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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung mitgemahlener Pigmente
zur Reduzierung der Neigung zum Partikelgrößenwachstum des Elternpigments
in Tintenstrahldruckfarben. Die Struktur des Zusatzpigments ist ähnlich wie
die des Elternpigments.
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Als
Tintenstrahldrucken wird ein berührungsloses
Verfahren bezeichnet, mit dem sich Bilder durch Ablagerung von Tintentropfen
in Abhängigkeit
von digitalen Signalen auf einem Substrat (Papier, Transparentfolie,
Gewebe usw.) erzeugen lassen. Tintenstrahldrucker sind am Markt
weit verbreitet und werden u.a. von der industriellen Beschriftung
bis hin zur Erstellung von Desktop-Dokumenten und Bildern in niedriger
Auflage eingesetzt. Die in Tintenstrahldruckern verwendeten Tinten
lassen sich im Allgemeinen nach farbstoffbasierenden Tinten und
nach pigmentbasierenden Tinten klassifizieren.
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In
pigmentbasierenden Tinten sind die Färbemittel als einzelne Teilchen
vorhanden. Diese Pigmentpartikel werden normalerweise mit Dispergiermitteln
oder Stabilisatoren behandelt, die verhindern sollen, dass sich
die Pigmente zusammenballen und vom Träger absetzen. Wasserbasierende,
pigmentierte Tinten werden durch Einbringen des Pigments in die
kontinuierliche Wasserphase und durch einen Mahl- und Dispergierprozess
hergestellt. Pigmente zählt
man aufgrund ihrer Eigenschaften normalerweise zu den unlöslichen
Stoffen. Allerdings weisen einige Pigmente Partikelwachstum durch
Reifung in der Tinte auf.
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US-A-5,750,323
betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Festpartikeldispersion
durch Verwendung einer zweiten Verbindung, die strukturell mit einer
ersten Verbindung vergleichbar ist. Die zweite Verbindung wird mit
der ersten mitgemahlen, und die resultierende Dispersion ist gegenüber Partikelreifung
beständig.
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US-A-5,738,716
betrifft die Verwendung von Pigment Yellow 74 in einer Tintenstrahltinte,
die einen gewünschten
Farbton und eine gewünschte
Farbdichte aufweist. Das Pigment hat folgende Struktur:
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Ein
Problem bei der Verwendung dieses Pigments in einer Tintenstrahltinte
besteht jedoch darin, dass es in typischen wässrigen, pigmentierten Tintenformulierungen
leicht reift. Das schränkt
die Verwendbarkeit ein, da bei einem Anwachsen der Partikelgröße auf inakzeptable
Werte Probleme mit der Spritzfähigkeit
auftreten, der Fähigkeit,
Tinte aus dem Druckkopf auszuwerfen, dem Farbumfang, einer gewissen
Farbtonverschiebung und Dichteverlusten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tintenstrahltinte
unter Verwendung von Pigment Yellow 74 bereitzustellen, ohne dass
die durch Partikelreifung in der Tinte induzierten Probleme auftreten.
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Diese
und andere Aufgabe werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, die
eine wässrige
Tintenstrahltintenzusammensetzung mit einem Feuchtmittel in einer
Menge von bis zu 70 Gew.-% der Zusammensetzung und von 0,5 bis 30
Gew.-% einer mitgemahlenen Mischung aus Pigment Yellow 74 und einem
Pigment von folgender Struktur betrifft:
worin:
R
1,
R
2 und R
5 unabhängig voneinander
für H stehen;
eine substituierte oder nicht substituierte Alkylgruppe von 1 bis
10 Kohlenstoffatomen; eine substituierte oder nicht substituierte
Arylgruppe von 6 bis 10 Kohlenstoffatomen oder eine substituierte
oder nicht substituierte Hetarylgruppe von 5 bis 10 Atomen;
R
3 und R
4 jeweils
unabhängig
die zuvor für
R
1, R
2 und R
5 aufgeführten
Gruppen darstellen; eine substituierte oder nicht substituierte
Alkoxygruppe von 1 bis 10 Kohlenstoffatomen; eine substituierte
oder nicht substituierte Gruppe von 6 bis 10 Kohlenstoffatomen;
eine substituierte oder nicht substituierte Alkoxycarbonylgruppe;
eine Alkyl-, Dialkyl-, Aryl-, Diaryl- oder Arylalkyl-Carbamoylgruppe;
eine Alkyl-, Dialkyl-, Aryl-, Diaryl- oder Arylalkylsulfamoylgruppe;
eine Acylaminogruppe; eine Sulfonylamidgruppe; eine Alkyl-, Dialkyl-,
Aryl-, Diaryl- oder Arylalkylaminogruppe oder eine Ureidogruppe;
unter
der Voraussetzung, dass von R
1, R
2, R
3, R
4 und
R
5 nur eine nicht für H steht.
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Durch
Verwendung der Erfindung konnte das Partikelwachstum von PY74 während des
Mahlvorgangs auf im Wesentlichen null reduziert werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer wässrigen
Tintenstrahltinte, das folgendes umfasst:
- a)
Zubereiten einer Mischung von Pigment Yellow 74, einem Pigment mit
der oben beschriebenen Formel, und Wasser;
- b) Mischen der Pigmentmischung mit festen Mahlmedien;
- c) Einbringen der Mischung aus Schritt b) in eine Hochgeschwindigkeitsmühle;
- d) Mitmahlen der Mischung aus Schritt c), bis die gewünschte Partikelgrößenverteilung
erreicht ist;
- e) Trennen des Mahlmediums von der mitgemahlenen Mischung aus
Schritt d); und
- f) Verdünnen
der Mischung aus Schritt e) mit Wasser und einem Feuchtmittel, um
die
- Tintenstrahltinte zu erhalten.
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In
der oben genannten Formel sind Beispiele einer substituierten oder
unsubstituierten Alkylgruppe Methyl, Ethyl, Isopropyl, Hydroxyethyl,
3-(N,N-Dimethylamin)propyl, 2-Ethoxyethoxymethyl und Benzyl. Beispiele
einer substituierten oder unsubstituierten Arylgruppe umfassen Phenyl,
Naphthyl und 4-Chlorphenyl. Beispiele einer substituierten oder
unsubstituierten Hetarylgruppe umfassen Pyridyl, 2-Phenylimidazolyl
und Quinolyl. Beispiele einer Alkoxycarbonylgruppe umfassen Methoxycarbonyl,
Ethoxycarbonyl und 3-Hydroxypropoxycarbonyl. Beispiele einer Aryloxycarbonylgruppe
umfassen Phenoxycarbonyl und 4-Chlorphenoxycarbonyl. Beispiele einer
Alkyl-, Aralkyl-, Aryl-, Diaryl- oder Dialkyl-Carbamoylgruppe umfassen
N-Methylcarbamoyl, N-Methyl-N-Phenyl-Carbamoyl, N-p-(Trimethylammonium)phenylcarbamoyl
und N,N-Bis(4-Dimethylaminophenyl)carbamoyl. Beispiele einer Alkyl-,
Aralkyl-, Aryl-, Diaryl- oder Dialkyl-Sulfamoylgruppe umfassen N-Methylcarbamoyl,
N-Methyl-N-Phenyl-Sulfamoyl, N-p-(Trimethylammonium)phenylcarbamoyl
und N,N-Bis (4-Dimethylaminophenyl)sulfamoyl. Beispiele einer Acylaminogruppe
umfassen Acetamid, Methoxyethylacetamid und Benzamid. Beispiele
einer Ureidogruppe umfassen N-Methylureido, Ureido und N,N'-Dimethylureido. Beispiele
einer Sulfonylamidgruppe umfassen Methansulfonamid, p-Toluolsulfonamid
und 2-(Trimethlyammonium)ethansulfonamid. Beispiele einer Alkyl-,
Aralkyl-, Aryl-, Diaryl- oder Dialkylamingruppe umfassen Methylamin,
N,N-Dimethylamin, Methoxyethylamin und Anilin.
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In
der vorliegenden Erfindung verwendbare mitgemahlene Pigmente umfassen:
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung steht R1 für C6H5 oder C6H13, und R2, R3, R4 und R5 stehen für H. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung steht R2 für C6H5 oder CO2C2H5, und R1, R3, R4 und
R5 stehen für H. In einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung steht R3 für C2H4SO3 –Na+ und R1, R2, R4 und R5 stehen für H. In einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung steht R4 für SO2NHC6H13 und R1, R2, R3 und
R5 stehen für H. In einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung steht R5 für Phenyl, Benzyl oder Hexyl,
und R1, R2, R3 und R4 stehen für H. In
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung steht R5 für (C2H4O)3C2H4OH und R1, R2, R3 und R4 stehen
für H.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung haben die verwendeten Pigmente eine Partikelgröße von 10
nm bis 1000 nm.
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Wie
zuvor erwähnt,
umfasst die erfindungsgemäße Tintenstrahlzusammensetzung
0,5 bis 30 Gew.-% einer mitgemahlenen Pigmentmischung. In einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die Tintenzusammensetzung 1 bis 5 Gew.-% der
Pigmentmischung.
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Der
in der Tintenzusammensetzung verwendete Träger kann Wasser oder eine Mischung
aus Wasser und mindestens einem wasserlöslichen Co-Lösemittel
sein. Die Auswahl einer geeigneten Mischung hängt von den Anforderungen der
jeweiligen Anwendung ab, wie beispiels weise der gewünschten
Oberflächenspannung und
Viskosität,
den gewählten
Pigmenten, der Trockenzeit der pigmentierten Tintenstrahltinte und
der Papiersorte, auf die die Tinte gedruckt wird. Repräsentative
Beispiele wasserlöslicher
Co-Lösemittel,
die auswählbar sind,
umfassen (1) Alkohole, wie Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol,
Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, Sec-Butylalkohol, t-Butylalkohol,
Isobutylalkohol, Furfurylalkohol und Tetrahydrofurfurylalkohol;
(2) Ketone oder Ketoalkohole, wie Aceton, Methyl- und Ethylketon
und Diacetonalkohol; (3) Ether, wie Tetrahydrofuran und Dioxan;
(4) Ester, wie Ethylacetat, Ethyllactat, Ethylencarbonat und Propylencarbonat;
(5) mehrwertige Alkohole, wie Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol,
Propylenglycol, Tetraethylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerol,
2-Methyl-2,4-Pentandiol 1,2,6-Hexantriol und Thioglycol; (6) niedrigere
Alkyl-Mono- oder -Diether von Alkylenglycolen, wie Ethylenglycolmonomethyl-
(oder -ethyl)ether, Diethylenglycolmonomethyl- (oder ethyl)ether,
Propylenglycolmonomethyl-(oder
-ethyl)ether, Triethylenglycolmonomethyl- (oder -ethyl)ether und
Diethylenglycol-Dimethyl-
(oder -ethyl)ether; (7) stickstoffhaltige zyklische Verbindungen,
wie Pyrrolidon, N-Methyl-2-Pyrrolidon,
und 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon; und (8) schwefelhaltige Verbindungen, wie
Dimethylsulfoxid und Tetramethylensulfon.
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In
der erfindungsgemäßen Tintenzusammensetzung
ist zudem ein Feuchthaltemittel verwendbar, um zu verhindern, dass
die Tinte austrocknet oder in den Öffnungen des Druckkopfs verkrustet.
Beispiele für
verwendbare Feuchthaltemittel umfassen mehrwertige Alkohole, wie
Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Propylenglycol,
Tetraethylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerol, 2-Methyl-2,4-Pentanediol
1,2,6-Hexantriol und Thioglycol; niedrigere Alkylmono- oder -diether
von Alkylenglycolen, wie Ethylenglycolmonomethyl- oder monoethylether,
Diethylenglycolmonomethyl- oder monoethylether, Propylenglycolmonomethyl-
oder monoethylether, Triethylenglycolmonomethyl- oder monoethylether,
Diethylenglycol-Dimethyl- oder Diethylether und Diethylenglycolmonobutylether;
stickstoffhaltige zyklische Verbindungen, wie Pyrrolidon, N-Methyl-2-Pyrrolidon,
und 1,3-Dimethyl-2-Imidazolidinon
sowie schwefelhaltige Verbindungen, wie Dimethylsulfoxid und Tetramethylensulfon.
Ein bevorzugtes Feuchtmittel für
die erfindungsgemäße Zusammensetzung
ist Diethylenglycol, Glycerol oder Diethylenglycolmonobutylether.
Das Feuchtmittel ist in jeder Menge verwendbar, die für den vorgesehenen
Zweck geeignet ist. Im Allgemeinen werden gute Ergebnisse erzielt,
wenn das Feuchtmittel in einer Menge von bis zu 70 Gew.-% der Tintenstrahltintenzusammensetzung
vorhanden ist, vorzugsweise von 5 bis 50%.
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Tintenherstellung
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Ein
bevorzugtes Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Tinten
wird in US-A-5,679,138
beschrieben, die durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet
wird. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, die
pigmentierte Tintenstrahltinte in Form eines konzentrierten Mahlguts
herzustellen, das anschließend
auf die entsprechende Konzentration zur Verwendung in dem Tintenstrahldrucksystem
verdünnt
wird. Diese Technik erlaubt die Herstellung einer größeren Menge
pigmentierter Tinte mit der Vorrichtung.
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Die
Menge des in der erfindungsgemäßen Tinte
verwendeten Wasserträgermediums
liegt im Bereich von ca. 70 bis 99,8 Gew.-%, vorzugsweise 90 bis
99,8 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Tinte. Eine Mischung
von Wasser und mehrwertigem Alkohol, wie Diethylenglycol, wird als
wässriges
Trägermedium bevorzugt.
Im Falle einer Mischung von Wasser und Diethylenglycol enthält das wässrige Trägermedium
normalerweise von 30% Wasser/70% Diethylenglycol bis 95% Wasser/5%
Diethylenglycol. Das bevorzugte Verhältnis beträgt von ca. 60% Wasser/40% Diethylenglycol
bis 95% Wasser/5% Diethylenglycol. Die Prozentsätze beziehen sich auf das Gesamtgewicht
des wässrigen
Trägermediums.
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Die
Strömungsgeschwindigkeit,
die Trennlänge
der Tröpfchen,
die Tröpfchengröße und die
Strömungsstabilität werden
stark von der Oberflächenspannung
und der Viskosität
der Tinte bestimmt. Zur Verwendung mit Tintenstrahldrucksystemen
geeignete pigmentierte Tinten sollten einen pH-Wert im Bereich von 5
bis 9 aufweisen. In der Erfindung sind anionische und kationische
Surfactants verwendbar, wie in US-A-5,324,349; US-A-4,156,616 und
US-A-5,279,654 beschrieben,
sowie zahlreiche andere in der Tintenstrahltechnik bekannte Surfactants.
Zu den kommerziellen Surfactants zählen Surfynols® von
Air Products; Zonyls® von DuPont Corp. und
Fluorads® von
3M Co.
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Annehmbare
Viskositäten
sind normalerweise nicht größer als
20 cP und liegen vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 10,0, am besten
im Bereich von 1,0 bis 5,0 cP bei Raumtemperatur.
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Die
Tinte hat physische Eigenschaften, die mit einem großen Bereich
von Auswurfbedingungen kompatibel sind, beispielsweise Treiberspannungen
und Impulsbreiten für
thermische Tintenstrahldruckvorrichtungen, Treiberfrequenzen des
piezoelektrischen Elements für
eine Drop-on-Demand-Vorrichtung oder eine kontinuierliche Vorrichtung
sowie Form und Größe der Düse.
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Üblicherweise
werden Tintenstrahltinten weitere Inhaltsstoffe zugesetzt. Ein Penetriermittel
(0–10 Gew.
%) kann zugesetzt werden, um ein Eindringen der Tinte in das Empfangssubstrat
zu unterstützen,
insbesondere wenn es sich bei dem Substrat um stark geleimtes Papier
handelt. Ein bevorzugtes Penetriermittel für die erfindungsgemäßen Tinten
ist n-Propanol bei einer abschließenden Konzentration von 1
bis 6 Gew.-%. Um unerwünschtes
mikrobielles Wachstum zu vermeiden, das sich in der Tinte im Laufe
der Zeit einstellen kann, ist ein Biozid (0,01–1,0 Gew.-%) zusetzbar. Ein
bevorzugtes Biozid für
die erfindungsgemäßen Tinten
ist Proxel® GXL
(Zeneca Specialties Co.) mit einer Endkonzentration von 0,05 bis
0,5 Gew.-%. Weitere Additive, die wahlweise in den Tintenstrahltinten
vorhanden sein können,
sind u.a. Verdickungsmittel, Mittel zur Verbesserung der Leitfähigkeit,
Mittel gegen Ablagerungen, Trocknungsmittel und Schaumhemmer.
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Die
von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Tinten werden im
Tintenstrahldrucken eingesetzt, wobei flüssige Tintentropfen in kontrollierter
Weise auf ein Tintenempfangs schichtsubstrat aufgebracht werden,
indem Tintentröpfchen
aus der Vielzahl der Düsen
oder Öffnungen
in einem Druckkopf des Tintenstrahldruckers ausgeworfen werden.
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Tintenempfangssubstrate
zur Verwendung im Tintenstrahldrucken sind einschlägigen Fachleuten
bekannt. Repräsentative
Beispiele derartiger Substrate werden in US-A-5,605,750; US-A-US-A-5,723,211
und US-A-5,789,070 sowie in
EP
813 978 A1 beschrieben.
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Kommerziell
erhältliche
Tintenstrahldrucker arbeiten nach unterschiedlichen Verfahren zur
Steuerung der Ablagerung der Tintentröpfchen. Derartige Verfahren
lassen sich im Allgemeinen in zwei Arten unterteilen: kontinuierliche
Strömung
oder Drop-on-Demand (bedarfsweise Tropfenbildung).
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In
Drop-on-Demand-Systemen wird ein Tintentröpfchen aus einer Öffnung mittels
Druck direkt auf eine Stelle auf der Tintenempfangsschicht ausgeworfen,
der beispielsweise durch eine piezoelektrische Vorrichtung, eine
akustische Vorrichtung oder einen Thermoprozess erzeugt wird, der
durch digitale Signale steuerbar ist. Ein Tintentropfen wird nur
dann erzeugt und durch die Öffnung
des Druckkopfes ausgeworfen, wenn er benötigt wird. Tintenstrahl-Druckverfahren und
zugehörige
Drucker sind kommerziell erhältlich
und brauchen hier nicht im Detail beschrieben zu werden.
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Die
folgenden Beispiele dienen zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden
Erfindung.
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Nachfolgend
werden Kontrollpigmente gezeigt, die in den Beispielen Verwendung
finden und eine ähnliche
Struktur wie die erfindungsgemäßen Pigmente
aufweisen:
Kontrolle
1
Kontrolle
2
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Kontrolle
1, Kontrolle 2 und Pigment 1 (siehe oben) wurden einzeln mit PY74
im Gewichtsverhältnis von
90:10 mit dem Dispergator Natriumoleomethyltaurin (NaOMT) (12,5
Gew.% des gesamten Pigmentgewichts, mit Ausnahme von Pigment 1,
für welches
25 Gew.% des gesamten Pigments verwendet wurde) in Wasser unter
Verwendung einer Mikromühle
zur Herstellung von Mahlmitteln mitgemahlen. Die Mahldauer beträgt typischerweise
vier Stunden. Je höher
der Anteil von NaOMT ist, je schlechter wird bekanntlich die Reifungsrate,
so dass die Verwendung eines höheren
Anteils für
das Mahlmittel von Pigment 1 die Ergebnisse nicht beeinträchtigt.
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Diese
Mahlmittel werden in Tinte von folgender Zusammensetzung formuliert:
Ausreichendes Mahlmittel für
eine Pigmentgesamtkonzentration von 2,5 Gew.%, Diethylenglycol (16
Gew.%), Strodex PK90
® (0,6 Gew. %), Triethanolamin
(0,25 Gew.%) und ausreichend Wasser zur Herstellung von 100 Gew.%.
Die Partikelgröße dieser
Tinten wird unmittelbar nach der Zubereitung und Inkubation bei
50 °C für die in
Tabelle 1 gezeigten Zeiten mittels UPA-Messung (Ultra Particle Analyzer,
Honeywell) ermittelt. Die nachfolgend gezeigten Daten sind das zehnte,
fünfzigste
und neunzigste Perzentil der Partikelgröße Tabelle
1
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Diese
Daten zeigen, dass die Dispersion, die Pigment 1 enthält, Partikelreifung
von PY74 im Vergleich zu der Kontrolldispersion ohne zugesetztes
Pigment unterbindet, sowie im Vergleich mit zwei Kontrolldispersionen,
denen andere, ähnliche
Pigmente zugesetzt wurden.
Kontrolle 2
