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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahltinten und insbesondere
auf Fixierungsmittelzusammensetzungen, die beim Tintenstrahldrucken
verwendet werden, um das Druckverhalten, z.B. Schmierechtheit, Verwischbeständigkeit,
Wasserechtheit und Lichtechtheit, zu verbessern.
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STAND DER
TECHNIK
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Es
besteht ein beträchtlicher
Bedarf an einer besseren Tintenstrahl-Bildqualität. Die geringe Schmierechtheit,
Wasserechtheit und Lichtechtheit und Tendenz zum Verwischen scheinen
die größten Nachteile
des Tintenstrahls zu sein, und die vorliegende Erfindung wendet
sich diesen Problemen zu.
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Im
Stand der Technik wurden bereits mehrere Techniken verwendet, um
diese Probleme anzugehen. Eine derartige Technik ist das Unterdrucken,
welches hilft, das Farbmittel in Schichten auf die Oberfläche des Papiers
aufzubringen, eine Dochtwirkung zu verringern und das Farbverhalten
zu verbessern. Das Unterdrucken ist definitionsgemäß das Aufbringen
eines transparenten Fluids auf das Substrat vor der Aufbringung
der Tinte. Mehrere Patentschriften beschäftigen sich mit der Technik
des Unterdruckens zum Zweck einer besseren Wasserechtheit und Zerfließeindämmung; siehe
z.B. US-Patentanmeldung
Nr. 5,624,484, „Liquid
Composition and Ink Set, and Image-Forming Process and Apparatus
Using the Same",
erteilt an K. Takahashi et al. am 29. April 1997, und US-Patentanmeldung
Nr. 5,640,187, „Ink
Jet Recording Method and Ink Jet Recording Apparatus Therefor", erteilt an A. Kashiwazaki
et al. am 17. Juni 1997, beide übertragen
an Canon; US-Patentanmeldung Nr. 5,723,179, „Method and Composition for
Obtaining Waterfast Images From Ink Jet Inks", erteilt an R. W. Wong et al. am 3.
März 1998
und übertragen
an Xerox Corp.; und US-Patentanmeldung Nr. 5,746,818, „Pigment
Ink Composition Capable of Forming Image Having No Significant Bleeding
or Feathering",
erteilt an M. Yatake am 5. Mai 1998 und übertragen an Seiko Epson. Das
zu Grunde liegende Konzept des Unterdruckens besteht darin, die
Farbstoffe mit entgegengesetzt geladenen Spezies zu binden. Beispielsweise
können
anionische Farbstoffe durch ein kationisches Polymer gebunden werden,
und kationische Farbstoffe können
durch ein anionisches Polymer gebunden werden. Das transparente
Unterdruck-Fluid wird nachfolgend als Fixierungsfluid bzw. Fixierungsmittel
bezeichnet.
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Man
weiß,
dass das Unterdrucken das Chroma (bzw. bei Schwarz die optische
Dichte) pigmentierter Dispersionen, z.B. Tinten auf Kohleschwarz-Basis,
erhöhen
kann. Beispielsweise werden schwarze Tinten bei dem Drucker DeskJet
890C von Hewlett-Packard mit einem zusammengesetzten Schwarz unterdruckt,
was zu einer beträchtlichen
Zunahme der optischen Dichte führt.
Ferner wird auch die Kantenschärfe
unterdruckter pigmentierter Tinten verbessert.
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Bei
Tinten auf Farbstoffbasis erhöhen
die im Stand der Technik bekannten Unterdrucktechniken das Chroma
jedoch nur geringfügig
bzw., was am häufigsten
vorkommt, verringern es sogar. Wie man auf Grund der oben erwähnten US-Patentschrift Nr.
5,723,179 beurteilen kann, verringerte das Unterdrucken somit die optische
Dichte der Bilder (obwohl sie auf Grund des Unterdruckens wasserecht
wurden). Desgleichen verbessert ein Unterdrucken bei dem handelsüblichen
Drucker BJC-700 von Canon die Kantenschärfe und die Zerfließeindämmung, verringert
jedoch die Lebendigkeit der Farben (siehe Beispiele unten). Die
Abnahme des Chroma ergibt sich aus der Zunahme des auf das Papier
aufgegossenen Flüssigkeitsvolumens.
Folglich dringt der Komplex des Farbstoffs mit dem Unterdruck-Fixierungsmittel
in das Papier ein, und das Chroma nimmt ab. Was die Kantenschärfe von
Systemen auf Farbstoffbasis betrifft, so verbessert sie sich oft,
jedoch zu Lasten der Gleichmäßigkeit
der Flächenausfüllung.
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Dagegen
kennt man auch ein Überdecken
bzw. Überdrucken
mit einem transparenten Fluid. Beispielsweise offenbaren die Anmeldungen
Seriennummern 09/295,665 und 09/296,456, die beide am 21. April
1999 im Namen von Makarand P. Gore eingereicht und an dieselbe Anmelderin
wie die der vorliegenden Anmeldung übertragen wurden, ein Überdecken
von Tintenstrahltinten mit einem transparenten Fluid, das ein schmelzbares
Material aufweist, und ein anschließendes Aufschmelzen des gedruckten
Bildes mit einer Schmelzeinrichtung in dem Tintenstrahldrucker, ähnlich der
Schmelzeinrichtung eines Laserdruckers. Obwohl dieser Lösungsansatz
sicherlich geeignet ist, verbesserte Dauerbilder zu liefern, erfordert
er eine Modifikation eines Tintenstrahldruckers.
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Es
besteht jedoch weiterhin ein Bedarf an einem Verfahren zum Verbessern
der Schmierechtheit, der Wasserechtheit, der Lichtechtheit und der
Verwischbeständigkeit
bei Tintenstrahltinten.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind zweiteilige Fixierungsmittel in Verbindung mit einem
Unterdrucken oder Überdecken
zumindest einer auf ein Druckmedium gedruckten Tinte vorgesehen.
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Das
zweiteilige Fixierungsmittel der vorliegenden Erfindung umfasst
(1) ein reaktives Monomer oder Oligomer in einem Trägermittel,
wobei das reaktive Monomer oder Oligomer aus der Gruppe ausgewählt ist, die
aus Isocyanaten und Oligomeren mit endständiger Epoxygruppe besteht,
und (2) zumindest eine zweite Komponente umfasst, die aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die aus Polyolen, Polyvinylalkoholen und Basekatalysatoren
besteht. Das reaktive Monomer oder Oligomer ist in einer von der
bzw. den Tintenstrahltintendruckkassette(n) separaten Kassette enthalten,
während
die zweite(n) Komponente(n) in zumindest einer Tintenstrahltintendruckkassette
enthalten ist bzw. sind. Das reaktive Monomer oder Oligomer reagiert
mit der bzw. den zweiten Komponente(n) an dem Druckmedium, um ein
Polymer zu bilden, das eine Glasübergangstemperatur
in einem Bereich zwischen –50°C und +100°C und eine
Schmelztemperatur in einem Bereich zwischen 30°C und 150°C aufweist.
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Durch
die Verwendung der Fixierungsmittellösung bei der vorliegenden Erfindung
wird eine Verbesserung der Wasserechtheit, der Schmierechtheit,
der Verwischbeständigkeit
und der Lichtechtheit sowie der Druckqualität (z.B. optische Dichte und
Chroma) geliefert.
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BESTE MODI
ZUM DURCHFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Nun
wird ausführlich
auf ein spezifisches Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, das den besten Modus
zum Praktizieren der Erfindung, der derzeit durch die Erfinder betrachtet
wird, veranschaulicht. Alternative Ausführungsbeispiele werden ebenfalls
kurz beschrieben, wo es angebracht ist.
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Farbtinten
beim Tintenstrahl weisen üblicherweise
die Farben Cyan, Magenta und Gelb auf. Dementsprechend sind die
Primärfarben
Cyan, Magenta und Gelb (C, M, Y). Binärfarben sind ihre binären Kombinationen,
d.h. Blau B = C + M, Rot R = M + Y und Grün G = Y + C. Zusammengesetztes
Schwarz (Comp-K = C + M + Y) ist die schwarze Farbe, die entsteht,
indem cyanfarbene, gelbe und magentafarbene Tinten miteinander gedruckt
werden. Es unterscheidet sich von der echten schwarzen Tinte (echtes
K), die durch Tintenstrahldrucker oft als ge trennte Tintenkassette
geliefert wird. Somit liegen beim herkömmlichen Farbtintenstrahldrucken
Vier-Stift-Kassetten vor – Cyan
(C), Gelb (Y), Magenta (M) und Schwarz (K).
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Bekanntlich
umfassen die Tinten ein Trägermittel
und zumindest ein Farbmittel.
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Das
Trägermittel
umfasst ein oder mehr Hilfslösungsmittel
und Wasser. Die Hilfslösungsmittel
umfassen ein oder mehr organische, mit Wasser mischbare Lösungsmittel,
die üblicherweise
beim Tintenstrahldrucken eingesetzt werden. Klassen von Hilfslösungsmitteln,
die bei der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen
folgende, sind aber nicht auf diese beschränkt: aliphatische Alkohole,
aromatische Alkohole, Diole, Glykolether, Poly(glykol)ether, Lactame,
Formamide, Acetamide und langkettige Alkohole. Beispiele von Verbindungen,
die bei der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden, umfassen,
sind aber nicht beschränkt auf:
primäre
aliphatische Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, primäre aromatische
Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, sekundäre aliphatische
Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, sekundäre aromatische
Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder weniger, 1,2-Alkohole von 30
Kohlenstoffen oder weniger, 1,3-Alkohole von 30 Kohlenstoffen oder
weniger, 1,ω-Alkohole
von 30 Kohlenstoffen oder weniger, Ethylenglykolalkylether, Propylenglykolalkylether,
Poly(ethylenglykol)alkylether, höhere
Homologe von Poly(ethylenglykol)alkylethern, Poly(propylenglykol)alkylether,
höhere
Homologe von Poly(propylenglykol)alkylethern, N-Alkylcaprolactame,
nicht-substituierte
Caprolactame, substituierte Formamide, nicht-substituierte Formamide, substituierte
Acetamide und nicht-substitutierte
Acetamide. Spezifische Beispiele von Hilfslösungsmitteln, die bei der Praxis
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise verwendet werden, umfassen,
sind aber nicht beschränkt
auf: N-Methylpyrrolidon, 1,5-Pentandiol, 2-Pyrrolidon, Diethylenglykol,
1,3-(2-Methyl)propandiol, 1,3,5-(2-Methyl)pentantriol, Tetramethylensulfon,
3-Methoxy-3-methylbutanol,
Glycerol und 1,2-Alkyldiole.
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Das
bzw. die Farbmittel kann bzw. können
einen oder mehr Farbstoffe (wasserlöslich) oder ein oder mehr Pigmente
(wasserunlöslich)
umfassen. Wenn ein Pigment verwendet wird, wird ein Dispersionsmittel
verwendet, um das Pigment in dem Trägermittel zu dispergieren.
Alternativ dazu kann das Pigment chemisch behandelt werden, um es
in dem Trägermittel
dispergierbar zu machen.
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Zusatzstoffe,
z.B. Tenside, Biozide, pH-Einsteller und dergleichen können, wenn
es angebracht ist, verwendet werden. Derartige Zusatzstoffe sind
Fachleuten hinreichend bekannt. Die Reinheit aller Komponenten ist
die bei Tintenstrahltinten üblicherweise
Verwendete.
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Die
Verwendung von Fixierungsmittellösungen
bei einer Fünfter-
und/oder Sechster-Stift-Kassette für Überdecken- oder Unterdrucken-Modi,
um die Druckqualität
und Archivierbarkeit zu verbessern, wird hierin offenbart. Dies
ermöglicht
eine Aufnahmeschicht beim Unterdrucken oder eine Beschichtung beim Überdecken, die
spezifische Wechselwirkungen zwischen den Farbmitteln und den Fixierungspolymeren
liefert. Eine Verbesserung der folgenden Druckattribute – Wasserechtheit,
Schmierechtheit, Verwischbeständigkeit
und Lichtechtheit – wird
erzielt.
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Der
fünfte
Stift wird verwendet, wenn entweder ein Unterdrucken oder ein Überdecken
betrachtet wird. In dieser Situation liegt nur ein Fixierungsmittel
vor, und es ist in dem fünften
Stift enthalten.
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Der
sechste Stift wird verwendet, wenn sowohl ein Unterdrucken als auch
ein Überdecken
betrachtet werden. In dieser Situation liegen zwei Fixierungsmittel
vor, die gleich oder unterschiedlich sein können. Ein Fixierungsmittel
ist in dem fünften
Stift enthalten, und das andere Fixierungsmittel ist in dem sechsten
Stift enthalten.
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Im
Fall des Unterdruckens ist eine präzise Ausrichtung des Fixierungsmittels
und der Tinte erforderlich, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung
zu verwirklichen. In diesem Fall wird ein Tintenstrahldruckkopf verwendet,
um eine präzise
Steuerung des Fixierungsmittels zu erzielen.
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Im
Fall des Überdeckens
ist eine solch präzise
Ausrichtung von Fixierungsmittel und Tinte nicht so wichtig, solange
das Fixierungsmittel die gedruckte Tinte bedeckt. Somit ist ein
Tintenstrahldruckkopf nicht notwendig, obwohl er verwendet werden
kann, falls gewünscht.
Alternativ dazu wird eine mechanische Vorrichtung, die unter Druck
ein Fluid ausstößt, verwendet,
z.B. ein Zerstäuber
oder eine Luftbürste.
Da das Fixierungsmittel transparent ist, kann man davon sprechen,
dass das Fixierungsmittel durch eine Transparentfluidaufbringvorrichtung
aufgebracht wird, ob durch einen Druckkopf, einen Zerstäuber, eine
Luftbürste
oder ein anderes geeignetes System. Folglich wird die Verwendung
eines Fixierungsmittels, um die gedruckte Tinte zu bedecken, hierin
alternativ als Überdrucken
bzw. Überdecken
bezeichnet.
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Zweiteilige
Systeme bestehen vorzugsweise aus: (a) reaktiven Monomeren oder
Oligomeren in der 5.- und/oder 6.-Stift-Kassette und (b) reaktiven Komponenten
in einer Farbkassette. Beispiele umfassen Oligomere mit endständiger Isocyanat-(TDI
oder MDI) oder Epoxygruppe in dem 5. und/oder 6. Stift und Polyole,
Polyvinylalkohole und einen Katalysator in der Farbkassette. Die
Polymerisation erfolgt durch Mischen der Lösungen (a) und (b) während des Überdeckens
und Unterdruckens. Katalysatoren für Isocyanat bestehen üblicherweise
aus Aminen und Alkoxiden, während
Amine, Alkoxide und Metallionen für Epoxide nützlich sind.
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Wie
oben erwähnt
wurde, basiert das Lösungsmittel
bei dem zweiteiligen System entweder auf Wasser oder auf Lösungsmittel.
Auf Wasser beruhende Systeme beziehen sich auf diejenigen, bei denen
Wasser die wichtigste oder einzige Lösungsmittelkomponente ist.
Wasserlösliche
organische Lösungsmittel
und Tenside können
enthalten sein, um ein gleichmäßiges Verteilen
und Trocknen auf Druckmedien zu liefern. Beispiele von solchen wasserlöslichen
oder mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln und Tensiden umfassen
diejenigen, die oben in Verbindung mit Trägermittelkomponenten aufgeführt wurden.
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Dagegen
beziehen sich Systeme auf Lösungsmittelbasis
auf diejenigen, bei denen das Polymer in einem Trägermittel,
das aus einem oder mehr organischen Lösungsmitteln besteht, entweder
löslich
oder dispergiert ist. Üblicherweise
weisen die Gemische eine begrenzte Mischbarkeit mit Wasser von etwa
5 bis 10 Gew.-% auf. Beispiele organischer Lösungsmittel umfassen die folgenden:
(1) halogenierte Kohlenwasserstoffe wie z.B. Dichlorethan, Methylenchlorid,
Perchlorethylen, Trichlorethan und Trichlorethylen; (2) aliphatische Kohlenwasserstoffe
wie z.B. dearomatisiertes Petroleumdestillat, White Spirit und Synthetics;
(3) aromatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Schwerbenzin, Solventnaphtha,
Toluen, Trimethylbenzen und Xylen; (4) Alkohole wie z.B. Ethanol,
Isopropanol, n-Propanol, n-Butanol, sec-Butanol und Diacetonalkohol;
(5) Ester wie z.B. Ethylacetat, Ethyllactat und N-Butylacetat; (6)
Ether wie z.B. Ethylenglykolmonomethylether, Ethylenglykolmonoethylether,
Ethylenglykolmonopropylether und Ethylenglykolmonobutylether; (7)
Ketone wie z.B. Cyclohexanon, Methylethylketon und Methylisobutylether;
und (8) Terpene wie z.B. Dipenten, Terpineol und Terpentin. Die
Konzentration des bzw. der organischen Lösungsmittel(s) liegt im Bereich
von etwa 0,1 bis 98 Gew.-% des Fixierungsmittelsystems.
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Das
Fixierungsmittelsystem kann auch ein oder mehr Tenside in dem Konzentrationsbereich
von etwa 0,1 bis 20 Gew.-% um fassen. Das bzw. die Tensid(e) ist
bzw. sind vorzugsweise in organischen Lösungsmitteln löslich, z.B.
in denen mit Niedrigethylenoxid-Wiederholungseinheiten, die in den
Tensidserien SURFYNOLS, TERGITOLS und TRITONS erhältlich sind.
Die SURFYNOLS sind acetylenische ethoxylierte Diole, die von Air Products
erhältlich
sind, die TERGITOLS sind Polyethylen- oder Polypropylenoxidether,
die von Union Carbide erhältlich
sind, und die TRITONS sind Alkylphenylpolyethylenoxide, die von
Rohm & Haas Co.
erhältlich
sind. In der Technik der Beschichtungsindustrie ist es hinreichend
bekannt, ein Gemisch der Obigen zu verwenden, um die gewünschten
Beschichtungseigenschaften, wie z.B. Trocknungsgeschwindigkeit,
Gleichmäßigkeit
der Beschichtung und Glanz, zu erzielen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf die Verwendung einer klaren Lösung (Fixierungsmittel)
bezogen, um eine Druckseite zu überdecken,
um das Druckverhalten wie z.B. Schmierechtheit, Verwischen, Wasserechtheit und
Lichtechtheit zu verbessern. Die Lösung wird als feines Aerosol
unter Verwendung einer mit Druck beaufschlagten Vorrichtung wie
z.B. einer Luftbürste
oder einem Zerstäuber
als Überschicht
auf gedruckte Seiten aufgebracht. Somit wird sie als Fixierungslösung oder
Fixierungsmittel bezeichnet.
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Isocyanate
umfassen:
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Bei
einem zweiteiligen System umfasst die Fixierungslösung der
vorliegenden Erfindung (1) ein reaktives Monomer oder Oligomer in
einem Trägermittel,
wobei das reaktive Monomer oder Oligomer aus der Gruppe ausgewählt ist,
die aus Isocyanaten und Oligomeren mit endständiger Epoxygruppe besteht,
und (2) zumindest eine zweite Komponente umfasst, die aus der Gruppe
ausgewählt
ist, die aus Polyolen, Polyvinylalkoholen und Basekatalysatoren
besteht. Das reaktive Monomer oder Oligomer ist in einer von der
bzw. den Tintenstrahltintendruckkassette(n) separaten Kassette enthalten,
während
die zweite(n) Komponente(n) in zumindest einer Tintenstrahltintendruckkassette
enthalten ist bzw. sind. Das reaktive Monomer oder Oligomer reagiert
mit der bzw. den zweiten Komponente(n) an dem Druckmedium, um ein
Polymer zu bilden, das eine Glasübergangstemperatur
in einem Bereich zwischen –50°C und +100°C und eine
Schmelztemperatur in einem Bereich zwischen 30°C und 150°C aufweist. Das Trägermittel
kann Wasser alleine oder Wasser in Kombination mit einem oder mehr
oben aufgeführten
wasserlöslichen
organischen Lösungsmitteln
umfassen.
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Wenn
das Fixierungsmittel bezüglich
der Farbmittel nicht reaktionsbereit ist, dient es als hydrophobe Überschicht
gegen ein In-Berührung-Kommen
mit der Umwelt, einschließlich
Wasser und/oder Verschmieren/Verwischen.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Man
geht davon aus, dass die Fixierungszusammensetzungen der vorliegenden
Erfindung beim Tintenstrahldrucken zum Einsatz kommen.
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Somit
wurden zweiteilige Fixierungssysteme zum Unterdrucken, Überdecken
oder beides in Verbindung mit Tintenstrahldrucken auf Druckmedien
offenbart.
