Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Ermittlung der Zusammenhänge zwischen den Oberflächeneigenschaften von

Tinte und Substrat und dem Benetzungsverhalten und dessen Auswirkung auf

den Inkjet-Druckprozess

Die Benetzbarkeit ist für das Bedrucken von unterschiedlichsten Materialien wie Glas, Holz, Kunststoff oder Metall von größter Bedeutung. Um diese zu verbessern, müssen die Oberflächen vorbehandelt werden. In der Regel wird dabei die Oberflächenspannung des Substrats erhöht. Allerdings zeigen die Erfahrungen, dass das häufig nicht zu den angestrebten Ergebnissen führt, weil die dispersen und polaren Anteile der Oberflächenspannung der beteiligten Materialien nicht aufeinander abgestimmt sind.

Ziel des beantragten Projekts ist es deshalb zu untersuchen, wie sich die Oberflächeneigenschaften von Substrat und Tinte auf das Benetzungsverhalten und in Folge auf die erreichbare Druckqualität im Inkjet-Druck auswirken und eine neue Methode zur Bestimmung von Vorbehandlungsparametern für im Inkjet zu bedruckende nichtsaugende Substrate zu entwickeln.

Die Untersuchungen sollen mit Substraten und Inkjet-Tinten durchgeführt werden, deren Oberflächeneigenschaften gezielt variiert werden können. Im Ergebnis soll ein Zusammenhang zwischen den messbaren Oberflächeneigenschaften und der Farbwiedergabe dargestellt werden, um ein Prozessfenster, in dem die optimale Benetzung des Substrats durch die Tinte erfolgt, zu beschreiben. Darauf aufbauend ist eine Vorhersage der Bedruckbarkeit nichtsaugender Substrate im Inkjet möglich, so dass damit eine effiziente Methode zur Bestimmung geeigneter Vorbehandlungsparameter zur Verfügung steht.

Potenzielle Anwender der Projektergebnisse sind die Hersteller von Drucksystemen und Tinten sowie die Anwender, die Druckereien, die nahezu ausschließlich KMUs sind. Die bessere Vorhersagbarkeit der Druckergebnisse führt bei den KMUs zur Erhöhung der Produktionssicherheit, der Verringerung von Reklamationskosten und damit zur Effizienzsteigerung. Grundsätzlich wird so das Marktsegment des Inkjet-Drucks und damit die Position seiner Anwender gestärkt und dessen Einsatzbereiche insbesondere für industrielle Anwendungen erschlossen bzw. erweitert.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Projekts war es, zu untersuchen, wie sich die Oberflächeneigenschaften von Substrat und Tinte auf das Benetzungsverhalten und in Folge auf die erreichbare Druckqualität im Inkjet-Druck auswirken und eine neue Methode zur Bestimmung von Vorbehandlungsparametern zu entwickeln.

Als Substrate wurden Kunststoffe, Metalle, Gläser sowie Papier untersucht. Deren Oberflächeneigenschaften wurden sowohl in ihrem Ausgangszustand als auch nach gezielter Vorbehandlung charakterisiert. Die Tinten wurden mithilfe eines Additivs auf definiert abgestufte Oberflächenspannung eingestellt.

Für die verschiedenen Kombinationen wurde die Benetzung mithilfe von Wetting Envelopes vorausberechnet und in Versuchen zur Tropfenbildung und -ausbreitung verifiziert. Dabei wurde zusätzlich der Einfluss von Einstellparametern am Druckkopf untersucht. Es wurde gezeigt, dass sowohl die Oberflächenspannung der Tinte als auch die Treiberspannung der Piezoelemente den Tropfenausstoß. Insbesondere die Ausbildung von Satelliten wird entscheidend durch die Piezospannung verursacht.

Zur Bewertung der Farbwiedergabe und damit der Druckqualität wurde die Konturenschärfe von gedruckten Strukturen und die erreichte Farbintensität in der Fläche gemessen und den messbaren Oberflächeneigenschaften gegenübergestellt. Ein geeignetes Prozessfenster mit optimaler Benetzung wurde in einem Bereich ermittelt, in dem eine möglichst geringe Differenz der polaren und dispersen Terme der Oberflächenspannungen der jeweils miteinander kombinierten Materialien vorliegt. Die Ergebnisse zeigen, dass die getrennte Betrachtung der Terme unerlässlich ist, um eine sichere Vorhersage zur Benetzung durchführen zu können.

Potenzielle Anwender der Projektergebnisse sind die Hersteller von Drucksystemen und Tinten sowie Druckereien. Die bessere Vorhersagbarkeit der Druckergebnisse führt bei diesen Unternehmen zur Erhöhung der Produktionssicherheit, der Verringerung von Reklamationskosten und damit zur Effizienzsteigerung.