Drying of Ink in Inkjet Printing
Ikonen, Jenni (2004)
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tavoitteena oli saada perustietoa tekijöistä, jotka vaikuttavat musteen kuivumiseen erilaisilla paperipinnoilla inkjet tulostuksessa. Tavoitteena oli saada tietoa erilaisista musteista, joita käytetään yleisimmissä inkjet tulostustekniikoissa, miten paperit vaikuttavat musteen kuivumiseen ja minkälaisia menetelmiä on olemassa musteen kuivumistekijöiden määrittämiseen. Lisäksi tarkoituksena oli varmistaa, voidaanko inkjetmusteiden absorptioajan määrittämiseen käytettävää DIGAT-laitetta käyttää määrittämään ja ennustamaan erilaisten musteiden kuivumista erilaisilla paperipinnoilla sekä etsiä korrelaatioita musteen absorptioajan ja teknisten paperiominaisuuksien sekä inkjet tulostuksen laadun välillä.
Kirjallisuusosassa tarkasteltiin erilaisia inkjet tulostusmenetelmiä, niissä käytettäviä musteita ja musteiden koostumuksia. Tutkittiin myös paperin ja musteen välisiä vuorovaikutuksia sekä inkjet tulostuksen laatua. Kokeellisessa osassa tutkittiin musteenabsorboitumista paperiin DIGAT-laitteen avulla. kuudella eri musteella. Paperinäytteistä määritettiin teknisiä paperiominaisuuksia sekä ominaisuuksia, jotka liittyvät inkjet tulostuksen laatuun. Inkjet tulostuksen laatua tarkasteltiin tulostamalla testikuva kolmella eri tulostimella, jotka olivat Canon Bubble Jet i950, HP DeskJet Cxi970 ja Epson Stylus C46.
Havaittiin, että DIGAT-laite ei sovellu määrittämään musteen absorptioaikoja kiiltäville näytteille.Tässä tutkimuksessa näyte, jonka kiilto oli 65 %, oli liian kiiltävä mitattavaksi DIGAT-laitteella. Lisäksi absorptiomäärityksissä havaittiin, että erilaiset musteet asettuvat erilailla paperin pintaan ja että pigmenttipohjaisella musteella asettumisaika oli kaikista pisin. Musteiden absorptioajat olivat nopeimpia erikoisinkjetpaperilla ja hitaimpia päällystetyillä, tiiviillä papereilla.
Musteen absorptioajan ja teknisten paperiominaisuuksien ja inkjet tulostuksen laadun välisiä korrelaatioita oli vaikea havaita. Voidaan sanoa, että tulokset olivat muste- ja printterikohtaisia. Havaittiin vain muutamia teknisiä paperiominaisuuksia, jotka korreloivat hyvin musteen absorboitumisen kanssa. Nämäolivat Gurley-Hill huokoisuus, paperin tuhka- sekä kalsiumkarbonaattipitoisuus ja K&N
värinabsorptio. Myöskään inkjet tulostuksen laadun ja musteen absorption välisiä korrelaatioita ei löytynyt kuin muutama; densiteetti, mottling sekä bleeding.
Tämän tutkimuksen perusteella voidaan todeta DIGAT-laitteen soveltuvan hyvin kuvaamaan inkjet tulostuksen laatuominaisuuksista densiteettia, mottlingia sekä bleedingiä. DIGAT-laitetta voidaan siis käyttää avuksi ennustettaessa kuivumisaikaa ja sen vaikutusta edellä mainittuihin ominaisuuksiin. Läpipainatusominaisuuksia DIGAT-laitteen avulla ei voida tutkia, sillä ne ovat enemmän riippuvaisia paperin neliömassasta, paksuudesta ja huokoisuudesta kuinmusteen absorptioajasta. Teknisistä paperiominaisuuksista Gurley-Hill huokoisuus, paperin tuhka-sekä CaCO3-pitoisuus ja K&N värinabsorptio kuvaavat hyvin musteen imeytymisaikaa paperiin, kun taas ominaisuudet Cobb, HST ja polaari- sekädispersiokomponentit eivät kuvaa.
Näyttää siltä, että testikuva, joka on tällä hetkellä käytössä UPM Tutkimus-keskuksessa, ei sovellu suurtehotulostuksen laadun tarkkailuun. Testikuva toimii hyvin pöytätulostimilla ja perinteisillä kopiopapereilla ja inkjetpapereilla, jotka on tarkoitettu tulostettaviksi hitaasti. Tulostusnopeuden ja musteen kuivumisnopeuden välisiä ilmiöitä seei tuo esille, joten se ei sovellu kuvaamaan suurtehotulostusta. The aim of this master of science thesis was to understand the influence of parameters, which effect on ink drying in inkjet printing with different kind of papers. The aim was to achieve information about different type of inks used in the main inkjet printing methods, how the papers effect on drying and what type of methods there are available to measure and control the parameterseffecting on drying.
There was also a need to assure that ifthe DIGAT device, which is used in UPM RC for the absorption measurement of inkjet inks, could be used to measure and predict the drying properties of different type of inks with different type of papers. In addition to the absorption measurements, there was a need to find out if there is some kind of connection between the absorption of inks, inkjet print quality and technical paper properties connected to inkjet print quality.
In the literature part, different inkjet printing technologies, inks used in the main technologies and compositions of the inks were studied. Also interactions between ink and paper and inkjet print quality were studied. In the experimental part, ink absorption into different paper surfaces using both pigmented and dye-based black and magenta inks was studied. Technical paper properties and properties related to inkjet print quality were measured from the paper samples. Inkjet print quality was studiedusing a testform which was printed with three different printers: Canon Bubble Jet i950, HP DeskJet Cxi970, and Epson Stylus C46.
The DIGAT device was found to be incapable of measuring the absorption times for glossy samples. In this study the sample, which had a gloss value of 65 %, was unacceptable to be measured with the DIGAT device. It was also noticed in the absorption measurements that different inks had different setting times into the paper structure. This was because of their different chemical compositions. Canon and HP inks were meant for low-speed desktop printing and Versamark inks for high-speed inkjet. HP black ink was also a pigmented ink whilst the others were dye-based inks. The pigmented black ink from HP had the longest absorption time of black inks with all of the paper samples, except uncoated specialty news. Also of magentainks, HP ink had the longest absorption time into the paper structure with all of the papers, except WFC silk. Special inkjet paper had the fastest
absorption time and coated papers, except special inkjet paper, the longest absorption times. Correlations between ink absorption times and technical paper properties and properties related to inkjet print quality were quite hard to find out.It can be said that correlations which were found out were ink and printer specifics. There were only a few technical paper properties that correlated well with ink absorption time: Gurley-Hill porosity, ash content of paper, CaCO3 contentof paper, and K&N ink absorbency. There were also only a few property related to inkjet print quality that correlated well with ink absorption time: density, mottling and bleeding line spreading and roughness; but bleeding line spreading and roughness only with Canon and HP.
According to this study, the DIGAT device was found out to be suitable for describing well the following properties related to inkjet print quality: density, mottling, and bleedingline spreading and roughness. So, the DIGAT device can be used to help predicting the drying properties of different kind of papers and the effect of the drying time on the above mentioned properties. The DIGAT device is not capable describing inkjet print quality properties like print through and strike through. Theyare more dependent on paper grammage, thickness, and porosity than ink absorption time. Of technical paper properties, Gurley-Hill porosity, ash-and CaCO3-contents of paper, and K&N ink absorbency were found out to be suitable for describing the ink absorption time measured with the DIGAT device and properties Cobb, HST, dispersive- and polar components not suitable.
It seemed that the testform which is now in use in UPM RC is not appropriate for studying the print quality with high-speed inks. The testform works well with desktopprinters and traditional copy papers and inkjet papers, which are meant for low-speed printing. It does not bring out phenomenon related to printing speed and drying time of the ink for papers having slow absorption and so it is improper for describing high-speed inkjet printing.
Kirjallisuusosassa tarkasteltiin erilaisia inkjet tulostusmenetelmiä, niissä käytettäviä musteita ja musteiden koostumuksia. Tutkittiin myös paperin ja musteen välisiä vuorovaikutuksia sekä inkjet tulostuksen laatua. Kokeellisessa osassa tutkittiin musteenabsorboitumista paperiin DIGAT-laitteen avulla. kuudella eri musteella. Paperinäytteistä määritettiin teknisiä paperiominaisuuksia sekä ominaisuuksia, jotka liittyvät inkjet tulostuksen laatuun. Inkjet tulostuksen laatua tarkasteltiin tulostamalla testikuva kolmella eri tulostimella, jotka olivat Canon Bubble Jet i950, HP DeskJet Cxi970 ja Epson Stylus C46.
Havaittiin, että DIGAT-laite ei sovellu määrittämään musteen absorptioaikoja kiiltäville näytteille.Tässä tutkimuksessa näyte, jonka kiilto oli 65 %, oli liian kiiltävä mitattavaksi DIGAT-laitteella. Lisäksi absorptiomäärityksissä havaittiin, että erilaiset musteet asettuvat erilailla paperin pintaan ja että pigmenttipohjaisella musteella asettumisaika oli kaikista pisin. Musteiden absorptioajat olivat nopeimpia erikoisinkjetpaperilla ja hitaimpia päällystetyillä, tiiviillä papereilla.
Musteen absorptioajan ja teknisten paperiominaisuuksien ja inkjet tulostuksen laadun välisiä korrelaatioita oli vaikea havaita. Voidaan sanoa, että tulokset olivat muste- ja printterikohtaisia. Havaittiin vain muutamia teknisiä paperiominaisuuksia, jotka korreloivat hyvin musteen absorboitumisen kanssa. Nämäolivat Gurley-Hill huokoisuus, paperin tuhka- sekä kalsiumkarbonaattipitoisuus ja K&N
värinabsorptio. Myöskään inkjet tulostuksen laadun ja musteen absorption välisiä korrelaatioita ei löytynyt kuin muutama; densiteetti, mottling sekä bleeding.
Tämän tutkimuksen perusteella voidaan todeta DIGAT-laitteen soveltuvan hyvin kuvaamaan inkjet tulostuksen laatuominaisuuksista densiteettia, mottlingia sekä bleedingiä. DIGAT-laitetta voidaan siis käyttää avuksi ennustettaessa kuivumisaikaa ja sen vaikutusta edellä mainittuihin ominaisuuksiin. Läpipainatusominaisuuksia DIGAT-laitteen avulla ei voida tutkia, sillä ne ovat enemmän riippuvaisia paperin neliömassasta, paksuudesta ja huokoisuudesta kuinmusteen absorptioajasta. Teknisistä paperiominaisuuksista Gurley-Hill huokoisuus, paperin tuhka-sekä CaCO3-pitoisuus ja K&N värinabsorptio kuvaavat hyvin musteen imeytymisaikaa paperiin, kun taas ominaisuudet Cobb, HST ja polaari- sekädispersiokomponentit eivät kuvaa.
Näyttää siltä, että testikuva, joka on tällä hetkellä käytössä UPM Tutkimus-keskuksessa, ei sovellu suurtehotulostuksen laadun tarkkailuun. Testikuva toimii hyvin pöytätulostimilla ja perinteisillä kopiopapereilla ja inkjetpapereilla, jotka on tarkoitettu tulostettaviksi hitaasti. Tulostusnopeuden ja musteen kuivumisnopeuden välisiä ilmiöitä seei tuo esille, joten se ei sovellu kuvaamaan suurtehotulostusta.
There was also a need to assure that ifthe DIGAT device, which is used in UPM RC for the absorption measurement of inkjet inks, could be used to measure and predict the drying properties of different type of inks with different type of papers. In addition to the absorption measurements, there was a need to find out if there is some kind of connection between the absorption of inks, inkjet print quality and technical paper properties connected to inkjet print quality.
In the literature part, different inkjet printing technologies, inks used in the main technologies and compositions of the inks were studied. Also interactions between ink and paper and inkjet print quality were studied. In the experimental part, ink absorption into different paper surfaces using both pigmented and dye-based black and magenta inks was studied. Technical paper properties and properties related to inkjet print quality were measured from the paper samples. Inkjet print quality was studiedusing a testform which was printed with three different printers: Canon Bubble Jet i950, HP DeskJet Cxi970, and Epson Stylus C46.
The DIGAT device was found to be incapable of measuring the absorption times for glossy samples. In this study the sample, which had a gloss value of 65 %, was unacceptable to be measured with the DIGAT device. It was also noticed in the absorption measurements that different inks had different setting times into the paper structure. This was because of their different chemical compositions. Canon and HP inks were meant for low-speed desktop printing and Versamark inks for high-speed inkjet. HP black ink was also a pigmented ink whilst the others were dye-based inks. The pigmented black ink from HP had the longest absorption time of black inks with all of the paper samples, except uncoated specialty news. Also of magentainks, HP ink had the longest absorption time into the paper structure with all of the papers, except WFC silk. Special inkjet paper had the fastest
absorption time and coated papers, except special inkjet paper, the longest absorption times. Correlations between ink absorption times and technical paper properties and properties related to inkjet print quality were quite hard to find out.It can be said that correlations which were found out were ink and printer specifics. There were only a few technical paper properties that correlated well with ink absorption time: Gurley-Hill porosity, ash content of paper, CaCO3 contentof paper, and K&N ink absorbency. There were also only a few property related to inkjet print quality that correlated well with ink absorption time: density, mottling and bleeding line spreading and roughness; but bleeding line spreading and roughness only with Canon and HP.
According to this study, the DIGAT device was found out to be suitable for describing well the following properties related to inkjet print quality: density, mottling, and bleedingline spreading and roughness. So, the DIGAT device can be used to help predicting the drying properties of different kind of papers and the effect of the drying time on the above mentioned properties. The DIGAT device is not capable describing inkjet print quality properties like print through and strike through. Theyare more dependent on paper grammage, thickness, and porosity than ink absorption time. Of technical paper properties, Gurley-Hill porosity, ash-and CaCO3-contents of paper, and K&N ink absorbency were found out to be suitable for describing the ink absorption time measured with the DIGAT device and properties Cobb, HST, dispersive- and polar components not suitable.
It seemed that the testform which is now in use in UPM RC is not appropriate for studying the print quality with high-speed inks. The testform works well with desktopprinters and traditional copy papers and inkjet papers, which are meant for low-speed printing. It does not bring out phenomenon related to printing speed and drying time of the ink for papers having slow absorption and so it is improper for describing high-speed inkjet printing.