Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Alterungsprozesse und deren Einfluss auf die Inkjet-Bedruckbarkeit von Faltschachtelkarton

Forschungsziel

Ziel ist die Untersuchung der Oberflächenstabilität von Papierstrichen gegenüber Alterungseinflüssen, wobei eine Methodik einer repräsentativen Kurzzeitalterung erarbeitet werden soll, bei welcher die Alterung bei unterschiedlichen Bedingungen stattfindet und auf übliche Lagerungsbedingungen extrapoliert wird.

Lösungsweg

Es werden Alterungseffekte gestrichener Papierwerkstoffe identifiziert und mit deren Auswirkungen auf die weitere Verarbeitbarkeit in Verbindung gebracht. Explizit erfolgt dies am Beispiel der Inkjet-Bedruckbarkeit von Faltschachteln. Dabei werden die Eigenschaftsänderungen der Substratoberfläche in Abhängigkeit der Alterungsprozesse und Lagerungsbedingungen bewertet.

Angestrebte Ergebnisse

Es wird angestrebt, eine umfassende Darstellung des Einflusses von Alterungseffekten auf die Beständigkeit der Faltschachtelkartonoberfläche in Hinblick auf dessen physikochemische Eigenschaften zu erarbeiten. Die Ergebnisse der zu entwickelnden Methode dienen zur Bewertung der zu erwartenden Inkjet-Druckqualität und damit zur Sicherung der zeitverzögerten Bedruckbarkeit von gestrichenem Karton.

Nutzen für KMU

Die Kenntnis über die Zusammenhänge von Lagerungsbedingungen und den Einfluss auf das gestrichene Papier hat für KMU den Vorteil, alterungsbeständigere Produkte entwickeln zu können. Die zu entwickelnde Methode erlaubt eine Prozess- sowie Eingangskontrolle und kann zu Schlussfolgerungen von möglichen Problemen bereits vor einer finalen Bedruckung dienen.

Transfer

Neben der anwendungsorientierten Forschung umfassen die Tätigkeitsfelder der PTS die Weiterbildung und Beratung von Mitarbeitern aus KMU. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse und die entwickelte Methode werden auf der PTS-Webseite abrufbar sein und der Kenntnistransfer durch Berichte und Veröffentlichungen in praxisnahen Medien gefördert.

Ergebniszusammenfassung:

Mithilfe natürlicher sowie beschleunigter Alterungsversuche sollte der Zusammenhang zwischen den Streichfarbenkomponenten und der Oberflächenstabilität der entstehenden Beschichtung identifiziert werden. Innerhalb des üblichen Verarbeitungszeitraumes nach der Herstellung (bis 6 Monate) werden die größten chemischen Änderungen der Oberfläche festgestellt. Die Papierinhaltsstoffe sowie Streichfarbenkomponenten, welche dafür maßgeblich verantwortlich sind, wurden identifiziert.

Mittels Pyrolyse-GC/MS gelang es, eine effektive Analysemethode zur qualitativen Charakterisierung der Zusammensetzung des organischen Anteils des Papierstriches zu etablieren.

Mithilfe der ToF-SIMS-Oberflächenanalyse wurden für die Einzelkomponenten der Streichfarbenformulierung signifikante Signale identifiziert. Eine multivariate Datenanalyse erlaubte die Klassifizierung sämtlicher Muster untereinander, sowie eine eindeutige Differenzierung zwischen den Zuständen natürlich und beschleunigt gealtert.

Geltende Normen zur beschleunigten Alterung von Papier, Pappe oder Karton (DIN ISO 5630) sehen Trockenwärme- oder Feuchtwärmebehandlungen für unbeschichtete Papiere bei Bedingungen vor, die entsprechend der vorliegenden Untersuchungen nachweislich nicht die natürlich ablaufenden Alterungsprozesse in Hinblick auf den Papierstrich nachbilden können. Eine Anpassung der Prüfbedingungen beschleunigter Alterungsversuche gestrichener Papiere ist bei geltenden Normen dringend angeraten.

Es konnten Bedingungen festgelegt werden, welche für die untersuchten Muster mittels einer Kurzzeitalterung den Zeitraum bis zu einer gängigen Verarbeitung von Papierprodukten abbilden können.

Basierend auf den Ergebnissen erfolgte eine Ableitung möglicher Maßnahmen zur Verringerung der Alterung im praktischen Einsatz sowie die Ausformulierung eines Bewertungsprozesses mit entsprechender Handlungsempfehlung zur Verwendung von Streichfarbenkomponenten, der Produktkontrolle mittels Randwinkelmessung und Lagerbedingungen.