Analysmetoder för att prediktera/utvärdera tryckkvaliteter i offset för olika kartongkvaliteter S A R A S A B E R I

Transkript

1 Analysmetoder för att prediktera/utvärdera tryckkvaliteter i offset för olika kartongkvaliteter S A R A S A B E R I Examensarbete Stockholm, Sverige 26

2 Analysmetoder för att prediktera/utvärdera tryckkvaliteter i offset för olika kartongkvaliteter S A R A S A B E R I Examensarbete i publiceringsteknik om 2 poäng vid Programmet för maskinteknik Kungliga Tekniska Högskolan år 26 Handledare på CSC var Christer Lie Examinator var Nils Edlund TRITA-CSC-E 26:61 ISRN-KTH/CSC/E--6/61--SE ISSN Kungliga tekniska högskolan Skolan för datavetenskap och kommunikation KTH CSC 1 44 Stockholm URL:

3 Analysmetoder för att prediktera/utvärdera tryckkvaliteter i offset för olika kartongkvaliteter Sammanfattning Denna studie har genomförts på uppdrag av Korsnäs AB i Gävle. Den största delen av studien har utförts på STFI Packforsk och en del på Korsnäs AB. Korsnäs AB har sedan en tid börjat tillverka bestruken kartong, D, för olika marknads segment. Den dominerande trycktekniken för kartong D är arkoffset. Uppgiften med examensarbetet var att öka kunskapen för offsettryck relaterat till Korsnäs nya produkter. Undersökningen har riktats mot analysmetoder för utvärdering av tryckkvalitetsegenskaper på kartong och speciellt för Kartong D. I uppgiften har också ingått att ta fram en rekommendation till antal metoder som Korsnäs AB kan använda i framtiden, samt kartlagt problemområde för deras produkter. Dessutom har Korsnäs kartongs D (kant och mittrulle) jämförts med liknande produkter med avseende på tryckbarhet. Studien baseras mätningar och analyser på åtta olika kartongkvaliteter. De kartonger som ingår i studien har bestämts av uppdragsgivare (Korsnäs AB). Tre av dessa är konkurrerande produkter till Korsnäs och resterande är Korsnäs egna produkter. Av säkerhetskäl har produkternas namn kodats till A, B, C, D k, D m, E, F och G. Produkterna har grupperats i bestruken kartong (grupp-1) och obestruken kartong (grupp-2). Bestruken kartong har delats i konkurrerande produkter (A, B och C) och Korsnäs produkter (D k, D m, E och F). G som är också Korsnäs produkt tillhör grupp- 2. För att studera och kartlägga olika analysmetoder för utvärdering av tryckkvalitet inom offset har undersökts ytkarakteriseringsegenskaper som ytråhet, ytkompressibilitet, yttopografi, ytenergi, glansvariation och porsstorleksfördelning. Egenskaper som färgsättning, färgbehov och ytstyrka har studerats för att undersöka kartongkvalitet i labbskala. Vid utvärdering av kartongens tryckkvalitet i fullskala har kontrollparametrar som flammighet, färgåtergivning, punktförstoring, tryckdensitet, kontrast och tryckglans utförts. Av mätresultaten framgår att produkt A har den bästa tryckytan i jämförelse med andra konkurrerande och Korsnäs produkter. För att hitta problemområden för Korsnäs, har Korsnäs kartongs D k, D m jämförts med produkt A. Tryckkvalitetsproblem för Korsnäs kartonger D k, D m är att de har hög ytråhet i jämförelse med kartong A. Arbetet har även gett kunskap om hur tryckytan ska vara för att få det bästa tryckresultatet. Tryckkartong måste ha god ytstyrka samt ytskikt med många små porer som ger god färgkontrast, lägre färgbehov och mindre punktförstoring. En slät yta tar lättare upp tryckfärgen och trycket blir jämnare och mindre flammigt.

4 Analytical methods for evaluating the printed qualities by the offset technique for various cartons Abstract This study was done on behalf of Korsnäs AB in Gävle. The main part of the study was concluded at STFI- Packforsk, while the rest was completed at Korsnäs AB. Recently, Korsnäs AB started to manufacture a special coated carton known as D, using the common technology sheet fed offset. This study is aimed to expand Korsnäs s understanding of the sheet fed offset printing technology using carton D. To achieve this task, we planned and carried out a range of experiments to evaluate the quality of the final product; carton D. The study also involves a number of recommendations for Korsnäs AB to improve its future research facilities utilized in assessing carton D using the sheet fed offset technology. It also involves finding and evaluating any problems related to this product. The study is based on evaluation of eight cartons produced by a variety of manufacturers. Three of these cartons are produced by competing companies, while the rest are produced by Korsnäs AB. Due to confidentiality, product names have been concealed, and each product was substituted with a specific symbol. These symbols are: A, B, C, D k, D m, E, F, and G. Subsequently, these products were divided into two groups; the first group consists of the coated cartons, while the second group contains the uncoated cartons. Consequently, Group 1 was subdivided into two groups; the first one consists of the cartons produced by competing companies (A, B, C), while the second group contains the cartons manufactured by Korsnäs AB (D k, D m, E, F). As mentioned earlier, the study aims to expand Korsnäs s perceptive of the sheet fed offset technology by evaluating the quality of carton D through a range of experiments. The experiments focused on studying the characteristics of carton s D surface, this included studying the surface roughness, surface compressibility, surface topography, surface energy and gloss variation. Ink setting, ink mileage and surface strength methods are used to study the quality of carton in laboratory scale. For evaluating the quality of the printed cartons, a number of control parameters ex mottling, colour gamut, dot gain, print density, contrast and print gloss were measured. It was found that carton A is superior to the other products. To understand the shortcomings of carton D, a comparison between carton A and D was drawn. It was found that carton D has a higher surface roughness compared to carton A. The results of these experiments revealed that the best printing quality was achieved with cartons that have a high surface strength with multiple small pores. The experiments also revealed that surface smoothness improves ink distribution and yields more even printing with low mottling. I trust that this study will assist Korsnäs AB to develop a better understanding, and to improve the surface characteristics of their cartoons for a higher printing quality.

5 Förord Denna rapport är resultatet av ett examensarbete som utgör avslutningen på min civilingenjörsutbildning i maskinteknik med inriktning mot publicering teknik vid Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), i Stockholm. Arbetet har genomförts under 25/26 och motsvarar 2 akademiska poäng. Jag vill tacka alla som med stort engagemang har besvarat mina frågor och funderingar. Ett speciellt tack riktas till min handledare Miroslav Hoc i STFI. Detta först och främst för att han har fört över mycket av sin tid till mig, han har alltid varit öppen, glad och positiv under hela vår tid tillsammans. Här vill jag också passa på och tacka både Hans Christiansson och Per- Åke Johansson för deras stora hjälp vad det gäller glansvariations mätning. Särskilt tack riktas till mina handledare Christer Lie vid KTH och Britt Adolfsson på Korsnäs i Gävle. Stockholm 6221 Sara Saberi

6

7 Innehållsförteckning 1. Inledning Bakgrund Problemformulering Syfte och mål Avgränsningar Tillvägagångssätt Förstudie Studie i labbskala Studie av fullskaletester Material Tryckkvalitet Offsettryck Litografisk princip Offsetprocessen Tryckintag Kvalitetsegenskaper hos tryckkartong för offset Kartongs tryckbarhet Kartongs körbarhet Krav på offsetkartongs tryckbarhet och körbarhet Tryckkvalitet Defekter i offsettryck Misspassning flammighet Prickar Smetning Toning Genomförande och resultat Kartongegenskaper Färgsättning Klibb Färgsättningstid Ink/ Surface Interaction Tester, ISIT- apparat Fel och problem som är oberoende av kartongmaterial Resultat Nappning Nappningsmotstånd Princip Resultat Ytprofil FRT- apparat Metodbeskrivning Begrepp och definitioner Resultat Ytråhet Bendtsen- metoden Resultat Ytkompressibilitet Metod... 17

8 Resultat Ytenergi Ytspänning Vad är kontaktvinkel? Dynamisk kontaktvinkel Resultat Färgbehov Resultat Glansvariation Metodbeskrivning Resultat Porstorleksfördelning (Kvicksilver porosimetri) Penetrometer Resultat Tryckkvalitéer Besöket på Gävle Offset Syfte och mål Gävle Offset Metod Resultat Kontroll parametrar för tryckta prover i fullskala Mottling Metod Resultat Färgdensitet Resultat Punktförstoring Metod Resultat Kontrast Resultat Tryckglans Resultat Färgåtergivning Färgsystem Färg mätning enligt CIE ( Commission Internationale d Eclairage) Faktorer som påverkar färgåtergivning Metod Resultat Subjektiv bedömning Metod Resultat Diskussion Slutsatser Referenser Bilageförteckning... 45

9 1. Inledning Det här kapitlet beskriver examensarbetets problemformulering, syfte och mål samt ger en kort bakgrund till problemet. Det behandlar även om avgränsningar. 1.1 Bakgrund Korsnäs grundades 1855, en ägare, 11 medarbetare och har fyra produktområden. Huvud produktområdet är vätskekartonger till drycker och andra flytande livsmedel. Korsnäs näst största produkt är ytskiktet på wellpapp vilket är ett material som utvecklades redan på 187- talet. Man behövde ett förpackningsmaterial som var både starkt och lätt för att transportera saker. Dessutom tillverkas kraftpapper som används i starka papperssäckar och påsar. Fluffmassa är slutligen det fjärde produktområdet. Den används till pappersnäsdukar, blöjor och mycket annat. ( Dessutom har Korsnäs AB sedan en tid börjat tillverka bestruken kartong (D). Arkoffset är den dominerande trycktekniken för kartong D. Målet är att öka kunskapen inom offsettryck relaterat till nya produkter. För att uppnå detta har utredningen riktats mot analysmetoder för utvärdering av tryckkvalitetsegenskaper på kartong D. Det slutliga tryckresultatet påverkas av ett stort antal variabler vilka är delvis relaterade till kartongkvalitet på många olika sätt. Exempelvis är de vanligaste mät- parametrarna vid utvärdering av kartongkvaliteter, färgsättning, ytstyrka, ytråhet, ytkompressibilitet, ytenergi, färgbehov, yttopografi, glansvariation och porsstorleksfördelning. De viktigaste tryckkvalitetsparametrarna vilka bör kontrolleras för kartong är punktförstoring, densitet, kontrast, glans, mottling och färgåtergivning. Det slutliga resultat kommer att utgöra en plattform för vidareutveckling av Korsnäs produkter och underlätta vid eventuella kundproblem i framtiden. 1.2 Problemformulering De huvudsakliga frågeställningarna för detta examensarbete är: 1. Vilka metoder finns för att studera kartongegenskaper? 2. Vilka metoder finns för att utvärdera kartongtryckkvaliteter? 3. Vilka metoder rekommenderas Korsnäs att använda i framtiden vid utvärdering av kartongtryckkvalitet inom offset? 4. Vilka kvalitetsproblem är inom offsettryck kan relateras till Korsnäs nya produkt? En viktig fråga i sammanhanget är: Hur bör kartongtryckytan vara för att få det bästa tryckresultatet? 1.3 Syfte och mål Att studera och kartlägga analysmetoder för utvärdering av tryckkvalitet för olika kartonger inom offsetteknik för att kunna föreslå lämpliga metoder som Korsnäs kan använda i framtiden. Dessutom kartläggs problemområden för deras produkter. Vidare ska Korsnäs kartongs D jämföras med liknande produkter med avseende på tryckbarhet. 1

10 1.4 Avgränsningar Det här har varit en explorativ studie vilket inneburit att jag inte kunnat binda mig vid speciell metod. Istället har jag försökt studera och prova de relevanta metoderna för utvärdering av kartongkvalitéer och tryckkvalitéer. 1.5 Tillvägagångssätt Examensarbetet har inletts med en omfattande litteraturstudie. Kontinuerliga möten och telefonsamtal med Miroslav Hoc, Christer Lie och Britt Adolfsson, handledare på STFI, KTH och Korsnäs, har genomförts för att bestämma arbetssätt för studiens fortskridande. En del av mätningarna har utförts på STFI - Packforsk medan den andra delen utförts på Korsnäs Utveckling i Gävle. Offsettryckning har genomförts på Gävleoffset tryckeri i en Heidelberg ark offset press. Studien innefattar tryckning i labbskala samt i fullskala. Utvärdering och sammanställning av tryckresultat har utförts. För att hitta variationer och gränser för eventuella problem relaterat till utvalda produkter har testat befintliga och nya laboratoriemetoder. De nya laboratoriemetoderna innefattar metoder för att studera kartongegenskaper; yttopografi och glansvariation Förstudie För att studera och utvärdera kartongegenskaper respektive kartongtryckkvaliteter, gjordes en sökning på webben samt en litteraturstudie. Studien inriktade sig på kartong som material. Med hjälp av min handledare i STFI har jag kommit fram till de metoder som har använts i denna undersökning Studie i laboratorieskala Studien i laboratorieskala innefattar metoder för att undersöka kartongegenskaper som ytstyrka, ytprofil, ytråhet, ytkompressibilitet, ytenergi, färgsättning och porsstorleks-fördelning Studie av fullskaletester Här innefattar studien metoder för att utvärdera tryckkvaliteter för olika kartonger i fullskala. Korsnäs har bestämt de kartongkvaliteter som ingår i provtryckning. Parametrar som har använts för att kontrollera tryckkvalitet har varit punktförstoring, mottling, kontrast, färgdensitet och färgåtergivning. Dessutom har jag använt en visuell bedömning av urvalet av tryckkvaliteter som ingår i provtryckningen har gjorts av Korsnäs AB. 1.6 Material Uppdragsgivare Korsnäs AB har bestämt de olika kartonger som ingår i denna undersökning. En del av materialen tillhör Korsnäs och den andra delen är konkurrerande produkter i marknad. Korsnäsprodukter är D k och D m (mitt- och kantrulle) 295 g/m², E (en vätska kartong) 17 g/m², F 16 g/m² och G 16 g/m² (en obestruken kartong). De konkurrerande produkter i marknad är A 24 g/m², B 24 g/m² och C 24 g/m². Se tabell 1. 2

11 Tabell 1: Ytvikt g/m 2, bestrykningsskikt g/m 2 och vithet för undersökta produkter Produkt Ytvikt g/m 2 Bestrykningsskikt g/m 2 Vithet A 24 Uppgiften saknas 115,8 B 24 Uppgiften saknas 99,8 C 24 Uppgiften saknas 71,7 D k ,4 D m ,2 E ,1 F ,8 G 16 Har ej bestrykningsskikt 69,1 Det avgörande för kartongens ytvikt är dess funktionalitet dvs. vilken förpackning som skall tillverkas av kartongen. Eftersom i denna studie har jag undersökt endast kartongens tryckbarhets egenskaper så skall ytvikten hos de enskilda kartongerna inte ha något betydelse för resultatet. De kartongerna som jag saknar uppgift om bestrykningsvikt är konkurrenternas kartonger. Att få fram exakt uppgift är svårt eftersom det brukar höra till företagets hemlighet. Det är inte så mycket mängden av bestrykning som är avgörande för tryckkvalitet utan sammansättning av bestrykningsskiktet. Framförallt är mängden och typ av pigmentet likaväl som mängden och typ av bindemedel. Till detta tillkommer naturligtviss bestrykningsprocess, dvs. det sättet som bestrykning appliceras till kartongens yta. 3

12 2. Tryckkvalitet Kapitlet ger en generell översikt över tryckkvalitet inom offset. Först kommer en kortbeskrivning om offsettryckningsteori och offsetprocessar. Därefter beskrivs generella egenskaper för tryckkartong för offset. 2.1 Offsettryck Offset är en mångsidig tryckprocess och används för framställning av flera olika trycksaker. Offset är kraftigt dominerande vid tryckning av dagstidningar. Dessutom används offset frekvent till tidskrifter, reklam, böcker, kataloger och förpackningar. Den litografiska principen är grunden för offsettryck. Den bygger på ett samspel mellan färg och vatten och därför säger man ibland också våtoffset. Det finns även vatten fri offset. (Johansson, Lundberg & Ryberg 21) 2.2 Litografisk princip Våtoffset baseras på den litografiska principen. Metoden baserar sig på att tryckande och icke tryckande ytor skiljs från varandra genom deras olika kemiska egenskaper. De tryckande ytorna består vanligen av polymer och de icke tryckande av aluminium. De tryckande ytorna drar till sig tryckfärgen och brukar därför kallas oliofila. De icke tryckande ytorna stöter bort tryckfärgen och brukar därför kallas för oliofoba. (Karttunen 1993) 2.3 Offsetprocessen Den del av en tryckpress i vilken färgen överförs till tryck bäraren kallas ett tryckverk. I en offsettryckpress består tryckverket av tre delar: en plåtcylinder, en gummidukscylinder och en mottryckcylinder. Offsettryck är en indirekt metod som betyder att färgen inte överförs direkt från tryckplåten till pappret utan plåtcylindern överför först en tryckbild på gummidukcylinder som sedan överför till pappret. Detta gör att bilden på tryckplåten är rättvänd. Se figur 1. Färgvalsar Fuktvalsar Plåtcylinder Gummidukcylinder Tryckark Mottryckcylinder Figur 1 visar offsettryckverk: plåtcylinder, gummidukcylinder och mottryckcylinder. Ett färgverk i en tryckpress består av flera färgvalsar för att färgen ska finfördelas och bilda en tunn färgfilm som överförs till plåtcylinder, gummiduk och pappret. Först tar duktorn upp färg ur en färgkista som sedan överförs till färgverket. Fuktverket har färre valsar än färgverket men de är av samma typ och har samma funktioner. (Johansson et al. 21) 4

13 2.3.1 Tryckintag Tryckintag är de aktiviteter som utförs vid tryckpress fram tills man får ett första godkänt tryckark och innehåller ett antal steg: 1. Plåtintag: för att få så god passning som möjligt mellan de olika tryckfärgerna redan från början är det viktigt att tryckplåtarna sätts in noggrant. 2. Inställning av iläggare: Iläggaren måste ställas in för rätt ark format och så att den bara plockar ett ark i taget. 3. Registrering av arken: det är viktigt att pappersarken eller en kartong registreras ordentligt innan de går in i tryckpressen. 4. Förinställning av färgskruvar: Det tar ganska lång tid innan en korrigering av färgskruvarna ger resultat i trycket. Inställningen sker antingen manuellt eller automatiskt. 5. Inställning av färg- fuktbalans: ett överskott av inemulgerade vattendroppar i färgen kan ge små vita prickar i trycket. Det ger ett tryck med lägre densitet. För lite vatten kan ge toning av de icke tryckande ytorna. För mycket fuktvatten kan leda till att trycket blir flammigt. 6. Passning: tryckfärgerna måste hamna så exakt som möjligt på varandra vid tryckning med flera färgar. 7. Färgmängd: det är viktigt att man ser till att ha rätt färgmängd som ska tryckas på pappret. För mycket färg ger smetning, torkningsproblem och kontrasterna försvinner i mörkare partier. För lite färg leder till blaskiga och tråkiga bilder. 8. Överensstämmelse med förprovtryck kontrolleras genom att se till att tryckresultat överensstämmer med förprovtryck. (Johansson et al. 21) 2.4 Kvalitetsegenskaper hos tryckkartong för offset Offset är den tryckmetod som ställer flest krav på kartongen. Detta beror bland annat på tryckfärgens konsistens och på närvaron av fuktvatten. Offsetkartong ska bland annat ha hög torr och våt styrka samt låg damningstendens. Offsettryckfärgen kan plocka upp lösa eller löst bundna partiklar från kartongytan eller slita sönder kartongytan (nappning) om papprets ytstyrka är låg, färgens viskositet hög eller tryckhastigheten hög. Allt detta inverkar oförmånligt på tryckkvaliteten. Kartongs tryckbarhet och körbarhet är ett två viktiga faktorer som påverkar tryckkvaliteten hos en trycksak. (Karttunen 1993) Kartongs tryckbarhet Kartongens tryckbarhet är summan av de fysikaliska och kemiska egenskaper som skapar förutsättningar för god tryckkvalitet. Pappret ska ta upp den rätta färgmängden i de tryckande ytorna, färgen ska absorberas jämnt för att undvika smetning och på så sätt så att torkningsprocessen inte påverkas menligt. Samtidigt ska det inte ge genomtryck, det vill säga att trycket blir synligt från baksidan på kartongen. Kartongen måste ha en god ytstyrka så att inte fragment ryckas bort från det som medför vita fläckar i trycket. I slutresultat för en trycksak ska densitet inte påverkas negativt utan man ska få både rätt nivå och jämn över trycksaken. Trycksaken ska uppnås optiska egenskaper såsom ljushet, glans och opacitet. Kartongens ljushet är viktig för att ge en god kontrast mellan tryck och färg. (Karttunen 1993) 5

14 2.4.2 Kartongs körbarhet Kartongens körbarhet sammanfattar de egenskaper som påverkar tryckningens produktivitet. Till körbarhetsegenskaperna räknas kartongs fel som orsakar presstop och färgregister fel. (Karttunen 1993) Krav på offsetkartongs tryckbarhet och körbarhet Tryckkartong skall uppfylla många krav från olika håll. Rent mekaniska egenskaper, till exempel styvhet och styrka, är viktiga för att ge en god tryckbarhet och körbarhet. Viktiga optiska egenskaper är till exempel vithet och glans. Kemiska egenskaper som har stor betydelse är ytenergi och absorptionsförmåga. Ytjämnhet eller dess motsats ytråhet är en annan viktig faktor som påverkar tryckkvaliteten. Det är viktigt med jämn absorptionsförmåga. Glättning eller kalandrering* ger förbättringar beträffande jämnhet i absorption. Låg bestrykningsmängd ger endast marginella förbättringar i absorptionsjämnhet om bas kartongen har dålig formation. En stor bestrykningsmängd kan ge jämnare färgabsorption. Bäst både för obestrukna och bestrukna kartong är en bas kartong med jämn fiberfördelning. Dessutom medför kalandrering att kartongens opacitet minskar. (Karttunen 1993) Ojämn färgabsorption ger upphov till ojämnheter i densitet och tryckglans i sådana tryckta ytor som ska ha en jämn densitet. Resultatet av ojämn absorption kan orsaker flammighet i trycksak. (Karttunen 1993) Bestrykning ger en sänkning av ytråhet och färgabsorptionsförmågan som medför att man får en högre färgdensitet vilket är mycket eftersträvansvärt för en given färgmängd på pappret/kartong. Man kan nå denna högre densitet utan att kontrasten i den tryckta bilden försämras. Dessutom höjer bestrykning tryckglansen vilket i sin tur ökar densiteten och färgrymden. Generellt gäller att ju ytråare kartongen är desto större blir punktförstoring i tryckta bilder. (Karttunen 1993) Små fragment av material, vilket kan vara fiber, som lossnar från pappret/kartong och fastnar på en tryckande yta på tryckplåten medför en störning av tryckkvalitet i form av prickar och avbildningar. Därför måste offsetkartong ha en god ytstyrka och hög resistens mot fuktvattnet. En god vattenresistens är viktig för bra färgpassning. För ark offset kan en större orsak till misspassning vara att arken inte är plana på grund av olika fuktinnehåll i arkens kanter och deras mitt (Karttunen 1993); Se figur 2- a, b, c, d. *Kalandrering kartong kalandreras för att dess yta skall bli jämn och få en hög glans. Kalandreringen är en nödvändig process för många tryck kartong för att tryckkvaliteten ska bli tillräckligt hög. (Fellers och Norman 1998) 6

15 Figur 2-a visar att vid för låg fuktighet i kanter gör att kartongets kanter drar ihop sig. Man kan säga med andra ord att kartongen buktar ut på mitten. Figur 2-b visar att vid hög fuktighet i kanterna gör att kartonget sväller längs kanterna. Kartongen blir vågig. Figur 2-c visar att genom uttorkning uppstår rullning vid ensidig belagda kartong. Figur 2-d visar att genom fuktförändringar kan inbyggda spänningar i kartongen utlösas i form av rullning. 2.5 Tryckkvalitet Tryckkvalitet är en viktig ingrediens i den färdiga trycksakens kvalitet. Det är inte lätt att definiera vad man menar med begreppet tryckkvalitet. Det beror till viss del på tillämpningen. Kvalitetsupplevelsen är dessutom alltid mer eller mindre subjektiv och kan variera kraftigt mellan olika betraktare. Att mäta en trycksak är en förutsättning för att se om trycksaken fyller kvalitetskrav för offset. I grunden gäller samma regler och krav för alla tryckförfaranden och metoder. Originallikhet korrigerar för eventuella original fel eller för speciella kundönskemål och anpassar till den aktuella trycksaken. Dessutom strävar man efter en jämn kvalitetsnivå, god läsbarhet hos texten och inga defekter eller störningar som ojämnhet inom enhetliga toner, prickar, genomtryck, smetning, toning, misspassning och moiré. Begreppet originallikhet omfattar flera ingredienser såsom kulör tons återgivning genom hela bildens tonomfång, kontrast och skärpeåtergivning. Man önskar att nå en så hög kvalitet som möjligt som är anpassad till trycksaken samt att variationer i kvalitet hålls jämn inom möjliga gränser. (Karttunen 1993). Framförallt är det två tryckparametrar som påverkar den tryckta bilden, punktförstoring och trappning. Punktförstoring består av två komponenter, mekanisk och optisk punktförstoring. Det som man mäter och som ögat uppfattar är den totala punktförstoringen. Trappning är mera ett kartong färgproblem och har att göra med färgöverföring från tryckverk till kartong. Detta påverkas av färgens egenskaper, om färgens trycks på rent kartong eller vått i vått på en redan tryckt färg, det betyder att man trycker alla färger direkt på varandra innan de har hunnit torka. Både punktförstoring och trappning påverkar nyansen. (Andersson och Klaman 23). 7

16 När man talar om tryckkvalitet tänker man mest på bildens kvalitet men man får inte glömma för god textens kvalitet dvs. att vara lätt att läsa. Störning i läsbarhet kan vara som dålig läsbarhet textskärpa när tecknens konturer är ojämna och låg kontrast när tecken ytans kontrast mot kartongen är låg. Slutligen medför hög glans hos kartong och genomtryck svårigheter att läsa texten. (Karttunen 1993) Defekter i offsettryck En mängd oönskade fenomen kan uppstå i offsettryck under tryckningsgång. Man kan lättare åtgärda tryckproblem om man känner till de olika fenomenen. Här beskrivs några av de fenomenen. (Karttunen 1993) Misspassning Misspassning mellan del färgerna i en fyrfärgbild är ett allvarligt fel i tryckkvalitet. Problem finns i alla tryckmetoder men förekomsten av fuktvatten är en speciell nackdel för konventionell offset. Eftersom fuktvatten kan påverka kartongens dimensioner på ett ofördelaktigt sätt så är det viktigt att fuktvatten hålls konstant och så låg som möjligt. Misspasset kan vara stort på olika delar av tryckarket men störst det är ute i kanterna på trycksak och leder till oskarpa bilder. (Johansson et al. 21) Flammighet Flammighet kan betraktas som variationer i densitet beror på olika orsaker. Detta kan bero på direkt effekt att kartong kan ge ojämn absorption av tryckfärgen och indirekt effekt genom olikformig utveckling av färgskiktets klibb vid den initiala färgtorkningen som i sin tur medför ojämn färgöverföring av nästa färg. Punktbildningen kan vara ojämn genom variationer i fuktvattendistributionen på gummiduk. Dessutom absorberas fuktvatten från ett tidigare tryckverk olikformigt före nästa tryckverk vilket kan påverka färgöverföring. Ju lägre fuktvattenhållning man har desto mindre risk är det för detta fenomen. (Karttunen 1993) Prickar Prickar i tryckt bild kan vara beroende av avsättningar på gummiduk av fiber eller bestrykning från kartongytan som ger vita prickar som fiber och andra fragment i den tryckta bilden. Detta beror på en låg ytstyrka. (Johansson et al. 21) Smetning För stor färgmängd eller efterbehandling av tryckark innan de har hunnit torka tillräckligt medför att de tryckta arken färgar av sig på varandra vilket kallas för smetning. Problemet undviks med sprutpulver eller torkanläggningar. Cyanfärgen brukar vara den svårast att torka och därmed känsligt för smetning. (Karttunen 1993) Toning För lite fuktvatten kan medföra att tryckplåtens icke tryckande ytor färgas och blir tryckande. Detta visar sig som toning av kartongens otryckta ytor. Dessutom kan toning uppstå om fuktvatten är för hårt. (Karttunen 1993). 8

17 3. Genomförande och resultat Kapitlet ger en generell beskrivning för metoder vilka har utförts på STFI och Korsnäs. Först behandlas metoder för att studera kartongegenskaper. Därefter beskrivs metoder vid utvärdering av kartongtryckkvalitet. 3.1 Kartongegenskaper Mätningar för att studera kartongegenskaper som färgsättning, ytstyrka eller linting, topografi, porsstorleksfördelning glansvariation har utförts på STFI. Medan de övriga mätningar för att studera ytråhet, ytkompressibilitet, ytenergi och färgbehov har utförts på Korsnäs Färgsättning Tryckfärger för olika ändamål torkar genom skilda processer. Arkoffset färger torkar i två steg. Först sker en fysikalisk torkning där olja sugs in i kartongen, sedan sker en kemisk torkning, oxidation. (Bell & Company 1999). Färgens kulörmässiga egenskaper beror på dess pigment. Det är små partiklar som kan vara av både organisk eller oorganisk natur. För att pigmenten ska bindas vid kartongen omges de av ett så kallat bindemedel. Bindemedel i offsetfärger består av harts, alkyd och mineralolja och det är dessa sammansättningar som ger färgen dess torkegenskaper. Det första som sker när färgen hamnar på kartongen är att mineraloljan absorberas av kartongen för att färgen ska gå in i sin första torknings fas, den så kallade sättningen (fysikalisk torkning). Vid absorption sugs oljan upp av kapillärkraften mellan kartongens fiber. Det är därför viktigt att kartongen har god absorptionsförmåga. Samtidigt är det viktigt att pigmenten inte absorberas av kartongen utan stannar på ytan. Om pigmenten absorberas får man en sämre mättnad hos färgen. Pigmenten, alkyden och hartsen, som inte absorberas av kartongen stannar kvar på ytan och bilder en slags gel. Detta gel gör att färgen blir tillräckligt torr för att inte smeta av sig på nästa tryckark när arken läggs på varandra. Gelén torkar sedan genom att alkyden oxiderar. Den ingår en kemisk reaktion med luftens syre. Detta är andra torkningsfasen, den så kallade härdningen (kemisk torkning). (Johansson et al.21). Följaktligen kan man säga att färgsättningen är en del av torkningsförloppet och innebär att färgens oljor tränger in i bestrykningsskiktet eller med andra ord kartongens absorption av tryckfärgs olja, varvid färgens viskositet stiger. (Karathanasis 22) Klibb Klibb är en mycket viktig egenskap hos tryckfärgen för det praktiska tryckarbetet vid offset. Man kan säga att färgens klibb tal är maximala färgens motstånd mot uppspaltning mellan två färgbärande ytor som varit i kontakt med varandra, exempelvis vid färgöverföring från formvals till tryckplåt eller från gummiduk till kartong. Ju större kraft som behövs för splittringen desto större är färgens klibb. (Person 1981). Färgens klibb är beroende av färgens torknings tid och papprets uppsugningsförmåga. Relationen mellan färgen och pappret kan beskrivas med tre steg som är Time Rise, Maximum Seperation force och Surface tack Decay. Se Figur 3. 9

18 Figur 3 visar relationen mellan färgen och pappret kan beskrivas med tre steg som är Time Rise, Maximum Seperation force och Surface tack Decay. Under Rise Time ökar klibbet hos färgfilmen till följd av uppsugningshastighet av kartongens. Under denna tid ökar viskositeten för kvarvarande färg på ytan. En del av oljan från tryckfärg separeras och absorberas med kapillärkraften. Maximum Seperation force är en kombinerad mått av adhesivitet av färgens skikt mot bestryknings skikt och kohesivitet i färgens skikt. När färgfilmens klibb återigen minskar genom att färgen torkar, kallas detta steg för Surface tack Decay. (Bell & Company 1999) Färgsättningstid Sättningstid är den totala tiden innan färgen blir så torr att färgen från ett tryckark inte klibbar av sig och ger avtryck på en gummiduk. Sättnings tid påverkas bland annat av färgens egenskapar, filmtjockleken, och papprets absorptionsförmåga. Dessutom påverkas färgsättningstiden av temperatur, fuktvatten och tryckhastighet. (Leach 1997) Ink/ Surface Interaction Tester, ISIT- apparat ISIT- apparat används vid studier av trycktfärgens klibb. Apparaten mäter kraften som behövs för att separera en gummicylinder från en tryckyta. Gummicylinder pressas först mot tryckyta med en kraft motsvarande 4 N. Efter en sekund dras gummicylinder tillbaka tills ytorna separeras från varandra. Dynamisk mätning av separationskraft resulterar i en färgsättningsfunktion vilken är avhängigt ytans porvolym och porsstorleksfördelning. Syftet med metoden är att utvärdera bestrykningsskikts oljeabsorptions förmåga genom att mäta kraft växelverkan mellan färg och kartong som funktion av tid Fel och problem som är oberoende av kartongmaterial 1. Dålig rengjord utrustning kan ge en stor spridning. 2. Provstycke är ej tejpat tillräckligt bra vilket leder till att provet följer med tackdisk efter att ha tagit sampel. 3. Eller en luftbubbla på tejpat provstycke kan ändra provresultat. 1

19 Resultat 1. Det finns inte stora skillnader bland provmaterialet utom för prov E vars kurva går ner långsammare än de andras. Detta kan beror på strukturskillnad. Se figur 4. Kraft,N Time, s A B C D-k D-m E F G Figur 4 visar att det inte finns stora skillnader mellan olika produkter utom vätskekartong E som går ner långsammare än de andra gör. Maxklibbet är 8N utom för prov E med max klibbet 7N. 2. Vid kraften 3 N har E produkt den högsta färgsättningstid som ligger på 31,5 s bland bestrukna kartonger medan D k (kantrulle) har lägst färgsättningstid. Se figur Time, s Kraft, 3N 24. A B C D-k D-m E F G Figur 5 visar att vid 3N kraft har prov E den högsta färgsättnings tid bland bestrukna kartong medan D k har lägsta värde på färgsättningstid. 3. En jämförelse mellan färg utan fuktvatten och färg med en viss mängd av inemulgerat fuktvatten visar att den initiala ökningen i klibb inte påverkas av fuktvatteninnehåll. 4. Vid fuktvatten i färg uppnås det maximala klibbet snabbare än utan inemulgerat fuktvatten, det vill säga när fuktvatten blandas i tryckfärg minskar dess maximala klibb- tal. Skillnaden minskar om ytan är obestruken (G). Se figur 1 bilaga nr.1 Diagrammet nedan visar att färgsättningskurvan för D k går snabbare ner och vätskekartong E går långsammare än de andra kartongkvalitéerna. Se figur 6. 11

20 Kraft, N Time, s A B C D-k D-m E F G Figur 6 visar hur snabbt färgen med fuktvatten tränger in i olika kartongs ytor. D k kurvan går ner snabbare än de andra gör. E-vätska kartong kurvan går ner långsammare än andra produkter. 5. Vid kraften 3 N har prov E högst färgsättnings tid som ligger på 23 s för tryckfärg med fuktvatten i jämförelse med andra bestrukna kartonger medan D k (kantrulle) har lägst färgsättningstid. Se figur 7. Time, s A B C D-k D-m E F G Kraft, 3N Figur 7 visar färgsättnings tid för olika kartongkvalitéer vid kraft 3N. Prov E har den högsta färgsättnings tid 23 s, medan D k har det lägsta värdet på färgsättnings tid Nappning Ett problem vid offsettryckning är nappning. Små kartongfragment, som kallas för noppor, lossnar ibland från pappret vid tryckning. Om noppor fastnar på tryckande yta på tryckplåten tar den inte upp färg just där vilket skapar små vita prickar. Noppor kan även fastna på gummiduken med samma resultat. När man får noppor i trycket, måste man stanna tryckpressen för rengöring av gummiduken och tryckplåten för att detta minskar tryckkvalitet. Dessutom kan dessa noppor ansamlas på tryckcylinder och plåtar och orsakar störningar och driftsstopp. Nappning kan uppstå på grund av: 1. En bristing i ytan hos kartong när en yttre dragkraft, som verkar på ytan, är större än kohesionskraften hos kartongen eller kartongen, dålig ytstyrka hos kartongen. 2. För trögflytande färg (hög viskositet). 3. För hög tryckhastighet. 12

21 Vattenfri offset har större problem med nappning och noppor än våtoffset eftersom färgen tenderar att ha högre viskositet i torroffset och fuktvatten i våtoffset i viss mån håller tryckplåtar rena. Vid offsettryck måste man tänka på att pappret bör vara ytstarkt. Den trögflytande tryckfärgen som har hög viskositet tenderar att rycka loss fibrer från kartongen samtidigt som vattnet i processen försvagar pappret. (Johansson et al. 21) Nappningsmotstånd Nappningsmotstånd är den lägsta hastighet vid vilken nappning uppstår. Tryckning utförs med en standardolja ur en serie av tre. Hos vissa kartongkvaliteter kan en speciell typ av nappning uppträda vid bristing mellan olika lager i kartongstruktur och inte i ytan på kartong eller kartong. Denna typ av nappning skiljer sig från ytnappning och kallas för delaminering. Nappningsmotstånd bestäms med en apparat som kallas för IGT- apparat AIC 2-5. IGTapparat består av två enheter; olja applikator och en tryckenhet. (Johansson et al. 21) Princip Ett prov trycks med en rulle som är infärgad med en given mängd standard olja, under ett känt tryck och accelererande rörelse med en känd sluthastighet. Den lägsta hastighet vid vilken nappning observeras är ett mått på papprets nappningsmotstånd Resultat 1. Den svagaste yta bland bestrukna kartongen är för prov B som är mycket känsligt mot höga hastigheter. Ytan är så svag att den inte klarar sluthastighet 5 m/s. Därför minskades hastigheten till 1 m/s. Då är nappningsmotståndet Obestruken kartong G visar att den inte alls påverkas av sluthastighet vid 5m/s. Således höjdes hastigheten till max 7 m/s då uppstår nappningsmotstånd vid 5.11 m/s. 3. Eftersom prov B är så svag att det inte klarar sluthastigheten vid 5 m/s jämfört med andra produkter så tar jag bort den från slutdiagram. Diagrammet nedan visar att den starkaste ytan bland bestrukna kartong är prov E som vid sluthastighet 5 m/s har det största nappningsmotståndet 2.59 m/s medan prov A visar att den har den svagaste ytan då nappningsmotstånd uppträder vid 1.63 m/s. Se figur 8. 3, 2,5 Hastighet m/s 2, 1,5 1, Nappningsmotstånd vid hastighet 5 m/s,5, A C D-k D-m E F produkter Figur 8 Nappningsmotstånd uppträder vid hastighet 5 m/s. Prov E har den största nappningsmotstånd som uppstår vid 2.59 m/s medan prov A har sämsta nappningsmotstånd som uppstår vid 1.63 m/s. 13

22 3.1.3 Ytprofil I många trycktekniska sammanhang är det av intresse att ha kännedom om materialets topografi. Kartongens topografi påverkar till stor del kvalitetsegenskaper som tryckglans och färgåtergivnings jämnhet och ton återgivning. Variation i tryckglans orsakas av ojämnhet i färgfilmens överföring vilken i sin tur är påverkas av ytans topografi. Topografi kan delas upp i tre olika storleksklasser mikroråhet, sub- makroråhet och makroråhet. Med mikroråhet menas den råhet som skapas av bestrykningspigment, makroråhet styrs framförallt av bas kartongstruktur och sub- makroråhet ligger i lägre delen av makro råhetsområdet. Med de tre storleksklasserna blir det enklare att bedöma topografins betydelse för tryckkvalitet. (Ström 5/22) FRT- apparat Kartonger/kartong topografi bestäms genom att ytan skannas med optiska system FRT( Fries Research & Technology) apparat. Ytans profil visar vid de flesta tillfällen ingen regelmässig struktur utan innehåller avvikelser som kan delas in ytjämnhet, vågighet och formfel. Med denna apparat mäts yttopografi genom att fokusera vitt ljus på en provyta. Det infallande ljuset splittras kromatiskt i olika våglängder beroende på fördjupningar och upphöjningar i det analyserade ytan. En spektrometer mäter därefter de dominerade våglängderna i det reflekterade ljuset. Resultat visas i tabell och topografibild av den skannade ytan. Skannade data behandlas sedan i mattlabb programmet. (Barros 24) Metodbeskrivning Varje provyta med storleken 3mm x 3mm har skannats två gångar. Skanningen har gjorts både i horisontal och i vertikalled med 8 mätpunkter per linje och 2 linjer. Mörka områden i bilden svarar mot fördjupningar i ytan och ljusa områden motsvarar upphöjningar i densamma Begrepp och definitioner Total mätsträcka l m är det av avkänningssträckan som blir utvärderad. Ytkriteri Ra är det aritmetiska medelvärdet av alla avstånd inom ytjämnhetsprofilen R till medellinjen inom mätsträckan l m. R a = l 1 m l m Yd x Ytkriteri Rq är det geometriska medelvärdet av alla avstånd till ytjämnhetsprofilen R till dess medellinje inom totala mätsträckan l m Resultat För att utvärdera yttopografi hos olika produkter använder jag ytkriterium Ra. Från tabell 1 och figur 9 framgår att Ra vid horisontal skanning alltid är större än vid vertikal skanning. Detta beror framförallt på att horisontell skanning görs vinkelrätt mot fiberriktningsmaterial medan vertikal skanning görs med fiberriktning. Dessutom visar figur 9 att produkter A, B och D m (mittrulle) har lägre Ra värde för både horisontal och vertikal skanning än de andra bestrukna produkterna. Således har de kartongkvaliteterna A, B och D m (mittrulle) bättre 14

23 yttopografi än de andra. Prov G tillhör grupp 2 vilken är obestruken och därför har den råare ytan. 8 Ra µm A B C D-k D-m E F G Produkter Ra µm, vertikal skanning Ra µm, horisontal skanning Figur 9-a visar Ra värde för olika kartongkvaliteter vid horisontal skanning och vertikal skanning. Man kan också utvärdera yttopografi med hjälp av diagrammet nedan, där är standard avvikelse (µm) avsedd mot våglängder (mm) i finskalig, mm och grovskalig 1-8 mm. Resultat för undersökta kartongkvaliteter visar att det finns små skillnader bland produkterna i yttopografi inom finskaliga områden men skillnaderna är större i de grovskaliga områdena. Produkter A, B och D m produkter har de slätaste ytor i grovskaligt område medan E, F, C och D k har de grövste yttopografi i dito. Se figur 9-b. Standard avvikelse µm 3,5 3, 2,5 2, 1,5 1,,5, A B C Dk Dm E F G,15625-,3125,3125-,625,625-,125,125-,25,25-,5,5-1 Våglängd mm Figur 9-b visar standard avvikelse µm mot våglängder, mm för undersökta produkterna. 15

24 3.1.4 Ytråhet Ytråhet är ett mått som används för att beskriva hur jämn en yta är. Denna egenskap är väldigt specifik vid försäljning av kartong. För att bestämma ytråheten finns det olika metoder. I Skandinavien används Bendtsen- och PPS- metoden medan i Nordamerika är det Sheffield och PPS- metoden som är vanligast. De metorderna är baserade på mätning av luftläckage som indikerar hur rå en viss kartongyta är genom att tala om hur mycket luft som läcker ut mellan ett mäthuvud och kartongytan under vissa fastlagda förhållanden. Råheten är en funktion av luftflödet mellan en viss plan yta och en kartong. Luften som läcker ut under mäthuvudets kant är beroende av hur pass väl kartongens yta är anpassad till kanten på mäthuvudet. Om man ska trycka på en kartong, är det mycket viktigt att känna till dess ytråhet. Genom att veta kartongens ytråhet kan man bestämma färgbehov. Mer tryckfärg ger också större risk för genomtryck, problem vid torkning. Dessutom påverkar ytans råhet i hög grad resultatet vid ytlimning t.ex. mellan kartong och folie av metall eller plast. (Fellers och Norman 1998) Bendtsen- metoden Bendtsen metoden är en luftläckagemetod för att bestämma ytråhet. En mängd av luft passerar mellan en plan cirkulär ring och ett ark av kartong eller kartong under specificerade förhållande och vid ett visst övertryck. Där luftflödet mellan kartongen och mäthuvudets referens yta rapporteras i ml/min. Mätområde är begränsat till ml/min vilket täcker de flesta kartongkvaliteter. I principen ökar mätvärde med ökad ytråhet då luftläckage ökar och mätvärde minskar med ökad släthet då luftläckage minskar. Metoden är inte lämplig för porösa material eftersom en del av luften kan passera igenom materialets porer och detta leder till att man får ett för högt värde för ytråheten. (Fellers och Norman 1998). Mäthuvudet placeras på provet som vilar på en slät glasyta. Efter en given tid som standarden föreskriver trycker man på en av de tre valbara knapparna som startar en avläsning. Mäthuvudet flyttas manuellt till nästa position och proceduren upprepas. Vi har mätt tio positioner för två ark för varje kartongkvalitet. Varje resultat visas i ett digitalt teckenfönster och skrivs ut på den inbyggda skrivaren. När mätserien är avslutad skrivs en sammanställning med enskilda mätvärden för ytråhet, medelvärden, standardavvikelse, variationskoefficient, max- och minivärde ut Resultat Diagrammet visar att prov E har den största mätvärde på luftläckage och då den största ytråhet medan B- och A- produkter har det lägsta luftläckagevärdet och då lägsta ytråhet enligt Bendsten- metod. På grund av varierande krympningar vid torkningsprocess i kant- och mittrulle för prov D får man varierande ytråhet för samma produkt, dvs. ytråheten har högre värde vid kanterna D k än i mitten D m av samma produkt. Se figur 1. 16

25 Average ml/min Ytråhet- Bendtsen A B C D-k D-m E F G Produkt Figur 1 visar ytråhet för olika produkter. Prov E har högsta ytråhet värde i jämförelse med andra produkter medan prov B och A har lägsta ytråhet värden Ytkompressibilitet Kartongkvalitet är beroende av ett stort antal variabler vilka kommer att påverka det slutliga tryckningsresultatet på många olika sätt. En av de variablerna är ytkompressibilitet. I en tryckpress sker tryckning i ett nyp mellan en tryckvals och en vals. Processen underlättas om ytan är kompressibel så att yta kan anpassa sig till tryckvalsen och på så sätt skapas en bra kontakt vilken underlättar färgöverföring. Det samma gäller i en kalandrering* för att kalandreringen ska ha någon effekt måste kartongytan vara kompressibel eller deformerbar. Metoden ger ett mått på kartongens tryckbarhet, trots att den inte avspeglar någon verklig trycksituation Metod Med Parker Print Surf- PPS apparat, ISO , mäts ytråhet vid 1 MPa och 2 MPa. Sedan beräknas ytkompressabilitet med hjälp av ekvationen: G2 G1 Ytkompressibilitet = * 1 G 2 där, G 2 är ytråhet vid 1 MPa, G 1 är ytråhet vid 2 MPa Resultat Diagrammet visar att prov A och B produkter har de lägsta ytkompressibilitetsvärde av de bestrukna kartongerna. Prov E har det högsta ytkompressibilitetsvärde. 17

26 35 Ytkompressibilitet% Ytkompressibilitet A B C Dk Dm E F G Produkter Figur 11 visar ytkompressibilitet för olika produkter. A och B har de lägsta värdena medan produkt E har det högsta värdet Ytenergi Ytenergi är ett fenomen som spelar en viktig roll inom flera områden av kartongteknik. Vätskemolekyler som befinner sig i en yta mot en gasfas har högre energi än de molekyler som befinner sig inne i materialet. Detta är beroende av att ytmolekylerna har färre omgivande molekyler som de kan växelverka med. Således strävar en vätska att minimera sin yta och blir formad som sfär. För att en vätska ska sprida sig över en yta på ett bra sätt kräver det att den fasta fasen har högre ytenergi än vätskan. När en vattenbaserad färg trycks på en yta med låg ytenergi, kräver det att ytan behandlas med någon typ av ytenergihöjande åtgärd. Detta görs genom oxidering av ytan. Syreatomerna är högaktiva och reagerar med polymerens förändring på ytan. Det vill säga att den kemiska strukturen ändras och då får man en bättre färgöverföring. (Fellers och Norman 1998). Läs mer om ytenergi i (Ström 1988). Det går inte att mäta ytenergi direkt. Istället måste man bestämma ytenergin indirekt från kontaktvinklar för två vätskor vilka deras ytenergi/ytspänning är kända. De två vätskor är rent vatten och Diiodomethane. Se tabellen 2. Tabell 2: Vatten och Diiodomenthane Vätska Density Ytspäning γ 1 [mj/m 2 ] Dispersive γ 1 d [ mj/m 2 ] Polar γ 1 p [mj/m 2 ] Vatten Diiodomethane

27 Man räknar ut ytenegin genom att använda formen nedan: (1+cosØ). γ 1 2 = (γ s d. γ 1 d ) 1/2 + (γ s p. γ 1 p ) 1/2 γ s = γ s d + γ s p där, γ 1 vätskans ytspänning i [mj/m 2 ] d γ 1 vätskans ytspänning - dispersive i [mj/m 2 ] p γ 1 vätskans ytspänning - polar i [mj/m 2 ] γ s ytans ytenergi d γ s ytans ytenergi - dispersive p γ s ytans ytenergi - polar Ø kontaktvinkel (Marcel Dekker, 1982, Polymer Interface and Adhesion, ISBN , New York) Ytspänning Ytspänningen hos en vätska kan mätas direkt från konturen på en hängande droppe när den nästan faller från en applikatorspets. Ytspänning kan betraktas som den sammanhållande kraften mellan vätskans molekyler ungefär som en plastpåse fylld med vatten. På motsvarande sätt har en solid yta en fri ytenergi som vi kan betrakta som den attraherande kraften vilken försöker att övervinna den sammanhållande kraften inom vätskedroppen. (Dekker 1982) Vad är kontaktvinkel? När en vätskedroppe placeras på en provyta bildas en kontaktvinkel θ i gränsskiktet mellan vätskan och ytan. Definitionsmässigt säger man att om en droppe står ut från ytan och väter inte ytan, blir kontaktvinkel större än 9 grader. När droppen väter ytan, är kontaktvinkeln mindre än 9 grader. Kontaktvinkeln är resultatet av förhållandet mellan vätskans ytspänning och den solida ytans ytenergi. Fullständig vätning uppnås när ytenergin är minst lika stor som vätskans ytspänning varvid kontaktvinkeln blir noll. En vätskedroppe med hög ytspänning (tex. vatten) som placeras på en yta med låg ytenergi t.ex. Teflon kommer att ge en relativt hög kontaktvinkel. Om man tillsätter ett vätningsmedel (t.ex diskmedel) till vattnet kommer ytspänningen att sjunka och vattendroppen sprider sig ytterligare på ytan. Kontaktvinkeln blir nu väsentligtlägre. Mätning av kontaktvinkel bygger på förhållandet mellan en vätska och en yta. När vätskan tränger in i eller sprids över provytan beskrivs förloppet med hjälp av dynamisk kontaktvinkel som funktion av tiden. (Fellers och Norman 1998) Dynamisk kontaktvinkel På ett absorberande material, där vätskan tränger in i ytan, kommer kontaktvinkeln att förändras kontinuerligt som en funktion av tiden. För att kunna mäta dynamisk kontaktvinkel, absorptions hastighet och spridningshastighet, är det nödvändigt att fånga en bildsekvens under det att droppen är i kontakt med ytan. Fibro DAT 5/11 The Dynamic Contact Anget and Absorbtion Tester intrumet använder för att mäta kontaktvinklar. (Fellers och Norman 1998) 19