München, November 2012 Fogra-Forschungsbericht 45.001 K

Deinking von InkjetDruckerzeugnissen Alexander Schiller Wolfgang Rauh Thomas Kuën

Forschungsbericht 45.001 Deinking von Inkjet-Druckerzeugnissen Alexander Schiller Wolfgang Rauh Thomas Kuën Fogra-FB/DE--2012/5--DE+45.001 Stichworte: Inkjet Deinking

Inhalt 1

Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2 Deinking von Inkjetdrucken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.1 Identifizierung und Bewertung möglicher Einflussgrößen auf die Deinkbarkeit von Inkjetdrucken durch einen Vergleichstest 5 2.2 Resultate der Deinkingversuche im Vergleichstest 7 2.3 Einfluss von Papierinhaltsstoffen auf das Deinkingverhalten 11 2.4 Einfluss von Bleichchemikalien auf die Verfärbung des Prozesswassers beim Deinking 12 2.5 Zusammenfassung der Resultate des Vergleichstests 12 2.6 Bewertung des Einflusses unterschiedlicher Anteile von Inkjetdrucken in Altpapiermischungen auf das Deinkingverhalten 12 3

Strategie­empfehlung zur verbesserten Verarbeitung von Inkjetdrucken in Recyclinganlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 3.1 Pigmentbasierte Inkjetdrucke 13 3.2 Farbstoffbasierte Inkjetdrucke 13 4

Das IGF-Vorhaben 16730 N der Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V., Streitfeldstraße 19, 81673 München, einer Forschungsvereinigung unter dem Dach der AiF, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die vorliegende Veröffentlichung ist eine Zusammenfassung des ausführlichen Forschungsberichts, der unter der Fogra-Nr. 45.001 „Deinking von Inkjet-Druckerzeugnissen“ digital als PDF-Datei oder auf besonderen Wunsch gedruckt (Printing-onDemand) erhältlich ist. Diese Arbeit wurde von der Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V. in Zusammenarbeit mit der Hochschule für angewandte Wissenschaften München durchgeführt. Die Fogra ist beim Finanzamt München (Steuernr. 143/843/18952) als gemeinnütziger Verein eingetragen.

2

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Dank Die Autoren bedanken sich beim Projektbegleitenden Ausschuss sowie beim Technischen Beirat Medienvorstufe der Fogra für die Unterstützung bei diesem Forschungsprojekt. Dank gilt auch allen Praxisbetrieben, die durch vielfältige Unterstützung, u. a. durch Sachleistungen bzw. Drucktests in deren Unternehmen das Projekt gefördert haben. Zu nennen sind besonders: BASF SE Eastman Kodak Company Hewlett Packard INGEDE e. V. Kanzan Spezialpapiere GmbH Mitsubishi Océ Printing Systems GmbH Papiertechnische Stiftung PTS Ricoh Production Print Solutions LLC Steinbeis Stora Enso Svenska Cellulosa Aktiebolaget SCA UPM Voith Paper Fiber & Environmental Solutions GmbH & Co. KG Ziegler Papier AG

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Impressum Fogra-Forschungsberichte erscheinen mindestens vierteljährlich und geben in ihrem Inhalt die Schlussberichte der von der Fogra bearbeiteten Forschungsvorhaben wieder. Sie werden herausgegeben von der Fogra Forschungsgesellschaft Druck  e.V., Streitfeldstraße 19, 81673 München und Postfach 80 04 69, 81604 München; Tel. +49 89. 431 82 - 0, Fax +49 89. 431 82 - 100, E-Mail [email protected], Internet www.fogra.org. Der Bezugspreis ist im Fogra-Mitgliedsbeitrag enthalten. © 2012 by Fogra

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V.

Alexander Schiller

Dr. Wolfgang Rauh

Prof. Thomas Kuën

In der Vergangenheit hatten Vertreter der Papierindustrie Bedenken, dass der Strukturwandel in der Druckindustrie in der Zukunft zu Schwierigkeiten im Recyclingkreislauf der Papierfabriken führen könnte. Grund war der Rückgang der Druckvolumina im Tief-, Zeitungsund Heatset-Offsetdruck in den letzten Jahren und die Zunahme von Druckvolumina in den digitalen Drucktechniken Elektrophotographie und Inkjetdruck. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist abzusehen, dass die Marktanteile der mit digitalen Druckverfahren hergestellten Produkte weiter zunehmen werden. Aus Kostengründen ist zu erwarten, dass innerhalb des Digitaldrucksegments die Drucksachen mit hohen Auflagen vorzugsweise im Inkjetdruck gefertigt werden. Da bislang nur wenige Daten zum Deinkingverhalten von Inkjetdrucken existieren, soll in der vorliegenden Untersuchung eine wissenschaftlich fundierte Bestandsaufnahme erfolgen. Ausgehend von den Ergebnissen dieser Analysen werden Wege aufgezeigt, um in Zukunft auch diese Produkte störungsfrei in den Recyclingkreislauf integrieren zu können. Die Untersuchung ergibt folgenden Istzustand: 1. Die Deinkbarkeit von Inkjetdrucken mit Pigmenttinten hängt hauptsächlich vom verwendeten Druckpapier ab, ist jedoch in vielen Fällen völlig unproblematisch möglich. 2. Die durch unterschiedliche Typen von Druckmaschinen (und damit auch Tintenformulierungen) induzierten Unterschiede in der Deink­ bar­keit von Inkjetdrucken auf Basis von Pigmenttinten sind gering. 3. Die Deinkbarkeit von Inkjetdrucken mit Farbstofftinten hängt ebenso vom verwendeten Druckpapier ab. 4. Die durch unterschiedliche Typen von Druckmaschinen (und damit auch Tintenformulierungen) induzierten Unterschiede in der Deink­ bar­keit von Inkjetdrucken auf Basis von Farbstofftinten sind größer als bei den Modellen für Pigmenttinten. 5. Mit Farbstofftinten bedruckte Papiere sind mit den in den meisten Papierfabriken bereits verwendeten Bleichchemikalien entfärbbar. Damit

sind auch diese Druckprodukte prinzipiell für die Herstellung von deinktem Faserstoff verwendbar. 6. Es konnte nachgewiesen werden, dass zur Papierfabrikation verwendete Rohstoffe (kationische Polyelektrolyte) in der Lage sind, das Deinkingverhalten deutlich zu verbessern. 7. Bei Verwendung ausgewählter Rohpapiere ist keine zukünftige Beeinträchtigung der Deinkinganlagen in den Papierfabriken zu erwarten. 8. Selbst bei Verwendung der Druckpapiere, die zu dem schlechtesten Deinkingergebnis bei pigmentbasierten Inkjetdrucken führen, sind bis zu einer Beimengung von 30 % kaum Probleme zu erwarten. Bei farbstoffbasierten Tinten ist die Schwelle tiefer. Sollten diese Systeme in der Zukunft einen höheren Marktanteil bekommen, ist den Papierfabriken zu empfehlen, für diese Drucksysteme dann nur Druckpapiere mit einem guten Deinkingverhalten auf den Markt zu bringen oder reduktive Bleichstufen im Deinkingprozess zu integrieren. 9. Es ist zu erwarten, dass zukünftig für Druckprodukte ein Ecolabel gefordert wird [5]. Ein Kriterium für die Erteilung dieses Labels ist die Deinkbarkeit nach der INGEDE Methode 11. Um Druckbetrieben die Erlangung dieses Labels zu erleichtern, wird die Fogra entsprechende Prüfzertifikate für Druckpapiere erstellen.

1 Einleitung Mit der erfolgreichen Markteinführung von Hochleistungs-Inkjetdrucksystemen ist mittelfristig absehbar, dass der Anteil von Inkjetdrucken im Altpapieraufkommen stark steigen wird. Beim Projektstart waren noch weniger als ein Prozent der Gesamtmenge des zu deinkenden Druckpapiers Inkjetdrucke. Auf der Branchenmesse drupa 2012 sind sehr schnell arbeitende Digitaldruckmaschinen von einer Reihe von Anbietern vorgestellt und verkauft worden. Eine der großen spanischen Zeitungsdruckereien installiert eine Océ JetStream

3

Forschungsbericht 45.001 2200 Inkjet-Druckmaschine in der Nähe von Madrid. Inkjet-Druckmaschinen der Fa. Kodak vom Typ Versamark VL 4200 übernehmen die Belieferung der Inseln Malta, Zypern, Teneriffa sowie der Städte Mailand, Rom und London mit fremdsprachigen Zeitungen. Allein die in Italien installierte Druckkapazität liegt bei 700 Millionen Zeitungsseiten pro Jahr, die spanische Druckerei wird bis zu 15 Millionen Zeitungsseiten pro Jahr produzieren. Diese Reihe von Installationen vergrößert sich ständig. Es gelangen somit nicht mehr nur Inkjetdrucke aus Office- und Haushaltsanwendungen in den Altpapierkreislauf, sondern auch Druckprodukte mit hohen Auflagen. Auf Grund des absehbaren starken Wachstums sind Kenntnisse darüber erforderlich, ob bestehende Deinkinganlagen an die geänderte Zusammensetzung des Altpapiers angepasst werden müssen oder ob die Anlagen unverändert weiter betrieben werden können. Nachdem in einer Reihe von Veröffentlichungen [1][2][3][4] Zweifel an der Deinkbarkeit von im Inkjetdruck produzierten Druckprodukten publiziert worden waren, war es das Ziel der vorliegenden Untersuchung, sowohl mögliche Probleme zu identifizieren als auch Lösungsmöglichkeiten für die dabei auftauchenden Schwierigkeiten zu finden. Besondere Brisanz bekommt die Diskussion um die Deinkbarkeit durch die Aktivitäten der EU zur Vergabe eines Ecolabels für Druckprodukte. In der am 16.08.2012 verabschiedeten gesetzli-

chen Regelung ist die Deinkbarkeit eines Druckproduktes explizit als Voraussetzung für die Vergabe des EU Ecolabels enthalten [5].

2 Deinking von Inkjetdrucken Versuche zur Beurteilung des Deinkingverhaltens von Druckprodukten werden gegenwärtig hauptsächlich nach der INGEDE Methode 11 „Assessment of Print Product Recyclability – Deinkability Test“ durchgeführt, welche zur Bewertung der Ergebnisse ergänzende Methoden zur Herstellung von Probeblättern oder zur Bestimmung optischer Eigenschaften des Deinkingstoffs bedarf [6][7][8]. Diese Methode wurde mehrfach überarbeitet und zuletzt so aktualisiert, dass sie als europäische Standardmethode zur Untersuchung der Deinkbarkeit gelten kann [9]. Die Auswertung der Recyclingtests erfolgte nach den in der Methode enthaltenen Bewertungsparametern, die vom Europäischen Altpapierrat in den sogenannten „Deinkability Score“ zusammengeführt worden sind. Tabelle 1 zeigt die maximal erreichbare Punktezahl für jeden Bewertungsparameter. Voraussetzung für eine Punktevergabe ist, dass jeder Bewertungsparameter einen Mindestwert (Schwellenwert) erreicht. Tabelle 2 zeigt die Einstufung der Deinkbarkeit in Abhängigkeit der erreichten Punktezahl.

Parameter

Y

Farbkoordinate a*

A50 und A 250

IE

ΔY

Gesamtpunkte

Maximale Punktezahl

35

20

15 und 10

10

10

100

Tab. 1: Maximale Punktezahl für jeden Parameter des Deinkability Score. Erreichte Gesamtpunktzahl

Deinkbarkeitsbewertung

71 bis 100 Punkte

Gut

51 bis 70 Punkte

Ausreichend

0 bis 50 Punkte

Mangelhaft

Negative Punkte (mind. ein Schwellenwert wurde nicht erfüllt)

Nicht geeignet für das Deinking

Tab. 2: Bewertungseinstufung der Deinkbarkeit.

4

Die graphische Darstellung der Deinkingergebnisse erfolgt üblicherweise in Form eines gestapelten Säulendiagramms, in dem sich die Gesamtsäule aus den sechs Einzelwerten (Y, a*, A50 , A250 , IE und ΔY) in Abhängigkeit der erreichten Punktzahlen zusammensetzt (Abb. 1). Da die INGEDE Methode 11 eine Prüfmethode zur Deinkbarkeitsbewertung eines Druckproduktes darstellt und nicht die Verhältnisse in einer Deinkinganlage simulieren soll, enthält sie keinen Verarbeitungsschritt, der die Effekte der Bleichmittel auf den deinkten Faserstoff nachstellt. Alle amerikanischen Deinkinganlagen [10] verfügen über Bleichstufen, auch die Mehrzahl der europäischen Deinkinganlagen hat nach den hier vorliegenden Untersuchungen Bleichstufen in den Deinkingprozess integriert. Eine vergleichende Labormethode, die Praxiskorrelationen erlauben soll, muss deshalb auch den Bleichprozess einschließen. Aus diesem Grund ist der Einfluss eines Bleichverfahrens nach den Empfehlungen der Fa. Voith, einem führenden Anlagenlieferanten für Faserstoffaufbereitungsanlagen in der Papierindustrie, in die Untersuchungen integriert worden. Das standardisierte Laborverfahren [11] zur Prüfung der Bleichbarkeit unterschiedlicher Faserstoffsuspensionen sieht vor, im Anschluss an die Flotation eine Entwässerung sowie die Einmischung und Einwirkung von Bleichchemikalien bei definierten Verweilzeiten vorzunehmen. Als Bleichchemikalien enthält die Voith-Methode Wasserstoffperoxid (P), Natriumdithionit (Y) und Formamidinsulfinsäure (F). An den farbstoffbasierenden Druckmustern wurden damit im ersten Schritt Deinkingtests gemäß INGEDE Methode 11 durchgeführt. Der deinkte Faserstoff wurde anschließend in einem zweiten Schritt separaten Bleichversuchen mit Wasserstoffperoxid, Natriumdithionit und Formamidinsulfinsäure unterzogen. Die Bewertung des deinkten und gebleichten Faserstoffs erfolgte an vier Parametern (Y, a*, b* und dem Weißgrad R457). Als Zielwerte (d. h. als maximal erreichbare optische Parameter des Faserstoffs) wurden die optischen Parameter des unbedruckten, aber

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V. 2.1.1 Auswahl der Druckform für den Vergleichstest zum Deinkingverhalten

100 90 80

1

70

Deinkability Score

60 50

2

40 30 20 10

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-50

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4

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50 70 Abb. 1: Graphische Darstellung 20 Deinkingergebnisse in Form von gestapelten Säulendiagrammen 100 der 90 40 a* mit Punktezahlen für Hellbezugswert Y , Farbkoordinate , Schmutzpunktfläche60A50 , Schmutz10 90 100 80 30 punktfläche A250 , Farbaustrag IE 0 und Filtratverdunkelung ΔY . 50 80 70

70

-10

20

30

-50

10

20

20

90

40

80 60 1 = Beispiel eines gut deinkbaren Druckprodukts; maximale 10 Punktezahl für jeden Bewertungsparameter 30 60 -20 70 50 2 = Beispiel eines ausreichend gut deinkbaren Druckprodukts 0 20 50 -30 60 40 3 = Beispiel eines mangelhaft deinkbaren Druckprodukts-10 10 -40 40 50 30 4 = Beispiel eines nicht deinkbaren Druckprodukts -20

10

0 nach INGEDE Methode 110 behandelten -10 Druckpapiers zu Grunde-10 gelegt. Eine -20 Bewertung-30 eventueller -20Verfärbungen -30 der Fa. Voith des Prozesswassers ist von -40 -40 -50 nicht vorgesehen. -50 Bei den zu untersuchenden Druckprodukten gibt es drei wesentliche Einflussgrößen: 1. Farbbelegung des Druckprodukts. 2. Auswahl des Druckpapiers. 3. Auswahl des jeweiligen Druckertyps bzw. der im Drucker verwendeten Inkjettinte. Alle drei Einflussgrößen waren Bestandteil der vorliegenden Untersuchung.

2.1 Identifizierung und Bewertung möglicher Einflussgrößen auf die Deinkbarkeit von Inkjetdrucken durch einen Vergleichstest Nur wenige Publikationen zum Recycling von Druckprodukten genügen nach Einschätzung der Autoren einem wissenschaftlichen Anspruch. In der Regel werden die in den Versuchen eingesetzten Drucksachen unvollständig charakterisiert, z. B. im Hinblick auf die Farbbelegung, die Auswahl des Papiers etc. bzw. mehrere Einflussparameter zugleich verändert. Die in der DPDA1 organisierten Anbieter von Inkjetdruckmaschinen hatten in Diskussionen mit

1

-30 -40

40 30

0

-10 -20

20 der-50 INGEDE regelmäßig Bereit-30 ihre 10 -40 schaft 0angeboten, Verfahrensparameter -50 anzupassen, um die Deinkbarkeit ihrer -10 -20 Produkte zu gewährleisten. Dazu ist es jedoch-30 notwendig exakt einzugrenzen, -40 an welcher Stelle des Verfahrens Proble-50 me entstehen können. Dies erlaubte die bisherige Datenlage nicht. Zur Schaffung einer wissenschaftlich fundierten Datenbasis wurde deshalb beschlossen, in Zusammenarbeit mit der Fogra einen Vergleichstest zu organisieren, aus dessen Resultaten sich die folgenden Fragen beantworten lassen sollen: 1. Gibt es Unterschiede in der Deink­ bar­keit von Inkjetdrucken? 2. Beeinflusst das Druckpapier das Deinkingverhalten von Drucksystemen mit Pigmenttinten? 3. Beeinflusst das Druckpapier das Deinkingverhalten von Drucksystemen mit Farbstofftinten? 4. Beeinflusst die Zusammensetzung der Inkjettinte das Deinkingverhalten von Drucksystemen mit Pigmenttinten? 5. Beeinflusst die Zusammensetzung der Inkjettinte das Deinkingverhalten von Drucksystemen mit Farbstofftinten? 6. Bis zu welchen Anteilen im Altpapiermix können evtl. kritische Inkjetdrucke problemlos in Deinkinganlagen verarbeitet werden?

Resultate von Deinkingversuchen können nur miteinander verglichen werden, wenn alle Druckprodukte mit einem identischen Druckbild auf identischem Papier und mit gleichen Druckfarben hergestellt sind. Trends erkennt man, wenn lediglich eine der Einflussgrößen reproduzierbar verändert wird. Die Festlegung des Druckbilds darf nicht nur das makroskopisch identische Aussehen beinhalten, sondern muss auch die Form der Datenaufbereitung berücksichtigen, da die Art der Rasterung, bzw. im vorliegenden Fall die Ansteuerung der Inkjetköpfe, zur Übertragung unterschiedlicher Farbmengen führen kann. Zur Verdeutlichung dieses Effekts enthält der ausführliche Forschungsbericht Bilder mit unterschiedlichen ICC-Profilen und Farbbelegungen, die um bis zu 30 % voneinander abweichen. Diese Bilder sind optisch nur von ausgebildeten Fachleuten voneinander unterscheidbar. Eine reproduzierbar abdruckbare Testform muss deshalb neben den Daten zum Druckbild auch eine sehr detaillierte Beschreibung zum Datenhandling enthalten. Die von der INGEDE im Jahr 2006 vorgeschlagene Testform zum Deinking von Druckprodukten (Abb. 2) hat eine vergleichsweise niedrige Flächendeckung und ermöglicht unkontrollierbare Manipulationen beim Druckvorgang. Auf Grund der Schwächen dieser Testform empfahl die DPDA, den Vergleichstest im Rahmen dieses Projekts mit einer verbesserten Druckform durchführen zu lassen. Die Fogra entwickelte daraufhin eine Druckform, die eine sicherere Beurteilung des Deinkingverhaltens ermöglichen sollte (Abb. 3). Sie enthält neben Verlaufskeilen für die Grund- und Mischfarben zwei Testbilder mit technisch sehr anspruchsvollen Motiven, die bereits optisch Rückschlüsse auf eine unsachgemäße Bebilderung erlauben sollten. Um Variationen in der Druckproduktherstellung auszuschließen, wurden die Druckbedingungen für die Testform exakt vorgegeben. Die Einstellungen

DPDA steht für Digital Print Deinking Alliance, zu welcher die Firmen HP, InfoPrint Solutions Company, Kodak und Océ angehören.

5

Forschungsbericht 45.001

Abb. 2: INGEDE Testformen zum Test der Deinkbarkeit von Digitaldrucken

im Farbmanagement sollten deaktiviert werden. Dies umfasste: 1. Keine Anwendung des ICC-Profils „ISO-Coated V2“. 2. Keine Anwendung von Farbauftragsreduzierungen mithilfe GCR. 3. Keine Anwendung von „Device Link Profiles“ (Gerätespezifische Farb­ raum­trans­formationen). 2.1.2 Auswahl der Druckpapiere für den Vergleichstest Ein wichtiger Einflussfaktor, nicht nur auf das Deinkingergebnis, sondern auch auf die Druckqualität, ist der Bedruckstoff. Eine Eigenschaft, die einen besonders großen Einfluss auf die Bedruckbarkeit und das Deinkingverhalten hat, ist das Eindringverhalten der Tinte in das Papier [12][13]. Die Auswahl der Papiere für den Vergleichstest erfolgte nach folgenden Kriterien: Es wurden in dem Vergleichstest sowohl Papiere für den Zeitungsdruck als auch beschichtete und unbeschichtete Papiere berücksichtigt. Unterscheidung der Faserqualität bei den Papieren für den Zeitungsdruck und den unbeschichteten Papieren, d. h. es ist jeweils ein Papier auf Basis von Frischfasern und Recyclingfasern ausgewählt worden. Die Papiere innerhalb einer Gruppe stammten von unterschiedlichen Anbietern.

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10 µm

Abb. 3: Fogra „Digitaldruck De-Inking Testpage“.

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Abb. 4: Zeitungspapiere 1 (links) und 2 (rechts) – REM-Bild des Papierquerschnitts.

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Abb. 5: Ungestrichene Papiere 3 (links) und 4 (rechts) – REM-Bild des Papierquerschnitts.

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6

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Abb. 6: Gestrichene Papiere 5 (links) und 6 (rechts) – REM-Bild des Papierquerschnitts.

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V.

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2.1.3 Auswahl der Druckmaschinen im Das Flächengewicht innerhalb einer Vergleichstest Gruppe war vergleichbar. Alle Papiere stammten jeweils aus Die wichtigste Anforderung für die einer Produktionscharge. Von den unbedruckten Papiermustern Auswahl der in den Vergleichstest einwurden mit Hilfe des in der Fogra vor- bezogenen Druckmaschinen war es, die handenen Rasterelektronenmikroskops Drucksysteme in den Test zu integrieren, die Papierquerschnitte aufgenommen. die mit sehr hohen DruckgeschwindigDie Querschnittspräparation erfolgte keiten arbeiten und auf denen deshalb hierzu zuerst mit einem Mikrotom der in Zukunft das Gros der Druckprodukte Firma Leica. Anschließend wurden diese gefertigt werden. Im Rahmen des von Querschnitte mit der in der Fogra vor- der Fogra organisierten Arbeitskreises handenen Ionen-Böschungs-Ätzanlage Digitaldruck (Digital Printing Working (EM TIC 3X der Firma Leica) behandelt, Group DPWG) ist den beteiligten Firmen um so eine extrem glatte Oberfläche eine Teilnahme an diesen Untersuchunzu erhalten. Bei dieser Art der Proben- gen nahegelegt worden. Mitgliedern der DPDA wurden darpräparation kommt es nicht, wie bei der VonPunktezahl Punktezahl für Hellbezugswert Y für Farbkoordinate a* aufhin Druckproben auf folgenden im Präparation mittels Mikrotom, zum AusPunktezahl für Schmutzpunktfläche A 250 Punktezahl für Farbaustrag IE

und 3) erzeugt. Ebenso wurden die farbstoffbasierenden Druckproben auf drei Inkjetdrucksystemen hergestellt (Inkjetdrucker 4, 5 und 6). 2.2 Resultate der Deinkingversuche im Vergleichstest Nach der Rücksendung der Testdrucke von den am Test beteiligten Firmen konnte das Deinkingverhalten von 28 Proben vergleichend untersucht werden, da sich auf allen Druckprodukten das gleiche Druckbild befand. Aus diesem Grund kann davon ausgegangen werden, dass von allen Proben eine identische Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 50 Farbmenge (Pigmente oder Farbstoff) zu Punktezahl für Filtratverdunkelung Y

100 90 80 70 60

Deinkability Score

50 40 30 20 10 0 -10 -20

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-30

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-50

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60 50

1

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5

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100 6

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-10 -20

30

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40

10

30

brechen von-30 harten Agglomeraten (z. B. -10 Kaolinpigmente im Papierstrich). Die -40 -20 -50 Bilder der präparierten Querschnitts-30 proben (Abb. 4-6) sind mit -40 einem Rasterelektronenmikroskop (EVO-MA 15) -50 der Firma Carl Zeiss NTS in der Fogra erzeugt worden. 0

90

70 60

70

80

50

60

70

40

50

20 Markt befindlichen High-Volume Inkjet30 10 drucksystemen produziert (alphabeti20 0 sche Auflistung): 10 -10 0 HP T200 -20 -10 InfoPrint 5000 -30 -20 Kodak -40 VL2000 -30 -50 Océ JetStream 1400 -40 Océ ColorStream 3000 -50 Die pigmentbasierenden Druckmuster auf den o. g. Papieren wurden mit drei Inkjetdrucksystemen (Inkjetdrucker 1, 2

--------

28

100

50 70 mit der Fogra-Testform einseitig bedruckten Inkjetdrucke. Punktezahlen für Abb. 7: Deinkability Score aller im Vergleichstest enthaltenen und 20 90 100 80 40 a* Hellbezugswert , Farbkoordinate , Schmutzpunktfläche60A50 , Schmutzpunktfläche A250 , Farbaustrag IE und Filtratverdunkelung ΔY 10 Y 80 0

27

Druckprobe Nummer 100 .

entfernen war. Betrachtet60 man die Sum40 50 me der Resultate ohne Berücksichtigung 30 40 der vorhandenen Zusatzinformatio20 30 10 nen, so ist zu erkennen, 20 dass 50 % aller 0 10 Inkjetdrucke einen Deinkability Score -10 0 aufweisen, der gemäß ERPC Richtlinien -20 -10 einem problemlosen Deinkingverhalten -30 -20 zuzuordnen ist (Abb. 7). -30 -40 -50 -40 Der bisherige Wissensstand zur Deink­ -50 bar­keit von Inkjetdrucken beruht auf Daten, wie sie in der obigen Abbildung

7

Forschungsbericht 45.001

Wählt man in Abbildung 7 alle Drucke aus, die mit Pigmenttinten erstellt worden sind, so kann man sehen, dass der Anteil der problemlos deinkbaren Druckprodukte merklich größer wird, als bei der Betrachtung der Gesamtsumme (Abb. 8). Sortiert man jetzt die Ergebnisse so, dass die mit identischen Druckpapieren, jedoch auf unterschiedlichen Drucksystemen, produzierten Druckprodukte erkennbar sind, so zeigt sich, dass die Deinkability Scores der Druckprodukte sehr nahe beieinander liegen, wenn das Druckprodukt auf dem gleichen Papier produziert wurde (Abb. 9). Überraschenderweise weichen die Werte nur minimal voneinander ab, wenn für die Herstellung des Druckprodukts Druckmaschinen unterschiedlicher Hersteller und damit auch unterschiedlich zusammengesetzte Inkjettinten benutzt worden sind. Um beurteilen zu können, warum die Papiere 2 und 3 bei allen untersuchten Inkjetdruckern zu einem negativen Deinkingergebnis geführt haben, wurden verschiedene Untersuchungen an den Druckpapieren durchgeführt. Von diesen Untersuchungen zeigten nur die Messungen zur Oberflächenenergie (Kontaktwinkelmessgerät OCA 20 der Fa. Dataphysics bei 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchte) bzw. zum Randwinkel (Prüfflüssigkeit Wasser) eine eindeutige Korrelation mit den Deinkingergebnissen. Aus der Literatur [14] ist bekannt, dass ein hoher Randwinkel und ein niedriger polarer Anteil der Oberflächenenergie, wie sie bei den Papieren 2 und 3 bestimmt wurden, auf ein stärkeres Eindringen der Tinte hindeuten, was sich

8

einem Nachfolgeprojekt Klarheit über diese Vorgänge zu erhalten. Zusammenfassung: 1. Die Mehrzahl der mit pigmentierten Inkjettinten bedruckten Papiere war sehr gut deinkbar. 2. Die Ergebnisse legen nahe, dass für Papiere mit einem sehr niedrigen polaren Anteil der Oberflächenenergie das Deinkingverhalten problematischer ist.

Punktezahl für Hellbezugswert Y

Punktezahl für Farbkoordinate a*

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 50

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 250

Punktezahl für Farbaustrag IE

Punktezahl für Filtratverdunkelung Y

100 90 80 70 60

Deinkability Score

2.2.1 Einfluss des Druckpapiers auf Drucksysteme mit Pigmenttinten

auch auf die Ablösevorgänge während des Deinkings auswirken wird. Es wurde versucht, diese Effekte mit metallpigmentierten Inkjettinten auf den Papieren nachzustellen und über eine energiedispersive Röntgenmikroanalyse die Eindringtiefe der Tinten zu bestimmen. Unterschiede im Eindringverhalten konnten jedoch nicht festgestellt werden. Eine optische Bewertung anhand des Reflektionsvermögens offenbarten zwar deutliche Unterschiede zwischen den Papieren, doch bestand keine Korrelation zu dem in der Literatur angegebenen Effekt. Es wird angestrebt, in

50 40 30 20 10 0

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Punktezahl für Hellbezugswert Y 60

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Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 250

20 Punktezahl für Farbkoordinate a*

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 50 40

Punktezahl für Filtratverdunkelung Y 30

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, Schmutz-

Punktezahl für Farbaustrag 10 IE

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50 70 Abb. 8: Deinkability Score von 100 Inkjetdrucken mit Pigmenttinten. 20 90 40a* 60A Punktezahlen für Hellbezugswert Y , Farbkoordinate , Schmutzpunktfläche 10 50 90 100 80 30 punktfläche A250 , Farbaustrag IE und Filtratverdunkelung ΔY . 50 80 0 70

27

90

Druckprobe60Nummer

40

Deinkability Score

dargestellt sind. Man kann bei derartigen Resultaten eigentlich nur erkennen, dass entweder nicht alle Inkjetdrucke problemlos zu deinken sind oder aber, dass ein großer Anteil von Inkjetprodukten ein gutes Deinkingverhalten zeigt. Jedoch erhält man auf diese Art und Weise keine Informationen über die Ursachen bzw. über mögliche Verbesserungsmöglichkeiten. Eine solche Detaillierung soll im Folgenden erfolgen.

80

Papier 1

Papier 70 2

1

1

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3

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Papier 3 1

2

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Papier 4

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Papier 6 100

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90

60

80 Abb. 9: Deinkability Score der Inkjetdrucke mit Pigmenttinten, die mit unterschiedlichen Drucksystemen 30 100 50 70 auf jeweils gleichen Druckpapieren angefertigt worden sind. 100 20 90 Punktezahlen für Hellbezugswert Y , Farbkoordinate40a* 100, Schmutzpunktfläche60A50 , Schmutz90 10 80 30 punktfläche A250 , Farbaustrag IE und Filtratverdunkelung ΔY . 50 80 0 70 60

70-10

50

60-20

40

50-30

30

40-40

20

30-50

10

20

0

10

20 10 0

-10 -20 -30 -40 -50

90 80 70 60 50 40 30 20

40 30 20 10 0 -10 -20 -30

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V. 2.2.2 Einfluss des Druckpapiers auf Drucksysteme mit Farbstofftinten

Die papierbedingten Zusammenhänge wie bei den pigmentierten Inkjetdrucken sind nicht mehr in gleicher Weise gegeben (Abb. 11). Gewisse Trends sind allerdings immer noch zu erkennen. Wenig überraschend ist die Tatsache, dass das Deinkingverhalten auf ungestrichenen Zeitungspapieren schlechter ist als auf höherwertigen Papieren.

Selektiert man in Abbildung 7 alle Drucke, die mit Farbstofftinten erstellt worden sind, so kann man sehen, dass im Vergleich zur Gesamtübersicht der Anteil der problemlos deinkbaren Druckprodukte merklich kleiner wird (Abb. 10). Sortiert man auch hier die Ergebnisse so, dass die auf identischen Druckpapieren, jedoch mit unterschiedlichen Drucksystemen, produzierten Druckprodukte erkennbar sind, so sind auch hier detaillierte Schlussfolgerungen möglich. Punktezahl für Hellbezugswert Y

Punktezahl für Farbkoordinate a*

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 50

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 250

Punktezahl für Farbaustrag IE

Punktezahl für Filtratverdunkelung Y

100 90 80 70

Deinkability Score

60 50 40 30 20 10 0

100

-10

90

-20

80

-30

-50

100

70

-40

90

60 1

2

3

4

5

6

850

7

40 30

100

80 9

10

11

12

13

14

15

16

70

17

18

19

20

21

22

23

100

24

Deinkability Score

-10 Punktezahl60 für Schmutzpunktfläche A70 250 50

60-20

40

50-30

90

30

40-40

80

20

30-50

70

10

20

60

0

10

50

-10

0

40

-20

-10

0

30

-30

-20

-10

20

-40

-30

-20

10

-50

-40

-30

-50

-40

0 -10

-50

, Schmutz-

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 50 40 Punktezahl für Filtratverdunkelung Y 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50

90

-30 -40

28

-50

100

-20

27

-------

80

Punktezahl für Farbkoordinate a* 90 20 80 Punktezahl für Farbaustrag IE 10 70 0 60 -10 50 -20 40 -30 30 -40 20 -50 10

100

26

Neben dem Bedruckstoff übt erwartungsgemäß auch die Inkjettinte einen entscheidenden Einfluss auf das Deinkingverhalten eines Inkjetdrucks aus, wobei diese zwar in vieler Hinsicht modifiziert werden kann, aber stets kompatibel zum Druckkopf bleiben muss [15]. Es sind eine Reihe chemisch unterschiedlicher Konzepte für die Formulierung von Inkjettinten bekannt: Tinten mit gelöstem Farbmittel. Tinten mit Pigmenten als Farbmittel. Tinten auf Basis von Schmelzklebstoffen. Tinten mit UV-härtenden Bindemitteln. Tinten mit farbigen Polymerdispersionen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt ist davon auszugehen, dass Tinten mit gelöstem Farbmittel und mit Pigmenten die größte Marktbedeutung haben und diese Marktverhältnisse sich auch in der Zukunft stabilisieren werden. Aus diesem Grund sind die Untersuchungen im vorliegenden Projekt auf Drucksysteme beschränkt worden, die diese beiden Tintentypen verarbeiten.

90

Druckprobe60Nummer

50 70 Abb. 10: Deinkability Score von100Inkjetdrucken mit Farbstofftinten. 20 90 40a* 60A Punktezahlen für Hellbezugswert Y , Farbkoordinate , Schmutzpunktfläche 10 50 90 100 80 30 punktfläche A250 , Farbaustrag IE und Filtratverdunkelung ΔY . 50 80 0

Punktezahl70 für Hellbezugswert Y

25

2.2.3 Einfluss des Inkjetdruckers auf das Deinkingverhalten

80

Papier 1

Papier 70 2

4

4

5

6

60 6 50

5

40

100 90

Papier 4

80 4

Inkjetdrucker 70

5

6

Papier 5 4

6

100 90

60

80 Abb. 11: Deinkability Score der Inkjetdrucke mit Farbstofftinten, die mit unterschiedlichen Drucksyste30 100 50 70 men auf jeweils gleichen Druckpapieren angefertigt worden sind. 100 20 90 Punktezahlen für Hellbezugswert Y , Farbkoordinate40a* 100, Schmutzpunktfläche60A50 , Schmutz90 10 80 30 punktfläche A250 , Farbaustrag IE und Filtratverdunkelung ΔY . 50 80 0 70 60

70-10

50

60-20

40

50-30

30

40-40

20

30-50

10

20

0

10

20 10 0

-10 -20 -30 -40 -50

90 80 70 60 50 40 30 20

40 30 20 10 0 -10 -20 -30

9

Forschungsbericht 45.001 Einfluss der Drucksysteme mit Pigmenttinten Ausgehend von der in Abbildung 8 dargestellten Gesamtzusammenstellung des Deinkability Score aller im vorliegenden Vergleichstest untersuchten Druckprodukte mit Pigmenttinten, sollte eine Sortierung der Ergebnisse nach den einzelnen Drucksystemen Rückschlüsse auf besonders gut bzw. schlecht deink­ bare Tintentypen ermöglichen. In Abbildung 12 zeigt sich, dass die Deinkability Scores der Druckprodukte sehr stark streuen, obwohl das Druck-

muster mit dem gleichen Drucksystem und identischer Tinte sowie gleichem Druckbild produziert worden ist. Es ist darüber hinaus festzustellen, dass diese Streuung bei allen getesteten Drucksystemen zu beobachten ist. Eine Bewertung der „Recyclingfreundlichkeit“ einzelner Tinten- bzw. Druckertypen ist nicht möglich, da zwischen den Einflüssen einzelner Drucksysteme nur minimale Unterschiede zu erkennen sind.

Punktezahl für Hellbezugswert Y

Punktezahl für Farbkoordinate a*

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 50

Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 250

Punktezahl für Farbaustrag IE

Punktezahl für Filtratverdunkelung

Y

100 90 80 70

Deinkability Score

60 50 40 30 20 10 0 -10

100

-20

90

-30

80

-40

Inkjetdrucker 1

-50 1

2

3

4

100

Inkjetdrucker 2 90

70 60 6 50

5

1

2

40

3

4 80

Inkjetdrucker 3

5

6

Druckpapier 70

1

2

3 100

4

5

6

90

60

80 Abb. 12: Deinkability Score der Inkjetdrucke mit Pigmenttinten, die auf unterschiedlichen Druckpapieren 30 100 50 70 mit jeweils gleichen Drucksystemen angefertigt worden sind. 20 100 90 Punktezahlen für Hellbezugswert Y , Farbkoordinate40a* 100, Schmutzpunktfläche60A50 , Schmutz90 10 80 30 punktfläche A250 , Farbaustrag IE und Filtratverdunkelung ΔY . 50 80 0 70 Punktezahl für Hellbezugswert Y 70-10 60 Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 250 60-20 50

10IE Punktezahl für Farbaustrag

90

40

50-30

30

40-40

20

30-50

10

20

0

10

-10

0

-20

-10

0

-30

-20

-10

-40

-30

-20

-50

-40

-30

-50

-40

60 50 40 30 20 10 0

Punktezahl für Filtratverdunkelung 30

70

0

90

70

40 Punktezahl für Schmutzpunktfläche A 50

80

100

80

Deinkability Score

20 a* Punktezahl für Farbkoordinate

60

-10

10

50

-20

0

40

-30

-10

30

-40

-20

20

-50

Y

20

-30

10

-40 -50

-50

-10

100

-20

90

-30

80

-40

Inkjetdrucker 4

-50 1

2

4

100

Inkjetdrucker 5 90

70

5

60 50 40

1

2

804

Inkjetdrucker 6 5

Druckpapier 70

1

2 100

4

5

90

60

80 Abb. 13: Deinkability Score der Inkjetdrucke mit Farbstofftinten, die auf unterschiedlichen Druckpapie30 100 50 70 ren mit jeweils gleichen Drucksystemen angefertigt worden sind. 100 20 90 Punktezahlen für Hellbezugswert Y , Farbkoordinate40a* 100, Schmutzpunktfläche60A50 , Schmutz90 10 80 30 punktfläche A250 , Farbaustrag IE und Filtratverdunkelung ΔY . 50 80 0 70

10

60

70-10

50

60-20

40

50-30

30

40-40

20

30-50

10

20

0

10

20 10 0

-10 -20 -30 -40 -50

90 80 70 60 50 40 30 20

40 30 20 10 0 -10 -20 -30

Einfluss der Drucksysteme mit Farbstofftinten Ausgehend von der in Abbildung 10 befindlichen Gesamtzusammenstellung des Deinkability Score aller im vorliegenden Vergleichstest untersuchten Druckprodukte mit Farbstofftinten sollte eine Sortierung der Ergebnisse nach den einzelnen Druckertypen Rückschlüsse auf besonders gut bzw. schlecht deinkbare Tintentypen ermöglichen. Wie die Abbildung 13 zeigt, streuen die Deinkability Scores der Druckprodukte sehr stark, obwohl das Druckmuster auf dem gleichen Drucksystem mit identischer Tinte und gleichem Druckbild produziert worden ist. Es ist darüber hinaus festzustellen, dass die Streuung bei den getesteten Druckmaschinentypen deutlich größer ist als bei den pigmentbasierten Drucksystemen. Eine Bewertung der „Recyclingfreundlichkeit“ von farbstoffbasierenden Drucksystemen nach der INGEDE Methode 11 ist fraglich, da es aus technischen Gründen unmöglich ist, mit der Flotation, einem physikalischen Verfahren zur Stofftrennung, gelöste Farbstoffe aus wässrigen Lösungen zu entfernen. Auf Grund der Tatsache, dass der überwiegende Teil der Papierfabriken über Bleichstufen verfügt, erschien es notwendig, das Laborverfahren zum Test der Deinkbarkeit um entsprechende Bleichstufen zu erweitern, falls die Kriterien des Deinkability Score nach Anwendung der INGEDE Methode 11 verfehlt wurden. Zur Bewertung der Bleichversuche sind die optischen Parameter des unbedruckten Papiers, welches gemäß INGEDE Methode 11 zerfasert und flotiert wurde, herangezogen worden. Die Versuche zeigen, dass speziell die reduktiven Bleichstufen es schaffen, den Faserstoff so aufzuhellen, dass die Werte des Hellbezugswerts Y sehr nahe an die Werte des unbedruckten Papiers gelangen. In Bezug auf die Farbkoordinate des gebleichten Faserstoffs sind zwar zum Teil die Differenzen zum unbedruckten Papier größer, doch auch hier schaffte man es in der Regel, mit der reduktive Bleichstufe relativ nahe an die ursprünglichen Werte zu kommen (Abb. 14).

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V.

Papier 1

Hellbezugswert Y [-]

100

DIP ohne Y

Papier 2 unbedruckt

DIP mit Y

Papier 4

DIP ohne Y

DIP mit Y

Papier 5 unbedruckt

DIP ohne Y

DIP mit Y

80 60 40 20 0 8

Farbkoordinate a* [-]

unbedruckt

2.3 Einfluss von Papierinhaltsstoffen auf das Deinkingverhalten

6

Inkjetdrucker unbedruckt DIP ohne Y 4 DIP mit Y

Inkjetdrucker unbedruckt DIP ohne Y 5DIP mit Y

Inkjetdrucker unbedruckt DIP ohne Y 6 DIP mit Y

Inkjetdrucker 4

Inkjetdrucker 5

Inkjetdrucker 6

4 2 0 -2 -4 -6 -8

Abb. 14: Ergebnisse der Deinking- und Bleichversuche mit Natriumdithionit (Y).

Papier 1 Inkjetdrucker 4

Papier 2 Inkjetdrucker 4

Papier 4 Inkjetdrucker 4

Papier 5 Inkjetdrucker 4

Überraschenderweise zeigte sich, dass sich bei Verwendung eines identischen Drucksystems die Verfärbung der Deinkinglösung in Abhängigkeit vom Papiertyp änderte (Abb. 15). Der Effekt der unterschiedlichen Verfärbung des Prozesswassers, wenn gleiche Tinten auf unterschiedliche Papiere eingesetzt werden, lässt sich nur dadurch erklären, dass Substanzen aus dem Papier in Wechselwirkung zu den Farbstoffen der Tinten treten. Die Untersuchungen ergaben, dass kationische Polyelektrolyte nicht nur das Penetrationsverhalten der Druckfarbe beeinflussen, sondern auch das Deinkingverhalten deutlich verbessern. Abbildung 16 zeigt exemplarisch die Filtrate aus dem unbehandelten Faserstoff und mit jeweils drei verschiedenen kationischen Polyelektrolyten behandelten Faserstoffen. Es konnte gezeigt werden, dass abhängig von der Konzentration der kationischen Polyelektrolyte eine Verfärbung des Prozesswassers unterbunden werden konnte. Sollten trotz Verwendung kationischer Polyelektrolyte noch Anfärbungen des Prozesswassers auftreten, so konnte nachgewiesen werden, dass nachgelagerte Bleichschritte für eine weitgehende Entfärbung des Faserstoffs und Prozesswassers sorgen können.

Abbildung 15: Filtrat aus Faserstoff nach der Stoffauflösung von Druckprodukten eines identischen Drucksystems auf unterschiedlichen Papieren.

1

2

3

4

Abb. 16: Wirkung von kationischen Polyelektrolyten auf das Prozesswasser beim Deinken von farbstoffbasierenden Inkjetdrucken. 1 = Filtrat aus Stoffzerfaserung, unbehandelt 2 = Filtrat aus Stoffzerfaserung, behandelt mit 1,3 %* kationisches Polyelektrolyt 1 3 = Filtrat aus Stoffzerfaserung, behandelt mit 1,3 %* kationisches Polyelektrolyt 2 4 = Filtrat aus Stoffzerfaserung, behandelt mit 1,3 %* kationisches Polyelektrolyt 3 * bezogen auf den ofentrockenen Faserstoff

11

Forschungsbericht 45.001

12

----

0,0

56

Farbkoordinate a* [-]

Der Vergleichstest von 6 Drucksystemen mit gleichen Druckbildern auf 6 identischen Druckpapieren ermöglichte Schlussfolgerungen auf eine Reihe von Einflussfaktoren im Recyclingprozess: 1. Es ist unerlässlich, zur Herstellung von Druckproben für Deinkingtests von Digitaldrucken eine identische Druckform zu verwenden und bei der Herstellung der Drucke definierte Ausgabeoptionen einzuhalten. 2. Das Deinkingverhalten von Druckprodukten mit Pigmenttinten ist weitgehend unabhängig vom verwendeten Drucksystem und der darauf verwendeten Tinte. 3. Bei Drucken mit Pigmenttinten besteht eine starke Abhängigkeit der Resultate vom verwendeten Druckpapier, wobei selbst ungestrichene Zeitungsdruckpapiere zu einem akzeptablen Deinkingverhalten führen können. 4. Es konnte nachgewiesen werden, dass üblicherweise zur Papierfabrikation verwendete Rohstoffe (kationische Polyelektrolyte) in der Lage

Um den Einfluss von Inkjetdruckprodukten auf das Deinkingverhalten von Altpapiermischungen untersuchen zu kön-

nen, wurden Versuche an einer „Standard-Altpapiermischung“ durchgeführt. Diese wird für Laboruntersuchungen üblicherweise wie folgt definiert [16]: 50 % Zeitung (Druckprodukt auf ungestrichenem Recyclingpapier) 30 % Magazin (Druckprodukt auf aufgebessertem, ungestrichenem Zeitungspapier) 20 % Tiefdruck (Druckprodukt auf LWC Papier) Die Versuche wurden gemäß der ­INGEDE Methode 11 durchgeführt. In der Versuchsreihe wurde der Anteil von 50 % Offsetzeitung schrittweise reduziert und entsprechend mit 10 %, 20 % und 30 % Inkjetdruckprodukten ersetzt. Hierzu sind sowohl Versuche mit pigmentbasierenden als auch farbstoffbasierenden Systemen auf Zeitungspapier (Papier 2) bzw. ungestrichenem Papier (Papier 3) durchgeführt wurden. Grundlage für die Bewertung des Einflusses des Inkjetanteils in der Altpapiermischung waren die Deinkingergebnisse der Altpapiermischung mit 0 % Anteil Inkjet. Abbildung 17 veranschaulicht die Verschiebungen für die einzelnen Mischungen bei den o. g. Parametern (Weißgrad,

55 54 53 52

-1,0

-2,0

-3,0

51

-4,0

70

50

65

60

55

50 0%

10 %

20 %

Anteil Inkjetdruckprodukt

30 %

Filtratverdunkelung [-]

2.5 Zusammenfassung der Resultate des Vergleichstests

2.6 Bewertung des Einflusses unterschiedlicher Anteile von Inkjetdrucken in Altpapiermischungen auf das Deinkingverhalten

Weißgrad [-]

Die von den farbstoffbasierten Inkjetdrucken beim Deinking in das Prozesswasser gelangenden Farbstoffe können durch Bleichchemikalien weitgehend zerstört werden. Eine reduktive Bleiche mit Natriumdithionit bzw. Formamidinsulfinsäure ist merklich wirksamer als die oxidative Bleiche mit Wasserstoffperoxid. Durch die Abtrennung von Faserstoff und Kreislaufwasser im Entwässerungsschritt ist ein gleichzeitiges Bleichen von Faserstoff und Prozesswasser nicht an jedem Punkt der Altpapieraufbereitung möglich. Jedoch könnte durch eine Zugabe von Formamidinsulfinsäure bereits in der Auflösetrommel (Pulper) eine etwaige Verfärbung des Prozesswassers durch die Anwesenheit von farbstoffbasierenden Inkjetdrucken unterbunden bzw. vermindert werden.

sind, das Deinkingverhalten drastisch zu beeinflussen. 5. Das Deinkingverhalten von Druckprodukten mit Farbstofftinten wird stärker vom verwendeten Drucksystem und der darauf verwendeten Tinte beeinflusst, als das bei den Systemen mit Pigmenttinten feststellbar war. 6. Eine reduktive Bleichstufe im Deinkingprozess der Papierfabriken kann die unerwünschte Anfärbung des Faserstoffs und Prozesswassers durch die Farbstofftinten deutlich verringern. Jedoch wären bei der Behandlung des Prozesswassers unter Umständen technologische Umstellungen in den Papierfabriken nötig. Die Bleichreaktion an dem Farbstoff verläuft irreversibel.

Farbaustrag IE [%]

2.4 Einfluss von Bleichchemikalien auf die Verfärbung des Prozesswassers beim Deinking

40 30 20 10 0 0%

10 %

20 %

30 %

Anteil Inkjetdruckprodukt

Abb. 17: Einfluss eines Inkjetdruckprodukts in einer Altpapiermischung dargestellt an verschiedenen Bewertungsparametern bei Verwendung der Inkjetdruckprodukte mit den jeweils schlechtesten De­inking­ergebnissen. = Pigment, Inkjetdrucker 1, Papier 2 = Pigment, Inkjetdrucker 1, Papier 3 = Farbstoff, Inkjetdrucker 6, Papier 2

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V. a*, IE und ΔY) und verdeutlicht die Verschlechterung speziell in der Farbkoordinate a* als auch in der Filtratverdunkelung. Die Zunahme im Weißgrad speziell bei dem Papier 3 beruht darauf, dass dieses Papier im Vergleich zu dem für die Offsetzeitung eingesetzten Rohpapier einen höheren Weißgrad aufweist und damit die Mischung einen Weißgradgewinn erfährt. Die Abschätzung, ab welchem Anteil von Inkjetdruckprodukten in einer Altpapiermischung sich die Deinkbarkeit verschlechtert, ergab Folgendes: 1. Bei Verwendung ausgewählter Rohpapiere ist auf Grund eines erhöhten Inkjetdruckanteils keine Beeinträchtigung der Deinkingergebnisse zu erwarten.

2. Selbst bei Verwendung der Druckpapiere, die zu den schlechtesten Deinkingergebnissen bei pigmentbasierten Inkjetdrucken führen, sind bis zu einer Beimengung von 30 % kaum Probleme zu erwarten. 3. Farbstoffbasierende Inkjetdruckprodukte sind kritischer als pigmentbasierende Produkte zu bewerten. Hier machte sich ein Anteil von 10 % vom Druckpapier mit den schlechtesten Deinkingergebnissen schon sehr deutlich bemerkbar. Es ist den Papierfabriken zu empfehlen, für diese Drucksysteme in Zukunft nur Druckpapiere mit einem guten Deinkingverhalten auf den Markt zu bringen oder reduktive Bleichstufen im Deinkingprozess zu integrieren.

Prüfzertifikat Nr. XXXXX Bewertung der Deinkbarkeit eines Druckprodukts Druckprodukt:

AA BB CC

Druckpapier:

PAPIER XYZ

Papierhersteller: Papierfabrik Standort Straße Ort Land Flächenbezogene Masse: xx g/m² Drucksystem:

Drucksystem ZZZ Firma XXX Druckfarbe YYY

Prüfergebnis:

Das o. g. Druckprodukt wurde nach den Vorgaben der Fogra gedruckt (Fogra test print 12 i) und nach INGEDE-Methode 11 vom Juli 2012 getestet. Die Bewertung nach dem „Deinkability Score“ vom 17.03.2009 ergab XX Punkte (Maximalpunktzahl: 100) und ist damit auf Grundlage des Europäischen Altpapierrats als gut deinkbar einzustufen. Das Druckprodukt erfüllt die Kriterien zur Deinkbarkeit.

3 Strategie­ empfehlung zur verbesserten Verarbeitung von Inkjetdrucken in Recyclinganlagen 3.1 Pigmentbasierte Inkjetdrucke Die Resultate der Untersuchungen im vorliegenden Projekt haben gezeigt, dass das verwendete Druckpapier den größten Einfluss auf die Deinkbarkeit von Inkjetdrucken mit Pigmenttinten hat. Um zukünftige Inkjetdrucke problemlos rezyklieren zu können, soll versucht werden, jedem Anwender ein Hilfsmittel an die Hand zu geben, an dem er erkennt, ob die von ihm verwendete Papiersorte bzw. die Kombination aus Druckmaschine und Druckpapier zu gut deinkbaren Druckprodukten führt. Die Fogra wird daher in Zukunft, basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit, Deinkingprüfungen an Druckprodukten durchführen und die positiv getesteten Papiere zertifizieren. Als Kriterium für die Ausstellung des Prüfzertifikats werden die Anforderungen des Europäischen Altpapierrats zum Deinkability Score (Fassung vom 17. März 2009) angesetzt. Das Zertifikat wird das links abgebildetes Aussehen haben. Um eine möglichst große Akzeptanz bei den Kunden der Inkjetdrucker zu erzielen, wird das Prüfzertifikat von Fogra und INGEDE gemeinsam publiziert. 3.2 Farbstoffbasierte Inkjetdrucke

Das Zertifikat ist gültig bis: 01.11.2014 München, den 01.11.2012

Dr. Wolfgang Rauh Abteilungsleiter Material & Umweltschutz Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V.

Deinkbarkeit

XXXXX

Auch bei farbstoffbasierten Inkjetsystemen hat das Papier einen sehr großen Einfluss, so dass es bei diesen Systemen ebenfalls sinnvoll ist, für bestimmte Kombinationen von Druckmaschine und Druckpapier die Erfüllung der INGEDE Anforderungen durch ein Prüfzertifikat zu bestätigen. Auch hier ist für die Zukunft eine entsprechende Dienstleistung der Fogra geplant. 

–

13

Forschungsbericht 45.001

4 Literatur [1] N. N.: Inkjet-Drucke lassen sich nicht entfärben: Tintenstrahl-Zeitungen und -Werbung sind ökologische Sackgasse. München: INGEDE e.V., 25.02.2008 – Pressemitteilung [2] N. N.: Fakten zum Thema Papierrecycling. München: INGEDE e.V., 2008 – Informationsschrift [3] VRUNO, M.: Mills Fear Inkjet Won´t Recycle. In: Graphic Arts Online, 01.05.2008 [4] Grenoble Technical Conference on Deinking of Digital Prints, organized by Centre Technique du Papier & Grenoble INP-Pagora, 8.-9.11.2011 [5] Beschluss der Kommission vom 16. August 2012 zur Festlegung der Umweltkriterien für die Vergabe des EU-Umweltzeichens für Druckerzeugnisse (Bekanntgegeben unter Aktenzeichen C(2012) 5364) In: Amtsblatt der Europäischen Union [6] Norm INGEDE-Methode 11 : 2007. Assessment of Print Product Recyclability – Deinkability Test [7] Norm INGEDE-Methode 1 : 2007. Test Sheet Preparation of Pulps and Filtrates from Deinking Processes [8] Norm INGEDE-Methode 2 : 2007. Measurement of Optical Characteristics of Pulps and Filtrates from Deinking Processes

14

[9] WAGNER, J.; PUTZ, H.-J.; ­SCHABEL, S.; FAUL, A.: Development of a European Deinkability Test Method and Results of Selected Types of Printed Products. In: 7th Research Forum on Re­cycling, Quebec City, 27.29.9.2004 – Tagungsbericht [10] Norm INGEDE-Methode 8 : 2003. Eingangskontrolle für Altpapierlieferungen der Sorten 1.06, 1.081.11, 2.01, 2.05 und 2.06 (bisher D21-D39, E12, J11, J19) in Ballen [11] N. N.: Laborprüfmethode Nr. 7, Durchführung von Laborbleichen. Voith Paper Fiber Systems GmbH & Co. KG, Ravensburg: 2004 [12] WEIGERT, J.: Paper-Related Innovations and the Impact on Digital Production Printing. 24th International Conference on Digital Printing Technologies and Digital Fabrication 2008; Pittsburgh: 6.-11.9.2008 – Tagungsbericht [13] IMURA, K.; YAMAGUCHI, M.; FUKUDA, Y.: Influence of Media on the Color Balance of Inkjet Printing. 24th International Conference on Digital Printing Technologies and Digital Fabrication 2008; Pittsburgh: 6.-11.9.2008 – Tagungsbericht [14] COSTA, GAMELAS, MOUTHINHO, FERREIRA: The influence of paper surface on inkjet pigment penetration. Appita Journal, Vol 63, No 5; Oktober-Dezember 2010 [15] ZAPKA, W.; RAPP, H.-P.: Improved Reliability in Industrial Inkjet Printing. 24th International Conference on Digital Printing Technologies and Digital Fabrication 2008; Pittsburgh: 6.-11.9.2008 – Tagungsbericht

[16] VOSS, D.; PUTZ, H.-J. Einfluss schwer deinkbarer Papiere auf das Deinkingverhalten von Altpapiermischungen. Vortrag auf dem PTS-CTP Deinking Symposium. München: 24.-26.4.2012

Das Hauptaugenmerk

der Veranstaltung liegt auf dem kleinformatigen Auflagendruck. Die einzelnen Themengebiete umfassen die für Produktionsdrucker wichtigen Schlüsselparameter Druckkosten, Druckqualität, Beständigkeitseigenschaften, Produktivität, Bedruckstoffe und Umweltschutz. Dabei wird auch dem kürzlich erschienenen ProzessStandard Digitaldruck (PSD) ausreichend Raum gewährt. Ausgewiesene Praktiker, international anerkannte Experten aus der Forschung und Hersteller werden in zahlreichen Vorträgen über die neusten Erkenntnisse und Entwicklungen dieses heutzutage nicht mehr wegzudenkenden Bereichs der Druckindustrie berichten.

Geselliger Abend beste Voraussetzungen, alte Bekanntschaften

Neben den Fachvorträgen bietet ein zu pflegen und neue Kontakte zu knüpfen.

Das Symposium richtet sich an alle Personen, die an aktuellen und fundierten Informationen rund um den Digitaldruck interessiert sind. Hierzu zählen Druckereien, Agenturen, Druckeinkäufer, Berater und Hersteller.

Seien auch Sie dabei und melden Sie sich jetzt gleich an! Das detaillierte Programm sowie Ihre Anmeldemöglichkeit finden Sie unter www.ogra.org im Bereich Veranstaltungen.

Fogra Forschungsgesellschaft Druck e.V. Streitfeldstraße 19 81673 München Deutschland/Germany Tel. +49 89. 431 82 - 0 Fax +49 89. 431 82 - 100 [email protected] www.fogra.org