Dr inŝ. Stefan Jakucewicz Politechnika Warszawska Wydział InŜynierii Produkcji Instytut Mechaniki i Poligrafii Nowe papiery do drukowania cyfrowego i offsetowego Wprowadzenie W chwili obecnej w dobie dynamicznego rozwoju drukowania cyfrowego rośnie zapotrzebowanie na papier, na którym moŝna drukować wysokojakościowe druki wielobarwne techniką cyfrową. Podobnie wygląda sprawa z papierem do drukowania offsetowego arkuszowego mimo, Ŝe ta technika oddaje pewne tradycyjnie swoje obszary technice drukowania cyfrowego. W zakresie technik drukowania offsetowego zwojowego ich rozwój, a w związku z tym i zapotrzebowanie na papier wygląda nieco inaczej. Potencjał technologii CSWO zmniejsza swój obszar, przejmując jednocześnie pewne produkty tradycyjnie drukowane techniką HSWO, które wymagają nowych papierów, przy jednocześnie zmniejszającej się ze względu na brak zapotrzebowania produkcji gazetowej. Potencjał technologii HSWO jest nieco uszczuplony zastosowaniem technologii CSWO do drukowania wielobarwnego, przy jednoczesnym dąŝeniu do coraz to wyŝszej jakości drukowanych produktów. Na zarysowana powyŝej sytuację technologii poligraficznej nakładają się trendy rozwojowe przemysłu papierniczego, głównie coraz szersze wykorzystanie mas włóknistych zawierających włókna niezdelignifikowane, tj. mas mechanicznych i półchemicznych oraz mas makulaturowych. Na nowe papiery i tendencje rozwojowe ich produkcji rzutuje takŝe na razie nieśmiała, ale chyba w niedługim czasie dynamicznie rozwijająca się technologia formowania papieru jako materiału wielowarstwowego najprawdopodobniej trójwarstwowego. Do czasu rozpoczęcia się obecnego kryzysu producenci papieru co 2-3 lata oferowali nową ulepszona jakość swego dotychczas produkowanego papieru, a co 5-6 lat nowa jego generację. Te zmiany podyktowane były zarówno rozwojem przemysły papierniczego jak i wymuszone przez rozwijający swój obszar działania przemysł poligraficzny. Strona 1 z 7
Papiery do drukowania cyfrowego Od czasu wynalezienia drukowania cyfrowego tj. od prezentacji na targach IPEX 1993 maszyny cyfrowej Indigo, przeznaczonej do drukowania kolorowego, ścierały się dwa trendy dotyczące papierów do drukowania cyfrowego. Trend pierwszy przystosowanie do drukowania cyfrowego obecnych na rynku papierów drukowych, głownie przeznaczonych do drukowania offsetowego arkuszowego, udzielanie tym papierom po badaniach sprawdzających atestów (scriptów) na konkretna maszynę. Trend drugi produkcja specjalnych papierów cyfrowych przeznaczonych do drukowania w konkretnych maszynach cyfrowych. Na początku rozwoju drukowania cyfrowego praktycznie dobrze rozwiniętą technologią cyfrową była elektrofotografia i do tego z pośrednim systemem drukowania stosująca ciekle tonery. W związku z powyŝszym moŝna było atestować inne papiery drukowe oraz produkować papiery do drukowania elektrofotograficznego (oczywiście do drukowania wielobarwnego, gdyŝ drukowanie czarno - białe posługiwało się praktycznie wcześniej juŝ opracowanymi papierami do kopiowania czyli kserograficznymi). Po 2000 roku nastąpił gwałtowny rozwój róŝnych technik drukowania cyfrowego. W związku z tym dziś mamy: - drukowanie elektrofotograficzne kolorowe bezpośrednie (ze stałym tonerem), - drukowanie elektrofotograficzne kolorowe pośrednie (z ciekłym oraz ze stałym tonerem, - drukowanie natryskowe (ink jet) głównie z zastosowaniem farb (atramentów), wodnych, rozpuszczalnikowych (tzw. solvent) oraz utrwalanych promieniowanych UV, - oraz inne techniki cyfrowe takie jak: magnetografia, termografia, jonografia oraz elkografia. Praktycznie kaŝda z tych metod wymaga innego rodzaju papieru, o innych właściwościach. W większości przypadków maszyny drukujące cyfrowo są produkowane zarówno jako arkuszowe, jak i zwojowe. W początkowym okresie stosowania drukowania cyfrowego przystosowywano (dobrano po próbach) papiery przeznaczone do innych technik drukowania, do technik cyfrowych. Następnie rozpoczęto produkcję specjalnych papierów dedykowanych (produkowanych) do konkretnej techniki cyfrowej oraz wprowadzono systemy kwalifikowania papierów znajdujących się na rynku, które są moŝliwe do stosowania w maszynach cyfrowych. Po pomyślnym przejściu procedury kwalifikacyjnej papiery uzyskiwały certyfikaty do stosowania jako podłoŝa do drukowania cyfrowego. NaleŜy pamiętać, Ŝe praktycznie Ŝadem z producentów maszyn cyfrowych nie jest producentem papieru do maszyn cyfrowych mimo, iŝ oferuje takowe papiery pod marką własną. Praktycznie kaŝdy z producentów oryginalnych maszyn cyfrowych posiada własny system kwalifikacyjny dla danej techniki cyfrowej. Papiery, które uzyskały certyfikat sklasyfikowano w dwóch grupach: Strona 2 z 7
- zakwalifikowane papiery do drukowania cyfrowego, - autoryzowane papiery do drukowania cyfrowego. Zakwalifikowane papiery są papierami,w przypadku których producent maszyn gwarantuje moŝliwość ich zadrukowania w swoich systemach druku cyfrowego oraz w innych systemach typu OEM *. Gwarantowane jest bezpieczeństwo podczas ich uŝytkowania (np. nietoksyczność), stabilność procesu i określony poziom jakości odbitki. Autoryzowane papiery są papierami w przypadku, których producent maszyn gwarantuje moŝliwość zadrukowania w swoich systemach druku cyfrowego oraz w systemach typu OEM. Bez gwarancji jakości druku i stabilności procesu. Do niedawna (Drupa 2008) dominowały papiery dedykowane (specjalnie produkowane) do drukowania cyfrowego. Ostatnio następuje powolny wzrost papierów kwalifikowanych do drukowania cyfrowego. Trendem, który się objawił na Drupie 2008 jest próba stosowania papierów przeznaczonych do drukowania analogowego w maszynach cyfrowych oczywiście tam gdzie to jest moŝliwe bez zniszczenia maszyny i wytwarzania duŝej ilości makulatury. W przypadku drukowania elektrofotograficznego opracowano całą gamę specjalnych papierów: niepowlekanych, satynowanych i powlekanych. Są to tzw. papiery dedykowane (produkowane) do konkretnej maszyny cyfrowej. Mimo takiego podejścia do drukowania elektrofotograficznego do dziś nie udało się wyprodukować papieru powlekanego o gramaturze powyŝej 170 g/m 2, który podczas utrwalania tonera nie wydzielałby przykrego zapachu. W związku z powyŝszym celowe jest dobranie papierów powlekanych przeznaczonych do drukowania analogowego, ale o niewielkim stopniu wydzielania tego przykrego zapachu. Podobnie wygląda sprawa z papierami specjalnie produkowanymi do preprintu, które po zadrukowaniu technika offsetu arkuszowego personalizowane są w maszynach cyfrowych elektrofotograficznych lub szybkich kopiarkach działających na zasadzie elektrofotografii. Niektóre współcześnie produkowane papiery przeznaczone do drukowania offsetowego arkuszowego nadają juŝ się do tego celu. Masy drzewne wyŝszej jakości stosowane są obecnie dość szerokim zakresie, ostatnio nawet ścier drzewny (biały) znalazł zastosowanie do produkcji papierów do drukowania cyfrowego techniką elektrofotografii i do kopiowania. Osobną grupę stanowią papiery do cyfrowego drukowania gazet. Wraz z rozwojem drukowania cyfrowego kolorowego pojawił się pomysł drukowania codziennych gazet o zasięgu światowym z Internetu. Pomysł ten został przyjęty przez ekskluzywne sieci hotelowe. Wymusiło to * OEM skrót od Original Equipment Manufacturer (dosłownie Oryginalny Producent Sprzętu) organizacja sprzedająca pod własną marką produkty wytworzone przez inne firmy. Termin jest mylący, gdyŝ OEM nie jest wytwórcą, lecz sprzedawcą sprzętu dla uŝytkownika końcowego. Strona 3 z 7
wyprodukowanie papieru gazetowego do drukowania cyfrowego. Wyzwanie produkcji takiego papieru podjął koncern UPM Kymmene i osiągnął jak dotychczas dobry efekt produkując kilka róŝnych papierów pod nazwą UPM DIGI Newsprint. UPM DIGI Newsprint to papier o jakości papieru gazetowego słuŝący do cyfrowego zwojowego drukowania gazet, produkowany w gramaturach 40 do 60 g/m 2, w wersji MFS i News (MF) o powierzchni matowe i o wolumenie 1,33 1,70 cm 3 /g. Papiery UPM DIGI Newsprint są papierami drzewnymi lub z włókien z odzysku (makulaturowymi). Papier ten jest przeznaczony do kolorowego zwojowego cyfrowego drukowania gazet metodą elektrofotografii z zastosowaniem suchego tonera. Systemy cyfrowe stosowane są w kilku światowych luksusowych sieciach hotelowych z reguły umoŝliwiają one uzyskanie z sieci (Internet) do 20 róŝnych tytułów, w tym zwykle do 12 tytułów światowych i do 8 krajowych. Uzyskiwane druki w zaleŝności od systemu są czarno białe lub wielobarwne. Mają one format klasycznej gazet i klasyczny papier gazetowy, w ten sposób nieświadomego delikwenta o moŝliwości drukowania cyfrowego moŝna oszukać, ze właśnie wraca się z kiosku po zakupie gazet. Produkowane są następujące odmiany papieru gazetowego przeznaczonego do drukowania cyfrowego: -UPM DIGI Brite 68 -UPM DIGI Brite 76 -UPM DIGI Color Salmon -UPM DIGI News Papiery Brite 68 i Brite 76 róŝnią się głównie białością ISO (brightness). Pierwszy ma wartość tego parametru 68%, zaś drugi 78%. Oba mają wykończenie MFS. Papier Color Salmon jest papierem o barwie róŝowej, matowym z wykończeniem MFS. Papier News jest papierem matowym o wykończeniu powierzchni MF i białości ISO wynoszącej 59%. NaleŜy się, liczyć z dalszym rozwojem tej grupy papierów przeznaczonych do elektrofotograficznego drukowania gazet. W przypadku drukowania cyfrowego natryskowego, ze względu na róŝnorodność atramentów: wodnych, rozpuszczalnikowych, utrwalanych promieniowaniem UV oraz tzw. atramentów stałych - dynamicznie rozwija się produkcja specjalnych papierów do konkretnej techniki, a w zasadzie do konkretnej maszyny z uwzględnieniem jej wielkoformatowości. W przypadku tej techniki cyfrowej na obecnym etapie technologicznym produkcji papierów do drukowania analogowego ich zastosowanie jest dość niewielkie i nie naleŝy się spodziewać w najbliŝszej przyszłość jego wzrostu. Pozostałe techniki drukowania cyfrowego stosują róŝne papiery i tak: w jonografii stosowane są papiery przeznaczone do drukowania cyfrowego elektrofotograficznego, podobnie w Strona 4 z 7
magnetografii i elkografii stosowane są papiery stosowane do drukowania analogowego (czytaj offsetowego). Specjalnych papierów wymagają techniki drukowania termograficznego. W tym przypadku naleŝy się spodziewać dalszego ich rozwoju. Papiery do drukowania offsetowego W chwili obecnej daje się zauwaŝyć wzrastający trend do coraz szerszego wykorzystywania mas z odzysku (tj. makulaturowych) oraz mas drzewnych głównie typu TMP, CTMP. BCTMP do produkcji papierów przeznaczonych do drukowania. Obecnej masy makulaturowe stosowane są do: papierów offsetowych, papierów powlekanych arkuszowych, papierów SC (SC B do 100% DIP ), papierów LWC (do 100% DIP), papierów gazetowych(do 100% DIP) i papierów do kopiowania (do 100% DIP). NaleŜy liczyć się z utrzymaniem tego wzrastającego trendu w niedalekiej przyszłości oraz z zastosowaniem mas z odzysku do innych rodzajów papierów drukowych. Ze względu na ich duŝą wydajność względem drewna, z którego są produkowane naleŝ się liczyć z dalszą ich ekspansją, tym bardziej, Ŝe ostatnio pojawiły się na rynku papiery drzewne arkuszowe trzykrotnie dwustronnie powlekane, które poza trwałością (głównie barwy) nie ustępują jakościowo takim samym papierom bezdrzewnym. W przypadku papierów offsetowych niepowlekanych trwają intensywne prace nad opracowaniem papierów, głównie arkuszowych o jakości powierzchni zbliŝonej do powierzchni papierów powlekanych. Mimo sceptycznego stanowiska Monachijskiego Instytutu Badawczego FOGRA, stwierdzającego, Ŝe jest to nie moŝliwe, co pewien czas pojawiają się na rynku papiery niepowlekane mające zastąpić papiery powlekane. Póki co jest to niewykonalne, ale prowadzi to do polepszenia jakości powierzchni papierów niepowlekanych. Daje się takŝe zauwaŝyć tendencja do obniŝania gramatur papierów zwojowych papierów przeznaczonych do drukowania. W tym zakresie nie zrobiono chyba jeszcze wszystkiego, w związku z tym naleŝy się liczyć z dalszą tendencją do obniŝania gramatur. Ostatnio zaczęła się dynamicznie rozwijać znana co najmniej od kilkunastu lat metoda produkcji wielowarstwowych papierów przeznaczonych do drukowania. Metoda ta stosowana jest od prawie dziewięćdziesięciu lat do produkcji tektur wielowarstwowych. Do produkcji papierów do drukowania i kopiowania zastosowana jest jej współczesna odmiana. Deinking Pulp odbarwiana masa makulaturowa. Strona 5 z 7
Formowanie arkusza papieru jako produktu wielowarstwowego, obecnie najczęściej jako trójwarstwowego polega bądź na rozsortowaniu włókien na 1 : duŝe (warstwa środkowa) i drobne (warstwy zewnętrzne) lub na zastosowaniu róŝnych mas włóknistych (np. w środku masa makulaturowa, warstwy zewnętrzne z masy celulozowej) bądź trzech warstw z tej samej masy włóknistej (np. z masy celulozowej). O podobnej konstrukcji papieru bezdrzewnego przeznaczonego do drukowania jako tendencji rozwojowej piszą 2 K P. Oltroge i J. Bergama w artykule pt. Tendencje w technologii wytwarzania papierów bezdrzewnych. Horyzont czasowy tych rozwaŝań to rok 2020 Nie mniej papiery trójwarstwowe do kopiowania są produkowane na skalę przemysłową wg technologii triotec od 2007 roku. W przypadku papierów bezdrzewnych formowanie wielowarstwowe zwiększy ich sztywność zginania, która w przypadku papierów celulozowych jednowarstwowych jest stosunkowo niska. W przypadku powlekanych papierów bezdrzewnych po za nowymi technologiami polepszającymi ich powierzchnię, w papierze podłoŝowym będzie powyŝej 10% mas BCTMP. Fakt ten zmieni zupełnie tradycyjny pogląd, Ŝe w papierze bezdrzewnym moŝe być do 10% mas zawierających ligninę (tj. mas mechanicznych). Podsumowanie Papiery formowane jako wielowarstwowe są zaliczane przez znawców tego zagadnienia do III generacji (I generacja to papier do pisania i drukowania do czasu wynalezienia papieru do pakowania, który łącznie zaliczany jest do II generacji łącznie oczywiście z papierami do drukowania i pisania). Papiery IV generacji to papiery będące nośnikami informacji, wykorzystujące nanotechnologię. Papier z odpowiednimi warstwami lub/i powłokami w skali nano staje się zupełnie innym materiałem. Przy formowaniu wielowarstwowym wykańczająca warstwa Nano nadaje papierowi przeznaczonemu do drukowania specyficzne właściwości poprawiając jego właściwości powierzchniowe. Powłoki nano stosowane do papierów opakowaniowych nadają im właściwości barierowe. Włókna nano to włókna o grubości (średnicy) poniŝej 1µm, mikrowłókna mają średnicę od 1 do 3µm, włókna o małej grubości mają średnicę od 4 do16,1µm, zaś włókna standard od 17 do 70µm. 1 Stawicki B.: Międzynarodowy projekt badawczy dla przemysłu papierniczego ECOTRAGET, Przegląd papierniczy nr 1, s.35 40 /2006/. 2 Oltrogge K - P., Bergman J.: Tendencje w technologii wytwarzania papierów bezdrzewnych, Przegląd Papierniczy nr 3, s. 176 178 /2007/. Strona 6 z 7
Jako przykład moŝliwości nowych materiałów moŝna przytoczyć fakt, Ŝe nanocząsteczki pozwalają na zwiększenie podatności na drukowanie oraz wytrzymałości, a zarazem zmniejszenie gramatury papieru. Nanotechnologia umoŝliwia więc stworzenie efektywnych barier bez zmiany typowych właściwości papieru, co byłoby nieuniknione po dodaniu warstwy polimerowej lub przy pakowaniu wielowarstwowym. Papier IV generacji jest równieŝ nowych rodzajem interfejsów dla techniki cyfrowej przyszłości. SłuŜy takŝe jako materiał podłoŝowy do produkcji inteligentnych drukowanych układów cyfrowych. NaleŜy równieŝ brać pod uwagę dalsze zastosowanie i rozwój e papieru. Papier elektroniczny zwany teŝ e-papierem to urządzenie (rodzaj wyświetlacza) o grubości nie większej od kartki papieru i o podobnej do niego powierzchni, na którym jednak moŝna wielokrotnie zapisywać i usuwać tekst i grafikę za pomocą innych urządzeń elektronicznych (np. specjalnej przystawki do komputera) lub tworzyć i usuwać notatki za pomocą odpowiednich narzędzi (np. elektrycznego ołówka ). Papier elektroniczny dąŝy swoim zastosowaniem i swoimi gabarytami oraz elastycznością do imitacji papieru. Rozpowszechnienie e-papieru ograniczyłoby zuŝycie papieru do robienia notatek oraz zmniejszyłoby ilości drukowanych pism. Wyeliminowanie drukowania pism zmniejszyłoby ich ilość; zamiast ksiąŝki byłaby e-ksiąŝka, zamiast gazety - e-gazeta. Zamiast tomów ksiąŝek i plików gazet moŝna by wczytywać elektroniczne ich zapisy i wyświetlać na e-papierze. Strona 7 z 7