Mustekoostumuksen vaikutus inkjet-tulostusjälkeen
Mustekoostumuksen vaikutus inkjet-tulostusjälkeen
Mustekoostumuksen vaikutus inkjet-tulostusjälkeen
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
TEKNILLINEN KORKEAKOULU<br />
Puunjalostustekniikan osasto<br />
Liisa Hakola<br />
<strong>Mustekoostumuksen</strong> <strong>vaikutus</strong> <strong>inkjet</strong>-<strong>tulostusjälkeen</strong><br />
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkistettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten<br />
Espoossa 28.3.2002.<br />
Työn valvoja: Professori Pirkko Oittinen<br />
Työn ohjaaja: DI Katri Vikman
TEKNILLINEN KORKEAKOULU<br />
DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ<br />
Tekijä, työn nimi<br />
Liisa Hakola<br />
<strong>Mustekoostumuksen</strong> <strong>vaikutus</strong> <strong>inkjet</strong>-<strong>tulostusjälkeen</strong><br />
Päivämäärä: 28.03.2002 Sivumäärä: 97 s.<br />
Osasto<br />
Puunjalostustekniikan osasto<br />
Professuuri<br />
AS-75 Graafinen tekniikka<br />
Työn valvoja<br />
Prof. Pirkko Oittinen<br />
Työn ohjaaja<br />
DI Katri Vikman<br />
Tämä diplomityö tarkastelee <strong>inkjet</strong>-musteen koostumuksen ja paperi-muste -vuoro<strong>vaikutus</strong>ten <strong>vaikutus</strong>ta tulostusjäljen<br />
laatuun. Inkjet-tulosteen laatuun voidaan vaikuttaa mustekoostumusta, paperia ja tulostinpään rakennetta<br />
muokkaamalla sekä näiden välisiä vuorovaikutuksia parantamalla. Tulostusjäljen kesto-ominaisuuksien kannalta<br />
musteen ja paperin väliset vuorovaikutukset ovat tärkeimmässä asemassa. Tärkeimmät näistä vuorovaikutuksista ovat<br />
musteen penetraatio paperin sisään sekä kemialliset sidokset väriaineen ja paperin välillä. Musteen osalta<br />
tulostusjäljen kesto- ja muita ominaisuuksia voidaan parantaa kantofaasin koostumusta muokkaamalla ja<br />
väriainevalinnalla. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää pystytäänkö tulostusjäljen kesto-ominaisuuksia<br />
parantamaan oleellisesti pelkän musteen ominaisuuksia muokkaamalla.<br />
Tutkittuja kesto-ominaisuuksia olivat valon-, veden- ja hankauskesto. Lisäksi tutkittiin mustekoostumuksen <strong>vaikutus</strong>ta<br />
tulosteen ulkonäköön. Mustekoostumukseen vaikutettiin väriainevalinnalla, orgaanisilla apuliuottimilla ja niiden määrillä<br />
sekä pinta-aktiivisilla aineilla. Musteita oli sekä liukoisia että pigmenttejä. Tulosteiden valonkestoa tutkittiin altistamalla<br />
näytteitä 100 tunnin ajan valolle, josta oli poistettu UV-alueen lyhyet aallonpituudet. Vedenkestoa tutkittiin upottamalla<br />
tulostenäytteet ionivaihdettuun veteen 5 minuutin ajaksi. Valon- ja vedenkestotestien jälkeen määritettiin värikenttien<br />
väri- ja densiteettierot. Hankauskesto määritettiin vain pigmenttimusteille hankaavaan pintaan siirtyneen värimäärän<br />
optisena densiteettinä.<br />
Kokeiden perusteella liukoisten musteiden valonkestoon voitiin vaikuttaa ennen kaikkea musteen<br />
liuotinkoostumuksella. Vesi osoittautui parhaaksi liuottimeksi, koska orgaaninen liuotin ilmeisesti esti väriaineen<br />
aggregoitumista ja haihdutti väriainetta katalyyttisesti. Kun liuottimena käytettiin glykolia, sen etyleeniryhmien määrä oli<br />
pidettävä pienenä, jotta väriaineen aggregoituminen ei häiriintyisi. Paperin hydrofiilisyys paransi valonkestoa ilmeisesti<br />
siksi, että tällöin vesipohjaisen musteen penetraatio helpottui. Liukoisten musteiden vedenkesto näytti riippuvan<br />
pääasiassa väriaineesta, liuotinkoostumuksesta ja paperin päällystekoostumuksesta. Orgaaninen liuotin ilmeisesti<br />
paransi musteen penetraatiota, jolloin veden oli vaikeampi liuottaa väriainetta. Glykolista tulee hydrofobisempaa<br />
etyleeniryhmien määrän kasvaessa. Tällöin liuottimen joukossa oleva väriaine kesti paremmin veden liuottavaa<br />
<strong>vaikutus</strong>ta. Vedenkestoon vaikutti myös musteen ja paperin väliset sidokset, jotka todennäköisesti olivat vahvempia,<br />
kun käytettiin kationista paperia. Anionisilla papereilla vedenkestoon vaikutettiin ilmeisesti lähinnä penetraation avulla.<br />
Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuuksiin vaikutti ennen kaikkea partikkelikoko. Vedenkeston kannalta partikkelien oli<br />
oltava niin pieniä, että ne mahtuivat paperin huokosiin. Valonkestoon todennäköisesti vaikutti pigmenttidispersion valoa<br />
kestävän ulkopinnan suuruus, joka oli suurempi pienemmällä partikkelikoolla. Lisäksi pienemmän partikkelikoon<br />
dispersioissa oli enemmän haalistuvia partikkeleita korvaavia toisia partikkeleita. Toisaalta hankauskeston kannalta<br />
suuremmat partikkelit ilmeisesti pystyivät paremmin pidättämään toisiaan paperin pinnassa.<br />
Diplomityön johtopäätöksenä on, että mustekoostumuksen modifioinnilla ei ole yhtä suurta merkitystä kestoominaisuuksien<br />
muodostumisessa kuin muste-paperi –vuoro<strong>vaikutus</strong>ten parantamisella. Kuitenkin myös pelkän<br />
musteen modifioinnilla voidaan parantaa kesto-ominaisuuksia. Tärkeimpiä muuttujia tässä suhteessa ovat<br />
väriainevalinta sekä käytetyt liuottimet ja niiden määrät. Kuitenkin olisi tärkeämpää parantaa musteen penetraatiota ja<br />
väriaineen sidoksia paperin kanssa, mikä onnistuu sekä mustetta että paperia muokkaamalla.<br />
Avainsanat: <strong>inkjet</strong>, muste, mustekoostumus, värillisyys, liukoinen väriaine, pigmenttidispersio, kantofaasi, liuotin, pintaaktiivinen<br />
aine, haihtuminen, valonkesto, vedenkesto, hankauskesto, rasteripiste, penetraatio, vetysidos, ionisidos.
HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY<br />
ABSTRACT OF MASTER’S THESIS<br />
Author, Name of the Thesis<br />
Liisa Hakola<br />
Effect of ink composition on the <strong>inkjet</strong> print quality<br />
Date: 28.03.2002 Number of pages: 97 p.<br />
Department<br />
Department of Forest Products Technology<br />
Professorship<br />
AS-75 Media Technology<br />
Supervisor<br />
Prof. Pirkko Oittinen<br />
Instructor<br />
Katri Vikman, M.Sc.<br />
In this Thesis, the effect of <strong>inkjet</strong> ink composition and the ink-paper interactions on the print quality are studied. The<br />
<strong>inkjet</strong> print quality can be affected by modifying the ink composition, the paper and the printhead, and by improving the<br />
interactions between these factors. When fastness properties are concerned the interactions between the ink and the<br />
paper are the most important elements. The primary interaction mechanisms are penetration of ink into paper and<br />
chemical bonding between the colorant and the paper. It is also possible to improve the fastness properties by<br />
modifying the composition of the carrying phase and choosing the proper colorant. The goal of this Thesis was to<br />
determine if it is possible to improve the fastness properties of the print by modifying only the ink.<br />
The fastness properties under consideration were light, water and rub fastness. In addition, the effect of the ink<br />
composition on the appearance of the print was studied. The ink composition was affected by the choice of colorant, by<br />
organic co-solvents and their amounts, and by surfactants. Both dye-based and pigment-based inks were examined.<br />
Light fastness was studied by exposing the prints to light for 100 hours from which short wavelength UV-radiation had<br />
been filtered out. Water fastness was studied by immersing the prints into deionized water for 5 minutes. The color and<br />
the density difference of the prints were measured after the light and water fastness tests. Rub fastness was defined<br />
only for pigment-based inks by measuring the optical density of the rubbing surface.<br />
On the grounds of the experiments, light fastness of a dye-based ink was mostly affected by the solvent composition of<br />
the ink. Water appeared to be the best solvent because, apparently, organic solvents prevented the colorant from<br />
aggregating and faded the colorant catalytically. If glycol was used as a co-solvent, the amount of its ethylene groups<br />
had to be minimized in order to prevent it from disturbing the aggregation of the colorant. The hydrophilicity of the paper<br />
improved light fastness since, apparently, penetration of a water-based ink was easier. Water fastness of a dye-based<br />
ink was dependent mainly on the colorant, the solvent composition and the coating composition of paper. Apparently,<br />
the organic solvent improved penetration so water had more difficulties in dissolving the colorant. The glycol becomes<br />
more hydrophobic as the amount of its ethylene groups increases. In that case, the colorant that is among the solvent<br />
was more stable against water. Water fastness was also influenced by the bonds between the colorant and the paper.<br />
These bonds were obviously stronger when printing on a cationic paper. In the case of anionic papers, water fastness<br />
was apparently mostly influenced by penetration.<br />
The particle size was the major factor affecting the fastness properties of the pigment-based inks. To improve water<br />
fastness the particles had to be so small that they fit into the pores of the paper. Light fastness was obviously<br />
influenced by the outer surface of the dispersion that was bigger when particles were smaller. Additionally, the<br />
dispersion that had a smaller particle size had more particles that could replace the faded ones. On the other hand,<br />
bigger particles could retain each other better when exposed to rubbing.<br />
The conclusion of this Thesis is that it is more advantageous to improve ink-paper interactions instead of modifying the<br />
ink composition when fastness properties are concerned. The fastness properties can, however, be improved by<br />
modifying only the ink. The most important factors of them are the choice of colorant and the amount of a suitable<br />
solvent. It would be, however, more important to enhance the penetration of the ink and the bonding between the<br />
colorant and the paper. This can be accomplished by modifying both the ink and the paper.<br />
Keywords: <strong>inkjet</strong>, ink, ink composition, colorfulness, dye colorant, pigment dispersion, carrying phase, solvent,<br />
surfactant, evaporation, light fastness, water fastness, rub fastness, halftone dot, penetration, hydrogen bond, ionic<br />
bond.
SISÄLLYSLUETTELO<br />
DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ<br />
ABSTRACT OF MASTER’S THESIS<br />
ALKUSANAT<br />
1 JOHDANTO...................................................................................... 1<br />
KIRJALLISUUSOSA ............................................................................ 3<br />
2 INKJET-MUSTEET JA NIIDEN KOMPONENTIT ............................. 3<br />
2.1 InkJet –tulostustekniikka ........................................................................................................................ 3<br />
2.2 Inkjet-musteiden koostumus................................................................................................................... 6<br />
2.2.1 Värillisyys ................................................................................................................................... 7<br />
2.3 Liukoiset väriaineet ................................................................................................................................ 8<br />
2.3.1 Happo- ja emäsvärit .................................................................................................................... 9<br />
2.3.2 Suoravärit .................................................................................................................................. 10<br />
2.3.3 Modifioidut suoravärit............................................................................................................... 11<br />
2.3.4 Reaktiiviset värit ....................................................................................................................... 12<br />
2.3.5 Dispersiovärit ............................................................................................................................ 12<br />
2.3.6 Muut värit.................................................................................................................................. 13<br />
2.4 Pigmenttiväriaineet............................................................................................................................... 13<br />
2.4.1 Pigmenttimusteiden valmistaminen........................................................................................... 15<br />
2.4.2 Mikroemulsiomuotoiset pigmenttivärit ..................................................................................... 16<br />
2.5 Kantofaasi............................................................................................................................................. 17<br />
2.5.1 Liuotin....................................................................................................................................... 17<br />
2.5.2 Lisäaineet .................................................................................................................................. 18<br />
3 PAPERIN JA MUSTEEN VÄLISET VUOROVAIKUTUKSET ......... 21<br />
3.1 Kemialliset vuorovaikutukset............................................................................................................... 21<br />
3.2 Mustepisaran asettuminen paperiin ...................................................................................................... 22<br />
3.2.1 Penetraatio eli absorptiokuivuminen ......................................................................................... 23<br />
3.2.2 Kuivuminen haihtumalla ........................................................................................................... 25<br />
3.2.3 Paperin ja väriaineen <strong>vaikutus</strong> asettumiseen ............................................................................. 26<br />
4 INKJET-MUSTEIDEN KESTO-OMINAISUUDET........................... 29<br />
4.1 Valonkesto............................................................................................................................................ 29<br />
4.1.1 Valohajoamisreaktiot ................................................................................................................ 29<br />
4.1.2 Paperin <strong>vaikutus</strong> valonkestoon.................................................................................................. 33<br />
4.1.3 Musteen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon ................................................................................................ 33<br />
4.1.4 Valonkeston tutkiminen ............................................................................................................ 35<br />
4.2 Vedenkesto ........................................................................................................................................... 36<br />
4.2.1 Vedenkeston muodostuminen ................................................................................................... 36<br />
4.3 Hankauskesto........................................................................................................................................ 38<br />
4.4 Otsoninkesto......................................................................................................................................... 38
KOKEELLINEN OSA.......................................................................... 41<br />
5 KOKEELLISEN OSAN JOHDANTO............................................... 41<br />
6 MATERIAALIT................................................................................ 43<br />
6.1 Musteet ................................................................................................................................................. 43<br />
6.1.1 Väriaineet .................................................................................................................................. 43<br />
6.1.2 Liuottimet.................................................................................................................................. 44<br />
6.1.3 Pinta-aktiiviset aineet ................................................................................................................ 45<br />
6.1.4 Musteiden koostumukset........................................................................................................... 46<br />
6.2 Paperit................................................................................................................................................... 48<br />
7 MENETELMÄT............................................................................... 51<br />
7.1 Musteiden ominaisuudet....................................................................................................................... 51<br />
7.2 Paperitekniset ominaisuudet................................................................................................................. 51<br />
7.3 Tulostimet............................................................................................................................................. 52<br />
7.4 Haihtuvuus............................................................................................................................................ 53<br />
7.5 Kesto-ominaisuudet.............................................................................................................................. 54<br />
7.5.1 Valonkesto................................................................................................................................. 55<br />
7.5.2 Vedenkesto................................................................................................................................ 55<br />
7.5.3 Hankauskesto ............................................................................................................................ 55<br />
7.6 Rasteripisteanalyysi.............................................................................................................................. 56<br />
8 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU................................... 59<br />
8.1 Koostumuksen <strong>vaikutus</strong> musteen ominaisuuksiin ................................................................................ 59<br />
8.1.1 Pintajännitys.............................................................................................................................. 59<br />
8.1.2 Viskositeetti............................................................................................................................... 61<br />
8.1.3 UV-VIS-absorptio ..................................................................................................................... 62<br />
8.1.4 Haihtuvuus ................................................................................................................................ 65<br />
8.2 Värikenttien optiset ominaisuudet ennen kestotestejä .......................................................................... 68<br />
8.3 Liukoisten musteiden valonkesto ......................................................................................................... 70<br />
8.3.1 Musteen perusominaisuuksien <strong>vaikutus</strong> valonkestoon.............................................................. 70<br />
8.3.2 Liuottimen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon ............................................................................................ 72<br />
8.3.3 Pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon.......................................................................... 73<br />
8.4 Liukoisten musteiden vedenkesto......................................................................................................... 76<br />
8.4.1 Musteen perusominaisuuksien <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon ............................................................. 76<br />
8.4.2 Liuottimen <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon............................................................................................ 78<br />
8.4.3 Pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon ......................................................................... 80<br />
8.5 Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuudet .............................................................................................. 82<br />
8.5.1 Valon- ja vedenkesto................................................................................................................. 82<br />
8.5.2 Hankauskesto ............................................................................................................................ 85<br />
8.6 Yhteenveto valon- ja vedenkestosta ..................................................................................................... 86<br />
8.7 Rasteripisteanalyysi.............................................................................................................................. 89<br />
8.7.1 Pinta-ala ja harmaatasoarvo....................................................................................................... 90<br />
8.7.2 Epäpyöreys ja rosoisuus ............................................................................................................ 91<br />
9 TILASTOLLINEN ANALYYSI ......................................................... 95<br />
9.1 Kesto-ominaisuudet.............................................................................................................................. 95<br />
9.2 Rasteripisteet ........................................................................................................................................ 97<br />
10 YHTEENVETO ........................................................................... 99<br />
LÄHDELUETTELO........................................................................... 101
LIITTEET<br />
LIITE 1 Kestotesteihin käytetty testisivu<br />
LIITE 2 Rasteripisteanalyysiin käytetty testisivu<br />
LIITE 3 Paperitekniset ominaisuudet<br />
LIITE 4 Musteiden ominaisuudet<br />
LIITE 5 L*a*b*- ja densiteettiarvot<br />
LIITE 6 Musteiden kesto-ominaisuudet<br />
LIITE 7 Rasteripisteanalyysin tulokset
1<br />
1 JOHDANTO<br />
Inkjet- eli mustesuihkutulostus on yleinen tulostustekniikka niin kotikäytössä kuin<br />
teollisuussovelluksissakin. Inkjet-tulostuksen suosio perustuu suurelta osalta teknologian<br />
edullisuuteen ja yksinkertaisuuteen. Nykyään kuluttajat haluavat tulostaa yhä enemmän<br />
valokuvatasoisia tulosteita, joiden värit säilyvät muuttumattomina pitkänkin ajan kuluessa.<br />
Kuitenkin <strong>inkjet</strong>-tulosteiden kesto-ominaisuudet ovat huonompia kuin esimerkiksi<br />
elektrofotografiassa tai syväpainossa valmistetuilla painotuotteilla. Tämä on lisännyt<br />
<strong>inkjet</strong>-musteiden valmistajien paineita kehittää väriaineita, joilla saadaan kestävä<br />
tulostusjälki värillisyys- ja tarkkuusominaisuuksista tinkimättä. Koska <strong>inkjet</strong>-tulostuksessa<br />
ei ole erillistä kuivatusyksikköä, on erityisen tärkeää, että muste kuivuu nopeasti<br />
joutuessaan paperin pinnalle. Lisäksi muste ei saisi kuivumisen aikana altistua liikaa<br />
ympäristölle, kuten valolle ja kosteudelle. Musteen on myös pystyttävä vuorovaikutukseen<br />
tulostettavan materiaalin kanssa, jotta kestävä tulostusjälki syntyisi. Tämän vuoksi myös<br />
paperinvalmistajat ovat kiinnostuneita <strong>inkjet</strong>-musteiden kehityksestä, jotta heidän<br />
valmistamansa tulostuspaperit sopisivat hyvin yhteen musteiden kanssa. /7, 8, 20, 22, 24,<br />
26, 38, 51, 52/<br />
Inkjet-tulostuksen tulostusjäljen laatuun ja kesto-ominaisuuksiin vaikuttavat paperi, muste<br />
ja tulostinpää sekä näiden tekijöiden väliset vuorovaikutukset. Kirjallisuuden mukaan<br />
suurin <strong>vaikutus</strong> lopputulokseen olisi musteessa käytetyllä väriaineella ja erityisesti<br />
väriaineen kemiallisella rakenteella. Inkjet-tulostukseen liittyvässä tutkimus- ja<br />
kehitystyössä keskitytäänkin nykyään kehittämään väriaineita, joilla on erinomaiset valonja<br />
vedenkesto sekä muut kesto-ominaisuudet. Kuitenkin väriaineita kehitettäessä on<br />
otettava huomioon, että kestävyysominaisuuksien parantaminen saattaa huonontaa<br />
värillisyysominaisuuksia. Tämän vuoksi nykyään käytetyt väriaineet ovatkin<br />
kompromissiratkaisuja kesto-ominaisuuksien ja värillisyyden välillä. /12, 22, 48, 54, 56/<br />
Tämä diplomityö on osa Tekesin ja metsäteollisuuden rahoittamaa <strong>inkjet</strong>tutkimusprojektia,<br />
johon Teknillisen korkeakoulun lisäksi osallistuvat KCL, VTT ja<br />
Jyväskylän yliopisto. Tutkimusprojektin tavoitteena on selvittää paperin ja musteen<br />
rajapinnassa esiintyvien vuoro<strong>vaikutus</strong>ten merkitystä <strong>inkjet</strong>-tulosteen optisen laadun ja<br />
kesto-ominaisuuksien muodostumisessa. Tutkimus keskittyy epäjatkuvassa <strong>inkjet</strong>tulostuksessa<br />
käytettävien musteiden ja papereiden vuoro<strong>vaikutus</strong>ten karakterointiin. Tämä<br />
diplomityö keskittyy erityisesti siihen, miten käytetyn musteen eri komponentit vaikuttavat<br />
tulosteen laadun ja kesto-ominaisuuksien syntymiseen. Tavoitteena on selvittää, voidaanko<br />
tulostusjäljen kesto-ominaisuuksiin vaikuttaa oleellisesti pelkkää mustetta muokkaamalla.<br />
Kirjallisuusosan tavoitteena on selvittää <strong>inkjet</strong>-tulostuksessa käytettyjen musteiden<br />
koostumusta. Tarkoituksena on selvittää minkälaisia komponentteja ja kuinka paljon<br />
<strong>inkjet</strong>issä käytetyt musteet sisältävät sekä miten nämä komponentit vaikuttavat <strong>inkjet</strong>tulostusjäljen<br />
ulkonäköön ja kesto-ominaisuuksiin. Erityisesti keskitytään siihen, miten<br />
musteiden ominaisuudet sekä väriaineen ja liuottimien eri ominaisuudet vaikuttavat<br />
tulostusjäljen laatuun. Tavoitteena on myös selvittää, mitkä muut <strong>inkjet</strong>-tulostusprosessin<br />
muuttujat vaikuttavat tulostusjäljen laatuun ja miten näitä muuttujia voitaisiin muokata<br />
yhdessä musteiden kanssa tulostusjäljen kesto-ominaisuuksien parantamiseksi.<br />
Kokeellisessa osassa valmistetaan kirjallisuudesta saatujen tietojen pohjalta musteita, jotka<br />
vastaavat mahdollisimman hyvin <strong>inkjet</strong>-tulostuksessa käytettyjä musteita. Kokeellisen osan<br />
tarkoituksena on selvittää käytännössä, miten musteen koostumus ja musteiden<br />
ominaisuudet vaikuttavat <strong>inkjet</strong>-tulosteen kesto-ominaisuuksiin. Tutkittavia kesto-
ominaisuuksia ovat valon- ja vedenkesto sekä hankauskesto. Musteiden koostumusta<br />
muokataan muuttamalla musteen eri komponentteja sekä näiden komponenttien<br />
suhteellisia osuuksia musteista. Saatuja tuloksia verrataan kirjallisuudessa esitettyihin<br />
vastaaviin tutkimustuloksiin.<br />
2
3<br />
KIRJALLISUUSOSA<br />
2 INKJET-MUSTEET JA NIIDEN KOMPONENTIT<br />
Tässä luvussa viitataan runsaasti viitteeseen 22, joka on KCL:ssä tehty kirjallisuuskatsaus<br />
<strong>inkjet</strong>-musteista. Tämä viite koostuu useista konferenssi- ja lehtiartikkeleista sekä<br />
kurssimateriaaleista, joiden hankkiminen tätä diplomityötä varten ei olisi ollut ajankäytön<br />
kannalta tarkoituksenmukaista. Tämän vuoksi näiden sijaan käytetään viitettä 22.<br />
2.1 InkJet –tulostustekniikka<br />
Inkjet /56/ on ainoa tunnettu tulostustekniikka, jossa kuva luodaan digitaalisesti ilman<br />
muita kuvan muodostukseen liittyviä operaatioita, kuten kehitystä, sulatusta, kiinnitystä tai<br />
suoraa kosketusta. Inkjet on non-contact tulostustekniikka /26, 40/, mikä tarkoittaa, että<br />
tulostuspää ja tulostettava pinta eivät kosketa toisiaan tulostusprosessin aikana.<br />
Menetelmän periaatteena on siirtää mustepisarat pienten suutinaukkojen kautta suoraan<br />
määrättyyn kohtaan tulostettavaa pintaa. Nämä mustepisteet muodostavat matriisin, joka<br />
muodostaa kuvan tulostettavalle pinnalle. Suuttimien aukkojen halkaisijat ovat noin 20 –<br />
30 µm. Perinteisesti <strong>inkjet</strong> jaetaan continuous eli jatkuvaan tekniikkaan ja drop-on-demand<br />
–tekniikkaan, jota kutsutaan myös epäjatkuvaksi tekniikaksi. Jatkuva tekniikka /26/<br />
perustuu jatkuvaan pisaravirtaan, jonka kulkua säädetään sähkökentän avulla /Kuva 1/.<br />
Kun pisaroita erkanee pisaravirrasta, ne varataan sähköisesti. Varatut pisarat kulkevat<br />
sähköisen kentän läpi ja ne ohjataan eri kohtiin tulostusalustaa muodostamaan kuvaa.<br />
Varaamattomat pisarat ohjataan kourun kautta uudelleen käytettäviksi. Jatkuva tekniikka<br />
voidaan toteuttaa myös siten, että varatut pisarat ohjataan kierrätykseen ja varaamattomat<br />
tulostusalustan pinnalle. Jatkuvaa tulostustekniikkaa käytetään teollisuuden nopeissa,<br />
alhaisen resoluution on-line –sovelluksissa personointiin ja koodaukseen, mutta myös<br />
korkealaatuisten rasterikuvavedosten valmistamiseen.<br />
Kuva 1<br />
Jatkuva tekniikka. Elektrodit varaavat mustevirrasta erkanevat pisarat, jotka ohjataan<br />
sähkökentän avulla joko kierrätykseen tai paperille kuvanmuodostukseen /26/
4<br />
Nykyään suurin osa <strong>inkjet</strong>-sovelluksista perustuu epäjatkuvaan tekniikkaan /26, 40/, joka<br />
voidaan jakaa neljään pääryhmään: terminen, pietsosähköinen, sähköstaattinen ja akustinen<br />
tekniikka. Suurin osa kaupallisista <strong>inkjet</strong>-tulostimista /22/ hyödyntää joko termistä tai<br />
pietsosähköistä tekniikkaa. Sähköstaattinen ja akustinen tekniikka /26/ ovat vielä<br />
kehitysasteella. Epäjatkuva tekniikka perustuu mustepisaroiden vapauttamiseen suuttimista<br />
vain silloin, kun pisaroita tarvitaan kuvan muodostamiseen. Jatkuvalle tekniikalle<br />
tyypillisiä kierrätettäviä pisaroita ei epäjatkuvassa tekniikassa esiinny, mikä yksinkertaistaa<br />
tulostimen rakennetta ja lisää laitteen luotettavuutta.<br />
Pietsosähköisessä tulostustekniikassa /26/ pietsokeraamisen materiaalin deformaatio<br />
aiheuttaa painekammiossa olevan musteen tilavuuden muutoksen /Kuva 2/. Tällöin syntyy<br />
akustinen paineaalto, joka etenee kohti kuvassa 2 näkyvää aukkoa. Paineaallon<br />
vaikutuksesta mustepisara alkaa muodostua suuttimessa. Kun pisara on muodostunut,<br />
paineen täytyy olla riittävän suuri, jotta pisara voi vapautua ulos aukosta kohti tulostettavaa<br />
pintaa. Pietsosähköistä tekniikkaa käytetään /22/ toimistotulostimien lisäksi myös<br />
teollisuustulostimissa, jolloin käytetyimpiä ovat pigmenttimusteet. Toimistotulostimissa<br />
käytetään tavallisesti liukoisia musteita. Musteen suhteen pietsosähköinen<br />
tulostustekniikka ei ole kovin vaativa. Musteiden ei tarvitse kestää kuumennusta ja ne<br />
voivat olla liuotin-, vesi- tai öljypohjaisia tai UV-kovettuvia sekä hot-melt –musteita.<br />
Pietsosähköiseen tekniikkaan erikoistuneita laitevalmistajia ovat ensisijaisesti Epson ja<br />
Xerox.<br />
Kuva 2 Pietsosähköisen tulostuspään perusrakenne /26/<br />
Pietsosähköinen tekniikka mahdollistaa kontrolloidumman pisaranmuodosuksen, mutta<br />
kuitenkin suuremman pisaranmuodostusnopeuden kuin terminen tulostustekniikka.<br />
Terminen tekniikka on käytössä erityisesti toimistotulostimissa, valokuvatulostimissa sekä<br />
suuren mittakaavan väritulostusratkaisuissa. Suurimpia termisen tekniikan laitevalmistajia<br />
ovat Hewlett-Packard, Canon, Lexmark, Olivetti ja Xerox. /22/<br />
Terminen tulostustekniikka /26/ perustuu painekammiossa olevan kuumentimen pinnalla<br />
sijaitsevan vesihöyrykuplan kasvuun ja hajoamiseen /Kuva 3/. Kuumennin saa<br />
vesihöyrykuplan kasvamaan, jolloin painekammiossa oleva muste työntyy kohti aukkoa ja<br />
osittain ulos aukosta. Kun kupla alkaa hajota ja kaikki musteeseen varastoitunut lämpö on<br />
käytetty, osa musteesta vetäytyy takaisin kammioon, kun taas aukosta ulos työntynyt muste<br />
irtoaa muodostaen tulostusalustan pintaan iskeytyvän mustepisaran /Kuva 4/.<br />
Pisaranmuodostuksen aikana muste kuumenee /22/ noin 350 – 400 o C:een. Pisaran kokoa<br />
ja nopeutta voidaan säätää muuttamalla lämmityselementin etäisyyttä suuttimen päästä tai<br />
käyttämällä useita lämmityselementtejä samassa suuttimessa sekä muuttamalla
5<br />
lämmitysjakson pituutta. Tähän perustuu mahdollisuus käyttää tulostamisessa erikokoisia<br />
pisaroita.<br />
Kaikki termisessä tulostuksessa käytetyt musteet ovat vesipohjaisia, ja väriaineet ovat<br />
tavallisimmin vesiliukoisia. Pigmenttien käyttö väriaineena on osoittautunut hankalaksi<br />
muun muassa niiden tarvitseman sideaineen vuoksi. Myöskään polymeerihartseja ei voida<br />
käyttää, koska hartsit muodostavat kuumetessaan kertymiä tulostuspään sisäpinnoille.<br />
Ilman hartseja painojäljestä ei kuitenkaan tule kiiltävää eikä ulkokäytössä kestävää, vaan<br />
painotuotteet joudutaan tarvittaessa laminoimaan. Väriaineille ja muille raaka-aineille<br />
asetetaan korkeat puhtausvaatimukset musteen saostumisen estämiseksi. /22/<br />
Kuva 3 Termisen tulostuspään perusrakenne /26/<br />
Pisaranmuodostukseen kuluu aikaa noin 10 µs /Kuva 4/. Kun pisara on irronnut suuttimen<br />
aukosta, kammio täyttyy uudelleen musteella ja pisaranmuodostus voi alkaa uudestaan.<br />
Suuttimen geometriasta ja musteen ominaisuuksista riippuen uudelleentäyttymisaika<br />
vaihtelee välillä 80 – 200 µs. Nykyisissä <strong>inkjet</strong>-tulostimissa on saavutettu jopa 140 µm:n<br />
suutintiheys ja joissain tulostimissa suuttimia voi olla jopa 350 kappaletta. /26/
6<br />
Kuva 4 Pisaranmuodostus termisessä tulostustekniikassa /26/<br />
2.2 Inkjet-musteiden koostumus<br />
Inkjet-tulosteen laatuun vaikuttaa muste-paperi –vuoro<strong>vaikutus</strong>ten jälkeen eniten<br />
tulostusmuste, joka määrittelee muun muassa tulostetun kuvan laadun,<br />
pisaranmuodostuksen ominaisuudet ja koko tulostussysteemin luotettavuuden. Inkjetmusteet<br />
jaetaan liukoisiin musteisiin ja pigmenttimusteisiin. Perinteisesti liukoisia<br />
väriaineita on käytetty laajemman väriavaruutensa vuoksi lähinnä värillisissä musteissa ja<br />
pigmenttiväriaineita mustissa musteissa. Nykyään kuitenkin tulosteilta vaaditaan parempia<br />
kesto-ominaisuuksia, joten pigmenttien käyttö on alkanut yleistyä myös värillisissä<br />
musteissa.<br />
Inkjet-musteiden pääkomponentit ovat väriaine ja kantofaasi /26/. Taulukossa 1 on esitetty<br />
tyypillinen <strong>inkjet</strong>-musteen koostumus. Inkjet-tulostuksessa ei ole erillistä kuivatusyksikköä<br />
/55/, vaan tuloste joutuu heti tulostuksen jälkeen ympäristölle alttiiksi, joten musteen tulisi<br />
kuivua nopeasti. Lisäksi musteen olisi pystyttävä vuorovaikutukseen tulostettavan<br />
materiaalin kanssa. Tällöin ympäristötekijät eivät pääse vaikuttamaan <strong>tulostusjälkeen</strong>.<br />
Nopea kuivuminen voi kuitenkin huonontaa tulostuspäiden suutinten toimintaa, sillä<br />
helposti haihtuvien liuottimien käyttö saattaa aiheuttaa väriaineen saostumista<br />
tulostuspäässä ja suutinten tukkeutumista.
Taulukko 1 Vesipohjaisen <strong>inkjet</strong>-musteen koostumus epäjatkuvaan pisaroitumiseen<br />
perustuvissa tekniikoissa /26/<br />
Komponentti Tehtävä Pitoisuus (%)<br />
Ionivaihdettu vesi Vesipohjainen kantoaine 60 – 90<br />
Lisäliuotin Kosteudensäilyttäjä, kontrolloi viskositeettia 5 – 30<br />
Liukoinen väriaine tai pigmentti Antaa musteelle värin 1 – 10<br />
Pinta-aktiivinen aine Kastuminen, penetraatio 0.1 – 10<br />
Biosidi Estää biologista kasvua 0.05 – 1<br />
Puskuriaine Kontrolloi musteen pH:ta 0.1 – 0.5<br />
Muita lisäaineita Kelatointiaine, vaahdonestoaine jne. > 1<br />
7<br />
Inkjet-musteet voivat olla myös liuotinpohjaisia. Termisessä tulostuksessa käytetyt musteet<br />
sisältävät yleensä ionivaihdettua vettä, vesiliukoista tai veteen sekoittuvaa orgaanista<br />
liuotinta ja liukoista väriainetta sekä useita lisäaineita, kuten solubilisointi- ja<br />
kelatointiaineita, biosideja ja vaahdonestoaineita. Kuvassa 5 on esitetty <strong>inkjet</strong>-musteiden<br />
puumainen jaottelu. /29/<br />
Musteet<br />
Liukoiset<br />
Pigmentit<br />
Vesiliukoiset Liuotinliukoiset Liukenemattomat<br />
Anioniset<br />
Kationiset<br />
Vesipohjaiset dispersiot<br />
Vesipohjaiset dispersiot<br />
Liuotin-/öljydispersiot<br />
Kuva 5 Inkjet-musteiden puumainen jaottelu /29/<br />
Pääosin <strong>inkjet</strong>-musteet ovat vesiliukoisia ja anionisia. Pigmenttimusteet ovat kuitenkin<br />
saavuttaneet yhä enemmän suosiota, kun niiden ominaisuudet ovat kehittyneet. Suurin osa<br />
markkinoilla olevista <strong>inkjet</strong>-musteista on kuitenkin kompromissiratkaisuja, joissa jonkin<br />
tietyn ominaisuuden parantaminen on vaikuttanut epäedullisesti toiseen. /29/<br />
2.2.1 Värillisyys<br />
Aineen värillisyys /22, 52, 55/ on seurausta siitä, että osa tulevasta valosta absorboituu<br />
aineeseen. Ihmisen silmä näkee heijastuvan tai aineen läpi kulkeneen valon, josta puuttuvat<br />
materiaalin absorboimat valon aallonpituudet. Orgaanisten molekyylien värillisyys<br />
aiheutuu elektronin vastaanottaja- ja luovuttajaryhmistä, konjugoituneista sidoksista tai<br />
siirtymäelementeistä. Molekyyliin liittyneiden elektronien vastaanottaja- ja<br />
luovuttajaryhmien aikaansaama värillisyys perustuu elektroniorbitaalien laajenemiseen,<br />
jolloin molekyylin viritystilan energia pienenee ja pääabsorptiopiikki siirtyy UV-alueelta
8<br />
näkyvän valon alueelle. Tyypillisimmät elektronien vastaanottaja- ja luovuttajaryhmät on<br />
esitetty taulukossa 2.<br />
Taulukko 2 Tyypillisimmät kromoforit ja auksokromit /55/<br />
Kromoforit<br />
Auksokromit<br />
Ryhmä Rakenne Ryhmä Rakenne<br />
Nitro- -NO 2 Amiinit -NH 2<br />
Nitroso- -N=O -NHR<br />
Atso-<br />
-N=N-<br />
-NR 2<br />
Atsoksi- -N=NO- Sulfonaatti -SO 3 H<br />
Atsoamino- -N=N-NH Hydroksi- -OH<br />
Karbonyyli- -CO- Karboksyyli- -COOH<br />
Tiokarbonyyli- -CS- Anionit SO - 3 , O -<br />
Varsinaisesti värin saavat aikaan kromoforit. Kromoforeja /51/ ovat konjugoidut<br />
tyydyttämättömät sidosjärjestelmät (esimerkiksi –C=C–C=C–C=C–), atsoryhmät (–N=N–),<br />
nitroryhmät (–NO 2 ), karbonyyliryhmät (–C=O), rengasjärjestelmät sekä aromaattiset<br />
rengasrakenteet. Kromoforit sisältävät π-elektroneja, jotka virittyessään π*-orbitaalille<br />
saavat yleensä aikaan hyvin voimakkaan absorption. Auksokromit /51/ ovat happamia tai<br />
emäksisiä suolanmuodostavia ryhmiä ja ne puolestaan vahvistavat värillisyyttä ja<br />
parantavat värin kiinnittymistä. Auksokromeja ovat esimerkiksi hydroksyyli- ja<br />
aminoryhmät ja niiden johdokset (–OH, –OR, –NH 2 , –NHR, –NR 2 ) sekä halogeenit.<br />
Auksokromit sisältävät vapaita elektroneja, joiden virittyessä π*-orbitaalille tapahtuu<br />
heikko absorptio. Kromoforeilla ja auksokromeilla /52/ on suurin <strong>vaikutus</strong> värillisyyteen,<br />
kun ne sijaitsevat molekyylin ääripäissä. Kun molekyyli sisältää yhden kromoforin, sen<br />
väri on keltainen. Kun kromoforien lukumäärä kasvaa, väri muuttuu seuraavasti: keltainen,<br />
oranssi, punainen, purppura, violetti, sininen, vihreä ja musta.<br />
Konjugoituneet sidokset muodostuvat vuorottelevista yksöis- ja kaksoissidoksista.<br />
Tällaisissa molekyyleissä voi tapahtua elektronien delokalisaatiota. Kun konjugoituneen<br />
ketjun pituus kasvaa, absorboituvan valon aallonpituus kasvaa. Jos ketjussa on vain kaksi<br />
yksikköä, eli pelkästään kaksoissidos kahden metyyliryhmän välillä, värimolekyyli on<br />
sininen. Siirtymäelementtien <strong>vaikutus</strong> värillisyyteen perustuu puolestaan atomien<br />
järjestäytymiseen d-orbitaalille, jolloin muodostuu värillisiä komplekseja tai<br />
koordinaatioyhdisteitä. Tyypillinen <strong>inkjet</strong>-musteissa käytetty koordinaatioyhdiste on<br />
kupariftalosyaniini. /52/<br />
2.3 Liukoiset väriaineet<br />
Liukoiset väriaineet ovat liuenneet kantofaasiinsa ja ne muodostavat kirkkaita liuoksia,<br />
joissa yksittäiset väriainemolekyylit ovat erottuneet toisistaan. Liukoiset väriaineet<br />
kiinnittyvät liuottimensa kanssa suoraan tulostusalustaan kemiallisesti sitoutumalla, joten<br />
ne eivät yleensä tarvitse erillistä sideainetta. Muu osa musteesta penetroituu väriaineen<br />
mukana tulostusalustan sisään tai haihtuu ympäröivään ilmaan. Kuivumisprosessin aikana<br />
muste ei leviä kerroksen sisällä, joten kuvanlaatu ei muutu kuivumisen edistyessä.<br />
Liukoisilla väriaineilla saavutettavat värillisyysominaisuudet ovat hyvät, mutta
9<br />
tulostusjäljen kesto-ominaisuudet hankauskestoa lukuun ottamatta ovat huonoja.<br />
Liukoisten musteiden usein esiintyviä huonoja puolia ovat muun muassa musteen<br />
kovettuminen suutinkanaviin, värin leviäminen, väriaineen kiteytyminen sekä suuri<br />
hapettumistaipumus. /39, 50, 55/<br />
Tyypillisiä <strong>inkjet</strong>-musteissa käytettyjä liukoisia väriaineita ovat veteen liukenevat<br />
happovärit, suoravärit, modifioidut suoravärit, reaktiiviset värit sekä huonosti veteen<br />
liukenevat dispersiovärit. Taulukossa 3 on esitetty liukoisten väriaineiden päätyypit ja<br />
niiden kiinnitysmekanismit tulostusalustaan. Muita väriaineita näiden lisäksi ovat muun<br />
muassa pigmentit, substraattipigmentit (lakes), optiset kirkasteet, atsokehitevärit,<br />
hapettuvat kehitevärit, rikkivärit, kyyppivärit (vat dye), modifioidut suoravärit ja<br />
elintarvikevärit. /22, 55/<br />
Taulukko 3<br />
Värityyppi<br />
Suoraväri (direct dye)<br />
Happovärit eli anioniset värit<br />
Emäsvärit eli kationiset värit<br />
Dispersiovärit (disperse dye)<br />
Reaktiiviset värit<br />
Peittavärit (mordant dye)<br />
Liukoisten väriaineiden päätyypit ja niiden kiinnitysmekanismit tulostusalustaan<br />
/55/<br />
Kiinnitysmekanismi<br />
Polaariset vuorovaikutukset<br />
Suolaryhmän avulla<br />
Suolaryhmän avulla<br />
Dispergoituminen<br />
Kemiallinen reaktio → pysyvä sidos<br />
Kemiallinen silta<br />
Liukoisten väriaineiden kehittämisen tarkoituksena on erityisesti kesto-ominaisuuksien<br />
parantaminen. Useimmat liukoisiin väriaineisiin liittyvät ongelmat voitaisiin parantaa<br />
korvaamalla liukoinen väriaine pigmenteillä, mutta tällöin kuitenkin jouduttaisiin<br />
tinkimään väriavaruuden laajuudesta. /55/<br />
2.3.1 Happo- ja emäsvärit<br />
Happovärit ovat pienimolekyylisiä ja anionisia, joten ne liukenevat hyvin veteen.<br />
Kemialliselta rakenteeltaan ne ovat yleensä sulfonihappojen natriumsuoloja /Kuva 6/.<br />
Happoväreillä on hyvä värillisyys, mutta pieninä molekyyleinä ne tunkeutuvat helposti<br />
paperin rakenteeseen. Niillä kuitenkin on huono affiniteetti paperiin. Happovärien vedenja<br />
valonkesto eivät vastaa varsinkaan valokuvatulostuksen asettamia vaatimuksia, joten<br />
näiden väriaineiden käyttö on nykyään melko vähäistä. /24, 52/<br />
N<br />
N<br />
HO 3S<br />
NMe 2<br />
·<br />
Na<br />
Kuva 6 Esimerkki happoväristä (metyylioranssi) /1/
10<br />
Molekyylirakenteeltaan happovärit kuuluvat nitroso-, nitro-, atso- triaryylimetaani-,<br />
ksanteeni-, atsiini- tai antrakinoniväreihin ja ne sisältävät yhden tai useampia<br />
sulfonihapporyhmiä. Happoväreiksi voidaan lukea myös 1:1- ja 1:2-metallikompleksivärit,<br />
jotka sisältävät koordinatiivisesti sitoutuneita metalliatomeja. Happovärien kiinnittyminen<br />
paperin kuiturakenteeseen tapahtuu pääasiassa ionisidosten, kuten aminoryhmien ja<br />
väriaineen sulfonaattiryhmien muodostamien sidosten, välityksellä. Myös vetysidoksilla ja<br />
van der Waals –voimilla on jonkun verran <strong>vaikutus</strong>ta värien kiinnittymiseen. /22, 24/<br />
Emäsvärit ovat kationisia ja sisältävät yleensä kvarternäärisen ammoniumryhmän /Kuva 7/.<br />
Koska paperi on yleensä luonteeltaan anionista, emäsvärejä käytettäessä tulostusjäljen<br />
vedenkesto on hyvä. Kemialliselta rakenteeltaan emäsvärit ovat atso-, difenyylimetaani-,<br />
triaryylimetaani-, ksanteeni-, akridiini-, metiini-, polymetiini-, tiatsoli-, aksatsiini- tai<br />
antrakinonivärejä. /22, 52/<br />
N + Me 2<br />
C<br />
Me 2N<br />
NMe 2<br />
·<br />
Cl -<br />
Kuva 7 Esimerkki emäsväristä (kidevioletti) /1/. Kvarternäärinen ammoniumryhmä on N +<br />
2.3.2 Suoravärit<br />
Suoraväreissä värimolekyylit ovat suurempia kuin happoväreissä. Lisäksi suoraväreillä on<br />
parempi affiniteetti sellukuituihin. Suoravärien toiminta perustuu väriaineen ja<br />
tulostuspinnan molekyylien väliseen vetovoimaan ja siitä seuraavaan adheesioon.<br />
Vetovoima syntyy molempien sisältäessä vastakkaisesti varautuneita polaarisia<br />
molekyylejä. Kiinnittymismekanismeina ovat ioni- ja vetysidokset sekä van der Waalsvoimat.<br />
Parhaita väriaineita ovat molekyylikooltaan suhteellisen suuret ja lineaariset<br />
yhdisteet, joiden konformaatio on jäykkä ja tasomainen. Suoravärit ovat yleensä<br />
vesiliukoisia. Luonteeltaan ne ovat levymäisiä aromaattisia rakenteita. Vesiliukoisuus on<br />
saatu aikaan liittämällä väriainerunkoon ionisia ja hydrofiilisiä ryhmiä, jollaisia ovat<br />
sulfonaatti-, amino-, hydroksyyli- ja karboksyyliryhmät /Kuva 8/. Useimmat vesiliukoiset<br />
väriaineet dissosioituvat liuoksessa, jolloin ne voivat asettua suoraan liuoksesta<br />
vastakkaisesti varautuneelle pinnalle. Suoraväreillä on paremmat valon- ja vedenkestoominaisuudet<br />
kuin happoväreillä, mutta väriltään ne eivät ole yhtä kirkkaita kuin<br />
happovärit. /22, 24, 51, 52/
11<br />
NO 2<br />
O2 N<br />
OH<br />
Kuva 8 Esimerkki suoraväristä (Martius Yellow) /1/<br />
Suoravärejä käytetään /52/ yleisesti vesipohjaisissa väreissä, sillä sellukuiduissa on<br />
runsaasti vetysidoksen muodostamiseen kykeneviä hydroksyyliryhmiä. Poolittomille<br />
pinnoille suoravärit eivät sovellu. Suurin osa suoraväreistä kuuluu di-, tri- tai<br />
polyatsoväreihin /22/, mutta ne voivat olla myös stilbeeni-, tiatsoli-, oksatsiini- tai<br />
ftalosyaniinivärejä. Liukoisuutta on mahdollista parantaa vaihtamalla väreissä tavallinen<br />
natriumioni litium- tai trietanoliammoniumioniksi.<br />
2.3.3 Modifioidut suoravärit<br />
Avecia /24/ on modifioinut suoravärejä paino- ja tulostusjäljen kestävyyden<br />
parantamiseksi. Modifioinnin tarkoituksena on lisätä väriaineisiin funktionaalisia ryhmiä,<br />
jotka parantavat väriaineen vuorovaikutuksia paperin kanssa.<br />
1. sukupolvi<br />
CuPc<br />
(SO 3 H) x<br />
(SO 2 NH 2 ) y<br />
2. sukupolvi<br />
CuPc<br />
(SO 3 H) x<br />
(SO 2 NH _____<br />
_____ COOH) y<br />
3. sukupolvi<br />
CuPc<br />
(SO 3 H) x<br />
(SO 2 NH 2 ) y<br />
(SO 2 NHR) z<br />
Kuva 9<br />
Ensimmäisen sukupolven värit ovat tavallisia suoravärejä. Toisen ja kolmannen<br />
sukupolven värit ovat modifioituja suoravärejä /24/<br />
Toisen sukupolven modifioiduissa suoraväreissä sulfonihapporyhmät on korvattu<br />
vähemmän happamilla karboksyylihapporyhmillä /Kuva 9/. Tällöin väriaineesta on saatu<br />
veteen helppoliukoista alkaalisissa olosuhteissa, mutta väriaineet kuitenkin saostuvat<br />
happamassa pH:ssa muun muassa paperin pinnalle. Kolmannen sukupolven modifioiduilla<br />
suoraväreillä kromoforeihin on lisätty funktionaalisia ryhmiä, mikä parantaa väriaineen
12<br />
sitoutumista erityisesti sellupohjaisiin materiaaleihin. Nämä väriaineet saavat välittömästi<br />
aikaan vedenkestävän tulostusjäljen useimpien papereiden pinnalle. /24/<br />
2.3.4 Reaktiiviset värit<br />
Kuitureaktiiviset väriaineet ovat värillisyydeltään voimakkaita vesiliukoisia väriaineita,<br />
joita käytetään sellu- ja proteiinikuitujen värjäämiseen. Ne pystyvät muodostamaan<br />
pysyvän kovalenttisidoksen kuidun kanssa, joten värjäystulos on värikylläinen ja pysyvä.<br />
Kemialliselta rakenteeltaan reaktiiviset värit ovat atso-, antrakinoni tai ftalosyaniinivärejä.<br />
Kromoforin sisältämä reaktiivinen ryhmä on liittynyt yleensä vesiliukoiseen kromoforiin,<br />
kuten antrakinoniin, mono- tai diatsoryhmään tai ftalosyaaniin /Kuva 10/. Musteen pH:n<br />
säätö on tärkeää, koska reaktiiviset värit pyrkivät reagoimaan muun muassa vesiliuoksen<br />
hydroksyyli-ionien kanssa. Lisäksi liian happamissa olosuhteissa reaktiivinen ryhmä<br />
saattaa irrota molekyylistä. /22, 24, 52/<br />
O<br />
O<br />
Ph<br />
C<br />
NH<br />
OH<br />
S CH 2<br />
CH 2<br />
OSO 3 H<br />
N<br />
N<br />
O<br />
HO 3S SO 3H SO 3 H<br />
·<br />
4<br />
Na<br />
Kuva 10 Esimerkki reaktiivisesta väristä (Reactive Red 180) /1/<br />
Reaktiivisten väriaineiden käytöllä on mahdollista saavuttaa tulostusjäljen hyvät kestoominaisuudet<br />
kovalenttisidosten ansiosta. Lisäksi reaktiivisia värejä käytettäessä värit<br />
leviävät melko vähän. Ongelmiksi muodostuvat kuitenkin väriaineen varastointikestävyys<br />
ja toisaalta toimivuus suuttimissa. Näiden seikkojen vuoksi väriaine on stabiloitava. /52/<br />
2.3.5 Dispersiovärit<br />
Dispersio on neste, johon on sekoittunut – ei kuitenkaan liuennut – kiinteitä partikkeleita.<br />
Dispersiovärit ovat käytännöllisesti katsoen veteen liukenemattomia väriaineita, jotka<br />
kuitenkin liukenevat muihin liuottimiin. Tästä syystä niitä käytetään kolloidaalisina<br />
vesipohjaisina dispersioina. Tavallisesti dispersiovärit ovat dispersioina saippualiuoksessa,<br />
joka kostuttaa tulostuspinnan ja saattaa kolloidaaliset partikkelit kontaktiin kuitujen kanssa.<br />
Tämän jälkeen partikkelit dispergoituvat kuituihin. Dispersiovärejä voidaan käyttää<br />
dispergoituina esimerkiksi lateksipartikkelien, emulsion, mikroemulsion tai pintaaktiivisten<br />
aineiden aggregaattien muodostamaan kolloidaaliseen liuokseen.<br />
Dispersioväreillä saatu tulostusjälki on vedenkestävää ja värikylläistä, mutta suutinten<br />
mahdollinen tukkeutumien aiheuttaa ajettavuusongelmia. Dispersiovärejä voidaan käyttää<br />
ainoastaan hydrofobisiin selluloosapohjaisiin kuituverkostoihin. Kuvassa 11 on esimerkki<br />
dispersioväristä. Kemialliselta rakenteeltaan dispersiovärit ovat nitro-, atso-, metiini-,<br />
polymetiini- tai antrakinonivärejä. /22, 24, 52/
13<br />
O<br />
NHMe<br />
O<br />
Kuva 11 Esimerkki dispersioväristä (Disperse Red 9) /1/<br />
2.3.6 Muut värit<br />
Peittaväreissä /33, 55/ käytettävä peitta-aine muodostaa kemiallisen sidoksen väriaineen ja<br />
kuidun välille. Kationisia peitta-aineita käytetään kiinnittämään anionisia väriaineita ja<br />
anionisia peitta-aineita puolestaan kiinnittämään kationisia väriaineita. Tyypillisiä peittaaineita<br />
ovat esimerkiksi paperinvalmistuksen aluna sekä metallikompleksit. Kemialliselta<br />
rakenteeltaan /22/ ne ovat atso- tai antrakinonivärejä.<br />
Kyyppiväreistä /22, 55/ useimmat ovat erittäin kestäviä, ja ne kiinnittyvät kuituihin veteen<br />
liukenemattomassa muodossa. Kyyppivärit kuuluvat indigoidisiin tai antrakinoniväreihin.<br />
Substraattipigmentit /55/ ovat pigmenteiksi muunnettuja liukoisia väriaineita, jotka<br />
valmistetaan värjäämällä värittömiä alumiinioksidipartikkeleita suolojen avulla. Myös<br />
elintarvikevärejä /22/ käytetään <strong>inkjet</strong>-tulostuksessa, vaikka näillä emäksisillä väriaineilla<br />
onkin huono valonkesto. Elintarvikevärit ovat kemialliselta rakenteeltaan<br />
antrakinonivärejä, indigoidisia värejä tai orgaanisia luonnonvärejä.<br />
2.4 Pigmenttiväriaineet<br />
Pigmentit ovat lähes täysin liukenemattomia pysyviä kiderakenteita eli aggregaatteja, joilla<br />
saadaan aikaan opaakki tulostusjälki, jolla on hyvät kesto-ominaisuudet.<br />
Liukenemattomuutensa vuoksi pigmentit vaativat kuitenkin jonkinlaisen sideaineen<br />
kiinnittyäkseen tulostusalustaan. Kuvassa 12 on verrattu erilaisten liukoisten väriaineiden<br />
ja pigmenttiväriaineiden väriavaruuden laajuutta ja tulostusjäljen kesto-ominaisuuksia.<br />
Kuvasta nähdään, että pigmenteillä on parhaat kesto-ominaisuudet, mutta huonoin<br />
värillisyys. Liukoisista väriaineista parhaat kesto-ominaisuudet saadaan dispersioväreillä,<br />
joilla on lisäksi melko hyvä värillisyys. Happoväreillä on paras värillisyys, mutta samalla<br />
huonoimmat kesto-ominaisuudet.
14<br />
Väriavaruus<br />
Happovärit<br />
Suoravärit<br />
Dispersiovärit<br />
Pigmentit<br />
Kesto-ominaisuudet<br />
Kuva 12 Erilaisten väriaineiden väriavaruus ja kesto-ominaisuudet /13/<br />
Pigmenttimusteiden tyypillisiä ongelmia ovat saavutettavan väriavaruuden kapeuden<br />
lisäksi muun muassa dispersion epästabiilisuus, suutinten tukkeutuminen partikkelien<br />
aggregoitumisen vuoksi sekä huono hankauskesto, koska väriaine on teoriassa kokonaan<br />
tulostettavan materiaalin pinnalla. Muu osa musteesta on absorboitunut paperin sisään tai<br />
haihtunut ympäröivään ilmaan. Suuri opasiteetti ja väriavaruuden kapeus johtuvat siitä, että<br />
aggregaatit sisältävät paikallisesti suuria pitoisuuksia valoa absorboivia lisäaineita.<br />
Pigmenttivärien erinomainen valonkesto perustuu osittain siihen, että väriaineen hajotessa<br />
värillisyys säilyy muiden molekyylien korvatessa hajonnutta molekyyliä.<br />
Pigmenttipartikkelit nimittäin kerrostuvat paperin pinnalle. Tällöin päällimmäisten<br />
kerrosten partikkelien menettäessä värillisyytensä niiden alapuolella olevat partikkelit<br />
korvaavat hajonneita partikkeleita. Toisaalta juuri monomolekulaarinen rakenne tekee<br />
puolestaan liukoisista väriaineista läpinäkyvämpiä ja antaa niille paremman värillisyyden.<br />
/22, 55/<br />
Pigmenttiväriaineet ovat tasomaisia molekyylejä, jotka muodostavat aggregaatteja<br />
sitoutuessaan sopivan materiaalin kanssa. Aggregaattien suuren koon vuoksi väri pysyy<br />
paremmin paperin pinnalla. Lisäksi sekä valon- että vedenkesto-ominaisuudet paranevat,<br />
mutta hankauskesto-ominaisuudet huononevat. Viime aikoina on kehitetty erittäin<br />
hienojakoisia pigmenttejä, joilla on silti hyvät tulostusjäljen kesto-ominaisuudet. Jokainen<br />
pigmenttipartikkeli sisältää useita värimolekyylejä /Kuva 13/. Nämä värimolekyylit ovat<br />
usein samanlaisia kuin liukoisilla monomolekulaarisilla väriaineilla. Kemiallisen<br />
rakenteensa puolesta pigmenttiväriaineet ovat yleensä atsovärejä, karotenoidivärejä,<br />
antrakinonivärejä, indigoidisia värejä, ftalosyaniinivärejä tai epäorgaanisia pigmenttejä.<br />
Orgaanisissa yhdisteissä ei ole olemassa valkoista väripigmenttiä. /22, 50, 55/
15<br />
O<br />
O<br />
O<br />
MeO<br />
C<br />
C<br />
OMe<br />
O<br />
O<br />
C<br />
Me<br />
Me<br />
C<br />
O<br />
NH<br />
C<br />
CH<br />
N<br />
N<br />
N<br />
N<br />
CH<br />
C<br />
NH<br />
C<br />
OMe<br />
C<br />
OMe<br />
O<br />
O<br />
Kuva 13 Esimerkki atsopigmenttivärin värimolekyylistä (Pigment Yellow 155) /1/<br />
Pigmenttiväriaineita /22, 50/ käytetään dispersioina. Partikkelikoko tulostimen suuttimissa<br />
saa olla korkeintaan 100 – 200 nm, jotta väri toimii halutulla tavalla. Käytettyjen<br />
pigmenttipartikkelien kokojakauma on välillä 50 – 500 nm. Partikkelikoon pienentäminen<br />
/4, 22/ parantaa värivoimakkuutta, kiiltoa, kirkkautta, läpikuultoa ja tulostusjäljen<br />
resoluutiota sekä vähentää tulostuspäiden tukkeutumista. Jos liuotin /50/ absorboituu<br />
paperin sisään suhteellisen nopeasti, pigmenttikerrokseen syntyy halkeamia kuivumisen<br />
aikana, mikä aiheuttaa optisen densiteetin ja kiillon vähenemistä. Tämä halkeamisilmiö<br />
aiheutuu kuivumisen aikana tapahtuvasta pigmenttipartikkelien flokkuloitumisesta ja<br />
koaguloitumisesta. Jos taas liuotin absorboituu paperin sisään liian hitaasti, voi muodostua<br />
epästabiileja mustefilmejä, jotka voivat edelleen levitä toistensa päälle. Tämän ilmiön<br />
vaikutuksesta syntyy epätasaisia värialueita. Edellä mainittuja negatiivisia vaikutuksia<br />
voidaan välttää käyttämällä useita mustekerroksia. Ylimmän kerroksen tulisi olla ohut ja<br />
silloitettu. Lisäksi ylin kerros voi sisältää pienikokoisia piioksidipartikkeleita, jotka<br />
vaikuttavat kiiltoon, optiseen densiteettiin ja värisävyyn.<br />
2.4.1 Pigmenttimusteiden valmistaminen<br />
Pigmenttidispersion täytyy olla stabiili laajalla lämpötila-alueella pitkälläkin aikavälillä.<br />
Bermel et al. /4/ ovat osoittaneet, että joidenkin pigmenttien tapauksessa<br />
pigmenttipartikkelit voivat jopa suurentua ajan kuluessa. Pigmenttidispersion<br />
valmistaminen /6/ tapahtuu yleensä kaksivaiheisena prosessina. Ensimmäisessä vaiheessa<br />
eli jauhamisen aikana pigmenttien ja veden sekoitus jauhetaan tai muuten mekaanisesti<br />
murretaan dispergointi- tai stabilointiaineen läsnäollessa. Dispergoinnin aikana<br />
pigmenttipartikkeliaggregaatit hajoavat primääripartikkeleiksi, joiden päälle<br />
dispergointiaineen molekyylit kerrostuvat. Dispergointiaineen ansiosta pigmenttipartikkelit<br />
stabiloituvat uudelleenaggregoitumista ja kerrostumista vastaan. Valmistettu<br />
pigmenttikonsentraatio laimennetaan haluttuun pitoisuuteen toisessa valmistusvaiheessa<br />
lisäämällä konsentraatin joukkoon kostuttavia aineita ja muita lisäaineita, kuten pintaaktiivisia<br />
aineita tai biosideja. Tällä menetelmällä saatujen pigmenttipartikkelien<br />
kokojakauma on välillä 100 – 400 nm.<br />
Pigmenttipartikkelien kokoa /6, 13/ pyritään pienentämään joko estämällä<br />
pigmenttikiteiden muodostuminen valmistusprosessin aikana tai käyttämällä uudenlaista<br />
pigmenttidispersion valmistustekniikkaa, joka hyödyntää jauhamisesta tuttua tekniikkaa.<br />
Prosessi jakautuu kolmeen vaiheeseen /13/, joista ensimmäisen aikana pigmenttipartikkelit
16<br />
murskataan kovien kvartsikiteiden avulla, jolloin saadaan hyvin jakaantunut pigmentti.<br />
Toisessa vaiheessa sopiva liuotin liuottaa pienimmät partikkelit ja auttaa hajonneita<br />
pigmenttejä kiteytymään uudelleen, jolloin saadaan aikaan kapeampi<br />
partikkelikokojakauma. Viimeisessä valmistusvaiheessa pigmenttidispersio erotetaan<br />
jauhatuslaitteistosta ja kuivataan.<br />
Jauhetut pigmenttipartikkelit /15, 39/ on dispergoitava ja stabiloitava, sillä ne pyrkivät<br />
aggregoitumaan uudelleen van der Waals –voimien ja pigmentin hydrofobisen luonteen<br />
vuoksi. Pahimmassa tapauksessa tästä saattaa seurata tulostimen suutinten tukkeutuminen.<br />
Pigmenttidispersio stabiloidaan vedessä muuttamalla pigmentin pinta hydrofiiliseksi.<br />
Dispergointiaineina /39/ käytetään pinta-aktiivisia polymeereja eli ne sisältävät<br />
hydrofiilisen ja hydrofobisen ryhmän. Hydrofiilinen ryhmä pystyy vuorovaikuttamaan<br />
kantofaasin ja hydrofobinen puolestaan pigmentin kanssa /55/. Hydrofiilisestä ryhmästä<br />
huolimatta dispergointiaineen liuottaminen veteen voi olla hankalaa. Tämä ongelma<br />
voidaan välttää käyttämällä kostutusaineita, jotka kuitenkin hidastavat tulostusjäljen<br />
kuivumista. Hydrofobinen osa sitoo dispergointipolymeerin pigmenttiin ja se voi olla<br />
esimerkiksi vety, substituoitu tai substituoimaton alifaattinen vetyryhmä, heteroalifaattinen<br />
hiilivetyryhmä, sokeri, sorbitaani, aromaattinen hiilivetyryhmä tai steroidi. Hydrofiilinen<br />
osa – esimerkiksi heteroatomin sisältävä etyleeniglykoli – puolestaan dispergoi pigmentin<br />
vesipohjaiseen kantofaasiin.<br />
Paras dispergointitapa /55/ valitaan käytetyn kantofaasin ja pigmenttityypin perusteella,<br />
mutta yleensä käytetään steeristä stabilointia polymeerien avulla. Dispergoinnissa voidaan<br />
käyttää yhtä tai useampaa dispergointiainetta, jotka voivat olla anionisia, kationisia tai nonionisia,<br />
mutta anioniset ja kationiset ovat <strong>inkjet</strong>-tulostuksessa suositeltavimpia. Tulosteen<br />
vedenkesto huononee huomattavasti, kun käytetään non-ionisia pinta-aktiivisia aineita.<br />
Kuitenkin nämä aineet ovat kovin herkkiä pH:n muutoksille tai ioniselle kontaminaatiolle.<br />
Stabilointiaineista tehokkaimpia ovat strukturoidut polymeerit. Yleisimpiä vesipohjaisen<br />
pigmenttidispersion stabilointiaineita ovat Na-dodekyylisulfaatti, akryyli- ja<br />
styreeliakryylipolymeerit sekä styreenit. Flokkuloitumisen estämiseksi /39/ pigmentit<br />
stabiloidaan hartsilla tai pinta-aktiivisen aineen ja hartsin seoksella. Yleisiä pinta-aktiivisia<br />
aineita ovat alkyylifenolietoksylaatit ja tyypillisiä hartseja alkaliliukoiset<br />
styreeniakryylihartsit.<br />
Sopivien väripigmentti- ja dispergointiaineiden valinnalla /54/ sekä dispergointitekniikan<br />
parantamisen avulla on jo pystytty valmistamaan kaupallisia, tulostimissa hyvin toimivia<br />
pigmenttimusteita. Stabiilin pigmenttidispersion valmistaminen vaatii usein polymeerisia<br />
pinta-aktiivisia aineita, joiden käyttö tulostimissa voi kuitenkin aiheuttaa ongelmia. Pintaaktiiviset<br />
aineet /39/ nimittäin vähentävät musteen pintajännitystä, jolloin rasteripisteiden<br />
leviäminen lisääntyy. Hartsit taas voivat hajota veteen liukenemattomiksi fragmenteiksi<br />
tulostuspäässä ja aiheuttaa toimintaongelmia tulostuspäässä sekä pigmenttidispersion<br />
flokkuloitumista ja viskositeetin muutoksia. Toisaalta hartsien käyttö parantaa<br />
tulostusjäljen hankauskestoa /15/.<br />
2.4.2 Mikroemulsiomuotoiset pigmenttivärit<br />
Mikroemulsio /2/ on termodynaamisesti stabiili dispersio, joka koostuu jatkuvasta faasista<br />
ja pisaramuotoisesta epäjatkuvasta faasista. Dispersion stabiloinnista vastaa pintaaktiivinen<br />
aine. Epäjatkuvan faasin pisarakoko on yleensä noin 100 nm tai vähemmän.<br />
Faasien välinen pintajännitys on erittäin pieni.
17<br />
Inkjet-musteissa jatkuvana faasina on useimmiten vesi ja epäjatkuvana faasina väriaine ja<br />
orgaaninen liuotin. Mikroemulsiomuotoiset pigmenttivärit ovat veteen liukenemattomia.<br />
Niissä yhdistyvät liukoisten väriaineiden ja pigmenttidispersioiden hyvät puolet. Näillä<br />
väreillä on mahdollista saavuttaa erinomaiset tulostusjäljen kesto-ominaisuudet ja lisäksi<br />
vältytään suutinten tukkeutumiselta ja värien haitalliselta leviämiseltä. Väriaine on liitetty<br />
mikroemulsion pisaroihin. Tällä ratkaisulla vähennetään värin leviämistä, koska kantofaasi<br />
haihtuu tai adsorboituu paperiin huomattavasti nopeammin kuin värimolekyyli desorboituu<br />
mikroemulsiosta tai diffundoituu toiseen mikroemulsion pisaraan. Pigmentti voidaan<br />
emulgoida veteen epäjatkuvan faasin sisältämän veteen sekoittumattoman yhdisteen avulla.<br />
Osa veteen sekoittumattomasta yhdisteestä on absorboitunut pigmentin pinnalle, jolloin<br />
väri myös stabiloituu vähentäen suutinten tukkeutumista. /22, 55/<br />
2.5 Kantofaasi<br />
Kantofaasin sopiva koostumus riippuu tulostustekniikasta. Eniten joustomahdollisuuksia<br />
on pietsosähköisissä ja jatkuvaan tekniikkaan perustuvissa tulostimissa käytettävien<br />
musteiden kantofaaseissa. Termisten tulostuspäiden moitteeton toiminta vaatii<br />
vesipohjaisen kantofaasin, jotta pisaranmuodostus tapahtuisi hallitusti lämmityselementin<br />
läheisyydessä. Pietsosähköiset tulostuspäät toimivat hyvin myös erilaisilla eivesipohjaisilla<br />
ja orgaanisilla kantofaaseilla, koska pisaranmuodostus saadaan aikaan<br />
sähköisen varauksen avulla. Yleensä toimistotulostuksessa käytetään orgaanisia liuottimia<br />
sisältävää vesipohjaista kantofaasia, joka sisältää useita lisäaineita. Teollisissa<br />
sovelluksissa käytetään liuotinpohjaista kantofaasia. Lisäksi on olemassa niin sanottuja<br />
hot-melt –musteita, jotka ovat huoneenlämmössä kiinteitä, mutta muuttuvat juokseviksi<br />
niitä lämmitettäessä. /55/<br />
Vesipohjaisten musteiden etuja ovat myrkyttömyys, palamattomuus ja<br />
ympäristöystävällisyys. Vesi on myös erinomainen kantofaasi pigmenteille ja liukoisille<br />
väriaineille. Veden hidas haihtuminen orgaanisiin liuottimiin verrattuna kuitenkin hidastaa<br />
tulostusjäljen kuivumista. Lisäksi vesipohjaisen kantofaasin imeytyminen paperiin voi<br />
aiheuttaa paperin käyristymistä ja kupruilua, mikä voidaan kuitenkin estää käyttämällä<br />
musteen joukossa sopivia lisäaineita. Musteissa käytetään myös kantofaasin haihtumista<br />
hidastavia aineita, jotta termisesti hajonneen värin saostuminen lämpöelementin pinnalle<br />
voitaisiin estää. Erityisesti poolittomat liuottimet parantavat tulostussysteemin eri<br />
komponenttien yhteensopivuutta. /55/<br />
2.5.1 Liuotin<br />
Vesipohjainen kantofaasi /36, 55/ voi sisältää yhtä tai useampaa veteen sekoittuvaa tai<br />
liukenevaa orgaanista liuotinta jopa useita kymmeniä prosentteja. Liuottimen valinta /12/<br />
riippuu sovelluksesta, vaadittavasta pintajännityksestä, viskositeetista, käytettävästä<br />
väriaineesta, tavoitellusta kuivumisajasta sekä tulostettavasta materiaalista. Värin<br />
pintajännitystason määrää pääasiassa käytetty liuotin. Lisäksi liuotin liuottaa käytetyn<br />
väriaineen ja estää musteen kuivumista tulostuspäähän. Vesipohjaisissa musteissa /22, 55/<br />
käytettäviä orgaanisia liuottimia ovat muun muassa alkoholit, ketonit, eetterit, esterit,<br />
polyhydriset alkoholit, glykolit (dioli), glyserolit (trioli), typpeä sisältävät sykliset<br />
yhdisteet, kuten 2-pyrrolidoni, sekä rikkiyhdisteet. Glykolien lisäys vähentää pisaran
18<br />
leviämistä paperilla, mutta ei sanottavasti vaikuta pisaranmuodostukseen. Liuottimen<br />
valinta voidaan tehdä liukoisuusparametrin avulla.<br />
Liukoisuusparametri määrittelee, miten hyvin jokin aine, useimmiten polymeeri, liukenee.<br />
Liukeneva aine voi kuitenkin olla myös jokin muu kiinteä tai nestemäinen aine.<br />
Polymeerien tapauksessa liukenevuus on täydellistä, kun kaikki monomeeri-monomeeri –<br />
sidokset on korvattu monomeeri-liuotin –sidoksilla. Väriaineiden tapauksessa<br />
värimolekyylien on erotuttava toisistaan. Liukenevuus on riippuvaista sekä liukenevan<br />
aineen rakenteesta että liukenevan aineen ja liuottimen välille syntyvistä<br />
vuorovaikutuksista, joista tärkeimpiä ovat sähköstaattiset vuorovaikutukset ja vetysidokset.<br />
Termodynaamisesti ilmaistuna aine liukenee, kun aineen ja liuottimen sekoituksen vapaa<br />
energia on negatiivinen, mikä merkitsee tapahtuman spontaanisuutta.<br />
Liukoisuusparametrin määritelmä on<br />
∆E<br />
d = , /1/<br />
V<br />
jossa d on aineelle ominainen liukoisuusparametri,<br />
∆E on aineen haihtumisenergia ja<br />
V on aineen moolitilavuus. /36/<br />
Aine liukenee liuottimeen, kun ainetta ja liuotinta vastaavat liukoisuusparametrit ovat<br />
keskenään samaa suuruusluokkaa. Erityyppisille molekyylien välisille voimille, kuten<br />
dispersiovoimille, polaarisille voimille ja vetysidosvoimille, voidaan määritellä erikseen<br />
omat liukoisuusparametrit. Liuotinseos saattaa liuottaa aineen, jota kumpikaan liuotin<br />
erikseen ei pysty liuottamaan. Liuotinseosten liukoisuusparametri on muotoa<br />
jossa<br />
∑<br />
xidiVi<br />
d<br />
i<br />
=<br />
x V<br />
, /2/<br />
∑<br />
i<br />
i<br />
i<br />
d on liuotinseoksen liukoisuusparametri,<br />
x i on liuottimen i moolisosuus,<br />
d i on liuottimen i liukoisuusparametri ja<br />
V i on liuottimen i moolitilavuus. /36/<br />
2.5.2 Lisäaineet<br />
Muut musteen komponentit kuin väriaine ja liuotin valitaan <strong>inkjet</strong>-musteen toiminnan<br />
kannalta sopivalla tavalla. Periaatteena on koostumuksen pitäminen yksinkertaisena.<br />
Kantofaasi sisältää useita lisäaineita kuten pinta-aktiivisia aineita, paksuntajia, johtokyvyn<br />
säätöaineita, kogaationestoaineita, korroosionestoaineita, puskuriliuoksia, apuliuottimia,<br />
kompleksinmuodostajia, sideaineita, kuivatus- ja vaahdonestoaineita sekä biosideja. /22,<br />
55/<br />
Apuliuotin tekee musteesta liukoista. Kostutusaine estää veden haihtumista ja kuivumista<br />
suuttimissa. Kogaationestoaine estää musteen palamista kuumennuspinnalle. Biosidi estää<br />
bakteerikannan kasvun, kelatointiaine estää metallisuolojen muodostumisen,<br />
kompleksimuodostajat estävät suuttimien tukkeutumista sitomalla raskasmetallisuolat<br />
kelaateiksi ja puskuriliuos kontrolloi musteen pH:ta. Pigmenteissä ja absorboimattomille<br />
pinnoille tulostettaessa käytettävät sideaineet edistävät väriaineen adheesiota tulostettavaan<br />
materiaaliin muodostamalla väriainetta suojaavan kalvon.
19<br />
Tulostuspään tukkeutumista pyritään estämään lisäliuottimen tai kostutusaineen avulla.<br />
Voimakkaasti liimattuja papereita tulostettaessa voidaan käyttää ainetta, joka edistää<br />
kantofaasin tunkeutumista tulostettavaan materiaaliin. Päällystämätöntä paperia<br />
käytettäessä tulostusjäljen laatua voidaan puolestaan parantaa käyttämällä musteen seassa<br />
geeliytyviä polymeerejä. Nämä polymeerit jähmettyvät tiettyjen yhdisteiden kanssa<br />
reagoidessaan, jolloin värin leviäminen paperin pinnalla vähenee ja tulostusjäljen tarkkuus<br />
paranee. Paperi voidaan myös esikäsitellä sillä tavalla, että sen pinnalle lisätään<br />
geeliaineita sisältävä vesipohjainen liuos. Tämä liuos muodostaa geelin tulostusjäljen<br />
pinnalle reagoidessaan musteessa olevien yhdisteiden kanssa. Geeliaineita ovat esimerkiksi<br />
guarkumi tai CMC. Tulostuspäiden suuttimien tukkeutumista pyritään estämään<br />
käyttämällä musteen joukossa polymeeriyhdistettä, joka saa aikaan nopean aggregaation<br />
joutuessaan kontaktiin liukenemattomaksi tekevän aineen kanssa. Tulostuksessa<br />
käytettävien nesteiden sisältämät komponentit reagoivat vasta tulostusalustan pinnalla,<br />
jolloin kiinnittävien nesteiden yhteydessä esiintyvät tukkeutumisongelmat poistuvat.<br />
Lisäksi väriaine kiinnittyy paremmin ja värien leviäminen sekä sekoittuminen vähenevät.<br />
/55/<br />
Pinta-aktiiviset aineet /16, 17, 22, 55/ sisältävät hydrofiilisen ja hydrofobisen osan. Pintaaktiivisella<br />
aineella on taipumus adsorboida kahden faasin rajapinnalla. Absorptiota<br />
avustavana voimana /16/ toimii pinta-aktiivisen aineen kyky vähentää faasien välisen<br />
rajapinnan vapaata energiaa. Kun kahtena rajapintafaasina on vesi ja ilma, vapaan energian<br />
sijaan puhutaan nesteen pintajännityksestä. Kun rajapinta on peittynyt pinta-aktiivisen<br />
aineen molekyyleillä, nesteen pintajännitys laskee. Mitä tiheämmin molekyylit ovat<br />
pakkautuneet, sitä enemmän pintajännitys laskee. Pinta-aktiiviset aineet aiheuttavat nesteen<br />
joukkoon lisättyinä nesteen vaahtoamista.<br />
Musteen joukkoon lisättynä pinta-aktiiviset aineet nopeuttavat tulostusalustan pinnan<br />
kastumista ja musteen penetraatiota paperin sisään. Samalla kuitenkin pisaran leviäminen<br />
paperilla kasvaa pintajännityksen vähenemisen takia. Pinta-aktiivisia aineita käytetään<br />
myös pigmenttiväriaineiden dispergointiin ja värien funktionaalisten ryhmien<br />
modifiointiin. Termistä mustesuihkutulostusta varten on patentoitu muste, jolla on alhainen<br />
pintajännitys, mutta vähäinen musteen leviämistaipumus. Tämän musteen pinta-aktiivisen<br />
aineen hydrofiilinen pää adsorboituu paperiin ja hydrofobinen häntä jää osoittamaan<br />
paperista ulospäin. Reaktion seurauksena musteen adsorptio helpottuu ja sivuttainen<br />
leviäminen vähenee, koska tulostetun musteen pintajännitys alenee. Jos pinta-aktiivinen<br />
aine ja tulostettava pinta ovat vastakkaisesti varattuja, adsorptio on erittäin voimakasta.<br />
Tämä on mahdollista myös silloin kun pinta-aktiivinen aine ja tulostettava pinta ovat<br />
samanmerkkisesti varattuja. Jälkimmäisessä tapauksessa adsorptio voi olla myös<br />
olematonta. /17, 22, 55/
21<br />
3 PAPERIN JA MUSTEEN VÄLISET<br />
VUOROVAIKUTUKSET<br />
Inkjet-tulostuksessa lopputulokseen vaikuttaa keskeisesti kolme tekijää − muste,<br />
tulostinpää ja tulostusalusta − sekä näiden tekijöiden väliset vuorovaikutukset. Erityisesti<br />
musteen ja paperin väliset vuorovaikutukset vaikuttavat kuvan laatuun ja kestoominaisuuksiin,<br />
värien laatuun, kuivumisaikaan, paperin käyristymiseen ja kupristumiseen<br />
sekä erityisesti väriaineen adsorptioasteeseen. Väriaineet, joilla ei ole luontaista<br />
yhdistymistaipumusta paperin selluloosamolekyylien kanssa, kuten pigmenttipartikkelit,<br />
kiinnittyvät sideaineen avulla paperin pintaan. /24/<br />
Inkjet-paperin ominaisuuksilla vaikutetaan musteen asettumiseen ja kuivumiseen. Paperin<br />
päällysteen tarkoituksena on sitoa väriaine paperin pinnalle valon- ja vedenkestävästi.<br />
Lisäksi päällysteen tai pohjapaperin pitää kyetä varastoimaan myös musteen liuotin<br />
rakenteeseensa tai komponentteihinsa. Inkjet-tulostukseen tarkoitetuissa erikoispapereissa<br />
päällyste on usein kerrosrakenteinen: pintakerros sitoo väriaineen ja alempi kerros absorboi<br />
veden.<br />
3.1 Kemialliset vuorovaikutukset<br />
Paperi ja väriaine voivat kiinnittyä toisiinsa monin eri tavoin /24/: kovalenttisidoksen,<br />
sähköstaattisen voiman, π-π –vuorovaikutuksen, vetysidoksen, hydrofobisen voiman tai<br />
van der Waals –voimien avulla. Näistä voimista kovalenttisidos /46/ on primäärisidos eli<br />
sidos, joka liittää atomit yhteen molekyyleissä. Loput ovat sekundäärisiä sidosvoimia eli<br />
molekyylien välisiä voimia.<br />
Kovalenttisidos /24/ on vuoro<strong>vaikutus</strong>tavoista voimakkain. Tämä sidostyyppi voi esiintyä<br />
esimerkiksi puuvillakuidun ja väriaineen välisessä kemiallisessa reaktiossa, mutta<br />
kuitenkin vain reaktiivisilla väriaineilla. Väriaineen elektrofiilinen ryhmä reagoi<br />
irreversiibelisti paperin nukleofiilisen ryhmän kanssa, jolloin syntyy erityisen kestävä<br />
sidos. Reaktion tapahtuminen vaatii yleensä lämpö- tai pH-käsittelyn.<br />
Sähköstaattinen vuoro<strong>vaikutus</strong> eli ionisidos syntyy, kun väriaineen anioniset ryhmät, kuten<br />
SO - 3 , COO - ja PO 2- 3 , yhtyvät paperin kationisten ryhmien kanssa, joita ovat muun muassa<br />
Ti 4+ , Al 3+ Ca 2+ ja NR 4+ . Näiden vastakkaisesti varautuneiden ionien välille muodostuu<br />
kaksoiskerros. Väriaine ja paperi toimivat sähkönvaraajina ja adheesio on<br />
kaksoiskerroksen yli vaikuttava puoleensavetävä voima. Syntyvä vuoro<strong>vaikutus</strong> on vahva<br />
ja samalla värimolekyylit eivät enää liiku vapaasti, jolloin saavutetaan hyvä kuvanlaatu.<br />
/23, 24/<br />
π-π –vuorovaikutuksia esiintyy kahden väriainemolekyylin välillä, jolloin voi tapahtua<br />
aggregoitumista tai kiteytymistä. Suhteellisen vahvoja π-π –vuorovaikutuksia syntyy, kun<br />
paperi sisältää aromaattisia ryhmiä, jotka pystyvät muodostamaan sidoksia väriaineiden<br />
kanssa. /23, 24/<br />
Kun vetyatomi on sitoutuneena kovalenttisidoksella elektronegatiiviseen atomiin /43/,<br />
vetyatomilla voi olla vuoro<strong>vaikutus</strong>ta myös toisen elektronegatiivisen atomin kanssa. Tätä<br />
vuoro<strong>vaikutus</strong>ta kutsutaan vetysidokseksi. Vetysidoksen elektronegatiivinen atomi voi olla<br />
joko samassa tai eri molekyylissä. Helposti vetysiltoja muodostavia molekyylejä ovat
22<br />
happipitoiset hydroksyyli (-OH) ja karboksyylihapporyhmät (-COOH). Vetysidos /24/ on<br />
suhteellisen heikko sidos, mutta se on kuitenkin tärkein vuoro<strong>vaikutus</strong> paperin ja<br />
väriaineen välillä. Jos käytetään suurimolekyylisiä väriaineita /22/, kuten suoravärejä,<br />
vetysidoksia saattaa muodostua niin runsaasti, että syntyy luja sidos. Lisäksi selluloosan<br />
OH-ryhmien ja väriaineiden aromaattisten ryhmien π-elektronipilvien välille saattaa<br />
muodostua vetysidoksen kaltaisia vuorovaikutuksia, joita kutsutaan T-sidoksiksi.<br />
Van der Waals –voimat /23, 24/ ovat merkityksellisiä ainoastaan silloin, kun<br />
vuorovaikuttavat ryhmät ovat lähellä toisiaan. Tämä edellyttää, että esimerkiksi vesi ei<br />
muodosta eristäviä kerroksia värin ja paperin välille. Kun paperi ja anioninen väriaine ovat<br />
kaukana toisistaan, niiden välillä vaikuttaa heikko repulsiovoima, mutta väriaineen<br />
absorboiduttua paperiin attraktiivinen vuoro<strong>vaikutus</strong>voima kasvaa. Van der Waals –voimat<br />
voidaan jakaa /46/ dipoli-, induktio- ja dispersiovoimiin. Kun eri atomeilla molekyylissä<br />
on yhtä suuret vastakkaismerkkiset sähkövaraukset, molekyyliä kutsutaan polaariseksi.<br />
Pienillä molekyylien välisillä etäisyyksillä varaukset aikaansaavat vetovoimia molekyylien<br />
välille, jolloin syntyy dipoleita.<br />
Dipoli-dipoli –vuorovaikutukset /23, 24/ ovat suhteellisen heikkoja ja ne aiheutuvat<br />
indusoidusta polaarisuudesta eri ryhmien välillä. Dipolivoimien suuruus /46/ riippuu<br />
lämpötilasta, koska lämpöliike pyrkii sekoittamaan molekyylien keskinäistä<br />
orientoitumista. Induktiovoima syntyy, kun polaarinen molekyyli indusoi dipoleja<br />
vieraisiin molekyyleihin, joilla itsellään ei ole kestäviä dipoleja. Myös poolittomissa<br />
aineissa on olemassa molekyylien välisiä voimia, joita kutsutaan dispersiovoimiksi. Nämä<br />
voimat syntyvät, kun jatkuvasti oskilloivat dipolimomentit aiheuttavat elektronien ja<br />
ytimien hetkellisten asemien muutoksia.<br />
Hydrofobisia voimia esiintyy liuotinpohjaisilla väriainesysteemeillä, jotka sisältävät<br />
hydrofobisia ryhmiä, kuten alkyyliketjuja. Nämä ryhmät reagoivat paperissa olevien<br />
samanlaisten hydrofobisten ryhmien kanssa, mikä on toivottavaa, kun väriaine on<br />
alunperin ollut vesipohjaista. Hydrofobiset vuorovaikutukset koostuvat osin vetysidoksista<br />
ja osin van der Waals –voimista. /23, 24/<br />
Kaikki edellä mainitut vuoro<strong>vaikutus</strong>voimat ovat läsnä tekstiileille tulostettaessa.<br />
Väriaineen ja päällystämättömän paperin välillä vaikuttavat pääasiassa vetysidokset ja van<br />
der Waals-voimat, jotka ovat suhteellisen heikkoja voimia. Päällystämätön paperi koostuu<br />
pääasiassa selluloosasta, jonka kanssa väriaine reagoi joutuessaan paperin pinnalle.<br />
Päällystetyn paperin ja väriaineen välisessä vuorovaikutuksessa myös sähköstaattiset<br />
voimat ovat tärkeitä, jolloin vuoro<strong>vaikutus</strong>voimat ovat selvästi suurempia kuin<br />
päällystämättömän paperin tapauksessa. Sähköstaattiset voimat ovat seurausta tässä<br />
tapauksessa anionisen väriaineen ja päällysteen joukossa olevan polymeerin tai<br />
epäorgaanisen oksidin välisistä vuorovaikutuksista. Näitä oksideja ovat muun muassa<br />
alumiini, pii, talkki sekä kalsiumkarbonaatti. Polymeereja ovat esimerkiksi<br />
polyvinyylipyrrolidoni (PVP) ja polyvinyylialkoholi (PVA). /24/<br />
3.2 Mustepisaran asettuminen paperiin<br />
Kun muste on tulostettu paperin pinnalle, musteen täytyy kuivua eli muuttua<br />
mahdollisimman nopeasti nestefaasista kiinteään faasiin. Mustepisaroiden asettuminen ja<br />
kuivuminen /37/ perustuu toisaalta nesteen tunkeutumiseen ja leviämiseen paperilla sekä<br />
toisaalta nesteen haihtumiseen leviävästä pisarasta. Musteen kuivumismekanismi /52/<br />
voidaan jakaa kahteen osaan: fysikaaliseen ja kemialliseen. Kemiallisia
23<br />
kuivumismekanismeja ovat hapettumis-polymeraatiokuivuminen ja säteilykuivuminen.<br />
Fysikaalisia kuivumismekanismeja ovat puolestaan absorptio- ja haihtumiskuivuminen.<br />
Hapettumis-polymeraatiokuivuminen /52/ on kemiallista kuivumista, jonka aikana<br />
kuivuvat öljyt muodostavat kovan pinnan. Itse prosessi on monimutkainen, mutta sisältää<br />
periaatteessa normaalit polymeraation vaiheet. Lisäksi prosessissa on mukana ilmakehässä<br />
olevaa happea. Myös paperin ja väriaineen välille muodostuvat sidokset ovat kemiallista<br />
kuivumista. Säteilykuivumista saavat aikaan mikroaallot, UV-aallot, infrapuna-aallot ja<br />
elektronisuihku. Säteily luovuttaa fotonin, joka kasvattaa mustekerroksen sisäistä energiaa.<br />
Tämän seurauksena osa kemiallisista sidoksista hajoaa ja saa aikaan kemiallisia reaktioita.<br />
Säteilykuivumisen <strong>vaikutus</strong> riippuu musteen absorptiokyvystä ja säteilyn fotonien<br />
energiasta. Seuraavissa luvuissa käsitellään tarkemmin fysikaalisia kuivumismekanismeja.<br />
3.2.1 Penetraatio eli absorptiokuivuminen<br />
Inkjet-tulostuksessa tavallisin tulostusjäljen kuivatustapa on antaa musteen penetroitua<br />
itsekseen paperin sisään /7/. Muista kuivumismekanismeista poiketen penetraatio ei<br />
edellytä nesteen muuttumista toiseen olomuotoon /5/. Penetraatio on absorptiokuivumista<br />
/7/ eli mustepisaroille annetaan riittävästi aikaa, jotta ne voivat imeytyä paperin sisään<br />
ennen kuin tuloste joutuu kontaktiin jonkun materiaalin kanssa. Kaiken kosteuden ei<br />
kuitenkaan tarvitse poistua paperista. Paperissa on kapillaareja sekä paperin tasossa että<br />
sen paksuuden suunnassa /37/. Eri suunnissa olevat kapillaarit tavallaan kilpailevat<br />
väripisarasta. Jotta tunkeutuminen tapahtuisi pisaran alle, kapillaarien täytyy olla pääosin<br />
suuntautuneina paperin paksuussuuntaan. Penetraation aikana tapahtuu mustepisaroiden<br />
kapillaariliikettä paperin huokosiin ja nesteen absorptiota paperin kuituihin /7/. Paperin<br />
kuitujen turpoaminen voi aiheuttaa ongelmia penetraatioon, mikä saa aikaan paperin<br />
kupruilua ja vääntymistä. Lisäksi mustepisarat saattavat levitä paperin pinnan huokosiin<br />
sekä koloihin ja aiheuttaa tulostusjäljen leviämistä.<br />
Penetraatio ei riipu ainoastaan materiaalin laadusta tai sen kastumisesta /7/, vaan myös<br />
nestepisaroiden koosta ja huokoisen materiaalin paksuudesta. Lisäksi penetraatioon<br />
vaikuttavat musteen viskositeetti, pintajännitys, paperin karheus ja paperin kuitujen<br />
ominaisuudet. Nesteen viskositeetti ja pintajännitys määritellään Lucas-Washburnin<br />
yhtälön /32, 34/ avulla (kaava 3), joka kuvaa nesteen penetroitumista kapillaariin.<br />
2<br />
2 t(2rγ<br />
cosθ<br />
+ Pe<br />
r )<br />
l = , /3/<br />
4η<br />
jossa l on nesteen penetraatiosyvyys huokoiseen aineeseen (m),<br />
t on penetroitumiseen kulunut aika (s),<br />
r on kapillaariin penetroituvan nesteen säde (m),<br />
γ on nesteen pintajännitys (N/m),<br />
θ on nesteen ja pinnan välinen kosketuskulma,<br />
P e on penetraatioon vaikuttava ulkoinen paine (Pa) ja<br />
η on nesteen viskositeetti (Pa s).<br />
Lucas-Washburnin yhtälön mukaan penetraatiosyvyys on verrannollinen penetraatioajan<br />
neliöjuureen ja nesteen pintajännityksen neliöjuureen. Lisäksi penetraatiosyvyys on<br />
kääntäen verrannollinen nesteen viskositeettiin. /32/<br />
Jos materiaali, johon neste penetroituu, ei ole absorboiva, kastuminen tapahtuu pinnalla,<br />
mutta absorboivan materiaalin, kuten paperin, tapauksessa kastuminen tapahtuu
24<br />
penetraationa kapillaareihin. Muste penetroituu nopeammin pintaliimaamattomaan ja<br />
päällystämättömään paperiin kuin pintaliimattuun ja päällystettyyn paperiin. Myös<br />
musteen pieni pintajännitys ja pinta-aktiiviset aineet edistävät musteen penetraatiota. /7,<br />
29, 30, 43/<br />
Neste penetroituu spontaanisti /29, 30, 43/ huokoiseen aineeseen, kun nesteen muodostama<br />
kosketuskulma kiinteän materiaalin kanssa on pienempi kuin 90 o . Kun neste kohtaa<br />
kapillaarin materiaalin sisällä, nesteen täytyy muodostaa sopiva kosketuskulma kiinteän<br />
seinän kanssa. Jos nesteen ja kiinteän aineen välinen kosketuskulma on yli 90 o , neste pyrkii<br />
vastustamaan penetraatiota kapillaarin sisään. Paperin pinta ei ole ideaalisen tasainen, vaan<br />
se muodostuu satunnaisesti vaihtelevista korkeista ja matalista kohdista. Tällöin nesteen<br />
kosketuskulmaa on vaikea määrittää, koska todellinen ja havaittu kosketuskulma eroavat<br />
toisistaan /Kuva 14/. Todellinen kosketuskulma /30/ on paperin tangentin ja juuri<br />
kyseisessä pisteessä olevan neste-paperi –rajapinnan tangentin välinen kulma. Havaittu<br />
kosketuskulma /30/ puolestaan on neste-paperi –rajapinnan tangentin ja vaakasuuntaisen<br />
tason välinen kulma. Tämän kosketuskulmien eron vuoksi on vaikeaa ennustaa<br />
mustepisaran penetraatiokäyttäytymistä paperin pinnalla, koska tietyn paperin ja tietyn<br />
musteen välinen todellinen kosketuskulma vaihtelee sen mukaan, mihin kohtaan paperia<br />
mustepisara on pudotettu.<br />
Ilma<br />
Ilma<br />
Kulma<br />
Neste<br />
Kulma<br />
Neste<br />
Karhea kiinteä aine<br />
Karhea kiinteä aine<br />
Todellinen kosketuskulma<br />
Havaittu kosketuskulma<br />
Kuva 14 Todellinen ja havaittu kosketuskulma /30/<br />
Paperin ja <strong>inkjet</strong>-musteen tapauksessa hyvin pienen nestepisaran täytyy penetroitua hyvin<br />
ohueeseen huokoiseen materiaaliin. Tällaiselle pisaralle kontaktikulman klassinen malli ei<br />
enää toimi. Pienten pisaroiden muodostamassa systeemissä on ylimääräinen penetraatiota<br />
edistävä voima, joka aiheutuu kohonneesta paineesta hyvin pienen pisaran sisällä. Tämä<br />
voima riippuu pisaran säteestä ja sen saa aikaan energia, jota varastoituu pisaran sisään,<br />
kun pienen pisaran pinta syntyy. Tämä voima on riittävän suuri, jotta penetraatiota olisi<br />
mahdollista tapahtua 90 o suuremmilla kosketuskulmilla. Kuitenkin penetraatio on<br />
enemmän riippuvainen pisaran koosta kuin tästä ylimääräisestä voimasta. /29/<br />
Neste penetroituu paremmin kiinteään aineeseen kuin ympäröivään ilmaan. Paperi on<br />
hyvin ohut huokoinen materiaali /29, 32/, jolloin neste altistuu ennen pitkää uudelleen<br />
ympäröivälle ilmalle paperin pinnassa olevien huokosten kautta. Tämän ilmiön <strong>vaikutus</strong><br />
kasvaa, kun paperi tulee ohuemmaksi. Kaikki muste ei tällöin ehdi penetroitua paperin<br />
sisään, vaan paperin pinnan yläpuolella oleva pisaran osa altistuu paperin sisällä olevalle<br />
ilmalle, jolloin nesteen ja kiinteän aineen välinen kontakti jää hyvin pieneksi. Lisäksi<br />
nesteellä on taipumus penetroitua ensin suuriin huokosiin, minkä jälkeen se siirtyy<br />
pienempiin huokosiin. Kapillaari-imua /37/ pyritään nopeuttamaan pienentämällä<br />
kapillaarien kokoa, koska penetroituminen pieniin kapillaareihin tapahtuu nopeammin kuin<br />
suuriin, kunhan suureet huokoset ovat ensin täyttyneet. Pieniä kapillaareja tulisikin olla<br />
enemmän kuin suuria kapillaareja, jotta riittävä mustemäärä tunkeutuisi paperin sisään.
3.2.2 Kuivuminen haihtumalla<br />
25<br />
Haihtumiskuivumista tapahtuu, kun nesteen pinnan molekyylit siirtyvät ilmaan nesteen<br />
pinnan läheisyydessä. Tämä mekanismi on riippuvainen nesteen sisällä olevien<br />
molekyylien energiasta sekä nesteen pinnan vapaasta energiasta. Nesteen sisällä molekyylit<br />
vetävät toisiaan puoleensa kaikista suunnista. Nesteen pinnalla nesteen sisälle suuntautuvat<br />
voimat ovat suurimmillaan, koska nesteen ulkopuolella on suhteellisen vähän<br />
höyrymolekyylejä. Karatakseen nesteen pinnasta molekyylin on voitettava nämä voimat,<br />
mikä onnistuu ottamalla vastaan energiaa. /52/<br />
Käytännössä kuivuminen haihtumalla /7, 8, 52/ tapahtuu liuotinkomponenttien<br />
haihtumisena eli musteen kosteus haihtuu ympäröivään ilmaan. Lisäksi haihtumista<br />
tapahtuu, vaikka muste olisikin jo täysin kosketuksen kestävää /8/. Musteet eivät haihdu<br />
tyhjiössä, mutta joutuessaan kontaktiin ilman kanssa eri komponentit alkavat haihtua.<br />
Mustekerros ei voi kuivua pelkän haihtumisen avulla /7/, koska aina haihtumisenkin aikana<br />
tapahtuu nesteen penetraatiota huokoisen materiaalin eli paperin sisään. Haihtumisen<br />
nopeuteen /37/ vaikuttavat nestefaasin haihtuvuus, haihtuvan nesteen höyrynpaineen ja<br />
kyllästyneen höyrynpaineen välinen ero sekä haihtuvan nesteen diffuusionopeus paperin<br />
sisältä pinnalle.<br />
Juuri musteen kuivuminen rajoittaa tulostusnopeutta /37/ erityisesti käytettäessä<br />
vesipohjaisia liukoisia musteita. Tulostimen optimaalisen toimivuuden kannalta <strong>inkjet</strong>musteiden<br />
olisi kuivuttava nopeasti paperilla, mutta toisaalta ne eivät saisi kuivua<br />
suuttimiin. Mustepisaroiden pienestä koosta ja siten pienten nestemäärien vuoksi <strong>inkjet</strong>musteiden<br />
kuivauksessa ei yleensä tarvita ulkoista energiaa. Inkjet-musteen viskositeetti ja<br />
pintajännitys /22/, sekä siitä riippuvat ominaisuudet, kuten kosketuskulma, kastuminen ja<br />
leviäminen vaikuttavat ratkaisevasti kuivumisnopeuteen. Nämä ominaisuudet yhdessä<br />
paperin pintakemiallisten ominaisuuksien ja absorboivuuden kanssa ratkaisevat sen, kuinka<br />
pian väri kuivuu tahraamattomaksi tai kuinka pian peräkkäin tulostetut värit lakkaavat<br />
sekoittumasta toisiinsa. Liuottimien ja väriaineen luonne sekä käytetyt lisäaineet musteessa<br />
ja paperissa vaikuttavat muodostuvan tulostusjäljen laatuun.<br />
Musteen kuivumista hidastavat mustekoostumuksessa käytetyt heikosti haihtuvat<br />
liuottimet, joiden tehtävänä on estää musteen kuivuminen suuttimiin. Stockkamp on<br />
todennut, että vielä kahden tunnin kuluttua tulostuksesta <strong>inkjet</strong>-mustekerros ei ole täysin<br />
kuiva, vaikka mustekerroksen päällä olisikin ohut suojaava kerros, joka vähentää<br />
tulostusjäljen tahraavuutta. Kymmenessä minuutissa liuottimesta ehtii haihtua vain noin 20<br />
%. Tämän vuoksi on tärkeää, että tulostettava paperi pystyy imemään sisäänsä suuria<br />
määriä vettä sekä liuotinta, jotta värikerros vaikuttaisi tarpeeksi kuivalta heti tulostuksen<br />
jälkeen. /50/<br />
Musteen kuivumisaikaa pyritään pienentämään penetranttien avulla /18/, jotka nopeuttavat<br />
musteen penetraatiota. Samalla myös musteen viskositeettia pyritään kasvattamaan, jotta<br />
musteen leviäminen vähenisi. Toinen keino kuivumisen parantamiseksi on käyttää paperin<br />
pinnalla hygroskooppisia sideaineita /50/, jotka absorboivat vettä ja liuotinta hyvin. Nämä<br />
sideaineet kuitenkin absorboivat myös ympäröivän ilman kosteutta, mikä saattaa aiheuttaa<br />
musteen leviämistä. Myös valokuvatulostuspapereiden käyttäminen nopeuttaa<br />
tulostusjäljen muuttumista näennäisen kuivaksi, koska muste imeytyy paperin pinnan<br />
alempiin kerroksiin.
3.2.3 Paperin ja väriaineen <strong>vaikutus</strong> asettumiseen<br />
26<br />
Kuvassa 15 on esitetty vesipohjaisen liukoisen <strong>inkjet</strong>-mustepisaran käyttäytyminen<br />
päällystämättömän paperin pinnalla. Osuessaan paperin pintaan pisara alkaa levitä paperin<br />
kuituja pitkin ja penetroitua paperin sisään. Pisarasta myös haihtuu hiukan vettä.<br />
Leviämisen ja penetraation vuoksi tulostusjäljen densiteetti ja pisteresoluutio huononevat.<br />
Pisaran käyttäytymistä paperin pinnalla pystytään paremmin kontrolloimaan päällystämällä<br />
paperi vettä vastaanottavalla kerroksella. /24, 26/<br />
- Kastumisen<br />
viivästyminen<br />
- Haihtuminen<br />
- Kastuminen<br />
- Penetraatio<br />
- Haihtuminen<br />
Kuiva<br />
Kuva 15 Vesipohjaisen <strong>inkjet</strong>-mustepisaran kuivumismekanismi päällystämättömän paperin<br />
pinnalla /26/<br />
Päällystetylle paperille tulostettaessa on tärkeää valita sellainen päällystepasta, jonka<br />
ominaisuudet sopivat hyvin yhteen musteen ominaisuuksien kanssa, jotta saataisiin aikaan<br />
kestävä ja hyvälaatuinen tulostusjälki. Muste on tässä suhteessa joustavampi, koska sen<br />
kemiallista koostumusta on helpompi muuttaa päällystekerroksen kanssa yhteensopivaksi.<br />
Musteen täytyy absorboitua nopeasti päällysteeseen, jotta kuivumisaika säilyisi lyhyenä.<br />
Väriaineen diffuusion tulostusalustaan täytyy myös olla tarkoin kontrolloitua ja lisäksi<br />
päällystekerroksen täytyy säilyttää alkuperäiset pintaominaisuutensa. Koska väriaine ei<br />
pääse leviämään paperin pinnassa ja sisällä, mustepisara jää näkyväksi lähelle<br />
päällystekerroksen pintaa. Liukoisten musteiden tapauksessa musteen asettumista<br />
kontrolloidaan muuttamalla päällysteen huokoisuutta /19, 24, 29/.<br />
Kuvassa 16 on esitetty mustepisaran asettumista erilaisiin papereihin. Tavalliselle paperille<br />
tulostettaessa mustepisara pääsee leviämään kaikkiin suuntiin, mikä aiheuttaa tulostusjäljen<br />
resoluution huononemista ja eri värien rajapintojen sekoittumista toisiinsa. Päällystetyn<br />
paperin päällystekerros estää mustepisaran leviämistä paperin pinnalla ja paperin sisään,<br />
jolloin mustepisaran asettuminen nopeutuu ja tulostusjäljen resoluutio paranee. Kestoominaisuudet<br />
eivät kuitenkaan parane, koska suurin osa mustepisarasta jää lähelle paperin<br />
pintaa, jolloin väriaine on alttiimpi valon, veden ja hankauksen vaikutuksille. Inkjetvalokuvatulostuspapereissa<br />
väriaine diffundoituu syvemmälle päällysteen sisään, jolloin<br />
valonkesto-ominaisuudet paranevat, koska päällysteen uloin kerros suojelee väriainetta.<br />
Väriaineet siis kiinnittyvät paperin uloimpaan kerrokseen kun taas alemmat kerrokset<br />
vastaavat musteen muiden komponenttien absorboitumisesta. Väriaineet absorboituvat<br />
päällysteessä olevien alumiini- tai piipartikkelien muodostamiin mikrokapillaareihin.<br />
Valokuvatulostuspaperille tulostettaessa tulostusjälki on lähes välittömästi tulostuksen<br />
jälkeen kuivaa, koska paperin uloin kerros absorboi mustetta nopeasti. /24, 29/
27<br />
Tavallinen paperi<br />
Mustepisara<br />
Päällystämätön<br />
paperi<br />
Päällystetty paperi<br />
Mustepisara<br />
-päällystekerros<br />
-pohjapaperi<br />
Inkjet-valokuvatulostuspaperi<br />
Mustepisara<br />
-pintakerros<br />
-polymeerikerros<br />
-pohjapaperi<br />
Kuva 16 Musteen absorptio tavalliseen paperiin, päällystettyyn paperiin ja<br />
valokuvatulostuspaperiin /26/<br />
Liukoisen musteen taipumus penetroitua ja absorboitua paperiin on seurausta siitä, että<br />
värimolekyylit ovat liuenneena muiden komponenttien joukkoon. Pigmenttipartikkelit<br />
puolestaan ovat dispergoituneina, jolloin ne jäävät paperin pinnalle, vaikka muu osa<br />
musteesta penetroituukin paperin sisään. Kuvassa 17 on vertailtu liukoisen musteen ja<br />
pigmenttimusteen käyttäytymistä paperin pinnalla. /27/
28<br />
Kuva 17 Liukoisen musteen ja pigmenttimusteen käyttäytyminen paperin pinnalla /26/<br />
Sekä liukoisia musteita että pigmenttimusteita käytettäessä liuotin penetroituu<br />
huokoskapillaareihin. Liukoisten musteiden yhteydessä väriaine asettuu sähköstaattisten<br />
vuoro<strong>vaikutus</strong>ten välityksellä paikalleen. Pigmenttivärien yhteydessä puolestaan<br />
muodostuu suodoskakku /18, 19/ eli pigmentti saostuu paperin pinnalle.
29<br />
4 INKJET-MUSTEIDEN KESTO-OMINAISUUDET<br />
Kun <strong>inkjet</strong>-kuva on tulostettu, se jää kuivuessaan alttiiksi ympäröivälle ilmalle, valolle,<br />
vedelle ja muille ympäristön tekijöille /53/, jotka vaikuttavat kuvan ominaisuuksiin,<br />
erityisesti värillisyyteen ja kesto-ominaisuuksiin. Suuri haaste <strong>inkjet</strong>-musteiden<br />
kehittämisessä onkin tulostusjäljen kesto-ominaisuuksien parantaminen<br />
värillisyysominaisuuksista tinkimättä. Tähän haasteeseen pyritään vastaamaan valitsemalla<br />
sopiva väriainetyyppi. Tutkimuksissa panostetaan tällä hetkellä erityisesti väriaineiden<br />
veden- ja valonkeston parantamiseen. Tutkimustarve on syntynyt erityisesti siitä, että<br />
<strong>inkjet</strong>-tulostimia käytetään entistä enemmän valokuvien tulostukseen. Kuluttajat haluavat<br />
tulostusjäljeltä samoja kestävyysominaisuuksia kuin valokuvilta. Pigmenttivärien valon- ja<br />
vedenkesto-ominaisuudet ovat riittävällä tasolla ja liukoisten väriaineiden kestävyyttä<br />
voidaan parantaa väriaineita modifioimalla. Kehityksen yhtenä tavoitteena on saada aikaan<br />
värisarjoja, joissa eri väriaineiden valonkestot ovat suunnilleen samanlaisia, jotta eri värien<br />
haalistuminen tapahtuisi samalla nopeudella, jolloin kuvan sävyn muuttuminen on<br />
hyväksyttävämpää. Muita <strong>inkjet</strong>-musteiden kesto-ominaisuuksia, joita on kehitettävä, ovat<br />
hankauskesto ja otsoninkesto.<br />
4.1 Valonkesto<br />
Musteet, kuten muutkin materiaalit, voivat absorboida fotoneita /24/, mikä suorasti tai<br />
epäsuorasti voi johtaa musteen värin haalistumiseen. Huonon valonkeston vuoksi /33/<br />
<strong>inkjet</strong>-tulosteiden käyttö ulkona ja muutenkin laajassa mittakaavassa on ollut rajoitettua.<br />
Valohajoaminen on seurausta UV-säteilyn, näkyvän valon sekä hapettumisen<br />
vaikutuksesta. Ei ole kuitenkaan olemassa yleispätevää mekanismia /49/, jonka avulla<br />
voitaisiin yksiselitteisesti kuvata väriaineiden valohajoamista ja värien haalistumista.<br />
Haalistuminen nimittäin riippuu monista eri tekijöistä, kuten lämpötilasta, kosteudesta,<br />
ilman kaasukomponenteista ja valohajoamisreaktioiden vesiliukoisista tuotteista, sekä<br />
niiden keskinäisistä vuorovaikutuksista. Lisäksi valohajoamiseen vaikuttavat /12/ paperin<br />
mustetta vastaanottava kerros, muste ja sen komponentit, tulostusjäljen laatu sekä valo,<br />
jolle mustekerros altistuu. Stabiileimmat väriaineet hajoavat lähinnä UV-valon<br />
vaikutuksesta /55/ kun taas epästabiileimmat väriaineet jo näkyvän valonkin vaikutuksesta.<br />
Magentat pigmentit ja liukoiset väriaineet ovat herkimpiä valon vaikutuksille /33/.<br />
Valon absorptio voi kasvattaa joidenkin yhdisteiden sisäistä energiaa ja aiheuttaa<br />
kemiallisia reaktioita. Nämä reaktiot saavat aikaan uusien kromoforien muodostumista tai<br />
jo olemassa olevien kromoforien tuhoutumista. Molekyylin energian kasvua saadaan<br />
aikaan valon lisäksi termisesti lämmön avulla, kemiallisesti käyttämällä kemiallisia<br />
reagentteja tai kemimekaanisesti esimerkiksi jauhamalla. /49/<br />
4.1.1 Valohajoamisreaktiot<br />
Valohajoaminen /12/ on monimutkainen prosessi ja se riippuu useista muistakin tekijöistä<br />
kuin valon aallonpituudesta. Valohajoamista tapahtuu kemiallisten reaktioiden kautta /31/,<br />
jotka hajottavat kromoforin elementtejä. Haalistumismekanismi riippuu musteen
30<br />
kemiallisesta ympäristöstä: paperista, musteen komponenteista ja ympäristötekijöistä.<br />
Samoissa olosuhteissa liukoiset väriaineet hajoavat nopeammin kuin pigmentit. Sama<br />
väriaine voi haalistua useidenkin erilaisten reaktioiden kautta /56/. Usein yhden<br />
mekanismin vaikutuksen hillitseminen saattaa kiihdyttää muita hajoamisreaktioita.<br />
Fotolyysi<br />
Fotolyysi eli valohajoaminen on reaktio, jonka aikana väriaineen absorboima fotoni<br />
aiheuttaa kemiallisen sidoksen heikentymistä tai kokonaan katkeamisen /Kuva 18/. Fotonin<br />
sisältämä energia siirtää elektronin normaalitilasta virittyneeseen tilaan. Sidos, josta tämä<br />
virittynyt elektroni on peräisin, voi katketa. Viritystila purkautuu väriaineen palatessa<br />
takaisin perustilaansa tai molekyyli voi reagoida virittyneessä tilassa valokemiallisesti,<br />
jolloin fotonin absorboinut värimolekyyli haalistuu. Periaatteessa väriaineen valonkestoa<br />
voitaisiin parantaa helpottamalla siirtymistä virittyneestä tilasta perustilaan. /25, 27/<br />
Valokemiallinen<br />
reaktio<br />
S 1<br />
ISC<br />
T 1<br />
Viritys<br />
Fluoresenssi<br />
Ε<br />
Fosforesenssi<br />
S 0<br />
hν<br />
Kuva 18 Kromoforin virittyminen fotonin vaikutuksesta /25/<br />
Kuvan 18 symbolein absorboidessaan fotonin värimolekyyli virittyy /25/ ensimmäiseen<br />
(S 1 ) tai korkeampaan viritystilaan. Molekyyli voi palata alkuperäiseen tilaan (S 0 ) joko<br />
suoraan fluoresenssin kautta tai systeemin sisäisen risteämisen (ISC) vaikutuksesta toisen<br />
viritystilan (T 1 ) kautta. Vaihtoehtoisesti molekyyli voi käydä läpi valokemiallisen reaktion<br />
eli värin haalistumisen. Kun fotoni osuu pigmenttipartikkeliin /31/, fotonin energia<br />
jakaantuu useisiin molekyyleihin. Tällöin energiaa leviää vähemmän kuhunkin pigmentin<br />
kromoforiin. Liukoisten väriaineiden tapauksessa fotonin osuessa värimolekyyliin kaikki<br />
fotonin energia siirtyy tähän yhteen molekyyliin, minkä vuoksi liukoisten väriaineiden<br />
valohajoaminen on nopeampaa kuin pigmenttidispersioiden.
Hapettuminen ja pelkistyminen<br />
31<br />
Yleensä väriaineiden haalistuminen johtuu hapettumisesta tai pelkistymisestä. Atsovärit<br />
ovat tästä hyvä esimerkki. Anaerobisissa olosuhteissa atsoväri pelkistyy amiineiksi<br />
ottamalla vastaan vetyatomin, jolloin N=N –sidos hajoaa kahdeksi amiiniryhmäksi /Kuva<br />
19/. Tämä reaktio nopeutuu huomattavasti, jos vetyatomin luovuttaja tai väriaine on<br />
virittyneessä tilassa. Vetyatomin luovuttajana voi olla alkoholi, amiini, ketoni,<br />
karboksyylihappo, eetteri tai esteri. /8, 48, 54/<br />
R 1<br />
R 2<br />
_____<br />
N=N _____ R 2<br />
_____<br />
N-N _____<br />
hν<br />
DH<br />
R 1<br />
H<br />
.<br />
R 1<br />
R H H<br />
2<br />
_____<br />
N-N _____<br />
R 1<br />
R 2<br />
_____<br />
NH 2 + NH<br />
_____<br />
2<br />
Kuva 19 Atsovärien pelkistyminen /8/<br />
Atsovärien hapettumista /8, 48/ tapahtuu, kun happi reagoi atsovärin<br />
hydratsonitautomeerin kanssa /Kuva 20/. Reaktion välituotteena syntyy epästabiili<br />
peroksidi /54, 55/. Hapettumista edistävät sellaiset yhdisteet, jotka pystyvät virittymisen<br />
seurauksena siirtämään ylimääräistä energiaansa hapelle. Reaktiota hidastavia aineita /8/,<br />
kuten nikkeli-dibutyylitiokarbamaattia, on helpompi lisätä paperin kuin musteen joukkoon,<br />
vaikka paperilla osa aineesta meneekin hukkaan. Haalistumiseen vaikuttavia pelkistäviä<br />
yhdisteitä /55/ ovat muun muassa alkoholit, amiinit, ketonit, karboksyylihapot, eetterit ja<br />
esterit, jotka kaikki absorboivat pelkistymistä katalysoivaa UV-säteilyä.
32<br />
R 1<br />
_____<br />
N=N _____ R 2<br />
OH _____ =N-N ____ R 2<br />
R 1<br />
O=<br />
H<br />
O 2<br />
R 1<br />
O=<br />
O=O<br />
R<br />
H<br />
2<br />
=N-N ____<br />
R 1<br />
O=<br />
O-OH<br />
_____<br />
N=N _____ R 2<br />
R 1<br />
O=<br />
=O<br />
- +<br />
+ OH + N<br />
____<br />
2<br />
R 2<br />
Kuva 20 Atsovärien hapettuminen /8/<br />
Sekä hapettuminen että pelkistyminen ovat myös riippuvaisia atsovärissä ja<br />
vetyluovuttajassa olevista substituenteista /8/. Valohajoaminen kiihtyy /54, 55/, kun<br />
elektroneja vastaanottavat substituentit lisääntyvät. Nämä altistavat värin nopealle<br />
haalistumiselle, jos värimolekyylin lähellä on elektroneja luovuttavia yhdisteitä. Alhaisilla<br />
väriainepitoisuuksilla tulostusjäljen haalistuminen on nopeaa. Haalistuminen voi alkaa<br />
myös tulostetun alueen kosteus- ja happipitoisuuksien pysyessä suurina. Tulostettavan<br />
materiaalin sisältämät kemialliset ryhmät voivat hidastaa tai nopeuttaa haalistumista, kun<br />
taas materiaalin huokoisuus helpottaa kosteuden ja kaasumaisten aineiden tunkeutumista<br />
materiaalin sisään.
Katalyyttinen hapettuminen<br />
33<br />
On osoitettu, että väriaine haalistuu nopeammin, kun se on kontaktissa toisen tai<br />
useamman väriaineen kanssa, joilla on kyky huonontaa katalyyttisesti toista väriainetta.<br />
Muste tai paperi voivat myös sisältää aineita, jotka vauhdittavat värien haalistumista. Tätä<br />
ilmiötä kutsutaan katalyyttiseksi hapettumiseksi /8, 45, 48, 56, 57/, joka ilmenee erityisesti<br />
liukoisia musteita käytettäessä. UV- tai näkyvän alueen säteily voi siirtää jonkin musteen<br />
komponenteista tai kaikki musteen molekyylit virittyneeseen tilaan /11/. Virittyneen tilan<br />
vuoksi musteesta tai jostain sen komponentista tulee reaktiivisempi ja se alkaa hajota ellei<br />
se pysty siirtämään ylimääräistä energiaansa muualle. Jos viritystilan aiheuttajana on UVsäteily,<br />
katalyyttista hapettumista voidaan estää lisäämällä musteen joukkoon UVabsorbantteja<br />
tai päällystämällä paperin pinta UV-laminaatilla. Valonkestoon vaikuttavat<br />
myös kosteus ja liuotinpitoisuus, joten laminoinnilla saattaa olla myös negatiivinen<br />
<strong>vaikutus</strong> musteen kestoon. Näkyvän valon aiheuttaessa viritystilan /8, 45/ musteen<br />
joukkoon kannattaa puolestaan lisätä sammuttaja-aineita, jotka ottavat vastaan<br />
virittyneiden komponenttien ylimääräisen energian. Musteen aggregaatio tekee liukoisesta<br />
musteesta enemmän pigmenttimusteen kaltaista ja muutenkin stabiilimpaa, jolloin<br />
katalyyttinen hapettuminen vähenee.<br />
4.1.2 Paperin <strong>vaikutus</strong> valonkestoon<br />
Paperin mustetta vastaanottavalla kerroksella on merkittävä <strong>vaikutus</strong> tulosteen<br />
valonkestoon /12/. Päällysteen orgaaniset polymeerit tai mineraalit, lisäaineiden luonne<br />
sekä päällystekerrosten rakenne ja pintaominaisuudet vaikuttavat kukin tavallaan.<br />
Päällystetyillä papereilla on huonompi valonkesto kuin päällystämättömillä papereilla /24/,<br />
koska päällystetyissä papereissa väriaine on asettunut pinnan läheisyyteen.<br />
Valokuvatulostuspapereille tulostettaessa valonkesto paranee, koska tulostujälkeä suojaava<br />
kerros estää valon pääsyä väriaineeseen. Päällystämällä paperi useilla erilaisilla kerroksilla<br />
voidaan parantaa valonkestoa /12/. Eri kerrokset voivat erikoistua eri tehtäviin, jolloin<br />
pintaominaisuudet ja kesto-ominaisuudet voidaan erottaa toisistaan ja eri ominaisuudet<br />
eivät pääse häiritsemään toistensa kehittymistä. Päällystekerrokset, jotka sisältävät PVP:a<br />
ja orgaanisia kationisia systeemejä /25/, voivat ratkaisevasti huonontaa tulostusjäljen<br />
valonkestoa. Orgaaniset kationiset päällysteet vähentävät valonkestoa kun taas<br />
epäorgaaniset kationiset päällysteet, kuten siirtymämetalli-ionit, usein parantavat<br />
valonkesto-ominaisuuksia.<br />
Useiden papereiden pinnalla käytetään optisia kirkasteaineita, jotta paperin pinta näyttäisi<br />
valkoisemmalta. Nämä kirkasteaineet on valmistettu siten, että ne absorboivat esimerkiksi<br />
UV-säteilyn fotoneita ja emittoivat energialtaan pienempiä fotoneita näkyvän valon<br />
alueella. Tämän vuoksi kirkasteaineet voivat toimia tehokkaina valokemiallisten<br />
reaktioiden tapahtumapaikkoina. Kun muste joutuu kontaktiin kirkasteaineen kanssa,<br />
väriaineen molekyylit absorboivat osan värihaalistumiseen liittyvästä energiasta<br />
kirkasteaineen molekyyleiltä. Myös paperin valkaisussa käytettyjen hapettimien jäänteillä<br />
on samantapainen <strong>vaikutus</strong> musteiden valonkestoon. /27/<br />
4.1.3 Musteen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon<br />
Valonkestoon vaikuttavia tekijöitä ovat muste, mustetta vastaanottava kerros sekä valo,<br />
jolle muste altistuu. Näistä musteella on suurin <strong>vaikutus</strong>. Valonkestoon vaikuttavat
34<br />
musteen tekijät ovat musteen kemiallinen koostumus, musteen ympäristö sekä ennen<br />
kaikkea väriaine. Valonkesto riippuu lähinnä väriaineessa olevan kromoforin rakenteesta,<br />
mutta myös molekyylirakenteen lisäryhmillä on oma vaikutuksensa. Lisäryhmät on<br />
suunniteltu siten, että ne maksimoivat väriaineen liukoisuuden vesiliukoisessa liuoksessa.<br />
Ne eivät kuitenkaan häiritse musteen aggregoitumista, kun muste on kuivunut kiinteään<br />
olomuotoon tulostuksen jälkeen. /12/<br />
Musteen ympäristöllä tarkoitetaan tulosteeseen vaikuttavaa valon määrää, valon<br />
vaikutuksen kestoa ja valon laatua (UV, näkyvä valo jne.) sekä tulosteen kosteutta. Vain<br />
vähän tiedetään siitä, miten musteessa olevat liuottimet vaikuttavat tulosteen valonkestoominaisuuksiin<br />
/12, 48/. Orgaaniset liuottimet voivat puhtaaseen veteen verrattuna<br />
huonontaa valonkesto-ominaisuuksia ja häiritä aggregaatiota. Ne voivat valosäteilyn<br />
vaikutuksesta muodostaa myös hajoamistuotteita, jotka saavat aikaan värien haalistumista.<br />
Glykolien käyttämisen liuottimena on osoitettu huonontavan värin valonkestoa /48/.<br />
Etyleeniryhmien lisääminen glykoliin huonontaa vielä entisestään valonkestoa ja vähentää<br />
musteen aggregoitumista.<br />
Pigmenttiväriaineet kestävät hyvin valoa haalistumatta /33/, koska niiden kiderakenteen<br />
stabiilisuus estää partikkelien hapettumisen. Pigmenttipartikkelit ovat kerrostuneet paperin<br />
pinnalle /15/. Jos päällimmäinen partikkeli haalistuu, sen alapuolella oleva partikkeli<br />
korvaa haalistuneen pigmentin. Yksittäisen pigmenttipartikkelin koon pienetessä<br />
partikkelista tulee alttiimpi valon vaikutuksille /6, 12/, koska sen valoa kestävä ulkopinta<br />
pienenee. Samalla kuitenkin koko pigmenttidispersion ulkopinta kasvaa partikkelien<br />
pienentyessä, jolloin koko dispersion valonkesto paranee. Liukoiset väriaineet eivät<br />
haalistu tyhjiössä /55/, mutta joutuessaan kosketuksiin ympäröivän ilman, tulostettavan<br />
materiaalin tai värin muiden komponenttien kanssa ne alkavat haalistua. Liukoiset<br />
väriaineet ovat asettuneet paperin pinnan läheisyyteen /9, 24/, joten ne ovat alttiimpia<br />
valon vaikutuksille ja lisäksi liukoisten väriaineiden muodostamaan laajaan alueeseen<br />
valon on helppo päästä vaikuttamaan.<br />
Liukoisista väriaineista syaaneilla ja keltaisilla väriaineilla on parhaat valonkestoominaisuudet<br />
/12/, mutta varsinkin magentojen ja mustien väriaineiden huonot valonkestoominaisuudet<br />
ovat lisänneet kiinnostusta pigmenttimusteiden käyttöön. Liukoisten<br />
väriaineiden ja pigmenttiväriaineiden valonkestoa voidaan parantaa fysikaalisella tai<br />
kemiallisella stabiloinnilla /54/. Kemiallisia stabilointikeinoja on useita /7/, joista eräs<br />
yleisesti käytetty on modifioida väriaineen kromoforin molekyylirakennetta, mikä voi<br />
kuitenkin johtaa huonontuneisiin värillisyysominaisuuksiin. Valonkestoa voidaan myös<br />
parantaa lisäämällä musteen diffuusioastetta paperiin /25/.<br />
Useimmat <strong>inkjet</strong>-musteissa käytetyt mustat väriaineet sisältävät atsokromoforin, joten ne<br />
sisältävät myös aromaattisen rakenteen. Nämä ovat yleensä suuria aromaattisia rakenteita,<br />
jotka sisältävät di-, tri- tai jopa tetra-atso –kromoforiryhmiä, jotta väriaineen olisi<br />
mahdollista absorboida mahdollisimman paljon näkyvän valon alueesta. Aromaattisen<br />
rakenteen ansiosta näillä väriaineilla on hyvä valonkesto. Metallikationin lisääminen<br />
molekyylirakenteeseen lisää valonkestoa vielä entisestään. Metalli suojaa kromoforia<br />
vähentämällä kromoforin elektronien tiheyttä, jolloin kromofori ei enää ole niin herkkä<br />
hapettumaan. Metallina voidaan käyttää esimerkiksi kuparia, kromia tai kobolttia, joiden<br />
vaikutuksesta valohajoaminen vähenee, koska musteen aggregoituminen lisääntyy. Lisäksi<br />
paperin pinnan päällystäminen metallikationeilla parantaa valonkestoa. Pigmenttiväreissä<br />
käytetty musta perustuu jauhettuun nokimustaan pintakäsiteltynä tai kemiallisesti<br />
modifioituna. Nokimustalla saadaan aikaan korkea optinen densiteetti ja hyvät kestoominaisuudet.<br />
Tulostettaessa nokimustalla tulostusjälki on hyvin tummaa. Jos musta<br />
saadaan aikaan sekoittamalla pigmenttisyaania, -magentaa ja –keltaista, väri näyttää<br />
mutaiselta tummanharmaalta. /3, 25, 31/
35<br />
Myös keltaiset väriaineet sisältävät valonkestoa edistävän atsokromoforin. Valonkesto<br />
heikkenee, jos käytetään atsopyridoni- tai atsopyratsoloni-väriaineita, jotka ovat usein<br />
hydratsotautomeereina ja jotka sisältävät molekyylin sisäisen vetysidoksen. Keltaiset<br />
pigmentit ovat monoatso-aseto-aset-aryyli-amiineja, isoindoliineja tai bentsimidatsoloniin<br />
tai diarylidiin perustuvia, joilla kaikilla on hyvät valonkesto-ominaisuudet. /22, 25/<br />
Magentoilla /25/ on tavallisesti huonoin valonkesto liukoisista väriaineista, ja valonkesto<br />
vaihtelee suuresti riippuen molekyylien rakenteesta ja molekyyleihin kiinnittyneistä<br />
substituenteista. Magentojen väriaineiden yleisin kromofori on ksanteeni, jolla on huono<br />
valonkesto. Kaksi yleisintä atsoväriä ovat H-happo ja Gamma-happo. H-happo –rakenteen<br />
sisältävät värit ovat kirkkaita, mutta hydratsotautomeerin sisältämän molekyylin sisäisen<br />
vetysidoksen vuoksi niiden valonkesto on heikko. Gamma-happo esiintyy ainoastaan<br />
atsomuodossa, joten sillä on parempi valonkesto. Yleisimmin käytetyt magentat pigmentit<br />
ovat atsovärejä, quinakridoneja tai dimetyyliquinakridoneja. Parhaiten haalistumista<br />
kestävät magentat väriaineet ovat atsovärejä /12/.<br />
Sekä liukoiset syaanit väriaineet että syaanit pigmentit perustuvat kupariftalosyaniinikromoforiin,<br />
jolla on erinomainen valonkesto. Harvinaisemmalla syaanin väriaineen<br />
rakenteella, trifenyylimetaanirakenteella, on kupariftalosyaniinia huonompi valonkesto.<br />
/25/<br />
Hartsien ja sideaineiden käytöllä musteen joukossa voidaan lisätä tulostusjäljen<br />
valonkestoa /58/. Kun hartsin polymeereihin lisätään aromaattisia osia, UV-absorptio<br />
lisääntyy, mikä suojelee väriaineita valohaalistumiselta. UV-säteilynestoaineita voidaan<br />
käyttää joko paperin tai musteen joukossa /25, 27/ vähentämään värikerrokseen osuvien<br />
fotonien lukumäärää ja kosteuden vaikutuksia. Nämä aineet eivät kuitenkaan estä näkyvän<br />
valon fotoneita virittämästä värimolekyylejä. Tämän vuoksi oletetaan, että fotoni pääsee<br />
joka tapauksessa virittämään värimolekyylin, mutta tätä virittynyttä tilaa pyritään<br />
kontrolloimaan valonkeston parantamiseksi. Molekyylin virittynyt tila voi käydä läpi useita<br />
relaksaatioasteita, jotka eivät johda värien haalistumiseen. Musteiden joukossa voidaan<br />
käyttää myös lisäaineita, jotka häiritsevät valohajoamista ja palauttavat virittyneen<br />
elektronin takaisin alkuperäiseen tilaansa. Nämä lisäaineet eivät juurikaan vaikuta musteen<br />
värillisyysominaisuuksiin.<br />
4.1.4 Valonkeston tutkiminen<br />
Näkyvän alueen ja lyhyen aallonpituuden UV-valo aiheuttaa suurimman osan musteen<br />
valohajoamisesta. Jokaiselle kemialliselle sidokselle on olemassa kriittinen valon<br />
aallonpituus, joka tuottaa tarpeeksi energiaa sidoksen hajoamiseen. Kaikilla tätä<br />
aallonpituutta pienemmillä aallonpituuksilla sidos hajoaa ja tätä suuremmilla<br />
aallonpituuksilla sidos ei hajoa. Niinpä jos valolla, jolle näytteet altistuvat, on liian pieni<br />
aallonpituusalue, näyte saattaa haalistua testin aikana enemmän kuin se haalistuisi<br />
tavallisessa päivänvalossa. /10/<br />
Valonkestotestissä käytettävän valon täytyy jäljitellä mahdollisimman hyvin tavallista<br />
auringonvaloa. Tähän on pyritty käyttämällä hiilikaarilamppua, xenon-kaarilamppua tai<br />
fluoresoivaa UV-valoa. Umpinaista hiilikaarilamppua on käytetty simuloimaan<br />
auringonvaloa ja testaamaan näytteiden valonkestoa vuodesta 1918 lähtien. Sitä ei<br />
kuitenkaan enää nykyään juurikaan käytetä, koska se ei jäljittele auringonvaloa kovinkaan<br />
hyvin ja lisäksi siitä puuttuu lyhyen aallonpituuden UV-valo. Vuonna 1933 esiteltiin<br />
auringonvaloon perustuva hiilikaarilamppu, jolla oli umpinaista hiilikaarilamppua<br />
paremmin auringonvaloa vastaava spektri. Tällä lampulla oli kuitenkin vielä
36<br />
auringonvaloon sopimattomia energiapiikkejä tietyillä aallonpituuksilla. Lisäksi sen<br />
spektrissä oli hyvin pieniä aallonpituuksia, joita ei esiinny luonnossa. Myös<br />
hiilikaarilamppujen suodattimien ikääntyminen aiheuttaa vaihtelua tuloksiin. /10/<br />
Xenon-kaarilamppua ryhdyttiin käyttämään vuonna 1954 Saksassa näytteiden<br />
auringonvalon vaikutuksesta tapahtuvan turmeltumisen tutkimiseen. Xenon-kaarilamppu<br />
tarvitsee sopivat suodattimet ei-toivotun säteilyn suodattamiseksi. Se on tällä hetkellä paras<br />
menetelmä jäljittelemään auringonvalon koko spektriä: UV-valo, näkyvä valo ja IR-valo.<br />
Xenon-kaarilamppu soveltuu hyvin haihtumisen, värin muuttumisen ja kellastumisen sekä<br />
erilaisten materiaalien valonkeston tutkimiseen. Lisäksi se on erityisen käyttökelpoinen<br />
tulostus- ja painatusmusteiden valonkesto-ominaisuuksien tutkimiseen, koska musteet ovat<br />
herkkiä näkyvälle ja pitkän aallonpituuden valolle. Xenon-kaarilamppu on vaihdettava<br />
uuteen tietyin väliajoin, koska lamppu aiheuttaa ikääntyessään tuloksiin vaihtelua. /10/<br />
Fluoresoivaa UV-valoa käytetään QUV-laitteissa, jotka ovat maailmanlaajuisesti<br />
yleisimmin käytettyjä näytteiden turmeltumisen tutkimiseen käytettyjä laitteita.<br />
Fluoresoiva UV-valo ei pyri jäljittelemään auringonvalon koko spektriä, vaan ainoastaan<br />
auringonvalon vahingollisia vaikutuksia eli lähinnä UV-alueen aallonpituuksia. Se onkin<br />
nykyään paras valo jäljittelemään auringonvalon lyhyitä aallonpituuksia. Fluoresoiva UVvalo<br />
soveltuu fyysisten ominaisuuksien testaamiseen ja sisätiloihin tarkoitettujen<br />
näytteiden valonkeston tutkimiseen. /10/<br />
4.2 Vedenkesto<br />
Vedenkestolla tarkoitetaan tulostusjäljen värien haalistumista, kun tuloste joutuu kontaktiin<br />
veden kanssa /56/. Haalistuminen johtuu värimolekyylien liukenemisesta veden joukkoon.<br />
Pigmenttivärien vedenkesto on hyvä, mutta liukoisten väriaineiden vedenkesto on ongelma<br />
varsinkin vesipohjaisia musteita käytettäessä. Mikroemulsiomuotoisilla <strong>inkjet</strong>-musteilla on<br />
hyvä vedenkesto /51/, kuten myös valon- ja hankauskesto. Liukoisia väriaineita ja<br />
päällystettyjä papereita käytettäessä vedenkestoon vaikuttavat väriaineen kiinnittyminen<br />
päällysteeseen sekä päällysteen ja väriaineen luontainen vedenkesto /54/, joka muodostuu<br />
päällysteen komponenttien välisistä vuorovaikutuksista.<br />
Yksi syy huonolle vedenkestolle <strong>inkjet</strong>-tulostuksessa on, että suurin osa käytetyistä<br />
päällysteistä perustuu vesiliukoisiin polymeereihin, kuten polyvinyylialkoholiin tai<br />
polyvinyylipyrrolidoniin. Nämä polymeerit voivat olla ristisitoutuneita, mikä huonontaa<br />
päällysteen absorptiokykyä. Myös käytetyt polymeeripäällysteet ovat hydrofiilisia, joten ne<br />
turpoavat aina jonkin verran veden vaikutuksesta. Paremmat vedenkesto-ominaisuudet<br />
ovat huokoisilla päällysteillä, joissa on käytetty absorboivia täyteaineita, sillä nämä<br />
päällysteet absorboivat paremmin musteen komponentteja. /21/<br />
4.2.1 Vedenkeston muodostuminen<br />
Kuten valonkestoa myös vedenkestoa voidaan parantaa modifioimalla väriainemolekyylien<br />
kemiallista rakennetta /22/. Kemiallisen rakenteen modifioinnin tarkoituksena on muuttaa<br />
anioninen väriaine kationiseksi. Atsovärin kuparikompleksin liukoisuutta ja vedenkestoa<br />
on parannettu vaihtamalla natriumsuola joko litiumsuolaksi tai<br />
trietanoliammoniumsuolaksi. Syaanien ja keltaisten väriaineiden vedenkestoa ei sen sijaan<br />
ole pyritty parantamaan modifioimalla niiden kemiallista rakennetta. Kirkas magenta
37<br />
väriaine, jolla on hyvät vedenkesto-ominaisuudet, saadaan silloin, kun vaihdetaan<br />
väriaineen sulfaattiryhmä alifaattiseen amiiniryhmään. Vedenkeston parantuminen on<br />
seurausta väriaineen amiiniryhmien ja selluloosan hydroksyyliryhmien välisistä sidoksista<br />
/3/.<br />
Vesipohjaisten musteiden vedenkestoa on pystytty parantamaan hyödyntämällä vaihtuvan<br />
liukoisuuden periaatetta eli liukoisuuden pH-riippuvuutta /3, 9/. Esimerkiksi<br />
funktionaalisen ryhmän vaihdolla voidaan vaikuttaa väriaineen liukoisuuteen /3/. Muun<br />
muassa mustan väriaineen vedenkestoa on parannettu vaihtamalla sulfonihapporyhmä<br />
vähemmän happamaksi karboksyylihapporyhmäksi. Vesipohjaisissa pigmenttiväreissä<br />
pigmenttipartikkelit voidaan dispergoida vesipohjaiseen hartsisysteemiin /9, 54/, jonka<br />
liukoisuus riippuu pH:sta. Liukoisilla väriaineilla vaihtuvan liukoisuuden periaate voidaan<br />
toteuttaa liittämällä molekyyliin funktionaalisia ryhmiä, joiden liukoisuus riippuu pH:sta<br />
eli käytännössä väriaine, joka liukenee hyvin kantofaasiinsa, mutta huonosti veteen<br />
ollessaan paperin pinnalla. Liukoiset musteet ovat yleensä lievästi emäksisiä /9/ (pH 7.5 –<br />
9.0) ja useimmat paperit ovat lievästi happamia (pH 4.5 – 6.5). Liittämällä väriaineen<br />
molekyyleihin ryhmiä, jotka ovat lähes neutraaleja (pH ≈ 7), saadaan valmistettua<br />
musteita, joihin emäksiset väriaineet liukenevat. Lisätty ryhmä nimittäin ionisoituu<br />
emäksisen väriaineen läheisyydessä saaden aikaan vesiliukoisuutta edistäviä<br />
ominaisuuksia. Nämä väriaineet eivät juurikaan liukene ollessaan happaman paperin<br />
pinnalla, koska paperi estää ryhmää ionisoitumasta.<br />
Korvattaessa osa sulfonihapporyhmistä (-SO 3 H) karboksyylihapporyhmillä (-COOH)<br />
väriaine muuttuu lievästi emäksiseksi /56/, koska karboksyylihapporyhmä dissosioituu<br />
happamissa olosuhteissa ja liukenee veteen vain osittain. Tulostuksessa paperin lievä<br />
happamuus muuttaa karboksyyliryhmän tällöin niukkaliukoiseen muotoon /55/, jolloin<br />
saadaan aikaan vedenkestävä tulostusjälki. Yleensäkin kationisilla väriaineilla<br />
tulostettaessa saadaan vedenkestävä tulostusjälki, koska värin leviämistaipumus on<br />
vähäistä ja väriaine on stabiili laajalla pH-alueella. Periaatteessa reaktiivisten väriaineiden<br />
käyttö voisi parantaa tulostusjäljen kesto-ominaisuuksia ja vähentää värien<br />
leviämistaipumusta. Näiden väriaineiden ongelmia ovat kuitenkin väriaineen<br />
varastointikestävyys ja toimivuus suuttimessa, minkä vuoksi väriaine vaatii stabilointia.<br />
Huokoisissa päällysteissä käytetyillä kationisilla peitta-aineilla voidaan parantaa anionisten<br />
liukoisten väriaineiden vedenkestoa. Nämä peitta-aineet tekevät väriaineesta<br />
liukenematonta, koska paperin ja väriaineen välille muodostuu kationi-anioni –kompleksi.<br />
Pigmenttivärien vedenkestoon peitta-aineilla ei ole merkitystä, koska pigmenttipartikkelit<br />
asettuvat tehokkaasti huokoisen päällysteen sisäpinnalle sen jälkeen, kun ylimääräinen<br />
dispergoinnissa käytetty vesi on haihtunut. Väriaineiden vedenkestoa huokoisten<br />
päällysteiden pinnalla voidaan parantaa myös laminoimalla tulostuksen jälkeen paperi<br />
kerroksella, joka suojaa tulostusjälkeä vedeltä ja kosteudelta. /33/<br />
Kosteudenkestolla tarkoitetaan tulostusjäljen kestoa kosteissa ja kuumissa olosuhteissa.<br />
Yleensä kosteudenkesto on ongelmana kiiltäville kalvoille tai paperille tulostettaessa, sillä<br />
kosteus saa musteen diffundoitumaan tulostusalustan läpi. Valonkestoon verrattuna<br />
kosteudenkesto on suhteellisen yksinkertainen ilmiö, ja se on helposti ennustettavissa<br />
musteen ominaisuuksista. /56/
4.3 Hankauskesto<br />
38<br />
Mustekerros määritellään asettuneeksi, kun se kestää kosketusta. Tätä testataan painamalla<br />
toinen pinta tulostettua pintaa vasten vakioidulla paineella /Kuva 21/. Tulostetta vasten<br />
painettavasta pinnasta mitataan optinen densiteetti siirtyneen värin määrän<br />
määrittämiseksi. Mustekerros on kuivunut, kun se on hankauksenkestävä eli sitä voidaan<br />
hangata toisella pinnalla ilman, että hankaavaan pintaan tarttuu mustetta /Kuva 21/.<br />
Siirtyneen musteen määrän määrittämiseksi tulostetta vasten hangattavasta pinnasta<br />
mitataan optinen densiteetti. /38, 41/<br />
Paine<br />
Leikkausvoima<br />
Tuloste<br />
Tuloste<br />
Asettumistesti<br />
Hankaustesti<br />
Kuva 21 Hankauskeston testaaminen /38/<br />
Hankauskesto ei yleensä ole ongelmana liukoisten musteiden tapauksessa, koska liukoiset<br />
väriaineet penetroituvat syvälle paperin sisään. Pigmentit puolestaan jäävät suurimmaksi<br />
osaksi paperin pinnalle, jolloin ne ovat alttiita hankaukselle. Koska pigmentit eivät<br />
myöskään sitoudu kemiallisesti paperin pintaan, ne irtoavat helposti hankauksen<br />
vaikutuksesta. Usein <strong>inkjet</strong>-pigmenttien yhteydessä jopa pitkän ajan kuluttua<br />
tulostamisesta onkin havaittu likaamisongelmia sormella tai merkkauskynällä hangattaessa.<br />
Hankauskestoa voitaisiin parantaa käyttämällä sideaineita, kuten hartseja, jotka kiinnittävät<br />
pigmentit paremmin paperin pintaan. Sideaineet kuitenkin saattavat kasvattaa musteen<br />
viskositettia liian suureksi suutinten toiminnan kannalta. /15/<br />
4.4 Otsoninkesto<br />
Inkjet-väriaineet voivat haalistua, jos ne joutuvat olemaan pitkään ympäröivän otsonin<br />
vaikutuksen alaisena /56/. Myös rikkidioksidi ja typpioksidit voivat saada aikaan<br />
väriaineen haalistumista /47/. Otsoni on voimakkaasti hapettava yhdiste. Se reagoi<br />
orgaanisen väriaineen kaksoisidosten kanssa, jolloin molekyylin järjestäytynyt rakenne<br />
muuttuu.<br />
Erityisesti orgaaniset liukoiset väriaineet ovat herkkiä otsonin vaikutuksille /47/. Pigmentit<br />
ovat stabiilimpia otsonia vastaan /33, 47/ lähinnä liukoisen väriaineen ja pigmenttien<br />
kemiallisen rakenteen erilaisuuden vuoksi. Yksittäiset liukoisen musteen seassa olevat<br />
värimolekyylit ovat suoraan alttiina otsonille. Pigmentit kestävät otsonia paremmin, koska<br />
yksittäisiin pigmentteihin pääsee vaikuttamaan vain rajoitetun partikkelipinnan kautta.<br />
Kuitenkin kosteuden lisääntyminen aiheuttaa enemmän ongelmia tulostusjäljen laatuun<br />
kuin otsoni. Myös tulostusalustalla on suuri <strong>vaikutus</strong> otsoninkestoon /56/, sillä jotkut
tulostusalustat kiihdyttävät otsonista johtuvaa värien haalistumista, kun taas toiset<br />
suojaavat mustekerrosta otsonia vastaan.<br />
39
41<br />
KOKEELLINEN OSA<br />
5 KOKEELLISEN OSAN JOHDANTO<br />
Kokeellisen osan tarkoituksena on selvittää käytännössä, miten musteen koostumus ja<br />
musteiden ominaisuudet vaikuttavat <strong>inkjet</strong>-tulosteen kesto-ominaisuuksiin ja ulkonäköön.<br />
Tutkimuksissa käytetään sekä liukoisia musteita että pigmenttimusteita. Kaikilta musteilta<br />
tutkitaan valon- ja vedenkestoa. Pigmenttimusteille määritetään myös hankauskesto.<br />
Lisäksi tutkitaan, miten mustekoostumus vaikuttaa tulostuksen jälkeiseen spontaaniin<br />
haihtumiseen. Musteiden ominaisuuksia, joiden avulla kesto-ominaisuuksia ja<br />
ulkonäköominaisuuksia yritetään selittää, ovat musteen pintajännitys, viskositeetti, pHarvo<br />
ja UV-VIS-absorptio. Lisäksi kesto-ominaisuuksia pyritään selittämään musteen eri<br />
komponenteilla ja niiden paino-osuuksilla musteesta. Tulosteen ulkonäköä mitataan<br />
rasteripisteanalyysin sekä optisen densiteetin ja luminanssin avulla.<br />
Musteissa väriaineen määrä pidetään vakiona. Liukoisia väriaineita ja pigmenttejä on<br />
molempia kahta erilaista. Liukoiset väriaineet eroavat toisistaan molekyylirakenteensa<br />
osalta ja pigmenttien partikkelikoot ovat erisuuruisia. Musteen pääliuottimena käytetään<br />
tislattua vettä. Lisäksi käytetään orgaanisia apuliuottimia eri pitoisuuksina.<br />
Pigmenttidispersioihin ei lisätä veden lisäksi muita liuottimia. Kirjallisuusosan perusteella<br />
orgaanisen apuliuottimen oletetaan huonontavan valonkestoa tislattuun veteen verrattuna.<br />
Lisäksi tutkitaan, miten apuliuottimena käytetyn glykolin etyleeniryhmien määrä vaikuttaa<br />
tulosteen kesto-ominaisuuksiin. Kirjallisuuden mukaan etyleeniryhmien määrän kasvaessa<br />
väriaineen aggregoitumisen pitäisi vähentyä, jolloin valonkesto huononee. Samalla<br />
glykolista oletettavasti tulee hydrofobisempaa, jolloin vedenkeston odotetaan parantuvan.<br />
Koemusteissa käytetään kahta erilaista pinta-aktiivista ainetta, joiden paino-osuutta<br />
muutellaan. Toinen pinta-aktiivinen aine on non-ioninen ja toinen kationinen. Hypoteesina<br />
on, että molempien pinta-aktiivisten aineiden oletetaan parantavan valon- ja vedenkestoa.<br />
Samalla niiden kuitenkin kirjallisuuden perusteella odotetaan vaikeuttavan tulostusta. Nonionisen<br />
pinta-aktiivisen aineen pitäisi helpottaa musteen penetraatiota, jolloin muste pääsisi<br />
syvemmälle paperin sisään turvaan ympäristön vaikutuksilta. Kationisen pinta-aktiivisen<br />
aineen oletetaan parantavan anionisen väriaineen sitoutumista anioniseen paperiin. Tällöin<br />
sitoutuneen väriaineen odotetaan olevan stabiilimpi valon ja veden vaikutuksille.<br />
Tulostuksessa käytetään kolmea erilaista päällystettyä paperia. Näistä kahdella on<br />
hydrofiilinen ja yhdellä hydrofobinen päällyste. Lisäksi toinen hydrofiilisistä papereista on<br />
pintavaraukseltaan kationinen. Muiden papereiden pintavaraus on anioninen. Papereita on<br />
erilaisia, koska kirjallisuuden perusteella paperin päällysteen koostumuksella on <strong>vaikutus</strong>ta<br />
kesto-ominaisuuksiin. Lisäksi on odotettavissa, että musteen ja paperin välisillä<br />
vuorovaikutuksilla on merkitystä kesto-ominaisuuksien syntymisessä. Paras vedenkesto<br />
oletetaan saavutettavan hydrofobisella paperilla, koska tämän paperin päällysteen ei<br />
odoteta liukenevan veteen. Liukeneminen voisi aiheuttaa sen, että päällysteeseen<br />
kiinnittynyt väriainekin liukenisi päällysteen mukana. Paras valonkesto oletetaan<br />
saavutettavan kationisella paperilla, jonka päällysteen kationisiin ryhmiin anioninen muste<br />
voisi kiinnittyä ionisidoksilla.
43<br />
6 MATERIAALIT<br />
6.1 Musteet<br />
Työssä käytettiin sekä liukoisia että pigmenttimusteita. Liukoisia musteita valmistettiin<br />
yhteensä 28 kappaletta ja pigmenttimusteita 8 kappaletta.<br />
6.1.1 Väriaineet<br />
Liukoiset väriaineet olivat Avecian valmistamia Pro-Jet –värejä. Nämä väriaineet valittiin<br />
tähän diplomityöhön, koska Avecia on yksi tutkimusprojektin yhteistyöosapuolista ja<br />
Avecian edustaja suositteli näitä väriaineita käytettäviksi tutkimusprojektissa. Väriaineiden<br />
valintaan vaikutti myös se, että oliko väriaineiden rakennekaava saatavilla. Keltainen<br />
väriaine Pro-Jet Yellow 1 on suoraväri, joka on sulfonoitu atsoväri /Kuva 22/. Magenta<br />
väriaine Pro-Jet Fast Magenta 2 (CI Direct Violet 107) on modifioitu suoraväri, joka on<br />
atsoväri. Siitä ei ole saatavilla rakennekaavaa. Molemmat liukoiset väriaineet on<br />
suunniteltu erityisesti termiseen ja pietsosähköiseen tulostukseen. Kumpikin väriaine<br />
toimitettiin veteen liuotettuina. Liukoisesta keltaisesta väriaineesta käytetään lyhennettä<br />
Y1 ja liukoisesta magentasta väriaineesta lyhennettä FM2.<br />
Kuva 22 Pro-Jet Yellow 1 (CI Direct Yellow 86) /1/<br />
Pigmenttiväriaineet olivat Clariantin valmistamia valmiita pigmenttidispersioita.<br />
Valmistaja suositteli kyseisiä pigmenttejä, koska ne on tarkoitettu epäjatkuvaan pisarointiin<br />
perustuviin <strong>inkjet</strong>-tulostustekniikoihin. Lisäksi näiden pigmenttien molekyylikaavat olivat<br />
saatavilla ja kaavat olivat lähes samanlaisia. Periaatteessa pigmenttidispersiot siis erosivat<br />
toisistaan vain partikkelikokonsa osalta. Molemmat ovat keltaisia diarylidi-väriaineita,<br />
joiden partikkelikoko on alle 100 nm. Lisäksi ne ovat hydrofiilisiä eli veteen liukenevia.<br />
Hostafine Yellow GR –dispersio /Kuva 23/ sisältää 40 % pigmenttiä ja 10 % 1,2-<br />
propyleeniglykolia. Tämän dispersion keskimääräinen partikkelikoko on 86 nm. Hostafine<br />
Yellow HR –dispersio /Kuva 24/ sisältää 35 % pigmenttiä ja 15 % 1,2-propyleeniglykolia.<br />
Tämän dispersion keskimääräinen partikkelikoko on 40 nm.
44<br />
O<br />
O<br />
OMe<br />
O<br />
C<br />
Me<br />
Cl<br />
Cl<br />
Me<br />
C<br />
O<br />
MeO<br />
NH<br />
C<br />
CH<br />
N<br />
N<br />
N N CH C<br />
NH<br />
Kuva 23 Hostafine Yellow GR (Pigment Yellow 17) /1/<br />
Kuva 24 Hostafine Yellow HR (Pigment Yellow 83) /1/<br />
Yellow GR:n ja Yellow HR:n molekyylirakenteet ovat muuten identtisiä, mutta Yellow<br />
HR:n molekyylirakenteen päissä on yhteensä kaksi klooriatomia (Cl) ja kaksi metoksiryhmää<br />
(OMe = O-CH 3 ), jotka ovat kiinnittyneet Yellow GR:n molekyylirakenteeseen.<br />
Hostafine Yellow HR:stä käytetään lyhennettä HR ja Hostafine Yellow GR:stä lyhennettä<br />
GR.<br />
6.1.2 Liuottimet<br />
Liukoisten väriaineiden kantofaasi koostui vedestä, orgaanisesta apuliuottimesta ja pintaaktiivisesta<br />
aineesta. Pääliuottimena oli tislattu vesi. Apuliuottimena käytettiin joko 2-<br />
pyrrolidonia (2-pyrro) /Kuva 25/, monoetyleeniglykolia (MEG), dietyleeniglykolia (DEG)<br />
tai tetraetyleeniglykolia (TEG) /Kuva 26/. Glykolin etyleeniryhmien määrä kasvaa<br />
järjestyksessä monoetyleeni-, dietyleeni- ja tetraetyleeniglykoli. Monoetyleeniglykoli on<br />
hygroskooppista eli se sitoo itseensä kosteutta. Tutkimusprojektissa oli jo aikaisemmin<br />
käytetty 2-pyrrolidonia apuliuottimena. Kyseiset glykolit valittiin, koska Steiger et al. /48/<br />
ovat käyttäneet vastaavia glykoleita omissa tutkimuksissaan glykoleiden vaikutuksesta<br />
valonkestoon. Kaikki liuottimet hankittiin Sigma-Aldrich:lta.<br />
H<br />
N<br />
O<br />
Kuva 25 2-pyrrolidoni /1/
45<br />
HO<br />
CH 2 CH 2<br />
OH<br />
HO<br />
CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2<br />
OH<br />
HO<br />
CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2<br />
OH<br />
Kuva 26 Ylhäältä alaspäin lukien: monoetyleeniglykoli (CAS 107-21-1), dietyleeniglykoli (CAS<br />
111-46-6) ja tetraetyleeniglykoli (CAS 112-60-7) /1/<br />
6.1.3 Pinta-aktiiviset aineet<br />
Pinta-aktiivisia aineita oli kahta erilaista. Surfynol 465 /Kuva 27/ on non-ioninen eli se ei<br />
vaikuta musteen varaustilaan. Sitä hankittiin Air Product Chemicals Europelta. Surfynol<br />
465 on etoksyloitu tetrametyylidekyyniglykoli eli polyeetteri.<br />
i-Bu<br />
i-Bu<br />
HO CH 2 CH 2 O C C C C O CH 2 CH 2 OH<br />
n<br />
n<br />
Me<br />
Me<br />
Kuva 27 Surfynol 465 (CAS 9014-85-1) /1/<br />
Kationisena pinta-aktiivisena aineena käytettiin poly(diallyyli-dimetyyliammoniumkloridia)<br />
eli poly-DADMAC:a /Kuva 28/. Sitä hankittiin Sigma-Aldrich<br />
Finland:lta. Molempia pinta-aktiivisia aineita oli käytetty tutkimusprojektissa aikaisemmin.<br />
H2 C<br />
Me<br />
CH CH 2<br />
+<br />
N CH 2 CH CH 2<br />
Me<br />
·<br />
Cl -<br />
Kuva 28 Poly-DADMAC:n (CAS 26062-79-3) toistuva yksikkö /1/<br />
Pinta-aktiivisen aineen käyttäytymistä liuoksessa kuvaa sen cmc-piste eli kriittinen<br />
misellinmuodostuskonsentraatio (Critical Micelle Concentration). Kun pinta-aktiivisen<br />
aineen määrä liuoksessa ylittää cmc-pisteen, pinta-aktiivinen aine on täyttänyt nesteen<br />
pinnan ja alkaa muodostua misellejä eli pinta-aktiivisen aineen molekyylit kiinnittyvät<br />
toisiinsa molekyylikimpuiksi. Tässä työssä misellien muodostuminen ei ole toivottavaa,<br />
koska haluttiin tutkia pintajännityksen <strong>vaikutus</strong>ta ja cmc-pisteen jälkeen pintajännitys ei<br />
enää muutu konsentraation funktiona misellien vuoksi. Tässä työssä käytettyjen pintaaktiivisten<br />
aineiden cmc-pisteen määrittämistä varten pinta-aktiivista ainetta sekoitettiin<br />
tislatun veden kanssa eri suhteissa. Seosten pintajännitykset mitattiin ja tulokset piirrettiin<br />
kuvan 29 koordinaatistoon, jonka x-akselina on pinta-aktiivisen aineen paino-osuus
46<br />
seoksessa painoprosentteina eli pinta-aktiivisen aineen konsentraatio. Y-akselina on<br />
seoksen pintajännitys. Aluksi pintajännitys laskee jyrkästi, mutta käyrän muuttaessa<br />
kulkuaan enemmän vaakasuuntaiseksi ollaan ylitetty pinta-aktiivisen aineen cmc-piste.<br />
Käyrän käännepistettä voidaan siis pitää pinta-aktiivisen aineen cmc-pisteenä. Kuvaan 29<br />
on myös piirretty käyrä, joka kuvaa musteen, jossa on 20 p-% 2-pyrrolidonia ja 4 p-% Pro-<br />
Jet Yellow 1 –väriainetta, pintajännitystä, kun musteessa olevan Surfynol 465:n painoosuus<br />
muuttuu. Tältä käyrältä Surfynolin cmc-piste musteliuoksessa on hankala määrittää,<br />
koska musteen eri komponenttien mahdolliset reaktiot pinta-aktiivisen aineen kanssa<br />
saattavat vaikuttaa pintajännitykseen.<br />
Pintajännitys (mN/m)<br />
75<br />
70<br />
65<br />
60<br />
55<br />
50<br />
0.2 p-%<br />
Syrfynol 465<br />
+ tislattu vesi<br />
poly-DADMAC + tislattu vesi<br />
5 p-%<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
Surfynol 465 + Pro-Jet Yellow 1<br />
0 1 2 3 4 5 6 7<br />
Pinta-aktiivista ainetta (p-%)<br />
Kuva 29 Käytettyjen pinta-aktiivisten aineiden cmc-pisteet<br />
Vesiliuoksessa Surfynolin cmc-piste sijaitsee suunnilleen pitoisuuksien 0.10 p-% ja 0.20 p-<br />
% välissä. Poly-DADMAC:n cmc-piste sijaitsee ennen pitoisuutta 5 p-%. Väriaineen ja<br />
poly-DADMAC:n välille muodostui flokkeja, mikä vaikeutti tulostamista ja saattoi<br />
vaikuttaa tuloksiin.<br />
6.1.4 Musteiden koostumukset<br />
Musteet valmistettiin punnitsemalla siten, että kutakin liukoista mustetta valmistettiin 50 g<br />
ja pigmenttimustetta 100 g. Punnitustarkkuus oli 0,1 mg. Liitteessä 4 on esitetty yhteenveto<br />
koepisteistä.<br />
Liukoiset musteet<br />
Liukoisia musteita valmistettiin yhteensä 28 kappaletta ja väriaineen osuus pidettiin<br />
vakiona 4 p-%:ssa /Taulukko 4/. Musteiden koostumuksen oli tarkoitus vastata<br />
mahdollisimman hyvin tyypillisiä <strong>inkjet</strong>-musteita, joiden koostumuksesta saatiin viitteitä<br />
kirjallisuudesta. Liuottimen määrä pyrittiin pitämään mahdollisimman vähäisenä, jotta<br />
vältyttäisiin tulostimen suutinten tukkeutumiselta. Pinta-aktiivisen aineen määrä pidettiin<br />
pienempänä kuin kyseisen aineen CMC-piste. Tällöin musteeseen ei pitäisi muodostua<br />
tulostusta haittaavia misellejä. Lisäksi vähäisellä pinta-aktiivisen aineen määrällä pyrittiin<br />
välttämään musteen vaahtoamista paperin pinnalla. Kirjallisuudesta saatujen tietojen
47<br />
mukaan /53/ musteen pintajännityksen täytyisi olla suurempi kuin 40 mN/m ja<br />
viskositeetin pienempi kuin 10 mPa s. Musteen komponenttien ja niiden määrien valinnalla<br />
musteen pintajännitys ja viskositeetti pyrittiin pitämään näiden rajojen sisäpuolella.<br />
Taulukko 4<br />
Kokeellisessa osassa käytetyt liukoiset musteet. Väriaineen osuus on 4 p-%.<br />
Pro-Jet Yellow 1 = Yellow, Pro-Jet Fast Magenta 2 = Magenta<br />
Muste Väriaine Orgaaninen apuliuotin Pinta-aktiivinen aine<br />
Keltainen 1 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% - -<br />
Keltainen 1.1 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Non-ioninen 0.05 p-%<br />
Keltainen 1.2 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Non-ioninen 0.10 p-%<br />
Keltainen 1.3 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Keltainen 1.4 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
Keltainen 2 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% - -<br />
Keltainen 2.1 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% Non-ioninen 0.05 p-%<br />
Keltainen 2.2 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% Non-ioninen 0.10 p-%<br />
Keltainen 2.3 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Keltainen 2.4 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
Keltainen 3 Yellow 2-pyrrolidoni 25 p-% - -<br />
Keltainen 4 Yellow MEG 10 p-% - -<br />
Keltainen 5 Yellow DEG 10 p-% - -<br />
Keltainen 6 Yellow TEG 10 p-% - -<br />
Magenta 1 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% - -<br />
Magenta 1.1 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Non-ioninen 0.05 p-%<br />
Magenta 1.2 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Non-ioninen 0.10 p-%<br />
Magenta 1.3 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Magenta 1.4 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
Magenta 2 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% - -<br />
Magenta 2.1 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% Non-ioninen 0.05 p-%<br />
Magenta 2.2 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% Non-ioninen 0.10 p-%<br />
Magenta 2.3 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Magenta 2.4 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
Magenta 3 Magenta 2-pyrrolidoni 19 p-% - -<br />
Magenta 4 Magenta MEG 5 p-% - -<br />
Magenta 5 Magenta DEG 5 p-% - -<br />
Magenta 6 Magenta TEG 5 p-% - -<br />
Orgaanisen liuottimen määrän <strong>vaikutus</strong>ta kesto-ominaisuuksiin tutkittiin käyttämällä<br />
musteen apuliuottimena 2-pyrrolidonia. Tähän tarkoitukseen käytetyt musteet eivät<br />
sisältäneet pinta-aktiivisia aineita. Keltaisissa musteissa apuliuottimen paino-osuus oli 10<br />
p-%, 20 p-% ja 25 p-% ja magentoissa musteissa vastaavasti 5 p-%, 10 p-% ja 19 p-%. Kun<br />
magentassa musteessa oli 19 p-% orgaanista apuliuotinta, muste tukki tulostimen<br />
suuttimet, joten tätä mustetta ei saatu tulostettua. Kun apuliuottimena käytettiin jotain<br />
glykoleista, apuliuotinta oli keltaisessa musteessa 10 p-% ja magentassa 5 p-%. Glykolia
48<br />
sisältäviä musteita verrattiin toisiinsa. Lisäksi niitä verrattiin musteisiin, jotka sisälsivät 2-<br />
pyrrolidonia.<br />
Pinta-aktiivisen aineen määrän ja tyypin <strong>vaikutus</strong>ta musteiden kesto-ominaisuuksiin<br />
tutkittiin käyttämällä musteita, joissa oli orgaanisena apuliuottimena 2-pyrrolidonia. Nonionista<br />
käytettiin 0.05 p-% sekä 0.10 p-% ja kationista 1.0 p-% sekä 2.0 p-%. Pintaaktiivisia<br />
aineita lisättiin keltaisiin musteisiin, joissa oli 10 p-% ja 20 p-% 2-pyrrolidonia ja<br />
magentoihin musteisiin, joissa oli 5 p-% ja 10 p-% 2-pyrrolidonia.<br />
Pigmenttimusteet<br />
Pigmenttimusteiden pigmenttipitoisuus pidettiin vakiona kahdessa p-%:ssa. Dispersioiden<br />
joukkoon lisättiin pinta-aktiivista ainetta ja tislattua vettä /Taulukko 5/. Kun väriaineena<br />
käytettiin Hostafine Yellow GR:ää, apuliuotinta (1,2-propyleeniglykoli) oli musteen<br />
joukossa 0.5 p-%. Kun väriaineena oli Hostafine Yellow HR, 1,2-propyleeniglykolin<br />
konsentraatio oli 0.9 p-%.<br />
Taulukko 5 Tulostuksessa käytetyt pigmenttimusteet<br />
Muste Väriaine Pinta-aktiivinen aine<br />
Pigmentti 1 Hostafine Yellow HR (40 nm) - -<br />
Pigmentti 1.1 Hostafine Yellow HR Non-ioninen 0.05 p-%<br />
Pigmentti 1.2 Hostafine Yellow HR Non-ioninen 0.10 p-%<br />
Pigmentti 1.3 Hostafine Yellow HR Kationinen 1.0 p-%<br />
Pigmentti 1.4 Hostafine Yellow HR Kationinen 2.0 p-%<br />
Pigmentti 2 Hostafine Yellow GR (86 nm) - -<br />
Pigmentti 2.1 Hostafine Yellow GR Non-ioninen 0.05 p-%<br />
Pigmentti 2.2 Hostafine Yellow GR Non-ioninen 0.10 p-%<br />
Hostafine Yellow GR:n joukkoon ei lisätty kationista pinta-aktiivista ainetta, koska<br />
pigmenttiväriaine ja kationinen pinta-aktiivinen aine muodostivat flokkeja, jotka tukkivat<br />
tulostimen suuttimet.<br />
6.2 Paperit<br />
Jokaista mustetta tulostettiin kolmelle erilaiselle päällystetylle pilot-paperille /Taulukko 6/.<br />
Päällystettä oli 10 g/m 2 papereilla, joita käytettiin kestotesteihin. Päällystämisen<br />
pohjapaperina oli käytetty pintaliimattua hienopaperia, jonka neliömassa oli 80 g/m 2 .<br />
Päällystys oli tehty vain toiselle puolelle paperia eikä paperia ollut kalanteroitu.<br />
Päällystepigmenttinä oli käytetty polyakrylaattilateksiin esilietettyä SPS-kaoliinia tai<br />
kuivaa kaoliinia. Sideaineena oli joko polyvinyylialkoholi (PVA) tai<br />
styreeniakrylaattilateksi (StAk). Kaikissa papereissa sideainetta oli 10 pph.<br />
Dispergointiaineena oli käytetty anionista karboksimetyyliselluloosaa (CarboxyMethyl<br />
Cellulose = CMC) tai kationista poly-DADMAC:a. CMC:tä oli käytetty 1 pph ja poly-<br />
DADMAC:a 3 pph. Haihtuvuuden testaamiseen käytettiin taulukon 6 mukaista paperia 4,<br />
jonka päällystepastassa oli sama koostumus kuin paperilla 2, mutta sideainetta oli 15 pph.<br />
Papereista oli valmiiksi mitattu joitain paperiteknisiä ominaisuuksia, jotka on esitetty
49<br />
liitteessä 3. Rasteripisteanalyysia varten tulostettiin papereille, jotka olivat<br />
päällystyskoostumukseltaan muuten samanlaisia kuin kestotesteihin käytetyt paperit 1-3,<br />
mutta päällystettä oli 7 g/m 2 . Näistä papereista saadut paperitekniset ominaisuudet on<br />
esitetty liitteessä 3. Rasteripisteanalyysiin ei voitu käyttää samoja papereita kuin kestoominaisuuksien<br />
tutkimiseen paperien vähäisen määrän vuoksi.<br />
Taulukko 6<br />
Kestotesteihin (Paperit 1-3) ja haihtuvuuden (Paperi 4) tutkimiseen käytettyjen<br />
papereiden päällysteen koostumus<br />
Paperi 1 Paperi 2 Paperi 3 Paperi 4<br />
Pigmentti SPS-kaoliini SPS-kaoliini Kuiva kaoliini SPS-kaoliini<br />
Sideaine PVA (10 pph) StAk (10 pph) PVA (10 pph) StAk (15 pph)<br />
Dispergointiaine CMC (1 pph) - poly-DADMAC<br />
(3 pph)<br />
Pintavaraus Anioninen Anioninen Kationinen Anioninen<br />
-<br />
Paperia 1 merkitään lyhenteellä PVA + CMC, paperia 2 lyhenteellä StAk ja paperia 3<br />
lyhenteellä PVA + p-DADMAC. Nämä lyhenteet viittaavat paperin päällysteen<br />
koostumukseen.
51<br />
7 MENETELMÄT<br />
7.1 Musteiden ominaisuudet<br />
Musteista ja niiden komponenteista mitattiin pintajännitys, viskositeetti, pH-arvo ja UV-<br />
VIS-absorptio. Musteiden ominaisuuksien lukuarvot paitsi UV-VIS-absorption tulokset on<br />
esitetty liitteessä 4. Pintajännityksen mittaamiseen käytettiin automaattista tietokoneella<br />
ohjattavaa Sigma 70 –mittalaitetta, joka perustuu rengasmenetelmään. Ennen mittauksen<br />
aloittamista näytteen annettiin stabiloitua viiden minuutin ajan. Jokaisesta musteesta tehtiin<br />
vain yksi määritys.<br />
Viskositeetti mitattiin Bohlin-reometrilla. Jokaisesta musteesta tehtiin kaksi<br />
rinnakkaismääritystä, joista laskettiin keskiarvo. Pigmenttidispersioista ei voitu mitata<br />
viskositeettia, koska väriaineet olivat liian viskoottisia mittalaitteelle ja lisäksi väriaineet<br />
olisivat tahrineet mittalaitteen pysyvästi. Tislatun veden viskositeetti huoneenlämmössä<br />
otettiin taulukkokirjasta /28/.<br />
UV-VIS-absorptio mitattiin aallonpituusvälillä 200-700 nm viiden nanometrin välein ATI<br />
UNICAM 5625 UV/VIS-spektrometrillä. Mittauksia varten musteita, joissa oli liuottimena<br />
2-pyrrolidoni, laimennettiin tislatun veden kanssa suhteessa 1:1000. Glykoleita liuottimena<br />
sisältäviä musteita laimennettiin tislatun veden kanssa suhteessa 1:1500. Jokaiselle<br />
näytteelle tehtiin yksi määritys. UV-VIS-absorptio mitattiin myös orgaanisista liuottimista<br />
ja pinta-aktiivisista aineista. Näitä laimennettiin tislatun veden kanssa suhteessa 1:1000.<br />
Musteiden pH mitattiin SCHOTT CG 842 pH-mittarilla, jossa oli Blueline 14 pH –<br />
elektrodi. Näytteen pH-arvo otettiin ylös, kun näytteen lämpötila oli 22 o C. Jokaiselle<br />
näytteelle tehtiin yksi määritys.<br />
7.2 Paperitekniset ominaisuudet<br />
Paperiteknisten ominaisuuksien mittaustulokset ovat liitteessä 3. Tulostukseen käytettävien<br />
papereiden päällystetyltä puolelta mitattiin profilometrikarheus Mitutoyo Surftest Analyzer<br />
–karheusmittarilla konesuuntaan. Mittausmatkana oli 2,5 mm. Jokaisesta paperilaadusta<br />
tehtiin 10 rinnakkaismääritystä, joista laskettiin keskiarvot. Taulukossa 7 on esitetty<br />
karheusparametrit. Mitä pienemmät arvot parametreilla on, sitä tasaisempaa paperi on.
Taulukko 7<br />
R a<br />
R max<br />
R q<br />
R t<br />
R p<br />
θ a<br />
Profilometrikarheusparametrit<br />
Karheusprofiilin poikkeamien keskiarvo, ”karheuden suuruusluokka”<br />
Pisin huippu-laakso etäisyys yksittäisessä mittauksessa<br />
Poikkeamien keskihajonta, “karheuden tasaisuus”<br />
Pisin huippu-laakso etäisyys koko mittausmatkalla<br />
Profiilin keskimääräinen korkeus keskiviivan yläpuolella<br />
Profiilin keskimääräinen kaltevuus<br />
52<br />
Papereiden huokoisuus määritettiin elohopeaporosimetrillä. Mittaukset tehtiin vain<br />
papereista, joissa päällystettä oli 10 g/m 2 . Huokoisuusparametrit ilmoitetaan<br />
huokostilavuutena, huokoshalkaisijana ja huokoisuusprosenttina. Mitä suurempi arvo näillä<br />
parametreilla on, sitä suurempi huokoisuus paperilla on. Huokostilavuus kertoo huokosten<br />
keskimääräisen pinta-alan grammaa kohden. Huokoshalkaisija kertoo huokosten<br />
keskimääräisen halkaisijan nanometreinä. Huokoisuusprosentti puolestaan ilmaisee, kuinka<br />
suuri osa paperin tilavuudesta on huokosia.<br />
7.3 Tulostimet<br />
Testisivut valmistettiin Adoben Photoshop-ohjelmalla. Kestotestejä varten tehtiin testisivu,<br />
jossa oli 18 täyspeitteistä pintaa, joiden koko oli 2,5 cm × 7,5 cm /Liite 1/.<br />
Rasteripisteanalyyseja varten tehdyssä testisivussa /Liite 2/ oli kaksitoista kappaletta 2,5<br />
cm × 7,5 cm –kokoista rasteripistekenttää, joista puolet oli 25 % ja puolet 50 %<br />
harmaasävyjä. Lisäksi tällä testisivulla oli neljä eri viivaresoluutiolla tehtyä 4 cm × 4 cm –<br />
kokoista viivapalkkikenttää sekä eri fonttikoolla tehtyjä tekstipätkiä.<br />
Liukoisten musteiden tulostamiseen käytettiin pietsosähköiseen tulostustekniikkaan<br />
perustuvaa Epson Stylus Color 900 –tulostinta. Tämä tulostin valittiin hyvän resoluutionsa<br />
vuoksi. Lisäksi tulostimeen oli saatavilla msutekasetteja ja tulostinta oli käytetty jo<br />
aikaisemmin tutkimusprojektin aikana.<br />
Musteisiin, joissa käytettiin kationista pinta-aktiivista ainetta, muodostui flokkeja. Tämän<br />
vuoksi musteita ei saatu kulkemaan Epsonin suuttimista. Näille musteille tulostimena<br />
käytettiin Olivetti JP 790 –mustesuihkutulostinta, joka perutuu termiseen tekniikkaan<br />
/Taulukko 8/. Olivetilla tulostettiin myös musteita, joissa ei ollut pinta-aktiivisia aineita.<br />
Tällöin voitiin verrata kationista pinta-aktiivista ainetta sisältäviä musteita musteisiin,<br />
joissa ei ollut pinta-aktiivisia aineita. Olivettia on käytetty tutkimusprojektissa<br />
referenssitulostimena, jolla pystytään kokemuksen perusteella tulostamaan lähes<br />
minkälaista mustetta vaan.
Taulukko 8 Olivetilla tulostetut liukoiset musteet<br />
Muste Väriaine Orgaaninen apuliuotin Pinta-aktiivinen aine<br />
Keltainen 1 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% - -<br />
Keltainen 1.3 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Keltainen 1.4 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
Keltainen 2 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% - -<br />
Keltainen 2.3 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Keltainen 2.4 Yellow 2-pyrrolidoni 20 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
53<br />
Magenta 1 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% - -<br />
Magenta 1.3 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Magenta 1.4 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
Magenta 2 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% - -<br />
Magenta 2.3 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 1.0 p-%<br />
Magenta 2.4 Magenta 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 2.0 p-%<br />
Pigmenttimusteet tulostettiin Olivetilla, koska Epson-tulostinta ei ole tarkoitettu<br />
pigmenttimusteiden tulostamiseen. Tällöin varsinkin musteet, joissa oli käytetty<br />
partikkelikooltaan suurempaa väriainetta (Hostafine Yellow GR), tukkivat Epsonin<br />
suuttimet. Musteilla, joissa oli käytetty partikkelikooltaan suurempaa pigmenttiväriainetta<br />
(Yellow GR), saadut värikentät eivät olleet täyspeitteisiä, vaan enemmänkin raidallisia,<br />
millä saattoi olla <strong>vaikutus</strong>ta kestotestien tuloksiin. Olivetilla tulostettiin vain täyspeitteisiä<br />
pintoja.<br />
7.4 Haihtuvuus<br />
Musteen kuivuminen haihtumalla tarkoittaa sitä, että musteen liuotinkomponenttien pinnan<br />
molekyylit siirtyvät nesteestä ilmaan. Haihtuvuuden määrittämisen tarkoituksena oli tutkia,<br />
miten musteen kantofaasi eli lähinnä käytetty liuotin vaikuttaa musteen haihtumiseen<br />
tulostusjäljen kuivumisen aikana. Lisäksi tarkoituksena oli selvittää, kuinka paljon<br />
mustetta siirtyy paperille tulostuksen aikana.<br />
Liukoisten musteiden haihtuvuutta mitattiin punnistusmenetelmällä. Paperi punnittiin<br />
ennen tulostusta 0,1 mg:n tarkkuudella. Välittömästi tulostuksen jälkeen paperi punnittiin<br />
uudelleen 30 sekunnin välein 20 minuutin ajan. Ennen varsinaisia kokeita tehtiin<br />
haihtuvuudesta esikoe, jossa tulosteen massa otettiin ylös 6 tunnin ajan tietyin väliajoin.<br />
Esikokeessa havaittiin, että 20 minuutin jälkeen tulosteen massa ei enää oleellisesti<br />
muuttunut. Tämän vuoksi musteen oletettiin asettuneen 20 minuutin aikana riittävästi, jotta<br />
tulostusjälkeä voitiin pitää kuivana. Tulostuksen jälkeen saaduista punnitustuloksista<br />
vähennettiin tulostamattoman paperin massa, jolloin saatiin paperilla olevan musteen<br />
määrä ajan funktiona. Haihtuvuuden lukuarvot on esitetty liittessä 4.<br />
Paperille siirtynyt määrä (kaava 4) on välittömästi tulostuksen jälkeen paperilla olevan<br />
musteen määrä jaettuna musteen peittämän pinnan pinta-alalla, joka on 337,5 cm 2 (= 18 ×<br />
2,5 cm × 7,5 cm).
54<br />
mS<br />
wS = , /4/<br />
A<br />
jossa w S on paperille siirtynyt mustemäärä (g/m 2 ),<br />
m S on paperille tulostuksessa siirtyneen mustemäärän massa (g) ja<br />
A on tulostetun alueen pinta-ala (m 2 ).<br />
Paperille jäänyt määrä (kaava 5) on paperilla oleva musteen määrä 20 minuutin kuluttua<br />
tulostuksesta jaettuna musteen peittämän pinnan pinta-alalla.<br />
m<br />
w = J<br />
J<br />
A<br />
, /5/<br />
jossa w J on paperille spontaanin haihtumisen jälkeen jäänyt mustemäärä (g/m 2 )<br />
m J on paperille jääneen mustemäärän massa (g) ja<br />
A on tulostetun alueen pinta-ala (m 2 ).<br />
Tunnuslukuna haihtuvuudelle käytetään paperille jääneen mustemäärän ja paperille<br />
siirtyneen mustemäärän suhdetta H (kaava 6), joka kertoo kuinka suuri osa paperille<br />
siirtyneestä musteesta on jäänyt paperille spontaanin haihtumisen jälkeen. Mitä pienempi<br />
tunnusluku on, sitä suurempi haihtuvuus on eli sitä vähemmän paperille siirtyneestä<br />
musteesta on jäänyt paperille. Haihtuvuus ei voi saada ykköstä suurempaa arvoa.<br />
w<br />
J<br />
H = , /6/<br />
wS<br />
jossa H on haihtuvuuden tunnusluku,<br />
w J on paperille jäänyt mustemäärä (g/m 2 ) ja<br />
w S on paperille tulostuksessa siirtynyt mustemäärä (g/m 2 ).<br />
Haihtuvuutta ei mitattu Olivetilla tulostetuista tulosteista, koska Olivetti on Epsonia<br />
huomattavasti hitaampi tulostin. Tämän vuoksi osa musteesta ehtii kuivua ennen kuin koko<br />
paperi on tulostunut jo niin paljon, että massa ei juurikaan muutu punnituksen aikana.<br />
Tällöin Olivetilla saatuja haihtuvuustuloksia ei voida pitää vertailukelpoisina.<br />
7.5 Kesto-ominaisuudet<br />
Tulostuksen jälkeen ennen kestotestien suorittamista värikentistä mitattiin optinen<br />
densiteetti ja L*a*b*-arvot. Molemmista otettiin 10 rinnakkaismääritystä. L*a*b*-arvojen<br />
mittaamiseen käytettiin Minolta CM-1000 –spektrofotometria. Optisen densiteetin<br />
mittaamiseen käytettiin Macbeth RD-918 –densitometria. Kestotestien jälkeen määritettiin<br />
densiteetti- ja väriero kaavojen 7 ja 8 avulla.<br />
∆ D = D 1<br />
− D 2<br />
, /7/<br />
jossa ∆D on densiteettiero,<br />
D 1 on värikentän densiteetti ennen kestotestiä ja<br />
D 2 on värikentän densiteetti kestotestin jälkeen.<br />
Mitä pienempi arvo densiteettierolla on, sitä paremmat kesto-ominaisuudet ovat.<br />
Densiteettieron määrittäminen sopii erityisesti haalistumismekanismien tutkimiseen sekä
55<br />
sen selvittämiseen, miten eri väriaineet vaikuttavat koko haalistumisprosessiin. Lisäksi<br />
densiteettieron avulla voidaan havainnollistaa väriaineiden reaktioita.<br />
∆ E = ( L<br />
b , /8/<br />
* * 2 * * 2 * * 2<br />
1<br />
− L2<br />
) + ( a1<br />
− a2<br />
) + ( b1<br />
−<br />
2<br />
)<br />
jossa ∆E on väriero,<br />
L 1 * on värikentän L*-arvo eli luminanssi ennen kestotestiä,<br />
L 2 * on värikentän L*-arvo kestotestin jälkeen,<br />
a 1 * on värikentän a*-arvo eli punaisuus ennen kestotestiä,<br />
a 2 * on värikentän a*-arvo kestotestin jälkeen<br />
b 1 * on värikentän b*-arvo eli keltaisuus ennen kestotestiä ja<br />
b 2 * on värikentän b*-arvo kestotestin jälkeen.<br />
Mitä pienempi arvo värierolla ∆E on, sitä paremmat kesto-ominaisuudet ovat. Väriero<br />
yhdistää eri tekijöiden vaikutukset yhdeksi arvoksi. Tässä diplomityössä on tulostettu vain<br />
yhtä väriä kerrallaan, joten värieroa voidaan pitää hyvänä kesto-ominaisuuksien mittarina.<br />
Musteiden L*a*b*- ja densiteettiarvot tulostuksen jälkeen ja kestotestien jälkeen on<br />
esitetty liitteessä 5.<br />
7.5.1 Valonkesto<br />
Tulostamattomia papereita ja tulosteita pidettiin Suntest CPS+ xenon-säteilijässä 100<br />
tunnin ajan. Tämän jälkeen näytteistä mitattiin densiteetti- ja L*a*b*-arvot, minkä jälkeen<br />
värikentän densiteetti- ja väriero laskettiin kaavoilla 7 ja 8. Tulokset on esitetty liitteessä 6.<br />
Näytekammion säteilyvoimakkuuden arvoksi asetettiin 615 W/m ja mustan standardin<br />
lämpötilaksi 40 o C. Mittaushuoneen kosteus pyrittiin pitämään arvossa 35 % ja lämpötila<br />
24<br />
o C:ssa. Kammion säteilyvoimakkuutta ja lämpötilaa valvottiin Xviewtietokoneohjelman<br />
avulla. Säteilyvoimakkuus pysyi arvossa 615 W/m, mutta lämpötila oli<br />
45-48 o C eli käytännössä vakio, vaikkakin hieman korkeampi kuin tavoitelämpötila.<br />
7.5.2 Vedenkesto<br />
Vedenkestonäytteitä uitettiin ionivaihdetussa vedessä (pH ≈ 7) tulostettu puoli alaspäin 5<br />
minuutin ajan. Näytteiden annettiin kuivua huoneenlämmössä tulostettu puoli ylöspäin<br />
noin 5 tunnin ajan. Tämän jälkeen näytteistä mitattiin densiteetti- ja L*a*b*-arvot, minkä<br />
jälkeen värikentän densiteetti- ja väriero laskettiin kaavoilla 7 ja 8. Tulokset on esitetty<br />
liitteessä 6.<br />
7.5.3 Hankauskesto<br />
Hankauskesto testattiin vain pigmenttimusteilla tulostetuista papereista, koska liukoiset<br />
musteet penetroituvat niin syvälle paperin sisään, että tulostuspintaa hangattaessa myös<br />
paperin pinta irtoaa. Kuvassa 30 on esitetty hankauskeston testaamiseen käytetyn laitteen<br />
toimintaperiaate. Sylinteriin, jota voidaan liikutella ylös ja alas vivun varassa, kiinnitetään<br />
pinta, jolla näytettä hangataan. Hangattava tulostepinta kiinnitetään liikkuvaan kelkkaan.<br />
Kelkkaa vedetään nuolen suuntaan, kun sylinteri on laskettu alas niin, että hankaava pinta<br />
koskettaa hangattavaa pintaa.
56<br />
Sylinteri<br />
Hankaava<br />
pinta<br />
Kelkan vetosuunta<br />
Hangattava pinta<br />
Liikkuva kelkka<br />
Kuva 30 Hankauskeston tutkimisessa käytetty hankauslaite<br />
Hankauskestonäytteitä hangattiin imukartongilla. Hankauksen jälkeen määritettiin<br />
imukartonkiin siirtyneen värin optinen densiteetti. Tulokset on esitetty liitteessä 6. Mitä<br />
suurempi densiteetti siirtyneellä värillä on, sitä enemmän väriä on irronnut tulosteesta ja<br />
sitä huonompi hankauskesto näytteellä on.<br />
7.6 Rasteripisteanalyysi<br />
Rasteripisteanalyysin tarkoituksena oli selvittää musteen kantofaasin koostumuksen<br />
<strong>vaikutus</strong>ta tulostusjäljen ulkonäköön rasteripistetasolla. Erityisesti keskityttiin siihen,<br />
miten käytetty muste vaikuttaa rasteripisteiden leviämiseen. Lisäksi pohdittiin, onko<br />
mahdollista selittää kesto-ominaisuuksia rasteripisteiden koon ja muodon avulla.<br />
Magentoilla musteilla tulostettuja rasteripisteitä kuvattiin valomikroskoopilla, johon oli<br />
yhdistetty CCD-kamera. Kuvien ottamisessa käytettiin 50-kertaista suurennosta (objektiivi<br />
IC5). Yhteen kuvaan saatiin täten näkymään noin 10-20 rasteripistettä, joiden<br />
ominaisuuksien keskiarvot laskettiin. Sekä 25 %:n että 50 %:n rasterikentistä otettiin yksi<br />
kuva jokaisesta paperista. Rasteripisteanalyysit tehtiin Scion Image –ohjelmalla.<br />
Rasteripisteistä määritettiin niiden keskimääräinen pinta-ala, epäpyöreys (non-circularity),<br />
rosoisuus (raggedness) ja keskimääräinen harmaataso. Ohjelma laskee rasteripisteisiin<br />
mahdollisimman hyvin sopivan ellipsin, jolla on sama pinta-ala kuin rasteripisteellä ja,<br />
jonka reuna myötäilee pisteen reunaa mahdollisimman tarkasti kuvan 31 mukaisesti.<br />
Näiden ellipsien avulla voidaan laskea rasteripisteiden epäpyöreys.
57<br />
Kuva 31 Rasteripisteiden ympärille sovitetut ellipsit (Pro-Jet Fast Magenta 2,<br />
tetraetyleeniglykoli 5 %)<br />
Epäpyöreys määritellään kaavan 9 mukaan.<br />
r<br />
max<br />
Epäpyöreys = , /9/<br />
rmin<br />
jossa r max on ellipsin pidempi akseli ja<br />
r min on ellipsin lyhyempi akseli.<br />
Rasteripiste on ympyrä, kun epäpyöreyden arvo on 1 eli silloin ellipsin akselit ovat yhtä<br />
suuret. Mitä suuremman arvon epäpyöreys saa, sitä vähemmän rasteripiste muistuttaa<br />
ympyrää eli sitä epäpyöreämpi se on. Epäpyöreys ei voi saada ykköstä pienempiä arvoja.<br />
Rosoisuus lasketaan kaavasta 10. Rosoisuus kertoo rasteripisteen reunakohinan. Mitä<br />
suuremman arvon rosoisuus saa, sitä enemmän reunakohinaa rasteripisteessä on eli sitä<br />
epätasaisempi rasteripisteen reuna on.<br />
jossa<br />
2<br />
p<br />
Rosoisuus = , /10/<br />
A∗<br />
4 ∗π<br />
p on rasteripisteen perimetri eli ympärysmitta ja<br />
A on rasteripisteen pinta-ala.<br />
Rasteripistekuvat otettiin kaikki samassa valaistuksessa, jotta keskimääräisiä<br />
harmaatasoarvoja voitiin verrata toisiinsa. Keskimääräinen harmaatasoarvo kertoo, kuinka<br />
tumma rasteripiste on. Mitä suurempi arvo saadaan, sitä tummempi rasteripiste on.<br />
Rasteripisteanalyysin tulokset on esitetty liitteessä 7.
59<br />
8 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU<br />
8.1 Koostumuksen <strong>vaikutus</strong> musteen ominaisuuksiin<br />
Liukoisten väriaineiden pintajännitykset ja pH-arvot ovat suunnilleen samanlaisia.<br />
Liuottimista 2-pyrrolidonilla on pienin pintajännitys ja viskositeetti sekä suurin pH-arvo.<br />
Monoetyleeniglykolilla on hieman suurempi pintajännitys kuin muilla glykoleilla. Lisäksi<br />
se on emäksinen muiden glykolien ollessa happamia. Glykolin viskositeetti kasvaa<br />
etyleeniryhmien määrän kasvaessa, koska samalla molekyylikoko kasvaa. Non-ionisen<br />
pinta-aktiivisen aineen pH on lähes neutraali, kuten tislatun vedenkin. Tislatulla vedellä ja<br />
kationisella pinta-aktiivisella aineella on suuri pintajännitys. Lisäksi kationinen pintaaktiivinen<br />
aine on hapan. Non-ionisella pinta-aktiivisella aineella on pieni pintajännitys.<br />
Pinta-aktiivisilla aineilla on suuri viskositeetti lähinnä suuren molekyylikoon vuoksi.<br />
Pigmenttidispersioista pienemmän partikkelikoon Hostafine Yellow HR on emäksinen ja<br />
Hostafine Yellow GR hapan. Hostafine Yellow HR:llä on hieman pienempi pintajännitys.<br />
Keltaisten liukoisten musteiden pH-arvot ovat välillä 7,5-8,2. Magentojen liukoisten<br />
musteiden pH-arvot ovat välillä 8,1-9,1. Liukoisten musteiden pH-arvot sijoittuvat hyvin<br />
pienelle välille. Tämän vuoksi voidaan olettaa, että tutkituilla liuottimilla ja pintaaktiivisilla<br />
aineilla on hyvin vähän <strong>vaikutus</strong>ta musteen pH-arvoon. Pigmenttimuste, jolla<br />
on pienemmät partikkelit (Hostafine Yellow HR), on lähes neutraali, mutta<br />
pigmenttimuste, jolla on suuremmat partikkelit (Hostafine Yellow GR), on hapan. Tämä<br />
voi johtua pigmenttiväriaineiden molekyylirakenteen pienestä eroavaisuudesta.<br />
8.1.1 Pintajännitys<br />
Kuvassa 32 on esitetty liukoisten musteiden pintajännityksen riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen<br />
aineen määrästä musteessa.
60<br />
Pintajännitys (mN/m)<br />
61<br />
56<br />
51<br />
TEG, FM2<br />
MEG, FM2<br />
DEG, FM2<br />
TEG, Y1<br />
MEG, Y1<br />
2-pyrro 25 p-%, Y1<br />
DEG, Y1<br />
2-pyrro 10 p-%, Y1<br />
2-pyrro 20 p-%, Y1<br />
46<br />
2-pyrro 5 p-%, FM2<br />
2-pyrro 10 p-%, FM2<br />
41<br />
-0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 32 Liukoisten musteiden pintajännitys non-ionisen pinta-aktiivisen aineen pitoisuuden<br />
funktiona<br />
Glykoleista suurin pintajännitys on tetraetyleeniglykolilla (TEG) ja pienin<br />
dietyleeniglykolilla (DEG). Musteen pintajännitys pienenee, kun orgaanisen apuliuottimen<br />
paino-osuus musteesta kasvaa. Tällöin musteen pitäisi paremmin penetroitua paperin<br />
sisään. Non-ioninen pinta-aktiivinen aine alentaa musteen pintajännitystä.<br />
Kuvassa 33 on esitetty liukoisten musteiden pintajännityksen riippuvuus kationisen pintaaktiivisen<br />
aineen määrästä musteessa.<br />
Pintajännitys (mN/m)<br />
61<br />
2-pyrro 10 p-%, Y1<br />
56<br />
2-pyrro 10 p-%, FM2<br />
51<br />
2-pyrro 5 p-%, FM2<br />
46<br />
2-pyrro 20 p-%, Y1<br />
41<br />
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 33 Liukoisten musteiden pintajännitys kationisen pinta-aktiivisen aineen paino-osuuden<br />
funktiona<br />
Kationisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> musteiden pintajännitykseen ei ole<br />
yksiselitteistä. Tähän saattaa vaikuttaa se, että musteen joukkoon muodostuneet flokit<br />
aiheuttavat virhettä pintajännitysmittaukseen. Pigmenttimusteista suurempi pintajännitys<br />
on sillä musteella, jonka partikkelit ovat suurempia. Pinta-aktiivisista aineista non-ioninen
61<br />
aine alentaa pigmenttimusteiden pintajännitystä, mutta kationinen aine ei näyttäisi<br />
vaikuttavan pintajännitykseen.<br />
8.1.2 Viskositeetti<br />
Kuvassa 34 on esitetty liukoisten musteiden viskositeetin riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen<br />
aineen määrästä musteessa.<br />
Viskositeetti (mPa s)<br />
4.5<br />
4.0<br />
3.5<br />
2-pyrro 25 p-%, Y1<br />
2-pyrro 20 p-%, Y1<br />
3.0<br />
2.5<br />
2.0<br />
TEG, FM2<br />
TEG, Y1<br />
DEG, Y1<br />
MEG, Y1<br />
DEG, FM2<br />
MEG, FM2<br />
2-pyrro 10 p-%, Y1<br />
2-pyrro 10 p-%, FM2<br />
2-pyrro 5 p-%, FM2<br />
1.5<br />
-0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 34 Liukoisten musteiden viskositeetti non-ionisen pinta-aktiivisen aineen paino-osuuden<br />
funktiona<br />
Kun glykolin etyleeniryhmien määrä kasvaa (MEG → DEG → TEG), musteen<br />
viskositeetti kasvaa. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että etyleeniryhmien määrän<br />
kasvaessa, molekyylien koko kasvaa. Kun 2-pyrrolidonin paino-osuus musteesta kasvaa,<br />
viskositeettikin kasvaa. Viskositeetin kasvaessa pisaranmuodostus tulostuksessa vaikeutuu<br />
ja toisaalta Lucas-Wahburnin yhtälön mukaan myös musteen penetraatio vaikeutuu.<br />
Pienillä pitoisuuksilla non-ioninen pinta-aktiivinen aine kasvattaa viskositeettia, mutta<br />
tämän jälkeen viskositeetti laskee suunnilleen samalle tasolle kuin musteen, jossa ei ole<br />
pinta-aktiivista ainetta. Tämä voi johtua siitä, että misellejä on jo non-ionisen pintaaktiivisen<br />
aineen pitoisuudessa 0.10 alkanut muodostua. Voi myös olla, että non-ioninen<br />
pinta-aktiivinen aine ei juurikaan vaikuta viskositeettiin.<br />
Kuvassa 35 on esitetty musteiden viskositeetin riippuvuus kationisen pinta-aktiivisen<br />
aineen määrästä.
62<br />
Viskositeetti (mPa s)<br />
4.5<br />
Yellow HR (40 nm)<br />
4.0<br />
3.5<br />
3.0<br />
2.5<br />
2.0<br />
2-pyrro 20 p-%, Y1<br />
2-pyrro 10 p-%, Y1<br />
2-pyrro 10 p-%, FM2<br />
2-pyrro 5 p-%, FM2<br />
1.5<br />
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 35 Musteiden viskositeetti kationisen pinta-aktiivisen aineen paino-osuuden funktiona<br />
Liukoisten magentojen musteiden viskositeetti hieman kasvaa, kun kationisen pintaaktiivisen<br />
aineen paino-osuutta musteesta kasvatetaan. Keltaisilla liukoisilla musteilla<br />
viskositeetin muutos ei ole yhtä selvää, mutta myös näillä musteilla viskositeetti näyttäisi<br />
kasvavan. Pigmenttimusteella kationisen pinta-aktiivisen aineen viskositeettia kasvattava<br />
<strong>vaikutus</strong> näkyy selvästi. Viskositeetin suureneminen kationisen pinta-aktiivisen aineen<br />
määrän funktiona johtuu todennäköisesti siitä, että kationinen pinta-aktiivinen aine ja<br />
väriaine reagoivat keskenään muodostaen flokkeja, jotka osaltaan vaikeuttavat<br />
pisaranmuodostusta.<br />
Pigmenttimusteiden viskositeetti on hieman alle 2 mPa s. Pigmenttimusteen, jossa on<br />
suuremmat partikkelit, viskositeetti on noin 0,1 mPa s pienempi kuin musteen, jossa on<br />
pienemmät partikkelit. Tämä on yllättävää, koska teoriassa partikkelikoon kasvaessa<br />
musteesta tulisi viskoottisempaa. Pigmenttimusteiden viskositeettiin saattaa kuitenkin<br />
vaikuttaa molekyylirakenteiden pieni eroavaisuus ja propyleeniglykolin määrä musteessa.<br />
Non-ioninen pinta-aktiivinen aine ei juurikaan vaikuta pigmenttimusteiden viskositeettiin.<br />
8.1.3 UV-VIS-absorptio<br />
Musteessa olevan väriaineen aggregoitumisastetta voidaan arvioida absorptiopiikkien<br />
korkeuden perusteella. Steiger et al. /48/ ovat osoittaneet, että mitä korkeampi<br />
absorptiopiikki on eli mitä suurempi absorbanssi on, sitä vähemmän väriaine on<br />
aggregoitunut, kun musteen muut tekijät pysyvät ennallaan. Kuvassa 36 on esitetty eri<br />
väriaineiden <strong>vaikutus</strong> musteen UV-VIS-absorbanssiin.
63<br />
Absorbanssi<br />
2.5<br />
Hostafine Yellow HR (40 nm)<br />
2.0<br />
1.5<br />
1.0<br />
Pro-Jet Yellow 1<br />
Hostafine Yellow GR (80 nm)<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
Väriaineen<br />
aggregoituminen<br />
lisääntyy<br />
0.5<br />
0.0<br />
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700<br />
Valon aallonpituus (nm)<br />
Kuva 36 Väriaineen <strong>vaikutus</strong> UV-VIS-absorbanssiin. Liukoisessa keltaisessa musteessa on 10<br />
p-% 2-pyrrolidonia ja liukoisessa magentassa musteessa 5 p-% 2-pyrrolidonia.<br />
Musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita<br />
Näkyvän valon alueella (400-700 nm) liukoinen keltainen väriaine absorboi eniten<br />
aallonpituuksilla 400-450 nm. Keltaiset pigmenttimusteet puolestaan absorboivat eniten<br />
aallonpituuksilla 400-500 nm. Pigmenttiväreistä Hostafine Yellow GR, jolla on pienempi<br />
partikkelikoko, absorboi enemmän valoa. Pienemmän partikkelikoon pigmenttimusteen<br />
korkeampi absorptiopiikki johtuu todennäköisesti pienemmistä partikkeleista, jotka<br />
muodostavat pienempiä aggregaatteja kuin toisen pigmenttimusteen suuremmat partikkelit.<br />
Liukoinen magenta väriaine absorboi näkyvän valon alueella eniten aallonpituuksia 470-<br />
570 nm. Lisäksi kaikki väriaineet, erityisesti liukoinen keltainen väriaine, absorboivat<br />
runsaasti UV-alueen valoa (200-400 nm). Varsinkin liukoinen keltainen väriaine absorboi<br />
lähinnä UV-alueen valoa, joten tämän väriaineen hajoamiseen saattaa vaikuttaa enemmän<br />
UV-valo kuin näkyvä valo.<br />
Kuvassa 37 on esitetty liukoisten musteiden, joissa ei ole pinta-aktiivisia aineita, UV-VISabsorbanssi<br />
valon aallonpituuden funktiona. Musteissa on käytetty erilaisia orgaanisia<br />
apuliuottimia. Keltaisissa musteissa apuliuottimia on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%.
64<br />
Absorbanssi<br />
2.5<br />
2.0<br />
DEG<br />
MEG<br />
TEG<br />
Väriaineen<br />
aggregoituminen<br />
lisääntyy<br />
1.5<br />
2-pyrro<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
DEG<br />
1.0<br />
MEG<br />
0.5<br />
0.0<br />
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700<br />
Valon aallonpituus (nm)<br />
Kuva 37 Liukoisten musteiden UV-VIS-absorbanssi, kun musteiden joukossa ei ole pintaaktiivisia<br />
aineita. Katkoviivat ovat liukoisia magentoja musteita ja kokonaiset viivat<br />
liukoisia keltaisia musteita<br />
Tutkitut liuotintyypit eivät juuri vaikuta värillisyyteen, koska niiden absorptiopiikit<br />
sijaitsevat näkyvän valon alueella samoilla aallonpituuksilla. Vastaavasti pelkkien<br />
liuottimien absorptiopiikit sijaitsivat samalla aallonpituudella ja samalla korkeudella. UValueella<br />
2-pyrrolidonilla oli absorptiopiikki, jota ei esiintynyt glykoleilla. Tämän ei<br />
kuitenkaan pitäisi vaikuttaa valonkestoon, koska valonkestolaitteen pitäisi suodattaa lähes<br />
kaikki UV-alueen valo pois. Glykolin etyleeniryhmien lisääntyessä aggregoituminen<br />
vähenee, koska etyleeniryhmien määrän kasvaessa (MEG → DEG → TEG)<br />
absorptiopiikkien korkeus näkyvän valon alueella suurenee. Glykolin etyleeniryhmien<br />
määrän kasvaessa glykolista tulee hydrofobisempaa /48/. Tällöin väriaineen on vaikeampaa<br />
muodostaa aggregaatteja, koska väriainemolekyylit eivät pääse niin helposti lähelle<br />
toisiaan kuin hydrofiilisen liuottimen läsnäollessa.<br />
Kuvassa 38 on esitetty, miten pinta-aktiiviset aineet vaikuttavat UV-VIS-absorbanssiin.
65<br />
Absorbanssi<br />
2.5<br />
2.0<br />
1.5<br />
Ei pinta-aktiivista<br />
Kationinen 2.0 p-%<br />
Kationinen 1.0 p-%<br />
Väriaineen<br />
aggregoituminen<br />
lisääntyy<br />
1.0<br />
0.5<br />
Non-ioninen 0.05 ja 0.10 p-%<br />
0.0<br />
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700<br />
Valon aallonpituus (nm)<br />
Kuva 38 Pinta-aktiivisten aineiden <strong>vaikutus</strong> UV-VIS-absorbanssiin. Musteena on keltainen<br />
liukoinen muste, jossa on apuliuottimena 2-pyrrolidonia 10 p-%<br />
Pelkkien pinta-aktiivisten aineiden UV-VIS-absorbanssit olivat samanlaisia eri<br />
aallonpituuksilla ja absorptiopiikitkin sijaitsivat samoilla aallonpituuksilla. Tämän vuoksi<br />
oletettiin, että pinta-aktiivisen aineen kyky absorboida valoa ei vaikuta musteen UV-VISabsorptioon.<br />
Pinta-aktiivisten aineiden oletettiin vaikuttavan musteen UV-VISabsorbanssiin<br />
ainoastaan väriaineen kanssa tapahtuvien vuoro<strong>vaikutus</strong>ten kautta. Pintaaktiivisista<br />
aineista kationinen kasvattaa ja non-ioninen pienentää UV-VIS-absorbanssia,<br />
mikä viittaisi siihen, että non-ioninen lisää ja kationinen vähentää väriaineen<br />
aggregoitumista. Tätä voidaan selittää sillä, että kationinen pinta-aktiivinen aine<br />
muodostaa flokkeja anionisen väriaineen kanssa, jolloin väriaineaggregaattien<br />
muodostuminen vähenee.<br />
8.1.4 Haihtuvuus<br />
Kuvassa 39 on esitetty musteiden haihtuvuuskäyriä kuivumisen aikana. Kuvaajassa on<br />
esitetty paperilla olevan musteen määrä ajan funktiona. Kaikissa koepisteissä on käytetty<br />
samaa StAk-päällysteistä paperia (Paperi 4), jossa päällystettä on 10 g/m 2 .
66<br />
8<br />
7<br />
6<br />
Paperilla oleva<br />
mustemäärä (g/m 2 )<br />
Y1, 2-pyrro 10 p-%<br />
5<br />
Y1, 2-pyrro 10 p-%, kationinen<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Y1, 2-pyrro 20 p-%<br />
FM2, 2-pyrro 10 p-%<br />
1<br />
Y1, 2-pyrro 10 p-%, non-ioninen<br />
Y1, DEG<br />
0<br />
0 5 10 15 20<br />
Aika (min)<br />
Kuva 39 Musteiden haihtuvuuskäyriä. Yhdessä musteessa on non-ionista pinta-aktiivista<br />
ainetta on 0.05 p-% ja yhdessä kationista 1.0 p-%<br />
Haihtuvuuskäyristä nähdään, että musteen haihtuminen hidastuu noin 10 minuutin jälkeen,<br />
jonka jälkeen paperilla oleva mustemäärä ei enää kovin paljoa muutu. Nopeinta<br />
haihtuminen näyttäisi olevan kolmen ensimmäisen minuutin aikana. Eri musteiden<br />
haihtumiskäyrät ovat suunnilleen samanmuotoisia, joten musteella ei näyttäisi olevan<br />
<strong>vaikutus</strong>ta haihtumisnopeuteen. Pinta-aktiiviset aineet näyttäisivät hieman vähentävän<br />
paperilla olevan musteen määrää, mikä todennäköisesti johtuu siitä, että näitä musteita oli<br />
hankalampi tulostaa. Tämän vuoksi paperille on siirtynyt pienempi määrä mustetta. Juuri<br />
tulostuksessa ilmenneiden hankaluuksien vuoksi ei ole verrattu suoraan toisiinsa paperille<br />
haihtumisen jälkeen jääneitä mustemääriä, vaan on laskettu, kuinka suuri osa siirtyneestä<br />
musteesta on jäänyt paperille haihtumisen jälkeen. Tällä tavoin on pystytty eliminoimaan<br />
tulostusprosessin aiheuttamat vaihtelut haihtuvuuteen.<br />
Kuvassa 40 on esitetty tulostuksen jälkeen paperiin jääneen mustemäärän riippuvuus<br />
liuottimen paino-osuudesta musteessa. Pystyakseli osoittaa, kuinka suuri osa paperiin<br />
siirtyneestä musteesta on vielä jäljellä paperissa 20 minuutin kuluttua tulostuksesta. Vaakaakselina<br />
on orgaanisen liuottimen paino-osuus koko musteesta.
67<br />
Paperiin jäänyt<br />
mustemäärä (%)<br />
Pro-Jet Yellow 1<br />
40<br />
35<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
2-pyrro<br />
30<br />
25<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
20<br />
15<br />
10<br />
MEG<br />
TEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
DEG<br />
2-pyrrolidonia sisältävän musteen pintajännitys pienenee<br />
5<br />
0<br />
4 9 14 19 24<br />
Liuotinpitoisuus (p-%)<br />
Kuva 40 Liukoisten musteiden haihtuvuus eri liuottimilla, kun musteiden joukossa ei ole pintaaktiivisia<br />
aineita<br />
Kuvasta 40 nähdään, että paperiin jää enemmän mustetta, kun pääliuottimena käytettyä<br />
tislattua vettä korvataan orgaanisella apuliuottimella eli apuliuottimen osuuden musteesta<br />
kasvaessa. Vaikka vesi onkin hitaammin haihtuvaa nestettä kuin orgaaniset liuottimet,<br />
vettä haihtuu määrällisesti enemmän kuin orgaanisia liuottimia samassa ajassa, koska<br />
veden kiehumispiste on alhaisempi kuin tutkituilla orgaanisilla liuottimilla /28/. Lisäksi<br />
haihtuminen on riippuvaista musteen haihtumisenergiasta, joten pelkän kiehumispisteen<br />
avulla eroja ei kuitenkaan voida yksiselitteisesti selittää. Eri orgaanisia liuottimia<br />
käytettäessä spontaani haihtuminen on suunnilleen samaa suuruusluokkaa, joten<br />
liuottimella ei näytä olevan <strong>vaikutus</strong>ta musteen haihtumiseen toisin kuin liuottimen<br />
määrällä. Orgaanisen apuliuottimen määrän <strong>vaikutus</strong>ta haihtumiseen voidaan selittää sillä,<br />
että musteen pintajännitys pienenee, kun 2-pyrrolidonin paino-osuus musteesta kasvaa.<br />
Pintajännityksen pienentyessä mustetta jää enemmän paperiin, koska musteen penetraatio<br />
paperiin helpottuu. Pintajännityksen pienentyessä enemmän mustetta pääsee paperin<br />
huokosrakenteeseen ja vähemmän mustetta jää paperin pinnalle, josta molekyylien olisi<br />
helpompi siirtyä ilmaan. Liukoiset magentat musteet haihtuvat suhteessa enemmän kuin<br />
liukoiset keltaiset musteet.<br />
Kuvassa 41 on liukoisten musteiden haihtumisen jälkeen paperiin jääneen mustemäärän<br />
riippuvuus pinta-aktiivisen aineen määrästä. Epson-tulostimella saatiin tulostettua vain<br />
yksi kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävä keltainen muste, jossa tätä pinta-aktiivista<br />
ainetta oli 1.0 p-%. Loput kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävät musteet tulostettiin<br />
Olivetti-tulostimella, joka hitautensa vuoksi ei soveltunut haihtuvuuden tutkimiseen.
68<br />
Paperille jäänyt<br />
mustemäärä (%)<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
Non-ioninen<br />
Surfynolia sisältävän<br />
musteen pintajännitys<br />
pienenee<br />
Y1, 2-pyrro 20 p-%<br />
FM 2, 2-pyrro 10 p-%<br />
Y1, 2-pyrro 10 p-%<br />
FM 2, 2-pyrro 5 p-%<br />
Y1, 2-pyrro 10 p-%,<br />
kationinen 1.0 p-%<br />
0<br />
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 1.00 0.20<br />
Pinta-aktiivisen aineen osuus (p-%)<br />
Kuva 41 Pinta-aktiivisten aineiden <strong>vaikutus</strong> liukoisten musteiden haihtuvuuteen<br />
Kun pinta-aktiivisena aineena on non-ioninen aine, musteen haihtuminen lisääntyy pintaaktiivisen<br />
aineen paino-osuuden kasvaessa. Tätä voidaan selittää sillä, että non-ioninen<br />
pinta-aktiivinen aine pienentää musteen pintajännitystä. Tällöin sekä musteen penetraatio<br />
helpottuu että paperin pinnan suuntainen leviäminen lisääntyy. Musteen molekyylit<br />
joutuvat kauemmaksi toisistaan, jolloin niiden välillä vaikuttavat vetovoimat pienenevät.<br />
Pinnan lähellä olevan molekyylin on tällöin helpompaa siirtyä ilmaan, koska muut<br />
molekyylit eivät pidättele sitä. Kun pinta-aktiivisena aineena on käytetty kationista ainetta,<br />
musteen haihtuminen vähenee. On kuitenkin otettava huomioon, että saatavilla on vain<br />
yhden koepisteen haihtumisen arvo. Haihtumisen vähentyminen voi johtua kationisen<br />
pinta-aktiivisen aineen taipumuksesta muodostaa jo ihmissilmälläkin havaittavia flokkeja.<br />
Nämä flokit sitovat musteen komponentit sisäänsä ja estävät molekyylejä karkaamasta<br />
pinnan läheisyydessä.<br />
8.2 Värikenttien optiset ominaisuudet ennen<br />
kestotestejä<br />
Kuvassa 42 on esitetty musteiden tulostusjälkien densiteetit ja L*-arvot eli luminanssit eri<br />
papereilla. Lisäksi kuvaan on laskettu eri papereiden koepisteiden densiteettien ja<br />
vaaleuksien keskiarvot eli kyseisen paperin musteiden optisten ominaisuuksien<br />
vastinpisteet.
69<br />
1.25<br />
1.20<br />
Kationista pinta-aktiivista ainetta<br />
(tulostettu Olivetilla) Pro-Jet Yellow 1<br />
1.15<br />
1.10<br />
1.05<br />
D 1.00<br />
0.95<br />
0.90<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
PVA + p-DADMAC<br />
ka. PVA + CMC<br />
ka. StAk<br />
ka. PVA + p-DADMAC<br />
0.85<br />
0.80<br />
0.75<br />
80 81 82 83 84 85 86<br />
L*-arvo eli luminanssi<br />
1.25<br />
1.20<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
1.15<br />
1.10<br />
1.05<br />
D 1.00<br />
0.95<br />
0.90<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
PVA + p-DADMAC<br />
ka. PVA + CMC<br />
ka. StAk<br />
ka. PVA + p-DADMAC<br />
0.85<br />
0.80<br />
0.75<br />
50 52 54 56 58 60 62 64 66<br />
L*-arvo eli luminanssi<br />
Kuva 42 Tulostusjäljen densiteetti ja luminanssi tulostuksen jälkeen eri papereilla. Ylemmässä<br />
kuvaajassa ovat keltaiset ja alemmassa magentat liukoiset musteet. Lyhenteellä ka.<br />
tarkoitetaan kaikista kyseisen paperin koepisteistä laskettua keskiarvoa<br />
Saman paperin sisällä eri koepisteiden densiteetit erosivat toisistaan korkeintaan 0,1 ja<br />
luminanssit korkeintaan 3 yksikköä. Tämän vuoksi eri musteiden tulostusjäljen<br />
densiteeteissä ja luminansseissa ei havaittu kuvaajan perusteella merkittäviä eroja saman<br />
paperin sisällä. Ainoastaan keltaisilla musteilla glykolien käyttö apuliuottimena 2-<br />
pyrrolidonin sijaan hieman pienensi densiteettiä. Ero oli kuitenkin vain noin 0,05, joten<br />
tämä ero voi myös johtua näytteissä esiintyvistä vaihteluista, koska kaikki värikentät eivät<br />
olleet aivan tasaisia ja lisäksi yhden musteen tulostusjäljen densiteettien keskihajonta<br />
saattoi olla suurempikin kuin 0,05. Keltaisten musteiden kuvaajassa kuvassa 42 on<br />
kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävät musteet hieman erillään muista koepisteistä.<br />
Tämä johtuu siitä, että kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävät musteet on tulostettu<br />
Olivetti-tulostimella, joka siirtää enemmän mustetta paperille kuin Epson-tulostin, jolla<br />
loput musteista on tulostettu. Kun verrataan kationista pinta-aktiivista ainetta sisältäviä<br />
musteita Olivetilla tulostettuihin musteisiin, jotka eivät sisällä pinta-aktiivisia aineita,<br />
densiteetit eri koepisteiden välillä eivät eroa toisistaan. Voidaan siis olettaa, että musteen
70<br />
koostumus ei juurikaan vaikuta paperin pinnan läheisyyteen jäävän musteen määrään.<br />
Saattaa kuitenkin olla, että mustekoostumus vaikuttaa pisarakokoon, jolloin myös paperille<br />
siirtynyt mustemäärä muuttuisi, kuten on haihtuvuustuloksien perusteella havaittu. Tämän<br />
työn puitteissa ei kuitenkaan pystytty määrittämään pisarakokoa.<br />
Hydrofiilistä PVA:ta sisältävillä papereilla tulostusjäljen optiset ominaisuudet ovat lähes<br />
samanlaisia. Hydrofobisella lateksi-paperilla (StAk) tulostusjälki on hieman vaaleampaa<br />
kuin hydrofiilisillä papereilla. Lisäksi musteiden densiteetti on keskimäärin 0,15 yksikköä<br />
pienempää lateksi-paperilla kuin PVA-papereilla. Myös lateksi-paperin tulostusjäljen a*-<br />
ja b*-arvot erosivat noin 5 yksikköä PVA-papereiden vastaavista arvoista. Tämä saattaa<br />
johtua lateksi-paperin hydrofobisuudesta. Käytetty lateksi koostuu styreenistä ja<br />
akrylaatista, joista styreeni on hydrofobista. Saattaa siis olla, että paperin päällystyksen<br />
aikana hydrofobinen styreeni asettuu paperin pinnalle ja hydrofiilinen akrylaatti<br />
styreenikerroksen alapuolelle. Tällöin väriaine pyrkisi kulkeutumaan akrylaatin<br />
läheisyyteen, jonka kanssa se kenties pystyisi muodostamaan vetysidoksia. Näin ollen<br />
paperin pintakerrokseen ei jäisikään niin paljoa väriainetta kuin PVA-papereilla, jolloin<br />
densiteetti lateksi-paperilla on pienempi kuin toisilla papereilla. Kun verrattiin eri<br />
papereiden keltaisten musteiden tulostusjälkiä toisiinsa, havaittiin, että PVA-papereiden<br />
tulostusjäljen b*-arvo oli hieman suurempi kuin lateksi-paperilla. Lateksi-paperin<br />
tulostusjälki oli siis hieman vähemmän keltaista. Tämä saattaa johtua juuri siitä, että<br />
väriaine ei ole paperin pinnassa, vaan sitä peittää jonkinlainen värisävyyn vaikuttava<br />
kerros.<br />
8.3 Liukoisten musteiden valonkesto<br />
Papereille tehtiin valonkestokoe Suntest CPS+ –laitteessa 100 tunnin ajan, minkä jälkeen<br />
papereiden värierot määritettiin /Taulukko 9/. Tuloksista nähdään, että papereiden väri<br />
muuttuu suunnilleen samassa suhteessa ja hyvin vähän, joten tulostamattoman paperin<br />
värin muuttumisen ei oletettu vaikuttavan musteiden valonkeston testaamiseen ja eri<br />
papereiden vertaamiseen toisiinsa.<br />
Taulukko 9<br />
Paperin päällysteen<br />
koostumus<br />
Papereiden värierot 100 tunnin valotuksen jälkeen<br />
Väriero ∆E*<br />
PVA + CMC 2.55<br />
StAk 2.79<br />
PVA + poly-DADMAC 2.48<br />
8.3.1 Musteen perusominaisuuksien <strong>vaikutus</strong> valonkestoon<br />
Tämän luvun kuvaajien tarkoituksena on selvittää voidaanko yleisellä tasolla musteen<br />
yleisten ominaisuuksien avulla selittää musteen valonkestoa. Kuitenkin tutkittaessa eri<br />
komponenttien <strong>vaikutus</strong>ta valonkestoon musteominaisuuksilla saattaa ollakin <strong>vaikutus</strong>ta<br />
tämän yksittäisen komponentin tapauksessa. Kuvassa 43 on havainnollistettu liukoisten
71<br />
musteiden valonkeston riippuvuutta musteen pintajännityksestä eri papereilla. Kuvaajaan<br />
on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset musteet.<br />
58<br />
48<br />
38<br />
∆E<br />
28<br />
18<br />
Y1, StAk<br />
FM2, StAk<br />
FM2, PVA + p-DADMAC<br />
FM2, PVA + CMC<br />
Y1, PVA + p-DADMAC<br />
Y1, PVA + CMC<br />
8<br />
40 45 50 55 60<br />
Pintajännitys (mN/m)<br />
Kuva 43 Liukoisten musteiden pintajännityksen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon<br />
Pintajännitys ei näyttäisi vaikuttavan valonkestoon. Pintajännityksen pienentyessä musteen<br />
penetraatio paranee, joten valonkeston voisi olettaa samalla paranevan, koska muste pääsee<br />
syvemmälle paperin sisään turvaan valon vaikutuksilta. Se, että valonkesto ei tässä työssä<br />
käytetyillä musteilla parantunut pintajännityksen pienentyessä, voi johtua siitä, että<br />
penetraation kasvu pintajännityksen pienentyessä on hyvin pientä. Voi myös olla, että<br />
xenon-kaarilampun valo pääsee melko syvällekin paperin sisään haalistamaan väriainetta.<br />
Kuvassa 44 on havainnollistettu liukoisten musteiden valonkeston riippuvuutta musteen<br />
viskositeetista eri papereilla. Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset<br />
musteet.<br />
58<br />
48<br />
38<br />
∆E<br />
28<br />
18<br />
FM2, PVA + p-DADMAC<br />
Y1, StAk<br />
FM2, StAk<br />
FM2, PVA + CMC<br />
Y1, PVA + p-DADMAC<br />
Y1, PVA + CMC<br />
8<br />
2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4<br />
Viskositeetti (mPa s)<br />
Kuva 44 Liukoisten musteiden viskositeetin <strong>vaikutus</strong> valonkestoon
72<br />
Kuten pintajännitys, myöskään musteen viskositeetti ei vaikuta tutkittujen liukoisten<br />
musteiden valonkestoon. Tämä voi johtua siitä, että viskositeetti vaihtelee eri musteiden<br />
välillä melko vähän.<br />
8.3.2 Liuottimen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon<br />
Kuvassa 45 on esitetty musteiden valonkeston riippuvuus orgaanisen apuliuottimen<br />
määrästä eri papereilla, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita.<br />
58<br />
48<br />
FM2, StAk<br />
∆E<br />
38<br />
28<br />
FM2, PVA+p-DADMAC<br />
FM2, PVA+CMC<br />
Y1, StAk<br />
Y1, PVA+p-DADMAC<br />
18<br />
Y1, PVA+CMC<br />
8<br />
4 9 14 19 24<br />
Liuottimen osuus (p-%)<br />
Kuva 45 Orgaanisen apuliuottimen (2-pyrrolidoni) paino-osuuden <strong>vaikutus</strong> liukoisten<br />
musteiden valonkestoon eri papereilla. Musteissa ei ole pinta-aktiivisia aineita<br />
Keltaisen musteen valonkesto näyttäisi huonontuvan apuliuottimen paino-osuuden<br />
kasvaessa. Kun orgaanisen liuottimen osuus musteesta kasvaa, tislatun veden määrä<br />
vähenee. Steiger et al. /48/ ovat osoittaneet, että orgaanisen liuottimen käyttö veden sijaan<br />
huonontaa valonkestoa. Tämä johtuu siitä, että orgaaninen liuotin pitää väriaineen<br />
liukoisessa tilassa estäen sen kiinnittymistä paperiin, minkä vuoksi väriaine on herkempi<br />
valon vaikutuksille. Aggregoituneessa tilassa väriaine olisi stabiilimpi valon haitallisille<br />
vaikutuksille. Orgaaniset liuottimet voivat valosäteilyn vaikutuksesta muodostaa myös<br />
hajoamistuotteita, jotka haihduttavat väriainetta katalyyttisesti /12/. Mitä enemmän<br />
musteen joukossa on orgaanista liuotinta, sitä enemmän näitä haitallisia reaktioita tapahtuu.<br />
Magentan musteen valonkesto puolestaan paranee orgaanisen liuottimen osuuden<br />
kasvaessa. Tähän ilmeisesti vaikuttaa magentan väriaineen kemiallinen koostumus.<br />
Kuvassa 46 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston mittaustulokset eri orgaanisille<br />
apuliuottimille, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiviisia aineita. Keltaisissa musteissa<br />
orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%.
73<br />
60<br />
50<br />
FM2<br />
Y1<br />
FM2<br />
FM2<br />
40<br />
∆E<br />
30<br />
20<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
Y1<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
Y1<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
10<br />
0<br />
PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
Kuva 46 Orgaanisen apuliuottimen <strong>vaikutus</strong> liukoisten musteiden valonkestoon. Keltaisissa<br />
musteissa orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%. Musteissa ei ole<br />
pinta-aktiivisia aineita<br />
Orgaanisista apuliuottimista paras valonkesto saadaan, kun käytetään 2-pyrrolidonia.<br />
Glykoleita käytettäessä valonkesto näyttää huononevan etyleeniryhmien määrän kasvaessa.<br />
Tätä voidaan selittää väriaineen aggregoitumisella /48/. UV-VIS-absorptio –mittauksista<br />
nähtiin, että musteen aggregoituminen vähenee glykolin hiiliketjun pituuden kasvaessa.<br />
Aggregoitunut muste on stabiilimpi valosäteilyn vaikutuksille, joten aggregoitumisen<br />
vähentyessä valonkesto huononee /3, 25/. Kun magentassa musteessa on käytetty<br />
liuottimena monoetyleeniglykolia, valonkesto on selvästi muista koepisteistä poikkeavan<br />
huono. Tämä saattaa johtua siitä, että monoetyleeniglykoli on hygroskooppista eli se sitoo<br />
sisäänsä kosteutta varsinkin kosteissa ja kuumissa olosuhteissa /56/. Valonkeston<br />
tutkimiseen käytetyn laitteen kammio on kuuma, joten musteen sisään pääsee paljon<br />
kosteutta, joka huonontaa valonkestoa. Monoetyleeniglykolin poikkeava käyttäytyminen<br />
on huomattavaa varsinkin PVA-paperilla, jossa dispergointiaineena on käytetty CMC:tä.<br />
8.3.3 Pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon<br />
Kuvassa 47 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen<br />
aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset<br />
musteet ja alemmassa magentat liukoiset musteet.
74<br />
58<br />
53<br />
Pro-Jet Yellow 1<br />
48<br />
43<br />
38<br />
∆E 33<br />
28<br />
23<br />
18<br />
13<br />
2-pyrro 20 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
2-pyrro 20 p-%, StAk<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 20 p-%, PVA + CMC<br />
8<br />
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (%)<br />
58<br />
53<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
48<br />
43<br />
38<br />
∆E 33<br />
28<br />
23<br />
2-pyrro 5 p-%, StAk<br />
2-pyrro 5 p-% & 10 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
18<br />
13<br />
8<br />
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 47 Non-ionisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon 2-pyrrolidonin eri painoosuuksilla<br />
eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset musteet ja<br />
alemmassa magentat<br />
Koska pinta-aktiivinen aine parantaa musteen penetraatiota, sen voisi olettaa parantavan<br />
valonkestoa. Penetraation parantuessa muste pääsisi syvemmälle paperiin turvaan valon<br />
vaikutuksilta. Non-ioninen pinta-aktiivinen aine ei kuitenkaan kuvaajien perusteella<br />
vaikuta valonkestoon PVA-papereilla, jotka ovat hydrofiilisiä. Tämä saattaa johtua siitä,<br />
että vesipohjainen muste pääsee ilmankin penetraatiota helpottavaa pinta-aktiivista ainetta<br />
tarpeeksi syvälle paperin sisään. Lateksi-paperilla (StAk), joka on hydrofobinen, nonioninen<br />
pinta-aktiivinen aine huonontaa valonkestoa ainakin keltaisilla musteilla. Tämä voi<br />
johtua siitä, että pinta-aktiivinen aine myös lisää tulostusjäljen leviämistä, mikä korostuu<br />
varsinkin hydrofobisella paperilla, koska vesipohjaisen musteen on hankala päästä paperin<br />
sisään. Tällöin muste levittäytyy laajemmalle alueelle ohuemmaksi kerrokseksi<br />
mustemäärän pysyessä vakiona. Ohuempi kerros haalistuu nopeammin, koska väriainetta<br />
on vähemmän tietyssä kohtaa paperia.
75<br />
Orgaaninen liuotin pystyy muodostamaan valon vaikutuksesta reaktiotuotteita, jotka<br />
haalistavat väriainetta katalyyttisesti /12/. On mahdollista, että myös non-ioninen pintaaktiivinen<br />
aine muodostaa tällaisia reaktiotuotteita, jolloin tämä voisi selittää valonkeston<br />
huonontumisen pinta-aktiivisen aineen määrän kasvaessa. Kun liukoisessa keltaisessa<br />
musteessa on 20 p-% orgaanista apuliuotinta, valonkesto näyttäisi parantuvan pintaaktiivisen<br />
aineen määrän kasvaessa. Tämä voisi johtua siitä, että orgaanista liuotinta on<br />
niin paljon pinta-aktiiviseen aineeseen verrattuna, että liuotin häiritsee pinta-aktiivisen<br />
aineen reaktiotuotteiden syntymistä. Erot non-ionisen pinta-aktiivisen aineen eri painoosuuksien<br />
välillä ovat kuitenkin niin pieniä, että todennäköisemmin non-ioninen pintaaktiivinen<br />
aine ei vaikuta valonkestoon.<br />
Kuvassa 48 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus kationisen pintaaktiivisen<br />
aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat liukoiset keltaiset<br />
musteet ja alemmassa kuvaajassa liukoiset magentat musteet.<br />
58<br />
53<br />
Pro-Jet Yellow 1<br />
48<br />
43<br />
38<br />
∆E 33<br />
2-pyrro 5 p-%, StAk<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
28<br />
23<br />
18<br />
13<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
8<br />
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
58<br />
53<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
48<br />
43<br />
38<br />
∆E 33<br />
28<br />
23<br />
18<br />
13<br />
2-pyrro 5 p-%, StAk<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
8<br />
0 0.5 1 1.5 2<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 48 Kationisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> valonkestoon 2-pyrrolidonin eri painoosuuksilla<br />
eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset musteet ja<br />
alemmassa magentat
76<br />
Kationisen pinta-aktiivisen aineen oletettiin lisäävän anionisen väriaineen ja anionisen<br />
paperin välistä sitoutumista, jolloin valon- ja vedenkeston odotettiin paranevan. Kuvan 48<br />
perusteella kationisella pinta-aktiivisella aineella ei kuitenkaan näytä olevan <strong>vaikutus</strong>ta<br />
valonkestoon. Tämä voi johtua pinta-aktiivisen aineen ja väriaineen muodostamista<br />
flokeista. Voi olla, että suurin osa pinta-aktiivisesta aineesta on näiden suurten hiukkasten<br />
sisällä, jolloin vain hyvin pieni määrä pinta-aktiivisesta aineesta on siirtynyt paperiin.<br />
Tällaisella pienellä määrällä kationista pinta-aktiivista ainetta ei näyttäisi olevan <strong>vaikutus</strong>ta<br />
väriaineen ja paperin välisiin sidoksiin.<br />
8.4 Liukoisten musteiden vedenkesto<br />
8.4.1 Musteen perusominaisuuksien <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon<br />
Tämän luvun kuvaajien tarkoituksena on tuoda selvyyttä voidaanko yleisellä tasolla<br />
musteen yleisten ominaisuuksien avulla selittää musteen vedenkestoa. Kuitenkin<br />
tutkittaessa eri komponenttien <strong>vaikutus</strong>ta vedenkestoon musteominaisuuksilla saattaa<br />
ollakin <strong>vaikutus</strong>ta tämän yksittäisen komponentin tapauksessa. Kuvassa 49 on esitetty<br />
liukoisten musteiden vedenkeston riippuvuus musteen pintajännityksestä eri papereilla.<br />
Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset musteet.<br />
58<br />
Y1, PVA + CMC<br />
48<br />
Y1, StAk<br />
∆E<br />
38<br />
28<br />
18<br />
Y1, PVA + p-DADMAC<br />
FM2, PVA + CMC<br />
FM2, StAk<br />
FM2, PVA + p-DADMAC<br />
8<br />
40 45 50 55 60<br />
Pintajännitys (mN/m)<br />
Kuva 49 Liukoisten musteiden pintajännityksen <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon<br />
Varsinkin liukoisten keltaisten musteiden vedenkesto hieman huononee, kun musteen<br />
pintajännitys kasvaa. Kun musteen pintajännitys kasvaa, musteen penetraatio paperin<br />
sisään vaikeutuu. Tällöin muste jää lähemmäksi paperin pintaa, jolloin veden on helpompi<br />
irrottaa väriainetta paperista.<br />
Kuvassa 50 on havainnollistettu liukoisten musteiden vedenkeston riippuvuutta musteen<br />
viskositeetista eri papereilla. Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset<br />
musteet.
77<br />
58<br />
48<br />
Y1, PVA + CMC<br />
∆E<br />
38<br />
Y1, StAk<br />
28<br />
Y1, PVA + p-DADMAC<br />
18<br />
FM2, PVA + CMC<br />
FM2, PVA + p-DADMAC<br />
FM2, StAk<br />
8<br />
2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4<br />
Viskositeetti (mPa s)<br />
Kuva 50 Liukoisten musteiden viskositeetin <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon<br />
Viskositeetin kasvaessa neste vastustaa virtausta enemmän. Kun musteen viskositeetti<br />
kasvaa, vedenkesto näyttäisi paranevan. Kun musteesta tulee viskoottisempaa, mustepisara<br />
pysyy paremmin koossa, koska viskositeetin kasvaessa neste pystyy paremmin<br />
vastustamaan virtausta. Samalla myös musteen leviäminen vähenee. Vedenkeston<br />
parantuminen voi tällöin johtua siitä, että viskoottinen muste on asettunut paperin sisään<br />
kerrokseksi, jonka sisällä on vahvat vetovoimat. Tällöin veden on hankala irrottaa musteen<br />
sisältä väriainemolekyylejä.<br />
Kuvassa 51 on esitetty liukoisten keltaisten musteiden vedenkeston riippuvuus musteen<br />
pH-arvosta eri papereilla. Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt keltaiset liukoiset<br />
musteet. Magentoilla liukoisilla musteilla ei havaittu selkeää yhteyttä vedenkeston ja pHarvon<br />
välillä.<br />
58<br />
Y1, PVA + CMC<br />
48<br />
Y1,StAk<br />
∆E<br />
38<br />
28<br />
Y1, PVA + p-DADMAC<br />
18<br />
8<br />
7.4 7.6 7.8 8.0 8.2<br />
pH<br />
Kuva 51 Liukoisten keltaisten musteiden pH:n <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon
78<br />
Papereilla, joilla on anioninen pintavaraus (PVA + CMC – ja StAk-paperi), musteen pHarvon<br />
kasvaessa vedenkesto hieman huononee. Tämä saattaa johtua siitä, että musteen<br />
emäksisyyden lisääntyessä musteesta tulee samalla liukoisempaa veteen. Tällöin mustetta<br />
liukenee enemmän veden joukkoon. Kun paperilla on kationinen pintavaraus (PVA + poly-<br />
DADMAC –paperi), musteen pH-arvolla ei näytä olevan <strong>vaikutus</strong>ta vedenkestoon. Tämä<br />
puolestaan voi johtua siitä, että kationinen paperin pinta ja anioninen väriaine sitoutuvat<br />
toisiinsa tarpeeksi vahvasti, että vesi ei pysty hajottamaan näitä sidoksia.<br />
Luvussa 9 tehdyn tilastollisen analyysin mukaan mikään kolmesta musteen ominaisuudesta<br />
ei näyttäisi vaikuttavan liukoisten musteiden vedenkestoon merkittävästi. Kuitenkin<br />
ainakin anionisilla papereilla (PVA + CMC ja StAk) kaikki kolme musteominaisuutta<br />
yhdessä näyttäisivät kuvaavan vedenkestoa parhaiten. Tämä todennäköisesti johtuu siitä,<br />
että yhden musteominaisuuden muuttuessa myös kaikki muutkin ominaisuudet muuttuvat.<br />
Tällöin on hankalaa erottaa yksittäisen ominaisuuden <strong>vaikutus</strong>ta vedenkestoon.<br />
8.4.2 Liuottimen <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon<br />
Kuvassa 52 on esitetty liukoisten musteiden vedenkeston riippuvuus orgaanisen<br />
apuliuottimen määrästä eri papereilla, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia<br />
aineita. Orgaanisena apuliuottimena on käytetty 2-pyrrolidonia.<br />
58<br />
48<br />
Y1, StAk<br />
Y1, PVA+CMC<br />
∆E<br />
38<br />
28<br />
FM2, PVA+CMC<br />
Y1, PVA+p-DADMAC<br />
18<br />
FM2, PVA+p-DADMAC<br />
8<br />
FM2, StAk<br />
4 9 14 19 24<br />
Liuottimen osuus (p-%)<br />
Kuva 52 Orgaanisen apuliuottimen (2-pyrrolidoni) paino-osuuden <strong>vaikutus</strong> liukoisten<br />
musteiden vedenkestoon eri papereilla. Musteissa ei ole pinta-aktiivisia aineita<br />
Molemmilla väriaineilla vedenkesto paranee, kun orgaanisen liuottimen osuus musteesta<br />
kasvaa. Tislatun veden osuus musteesta vähenee orgaanisen liuottimen osuuden kasvaessa<br />
ja orgaaninen liuotin penetroituu vettä paremmin paperin huokosrakenteeseen pienemmän<br />
pintajännityksensä ansiosta. Lisäksi paperin päällysteen hydrofiilisyys tai hydrofobisuus<br />
vaikuttaa musteiden vedenkestoon. Tässä työssä käytetty vedenkestotesti liuottaa myös<br />
paperin päällysteen komponentteja. Tällöin väriaine liukenee päällysteen hydrofiilisten<br />
komponenttien mukana, jollei paperissa ole jotain muuta komponenttia, joka kiinnittäisi<br />
värin /54/. Ilmeisesti orgaaninen liuotin parantaa väriaineen kiinnittymistä ja penetraatiota<br />
hydrofiilisiin PVA-papereihin. Tällöin väriainetta liukenee vähemmän orgaanisen<br />
liuottimen paino-osuuden kasvaessa, koska muste on tunkeutunut syvemmälle paperin
79<br />
sisään. Lateksi-päällyste on hydrofobista eli se ei turpoa eikä liukene veden vaikutuksesta.<br />
Tällöin muste, jossa on enemmän orgaanista apuliuotinta eli vähemmän tislattua vettä,<br />
penetroituu paremmin paperin huokosrakenteeseen. Tällöin enemmän mustetta pääsee<br />
syvemmälle turvaan veden liuottavalta vaikutukselta.<br />
Kuvassa 53 on esitetty liukoisten musteiden vedenkeston mittaustulokset eri orgaanisille<br />
apuliuottimille, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiviisia aineita. Keltaisissa musteissa<br />
orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%.<br />
Y1<br />
Y1<br />
60<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
50<br />
40<br />
DEG<br />
TEG<br />
MEG<br />
FM2<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
FM2<br />
Y1<br />
∆E<br />
30<br />
20<br />
2-pyrro<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
2-pyrro<br />
FM2<br />
MEG<br />
DEG<br />
TEG<br />
10<br />
0<br />
PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
Kuva 53 Orgaanisen apuliuottimen <strong>vaikutus</strong> liukoisten musteiden vedenkestoon. Keltaisissa<br />
musteissa orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%. Musteissa ei ole<br />
pinta-aktiivisia aineita<br />
Paras vedenkesto saadaan, kun käytetään 2-pyrrolidonia apuliuottimena. Glykolin<br />
hiiliketjun pituuden kasvaessa molekyylirakenteeseen tulee enemmän etyleeniryhmiä (-<br />
CH 2 CH 2 -), jolloin glykolista tulee hydrofobisempaa /48/. Samalla glykolista tulee myös<br />
vähemmän polaarista /16/. Tällöin vedenkesto paranee. Liuottimen muuttuessa<br />
hydrofobisemmaksi se liukenee huonommin veden joukkoon. Tällöin myös liuottimen<br />
joukossa oleva väriaine liukenee huonommin veden vaikutuksesta. Lisäksi väriaineen<br />
aggregoituminen voi vaikuttaa vedenkestoon. Glykolin etyleeniryhmien lisääntyessä<br />
väriaineen aggregoituminen vähenee. Tällöin muste on paperin sisässä pienemmissä<br />
yksiköissä, joita on liuettava suhteessa enemmän kuin suuria aggregaatteja saman värieron<br />
saavuttamiseksi. Vedenkesto paranee selvemmin, kun monoetyleeniglykoli vaihdetaan<br />
dietyleeniglykoliksi kuin jos dietyleeniglykoli vaihdetaan tetraetyleeniglykoliksi. Tästä<br />
voidaan päätellä, että todennäköisesti on olemassa optimimäärä etyleeniryhmille, jonka<br />
jälkeen etyleeniryhmien määrän kasvattamisella ei enää saada parannusta vedenkestoon.<br />
Eri liuottimien käytöstä syntyneet erot ovat kuitenkin melko pieniä verrattuna väriaineiden<br />
ja papereiden välisiin eroihin. Kun magentassa musteessa on käytetty liuottimena<br />
monoetyleeniglykolia, vedenkesto on selvästi muista koepisteistä poikkeavan huono<br />
varsinkin PVA-CMC –paperilla. Tämä saattaa johtua siitä, että käytetty<br />
monoetyleeniglykoli on hygroskooppista eli se sitoo sisäänsä kosteutta. Tällöin<br />
hygroskooppinen liuotin imee sisäänsä huomattavia määriä vettä, mikä huonontaa<br />
vedenkestoa.
8.4.3 Pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon<br />
80<br />
Kuvassa 54 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen<br />
aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset<br />
musteet ja alemmassa magentat liukoiset musteet. Orgaanisena apuliuottimena on 2-<br />
pyrrolidoni.<br />
58<br />
53<br />
48<br />
43<br />
38<br />
Pro-Jet Yellow 1<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 20 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
2-pyrro 20 p-%, StAk<br />
∆E 33<br />
28<br />
23<br />
18<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 20 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
13<br />
8<br />
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
58<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
53<br />
48<br />
43<br />
38<br />
∆E 33<br />
28<br />
23<br />
18<br />
13<br />
8<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 5 p-%, StAk<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 54 Non-ionisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon 2-pyrrolidonin eri painoosuuksilla<br />
eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset musteet ja<br />
alemmassa magentat<br />
Koska pinta-aktiivinen aine helpottaa penetraatiota, muste pääsee syvemmälle paperin<br />
huokosrakenteeseen suojaan ympäristön vaikutuksilta. Tulosten perusteella non-ioninen<br />
pinta-aktiivinen aine ei kuitenkaan vaikuta vedenkestoon. Tämä voi johtua käytetystä<br />
menetelmästä, jossa koko tulostettu paperinäyte upotetaan veteen usean minuutin ajaksi.<br />
Tällöin pääsee niin paljon vettä syvälle paperin huokosrakenteeseen, että hyvin pieni määrä
81<br />
(0.05 p-% ja 0.10 p-%) pinta-aktiivista ainetta ei vaikuta vedenkestoon. Kun käytetään<br />
lateksi-paperia ja musteessa on non-ionista pinta-aktiivista ainetta, muste leviää veden<br />
vaikutuksesta lähinnä paperin tulostamattomalle puolelle ja liukenee sitä kautta. Musteen<br />
parantunut penetraatio näyttää siis altistavan musteen myös tulostamattoman puolen kautta<br />
tulevan veden vaikutuksille.<br />
Kuvassa 55 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus kationisen pintaaktiivisen<br />
aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset<br />
musteet ja alemmassa magentat liukoiset musteet.<br />
58<br />
53<br />
48<br />
43<br />
38<br />
∆E 33<br />
28<br />
23<br />
Pro-Jet Yellow 1<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
2-pyrro 20 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 20 %, StAk<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
2-pyrro 20 p-%, PVA + p-DADMAC<br />
18<br />
13<br />
8<br />
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
58<br />
53<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
48<br />
43<br />
38<br />
∆E 33<br />
28<br />
23<br />
18<br />
13<br />
8<br />
0 0.5 1 1.5 2<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC<br />
2-pyrro 5 p-%, StAk<br />
2-pyrro 10 p-%, StAk<br />
2-pyrro 10 p-%, PVA +p-DADMAC<br />
2-pyrro 5 p-%, PVA +p-DADMAC<br />
Kuva 55 Kationisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> vedenkestoon 2-pyrrolidonin eri osuuksilla<br />
eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset musteet ja alemmassa<br />
magentat<br />
Kationinen pinta-aktiivinen aine ei näyttäisi vaikuttavan vedenkestoon. Keltaisella<br />
musteella vedenkesto näyttäisi hieman parantuvan PVA-papereilla pinta-aktiivisen aineen<br />
paino-osuuden funktiona. Erot eri painoprosenttien välillä ovat kuitenkin niin pieniä, että<br />
ne voivat johtua mittaustulosten keskihajonnoista. Kuitenkin vedenkeston parantuminen
82<br />
voisi johtua siitä, että kationinen pinta-aktiivinen aine tekee musteesta vähemmän<br />
anionista, jolloin musteen sitoutuminen anionisen paperin kanssa paranisi musteen<br />
kationisten ryhmien määrän kasvaessa. Tällöin veden olisi hankalampaa liuottaa<br />
väriainemolekyylejä musteen joukosta. Lateksi-paperin tapauksessa kationinen pintaaktiivinen<br />
aine ei vaikuta vedenkestoon ilmeisesti siksi, että paperin päällyste on<br />
hydrofobista. Tällöin vesipohjainen muste jää niin lähelle paperin pintaa, että vesi pystyy<br />
liuottamaan väriainetta, vaikka sitoutuminen olisikin parantunut. Magentaa mustetta, joka<br />
on modifioitu suoraväri, on todennäköisesti modifioitu vedenkeston parantamiseksi, joten<br />
pinta-aktiivisella aineella tuskin enää on merkitystä vedenkeston parantamisessa.<br />
8.5 Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuudet<br />
Pigmenttimusteilta tutkittiin sekä valon- ja vedenkesto että hankauskesto. Kun väriaineena<br />
käytettiin suuremman partikkelikoon Hostafine Yellow GR:ää, tulostetut kentät olivat<br />
enemmänkin raidallisia kuin täyspeitteisiä. Tämän vuoksi mittaustuloksilla oli suuret<br />
keskihajonnat, mikä aiheutti suuria vaihteluita joihinkin tuloksiin. Pigmenttimusteiden<br />
viskositeetin, pintajännityksen ja pH-arvon sekä kesto-ominaisuuksien välillä ei havaittu<br />
selkeitä riippuvuuksia.<br />
8.5.1 Valon- ja vedenkesto<br />
Kuvassa 56 on esitetty pigmenttimusteiden valon- ja vedenkeston tulokset eri papereilla,<br />
kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita.<br />
20<br />
Valonkesto<br />
18<br />
16<br />
Vedenkesto<br />
GR<br />
GR<br />
14<br />
12<br />
∆E 10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
PVA + p-<br />
DADMAC<br />
Yellow HR (40 nm)<br />
PVA + CMC<br />
Yellow GR (86 nm)<br />
StAk<br />
HR<br />
PVA + p-<br />
DADMAC<br />
GR<br />
HR<br />
GR<br />
HR<br />
GR<br />
HR<br />
HR<br />
Kuva 56 Pigmenttimusteiden veden- ja valonkesto eri papereilla, kun musteiden joukossa ei<br />
ole pinta-aktiivisia aineita<br />
Pigmenttimusteilla on parempi valon- ja vedenkesto kuin liukoisilla musteilla.<br />
Pigmenttimusteella (Yellow HR), jolla on pienempi partikkelikoko, on sekä parempi<br />
veden- että varsinkin valonkesto kuin pigmenttimusteella (Yellow GR), jolla on suurempi<br />
partikkelikoko. Vedenkeston parantuminen johtuu todennäköisesti siitä, että Yellow HR:n
83<br />
partikkelit ovat niin pieniä, että ne täyttävät paremmin paperin pinnan epätasaisuudet,<br />
mutta Yellow GR:n puoleksi suuremmat partikkelit jäävät epätasaisuuksien yläpuolelle.<br />
Käytettyjen papereiden huokoshalkaisijat ovat keskimäärin 85-92 nm. Yellow GR:n<br />
keskimääräinen partikkelikoko on 86 nm. Käytännössä vain osa partikkeleista on tämän<br />
kokoisia ja vain osa paperin huokosista on mitatulla välillä. Tämän vuoksi keskimääräistä<br />
suuremmat partikkelit eivät pääse paperin pinnan huokosiin, vaan jäävät kerrokseksi<br />
pinnan yläpuolelle. Yellow HR:n partikkelit ovat noin puolet paperien<br />
huokoshalkaisijoista. Vaikka partikkelikokojakauma olisi melko laaja, on melko<br />
epätödennäköistä, että kovinkaan moni partikkeleista olisi papereiden huokoshalkaisijoita<br />
suurempia. Näin ollen pienemmät partikkelit pääsevät syvemmälle paperissa ja ovat<br />
paremmin turvassa ympäristön vaikutuksilta.<br />
Pigmenttipartikkelit asettuvat kerroksiksi paperin pinnalle alemman kerroksen partikkelien<br />
korvatessa valon vaikutuksesta haihtuvat partikkelit. Kun partikkelit ovat suurempia, ne<br />
muodostavat paperin pinnalle vähemmän kerroksia kuin pienemmät partikkelit. Tällöin<br />
ylimmistä kerroksista valon vaikutuksesta haalistuvilla partikkeleilla on vähemmän niitä<br />
korvaavia alempien kerrosten partikkeleita. Kirjallisuudessa on osoitettu, että yksittäisen<br />
partikkelin koon pienentyessä tämän valonkesto huononee, koska valoa kestävä ulkopinta<br />
pienenee /6, 12/. Tällöin kuitenkin koko dispersion valonkesto paranee, koska koko<br />
dispersion ulkopinta kasvaa.<br />
Kuvassa 57 on esitetty pigmenttimusteiden valon- ja vedenkeston riippuvuus kationisen<br />
pinta-aktiivisen aineen määrästä eri papereilla.<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
∆E<br />
15<br />
10<br />
Vesi, PVA + CMC<br />
Vesi, StAk<br />
Vesi, PVA + p-DADMAC<br />
Valo, PVA + CMC<br />
Valo, StAk<br />
Valo, PVA + p-DADMAC<br />
5<br />
0<br />
0 0.5 1 1.5 2<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 57 Kationisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> pigmenttimusteen, jossa väriaineena on<br />
Hostafine Yellow HR (40 nm), veden- ja valonkestoon<br />
Kationisen pinta-aktiivisen aineenhan oletetettiin parantavan paperin ja musteen välistä<br />
sitoutumista. Kationinen pinta-aktiivinen aine ei kuitenkaan näytä vaikuttavan<br />
pigmenttimusteen valon- ja vedenkestoon. Tämä johtuu ilmeisesti siitä, että<br />
pigmenttipartikkelit eivät muodosta sidoksia paperin kanssa, vaan ovat kasaantuneet<br />
kerroksiksi paperin pinnalle.<br />
Kuvassa 58 on esitetty pigmenttimusteiden valon- ja vedenkeston riippuvuus non-ionisen<br />
pinta-aktiivisen aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa on valonkesto ja<br />
alemmassa vedenkesto.
84<br />
30<br />
Valonkesto<br />
25<br />
20<br />
∆E 15<br />
10<br />
Yellow HR (40 nm), PVA + CMC<br />
Yellow HR, StAk<br />
Yellow HR, PVA + p-DADMAC<br />
Yellow GR (86nm), PVA + CMC<br />
Yellow GR, StAk<br />
Yellow GR, PVA + p-DADMAC<br />
5<br />
0<br />
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
30<br />
Vedenkesto<br />
25<br />
20<br />
∆E 15<br />
10<br />
Yellow HR (40 nm), PVA + CMC<br />
Yellow HR, StAk<br />
Yellow HR, PVA + p-DADMAC<br />
Yellow GR (86 nm), PVA + CMC<br />
Yellow GR, StAk<br />
Yellow GR, PVA + p-DADMAC<br />
5<br />
0<br />
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1<br />
Pitoisuus (p-%)<br />
Kuva 58 Non-ionisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> pigmenttimusteiden valon- ja<br />
vedenkestoon<br />
Non-ioninen pinta-aktiivinen aine ei näytä vaikuttavan pigmenttimusteiden valon- ja<br />
vedenkestoon. Pinta-aktiivinen aine parantaa musteen penetraatiota, mutta<br />
pigmenttipartikkelithan eivät todennäköisesti penetroidu paperin huokosrakenteeseen, vaan<br />
jäävät paperin pinnalle kerroksiksi. Tämän vuoksi vain musteen kantofaasin penetraatio<br />
parantuu, mutta pigmenttipartikkelit jäävät edelleen paperin pinnalle. Yellow GR:n<br />
valonkestossa on suuria eroja non-ionisen pinta-aktiivisen aineen eri paino-osuuksien<br />
välillä. Tämä saattaa johtua siitä, että tulosteet olivat raidallisia. Lisäksi testisivun palkin<br />
ensiksi tulostunut osa oli tummenpi kuin myöhemmin tulostunut osa. Tämä ilmeisesti<br />
aiheutti vaihteluita tuloksiin, jos mittaustulokset otettiin eri kohdista palkkia.
8.5.2 Hankauskesto<br />
85<br />
Kuvassa 59 on esitetty pigmenttimusteiden hankauskesto eri papereilla, kun musteiden<br />
joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita. Hankauskestohan paranee, kun optinen densiteetti D<br />
pienenee.<br />
0.9<br />
0.8<br />
0.7<br />
0.6<br />
0.5<br />
D<br />
0.4<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
Yellow HR (40 nm)<br />
Yellow GR (86 nm)<br />
Yellow HR (40 nm)<br />
Yellow GR (86 nm)<br />
Yellow HR (40 nm)<br />
Yellow GR (86 nm)<br />
0.0<br />
PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
Kuva 59 Pigmenttimusteiden hankauskesto eri papereilla, kun musteiden joukossa ei ole pintaaktiviisia<br />
aineita<br />
Yellow HR:n optinen densiteetti tulostuksen jälkeen oli noin 0,90 ja Yellow GR:n noin<br />
0,60 eli huomattavasti pienempi kuin Yellow HR:llä, koska Yellow GR:n tulostusjälki oli<br />
raidallista. Lisäksi Yellow GR:n L*-arvo eli luminanssi oli noin 5 yksikköä suurempi kuin<br />
Yellow HR:n L*-arvo. Tällä saattaa olla <strong>vaikutus</strong>ta hankauskestotuloksiin, koska Yellow<br />
GR on vaaleamman keltainen, jolloin hankaavaan pintaan siirtyvä värikin on vaaleampaa.<br />
Lisäksi hankauskestotulosten keskihajonnat, jotka on esitetty kuvaajissa pystysuorina<br />
janoina, ovat suhteellisen suuria. Kuvan 59 perusteella näyttäisi, että partikkelikoon<br />
kasvaessa hankauskesto paranee. Tähän voivat vaikuttaa edellä mainitut tuloksia<br />
vääristävät ilmiöt. Lisäksi selityksenä voi olla, että suuremmat partikkelit pakkautuvat<br />
tiukemmin toisiaan vasten, jolloin niiden väliin ei jää tyhjää tilaa. Tällöin niitä on<br />
hankalampi saada irtoamaan paperin pinnasta hankauksen vaikutuksesta kuin löyhemmin<br />
pakkautuneita pienempiä pigmenttipartikkeleita. Kuitenkin voisi myös olettaa, että<br />
musteella, jossa on pienemmät partikkelit, saataisiin parempi hankauskesto, koska pienet<br />
partikkelit täyttävät tiheämmin paperin pinnan. Lisäksi pieniä partikkeleita on suhteessa<br />
enemmän kuin suuria partikkeleita samassa mustemäärässä. Tämän vuoksi värikenttää<br />
hangatessa on periaatteessa hankalampaa saada irtoamaan suurempaa määrää pieniä<br />
partikkeleita kuin pienempää määrää suuria partikkeleita. Papereista huonoin hankauskesto<br />
on PVA-paperilla, jossa dispergointiaineena on CMC:tä. Paras hankauskesto on lateksipaperilla.<br />
Eri papereiden väliset erot ovat kuitenkin hyvin pieniä ilmeisesti siksi, että<br />
pigmenttipartikkelit eivät penetroidu paperin sisään tai sitoudu paperin kanssa<br />
kemiallisesti. Juuri näiden ominaisuuksien parantamiseen pyritään paperin<br />
päällystekoostumusta muokkaamalla.<br />
Kuvassa 60 on esitetty, miten non-ioninen ja kationinen pinta-aktiivinen aine vaikuttavat<br />
pigmenttimusteiden hankauskestoon.
86<br />
1.4<br />
Yellow HR (40 nm)<br />
1.2<br />
Yellow GR (86 nm)<br />
1.0<br />
0.8<br />
D<br />
0.6<br />
0.4<br />
Ei pinta-aktiivista<br />
Surfynol 0.05 %<br />
Surfynol 0.10 %<br />
p-DADMAC 1.0 %<br />
p-DADMAC 2.0 %<br />
0.2<br />
0.0<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
PVA + p-<br />
DADMAC<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
PVA + p-<br />
DADMAC<br />
Kuva 60 Non-ionisen ja kationisen pinta-aktiivisen aineen <strong>vaikutus</strong> pigmenttimusteiden<br />
hankauskestoon<br />
Pinta-aktiivisen aineen käyttäminen pigmenttimusteen joukossa näyttäisi hieman<br />
huonontavan hankauskestoa. Pinta-aktiivisen aineen määrällä tai laadulla ei kuitenkaan ole<br />
<strong>vaikutus</strong>ta hankauskestoon. On kuitenkin huomioitava, että hankauskestotulosten<br />
keskihajonnat ovat suhteellisen suuret. Lisäksi pigmenttipartikkelit eivät sitoudu paperin<br />
pintaan eivätkä juurikaan penetroidu paperin sisään. Pinta-aktiiviset aineethan parantavat<br />
penetraatiota ja kationinen pinta-aktiivinen aine ilmeisesti parantaa musteen ja paperin<br />
välistä sitoutumista. Tämän vuoksi pinta-aktiivisilla aineilla ei voida parantaa<br />
ominaisuuksia, joihin pigmenttipartikkeleilla ei ole luontaista taipumusta.<br />
8.6 Yhteenveto valon- ja vedenkestosta<br />
Kuvassa 61 on esitetty liukoisten ja pigmenttimusteiden valon- ja vedenkesto eri<br />
papereilla. Ylemmässä kuvaajassa on pelkästään liukoiset musteet. Alemmassa kuvaajassa<br />
on laskettu eri väriaine-paperi –yhdistelmille valon- ja vedenkeston keskiarvot kaikista<br />
koepisteistä.
87<br />
50<br />
Valonkesto ∆E<br />
40<br />
30<br />
20<br />
Keltainen, PVA + CMC<br />
Keltainen, StAk<br />
Keltainen, PVA + poly-DADMAC<br />
Magenta, PVA + CMC<br />
Magenta, StAk<br />
Magenta, PVA + poly-DADMAC<br />
10<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
Vedenkesto ∆E<br />
50<br />
Valonkesto ∆E<br />
40<br />
30<br />
20<br />
PVA + p-DADMAC, FM2<br />
StAk, Y1<br />
StAk, FM2<br />
PVA + CMC, FM2<br />
StAk, GR<br />
PVA + p-DADMAC, Y1<br />
PVA + p-DADMAC, GR<br />
PVA + CMC, Y1<br />
10<br />
PVA + CMC, GR<br />
HR<br />
0<br />
0 10 20 30 40 50 60<br />
Vedenkesto ∆E<br />
Kuva 61 Paperin ja väriaineen <strong>vaikutus</strong> liukoisten musteiden valon- ja vedenkestoon.<br />
Ylemmässä kuvaajassa on pelkästään liukoiset musteet. Alemmassa kuvaajassa on<br />
laskettu eri väriaine-paperi –yhdistelmille valon- ja vedenkeston keskiarvot kaikista<br />
koepisteistä.<br />
Papereiden väliset erot ovat pienempiä magentoilla kuin keltaisilla musteilla. Keltaiseen<br />
väriaineeseen verrattuna magentan väriaineen vedenkesto on parempi. Tämä johtuu siitä,<br />
että magenta väriaine on modifioitu suoraväri, joten sen kemiallista rakennetta<br />
muokkaamalla on parannettu väriaineen kesto-ominaisuuksia. Näyttää kuitenkin siltä, että<br />
keltaiseen väriaineeseen verrattuna magentaa väriainetta on modifioitu lähinnä<br />
vedenkeston parantamiseksi. Magentan väriaineen valonkesto on ainakin PVA-papereilla<br />
keltaisen väriaineen valonkestoa huonompi. Magentoilla väriaineilla on kuitenkin<br />
yleensäkin eri väreistä huonoin valonkesto /12, 25/.<br />
Lateksi (StAk) on hydrofobista, joten se ei turpoa eikä liukene veden vaikutuksesta. Tämän<br />
vuoksi vesi ei pääse päällysteen sisään, joten vedenkesto on hieman parempi kuin<br />
paperilla, jossa on sideaineena PVA:ta ja dispergointiaineena CMC:tä. PVA on<br />
hydrofiilistä, joten se turpoaa ja liukenee veden vaikutuksesta. Tämän vuoksi se ei
88<br />
muodosta musteelle suojaavaa kerrosta vedeltä, koska PVA:han kiinnittynyt väriaine<br />
liukenee veden mukana samalla, kun PVA:kin liukenee. Huonoin vedenkesto käytetyistä<br />
papereista onkin paperilla, jonka päällysteessä on käytetty PVA:ta ja CMC:tä. Kun<br />
dispergointiaineena on käytetty poly-DADMAC:a CMC:n sijaan, paperin pintavaraus on<br />
kationinen. Anionisella väriaineella on tällöin enemmän mahdollisuuksia kiinnittyä paperin<br />
päällysteeseen, varsinkin kationiseen dispergointiaineeseen. Sitoutuminen tapahtuu tällöin<br />
luultavasti ionisidoksilla, kun anionisen paperin ja anionisen väriaineen sitoutuminen<br />
tapahtuu todennäköisesti pääasiassa vetysidoksin. Ionisidokset ovat vahvoja ja<br />
vetysidokset heikkoja sidoksia varsinkin veden läheisyydessä, joka pystyy avaamaan<br />
vetysidoksia. Väriaineen paremman sitoutumisen vuoksi paperilla, jossa on käytetty poly-<br />
DADMAC:a, on selkeästi paras vedenkesto.<br />
Papereista paras valonkesto saadaan, kun päällystepastan sideaineena käytetään PVA:ta ja<br />
dispergointiaineena CMC:tä. Huonoin valonkesto saadaan, kun sideaineena käytetään<br />
lateksia. PVA on hydrofiilistä, joten vesipohjainen muste penetroituu paremmin paperin<br />
huokosrakenteeseen. Lateksi on hydrofobista, joten vesipohjainen muste ei pääse niin<br />
hyvin penetroitumaan paperin sisään turvaan valon haitallisilta vaikutuksilta. Kun PVApaperissa<br />
CMC korvataan kationisella poly-DADMAC:lla, valonkesto hieman huononee.<br />
Tämä saattaa johtuu siitä, että anioninen väriaine sitoutuu päällysteen kationisten<br />
komponenttien eli lähinnä poly-DADMAC:n kanssa. Tällöin väriaine jää lähemmäksi<br />
paperin pintaa sitoutuneessa muodossa alttiiksi valon vaikutuksille. Kun<br />
dispergointiaineena on CMC:tä, paperin pintavaraus on anioninen, jolloin sitoutumista<br />
paperin ja väriaineen välillä ei juurikaan esiinny. Tällöin muste lähinnä penetroituu paperin<br />
huokosrakenteeseen turvaan valon vaikutuksilta. Lisäksi CMC voi toimia geeliaineena,<br />
joka muodostaa musteen pinnalle mustetta suojaavan geelikerroksen /55/. Valonkestoon eri<br />
papereilla voi vaikuttaa myös elohopeaporosimetrimittauksista saadut huokoisuusarvot<br />
(Liite 3). PVA-papereilla on mittaustulosten mukaan suuremmat huokoset kuin lateksipaperilla.<br />
Tällöin mustetta pääsee enemmän suurempien huokosten sisään, jossa väriaine<br />
todennäköisesti on paremmin turvassa valon vaikutuksilta. Lisäksi suuret huokoset<br />
helpottavat musteen penetraatiota, jolloin muste pääsee syvemmälle paperiin.<br />
Kun käytetään pigmenttimusteita, joissa väriaineena on pienipartikkelinen Hostafine<br />
Yellow HR, eri papereiden välillä ei ole eroja. Näillä musteilla saadut kesto-ominaisuudet<br />
ovat niin hyviä, että voidaan olettaa, että tulosteen laatu ei merkittävästi muutu valon- ja<br />
vedenkestotesteissä. Kun käytetään pigmenttiväriainetta, jolla on suurempi partikkelikoko,<br />
papereiden välillä on saman mittakaavan eroja kuin magentoilla liukoisilla musteilla<br />
tulostettaessa. Tällä musteella saadaan kaikilla papereilla erinomainen vedenkesto, mutta<br />
PVA-paperilla, jossa on dispergointiaineena CMC:tä, saadaan parempi valonkesto kuin<br />
muilla papereilla.<br />
Paras paperi tässä työssä käytettyjen liukoisten musteiden kesto-ominaisuuksien kannalta<br />
näyttäisi olevan PVA-paperi, jossa on dispergointiaineena kationista poly-DADMAC:a.<br />
Huonoin paperi puolestaan olisi lateksilla päällystetty paperi, koska sillä on sekä huono<br />
valonkesto että huono vedenkesto. PVA-paperilla, jossa on dispergointiaineena CMC:tä,<br />
on vain huono vedenkesto valonkeston ollessa yhtä hyvä kuin toisella PVA-paperilla.<br />
Tulostimen <strong>vaikutus</strong>ta tuloksiin havainnollistetaan kuvassa 62, jossa on esitetty musteiden,<br />
jotka on tulostettu sekä Epsonilla että Olivetilla, valon- ja vedenkesto. Nämä kolme<br />
mustetta ovat keltaisia liukoisia musteita. Yhdessä on 10 p-% 2-pyrrolidonia ja 1 p-%<br />
kationista pinta-aktiivista ainetta. Lopuissa ei ole pinta-aktiivisia aineita. Toisessa on 20 p-<br />
% ja toisessa 10 p-% 2-pyrrolidonia.
89<br />
50<br />
45<br />
40<br />
StAk<br />
Valonkesto ∆E<br />
35<br />
30<br />
25<br />
PVA + CMC<br />
Olivetti, Keltainen<br />
Epson, Keltainen<br />
20<br />
15<br />
PVA + p-DADMAC<br />
10<br />
10 20 30 40 50 60<br />
Vedenkesto ∆E<br />
Kuva 62 Tulostimen <strong>vaikutus</strong> liukoisten musteiden valon- ja vedenkestoon<br />
Olivetilla tulostetuissa näytteissä erot ovat pienempiä kuin Epsonilla tulostetuissa.<br />
Musteilla on hieman huonompi vedenkesto, kun ne on tulostettu Olivetilla, mutta<br />
valonkesto on eri tulostimien välillä keskimäärin yhtä hyvä. Vaikka Olivetilla<br />
tulostettaessa värikenttien densiteetti oli suurempi eli mustetta siirtyi enemmän paperille<br />
kuin Epsonilla tulostettaessa, tällä ei näyttäisi olevan <strong>vaikutus</strong>ta väri- ja densiteettieroon.<br />
Vaikuttaisi siis siltä, että käytetyillä testeillä aina suunnilleen saman suuruinen määrä<br />
tiettyä mustetta poistuu paperista riippumatta tulostusjäljen alkuperäisestä densiteetistä.<br />
8.7 Rasteripisteanalyysi<br />
Rasteripisteanalyysi tehtiin vain magentoille liukoisille musteille ja määritetyt<br />
ominaisuudet olivat rasteripisteen pinta-ala, harmaatasoarvo, rosoisuus ja epäpyöreys.<br />
Rasteripisteanalyysin tulokset on esitetty liitteessä 7 ja niiden perusteella<br />
mustekoostumuksella ei näyttänut olevan <strong>vaikutus</strong>ta rasteripisteistä määritettyihin<br />
ominaisuuksiin. Poikkeuksena tästä on PVA-paperit, joilla non-ioninen pinta-aktiivinen<br />
aine kasvatti rasteripisteen pinta-alaa luultavasti siksi, että pinta-aktiivinen aine<br />
todennäköisesti lisää tulostusjäljen leviämistä. Lisäksi 2-pyrrolidonin paino-osuuden<br />
kasvattaminen pienensi rasteripisteen pinta-alaa, mikä saattoi johtua siitä, että musteen<br />
penetraatio pois pinnan läheisyydestä kasvoi musteen pintajännityksen pienentyessä. Tämä<br />
viittaa siihen, että tulostuksessa käytetty paperi vaikuttaa enemmän rasteripisteiden<br />
ulkonäköön kuin käytetty muste. Kuvassa 63 on esitetty eri papereiden 25 %:n<br />
harmaakentän rasteripisteitä, kun tulostamiseen on käytetty samaa mustetta. Kuvista on<br />
poistettu rasteripisteitä ympäröivä tausta.
90<br />
Kuva 63 Rasteripisteet 25 %:n harmaasävyllä eri papereilla, kun musteena on käytetty<br />
magentaa, jossa on 5 p-% tetraetyleeniglykolia. Paperit ovat vasemmalta PVA +<br />
CMC, StAk ja PVA + poly-DADMAC<br />
PVA-paperilla, jossa dispergointiaineena on käytetty CMC:tä, on parhaimman näköiset<br />
pisteet. Kun CMC korvataan poly-DADMAC:lla, rasteripisteet leviävät hieman, jolloin<br />
niiden reunoista tulee myös hieman epätasaisempia. Lateksipaperilla rasteripisteet ovat<br />
selvästi vaaleampia kuin PVA-papereilla ja lisäksi rasteripisteet ovat levinneet runsaasti<br />
paikoin jopa yhtenäiseksi kentäksi.<br />
8.7.1 Pinta-ala ja harmaatasoarvo<br />
Kuvassa 64 on esitetty 25 %:n rasterikentän rasteripisteiden pinta-ala ja harmaatasoarvo eri<br />
papereilla. Lisäksi kuvaan on merkitty eri papereille eri koepisteiden rasteripisteiden pintaalojen<br />
ja harmaatasoarvojen keskiarvojen avulla lasketut vastinpisteet.<br />
Pinta-ala (µm 2 )<br />
SUURI<br />
1300<br />
1200<br />
1100<br />
1000<br />
900<br />
800<br />
700<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
PVA + p-DADMAC<br />
ka. PVA + CMC<br />
ka. StAk<br />
ka. PVA + p-DADMAC<br />
600<br />
500<br />
PIENI<br />
400<br />
70 80 90 100 110 120<br />
VAALEA<br />
Harmaatasoarvo<br />
TUMMA<br />
Kuva 64 Rasteripisteiden keskimääräinen harmaataso ja pinta-ala eri papereille. Lyhenteellä<br />
ka. tarkoitetaan kaikista kyseisen paperin koepisteistä laskettua keskiarvoa<br />
Tuloksissa on paljon hajontaa varsinkin lateksi-paperissa. Tähän on todennäköisesti<br />
vaikuttanut se, että lateksi-paperin rasteripisteet olivat levinneet niin paljon. Tämän vuoksi<br />
rasteripisteitä ei paikoin edes erottanut yhtenäisen mustekentän joukosta. PVA-papereilla<br />
tällaista leviämistä ei ilmennyt. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että PVA on
91<br />
hydrofiilistä ja lateksi hydrofobista. Vesipohjainen muste pystyy penetroitumaan<br />
hydrofiilisen päällysteen sisään helposti, jolloin muste ei juurikaan leviä paperin tasossa.<br />
Hydrofobisen paperin tapauksessa penetraatio on vähäisempää, joten muste joutuu<br />
leviämään kuivumisen aikana paljon myös paperin tasossa. Tämä selittää myös sen, miksi<br />
lateksi-paperin rasteripisteet ovat pinta-alaltaan melkein kaksinkertaisia PVA-papereiden<br />
rasteripisteisiin verrattuna. Lisäksi lateksi-paperilla rasteripisteiden harmaatasoarvo on<br />
pienempi eli pisteet ovat vaaleampia kuin PVA-papereilla, mitä myös voidaan selittää<br />
rasteripisteiden leviämisellä. Kun sama mustemäärä on levittäytynyt paperin pinnan<br />
suunnassa laajemmalle alueelle, tulostusjäljestä tulee vaaleampaa. PVA-papereilla on<br />
suunnilleen samansuuruiset harmaatasoarvot, mutta PVA-paperin, jossa<br />
dispergointiaineena on CMC:tä, rasteripisteet ovat hieman pienempiä pinta-alaltaan.<br />
Ilmeisesti anioninen muste lähinnä penetroituu anioniseen paperiin kuivuessaan eikä<br />
niinkään muodosta pysyviä sidoksia paperin kanssa. Kationisen paperin tapauksessa<br />
anioninen muste myös sitoutuu paperin päällysteeseen, jolloin osa musteesta jää paperin<br />
pinnalle sitoutuneessa muodossa. Tällöin voi myös tapahtua hieman tulostusjäljen<br />
leviämistä, kun muste hakeutuu paperin sitoutumiskykyisten kohtien luokse sähköisten<br />
voimien vaikutuksesta.<br />
Kuvassa 65 on rasteripisteiden pinta-alan riippuvuus musteen viskositeetista eri papereilla.<br />
Rasteripisteen<br />
pinta-ala (µm 2 )<br />
1300<br />
SUURI<br />
1200<br />
1100<br />
1000<br />
900<br />
800<br />
StAk<br />
700<br />
600<br />
PVA + CMC<br />
PVA + p-DADMAC<br />
PIENI<br />
500<br />
2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6<br />
Viskositeetti (mPa s)<br />
Kuva 65 Rasteripisteiden pinta-ala musteen viskositeetin funktiona eri papereilla<br />
Musteen viskositeetin kasvaessa rasteripisteen pinta-ala näyttäisi pienenevän, vaikka<br />
tuloksissa onkin paljon hajontaa. Pinta-alan pienentyminen voi johtua siitä, että musteen<br />
suuri viskositeetti vaikeuttaa pisaran muodostusta ja vähentää musteen leviämistä tason<br />
suunnassa.<br />
8.7.2 Epäpyöreys ja rosoisuus<br />
Kuvassa 66 on esitetty 25 %:n rasterikentän rasteripisteiden rosoisuus ja epäpyöreys eri<br />
papereilla. Lisäksi kuvaan on merkitty eri papereille eri koepisteiden epäpyöreyden ja<br />
rosoisuuden keskiarvojen avulla lasketut vastinpisteet.
92<br />
Rosoisuus<br />
10<br />
EPÄTASAINEN<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
PVA + p-DADMAC<br />
ka. PVA + CMC<br />
ka. StAk<br />
ka. PVA + p-DADMAC<br />
TASAINEN<br />
2<br />
1<br />
0<br />
1 1.5 2 2.5 3<br />
YMPYRÄ<br />
Epäpyöreys<br />
ELLIPSI<br />
Kuva 66 Rasteripisteiden epäpyöreys ja rosoisuus eri papereille. Lyhenteellä ka. tarkoitetaan<br />
kaikista kyseisen paperin koepisteistä laskettua keskiarvoa<br />
Lateksi-paperin tuloksissa on paljon hajontaa. Eri PVA-papereiden rasteripisteet ovat<br />
suunnilleen yhtä rosoisia ja yhtä pyöreitä. Lateksi-paperin rasteripisteet ovat PVA-paperin<br />
pisteitä rosoisempia ja epäpyöreämpiä. Tämä johtuu lateksi-paperin tulostusjäljen<br />
leviämisestä. Rasteripisteen levitessä se ei leviä tasaisesti joka suuntaan, vaan paperin<br />
pinnan epätasaisuudet rajoittavat pisteen leviämistä. Levitessään satunnaisesti paperin<br />
tasossa rasteripisteestä tulee epätasainen reunoiltaan ja vähemmän ympyrää muistuttava.<br />
Rasteripistetuloksista voidaan päätellä, että PVA-paperilla, jossa on dispergointiaineena<br />
CMC:tä, saadaan rasteripisteiden kannalta paras tulostusjälki. Muste leviää eniten lateksipaperilla,<br />
mikä huonontaa rasteripisteitä tällä paperilla. Lisäksi paperin huokoisuus saattaa<br />
vaikuttaa rasteripisteiden pyöreyteen (Liite 3). PVA-paperi, jossa dispergointiaineena oli<br />
CMC:tä, oli huokoisin elohopeaporosimetritulosten perusteella. Vähiten huokoisin oli<br />
poly-DADMAC:a sisältävä PVA-paperi. Mitä huokoisempaa paperi on, sitä enemmän<br />
rasteripisteet muistuttavat ympyrää. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että muste<br />
penetroituu paremmin huokoiseen paperiin. Tällöin mustepisarat eivät pääse leviämään<br />
paperin pinnan suunnassa muodostaen vähemmän ympyrää muistuttavia rasteripisteitä.<br />
Kuvassa 67 on rasteripisteiden rosoisuuden riippuvuus musteen pintajännityksestä PVApapereilla.<br />
Lateksi-paperia ei ole otettu mukaan kuvaajaan, koska tuloksissa on niin paljon<br />
hajontaa johtuen musteen runsaasta leviämisestä tason suunnassa.
93<br />
Rosoisuus<br />
8<br />
EPÄTASAINEN<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
TASAINEN<br />
1<br />
40 45 50 55 60<br />
PVA + p-DADMAC<br />
PVA + CMC<br />
Pintajännitys (mN/m)<br />
Kuva 67 Rasteripisteiden rosoisuus musteen pintajännityksen funktiona PVA-papereilla<br />
Musteen pintajännityksen kasvaessa rasteripisteiden rosoisuus pienenee eli rasteripisteiden<br />
reunoista tulee tasaisempia. Tämä johtuu ilmeisesti siitä, että pintajännityksen kasvaessa<br />
musteen leviämistaipumus vähenee, jolloin rasteripiste säilyttää paremmin tasaisen<br />
reunansa. Myös rasteripisteiden epäpyöreys hieman väheni musteen pintajännityksen<br />
kasvaessa, mikä myöskin johtuu leviämistaipumuksen vähenemisestä. Epäpyöreyden ja<br />
pintajännityksen välinen riippuvuus ei kuitenkaan ollut yhtä selkeä kuin rosoisuuden ja<br />
pintajännityksen välinen riippuvuus.
95<br />
9 TILASTOLLINEN ANALYYSI<br />
Tilastollisen analyysin tavoitteena oli selvittää, mitkä musteen ominaisuudet vaikuttavat<br />
valon- ja vedenkestoon sekä rasteripisteiden ominaisuuksiin. Myös musteen<br />
ominaisuuksien yhdysvaikutukset otettiin huomioon. Lisäksi selvitettiin, miten musteen<br />
liuottimen ja pinta-aktiivisten aineiden paino-osuus vaikuttivat musteen kestoominaisuuksiin<br />
eri papereilla. Näistä ei laskettu yhdysvaikutuksia. Tilastollinen analyysi<br />
tehtiin Excel XP–tietokoneohjelman Data analysis –makrolla, jonka avulla laskettiin<br />
tulosten regressiokertoimet R 2 . Regressiokerroin voi saada arvoja väliltä 0-1.<br />
Regressiokertoimet laskettiin kaikille kolmelle paperille erikseen ja jokaiselle väriaineelle<br />
erikseen.<br />
Kesto-ominaisuutta tai rasteripisteominaisuutta pidetään muuttujana, jonka käyttäytymistä<br />
pyritään ennustamaan musteominaisuuksien avulla. Teoriassa regressiokerroin ilmoittaa,<br />
kuinka suuri osa y-arvojen, eli tässä tapauksessa kesto- ja rasteripisteominaisuuksien<br />
vaihtelusta voidaan selittää x-arvojen eli musteominaisuuksien vaihtelulla. Arvot pyritään<br />
asettamaan lineaariselle suoralle siten, että havaintopisteiden ja suoran välisten y-akselin<br />
suuntaisten poikkeamien neliöiden summa on mahdollisimman pieni. Mitä enemmän<br />
pisteet hajaantuvat suoran ulkopuolelle, sitä pienempi regressiokerroin on. Käytännössä<br />
siis regressiokerroin ilmaisee, kuinka riippuvainen kyseinen kesto- tai<br />
rasteripisteominaisuus on kyseisestä musteominaisuudesta tai kyseisten<br />
musteominaisuuksien yhdysvaikutuksesta. Riippuvuus kasvaa regressiokertoimen<br />
kasvaessa. Regressiosuoraa voidaan käyttää myös ennustamiseen, jos regressiokertoimen<br />
arvo on tarpeeksi suuri. Tällöin on kuitenkin otettava huomioon, että lineaarinen<br />
riippuvuus ei välttämättä jatku samanlaisena havaintopisteiden ulkopuolella. Lisäksi on<br />
muistettava, että vaikka useamman ominaisuuden yhdysvaikutukset selittäisivät jotain<br />
ominaisuutta hyvin, nämä ominaisuudet eivät välttämättä yksinään selitä kyseistä<br />
ominaisuutta.<br />
9.1 Kesto-ominaisuudet<br />
Kesto-ominaisuuksista tilastollinen analyysi tehtiin vain liukoisille musteille.<br />
Pigmenttimusteita ei otettu mukaan, koska niistä saatujen kesto-ominaisuuksien<br />
keskihajonnat olivat hyvin suuria ja lisäksi eri koepisteiden välillä ei juurikaan havaittu<br />
eroja. Regressiokerroin laskettiin eri papereille ja erivärisille musteille erikseen.<br />
Musteominaisuudet, joiden avulla valon- ja vedenkestoa selitettiin, olivat viskositeetti,<br />
pintajännitys ja pH-arvo sekä näiden kaikki mahdolliset yhdysvaikutukset. Taulukossa 10<br />
on esitetty eri kombinaatioiden regressiokertoimet. Tilastollisesti merkittävät kertoimet<br />
(>0.437) on kursivoitu.
96<br />
Taulukko 10 Regressioanalyysi liukoisten musteiden ominaisuuksista ja kestoominaisuuksista.<br />
Lyheteellä Y1 tarkoitetaan keltaista liukoista mustetta ja<br />
lyhenteellä FM2 magentaa liukoista mustetta.<br />
Viskositeetti<br />
Pintajännitys<br />
pH PVA + CMC StAk<br />
(mPa/s) (mN/m) - Valonkesto<br />
PVA + poly-<br />
DADMAC<br />
V S P Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2<br />
V x 0.316 0.091 0.028 0.123 0.017 0.075<br />
S x 0.019 0.145 0.144 0.207 0.031 0.017<br />
P x 0.118 0.371 0.008 0.401 0.005 0.182<br />
V+S x x 0.317 0.184 0.147 0.257 0.069 0.126<br />
V+P x x 0.393 0.521 0.033 0.594 0.025 0.230<br />
S+P x x 0.184 0.429 0.194 0.497 0.050 0.183<br />
V+S+P x x x 0.398 0.578 0.194 0.622 0.104 0.243<br />
Vedenkesto<br />
V S P Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2<br />
V x 0.425 0.355 0.597 0.097 0.154 0.232<br />
S x 0.127 0.281 0.090 0.576 0.378 0.017<br />
P x 0.126 0.315 0.098 0.336 0.009 0.005<br />
V+S x x 0.452 0.323 0.601 0.583 0.227 0.232<br />
V+P x x 0.503 0.504 0.646 0.489 0.174 0.232<br />
S+P x x 0.369 0.480 0.274 0.742 0.143 0.028<br />
V+S+P x x x 0.586 0.578 0.672 0.775 0.229 0.232<br />
Mikään tutkituista musteen ominaisuuksista ei näyttäisi yksinään selittävän valon- tai<br />
vedenkestoa eri papereilla kovinkaan hyvin, kuten jo aiemmin todettiin graafisista<br />
kuvaajista, joissa oli x-akselina pintajännitys tai viskositeetti ja y-akselina valonkesto.<br />
Keltaisen musteen valonkestoa eivät kuvaa hyvin mitkään ominaisuuksien<br />
yhdysvaikutuksetkaan. Anionisilla papereilla (PVA + CMC ja StAk) magentojen<br />
musteiden valonkestoa näyttäisi selittävän melko hyvin viskositeetin ja pH-arvon väliset<br />
yhdysvaikutukset sekä kaikkien tutkittujen musteominaisuuksien yhdysvaikutukset.<br />
Aiemmin todettiin, että pintajännityksen suureneminen huonontaa vedenkestoa ja<br />
viskositeetin suureneminen puolestaan parantaa vedenkestoa. Lisäksi keltaisen musteen<br />
pH-arvon kasvaessa vedenkeston todettiin huononevan. Regressiokertoimet eivät ole näillä<br />
yksittäisillä ominaisuuksilla merkitseviä, mutta kaikkien kolmen ominaisuuden<br />
yhdys<strong>vaikutus</strong> on molemmilla anionisilla papereilla molemmilla väriaineilla merkittävää.<br />
Tämä tarkoittaa ilmeisesti sitä, että mikään musteen ominaisuus yksinään ei täysin selitä<br />
vedenkestoa, mikä johtuu siitä, että yhden musteen ominaisuuden muuttuessa myös muut<br />
ominaisuudet muuttuvat. Tällöin on hankalaa erottaa yhden tietyn ominaisuuden <strong>vaikutus</strong>ta<br />
vedenkestoon, joten tarkastelussa onkin otettava huomioon kaikkien ominaisuuksien<br />
samanaikainen muuttuminen.<br />
Mitään merkittäviä musteen ominaisuuksia tai niiden yhdysvaikutuksia, jotka selittäisivät<br />
kationisen paperin valon- ja vedenkestoa, ei ole havaittavissa. Tämä voisi viitata siihen,<br />
että musteen kantofaasin ominaisuuksilla ei ole niin suurta merkitystä, kun tulostetaan<br />
kationiselle paperille. Tällöin olisi enemmän merkitystä sillä, miten vahvat sidokset
97<br />
kationinen paperi ja anioninen väriaine muodostavat. Anioninen paperi ja anioninen<br />
väriaine eivät juurikaan muodosta sidoksia, joten musteen kantofaasin ominaisuuksilla on<br />
enemmän merkitystä. Anioniselle paperille tulostettaessa kesto-ominaisuuksien kannalta<br />
ovatkin tärkeämpiä musteen penetraatio ja liukoisuus veteen, joihin vaikutetaan<br />
pintajännityksellä, viskositeetilla ja pH-arvolla.<br />
Kesto-ominaisuuksia selitettiin 2-pyrrolidonin paino-osuudella sekä Surfynolin ja poly-<br />
DADMAC:n paino-osuudella musteesta. Taulukossa 11 on esitetty täten saadut<br />
regressiokertoimet. Tilastollisesti merkittävät kertoimet (>0.841) on kursivoitu.<br />
Magentoille musteille ei voitu laskea regressiokerrointa, kun muuttujana oli 2-pyrrolidonin<br />
paino-osuus, koska magentoja oli vain kahdella 2-pyrrolidonin paino-osuudella. Tällöin<br />
regressiokertoimeksi tulisi aina 1.<br />
Taulukko 11<br />
Regressioanalyysi liukoisten musteiden komponenttien määrästä ja kestoominaisuuksista<br />
2-pyrrolidoni<br />
Surfynol<br />
p-DAD-<br />
MAC<br />
PVA + CMC<br />
StAk<br />
(p-%) (p-%) (p-%)- Valonkesto<br />
PVA + poly-<br />
DADMAC<br />
2-p Sur p-D Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2<br />
x 0.920 - 0.968 - 0.916 -<br />
x 0.813 0.868 0.470 0.589 0.770 0.966<br />
x 0.668 0.518 0.361 0.977 0.432 0.927<br />
Vedenkesto<br />
2-p Sur p-D Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2<br />
x 0.979 - 0.861 - 0.708 -<br />
x 0.902 0.525 0.073 0.617 0.352 0.894<br />
x 0.990 0.417 0.760 0.910 0.323 0.764<br />
Aiemmin todettiin liuottimen määrän vaikuttavan sekä veden- että valonkestoon. Tätä<br />
väitettä tukevat myös saadut regressiokertoimet. Paras valonkeston selittäjä näyttäisi<br />
olevan liuottimen määrä musteessa. Kationisen paperin tapauksessa liuotinmäärä ei<br />
näyttäisi selittävän vedenkestoa. Tämä varmaankin johtuu siitä, että kationisen paperin<br />
tapauksessa vedenkestoon vaikuttaa mustekoostumusta enemmän anionisen musteen ja<br />
kationisen paperin muodostamat suhteellisen kestävät ionisidokset. Anionisten papereiden<br />
tapauksessa ei todennäköisesti muodostu kuin heikkoja vetysidoksia, joten vedenkeston<br />
syntymiseen vaikuttavat myös musteen ominaisuudet penetraation ja aggregoitumisen<br />
kautta. Pinta-aktiivisten aineiden määrä näyttäisi selittävän vain satunnaisesti kestoominaisuuksia.<br />
Graafisten kuvaajienkaan perusteella ei havaittu selkeitä riippuvuuksia<br />
kesto-ominaisuuksien ja pinta-aktiivisten aineiden määrän välillä. Tämän vuoksi<br />
muutamien laskettujen regressiokertoimien suurten arvojen voidaan katsoa johtuvan<br />
laskettujen pisteiden vähäisestä määrästä ja mittaustulosten keskihajonnoista.<br />
9.2 Rasteripisteet<br />
Rasteripisteanalyysi tehtiin vain liukoisille magentoille musteille. Regressiokerroin<br />
laskettiin eri papereille erikseen. Selitettäviä rasteripisteominaisuuksia olivat rasteripisteen
98<br />
pinta-ala, harmaatasoarvo, epäpyöreys ja rosoisuus. Käytettyjä musteominaisuuksia olivat<br />
viskositeetti, pintajännitys ja pH-arvo. Taulukossa 12 on esitetty eri kombinaatioiden<br />
regressiokertoimet. Tilastollisesti merkittävät arvot (>0.636) on kursivoitu.<br />
Taulukko 12<br />
Regressioanalyysi musteen ominaisuuksista ja rasteripisteistä. Rasteripisteominaisuudet<br />
ovat rasteripisteen pinta-ala (A), harmaatasoarvo (Harm.),<br />
epäpyöreys (Epäp.) ja rosoisuus (Ros.)<br />
Viskositeetti<br />
Pintajännitys<br />
pH PVA + CMC StAk<br />
PVA + poly-<br />
DADMAC<br />
(mPa/s) (mN/m) - A Harm. A Harm. A Harm.<br />
V S P (µm 2 ) - (µm 2 ) - (µm 2 ) -<br />
V x 0.059 0.519 0.881 0.066 0.376 0.153<br />
S x 0.336 0.512 0.036 0.163 0.148 0.252<br />
P x 0.000 0.002 0.000 0.112 0.003 0.119<br />
V+S x x 0.674 0.703 0.840 0.169 0.388 0.284<br />
V+P x x 0.060 0.519 0.777 0.172 0.381 0.264<br />
S+P x x 0.353 0.546 0.038 0.342 0.149 0.459<br />
V+S+P x x x 0.722 0.718 0.848 0.343 0.390 0.472<br />
V S P Epäp. Ros. Epäp. Ros. Epäp. Ros.<br />
V x 0.276 0.421 0.072 0.058 0.072 0.020<br />
S x 0.060 0.737 0.054 0.000 0.152 0.266<br />
P x 0.081 0.085 0.393 0.222 0.228 0.007<br />
V+S x x 0.276 0.816 0.234 0.075 0.412 0.451<br />
V+P x x 0.367 0.520 0.454 0.273 0.291 0.026<br />
S+P x x 0.118 0.752 0.405 0.231 0.318 0.266<br />
V+S+P x x x 0.373 0.844 0.522 0.273 0.525 0.458<br />
Rasteripisteanalyysia käsittelevässä luvussa todettiin, että musteiden ominaisuudet tai<br />
mustekoostumus eivät näyttäneet vaikuttavan rasteripisteiden ominaisuuksiin. Enemmän<br />
todettiin olevan <strong>vaikutus</strong>ta käytetyllä paperilla. Ainoastaan musteen pintajännityksen<br />
katsottiin selittävän parhaiten rosoisuutta PVA-papereilla ja viskositeetin rasteripisteen<br />
pinta-alaa. Regressiokertoimien perusteella samaa ilmiötä ei ole havaittavissa. Anionisella<br />
PVA-paperilla musteen ominaisuudet kuvaavat melko hyvin eri rasteripisteiden<br />
ominaisuuksia, mutta muilla papereilla saadaan vain satunnaisesti suuria<br />
regressiokertoimia. Graafisten kuvaajien perusteellakaan ei löydetty riippuvuuksia<br />
rasteripiste- ja musteominaisuuksien välillä. Yleisesti voidaan todeta, että, kuten kestoominaisuuksienkin<br />
tapauksessa, parhaiten rasteripisteiden ominaisuuksia kuvaavat kaikki<br />
musteominaisuudet yhdessä tai kahden musteominaisuuden yhdysvaikutukset. Mikään<br />
musteen ominaisuus yksinään ei näyttäisi selittävän rasteripisteiden ominaisuuksia.
99<br />
10 YHTEENVETO<br />
Diplomityön tarkoituksena oli selvittää kirjallisuuden ja kokeiden avulla, miten<br />
mustekoostumus vaikuttaa <strong>inkjet</strong>-tulostusjäljen laatuun. Lisäksi tavoitteena oli selvittää<br />
lähinnä kirjallisuuden pohjalta, mitkä muut tulostusprosessin muuttujat vaikuttavat yhdessä<br />
musteen kanssa tulostusjäljen laatuun. Kesto-ominaisuuksista tutkittiin valon-, veden- ja<br />
hankauskestoa. Kirjallisuuden perusteella selvitettiin kesto-ominaisuuksiin vaikuttavia<br />
tekijöitä ja tyypillinen mustekoostumus. Näiden pohjalta valmistettiin musteita, joiden<br />
komponentteja ja komponenttien paino-osuuksia muuteltiin. Musteet tulostettiin papereille,<br />
joiden päällysteet erosivat toisistaan pintavarauksen sekä hydrofobisuuden ja<br />
hydrofiilisyyden osalta. Lisäksi tutkittiin mustekoostumuksen ja papereiden <strong>vaikutus</strong>ta<br />
tulosteen ulkonäköön.<br />
Kirjallisuuden mukaan <strong>inkjet</strong>-tulosteen laatuun vaikuttavat tulostuksessa käytetty muste,<br />
tulostusalusta ja tulostinpään rakenne sekä näiden väliset vuorovaikutukset. Erityisesti<br />
musteen ja paperin väliset vuorovaikutukset vaikuttavat kesto-ominaisuuksiin. Näitä<br />
vuorovaikutuksia ovat musteen penetraatio paperin sisään sekä väriaineen ja paperin<br />
väliset kemialliset sidokset. Lisäksi kesto-ominaisuuksien kannalta keskeisessä asemassa<br />
ovat myös tulosteen ympäristötekijät tulostuksen jälkeen. Käytetyn paperin<br />
ominaisuuksilla vaikutetaan lähinnä musteen asettumiseen ja kuivumiseen.<br />
Mustepisaroiden asettuminen ja kuivuminen perustuu toisaalta nesteen tunkeutumiseen ja<br />
leviämiseen paperilla sekä toisaalta liuotinkomponenttien haihtumiseen leviävästä<br />
pisarasta. Kuivuessaan muste jää alttiiksi ympäröivälle ilmalle, valolle, vedelle,<br />
kosteudelle ja muille ympäristön elementeille, koska <strong>inkjet</strong>-tulostuksessa ei käytetä erillistä<br />
kuivatusyksikköä. Mustekerros määritellään kuivuneeksi, kun se kestää hankausta.<br />
Valonkestoon vaikuttaa ennen kaikkea se, miten käytetty muste ja paperi käyttäytyvät<br />
joutuessaan kontaktiin tulostuksen aikana ja sen jälkeen. Musteiden huono vedenkesto<br />
johtuu väriainemolekyylien liukenemisesta veden joukkoon.<br />
Inkjet-musteiden pääkomponentit ovat väriaine ja kantofaasi. Musteet ovat tavallisesti sekä<br />
vesiliukoisia että anionisia ja <strong>inkjet</strong>-väriaineet ovat joko liukoisia tai pigmenttejä. Liukoiset<br />
väriaineet kiinnittyvät suoraan tulostettavaan pintaan liuottimiensa kanssa kemiallisesti<br />
sitoutumalla ja ne ovat väriominaisuuksiltaan hyviä. Muihin musteisiin verrattuna<br />
liukoisten musteiden kesto-ominaisuudet ovat huonoja hankauskestoa lukuun ottamatta.<br />
Pigmentit ovat lähes täysin liukenemattomia kiderakenteita ja niitä käytetään dispersioina.<br />
Niillä saadaan aikaan tulostusjälki, jolla on hyvä opasiteetti ja hyvät kesto-ominaisuudet<br />
hankauskestoa lukuun ottamatta. Musteen kantofaasin koostumus riippuu käytettävän<br />
tulostimen ja väriaineen tyypistä. Kantofaasin koostumusta muokkaamalla voidaan<br />
parantaa tulostusjäljen kesto- ja muita ominaisuuksia. Kantofaasi koostuu yleensä<br />
ionivaihdetusta vedestä, yhdestä tai useammasta orgaanisesta apuliuottimesta, pintaaktiivisesta<br />
aineesta, biosidista, puskuriaineesta sekä muista tarvittavista lisäaineista.<br />
Kokeellisen osan perusteella liukoisten musteiden tulostusjäljen valonkestoon voitiin<br />
vaikuttaa ennen kaikkea musteen liuotinkoostumuksella. Valonkeston kannalta vesi oli<br />
paras liuotin. Tämä lienee seurausta siitä, että orgaaniset liuottimet voivat altistuessaan<br />
valolle katalyyttisesti haihduttaa väriainetta. Lisäksi orgaaniset liuottimet pitävät<br />
väriaineen liukoisessa tilassa, vaikka valonkeston kannalta olisi edullisempaa, että väriaine<br />
pääsisi aggregoitumaan. Glykolin etyleeniryhmien määrää vähentämällä voitiin parantaa<br />
valonkestoa, koska etyleeniryhmien runsas määrä häiritsi väriaineen aggregoitumista.<br />
Musteiden pintajännitys ja viskositeetti eivät vaikuttaneet valonkestoon ilmeisesti siksi,
100<br />
että ne eivät merkittävästi parantaneet musteen penetraatiota paperin sisään turvaan valon<br />
vaikutuksilta. Käytetyn paperin hydrofobisuudella tai hydrofiilisyydellä näytti olevan<br />
<strong>vaikutus</strong>ta valonkestoon, koska todennäköisesti musteen penetraatio on helpompaa<br />
hydrofiiliseen paperiin. Käytetyillä pinta-aktiivisilla aineilla ei havaittu olevan <strong>vaikutus</strong>ta<br />
valonkestoon.<br />
Tulostusjäljen vedenkesto näytti riippuvan väriaineesta, musteen liuotinkoostumuksesta ja<br />
paperin päällystekoostumuksesta. Veteen verrattuna orgaaninen liuotin ilmeisesti parantaa<br />
musteen penetraatiota pienemmän pintajännityksensä ja suuremman viskositeettinsa<br />
ansiosta. Syvemmälle penetroitunut väriaine on paremmin turvassa veden liuottavalta<br />
vaikutukselta. Liuottimena käytetyn glykolin etyleeniryhmien määrää kasvattamalla voitiin<br />
parantaa vedenkestoa, koska samalla liuottimesta tuli hydrofobisempaa ja polaarisempaa.<br />
Tällöin myös liuottimen joukossa oleva väriaine liukeni huonommin. Vedenkestoon<br />
vaikutti myös paperin ja väriaineen väliset sidokset. Kationisen paperin kanssa anioninen<br />
väriaine voi muodostaa ionisidoksia, jotka ovat voimakkaampia kuin anionisen paperin<br />
kanssa muodostuvat vetysidokset. Ionisidokset ovat ilmeisesti niin voimakkaita, että<br />
mustekoostumuksella ei enää ole merkittävää <strong>vaikutus</strong>ta vedenkeston syntymisessä.<br />
Anionisen paperin tapauksessa vedenkestoon vaikutti enemmän se, miten hyvin muste<br />
penetroituu paperin sisään ja miten liukoista muste on. Tällöin musteen penetraatioon<br />
voitiin vaikuttaa musteen liuottimien avulla. Pinta-aktiivisilla aineilla ei havaittu olevan<br />
<strong>vaikutus</strong>ta vedenkestoon.<br />
Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuuksiin pystyttiin vaikuttamaan lähinnä pigmenttien<br />
partikkelikoolla. Vedenkeston kannalta oli merkittävää, että ovatko partikkelit tarpeeksi<br />
pieniä mahtuakseen paperin huokosiin. Veden on vaikeampi irrottaa huokosten sisällä<br />
olevia partikkeleita kuin paperin pinnalla olevia partikkeleita. Valonkestoon vaikutti<br />
pigmenttidispersion valoa kestävän ulkopinnan suuruus sekä partikkelien lukumäärä.<br />
Pienemmän partikkelikoon dispersiossa on enemmän haalistuvia partikkeleita korvaavia<br />
muita partikkeleita. Lisäksi dispersion kokonaisulkopinta kasvaa partikkelikoon<br />
pienentyessä. Hankauskeston kannalta suuremmat partikkelit olivat edullisia, koska<br />
ilmeisesti niiden välillä vallitsi suuremmat vetovoimat. Tällöin partikkelia on vaikeampi<br />
saada irtoamaan hankaamalla, koska viereiset partikkelit pidättävät partikkelia paperissa.<br />
Mustekoostumuksella ei havaittu olevan merkittävää <strong>vaikutus</strong>ta tulostusjäljen ulkonäköön.<br />
Erot olivat suurempia eri papereiden välillä. Pinta-aktiivisten aineiden pitäisi kirjallisuuden<br />
perusteella lisätä tulostusjäljen leviämistä. Tätä ei kuitenkaan havaittu rasteripisteanalyysin<br />
avulla. Tulostusjäljen leviämiseen näyttikin vaikuttavan lähinnä paperin hydrofobisuus tai<br />
hydrofiilisyys ja pintavaraus. Myös erot tulostusjäljen optisessa densiteetissä ja<br />
luminanssissa olivat suuremmat eri papereiden kuin eri musteiden välillä.<br />
Tämän diplomityön johtopäätöksenä on, että musteen modifioinnilla tulostusjäljen kestoominaisuuksien<br />
parantamiseksi ei ole yhtä suurta merkitystä kuin paperin<br />
päällystekoostumuksen modifioinnilla. Kuitenkin myös musteen ominaisuuksia<br />
muuttamalla saadaan aikaan parannuksia kesto-ominaisuuksissa. Musteen komponenteista<br />
suurin <strong>vaikutus</strong> on käytetyllä väriaineella sekä kantofaasin liuotinkoostumuksella. Pelkkiä<br />
musteen ominaisuuksia tärkeämpää olisi kuitenkin parantaa musteen ja paperin välisiä<br />
vuorovaikutuksia penetraation sekä pysyvien kemiallisten sidosten muodostumisen kautta.<br />
Tämä käytännössä tarkoittaa sekä paperin että musteen koostumuksen optimoimista<br />
mahdollisimman hyvin toisilleen sopiviksi sekä tulostusjäljen ulkonäön että kestoominaisuuksien<br />
kannalta.
101<br />
LÄHDELUETTELO<br />
/1/ Anon. Chemical Abstract Service –tietokannat, SciFinder Scholar –ohjelma,<br />
päivitetty 22.6.2000 [viitattu 16.7.2001]. Saatavilla www-muodossa: .<br />
/2/ Anon. Microemulsion: A Definition. The Surfactants Virtual Library, päivitetty<br />
26.6.2001 [viitattu 20.8.2001]. Saatavilla www-muodosssa: .<br />
/3/ Bauer, W., Geisenberger, J., Menzel, H. Novel Black Colorants for Ink Jet<br />
Applications. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on<br />
Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 99-102.<br />
/4/ Bermel, A. D., Bugner, D. E. Particle Size Effects in Pigmented Ink Jet Inks. The<br />
Journal of Imaging Science and Technology 43 (1999) 4. s. 320-324.<br />
/5/ Bisset, D. E., Goodacre, C., Idle, H. A., Dr Leach, R. H., Williams, C. H. The<br />
Printing Ink Manual, kolmas painos. Northwood Publications Ltd, Iso-Britannia,<br />
1979. 488 s.<br />
/6/ Bugner, D. E., Bermel, A. D. Particle Size Effects in Pigmented Inkjet Inks.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 667-669.<br />
/7/ Carreira, L., Agbezuge, L., Gooray, A. Correlation between Drying Time and Ink<br />
Jet Print Quality Parameters. Proceedings of IS&t’s Eleventh International<br />
Congress on Advances in Non-Impact Printing Technologies. South-Carolina,<br />
Yhdysvallat, 1995. s. 334-337.<br />
/8/ Doll, P., Shi, F., Kelly, S., Wnek, W. The Problem of Catalytic Fading with Ink-<br />
Jet Inks. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on<br />
Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 118-121.<br />
/9/ Drake, J. A. G. Chemical Technology in Printing and Imaging Systems. The Royal<br />
Society of Chemistry, Iso-Britannia 1993. 188 s.<br />
/10/ Everett, E. T. Accelerated laboratory Testing: Developing Meaningful Test<br />
Methods for Evaluating Light Stability of Ink Jet Images. Proceedings of the IS&T:s<br />
NIP 17: 2001 International Conference on digital Printing Technologies. Florida,<br />
Yhdysvallat, 2001. p. 203-208.<br />
/11/ Fryberg, M., Hofmann, R. Influence of Dye Structure on Permanence.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 2000 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Vancouver, Kanada, 2000. p. 95-98.<br />
/12/ Fryberg, M., Hofmann, R., Brugger, P. A. Permanence of Ink-Jet Prints: A<br />
Multi-Aspect Affair. Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International<br />
Conference on Digital Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s.<br />
595-599.
102<br />
/13/ Hauser, H. P., Bühler, N. E. Fine Particle Pigment Concentrates for Ink Jet<br />
Printing Inks. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on<br />
Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 92-94.<br />
/14/ Hofmann, R., Baumann, E., Hagen, R. Densitometry versus Colorimetry for<br />
Permanence Investigations. Proceedings of the IS&T:s NIP 17: 2001 International<br />
Conference on digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 2001. s. 209-<br />
212.<br />
/15/ Iida, K. EPSON Perfect Imaging System and New Colorfast Ink. Proceedings of the<br />
DPP 2001: International Conference on Digital Production Printing and Industrial<br />
Applications. Antwerpen, Belgia, 2001. s. 288-290.<br />
/16/ Jönsson, B., Lindman, B., Holmberg, K., Kronberg, B. Surfactants and Polymers<br />
in Aqueous Solution. John Wiley & Sons Ltd., 1999, Englanti. 438 s.<br />
/17/ Kekkonen, J. A literature survey: Adsorption of surfactants and polymers used in<br />
ink-jet inks on coated paper surfaces. Helsinki University of Technology,<br />
Laboratory of Forest Products Chemistry, Espoo. 3.8.1999. 33 s.<br />
/18/ Kekkonen, J. Verification Trials. KCL-raportti, Espoo 23.4.2001. 20 s.<br />
/19/ Kekkonen, J., Lamminmäki, T. Ink Jet Inks Setting into the Coating Layer,<br />
Summary. KCL-raportti, luonnos, Espoo 30.4.2001. 27 s.<br />
/20/ Keller, C. K. The Evolution of Jet Inks to Meet New Application Needs.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 1999. s. 95-97.<br />
/21/ Klemann, B. M. The Development of Ink Jet Media for Outdoor Applications.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 153-156.<br />
/22/ Kunnola, V., Kulmala, H. Ink jet –värit ja niiden sitoutuminen paperiin,<br />
Kirjallisuuskatsaus. KCL-raportti, Espoo. 9.8.1999. 40 s.<br />
/23/ Lavery, A. Photomedia for Ink Jet Printing. Proceedings of the IS&T’s NIP 16:<br />
2000 International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver,<br />
Kanada, 2000. s. 216-220.<br />
/24/ Lavery, A., Provost, J. Color-Media Interactions in Ink Jet Printing. Proceedings<br />
of the IS&T’s NIP 13 : 1997 International Conference on Digital Printing<br />
Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 437-442.<br />
/25/ Lavery, A., Provost, J., Sherwin, A., Watkinson, J. The Influence of Media on the<br />
Light Fastness of Ink Jet Prints. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998<br />
International Conference on Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998.<br />
s. 123-128.<br />
/26/ Le, H. P. Progress and Trends in Ink-jet Printing Technology. The Journal of<br />
Imaging Science and Technology 42(1998)1, päivitetty 31.3.2000 [viitattu<br />
5.6.2001]. Saatavilla www-muodossa: .
103<br />
/27/ Lee, C., Urlaub, J. Properties of Inks Containing Novel Lightfastness Additives.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 664-666.<br />
/28/ Lide, D. R. Handbook of Chemistry and Physics, 71 st edition, 1990-1991. CDC<br />
Press, Yhdysvallat, 1990. 2324 s.<br />
/29/ Marmur, A. Liquid Penetration into Porous Media. Proceedings of the IS&T’s<br />
NIP 16: 2000 International Conference on Digital Printing Technologies.<br />
Vancouver, Kanada, 2000. s. 236-238.<br />
/30/ Marmur, A. Wetting on Real Surfaces. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999<br />
International Conference on Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat,<br />
1999. s. 22-25.<br />
/31/ Matz, D. J. Lightfast Ink Jet Images. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 2000<br />
International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver, Kanada,<br />
2000. s. 100-105.<br />
/32/ Neimo, L. Papermaking Chemistry. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.).<br />
Papermaking Science and technology. Jyväskylä 1999, Fapet Oy. 329 s.<br />
/33/ Niemöller, A., Becker, A. Interactions of ink jet inks with ink jet coatings.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 430-436.<br />
/34/ Niskanen, K. Paper Physics. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.). Papermaking<br />
Science and technology. Jyväskylä 1998, Fapet Oy. 324 s.<br />
/35/ Oittinen, P. Graafinen materiaalitekniikka. Kurssin Aut-75.117 Graafinen<br />
materiaalitekniikka luentomateriaali. Teknillinen korkeakoulu, Graafisen tekniikan<br />
laboratorio, Espoo, syksy 1993.<br />
/36/ Oittinen, P. Graafinen materiaalitekniikka, Osa 3. Teknillinen korkeakoulu,<br />
Graafisen tekniikan laboratorio (GALA), Espoo 1996.<br />
/37/ Oittinen, P., Saarelma, H. Elektroninen painaminen. Otatieto Oy, Espoo 1992.<br />
220 s.<br />
/38/ Oittinen, P., Saarelma, H. Printing. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.).<br />
Papermaking Science and technology. Jyväskylä 1998, Fapet Oy. 295 s.<br />
/39/ Ortalano, M. Novel Hybrid Pigment/Dye Dispersions. Proceedings of the IS&T’s<br />
NIP 16: 2000 International Conference on Digital Printing Technologies.<br />
Vancouver, Kanada, 2000. s. 628-631.<br />
/40/ Reichel, D. Computer to Folex Media for Digital Printing and Imaging.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 410-413.<br />
/41/ Saarelma, H., Oittinen, P. Fundamentals of Printing Technology. Teknillinen<br />
korkeakoulu, Graafisen tekniikan laboratorio, Espoo 1993. 242 s.
104<br />
/42/ Sargeant, S. J., Chen, T., Parikh, B. Photoquality PQ and Durability Constraints<br />
For Inkjet Media. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International<br />
Conference on Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 138-141.<br />
/43/ Savolainen, A. Paper and Paperboard Converting. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H.<br />
(toim.). Papermaking Science and Technology. Jyväskylä 1998, Fapet Oy. 285 s.<br />
/44/ Schaeffer, T. T., Healey, M., Norton, C. Detecting Appearance Changes with<br />
Spectrocolorimetry and Densitometry. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 2000<br />
International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver, Kanada,<br />
2000. s. 82-85.<br />
/45/ Schüttel, S., Hofmann, R. The Influence of Diluted Inks and Drying on the<br />
Lightfastness of Dye Based Ink-Jet Prints. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999<br />
International Conference on Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat,<br />
1999. s. 120-121.<br />
/46/ Seppälä, J. Polymeeriteknologian perusteet. Otatieto Oy, 1997, Espoo. 274 s.<br />
/47/ Sid, D. Effect of Ozone Exposure on Inkjet Prints. Proceedings of the IS&T:s NIP<br />
17: 2001 International Conference on digital Printing Technologies. Florida,<br />
Yhdysvallat, 2001. s. 171-174.<br />
/48/ Steiger, R., Brugger, P-A. Photochemical Studies on the Lightfastness of Ink-Jet<br />
Systems. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on<br />
Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 114-117.<br />
/49/ Stenius, P. Forest Products Chemistry. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.).<br />
Papermaking Science and Technology. Fapet Oy, 2000, Jyväskylä. 350 s.<br />
/50/ Stockkamp, H-P. Ink Jet Media Structure in Correlation to Product Performance.<br />
Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International Conference on Digital<br />
Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 427-429.<br />
/51/ Tanaka, M., Yasui, K., Seki, Y. Water-borne Dispersions of Micro-encapsulated<br />
Pigments. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999 International Conference on<br />
Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 1999. s. 82-84.<br />
/52/ Thompson, B. Printing Materials: Science and Technology. Pira International, Iso-<br />
Britannia, 1998. 540 s.<br />
/53/ Tincher, W.C., Hu, Q., Li, X., Tian, Y., Zeng, J. Coloration Systems for Ink Jet<br />
Printing of Textiles. Proceedings of the IS&T’s NIP14: 1998 International<br />
Conference on Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada. s. 243-246.<br />
/54/ Vikman, K. Fastness Properties of Ink Jet Prints on Coated Papers. Proceedings<br />
of the IS&T:s NIP 17: 2001 International Conference on digital Printing<br />
Technologies. Florida, Yhdysvallat, 2001. s. 405-410.<br />
/55/ Vikman, K. Ink jet –tulostuksen väriratkaisut, Patenttikatsaus. Teknillinen<br />
korkeakoulu, Viestintätekniikan laboratorio, Espoo. 11.5.1999. 25 s.
105<br />
/56/ Wight, P. Issues in Ink Jet Image Stability. Proceedings of the IS&T’s NIP 16:<br />
2000 International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver,<br />
Kanada, 2000. s. 86-89.<br />
/57/ Wilhelm, H., Holmes, J., McCormick-Goodhart, M. The Important Roles of Inks<br />
and Media in the Light Fading Stability of Inkjet Prints. Proceedings of the IS&T’s<br />
NIP 14: 1998 International Conference on Digital Printing Technologies. Toronto,<br />
Kanada, 1998. s. 122.<br />
/58/ Wing-sum Kwan, V. Effect of Resin/Binders on Lightfastness of Colorants in<br />
Inkjet Inks. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999 International Conference on<br />
Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 1999. s. 92-94.<br />
/59/ Yu, Y., von Gottberg, F. Surface Modified Color Pigments for Ink Jet Ink<br />
Application. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 2000 International Conference on<br />
Digital Printing Technologies. Vancouver, Kanada, 2000. s. 512-515.
LIITE 3 Paperitekniset ominaisuudet<br />
Käytetyt standardit:<br />
Neliömassa SCAN-P 21:67<br />
Tiheys SCAN-P 7:96<br />
Kiilto TAPPI T480 om-92 (75 asteen tulokulma)<br />
Ilmanläpäisevyys SCAN-P 60:87<br />
Opasiteetti SCAN-P 8:93<br />
Päällystemäärä 10 g/m 2<br />
Sideaine PVA (10 pph) StAk (10 pph) PVA (10 pph) StAk (15 pph)<br />
Dispergointiaine CMC p-DADMAC<br />
Neliömassa (g/m 2 ) 92.7 91.9 92.0 91.6<br />
Tiheys (kg/m 3 ) 843 829 843 831<br />
Kiilto (konesuunta) 12.4 11.8 6.8 13.6<br />
Kiilto (poikkisuunta) 10.9 10.8 6.0 11.8<br />
Ilmanläpäisevyys (ml/min) 15 24 75 14<br />
Opasiteetti 94.5 94.7 94.7 94.3<br />
Kontaktikulma (astetta) 54.1 51.4 58.6 60.3<br />
Karheustilavuus (ml/m 2 ) 3.7 3.0 5.3 3.0<br />
Profilometrikarheus<br />
R a (µm) 2.3 2.3 3.0 2.6<br />
R max (µm) 2.3 13.8 17.0 14.7<br />
R q (µm) 3.0 2.9 3.8 3.2<br />
R t (µm) 22.2 17.8 22.5 19.7<br />
R p (µm) 6.5 6.7 8.0 6.8<br />
θ a (astetta) 4.6 4.1 5.0 4.0<br />
Elohopeaporosiometrihuokoisuus<br />
Huokostilavuus (m 2 /g) 34.39 34.13 32.42 35.14<br />
Huokoshalkaisija (nm) 88.20 84.90 92.00 82.20<br />
Huokoisuus-% (%) 58.64 57.44 57.25 56.71<br />
Päällystemäärä 7 g/m 2<br />
Sideaine PVA (10 pph) StAk (10 pph) PVA (10 pph)<br />
Dispergointiaine CMC p-DADMAC<br />
Neliömassa (g/m 2 ) 88.3 88.6 88.7<br />
Tiheys (kg/m 3 ) 825 817 823<br />
Kiilto (konesuunta) 9.0 10.1 5.6<br />
Kiilto (poikkisuunta) 8.4 8.4 5.1<br />
Ilmanläpäisevyys (ml/min) 65 130 100<br />
Opasiteetti 93.9 93.9 94.3<br />
Kontaktikulma (astetta) 43.6 53.1 43.2<br />
Karheustilavuus (ml/m 2 ) 4.4 4.6 5.7<br />
Profilometrikarheus<br />
R a (µm) 2.7 2.6 2.9<br />
R max (µm) 21.2 18.2 21.8<br />
R q (µm) 3.4 3.3 3.7<br />
R t (µm) 22.6 21.0 23.4<br />
R p (µm) 7.4 6.8 8.2<br />
θ a (astetta) 5.5 4.9 5.8
LIITE 4 Musteiden ominaisuudet<br />
Musteiden komponentit<br />
Perusominaisuudet<br />
Pintajänn. Viskosit. pH<br />
(mN/m) (mPa s)<br />
Väriaineet<br />
Pro-Jet Yellow 1 53.54 2.82 8.58<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2 54.95 1.87 8.49<br />
Hostafine Yellow HR (40 nm) 40.63 >200 9.25<br />
Hostafine Yellow GR (86 nm) 42.11 >200 4.63<br />
Liuottimet<br />
Tislattu vesi 72.28 0.90 7.33<br />
2-pyrrolidoni (2-pyrro) 43.90 16.17 10.46<br />
Monoetyleeniglykoli (MEG) 48.29 20.03 7.85<br />
Dietyleeniglykoli (DEG) 45.27 34.06 4.79<br />
Tetraetyleeniglykoli (TEG) 45.72 55.19 6.02<br />
Pinta-aktiiviset aineet<br />
Surfynol 465 (Non-ioninen) 33.26 164.5 6.89<br />
poly-DADMAC (Kationinen) 74.31 177.6 5.92<br />
Liukoisissa musteissa väriainetta on 4 p-% ja pigmenttimusteissa pigmenttipitoisuus on 2 p-%.<br />
Liukoiset musteet Perusominaisuudet Haihtuvuus (StAk 15 pph)<br />
Pintajänn. Viskosit. pH Siirtynyt Jäänyt Jäänyt<br />
Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä (mN/m) (mPa s) (g/m 2 ) (g/m 2 ) (%)<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % - - 58.13 2.408 7.75 7.82 1.739 22.23<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % 47.50 2.494 7.99 6.86 0.880 12.83<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % 45.10 2.443 7.57 6.00 0.551 9.19<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 56.82 2.306 7.61 6.28 1.668 26.57<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % 51.72 3.098 7.66 - - -<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % - - 56.84 2.745 7.50 7.26 2.436 33.56<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.05 % 47.05 3.203 8.14 6.74 1.369 20.31<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.10 % 45.39 2.921 7.65 6.36 1.449 22.77<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 1.0 % 44.71 2.989 7.84 - - -<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 2.0 % 52.35 2.909 7.51 - - -<br />
Keltainen 2-pyrro 25 % - - 54.43 3.323 7.51 6.42 2.673 41.62<br />
Keltainen MEG 10 % - - 57.76 2.346 7.99 8.10 1.807 22.30<br />
Keltainen DEG 10 % - - 52.08 2.543 7.96 6.64 1.230 18.52<br />
Keltainen TEG 10 % - - 58.53 2.772 7.47 6.68 1.372 20.53<br />
Magenta 2-pyrro 5 % - - 49.69 2.070 9.10 4.40 0.400 9.08<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.05 % 44.53 2.096 8.20 7.88 0.270 3.42<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.10 % 41.19 2.100 8.38 7.32 0.376 5.14<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 1.0 % 52.52 2.189 8.18 - - -<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 2.0 % 51.20 2.469 8.15 - - -<br />
Magenta 2-pyrro 10 % - - 49.73 2.293 8.93 6.91 1.970 28.50<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % 43.89 2.565 8.14 6.87 1.342 19.53<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % 41.41 2.431 8.13 5.53 0.939 16.98<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 54.75 2.336 8.10 - - -<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % 55.68 2.417 8.07 - - -<br />
Magenta 2-pyrro 19 % - - 37.76 2.789 8.12<br />
Ei saatu tulostumaan<br />
Magenta MEG 5 % - - 61.15 2.082 7.45 7.68 1.179 15.36<br />
Magenta DEG 5 % - - 59.91 2.070 8.09 8.00 0.984 12.30<br />
Magenta TEG 5 % - - 62.69 2.160 8.54 7.56 1.150 15.20<br />
Pigmenttimusteet<br />
Yellow HR - - - - 43.97 1.830 7.75<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % 41.85 1.891 7.80<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % 39.80 1.821 7.85<br />
Yellow HR - - Kationinen 1.0 % 43.52 3.466 8.29<br />
Yellow HR - - Kationinen 2.0 % 43.42 4.371 8.18<br />
Yellow GR - - - - 45.78 1.764 5.10<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % 42.38 1.739 5.05<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % 40.47 1.745 5.02
LIITE 5 L*a*b*- ja densiteettiarvot 1/3<br />
Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
Liukoiset musteet L* a* b* D L* a* b* D L* a* b* D<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % - - Ennen 82.93 16.35 77.92 1.15 83.21 13.75 69.63 1.00 83.74 14.97 75.65 1.13<br />
Vesi 92.97 -3.46 26.31 0.39 91.31 1.19 27.80 0.37 88.71 3.55 56.21 0.80<br />
Valo 80.81 11.78 60.28 1.00 79.73 8.57 41.84 0.76 84.14 11.74 55.93 0.87<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % - - Ennen 80.70 22.14 80.09 1.21 81.22 20.01 72.43 1.09 80.42 23.10 80.41 1.25<br />
(Olivetti) Vesi 91.27 -0.90 35.38 0.49 89.16 5.79 31.52 0.42 87.40 6.79 56.38 0.81<br />
Valo 76.22 15.86 59.05 1.09 74.44 11.43 36.78 0.80 78.40 18.76 58.36 0.99<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % Ennen 83.64 15.00 79.06 1.14 84.24 13.44 69.13 0.96 84.02 14.02 77.41 1.15<br />
Vesi 92.43 -3.04 30.09 0.39 91.77 0.47 24.61 0.33 88.54 3.85 56.54 0.78<br />
Valo 81.47 10.81 61.14 0.99 80.31 6.31 32.84 0.62 84.71 10.83 56.64 0.84<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % Ennen 84.02 14.25 77.68 1.11 84.65 13.25 69.19 0.96 84.46 13.14 75.58 1.10<br />
Vesi 92.46 -2.57 28.50 0.38 91.13 1.81 26.89 0.35 88.53 4.04 56.78 0.78<br />
Valo 82.85 9.96 58.95 0.92 81.37 6.28 30.62 0.60 85.52 10.11 54.68 0.80<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % Ennen 80.84 21.86 79.66 1.23 81.86 19.14 73.00 1.07 81.57 20.60 80.17 1.24<br />
Vesi 91.42 -1.14 35.66 0.53 89.85 4.24 30.64 0.44 87.85 5.73 56.11 0.81<br />
Valo 77.00 15.80 59.68 1.07 75.25 10.27 36.34 0.77 80.72 16.44 58.24 0.96<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % Ennen 84.44 12.52 75.94 1.09 84.57 10.42 65.08 0.92 85.45 10.65 74.29 1.09<br />
(Olivetti) Vesi 93.22 -3.87 23.20 0.34 92.11 -0.43 23.40 0.33 88.82 3.10 55.10 0.77<br />
Valo 82.83 9.19 60.91 0.98 81.98 5.77 33.13 0.64 85.97 8.63 59.04 0.88<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % Ennen 81.15 20.78 80.16 1.22 82.29 18.22 73.76 1.08 81.96 19.50 79.89 1.22<br />
Vesi 91.43 2.00 36.44 0.50 90.29 2.95 31.84 0.43 87.92 5.84 56.16 0.81<br />
Valo 77.55 14.79 59.92 1.06 75.84 10.07 37.45 0.78 80.64 16.07 59.19 0.99<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % - - Ennen 83.36 15.22 76.57 1.11 84.45 12.85 68.29 0.97 83.61 14.96 76.10 1.16<br />
Vesi 92.02 -1.82 31.69 0.45 90.81 2.43 28.76 0.38 88.50 3.94 56.90 0.82<br />
Valo 83.14 11.01 55.75 0.90 83.69 8.55 34.38 0.59 84.66 10.57 52.70 0.82<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % - - Ennen 79.89 22.05 75.86 1.24 81.70 17.81 66.45 1.10 79.80 22.63 77.37 1.27<br />
(Olivetti) Vesi 90.27 2.83 33.81 0.47 88.92 7.13 28.97 0.43 86.24 9.59 57.00 0.85<br />
Valo 80.13 18.39 54.79 0.93 82.88 14.32 33.23 0.56 79.99 19.70 54.74 0.93<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.05 % Ennen 84.52 12.33 76.36 1.12 85.06 11.80 67.15 0.95 84.60 12.52 75.24 1.11<br />
Vesi 91.94 -1.48 30.91 0.41 90.43 2.99 30.16 0.38 88.04 5.18 57.58 0.81<br />
Valo 84.98 10.57 55.12 0.82 84.78 7.99 30.02 0.50 85.77 9.64 53.00 0.78<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.10 % Ennen 84.24 13.20 76.95 1.15 85.12 12.15 66.92 0.93 84.48 13.00 75.63 1.13<br />
Vesi 92.03 -2.27 32.74 0.49 90.69 2.84 28.17 0.42 88.29 4.55 56.44 0.83<br />
Valo 83.60 10.98 59.37 0.92 83.43 7.83 32.32 0.57 85.06 10.70 55.91 0.84<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 1.0 % Ennen 81.03 21.30 78.69 1.20 82.96 16.83 68.29 1.04 80.82 21.98 78.18 1.22<br />
Vesi 89.01 4.93 38.19 0.57 88.01 9.03 30.44 0.46 85.79 10.89 57.03 0.86<br />
Valo 80.30 18.15 57.01 0.95 82.23 13.37 31.07 0.58 80.93 18.62 55.18 0.90<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 2.0 % Ennen 82.89 16.69 77.07 1.17 84.55 13.47 66.90 0.95 83.28 16.22 77.81 1.18<br />
Vesi 89.43 3.26 41.88 0.57 88.98 6.42 32.06 0.45 87.20 7.07 57.06 0.81<br />
Valo 82.93 14.53 58.22 0.92 84.16 10.09 32.47 0.53 83.59 14.42 63.81 0.93<br />
Keltainen 2-pyrro 25 % - - Ennen 84.15 13.72 74.88 1.13 85.52 10.45 64.14 0.93 84.25 13.48 75.48 1.15<br />
Vesi 91.95 -1.29 31.09 0.44 90.27 3.72 29.86 0.39 88.23 4.85 57.48 0.82<br />
Valo 84.01 10.21 53.77 0.86 86.52 8.81 28.89 0.47 85.39 9.72 50.06 0.76<br />
Keltainen MEG 10 % - - Ennen 83.52 18.37 76.55 1.10 83.81 14.23 72.82 1.05 83.60 15.57 77.49 1.15<br />
Vesi 93.36 -4.03 22.48 0.33 91.91 -0.24 25.24 0.34 88.93 2.85 55.05 0.77<br />
Valo 82.43 14.11 63.02 0.99 81.59 11.42 37.92 0.66 84.51 11.86 55.17 0.83
LIITE 5 L*a*b*- ja densiteettiarvot 2/3<br />
Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
L* a* b* D L* a* b* D L* a* b* D<br />
Keltainen DEG 10 % - - Ennen 83.70 15.19 71.86 1.06 84.23 12.68 70.34 0.99 84.23 13.66 73.99 1.07<br />
Vesi 93.20 -3.83 24.14 0.32 91.77 -0.17 26.87 0.37 89.02 2.40 56.18 0.78<br />
Valo 83.79 11.69 54.43 0.83 82.51 10.09 37.66 0.65 85.42 10.22 52.39 0.80<br />
Keltainen TEG 10 % - - Ennen 84.06 14.09 72.42 0.98 84.41 13.93 67.40 0.97 84.30 13.66 76.55 1.11<br />
Vesi 93.11 -3.75 24.85 0.35 92.01 -0.39 25.46 0.33 88.98 2.83 55.96 0.77<br />
Valo 85.33 9.68 52.57 0.79 86.99 7.69 29.47 0.46 85.68 9.87 53.26 0.79<br />
Magenta 2-pyrro 5 % - - Ennen 52.44 58.83 -0.31 1.02 55.77 54.75 -8.50 0.88 51.59 62.81 -2.41 1.07<br />
Vesi 60.07 46.12 -16.74 0.70 59.96 43.47 -17.32 0.69 54.11 55.50 -13.64 0.90<br />
Valo 56.51 33.03 -0.48 0.76 66.21 23.62 -0.44 0.52 59.82 33.79 1.05 0.68<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.05 % Ennen 51.21 60.87 -0.75 1.08 56.32 53.14 -8.62 0.85 51.86 62.10 -3.81 1.06<br />
Vesi 57.55 49.88 -16.98 0.78 60.16 42.75 -16.42 0.68 54.81 55.43 -13.83 0.88<br />
Valo 55.73 34.75 0.45 0.77 66.94 22.84 -0.35 0.50 61.84 31.31 1.45 0.64<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.10 % Ennen 52.67 59.39 -1.71 1.01 56.94 53.05 -9.10 0.84 53.39 60.58 -4.06 0.98<br />
Vesi 60.38 46.85 -17.54 0.67 61.13 42.12 -16.88 0.66 56.77 54.39 -13.88 0.84<br />
Valo 58.99 32.23 0.36 0.70 68.63 21.16 -0.73 0.46 65.88 28.53 1.33 0.57<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 1.0 % Ennen 58.79 50.27 -5.43 0.82 58.70 51.28 -11.07 0.84 57.87 54.39 -6.23 0.85<br />
Vesi 68.01 36.94 -16.73 0.54 65.10 37.80 -17.63 0.58 58.89 52.53 -13.85 0.82<br />
Valo 66.11 27.30 -0.98 0.56 71.81 21.17 -0.24 0.45 72.24 22.97 0.84 0.45<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 2.0 % Ennen 59.78 52.13 -7.66 0.80 61.35 49.28 -12.33 0.77 59.58 53.64 -6.97 0.83<br />
Vesi 73.25 32.47 -16.77 0.45 69.71 33.20 -16.77 0.49 62.58 50.89 -13.82 0.75<br />
Valo 71.40 24.66 -0.63 0.47 75.47 18.21 -0.72 0.38 74.76 21.63 0.54 0.40<br />
Magenta 2-pyrro 10 % - - Ennen 52.09 59.40 -1.50 1.10 56.03 53.68 -9.55 0.90 51.48 62.29 -3.42 1.08<br />
Vesi 58.21 49.87 -16.91 0.84 58.34 46.71 -16.34 0.74 54.67 56.08 -13.17 0.93<br />
Valo 52.19 35.99 -3.21 0.85 64.58 24.98 -1.68 0.57 59.03 33.19 -1.68 0.70<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % Ennen 51.91 60.57 -1.32 1.04 57.32 52.02 -8.88 0.82 52.70 61.93 -3.43 1.05<br />
Vesi 57.61 49.99 -17.46 0.79 60.59 42.14 -16.90 0.65 55.44 54.85 -13.79 0.88<br />
Valo 54.90 36.92 -0.45 0.83 67.46 23.72 -1.10 0.52 63.86 30.89 1.50 0.62<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % Ennen 51.56 61.24 -0.71 1.07 56.66 53.26 -8.71 0.85 52.70 61.99 -3.36 1.04<br />
Vesi 59.15 48.67 -17.87 0.76 60.09 43.03 -17.04 0.68 55.90 54.83 -13.82 0.88<br />
Valo 56.61 34.59 0.13 0.79 67.71 22.23 -0.65 0.53 63.84 29.68 1.74 0.60<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % Ennen 60.08 48.05 -5.26 0.78 59.68 49.75 -11.33 0.79 58.94 53.24 -6.07 0.82<br />
Vesi 68.20 35.89 -16.74 0.54 64.91 37.05 -18.26 0.57 61.41 50.28 -13.76 0.78<br />
Valo 66.41 27.15 -1.14 0.56 72.35 20.73 -0.79 0.43 72.24 23.36 0.69 0.45<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % Ennen 58.40 52.02 -6.66 0.83 60.90 48.78 -12.71 0.76 58.64 54.49 -6.86 0.86<br />
Vesi 67.49 37.18 -17.49 0.55 67.44 35.00 -18.07 0.54 60.79 51.07 -14.25 0.78<br />
Valo 67.41 26.90 -0.37 0.54 74.40 18.79 -1.05 0.40 73.30 22.96 0.51 0.42<br />
Magenta MEG 5 % - - Ennen 60.29 80.58 15.37 1.05 57.53 60.18 -5.27 0.88 51.70 63.50 -2.03 1.08<br />
Vesi 59.17 48.52 -16.91 0.73 61.76 41.18 -16.49 0.68 55.03 54.82 -13.71 0.90<br />
Valo 56.50 32.69 0.87 0.76 67.98 21.33 0.12 0.50 60.18 32.69 1.25 0.69<br />
Magenta DEG 5 % - - Ennen 50.82 61.71 2.33 1.09 55.28 55.64 -7.55 0.89 51.25 63.49 -1.67 1.09<br />
Vesi 62.07 46.72 -16.82 0.68 64.04 40.25 -15.41 0.61 56.66 55.29 -13.29 0.86<br />
Valo 53.96 34.24 -0.25 0.83 65.01 23.12 -1.21 0.55 60.80 30.31 0.85 0.67<br />
Magenta TEG 5 % - - Ennen 52.58 59.78 1.43 1.03 55.31 56.12 -7.00 0.88 52.78 62.85 -2.37 1.05<br />
Vesi 64.13 44.31 -17.08 0.63 63.59 41.22 -15.87 0.61 57.96 54.69 -13.26 0.83<br />
Valo 56.13 33.38 -0.44 0.78 64.67 23.94 -1.36 0.56 63.73 29.14 0.86 0.61
LIITE 5 L*a*b*- ja densiteettiarvot 3/3<br />
Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
Pigmenttimusteet L* a* b* D L* a* b* D L* a* b* D<br />
Yellow HR - - - - Ennen 89.19 1.75 68.22 0.90 89.63 0.80 65.54 0.83 89.57 1.18 69.59 0.86<br />
Vesi 89.26 1.60 66.73 0.86 89.60 0.80 65.07 0.84 89.65 0.87 68.48 0.86<br />
Valo 89.92 1.58 67.02 0.86 90.39 0.63 63.44 0.83 90.23 1.03 67.93 0.86<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % Ennen 88.51 3.56 71.89 0.97 88.53 3.42 73.10 1.00 88.54 4.23 75.01 0.97<br />
Vesi 88.61 3.44 71.32 0.94 88.35 3.81 74.94 1.04 88.55 4.08 76.59 1.01<br />
Valo 88.99 3.59 70.43 0.94 88.96 3.74 71.63 0.96 88.97 4.26 73.77 0.94<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % Ennen 88.52 3.55 70.41 0.95 88.54 3.47 71.90 0.99 88.58 4.11 74.28 0.97<br />
Vesi 88.64 3.55 69.31 0.92 88.37 3.85 73.56 1.01 88.58 3.87 75.29 0.99<br />
Valo 89.10 3.55 68.49 0.90 89.02 3.69 71.84 0.97 88.99 4.01 72.22 0.93<br />
Yellow HR - - Kationinen 1.0 % Ennen 88.23 4.63 73.38 0.96 88.20 4.49 73.90 1.00 88.32 4.96 74.53 0.95<br />
Vesi 88.29 4.31 72.70 0.96 88.30 4.40 71.21 0.98 88.66 4.16 73.37 0.96<br />
Valo 88.37 5.11 72.10 0.95 88.55 4.67 73.00 1.00 88.60 5.06 73.33 0.95<br />
Yellow HR - - Kationinen 2.0 % Ennen 88.36 4.31 70.57 0.89 88.68 3.45 69.32 0.92 88.77 3.81 71.58 0.90<br />
Vesi 88.62 3.72 68.18 0.87 88.66 3.40 69.53 0.94 89.17 2.88 69.23 0.90<br />
Valo 88.94 3.73 69.97 0.87 89.09 3.49 70.08 0.93 88.87 4.35 68.63 0.89<br />
Yellow GR - - - - Ennen 93.21 -4.06 25.23 0.37 93.43 -4.05 25.89 0.33 93.20 -4.50 30.28 0.37<br />
Vesi 93.19 -4.12 25.10 0.33 93.71 -2.99 16.06 0.27 93.67 -3.58 20.64 0.31<br />
Valo 94.67 -2.80 13.66 0.22 94.94 -1.98 8.91 0.17 94.73 -2.86 14.92 0.20<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % Ennen 92.08 -6.29 52.47 0.65 92.13 -6.73 55.57 0.69 92.85 -6.01 41.67 0.51<br />
Vesi 92.20 -6.35 51.46 0.60 92.03 -6.49 54.99 0.65 92.93 -5.86 40.61 0.46<br />
Valo 93.58 -5.19 34.49 0.45 93.69 -5.42 34.65 0.45 94.14 -4.98 29.38 0.34<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % Ennen 92.46 -5.93 43.23 0.53 92.26 -5.66 47.15 0.59 91.97 -5.72 57.03 0.73<br />
Vesi 92.76 -5.79 39.60 0.46 92.09 -5.39 48.67 0.59 91.92 -6.01 60.71 0.71<br />
Valo 93.07 -5.27 44.80 0.53 94.36 -3.89 20.38 0.28 93.99 -4.54 27.60 0.36
LIITE 6 Musteiden kesto-ominaisuudet 1/2<br />
Väriaineet: Liuottimet: Tulostin (väriaineen nimessä käytetty väri):<br />
Keltainen = Pro-Jet Yellow 1 2-pyrro = 2-pyrrolidoni Epson<br />
Magenta = Pro-Jet Fast Magenta 2 MEG = Monoetyleeniglykoli Olivetti<br />
Yellow HR = Hostafine Yellow HR (40 nm) DEG = Dietyleeniglykoli<br />
Yellow GR = Hostafine Yellow GR (86 nm) TEG = Tetraetyleeniglykoli<br />
Pinta-aktiiviset (Pa-) aineet<br />
Non-ioninen = Surfynol 465<br />
Kationinen = poly-DADMAC<br />
Valon- ja vedenkesto ∆E (väriero)<br />
Liukoiset musteet PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
Valo Vesi Valo Vesi Valo Vesi<br />
Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä ∆E ∆E ∆E ∆E ∆E ∆E<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % - - 18.35 56.19 28.48 44.42 19.99 23.09<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % - - 22.41 51.40 37.29 44.03 22.56 29.87<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % 18.53 52.92 37.19 46.97 21.03 23.66<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % 19.25 52.65 39.33 44.29 21.15 21.29<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 21.22 50.76 38.29 45.61 22.34 28.98<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 15.47 55.91 32.38 43.72 15.39 20.89<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % 21.41 50.05 37.77 45.32 21.03 28.03<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % - - 21.24 48.78 34.19 41.38 23.83 22.67<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % - - 21.39 47.39 33.42 39.64 22.82 25.03<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.05 % 21.32 48.07 37.32 38.40 22.46 19.43<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.10 % 17.73 47.49 34.91 40.24 19.86 21.31<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 1.0 % 21.92 44.41 37.39 38.97 23.24 24.38<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 2.0 % 18.97 38.22 34.59 35.82 14.12 23.01<br />
Keltainen 2-pyrro 25 % - - 21.40 46.94 35.30 35.26 25.72 20.35<br />
Keltainen MEG 10 % - - 14.23 59.35 35.08 50.39 22.65 26.34<br />
Keltainen DEG 10 % - - 17.78 52.25 32.83 45.96 21.91 21.61<br />
Keltainen TEG 10 % - - 20.38 51.61 38.52 44.96 23.63 23.73<br />
Magenta 2-pyrro 5 % - - 26.12 22.12 33.80 14.92 30.36 13.63<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.05 % 26.54 20.61 33.15 13.55 32.80 12.40<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.10 % 27.97 21.62 34.98 14.06 34.81 12.09<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 1.0 % 24.52 19.76 34.59 16.30 35.26 7.90<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 2.0 % 30.65 25.52 36.05 18.66 36.22 7.97<br />
Magenta 2-pyrro 10 % - - 23.47 19.12 30.96 10.00 30.11 11.99<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % 23.85 20.12 31.05 13.14 33.35 12.85<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % 27.13 22.58 33.92 13.63 34.55 13.07<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 22.22 18.59 33.38 15.39 33.40 8.60<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % 27.42 20.50 34.90 16.17 35.55 8.42<br />
Magenta MEG 5 % - - 50.18 45.51 40.58 22.46 32.12 14.92<br />
Magenta DEG 5 % - - 27.76 26.79 34.53 19.37 34.62 15.22<br />
Magenta TEG 5 % - - 26.70 26.74 33.99 19.21 35.59 14.57<br />
Pigmenttimusteet<br />
Yellow HR - - - - 1.42 1.50 2.23 0.47 1.80 1.16<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % 1.54 0.60 1.56 1.89 1.31 1.58<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % 2.00 1.10 0.53 1.71 2.10 1.04<br />
Yellow HR - - Kationinen 1.0 % 1.38 0.75 0.99 2.69 1.23 1.45<br />
Yellow HR - - Kationinen 2.0 % 1.02 2.48 0.87 0.22 3.00 2.56<br />
Yellow GR - - - - 11.73 0.14 17.17 9.89 15.52 9.70<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % 18.07 1.02 21.02 0.64 12.40 1.07<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % 1.81 3.65 26.92 1.55 29.53 3.69
LIITE 6 Musteiden kesto-ominaisuudet 2/2<br />
Valon- ja vedenkesto ∆D (densiteettiero)<br />
Liukoiset musteet PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC<br />
Valo Vesi Valo Vesi Valo Vesi<br />
Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä ∆D ∆D ∆D ∆E ∆D ∆D<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % - - 0.15 0.76 0.24 0.63 0.26 0.33<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % 0.15 0.75 0.34 0.63 0.30 0.37<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % 0.19 0.73 0.36 0.60 0.30 0.32<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 0.16 0.70 0.30 0.64 0.28 0.42<br />
Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % 0.16 0.72 0.30 0.64 0.24 0.42<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % - - 0.21 0.66 0.38 0.59 0.34 0.34<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.05 % 0.29 0.71 0.45 0.57 0.33 0.30<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Non-ioninen 0.10 % 0.23 0.65 0.36 0.51 0.29 0.29<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 1.0 % 0.24 0.63 0.46 0.57 0.32 0.36<br />
Keltainen 2-pyrro 20 % Kationinen 2.0 % 0.25 0.60 0.42 0.50 0.25 0.37<br />
Keltainen 2-pyrro 25 % - - 0.27 0.69 0.46 0.54 0.39 0.33<br />
Keltainen MEG 10 % - - 0.11 0.77 0.39 0.71 0.32 0.38<br />
Keltainen DEG 10 % - - 0.23 0.74 0.34 0.62 0.28 0.30<br />
Keltainen TEG 10 % - - 0.19 0.63 0.50 0.63 0.32 0.35<br />
Magenta 2-pyrro 5 % - - 0.26 0.32 0.36 0.19 0.38 0.16<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.05 % 0.30 0.30 0.35 0.17 0.42 0.18<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.10 % 0.31 0.33 0.38 0.18 0.41 0.14<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 1.0 % 0.26 0.28 0.39 0.26 0.40 0.03<br />
Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 2.0 % 0.33 0.35 0.39 0.29 0.43 0.08<br />
Magenta 2-pyrro 10 % - - 0.25 0.26 0.33 0.16 0.38 0.15<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % 0.22 0.25 0.31 0.17 0.43 0.17<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.10 % 0.28 0.31 0.32 0.17 0.44 0.16<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 0.23 0.24 0.36 0.22 0.37 0.04<br />
Magenta 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % 0.28 0.28 0.36 0.22 0.44 0.07<br />
Magenta MEG 5 % - - 0.29 0.32 0.38 0.20 0.39 0.19<br />
Magenta DEG 5 % - - 0.26 0.42 0.34 0.28 0.42 0.23<br />
Magenta TEG 5 % - - 0.25 0.40 0.33 0.27 0.44 0.22<br />
Pigmenttimusteet<br />
Yellow HR - - - - 0.04 0.05 0.01 0.00 0.00 0.01<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % 0.03 0.03 0.05 -0.04 0.03 -0.04<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % 0.05 0.03 0.02 -0.02 0.04 -0.03<br />
Yellow HR - - Kationinen 1.0 % 0.01 -0.01 -0.01 0.01 0.01 0.00<br />
Yellow HR - - Kationinen 2.0 % 0.02 0.02 0.00 -0.02 0.02 0.01<br />
Yellow GR - - - - 0.15 0.04 0.15 0.06 0.17 0.06<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % 0.20 0.05 0.24 0.04 0.17 0.05<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % 0.00 0.07 0.30 0.00 0.37 0.02<br />
Hankauskesto D (optinen densiteetti)<br />
Pigmenttimusteet PVA+CMC StAk PVA+p-D<br />
Yellow HR - - - - 0.62 0.58 0.67<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % 0.94 0.72 0.51<br />
Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % 1.00 0.69 0.75<br />
Yellow HR - - Kationinen 1.0 % 1.07 0.69 0.96<br />
Yellow HR - - Kationinen 2.0 % 0.89 0.81 0.80<br />
Yellow GR - - - - 0.43 0.17 0.17<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % 0.75 0.37 0.43<br />
Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % 0.67 0.37 0.55
LIITE 7 Rasteripisteanalyysin tulokset<br />
Pro-Jet Fast Magenta 2<br />
Epäpyöreys = ellipsin max. akseli / ellipsin min. akseli (rasteripisteen ympärille on piirretty ellipsi)<br />
Rosoisuus (raggedness) = (perimetri) 2 / pinta-ala * 4 * π (perimetri on rasteripisteen ympärysmitta)<br />
25% harmaakenttä 50% harmaakenttä<br />
Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi- Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi-<br />
Liuotin Määrä Surfynol (mm 2 ) taso pyöreys suus (mm 2 ) taso pyöreys suus<br />
2-pyrro 5 % - 581.57 102.11 1.34 2.33 624.44 103.93 1.52 2.17<br />
2-pyrro 5 % 0.05 % 818.84 102.79 1.30 2.57 949.74 101.13 1.51 12.21<br />
2-pyrro 5 % 0.10 % 862.82 105.89 1.25 3.25 360.36 101.13 1.35 1.63<br />
2-pyrro 10 % - 545.85 98.25 1.48 3.40 815.95 97.26 1.46 1.66<br />
2-pyrro 10 % 0.05 % 613.49 94.24 1.34 3.16 458.84 100.42 1.68 4.71<br />
2-pyrro 10 % 0.10 % 545.43 87.36 1.41 3.32 638.89 98.86 1.65 4.29<br />
Etyleeni 5 % 550.33 104.78 1.34 1.87 561.18 102.73 1.44 2.34<br />
Dietyleeni 5 % 539.74 108.94 1.23 1.65 606.98 108.12 1.41 1.76<br />
Tetra 5 % 541.79 116.68 1.29 1.95 297.09 116.22 1.30 1.56<br />
25% harmaakenttä 50% harmaakenttä<br />
Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi- Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi-<br />
Liuotin Määrä Surfynol (mm 2 ) taso pyöreys suus (mm 2 ) taso pyöreys suus<br />
2-pyrro 5 % - 1037.53 87.68 1.23 4.91 1571.34 84.95 1.33 1.74<br />
2-pyrro 5 % 0.05 % 1241.08 97.49 1.45 2.74 542.24 97.03 1.68 4.39<br />
2-pyrro 5 % 0.10 % 1133.06 80.15 1.37 3.69<br />
Ei pystytty määrittämään<br />
2-pyrro 10 % - 1012.60 89.65 1.50 4.23<br />
Ei pystytty määrittämään<br />
2-pyrro 10 % 0.05 % 642.49 86.51 1.68 4.82 697.93 88.09 2.10 14.37<br />
2-pyrro 10 % 0.10 % 786.69 77.62 1.73 9.28<br />
Ei pystytty määrittämään<br />
Etyleeni 5 % 1124.85 79.81 1.66 7.38 682.24 89.57 1.30 12.73<br />
Dietyleeni 5 % 1002.34 91.79 1.99 6.88 1347.82 92.04 1.47 2.01<br />
Tetra 5 % 956.02 100.72 1.41 2.43 983.17 95.26 1.87 7.70<br />
PVA + poly-DADMAC, 7 g/m 2<br />
25% harmaakenttä 50% harmaakenttä<br />
Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi- Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi-<br />
Liuotin Määrä Surfynol (mm 2 ) taso pyöreys suus (mm 2 ) taso pyöreys suus<br />
2-pyrro 5 % - 707.42 103.39 2.60 4.38 835.99 110.05 1.64 3.32<br />
2-pyrro 5 % 0.05 % 902.80 97.55 1.26 2.74 690.91 102.77 1.38 3.30<br />
2-pyrro 5 % 0.10 % 693.45 91.38 2.61 7.25 692.46 97.11 1.69 2.97<br />
2-pyrro 10 % - 639.32 92.81 1.47 3.16 571.60 93.75 1.55 3.28<br />
2-pyrro 10 % 0.05 % 637.14 92.79 1.45 3.16 324.57 87.28 1.59 4.10<br />
2-pyrro 10 % 0.10 % 532.00 88.36 1.47 4.49 851.45 83.91 1.47 3.17<br />
Etyleeni 5 % 657.47 96.60 1.41 3.48 511.08 96.47 1.46 4.51<br />
Dietyleeni 5 % 973.29 90.51 1.25 3.34 657.46 104.33 1.34 1.86<br />
Tetra 5 % 759.10 108.57 1.30 2.48 713.95 111.15 1.56 1.65