Entwicklung einer Methode zur Bewertung der Klebebindefähigkeit von ungestrichenen Druckpapieren für den Highspeed-Inkjetdruck
Kurzbezeichnung: Klebebindefähigkeit von Druckpapieren
Fogra-Nr. 71.015
Projektleiter: A. Müller
Förderung: BMWK (IGF) über AiF
Laufzeit: 01.06.2021 bis 31.05.2023
Aufgabenstellung und Relevanz
Bei der Buchherstellung ist der Highspeed-Inkjetdruck (HSI-Druck) das wichtigste digitale Druckverfahren und die Klebebindung das häufigste Bindeverfahren. Durch den HSI-Druck kommen neuartige ungestrichene Papiersorten in die Buchbinderei und müssen zuverlässig auf ihre Klebebindefähigkeit bewertet werden, um für deren Verarbeitung technisch und wirtschaftlich optimale Entscheidungen treffen zu können.
Zudem gilt es die spezifischen Prozesseinflüsse beim HSI-Druck auf das Papier, z.B. der hohe Feuchtigkeitseintrag, besser in Hinblick auf die Druckweiterverarbeitung zu verstehen.
Florian Hirschhalmer
Sicherheitsanwendungen mit Druckweiterverarbeitung
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Lösungsweg
Im ersten Schritt werden die Versuchspapiere über ausgewählte Papierprüfungen charakterisiert. Aus diesen Daten wird ein mathematisches Prognosemodell erarbeitet, das mit den Ergebnissen der Labormethoden sowie handwerklichen und industriellen Klebebindeversuchen in einem iterativen Prozess abgeglichen wird.
Die Labormethoden beschäftigen sich mit der Blattkantenbearbeitung und der Blattkantenverklebung. Untersucht wird, ob bereits ohne Blattkantenaufrauhung bzw. Faserfreilegung eine Aussage zur erreichbaren Klebebindefestigkeit getroffen werden kann (prozentuale Klebebindefestigkeit). Bei der Blattkantenaufrauhung soll eine Bewertung des Wirkungsgrades (Grad der Faserfreilegung) und der Störanfälligkeit (z. B. Versiegelungseffekt an der Blattkante) erfolgen. Die Labormethode zur Blattkantenverklebung sieht eine möglichst reproduzierbar herstellbare und prüfbare Klebevariante vor.
Ein weiterer Forschungsansatz: die im HSI-Druck spezifischen, prozesstechnischen Einflüsse auf die erreichbare Klebebindequalität. Hierbei ist im Wesentlichen der Feuchtigkeitseintrag in das Papier, Wartezeiten zwischen Druck und Bindung sowie die HSI-spezifische Blockbildung zu untersuchen.
Erzielte Ergebnisse
Verglichen mit den typischen Eigenschaften von ungestrichenen Papieren für den Offsetdruck zeigt die Papiercharakterisierung der Highspeed-Inkjetpapiere im Wesentlichen erwartungsgemäß eine deutlich erhöhte Wasseraufnahme an der Papierkante und -oberfläche. Diese wirkt sich allerdings nicht nennenswert auf das Klebebindeergebnis aus. Es wurden beispielsweise keine verringerten Klebstofffilmdicken durch schnelles Wegschlagen des im Klebstoffs enthaltenen Wassers oder eine verringerte Planlage festgestellt.
Im Rahmen umfangreicher handwerklicher und industrieller Klebebindeversuche mit nachfolgenden Pulltests zur Bestimmung der Blattausreißfestigkeit wurde eine Einflussgrößenanalyse vorgenommen. Diese zeigte einen hohen Materialeinfluss hinsichtlich des Papiers und des Klebstoffs. Anhand der technischen Daten, die vom Papierhersteller bereitgestellt werden, kann bereits eine relativ zuverlässige Einschätzung des Klebebindeverhaltens erfolgen. Die wichtigsten Papierparameter sind hierbei die Dicke und das spezifische Volumen.
Bei der handwerklichen Klebebindung zeigte die einfachste Variante einer Blockleimung am glattgeschnittenen Blockrücken ohne Rückenbearbeitung die besten Ergebnisse im Pulltest. Die Art des Klebstoffauftrags hat einen gewissen Einfluss, der wahrscheinlich auf die Filmdicke und den Anpressdruck zurückzuführen ist.
Bei der industriellen Klebebindung erweist sich die Rückenbearbeitung gegenüber dem Glattschnitt am Planschneider als nachteilig - eine Erkenntnis, die von den untersuchten ungestrichenen Papieren erfahrungsgemäß nicht ohne Weiteres auf gestrichene Papiere übertragbar ist. Die Hochfrequenztrocknung führt tendenziell zu einer erhöhten Blasenbildung im Klebstoff und ebenfalls reduzierten Werten im Pulltest.
Die Erkenntnisse der Untersuchungen wurden über verschiedene Methoden der Korrelationsanalyse in eine Prognoserechnung überführt, die von Anwendern verwendet werden kann, um die Eignung eines ungestrichenen Inkjetpapiers für die Klebebindung zu bewerten und eine stärker datenbasierte Produktion zu etablieren.