Author(s): Sousa, Sónia Cristina Lopes de
Date: 2012
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.6/2776
Origin: uBibliorum
Subject(s): Indústria do papel; Impressão inkjet; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Ciências e Tecnologia do Papel
As tintas para impressão inkjet são pouco viscosas e possuem baixa tensão superficial, o que exige ao papel características controladas de absorção e mecanismos de fixação, na superfície, da substância que confere cor, de modo a obter-se uma imagem bem definida e com elevada densidade de impressão. Através dos tratamentos de superfície do papel, é possível modificar características que determinam a interação entre a tinta e o papel, como a energia de superfície, a porosidade e a rugosidade, as quais influenciam a qualidade de impressão. Esta tese tem como principal objetivo determinar os fenómenos de interação tinta/papel que contribuem para a qualidade de impressão inkjet. O conhecimento destes fenómenos permitirá otimizar os tratamentos de superfície, com vista ao melhoramento da qualidade de impressão inkjet em papéis não revestidos. A modificação da superfície do papel foi realizada através da aplicação de formulações preparadas com compostos químicos comerciais. Os papéis modificados foram caraterizados quanto às seguintes propriedades: espessura, porosidade aparente, permeabilidade ao ar, lisura Bekk, parâmetros de rugosidade obtidos por perfilometria ótica, opacidade, brancura, análise de penetração dinâmica de água, energia de superfície e respetivas componentes dispersiva e polar. Foi ainda analisada a composição química da superfície dos papéis através de XPS, permitindo conhecer a quantidade relativa dos elementos presentes na superfície, assim como, as ligações químicas envolvidas no carbono e no azoto detetado. Os resultados obtidos mostraram que as modificações realizadas tiveram um enorme impacto nas propriedades químicas dos papéis, nomeadamente nos parâmetros relativos à energia de superfície e na composição química, enquanto as propriedades estruturais, a topografia de superfície e as propriedades óticas sofreram apenas ligeiras alterações. De modo a avaliar o efeito das modificações realizadas na qualidade de impressão, os papéis foram impressos em duas impressoras que utilizam tintas de cor de natureza distinta, permitindo, assim, estudar o comportamento das tintas base corante e base pigmento. A avaliação da qualidade de impressão compreendeu a medição dos seguintes parâmetros: densidades óticas de impressão do preto, ciano, magenta e amarelo; área gamut; chroma; largura, raggedness e blur da linha preta; inter color bleed; ganho e circularidades dos pontos preto e magenta. Verificou-se que, a retenção da tinta à superfície do papel, resultante do controlo do espalhamento e absorção, proporciona elevada qualidade de impressão. Para tal é necessário que o papel possua uma certa rugosidade, baixa energia de superfície e componente polar significativa. No caso das tintas base corante, a carga catiónica na superfície do papel é preponderante no que concerne às propriedades de cor. É importante conhecer quais os parâmetros que afetam o processo de absorção e espalhamento da tinta, e a forma como estes processos influenciam os parâmetros de avaliação da qualidade de impressão, de modo a controlar estes mecanismos e assim otimizar a qualidade de impressão. Neste trabalho foi avaliada a dinâmica de interação entre gotas de tinta preta e magenta, provenientes dos tinteiros das impressoras usadas nos testes de impressão, e a superfície de alguns dos papéis modificados. Os resultados mostraram que o espalhamento das gotas de tinta preta é principalmente determinado pela energia de superfície dos papéis, enquanto que o espalhamento das gotas de tinta magenta é influenciado pela permeabilidade ao ar. No que diz respeito à absorção da tinta, verifica-se a existência de uma relação inversa entre a permeabilidade ao ar e variação da profundidade de penetração ao longo do tempo. No entanto, dado o coeficiente de correlação moderado, supõe-se que os parâmetros físico-químicos interfiram também no processo de penetração. Observou-se que, os papéis que registam maior área de espalhamento máximo das gotas de tinta preta, tendem a originar pior qualidade de impressão no que concerne aos seguintes parâmetros: largura e raggedness da linha, e ganho do ponto preto. Os resultados obtidos podem ser aplicados pela indústria de papel, e podem também servir de base a futuros estudos de espalhamento e absorção de gotas de tinta.
Inkjet inks have low viscosity and low surface tension, which requires controlled absorption characteristics and mechanisms for colorant fixation at the paper surface, so as to obtain an image with high sharpness and high optical print density. By the paper surface treatments, it is possible to modify the characteristics that determine the interactions between the ink and paper, such as surface energy, roughness and porosity, which influences the print quality. The main objective of this thesis is to determine the ink/paper interaction phenomena that contribute to inkjet print quality. The knowledge of these phenomena enable to optimize the surface treatment in order to improve inkjet print quality in uncoated papers. The paper surface modification was carried out by the application of the formulations prepared with commercial chemical compounds. The modified papers were characterized in terms of the following properties: thickness, apparent porosity, air permeability, Bekk smoothness, roughness parameters accessed by optical profilometry, opacity, brightness, dynamic analysis of water penetration, surface energy and their dispersive and polar components. Chemical composition of the paper surface was also determined by XPS analysis in order to identify the relative amounts of the different chemical elements present on the surface, as well as the chemical bonds involved in detected carbon and nitrogen. The results showed the high impact of the chemical modifications on the chemical properties of the papers, particularly in parameters related to surface energy and chemical composition. On the other hand, the structural properties, surface topography and optical properties are only slightly changed by the treatments carried out. In order to evaluate the effect of modifications in print quality, papers were printed in two printers using color inks of different nature, which enable both dye-based and pigment-based inks to be analyzed. Print quality evaluation comprises the measurement of the following parameters: optical print density of the black, cyan, magenta and yellow printings; gamut area; chroma; black line width, raggedness and blur; inter color bleed; black and magenta dot gain and circularity. It was found that ink retention on paper surface, in terms of spreading and absorption, is the key factor for achieving high print quality. For that, the paper must have some roughness, low surface energy and significant polar component. For the case of dye-based inks, cationic charge at the paper surface is preponderant concerning color properties. It is important to understand which parameters affect the absorption and spreading processes, and how these influence the print quality parameters, to be able to control these mechanisms and thus optimize the print quality. A study of the dynamic interaction of black and magenta ink drops into paper surface was made in this work. The results shown that the spreading of black ink drops is mainly determined by the surface energy of the papers, while for the magenta ink drops, spreading is influenced by the air permeability. Concerning the ink absorption, it appears that there is an inverse relationship between the air permeability and time-dependency of penetration depth. However, since the correlation coefficient is moderate, it is assumed that the physico-chemical parameters also interfere in the penetration process. It was observed, that the papers which exhibit higher maximum spreading area of the black ink drops tend to give poorer print quality regarding the following parameters: line width and raggedness, and black dot gain. The results are applicable to paper industry and can be used as a base for future studies of spreading and absorption.
