High-Speed Inkjet : Evaluierung von neuen Messmethoden und Schlüsselparametern zur Bewertung der Bedruckbarkeit von gestrichenem Papier mit wasserbasierenden High-Speed Inkjet Tinten

Abstract

Diese Diplomarbeit umfasst eine Literaturrecherche und systematische Versuchsreihen zur der Thematik High-Speed- Inkjet Druckqualität. Wobei der Fokus der Literaturrecherche darin lag den aktuellen Stand der Forschung und dessen Themenbereiche wiederzugeben. Die Versuchsreihe hat das Ziel, durch systematische Untersuchung des Druckverhaltens von verschiedenen, manuell gestrichenen Papierproben und des verwendeten Rohpapiers, Schlüsselfaktoren der Papiercharakteristik und der Druckqualität und deren Zusammenhang zu identifizieren. Im Zuge dieser Arbeit wurden bereits etablierte Testmethoden aber auch drei neue Untersuchungsmethoden (Tinten Eindringtiefe, Tropfentests und Staubroller) evaluiert. Die Umsetzung der praktischen Versuche erfolgte in einer dreiteiligen Versuchsreihe (Vorversuchsreihe, Hauptversuchsreihe, und Kalandrierversuche). Das Ziel der Vorversuche ist es, die Referenzdaten des Rohpapiers durch Bestimmung unterschiedlicher Parameter von 2 Referenzproben fest zu legen. Diese Messdaten stellen die Ausgangs- bzw. Vergleichswerte für die Hauptversuchsreihe dar. Für die Hauptversuchsreihe wurden Papierproben mit zwei unterschiedlichen Streichrezepturen (A: Pigment mit Bindemittel Stärke, B: Pigment mit Bindemittel Stärke und PVA - Polyvinylalkohol als Co-binder) und drei unterschiedlichen Pigmenten (GCC – Ground Calcium Carbonate, Kaolin und Silica) in jeweils drei Grammaturen angefertigt, getestet und ausgewertet. Im Rahmen der Kalandrierversuche wurden ausgewählte Papierproben der Hauptversuchsreihe mit einem Laborkalander geglättet und ausgewertet. Die Druckqualität wurde durch den Druck eines Farbkontrollstreifens mit einem Office-Drucker und High-Speed-Inkjet Tinten (wasserbasierende Pigment- und Farbstofftinten) und anschließender Auswertung der optischen Dichten und des Colour Gamuts überprüft. Die Auswertung der Versuchsreihen erfolgte mit Fokus auf die Parameter der Permeabilität und der Rauheit. Die Auswertung der Testergebnisse zeigte, dass eine hohe Permeabilität, besonders für ungestrichen Papiere und Papiere mit geringem Strichauftrag, einen positiven Einfluss auf die Druckqualität hat. Die Rauheit wird im Wesentlichen von den Strichpigmenten beeinflusst, dies führt zu einem Pigment spezifischen Abhängigkeit der Trocknungszeit. Es konnte eine Korrelation zwischen optischer Dichte und Colour Gamut belegt werden. Der Tropfentest (Erweiterter Tropfentest) bzw. der definierte Reaktivfaktor kann nicht eindeutig mit der resultierenden Druckqualität in Zusammenhang gebracht werden. Jedoch zeigte sich ten-denziell ein Zusammenhang zwischen der Gesamttropfenfläche und dem Colour Gamut, der einen Ansatz für zukünftige Untersuchungen bietet. Die Herstellung der Laminate und des Bildmaterials zur Ermittlung der Tinten Eindringtiefe war Erfolgreich konnte jedoch aufgrund einer fehlerhaften Software nur freiäugig ausgewertet werden. Unter den neuen Messmethoden ergab die Staubrol-lerprüfung eindeutige, reproduzierbare Unterschiede der Staubigkeit in Abhängigkeit von der Streichrezeptur, der verwendeten Pigmente und der Strichgrammatur.

This diploma thesis comprises a literature research and systematic test series concerning high-speed inkjet printing quality. The literature search was conducted to show the current state of research and its topics. The aim of the test series is to identify key factors of paper characteristics and printing quality and their relationship. The printing behaviour of various manually coated paper samples and the raw paper used was analysed depending on different characterization parame-ters. In the course of this work, established test methods as well as three new test methods (ink penetration depth, drop tests and dust roller) were evaluated. The practical tests were carried out in three phases (pre-test series, main test series, and calender-ing tests). The aim of the pre-test is to set the reference data by determining different parame-ters of two samples of the base paper. These reference data represent the initial or comparative values for the main test series. For the main test series, paper samples with two different coating formulations (A: coating pigment with starch as binder, B: coating pigment with starch binder and PVA - polyvinyl alcohol as co-binder) and three different coating pigments (GCC - ground calcium carbonates, kaolin and silica) in three grammages each were prepared and characterized. For the calendering tests, selected paper samples from the main test series were smoothed with a labora-tory calender and characterized again. The printing quality was examined by printing a colour control strip with an office printer and high-speed inkjet inks (water-based pigment ink and dye ink) and subsequent measurement of the optical densitie and colour gamut. The evaluation of the test series was carried out with focus on the parameters of permeability and roughness. The results show that high permeability, especially for uncoated and low-coating pa-pers, has a positive effect on print quality. The roughness is mainly influenced by the coating pig-ments, which leads to a pigment specific dependence of the drying time. A correlation between optical density and colour gamut could be proven. The implemented drop test (extended drop test) respectively the defined reactive factor cannot be associated with the resulting print quality. However, there was a tendency to correlate the total drop area with the colour gamut, which offers an approach for further research. The laminates and images to determine the ink penetration depth can be produced but due to faulty software it is evaluated free-eyed. Within the new measuring methods, the dust roller test revealed clear, re-producible differences in dustiness as a function of the coating formulation, the pigments used and the coating grammage.