Painatuksen UV-stabiilisuuden optimointi fenolihartsatussa paperissa

Tässä diplomityössä tutkittiin painetun paperin ja siitä fenoliformaldehydihartsilla impregnoimalla valmistetun pinnoituskalvon UV-stabiilisuuden parantamis-mahdollisuuksia. Työn kirjallisuusosassa käsitellään painetun pinnoituskalvon valmistusprosessia ja painatuksen UV-valonkestoon vaikuttavia tekijöitä. Painovärin pigmentti, sen määrä ja käsittely, painovärin sideaine sekä fenoliformaldehydihartsi ja sen lisäaineet vaikuttavat pinnoitetun betonoimisvanerin säänkesto-ominaisuuksiin. Erilaisilla epäorgaanisilla valkoisilla pigmenteillä ja kidemuodoilla on erilainen UV-valonkesto ja taitekerroin. Päällystämällä titaanidioksidi esimerkiksi alumiini- tai zirkoniumoksideilla sen UV-valonkestoa voidaan parantaa merkittävästi. UV-hajoaminen voidaan havaita painetun pinnoitteen liituuntumisena. Liituuntumista voidaan pitää veden ja hapen välisenä reaktiona, jota titaanidioksidi ja UV-säteily katalysoivat. Sen takia myös muiden valkoisten epäorgaanisten pigmenttien ominaisuuksia ja käyttöä selvitettiin. Kokeissa käytettiin yhdeksää eri painoväriä, kahta eri paksuista paperia ja kahta eri tyyppistä hartsia. Painovärejä ohennettiin vedellä ja paperin painopuolta vaihdeltiin. Kaikissa painatuksissa käytettiin kolmea eri rasterointiasteen laattaa, jolloin painovärin määrää paperissa saatiin vähennettyä. Painetuista papereista mitattiin densiteetti, värimäärä, pisara-absorptio vedellä ja kontaktikulma hartsilla. Myös painovärin tunkeumaa selvitettiin paperin poikkileikeistä tehtyjen SEM-kuvien avulla. Painetut paperit impregnoitiin fenoliformaldehydihartsilla kalvoksi. Pinnoituskalvot puristettiin vanerin pinnalle laboratoriopuristimella. Koekappaleet altistettiin UV-valolle, sateelle ja pakkaselle sääkaapissa 400 h ajan, mikä vastaa noin 1,5 vuotta ulkona Suomen oloissa. Kappaleista mitattiin kiilto, värinmuutos ja liituuntuminen. Pinnoitteen liituuntumista tapahtui vähiten niissä koepisteissä, joissa painatus oli tehty 30 % rasteroidulla laatallaSäänkestävä TiO2 osoittautui hyväksi, mutta myös ZnO-pigmentillä saatiin hyviä tuloksia. ZnO-koepisteessä liituuntumisreaktio ei ole niin voimakkaasti katalysoitu kuin TiO2-koepisteissä. Paksun paperin painatuspuolella näytti olevan merkitystä säänkestoon. Huopapuolelle painettuna pinnoitteen liituuntuminen oli vähäisempää

Value Sales Approach in Digital Printing

Digitaalinen tulostus osana informaatiologistiikan toimialaa elää murroskautta kovankilpailun ja palveluiden kehittymisen myötä. Moderni teknologia mahdollistaa uudenlaisia älykkäitä palveluita, jotka antavat lisäarvoa niin yritysasiakkaille kuin kuluttajillekin. Siten myös myyntiprosesseja kehitetään tukemaan arvon luontia. Tutkimuksen teoreettisessa osuudessa sovellettiin arvon luomiseen ja myymiseen liittyviä keskeisiä teorioita, sekä organisaation ostokäyttäytymisen ja suhdemarkkinoinnin asioita. Empiirinen tutkimus toteutettiin asiakas- ja asiantuntijahaastatteluiden sekä kansainvälisten koulutuspäivien avulla. Työn tavoitteena oli luoda teoreettisen ja empiirisen tutkimuksen tulosten pohjalta ohjeistus digitaalisen tulostuksen palveluiden arvomyyntiin. Lisäksi työssä käsiteltiin myyntiprosessiin liittyviä kysymyksiä alan ominaispiirteet huomioon ottaen.

Drying of Ink in Inkjet Printing

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.

Assessing the technical competitiveness of printing papers

This dissertation studies the technical quality assessment of a printing paper. The theoretical framework basis on the customer value hierarchy concept and the product integrity concept. The experimental part of the research was divided into two phases: Interviews of the publishers and the printers and the testing of the technical quality of selected consumer magazines and a set of selected white paper samples. The revenue coming from the advertising and the revenue coming from the copy sales arethe most important factors of efficiency of the publisher. They form the highest level in the customer value hierarchy of the publisher. A printed product is profiled according to the target group and product segment. There is no absolute level of good printed quality. It can be studied only in context of the requirements set on the printed product. Publishers quality expectations are basic elements of external product integrity. The most important elements of efficiency of the printer can be summarised to reaching high production efficiency in order toattain good profitability and competitive delivery times. Printers' factors of efficiency base on the customers expectations on the consequences in use situation in the customer value hierarchy. They form the basis of internal productintegrity. The use of purely technical testing to classify printed products according to the customers' expectations proved to be only indicative at its best. The information gathered from the interviews was documented and sorted withthe help of the QFD-technique. The technical quality of two different coated paper grades were assessed based on the customer expectations and based on the best achievable quality. When customer requirements are used for the basis of assessing the technical quality of printing papers the order from best to worst is different than when comparing the papers just based on the best achievable quality.

An Optimum Coating Colour Formula for CSWO-printing

Pigmenttipäällystyksen tarkoituksena on parantaa painopapereiden pintaominaisuuksia. Tämän työn tarkoituksena oli löytää sopiva päällystyspasta päällystetylle coldset-paperille. Kirjallisuusosassa on käsitelty coldset-painatusta ja sen ongelmia. Päällystysmenetelmän perusteita, pastan ominaisuuksia ja niiden vaikutusta päällystystulokseen on myös käsitelty. Lisäksi on esitelty joitakin päällystetyn paperin pinnantutkimusmenetelmiä. Kokeellisessa osassa on tutkittu erilaisten pastakoostumusten ja päällystemäärien sekä kalanteroinnin vaikutusta paperin painettavuuteen. Paperit on päällystetty Helicoaterilla ja joitakin pastoja on testattu myös pilot-mittakaavaisessa päällystyksessä. Selitystä paperin käyttäytymiseen painatuksessa on etsitty päällystetyn paperin pintarakenteesta. Paras painettavuus saavutetaan päällysteellä, jossa pigmenttinä on vain karbonaatti. Painojälkeä voidaan parantaa käyttämällä kalsinoitua kaoliinia yhdessä karbonaatin kanssa, mutta tämän päällysteen pintalujuus ei ole riittävä CSWO-painatukseen. Tärkkipigmentti parantaa veden ja painovärin absorptiota ja siten tekee painetun tuotteen kuivemmaksi ja miellyttävämmän tuntuiseksi, mutta aiheuttaa smearingia. Tämä johtuu liian nopeasta musteen asettuvuudesta. "Pehmeä" SB-lateksi soveltuu paremmin offset-painatukseen kuin "kova" lateksi, joka sisältää myös PVAc:ta. "Pehmeällä" lateksilla saadaan parempi pintalujuus ja painojälki kuin "kovalla" lateksilla. Paperin pölyävyyttä painatuksessa voidaan vähentää nostamalla päällystemäärää ja laskemalla pastan kuiva-ainepitoisuutta. Kalanteroinnilla ei pintalujuutta tai painojälkeä voida parantaa. Selitys tutkimuksessa käsiteltyjen papereiden painojäljelle ja painettavuudelle löydetään tutkimalla päällysteen pintarakennetta. Painojälkeen vaikuttaa eniten päällysteen peittoaste. Huonoa peittävyyttä voidaan parantaa nostamalla päällystemäärää. Pölyäminen painatuksessa johtuu pigmenteistä, jotka eivät ole sidottuja paperin pintaan. Tämä taas johtuu pastan huonosta vesiretentiosta. Hyödyllisintä tietoa näiden papereiden pintarakenteesta saadaan tutkimalla pintaa pyyhkäisyelektonimikroskoopilla (SEM), atomivoimamikroskoopilla (AFM) ja laserindusoidulla plasmaspektrometrilla (LIPS). LIPSin etuna on se, että päällystemääräjaukauma voidaan määrittää sekä x-y- että z-suunnassa samanaikaisesti samasta kohdasta. LIPSissä myös näytteen preparointitarve on hyvin vähäinen.

Digital printing delivering value to the value network: CASE: STORA ENSO OYJ

Tutkielman tavoitteena oli tutkia, millaista arvoa digitaalinen painatusmenetelmä tuo yrityksen arvoverkostoon. Teoriaosassa tavoite oli rakentaa digitaalipainatuksen arvoverkostoa tutkien kirjallisuutta liittyen arvoketju- ja arvoverkostoajatteluun. Myös aiemmat tutkimukset ja kirjallisuus liittyen digitaalipainatukseen rakensivat osaltaan teoreettisen viitekehyksen muodostumista. Aiemmat tutkimukset digitaalisen painomenetelmän mahdollisuuksista ovat hyvin tekniikkapainotteisia, siksi tämä tutkimus liittyy enemmän kaupallisiin mahdollisuuksiin. Empiirinen osio tutkimuksesta tehtiin kvalitatiivisena case -tutkimuksena, johon sisältyi yksi alayksikkö. Eli tutkittiin yhtä casea, jossa oli kaksi osapuolta. Tutkielma liittyy kiinteästi Stora Enson ja Valion väliseen digipainatus-projektiin, joka käynnistettiin helmikuussa 2001. Tutkielman teemahaastatteluihin valittiin henkilöt tästä projektiryhmästä. Projektiryhmän mielipiteitä ja havaintoja hyödyntäen pyrittiin löytämään tukea ja eroavaisuuksia teoriaosan muodostamaan viitekehykseen ja informaatioon. Empiirinen osuus tuki teoriaosassa esittämiä väittämiä hyvin, mutta myös muutamia uusia havaintoja esiintyi. Tutkimusongelmaan löydettiin monia vastauksia: digitaalipainatus luo arvoa yrityksen jakeluketjuun vähentämällä varastoja ja nopeuttamalla toimituksia. Jäätelöpakkausten markkinointi on aivan uuden haasteen edessä, koska mahdollisuudet kasvavat digitaalipainatuksen myötä huomattavasti. Kartongin valmistajalle arvo tulee parempien tuotteiden kautta, joista saa myös paremman tuoton. Digitaalipainatuksen arvoverkostossa tulee tapahtumaan muutoksia jatkossa, eri osapuolten roolit saattavat muuttua radikaalisti. Kuka hoitaa painatusta ja miten?

The Comprehensive Standardization of the Graphic Industry Production Chain in the Printing House

The purpose of this thesis was to investigate Job Definition Format (JDF) and how it could be used in printing house's systems. JDF is a very new information exchange standard, and it gives a lot of opportunities to the printing industry. JDF is the first standard, that has an ability to carry a print job from genesis through completion. Besides, JDF has an ability to bridge the communication gap between production and management information services. In the study of JDF we focused on examining how JDF will effect on printing industry .The thesis also examines printing houses's systems ability to work with JDF standard. The result of the study is a comprehensive picture, what is JDF. We also researched the system developers' visions, how JDF will effect on their products in the future.

Quality potential of DIP and hardwood CTMP based raw materials in woodcontaining printing paper

The objective of the thesis was to define the quality potential of DIP and hardwood CTMP based raw material furnish for a printing paper production and to define the end product's pulp-based boundary conditions especially when thinking of Chinese markets. Although the Chinese paper industry expands rapidly, the production of some paper grades is still exiguous. Especially the softwood resources are limited in Asia, thus the purpose of the thesis was to find out the possibilities to produce printing paper in China from local raw materials. Bleached CTMP can be produced, for example, from fast-growing hardwood species like eucalyptus and poplar. Therefore in this thesis it was examined if good quality printing paper is possible to produce by using deinked pulp and hardwood CTMP based furnish. In the first section of experimental part, various deinked pulps and chemithermomechanical pulps were compared. The deinked pulps were from China, Central Europe and Finland. Central European was made for magazine papers, and the Chinese as well as the Finnish pulps were made for newsprints. Two of the BCTMPs were from China and those both were made from poplar, whereas one BCTMP was made from eucalyptus in a pilot plant. There were significant differences especially between BCTMPs and their paper properties. In the second section of experimental part, the deinked pulp and eucalyptus BCTMP were blended to produce handsheets. The results show that producing the highest quality printing paper would be difficult from these raw materials. Deinked pulp affected especially the strength and optical properties as well as calender blackening. The BCTMP was found to have effects mostly on the smoothness, strength and optical properties as well as calender blackening.

Validation of plant dynamic model by online and laboratory measurements – a tool to predict online COD loads out of production of mechanical printing papers

COD discharges out of processes have increased in line with elevating brightness demands for mechanical pulp and papers. The share of lignin-like substances in COD discharges is on average 75%. In this thesis, a plant dynamic model was created and validated as a means to predict COD loading and discharges out of a mill. The assays were carried out in one paper mill integrate producing mechanical printing papers. The objective in the modeling of plant dynamics was to predict day averages of COD load and discharges out of mills. This means that online data, like 1) the level of large storage towers of pulp and white water 2) pulp dosages, 3) production rates and 4) internal white water flows and discharges were used to create transients into the balances of solids and white water, referred to as “plant dynamics”. A conversion coefficient was verified between TOC and COD. The conversion coefficient was used for predicting the flows from TOC to COD to the waste water treatment plant. The COD load was modeled with similar uncertainty as in reference TOC sampling. The water balance of waste water treatment was validated by the reference concentration of COD. The difference of COD predictions against references was within the same deviation of TOC-predictions. The modeled yield losses and retention values of TOC in pulping and bleaching processes and the modeled fixing of colloidal TOC to solids between the pulping plant and the aeration basin in the waste water treatment plant were similar to references presented in literature. The valid water balances of the waste water treatment plant and the reduction model of lignin-like substances produced a valid prediction of COD discharges out of the mill. A 30% increase in the release of lignin-like substances in the form of production problems was observed in pulping and bleaching processes. The same increase was observed in COD discharges out of waste water treatment. In the prediction of annual COD discharge, it was noticed that the reduction of lignin has a wide deviation from year to year and from one mill to another. This made it difficult to compare the parameters of COD discharges validated in plant dynamic simulation with another mill producing mechanical printing papers. However, a trend of moving from unbleached towards high-brightness TMP in COD discharges was valid.

Effects of Surface Properties and Wood Modification into Direct Printing on Wood

Building industry is a high volume branch which could provide prominent markets for wood based interior decoration solutions. Competition in interior decoration markets requires versatility in appearance. Versatility in wood appearance and added value could be achieved by printing grain patterns of different species or images directly onto wood. The problem when planning wood printing’s implementing into durable applications is basically how to transfer a high quality image or print sustainably onto wood, which is porous, heterogeneous, dimensionally unstable, non-white and rough. Wood preservation or treating, and modification can provide durability against degradation but also effect to the surface properties of wood which will effect on printability. Optimal adhesion is essential into print quality, as too high ink absorbance can cause spreading and too low ink absorbance cause pale prints. Different printing techniques have different requirements on materials and production. The direct printing on wood means, that intermedias are not used. Printing techniques with flexible printing plates or in fact non-impact techniques provide the best basis for wood printing. Inkjet printing of wood with different mechanical or chemical surface treatments, and wood plastic composite material gave good results that encourage further studies of the subject. Sanding the wood surface anti-parallel to the grain gave the best overall printing quality. Spreading parallel to the grain could not be avoided totally, except in cases where wood was treated hydrophobic so adhesion of the ink was not sufficient. Grain pattern of the underlying wood stays clearly visible in the printed images. Further studies should be made to fine tune the methods that already gave good results. Also effects of moisture content of wood, different inks, and long-term exposure to UV-radiation should be tested.

Consumer Attitudes on Aroma Printing

Olfactory packaging is an emerging technology which uses the aromatic capsules to release various scents. Normally, manufacturers add these aromatic capsules in the printing ink, the label or packaging material itself. When the aromatic capsules meet suitable release triggers, the scents will be released. The common release triggers are external forces, temperature changes, humidity changes and so on. The aim for this Masters of Science Thesis is to understand the aroma printing technology from literature and make market research for this kind of technology. The main target is to collect the current technology principle of aroma packaging and figure out how they are implemented on products with those. In addition, an investigation is made about consumers' attitudes from Chinese and Finnish market through the questionnaire, and the market potential is analyzed as well. The key points researched in this work are: the general attitudes on aroma printing technology, market potential and economic possibilities. This thesis specifies the main technologies used in aroma printing, the solutions of products with aroma packaging and the original results of the questionnaires. It also includes analysis of the acceptance of Chinese and Finnish consumers, what are their opinions of the aroma printing technology and the products packed by aroma printing technology. In addition, various factors which impact the market is discussed in the thesis. At last, some comparisons are made from the point of views of similarities and differences between Chinese and Finnish market.

Liquid transportation and distribution during (re)wetting : impact on coated papers in printing

In many industrial applications, such as the printing and coatings industry, wetting of porous materials by liquids includes not only imbibition and permeation into the bulk but also surface spreading and evaporation. By understanding these phenomena, valuable information can be obtained for improved process control, runnability and printability, in which liquid penetration and subsequent drying play important quality and economic roles. Knowledge of the position of the wetting front and the distribution/degree of pore filling within the structure is crucial in describing the transport phenomena involved. Although exemplifying paper as a porous medium in this work, the generalisation to dynamic liquid transfer onto a surface, including permeation and imbibition into porous media, is of importance to many industrial and naturally occurring environmental processes. This thesis explains the phenomena in the field of heatset web offset printing but the content and the analyses are applicable in many other printing methods and also other technologies where water/moisture monitoring is crucial in order to have a stable process and achieve high quality end products. The use of near-infrared technology to study the water and moisture response of porous pigmented structures is presented. The use of sensitive surface chemical and structural analysis, as well as the internal structure investigation of a porous structure, to inspect liquid wetting and distribution, complements the information obtained by spectroscopic techniques. Strong emphasis has been put on the scale of measurement, to filter irrelevant information and to understand the relationship between interactions involved. The near-infrared spectroscopic technique, presented here, samples directly the changes in signal absorbance and its variation in the process at multiple locations in a print production line. The in-line non-contact measurements are facilitated by using several diffuse reflectance probes, giving the absolute water/moisture content from a defined position in the dynamic process in real-time. The nearinfrared measurement data illustrate the changes in moisture content as the paper is passing through the printing nips and dryer, respectively, and the analysis of the mechanisms involved highlight the roles of the contacting surfaces and the relative liquid carrier properties of both non-image and printed image areas. The thesis includes laboratory studies on wetting of porous media in the form of coated paper and compressed pigment tablets by mono-, dual-, and multi-component liquids, and paper water/moisture content analysis in both offline and online conditions, thus also enabling direct sampling of temporal water/moisture profiles from multiple locations. One main focus in this thesis was to establish a measurement system which is able to monitor rapid changes in moisture content of paper. The study suggests that near-infrared diffuse reflectance spectroscopy can be used as a moisture sensitive system and to provide accurate online qualitative indicators, but, also, when accurately calibrated, can provide quantification of water/moisture levels, its distribution and dynamic liquid transfer. Due to the high sensitivity, samples can be measured with excellent reproducibility and good signal to noise ratio. Another focus of this thesis was on the evolution of the moisture content, i.e. changes in moisture content referred to (re)wetting, and liquid distribution during printing of coated paper. The study confirmed different wetting phases together with the factors affecting each phase both for a single droplet and a liquid film applied on a porous substrate. For a single droplet, initial capillary driven imbibition is followed by equilibrium pore filling and liquid retreat by evaporation. In the case of a liquid film applied on paper, the controlling factors defining the transportation were concluded to be the applied liquid volume in relation to surface roughness, capillarity and permeability of the coating giving the liquid uptake capacity. The printing trials confirmed moisture gradients in the printed sheet depending on process parameters such as speed, fountain solution dosage and drying conditions as well as the printed layout itself. Uneven moisture distribution in the printed sheet was identified to be one of the sources for waving appearance and the magnitude of waving was influenced by the drying conditions.