Polystyren-Sulfonsäure.
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Der
Fluidfixierer umfasst vorzugsweise auch Colösungsmittel, die häufig in
den Tinten eingesetzt werden, wie z. B. 1,5-Pentandiol, 2-Pyrrolidon
und 2-Ethyl-2-(Hydroxymethyl)-1,3-Propandiol.
Andere Colösungsmittel
können
ebenso gemeinsam mit zusätzlichen
Komponenten, die oftmals in Tintenstrahltinten zu finden sind, wie
z. B. oberflächenaktiven
Mitteln, Bioziden und dergleichen, zum Steuern der Druckfähigkeit
und Zuverlässigkeit
beim Tintenstrahldrucken verwendet werden.
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Andere
häufig
zu Tintenstrahltinten zugegebene Komponenten, wie z. B. Lösungsmittel,
Durchdringstoffe, Biozide und dergleichen, können ebenso zu der Fixiererlösung der
vorliegenden Erfindung zur Verbesserung von Stiftverhalten und -zuverlässigkeit
zugegeben werden. Derartige andere Komponenten können Ammoniumnitrat, EHPD (2-Ethyl-2-(Hydroxymethyl)-1,3-Propandiol),
1,5-Pentandiol und/oder 2-Pyrrolidon umfassen.
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Beispiele
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Stifte,
die eine Säure
und die Polymersäure
oder Salzform enthalten, wurden gefüllt (Tabelle I). Magentafarbige
ausgefüllte
Bereiche wurden bei einem H-P 2500CP-Drucker auf ein poröses Medium
gedruckt. Ähnlich
wie bei dem, was in der
EP 1120280 ,
EP 1120279 und
EP 1120278 offenbart ist, auf die
oben Bezug genommen wird, hatte das poröse Medium eine zweischichtige
Struktur. Die obere Schicht (beschichtet mit 20 g/m
2)
enthielt 89 Gewichtsprozent Aluminiumoxid-Boehmit und 11 Gewichtsprozent Bindemittel,
wie z. B. Polyvinylalkohol. Die Basisschicht (beschichtet mit 25
g/m
2) enthielt 78 Gewichtsprozent Silika
und 22 Gewichtsprozent Bindemittel, wie z. B. Polyvinylalkohol.
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Der
Magentastift wurde dann herausgenommen und durch den Teststift ersetzt.
Die gleiche Druckdatei wurde zum Drucken des klaren Fixiererfluids
auf das mit Magenta bedruckte Blatt verwendet, mit der Ausnahme,
dass das Blatt umgekehrt zugeführt
wurde. Die Druckdatei war derart entworfen, dass ein Teil der mit
magentafarbiger Tinte beschichteten Fläche mit dem klaren Fixiererfluid überdruckt
wurde.
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Tabelle I. Formulierungen
des klaren Fixiererfluids
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A
bis E sind Vergleichsbeispiele und F bis I sind Beispiele gemäß der Erfindung.
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- Anmerkung: EHPD = 2-Ethyl-2-(Hydroxymethyl)-1,3-Propandiol
- DI-Wasser = entionisiertes Wasser
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- Anmerkung: Na PAA = Natriumsalz von Polyacrylsäure
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Ein
Nassreibetest und ein Wassertropftest wurden bei allen Proben durchgeführt, um
zu sehen, wie viel Farbmittel übertragen
wurde. Der Nassreibetest basierte auf dem Verfahren 830PM-92 (Tintenreibetest
bei Containerpappe) der TAPPI (Technical Association of the Pulp
and Paper Industry). Der Wassertropftest umfasste ein Positionieren
einer bedruckten Probe in einem 45°-Winkel und ein Tropfen von
Wasser über
die Tinte. Eine visuelle Beobachtung reicht aus, um zu bestimmen,
ob Farbmittel durch das Wasser über
das Blatt übertragen
wird.
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In
allen Fällen
zeigten die überdruckten
Bereiche, d. h. Bereiche, die mit Fixierer überdruckt wurden, eine bessere
Nassreibebeständigkeit
und Nasstropfbeständigkeit
als Bereiche, die nur mit magentafarbiger Tinte bedeckt waren.
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Der
pH-Wert der Fixierer C – E
wurde nicht mit einer Lauge eingestellt und der pH-Wert dieser Fixierer variierte
zwischen 2 und 2,5.
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Der
Fixierer A bestand den Wassertropftest aufgrund des Vorliegens der
oberflächenaktiven
Mittel nicht, war jedoch besser als mit gar keinem Fixierer. Aus
diesem Ergebnis ist klar, dass wenig oder kein oberflächenaktives
Mittel in den Fixiererzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung
verwendet werden sollte. Beispiele oberflächenaktiver Mittel, die zu
dem möglichen
Ausmaß vermieden
werden sollten, umfassen die Tergitole, die Surfynole und andere
oberflächenaktive
Mittel mit HLB-Werten in dem Bereich von 6 bis 25.
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Bei
einem Vergleich der bernsteinsäurehaltigen
Fixierer von oben (B, F, G, H, I) ist die Reihenfolge der verwendeten
Stifte beim Erhöhen
der Wasserreibebeständigkeit
der porösen
Medien wie folgt (von sehr effektiv zu wenig effektiv): H > B > I > F > G.
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Selbst
die am wenigsten wirksame Formulierung jedoch ergab noch eine wesentlich
bessere Wasserechtheit als Proben ohne Überdrucken.
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Das
Vorliegen von Bernsteinsäure
und/oder einem Polymer von Natrium-Polyacrylsäure (NaPAA) mit höherem Molekulargewicht
(20.000) scheint eine Wasserreibebeständigkeit zu unterstützen. In
Bezug auf die Fixierer C, D und E wurden diese nicht mit dem Fixiererfluid
gedruckt; vielmehr wurde das Fixiererfluid einfach über das
gedruckte Medium gegossen und dann verrieben. Eine sehr minimale
oder keine Pigmentübertragung
wurde für
diese drei Fixierer verglichen mit dem Fall beobachtet, dass dieser
nicht gegossen und dann verrieben wurden, was zu einem Abreiben
(80 – 90
%) des gedruckten Bildes führte.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Die
Fixiererfluidzusammensetzung findet vermutlich Verwendung beim Tintenstrahldrucken
zum Erhöhen
der Wasserechtheit von auf Medien gedruckten Tinten.
