Vorgehen Für weitergehende Untersuchungen wurden gestrichene Papiere herangezogen, die auf der Pilotanlage bei Variation der Strichzusammensetzung erstellt und unterschiedlich bedruckt wurden [6].
Zusätzlich standen Druckmuster der Arbeitsgruppe Digitaldruck des Zellcheming FA COAT zur Verfügung [2].
Als Basis diente der Vergleich der Deinkbarkeit eines konventionellen Offset Papiers, einmal mit Offset Farben, das andere Mal mit Inkjet Tinten bedruckt.
Streichfarbenzu-sammensetzung der Pilotversuche
Details zur Streichfarbenzusammensetzung, zu den Pilotversuchen und Druck-versuchen sowie zu den Druckformen sind nachfolgend zusammengefasst (Abb.
8). Die gestrichenen Papiere wurden an einer schnelllaufenden Versuchs-streichmaschine unter praxisnahen Bedingungen hergestellt. Der Auftrag der Streichfarben erfolgte beidseitig auf holzhaltiges Streichrohpapier in jeweils einer Schicht mit einem Düsenauftragswerk und Egalisierung mittels Stiff-Blade. Ein Referenzmuster wurde mit Offsetstrich hergestellt und dieser dann bei den weiteren Mustern mit 10 pph an gefällter Kieselsäure, gefälltem Calciumcarbonat und Calciumsilikathydrat modifiziert. Zusätzlich dazu wurde eine kostengünstige Rezeptur auf Basis grober und feiner Calciumcarbonate mit aufgenommen. Ein Teil des Mustermaterials wurde einer leichten Satinage unterzogen.
Abb. 8: Details zu den Pilot- und Druckversuchen
Zusammen-fassung der Ergebnisse der Bedruckbarkeit
Im Inkjetdruck erwies sich bei hohen Druckgeschwindigkeiten die Trocknung der Pigmenttinte auch bei den modifizierten Strichen als zu langsam. Lediglich im Falle des Musters mit Zusatz von 10 pph an gefällter Kieselsäure konnte eine nahezu vollständige Trocknung erreicht werden. Auch das Muster mit 10 pph Calciumsilikathydrat zeigte ein etwas schnelleres und besseres Wegschlagen als das Referenzmuster. Voraussichtlich können mit höheren Anteilen dieser Pig-mente eine gute Trocknung der Tinte erreicht werden.
Ergebnisse der Deinkbarkeits-untersuchungen der Offset- und Inkjetdrucke
Die Ergebnisse der Deinkbarkeitsuntersuchung sind nachfolgend dargestellt. Alle Muster mit modifizierter Oberfläche weisen deutlich mehr als 71 Punkte (Deinka-bility scores) auf und werden als „Gut deinkbar“ eingestuft.
Des Weiteren können folgende Schlussfolgerungen aus den Ergebnissen gezogen werden:
• Die Muster mit Offsetdruck sind allesamt besser deinkbar als die Muster mit Inkjetdruck.
• Die Spezialpigmente mit hoher spezifischer Oberfläche können die Deinkbarkeit von Inkjettinte verbessern. Die Muster mit 10 pph an Ca-Silikathydrat zeigten die besten Ergebnisse
• Eine Satinage wirkt sich hinsichtlich der Deinkbarkeit positiv aus.
Abb. 9: Vergleich der Deinkbarkeit von Offsetdruck und Inkjetdruck auf gestrichenen Papieren bei Variation der Streichfarbe(Pilotanlage)
Ergebnisse der Deinkbarkeits-untersuchungen bei Variation der Inkjettinten
In einer weiteren Versuchsreihe erfolgte eine Variation der Inkjettinte. Als Druck-form wurde die INGEDE Testpage 4 c verwendet. Die Druckmuster wurden mit der Standard Schwarztinte (SS) bedruckt, die auch für den Vergleich zwischen Offset- und Inkjet-Druck eingesetzt wurde. Zusätzlich kam eine Premium Schwarztinte (PS) zum Einsatz, die eine höhere Brillanz des Druckbildes hervor-ruft.
Bei Einsatz der Standard Schwarztinte (SS) wiesen alle Muster mit modifizierter Oberfläche eine gute Deinkbarkeit auf. Bei Einsatz der Premium Schwarztinte wurde lediglich für das satinierte Druckmuster eine gute Deinkbarkeit erzielt. Die anderen Muster wiesen aufgrund des höheren Anteils an Pigmenten in dieser Inkjettinte eine zu hohe Filtratverdunklung auf.
Abb. 10: Vergleich der Deinkbarkeit von Inkjetdruck auf gestrichenen Papieren bei Variation der Streichfarbe (Pilotanlage) und bei Variation der Inkjettinte
Druckmuster der Arbeitsgruppe Digitaldruck des Zellcheming FA COAT
Eine Arbeitsgruppe im Zellcheming Fachausschuss COAT arbeitete an der prinzipiellen Entwicklung eines kostengünstigen gestrichenen Papiers, dass sowohl im Offset als auch im Inkjet Verfahren gleichermaßen gut bedruckbar ist [2]. Als Basis für die Versuche wurde ein Rezept für ein matt gestrichenes Papier für Rollenoffset verwendet. Untersucht wurden die Einflüsse des Pigments, der Bindemittelsorte und –menge. Als Pigmente dienten ein gemahlenes Calci-umcarbonat aus dem Vergleichspunkt, sowie Abmischungen mit einem speziell für Inkjet entwickelten Calciumcarbonat und einer hochabsorptiven pyrogenen Kieselsäure, letztere in kleineren Mengen.
Die Bindemittel waren Produkte auf Basis Styrolbutadien und Styrolacrylat. Die weiteren Hilfsmittel waren PVA und ein synthetischer Verdicker.
Auf der Basis eines Offset Papiers konnte mit relativ geringen Änderungen ein Produkt erzeugt werden, dass auch im Inkjet Druck für einfache Anforderungen geeignet ist. Die für die Inkjet Eignung notwendige Verringerung des Bindemittel-gehalts führte allerdings, wie zu erwarten, zu verstärktem Rupfen im Offset Druck. Ein Papier, das beide Anforderungen sehr gut erfüllt, konnte nicht reali-siert werden und erscheint nach diesen Erfahrungen mit den getesteten Inkjet Tinten auch kaum möglich.
Ergebnisse der Deinkbarkeits-untersuchungen
Tabelle 6: Strichrezepturen für den Pilotversuch:
Die Pilotmaschinenrollen wurden bei der Firma Océ auf einer Océ ColorStream 3700 mit einer Geschwindigkeit von 100m/min bedruckt. Verwendet wurden wasserbasierte Pigmenttinten. Die Tintenauftragsmenge mit bis zu 400% war vergleichsweise hoch und sollte schwierige Bedingungen simulieren.
Die Tintentrocknung war bei beiden Papieren immer noch auf kritischem Niveau für Vollfarbdruck, es konnten jedoch akzeptable Ergebnisse bei monochromem Druck und Vierfarbdruck mit geringer Bedeckung erreicht werden
Die Deinkbarkeitsuntersuchungen mit den Versuchsprodukten Nr. 2 unsatiniert und 4 satiniert ergaben alle eine akzeptable Deinkbarkeit.
Abb. 11: Deinkbarkeit von inkjetbedruckten LWC Papieren aus dieser Untersu-chung
Zusammen-fassung der Ergebnisse
Eine Zusammenfassung der Deinkbarkeitsergebnisse der als gut deinkbar eingestuften Inkjet Druckmuster im Vergleich zu konventionellem Offset Papier, einmal mit Offset Farben, das andere Mal mit Inkjet Tinten bedruckt ist nachfol-gend dargestellt.
In Abb. 12 ist zu erkennen, dass durch Oberflächenmodifizierung bei den Inkjet Druckmustern hinsichtlich der kritischen Parameter keine Grenzwerte über- bzw.
unterschritten werden, aber noch nicht für alle Prüfparameter die Zielwerte erreicht sind. Modifizierungen, die sich allein auf die Papieroberfläche beschrän-ken, werden auch künftig nicht ausreichen, um die Ziele einer guten Bedruckbar-keit im Offset- und Inkjetdruck sowie vergleichbarer DeinkbarBedruckbar-keit vollständig zu erreichen. Weiterentwicklungen auch bei den Inkjet Druckmaschinen und Tinten sind anzustreben.
Abb. 12: Ausgewählte Deinkbarkeitsparameter und Zusammenfassung der Ergebnisse
10 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
Marktent-wicklung bei graphischen Papieren
Seit einigen Jahren sinken die Absatzmengen an graphischen Papieren und Überkapazitäten müssen abgebaut werden. Es gibt verschiedentlich Diskussio-nen darüber ob und in welchem Ausmaß dieser Trend anhalten wird, aber insgesamt wird man wohl von einer Abnahme der Mengen ausgehen müssen.
Die Möglichkeiten der Personalisierung und der gezielteren Ausstattung der gedruckten Medien für den spezifischen Endverbraucher lassen die Absatzmen-gen für z. B. Inkjet Papiere deutlich ansteiAbsatzmen-gen. Die höhere Werbewirksamkeit einer persönlichen Ansprache ist sicherlich einer der Hauptgründe für diese Entwicklung. Möglich geworden sind die steigenden Mengen durch die Einfüh-rung von schnelllaufenden Inkjet Druckmaschinen in den letzten Jahren durch führende Hersteller.
Schätzt man den Medienbedarf einer solchen Maschine auf ca. 400 t/a, und die Anzahl der schon heute im Markt befindlichen Drucker auf 650 Maschinen ergibt sich rechnerisch ein Bedarf an Inkjet Papieren von 260.000 t/a. Bei einem Anteil an gestrichenen Papieren von 10% ergeben sich 26.000 t gestrichene Inkjet Papiere pro Jahr [2].
Aktuellen Recherchen zufolge ist der Markt bereit, für ein Hybridpapier ca. 20-30% mehr zu bezahlen als für gestrichene Offsetqualitäten. Dabei sollten aber die Haptik und die optischen Eigenschaften der Papiere weitgehend denen von gestrichenen Offsetpapieren entsprechen. Gegenüber einem reinen Offsetpapier muss zudem eine signifikant höhere Druckqualität im Inkjetdruck erzielt werden können. Dies bedeutet, dass gestrichene Papiere für hybride Druckanwendun-gen momentan nicht merklich über 800 €/t lieDruckanwendun-gen sollten [2].
Gestrichene Papier für den Offsetdruck bewegen sich momentan bei etwa 610 bis 625 €/t. Der Einsatz von Kieselsäure bzw. Ca-Silikathydrat mit dem höheren Preis für das Pigment würde zu einer Kostenerhöhung um das 1,27 – 1,9-fache führen
Kosten-steigerung für Deinkinganlagen durch Wäsche
Die Zunahme von nicht deinkbaren Inkjet-Drucken ist in heutigen Deinkinganla-gen mit deutlich höheren Verlusten verbunden, wenn die AnforderunDeinkinganla-gen an die Qualitätseigenschaften sichergestellt werden müssen.
Der Einsatz einer Wäsche erhöht die heute schon anfallenden Stoffverluste durch Flotation von heute üblicherweise 15 % auf ca. 30 % und höher. Dadurch werden sowohl die Kosten für die Entsorgung, vor allem aber für den Rohstoff Altpapier durch Mehrverbrauch höher. Die Installation einer erforderlichen Wäsche zur Entfernung von Inkjet Pigmenten anstelle einer heute üblichen Nachflotation würde die Kosten für Energieeinsatz, Altpapiermehrverbrauch und Entsorgung um das ca. 1,2-fache für die Herstellung von DIP erhöhen.
Wirtschaftlicher
Vergleich Bei einem Altpapiereinsatz von 4,4 Mio. t für die Produktion von graphischen Papieren im Jahr in Deutschland wäre der Einsatz einer Wäsche mit einer Erhöhung der Kosten um etwa 94 Mio € pro Jahr für die Herstellung von deink-tem Stoff verbunden.
Für 26.000 t gestrichene Inkjet Papiere pro Jahr ergeben sich selbst bei Ver-dopplung der Kosten für den Strich hingegen nur Kosten von ca. 12 Mio €.
Nutzung der
Ergebnisse Die Entwicklung deinkbarer Inkjet-Drucke kommt sowohl Papierfabriken als auch Druckereien zugute. Die Druckereien können damit ein deinkbares Inkjet-Produkt mittels Zertifikat anbieten und leisten somit einen Beitrag zu einem umwelt-freundlichen Inkjet-Produkt.
Die Verbesserung des Austrags von Inkjet Pigmenten ist vor allem für Papierfab-riken mit Deinkinganlagen zur Herstellung von Papieren mit hohen Anforderun-gen an die optischen EiAnforderun-genschaften von Bedeutung, wie Erzeuger von graphi-schen Papieren, weiße Decke von Faltschachtelkarton und Wellpappenrohpapiere sowie Tissue.
Literatur
1 Schulze-Hagenest, D.
Status and trends in digital printing including inkjet.
14. PTS-CTP-Deinking-Symposium, München: PTS 2010, PTS Symposium: DE 1004.
2 Croll, D., & Papier, G.
Papiere für HSWO und High-Speed Inkjet - Möglichkeiten und Grenzen.
PTS Streicherei Symposium, 17. – 19. September 2013, München.
3 Fromm, M.
Digitaler Massendruck – überzeugende Zukunftsaussichten mit herausfordernden Aufgaben.
Vortragsband PTS Symposium Papier und Bedruckbarkeit 2010, R. Sangl (Hrsg.), München: PTS 2010, PTS Symposium: CP 1010.
4 Carré, B., Magnin, L., & Ayala, C.
Digital prints: a survey of the various deinkability behaviour, www.ingede.com.
5 Faul, A., & Oberndorfer, J.
The challenge to deink inkjet prints together with recovered papers from household.
Conference Papers, 2010 TAPPI PEERS Conference, Norfolk, Virginia, USA, October 2010.
6 Kleebauer, M., Keller, G., & Gemeinhardt, J.
Computer-assisted development of coating concepts for the optimisation of print quality by simultaneous application of offset, flexo and inkjet printing.
Research report www.ptspaper.com.