Mustekoostumuksen vaikutus inkjet-tulostusjälkeen

TEKNILLINEN KORKEAKOULU 

Puunjalostustekniikan osasto 

Liisa Hakola 

Mustekoostumuksen vaikutus inkjet-tulostusjälkeen 

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkistettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten 

Espoossa 28.3.2002. 

Työn valvoja: Professori Pirkko Oittinen 

Työn ohjaaja: DI Katri Vikman

TEKNILLINEN KORKEAKOULU 

DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ 

Tekijä, työn nimi 

Liisa Hakola 

Mustekoostumuksen vaikutus inkjet-tulostusjälkeen 

Päivämäärä: 28.03.2002 Sivumäärä: 97 s. 

Osasto 

Puunjalostustekniikan osasto 

Professuuri 

AS-75 Graafinen tekniikka 

Työn valvoja 

Prof. Pirkko Oittinen 

Työn ohjaaja 

DI Katri Vikman 

Tämä diplomityö tarkastelee inkjet-musteen koostumuksen ja paperi-muste -vuorovaikutusten vaikutusta tulostusjäljen 

laatuun. Inkjet-tulosteen laatuun voidaan vaikuttaa mustekoostumusta, paperia ja tulostinpään rakennetta 

muokkaamalla sekä näiden välisiä vuorovaikutuksia parantamalla. Tulostusjäljen kesto-ominaisuuksien kannalta 

musteen ja paperin väliset vuorovaikutukset ovat tärkeimmässä asemassa. Tärkeimmät näistä vuorovaikutuksista ovat 

musteen penetraatio paperin sisään sekä kemialliset sidokset väriaineen ja paperin välillä. Musteen osalta 

tulostusjäljen kesto- ja muita ominaisuuksia voidaan parantaa kantofaasin koostumusta muokkaamalla ja 

väriainevalinnalla. Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää pystytäänkö tulostusjäljen kesto-ominaisuuksia 

parantamaan oleellisesti pelkän musteen ominaisuuksia muokkaamalla. 

Tutkittuja kesto-ominaisuuksia olivat valon-, vedenja hankauskesto. Lisäksi tutkittiin mustekoostumuksen vaikutusta 

tulosteen ulkonäköön. Mustekoostumukseen vaikutettiin väriainevalinnalla, orgaanisilla apuliuottimilla ja niiden määrillä 

sekä pinta-aktiivisilla aineilla. Musteita oli sekä liukoisia että pigmenttejä. Tulosteiden valonkestoa tutkittiin altistamalla 

näytteitä 100 tunnin ajan valolle, josta oli poistettu UV-alueen lyhyet aallonpituudet. Vedenkestoa tutkittiin upottamalla 

tulostenäytteet ionivaihdettuun veteen 5 minuutin ajaksi. Valon- ja vedenkestotestien jälkeen määritettiin värikenttien 

väri- ja densiteettierot. Hankauskesto määritettiin vain pigmenttimusteille hankaavaan pintaan siirtyneen värimäärän 

optisena densiteettinä. 

Kokeiden perusteella liukoisten musteiden valonkestoon voitiin vaikuttaa ennen kaikkea musteen 

liuotinkoostumuksella. Vesi osoittautui parhaaksi liuottimeksi, koska orgaaninen liuotin ilmeisesti esti väriaineen 

aggregoitumista ja haihdutti väriainetta katalyyttisesti. Kun liuottimena käytettiin glykolia, sen etyleeniryhmien määrä oli 

pidettävä pienenä, jotta väriaineen aggregoituminen ei häiriintyisi. Paperin hydrofiilisyys paransi valonkestoa ilmeisesti 

siksi, että tällöin vesipohjaisen musteen penetraatio helpottui. Liukoisten musteiden vedenkesto näytti riippuvan 

pääasiassa väriaineesta, liuotinkoostumuksesta ja paperin päällystekoostumuksesta. Orgaaninen liuotin ilmeisesti 

paransi musteen penetraatiota, jolloin veden oli vaikeampi liuottaa väriainetta. Glykolista tulee hydrofobisempaa 

etyleeniryhmien määrän kasvaessa. Tällöin liuottimen joukossa oleva väriaine kesti paremmin veden liuottavaa 

vaikutusta. Vedenkestoon vaikutti myös musteen ja paperin väliset sidokset, jotka todennäköisesti olivat vahvempia, 

kun käytettiin kationista paperia. Anionisilla papereilla vedenkestoon vaikutettiin ilmeisesti lähinnä penetraation avulla. 

Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuuksiin vaikutti ennen kaikkea partikkelikoko. Vedenkeston kannalta partikkelien oli 

oltava niin pieniä, että ne mahtuivat paperin huokosiin. Valonkestoon todennäköisesti vaikutti pigmenttidispersion valoa 

kestävän ulkopinnan suuruus, joka oli suurempi pienemmällä partikkelikoolla. Lisäksi pienemmän partikkelikoon 

dispersioissa oli enemmän haalistuvia partikkeleita korvaavia toisia partikkeleita. Toisaalta hankauskeston kannalta 

suuremmat partikkelit ilmeisesti pystyivät paremmin pidättämään toisiaan paperin pinnassa. 

Diplomityön johtopäätöksenä on, että mustekoostumuksen modifioinnilla ei ole yhtä suurta merkitystä kestoominaisuuksien 

muodostumisessa kuin muste-paperi –vuorovaikutusten parantamisella. Kuitenkin myös pelkän 

musteen modifioinnilla voidaan parantaa kesto-ominaisuuksia. Tärkeimpiä muuttujia tässä suhteessa ovat 

väriainevalinta sekä käytetyt liuottimet ja niiden määrät. Kuitenkin olisi tärkeämpää parantaa musteen penetraatiota ja 

väriaineen sidoksia paperin kanssa, mikä onnistuu sekä mustetta että paperia muokkaamalla. 

Avainsanat: inkjet, muste, mustekoostumus, värillisyys, liukoinen väriaine, pigmenttidispersio, kantofaasi, liuotin, pintaaktiivinen 

aine, haihtuminen, valonkesto, vedenkesto, hankauskesto, rasteripiste, penetraatio, vetysidos, ionisidos.

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 

ABSTRACT OF MASTER’S THESIS 

Author, Name of the Thesis 

Liisa Hakola 

Effect of ink composition on the inkjet print quality 

Date: 28.03.2002 Number of pages: 97 p. 

Department 

Department of Forest Products Technology 

Professorship 

AS-75 Media Technology 

Supervisor 

Prof. Pirkko Oittinen 

Instructor 

Katri Vikman, M.Sc. 

In this Thesis, the effect of inkjet ink composition and the ink-paper interactions on the print quality are studied. The 

inkjet print quality can be affected by modifying the ink composition, the paper and the printhead, and by improving the 

interactions between these factors. When fastness properties are concerned the interactions between the ink and the 

paper are the most important elements. The primary interaction mechanisms are penetration of ink into paper and 

chemical bonding between the colorant and the paper. It is also possible to improve the fastness properties by 

modifying the composition of the carrying phase and choosing the proper colorant. The goal of this Thesis was to 

determine if it is possible to improve the fastness properties of the print by modifying only the ink. 

The fastness properties under consideration were light, water and rub fastness. In addition, the effect of the ink 

composition on the appearance of the print was studied. The ink composition was affected by the choice of colorant, by 

organic co-solvents and their amounts, and by surfactants. Both dye-based and pigment-based inks were examined. 

Light fastness was studied by exposing the prints to light for 100 hours from which short wavelength UV-radiation had 

been filtered out. Water fastness was studied by immersing the prints into deionized water for 5 minutes. The color and 

the density difference of the prints were measured after the light and water fastness tests. Rub fastness was defined 

only for pigment-based inks by measuring the optical density of the rubbing surface. 

On the grounds of the experiments, light fastness of a dye-based ink was mostly affected by the solvent composition of 

the ink. Water appeared to be the best solvent because, apparently, organic solvents prevented the colorant from 

aggregating and faded the colorant catalytically. If glycol was used as a co-solvent, the amount of its ethylene groups 

had to be minimized in order to prevent it from disturbing the aggregation of the colorant. The hydrophilicity of the paper 

improved light fastness since, apparently, penetration of a water-based ink was easier. Water fastness of a dye-based 

ink was dependent mainly on the colorant, the solvent composition and the coating composition of paper. Apparently, 

the organic solvent improved penetration so water had more difficulties in dissolving the colorant. The glycol becomes 

more hydrophobic as the amount of its ethylene groups increases. In that case, the colorant that is among the solvent 

was more stable against water. Water fastness was also influenced by the bonds between the colorant and the paper. 

These bonds were obviously stronger when printing on a cationic paper. In the case of anionic papers, water fastness 

was apparently mostly influenced by penetration. 

The particle size was the major factor affecting the fastness properties of the pigment-based inks. To improve water 

fastness the particles had to be so small that they fit into the pores of the paper. Light fastness was obviously 

influenced by the outer surface of the dispersion that was bigger when particles were smaller. Additionally, the 

dispersion that had a smaller particle size had more particles that could replace the faded ones. On the other hand, 

bigger particles could retain each other better when exposed to rubbing. 

The conclusion of this Thesis is that it is more advantageous to improve ink-paper interactions instead of modifying the 

ink composition when fastness properties are concerned. The fastness properties can, however, be improved by 

modifying only the ink. The most important factors of them are the choice of colorant and the amount of a suitable 

solvent. It would be, however, more important to enhance the penetration of the ink and the bonding between the 

colorant and the paper. This can be accomplished by modifying both the ink and the paper. 

Keywords: inkjet, ink, ink composition, colorfulness, dye colorant, pigment dispersion, carrying phase, solvent, 

surfactant, evaporation, light fastness, water fastness, rub fastness, halftone dot, penetration, hydrogen bond, ionic 

bond.

SISÄLLYSLUETTELO 

DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ 

ABSTRACT OF MASTER’S THESIS 

ALKUSANAT 

1 JOHDANTO...................................................................................... 1 

KIRJALLISUUSOSA ............................................................................ 3 

2 INKJET-MUSTEET JA NIIDEN KOMPONENTIT ............................. 3 

2.1 InkJet –tulostustekniikka ........................................................................................................................ 3 

2.2 Inkjet-musteiden koostumus................................................................................................................... 6 

2.2.1 Värillisyys ................................................................................................................................... 7 

2.3 Liukoiset väriaineet ................................................................................................................................ 8 

2.3.1 Happo- ja emäsvärit .................................................................................................................... 9 

2.3.2 Suoravärit .................................................................................................................................. 10 

2.3.3 Modifioidut suoravärit............................................................................................................... 11 

2.3.4 Reaktiiviset värit ....................................................................................................................... 12 

2.3.5 Dispersiovärit ............................................................................................................................ 12 

2.3.6 Muut värit.................................................................................................................................. 13 

2.4 Pigmenttiväriaineet............................................................................................................................... 13 

2.4.1 Pigmenttimusteiden valmistaminen........................................................................................... 15 

2.4.2 Mikroemulsiomuotoiset pigmenttivärit ..................................................................................... 16 

2.5 Kantofaasi............................................................................................................................................. 17 

2.5.1 Liuotin....................................................................................................................................... 17 

2.5.2 Lisäaineet .................................................................................................................................. 18 

3 PAPERIN JA MUSTEEN VÄLISET VUOROVAIKUTUKSET ......... 21 

3.1 Kemialliset vuorovaikutukset............................................................................................................... 21 

3.2 Mustepisaran asettuminen paperiin ...................................................................................................... 22 

3.2.1 Penetraatio eli absorptiokuivuminen ......................................................................................... 23 

3.2.2 Kuivuminen haihtumalla ........................................................................................................... 25 

3.2.3 Paperin ja väriaineen vaikutus asettumiseen ............................................................................. 26 

4 INKJET-MUSTEIDEN KESTO-OMINAISUUDET........................... 29 

4.1 Valonkesto............................................................................................................................................ 29 

4.1.1 Valohajoamisreaktiot ................................................................................................................ 29 

4.1.2 Paperin vaikutus valonkestoon.................................................................................................. 33 

4.1.3 Musteen vaikutus valonkestoon ................................................................................................ 33 

4.1.4 Valonkeston tutkiminen ............................................................................................................ 35 

4.2 Vedenkesto ........................................................................................................................................... 36 

4.2.1 Vedenkeston muodostuminen ................................................................................................... 36 

4.3 Hankauskesto........................................................................................................................................ 38 

4.4 Otsoninkesto......................................................................................................................................... 38

KOKEELLINEN OSA.......................................................................... 41 

5 KOKEELLISEN OSAN JOHDANTO............................................... 41 

6 MATERIAALIT................................................................................ 43 

6.1 Musteet ................................................................................................................................................. 43 

6.1.1 Väriaineet .................................................................................................................................. 43 

6.1.2 Liuottimet.................................................................................................................................. 44 

6.1.3 Pinta-aktiiviset aineet ................................................................................................................ 45 

6.1.4 Musteiden koostumukset........................................................................................................... 46 

6.2 Paperit................................................................................................................................................... 48 

7 MENETELMÄT............................................................................... 51 

7.1 Musteiden ominaisuudet....................................................................................................................... 51 

7.2 Paperitekniset ominaisuudet................................................................................................................. 51 

7.3 Tulostimet............................................................................................................................................. 52 

7.4 Haihtuvuus............................................................................................................................................ 53 

7.5 Kesto-ominaisuudet.............................................................................................................................. 54 

7.5.1 Valonkesto................................................................................................................................. 55 

7.5.2 Vedenkesto................................................................................................................................ 55 

7.5.3 Hankauskesto ............................................................................................................................ 55 

7.6 Rasteripisteanalyysi.............................................................................................................................. 56 

8 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU................................... 59 

8.1 Koostumuksen vaikutus musteen ominaisuuksiin ................................................................................ 59 

8.1.1 Pintajännitys.............................................................................................................................. 59 

8.1.2 Viskositeetti............................................................................................................................... 61 

8.1.3 UV-VIS-absorptio ..................................................................................................................... 62 

8.1.4 Haihtuvuus ................................................................................................................................ 65 

8.2 Värikenttien optiset ominaisuudet ennen kestotestejä .......................................................................... 68 

8.3 Liukoisten musteiden valonkesto ......................................................................................................... 70 

8.3.1 Musteen perusominaisuuksien vaikutus valonkestoon.............................................................. 70 

8.3.2 Liuottimen vaikutus valonkestoon ............................................................................................ 72 

8.3.3 Pinta-aktiivisen aineen vaikutus valonkestoon.......................................................................... 73 

8.4 Liukoisten musteiden vedenkesto......................................................................................................... 76 

8.4.1 Musteen perusominaisuuksien vaikutus vedenkestoon ............................................................. 76 

8.4.2 Liuottimen vaikutus vedenkestoon............................................................................................ 78 

8.4.3 Pinta-aktiivisen aineen vaikutus vedenkestoon ......................................................................... 80 

8.5 Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuudet .............................................................................................. 82 

8.5.1 Valon- ja vedenkesto................................................................................................................. 82 

8.5.2 Hankauskesto ............................................................................................................................ 85 

8.6 Yhteenveto valonja vedenkestosta ..................................................................................................... 86 

8.7 Rasteripisteanalyysi.............................................................................................................................. 89 

8.7.1 Pinta-ala ja harmaatasoarvo....................................................................................................... 90 

8.7.2 Epäpyöreys ja rosoisuus ............................................................................................................ 91 

9 TILASTOLLINEN ANALYYSI ......................................................... 95 

9.1 Kesto-ominaisuudet.............................................................................................................................. 95 

9.2 Rasteripisteet ........................................................................................................................................ 97 

10 YHTEENVETO ........................................................................... 99 

LÄHDELUETTELO........................................................................... 101

LIITTEET 

LIITE 1 Kestotesteihin käytetty testisivu 

LIITE 2 Rasteripisteanalyysiin käytetty testisivu 

LIITE 3 Paperitekniset ominaisuudet 

LIITE 4 Musteiden ominaisuudet 

LIITE 5 L*a*b*- ja densiteettiarvot 

LIITE 6 Musteiden kesto-ominaisuudet 

LIITE 7 Rasteripisteanalyysin tulokset

1 

1 JOHDANTO 

Inkjet- eli mustesuihkutulostus on yleinen tulostustekniikka niin kotikäytössä kuin 

teollisuussovelluksissakin. Inkjet-tulostuksen suosio perustuu suurelta osalta teknologian 

edullisuuteen ja yksinkertaisuuteen. Nykyään kuluttajat haluavat tulostaa yhä enemmän 

valokuvatasoisia tulosteita, joiden värit säilyvät muuttumattomina pitkänkin ajan kuluessa. 

Kuitenkin inkjet-tulosteiden kesto-ominaisuudet ovat huonompia kuin esimerkiksi 

elektrofotografiassa tai syväpainossa valmistetuilla painotuotteilla. Tämä on lisännyt 

inkjet-musteiden valmistajien paineita kehittää väriaineita, joilla saadaan kestävä 

tulostusjälki värillisyys- ja tarkkuusominaisuuksista tinkimättä. Koska inkjet-tulostuksessa 

ei ole erillistä kuivatusyksikköä, on erityisen tärkeää, että muste kuivuu nopeasti 

joutuessaan paperin pinnalle. Lisäksi muste ei saisi kuivumisen aikana altistua liikaa 

ympäristölle, kuten valolle ja kosteudelle. Musteen on myös pystyttävä vuorovaikutukseen 

tulostettavan materiaalin kanssa, jotta kestävä tulostusjälki syntyisi. Tämän vuoksi myös 

paperinvalmistajat ovat kiinnostuneita inkjet-musteiden kehityksestä, jotta heidän 

valmistamansa tulostuspaperit sopisivat hyvin yhteen musteiden kanssa. /7, 8, 20, 22, 24, 

26, 38, 51, 52/ 

Inkjet-tulostuksen tulostusjäljen laatuun ja kesto-ominaisuuksiin vaikuttavat paperi, muste 

ja tulostinpää sekä näiden tekijöiden väliset vuorovaikutukset. Kirjallisuuden mukaan 

suurin vaikutus lopputulokseen olisi musteessa käytetyllä väriaineella ja erityisesti 

väriaineen kemiallisella rakenteella. Inkjet-tulostukseen liittyvässä tutkimus- ja 

kehitystyössä keskitytäänkin nykyään kehittämään väriaineita, joilla on erinomaiset valonja 

vedenkesto sekä muut kesto-ominaisuudet. Kuitenkin väriaineita kehitettäessä on 

otettava huomioon, että kestävyysominaisuuksien parantaminen saattaa huonontaa 

värillisyysominaisuuksia. Tämän vuoksi nykyään käytetyt väriaineet ovatkin 

kompromissiratkaisuja kesto-ominaisuuksien ja värillisyyden välillä. /12, 22, 48, 54, 56/ 

Tämä diplomityö on osa Tekesin ja metsäteollisuuden rahoittamaa inkjettutkimusprojektia, 

johon Teknillisen korkeakoulun lisäksi osallistuvat KCL, VTT ja 

Jyväskylän yliopisto. Tutkimusprojektin tavoitteena on selvittää paperin ja musteen 

rajapinnassa esiintyvien vuorovaikutusten merkitystä inkjet-tulosteen optisen laadun ja 

kesto-ominaisuuksien muodostumisessa. Tutkimus keskittyy epäjatkuvassa inkjettulostuksessa 

käytettävien musteiden ja papereiden vuorovaikutusten karakterointiin. Tämä 

diplomityö keskittyy erityisesti siihen, miten käytetyn musteen eri komponentit vaikuttavat 

tulosteen laadun ja kesto-ominaisuuksien syntymiseen. Tavoitteena on selvittää, voidaanko 

tulostusjäljen kesto-ominaisuuksiin vaikuttaa oleellisesti pelkkää mustetta muokkaamalla. 

Kirjallisuusosan tavoitteena on selvittää inkjet-tulostuksessa käytettyjen musteiden 

koostumusta. Tarkoituksena on selvittää minkälaisia komponentteja ja kuinka paljon 

inkjetissä käytetyt musteet sisältävät sekä miten nämä komponentit vaikuttavat inkjettulostusjäljen 

ulkonäköön ja kesto-ominaisuuksiin. Erityisesti keskitytään siihen, miten 

musteiden ominaisuudet sekä väriaineen ja liuottimien eri ominaisuudet vaikuttavat 

tulostusjäljen laatuun. Tavoitteena on myös selvittää, mitkä muut inkjet-tulostusprosessin 

muuttujat vaikuttavat tulostusjäljen laatuun ja miten näitä muuttujia voitaisiin muokata 

yhdessä musteiden kanssa tulostusjäljen kesto-ominaisuuksien parantamiseksi. 

Kokeellisessa osassa valmistetaan kirjallisuudesta saatujen tietojen pohjalta musteita, jotka 

vastaavat mahdollisimman hyvin inkjet-tulostuksessa käytettyjä musteita. Kokeellisen osan 

tarkoituksena on selvittää käytännössä, miten musteen koostumus ja musteiden 

ominaisuudet vaikuttavat inkjet-tulosteen kesto-ominaisuuksiin. Tutkittavia kesto-

ominaisuuksia ovat valonja vedenkesto sekä hankauskesto. Musteiden koostumusta 

muokataan muuttamalla musteen eri komponentteja sekä näiden komponenttien 

suhteellisia osuuksia musteista. Saatuja tuloksia verrataan kirjallisuudessa esitettyihin 

vastaaviin tutkimustuloksiin. 

2

3 

KIRJALLISUUSOSA 

2 INKJET-MUSTEET JA NIIDEN KOMPONENTIT 

Tässä luvussa viitataan runsaasti viitteeseen 22, joka on KCL:ssä tehty kirjallisuuskatsaus 

inkjet-musteista. Tämä viite koostuu useista konferenssi- ja lehtiartikkeleista sekä 

kurssimateriaaleista, joiden hankkiminen tätä diplomityötä varten ei olisi ollut ajankäytön 

kannalta tarkoituksenmukaista. Tämän vuoksi näiden sijaan käytetään viitettä 22. 

2.1 InkJet –tulostustekniikka 

Inkjet /56/ on ainoa tunnettu tulostustekniikka, jossa kuva luodaan digitaalisesti ilman 

muita kuvan muodostukseen liittyviä operaatioita, kuten kehitystä, sulatusta, kiinnitystä tai 

suoraa kosketusta. Inkjet on non-contact tulostustekniikka /26, 40/, mikä tarkoittaa, että 

tulostuspää ja tulostettava pinta eivät kosketa toisiaan tulostusprosessin aikana. 

Menetelmän periaatteena on siirtää mustepisarat pienten suutinaukkojen kautta suoraan 

määrättyyn kohtaan tulostettavaa pintaa. Nämä mustepisteet muodostavat matriisin, joka 

muodostaa kuvan tulostettavalle pinnalle. Suuttimien aukkojen halkaisijat ovat noin 20 – 

30 µm. Perinteisesti inkjet jaetaan continuous eli jatkuvaan tekniikkaan ja drop-on-demand 

–tekniikkaan, jota kutsutaan myös epäjatkuvaksi tekniikaksi. Jatkuva tekniikka /26/ 

perustuu jatkuvaan pisaravirtaan, jonka kulkua säädetään sähkökentän avulla /Kuva 1/. 

Kun pisaroita erkanee pisaravirrasta, ne varataan sähköisesti. Varatut pisarat kulkevat 

sähköisen kentän läpi ja ne ohjataan eri kohtiin tulostusalustaa muodostamaan kuvaa. 

Varaamattomat pisarat ohjataan kourun kautta uudelleen käytettäviksi. Jatkuva tekniikka 

voidaan toteuttaa myös siten, että varatut pisarat ohjataan kierrätykseen ja varaamattomat 

tulostusalustan pinnalle. Jatkuvaa tulostustekniikkaa käytetään teollisuuden nopeissa, 

alhaisen resoluution on-line –sovelluksissa personointiin ja koodaukseen, mutta myös 

korkealaatuisten rasterikuvavedosten valmistamiseen. 

Kuva 1 

Jatkuva tekniikka. Elektrodit varaavat mustevirrasta erkanevat pisarat, jotka ohjataan 

sähkökentän avulla joko kierrätykseen tai paperille kuvanmuodostukseen /26/

4 

Nykyään suurin osa inkjet-sovelluksista perustuu epäjatkuvaan tekniikkaan /26, 40/, joka 

voidaan jakaa neljään pääryhmään: terminen, pietsosähköinen, sähköstaattinen ja akustinen 

tekniikka. Suurin osa kaupallisista inkjet-tulostimista /22/ hyödyntää joko termistä tai 

pietsosähköistä tekniikkaa. Sähköstaattinen ja akustinen tekniikka /26/ ovat vielä 

kehitysasteella. Epäjatkuva tekniikka perustuu mustepisaroiden vapauttamiseen suuttimista 

vain silloin, kun pisaroita tarvitaan kuvan muodostamiseen. Jatkuvalle tekniikalle 

tyypillisiä kierrätettäviä pisaroita ei epäjatkuvassa tekniikassa esiinny, mikä yksinkertaistaa 

tulostimen rakennetta ja lisää laitteen luotettavuutta. 

Pietsosähköisessä tulostustekniikassa /26/ pietsokeraamisen materiaalin deformaatio 

aiheuttaa painekammiossa olevan musteen tilavuuden muutoksen /Kuva 2/. Tällöin syntyy 

akustinen paineaalto, joka etenee kohti kuvassa 2 näkyvää aukkoa. Paineaallon 

vaikutuksesta mustepisara alkaa muodostua suuttimessa. Kun pisara on muodostunut, 

paineen täytyy olla riittävän suuri, jotta pisara voi vapautua ulos aukosta kohti tulostettavaa 

pintaa. Pietsosähköistä tekniikkaa käytetään /22/ toimistotulostimien lisäksi myös 

teollisuustulostimissa, jolloin käytetyimpiä ovat pigmenttimusteet. Toimistotulostimissa 

käytetään tavallisesti liukoisia musteita. Musteen suhteen pietsosähköinen 

tulostustekniikka ei ole kovin vaativa. Musteiden ei tarvitse kestää kuumennusta ja ne 

voivat olla liuotin-, vesi- tai öljypohjaisia tai UV-kovettuvia sekä hot-melt –musteita. 

Pietsosähköiseen tekniikkaan erikoistuneita laitevalmistajia ovat ensisijaisesti Epson ja 

Xerox. 

Kuva 2 Pietsosähköisen tulostuspään perusrakenne /26/ 

Pietsosähköinen tekniikka mahdollistaa kontrolloidumman pisaranmuodosuksen, mutta 

kuitenkin suuremman pisaranmuodostusnopeuden kuin terminen tulostustekniikka. 

Terminen tekniikka on käytössä erityisesti toimistotulostimissa, valokuvatulostimissa sekä 

suuren mittakaavan väritulostusratkaisuissa. Suurimpia termisen tekniikan laitevalmistajia 

ovat Hewlett-Packard, Canon, Lexmark, Olivetti ja Xerox. /22/ 

Terminen tulostustekniikka /26/ perustuu painekammiossa olevan kuumentimen pinnalla 

sijaitsevan vesihöyrykuplan kasvuun ja hajoamiseen /Kuva 3/. Kuumennin saa 

vesihöyrykuplan kasvamaan, jolloin painekammiossa oleva muste työntyy kohti aukkoa ja 

osittain ulos aukosta. Kun kupla alkaa hajota ja kaikki musteeseen varastoitunut lämpö on 

käytetty, osa musteesta vetäytyy takaisin kammioon, kun taas aukosta ulos työntynyt muste 

irtoaa muodostaen tulostusalustan pintaan iskeytyvän mustepisaran /Kuva 4/. 

Pisaranmuodostuksen aikana muste kuumenee /22/ noin 350 – 400 o C:een. Pisaran kokoa 

ja nopeutta voidaan säätää muuttamalla lämmityselementin etäisyyttä suuttimen päästä tai 

käyttämällä useita lämmityselementtejä samassa suuttimessa sekä muuttamalla

5 

lämmitysjakson pituutta. Tähän perustuu mahdollisuus käyttää tulostamisessa erikokoisia 

pisaroita. 

Kaikki termisessä tulostuksessa käytetyt musteet ovat vesipohjaisia, ja väriaineet ovat 

tavallisimmin vesiliukoisia. Pigmenttien käyttö väriaineena on osoittautunut hankalaksi 

muun muassa niiden tarvitseman sideaineen vuoksi. Myöskään polymeerihartseja ei voida 

käyttää, koska hartsit muodostavat kuumetessaan kertymiä tulostuspään sisäpinnoille. 

Ilman hartseja painojäljestä ei kuitenkaan tule kiiltävää eikä ulkokäytössä kestävää, vaan 

painotuotteet joudutaan tarvittaessa laminoimaan. Väriaineille ja muille raaka-aineille 

asetetaan korkeat puhtausvaatimukset musteen saostumisen estämiseksi. /22/ 

Kuva 3 Termisen tulostuspään perusrakenne /26/ 

Pisaranmuodostukseen kuluu aikaa noin 10 µs /Kuva 4/. Kun pisara on irronnut suuttimen 

aukosta, kammio täyttyy uudelleen musteella ja pisaranmuodostus voi alkaa uudestaan. 

Suuttimen geometriasta ja musteen ominaisuuksista riippuen uudelleentäyttymisaika 

vaihtelee välillä 80 – 200 µs. Nykyisissä inkjet-tulostimissa on saavutettu jopa 140 µm:n 

suutintiheys ja joissain tulostimissa suuttimia voi olla jopa 350 kappaletta. /26/

6 

Kuva 4 Pisaranmuodostus termisessä tulostustekniikassa /26/ 

2.2 Inkjet-musteiden koostumus 

Inkjet-tulosteen laatuun vaikuttaa muste-paperi –vuorovaikutusten jälkeen eniten 

tulostusmuste, joka määrittelee muun muassa tulostetun kuvan laadun, 

pisaranmuodostuksen ominaisuudet ja koko tulostussysteemin luotettavuuden. Inkjetmusteet 

jaetaan liukoisiin musteisiin ja pigmenttimusteisiin. Perinteisesti liukoisia 

väriaineita on käytetty laajemman väriavaruutensa vuoksi lähinnä värillisissä musteissa ja 

pigmenttiväriaineita mustissa musteissa. Nykyään kuitenkin tulosteilta vaaditaan parempia 

kesto-ominaisuuksia, joten pigmenttien käyttö on alkanut yleistyä myös värillisissä 

musteissa. 

Inkjet-musteiden pääkomponentit ovat väriaine ja kantofaasi /26/. Taulukossa 1 on esitetty 

tyypillinen inkjet-musteen koostumus. Inkjet-tulostuksessa ei ole erillistä kuivatusyksikköä 

/55/, vaan tuloste joutuu heti tulostuksen jälkeen ympäristölle alttiiksi, joten musteen tulisi 

kuivua nopeasti. Lisäksi musteen olisi pystyttävä vuorovaikutukseen tulostettavan 

materiaalin kanssa. Tällöin ympäristötekijät eivät pääse vaikuttamaan tulostusjälkeen. 

Nopea kuivuminen voi kuitenkin huonontaa tulostuspäiden suutinten toimintaa, sillä 

helposti haihtuvien liuottimien käyttö saattaa aiheuttaa väriaineen saostumista 

tulostuspäässä ja suutinten tukkeutumista.

Taulukko 1 Vesipohjaisen inkjet-musteen koostumus epäjatkuvaan pisaroitumiseen 

perustuvissa tekniikoissa /26/ 

Komponentti Tehtävä Pitoisuus (%) 

Ionivaihdettu vesi Vesipohjainen kantoaine 60 – 90 

Lisäliuotin Kosteudensäilyttäjä, kontrolloi viskositeettia 5 – 30 

Liukoinen väriaine tai pigmentti Antaa musteelle värin 1 – 10 

Pinta-aktiivinen aine Kastuminen, penetraatio 0.1 – 10 

Biosidi Estää biologista kasvua 0.05 – 1 

Puskuriaine Kontrolloi musteen pH:ta 0.1 – 0.5 

Muita lisäaineita Kelatointiaine, vaahdonestoaine jne. > 1 

7 

Inkjet-musteet voivat olla myös liuotinpohjaisia. Termisessä tulostuksessa käytetyt musteet 

sisältävät yleensä ionivaihdettua vettä, vesiliukoista tai veteen sekoittuvaa orgaanista 

liuotinta ja liukoista väriainetta sekä useita lisäaineita, kuten solubilisointi- ja 

kelatointiaineita, biosideja ja vaahdonestoaineita. Kuvassa 5 on esitetty inkjet-musteiden 

puumainen jaottelu. /29/ 

Musteet 

Liukoiset 

Pigmentit 

Vesiliukoiset Liuotinliukoiset Liukenemattomat 

Anioniset 

Kationiset 

Vesipohjaiset dispersiot 

Vesipohjaiset dispersiot 

Liuotin-/öljydispersiot 

Kuva 5 Inkjet-musteiden puumainen jaottelu /29/ 

Pääosin inkjet-musteet ovat vesiliukoisia ja anionisia. Pigmenttimusteet ovat kuitenkin 

saavuttaneet yhä enemmän suosiota, kun niiden ominaisuudet ovat kehittyneet. Suurin osa 

markkinoilla olevista inkjet-musteista on kuitenkin kompromissiratkaisuja, joissa jonkin 

tietyn ominaisuuden parantaminen on vaikuttanut epäedullisesti toiseen. /29/ 

2.2.1 Värillisyys 

Aineen värillisyys /22, 52, 55/ on seurausta siitä, että osa tulevasta valosta absorboituu 

aineeseen. Ihmisen silmä näkee heijastuvan tai aineen läpi kulkeneen valon, josta puuttuvat 

materiaalin absorboimat valon aallonpituudet. Orgaanisten molekyylien värillisyys 

aiheutuu elektronin vastaanottaja- ja luovuttajaryhmistä, konjugoituneista sidoksista tai 

siirtymäelementeistä. Molekyyliin liittyneiden elektronien vastaanottaja- ja 

luovuttajaryhmien aikaansaama värillisyys perustuu elektroniorbitaalien laajenemiseen, 

jolloin molekyylin viritystilan energia pienenee ja pääabsorptiopiikki siirtyy UV-alueelta

8 

näkyvän valon alueelle. Tyypillisimmät elektronien vastaanottaja- ja luovuttajaryhmät on 

esitetty taulukossa 2. 

Taulukko 2 Tyypillisimmät kromoforit ja auksokromit /55/ 

Kromoforit 

Auksokromit 

Ryhmä Rakenne Ryhmä Rakenne 

Nitro- -NO 2 Amiinit -NH 2 

Nitroso- -N=O -NHR 

Atso- 

-N=N- 

-NR 2 

Atsoksi- -N=NO- Sulfonaatti -SO 3 H 

Atsoamino- -N=N-NH Hydroksi- -OH 

Karbonyyli- -CO- Karboksyyli- -COOH 

Tiokarbonyyli- -CS- Anionit SO - 3 , O - 

Varsinaisesti värin saavat aikaan kromoforit. Kromoforeja /51/ ovat konjugoidut 

tyydyttämättömät sidosjärjestelmät (esimerkiksi –C=C–C=C–C=C–), atsoryhmät (–N=N–), 

nitroryhmät (–NO 2 ), karbonyyliryhmät (–C=O), rengasjärjestelmät sekä aromaattiset 

rengasrakenteet. Kromoforit sisältävät π-elektroneja, jotka virittyessään π*-orbitaalille 

saavat yleensä aikaan hyvin voimakkaan absorption. Auksokromit /51/ ovat happamia tai 

emäksisiä suolanmuodostavia ryhmiä ja ne puolestaan vahvistavat värillisyyttä ja 

parantavat värin kiinnittymistä. Auksokromeja ovat esimerkiksi hydroksyyli- ja 

aminoryhmät ja niiden johdokset (–OH, –OR, –NH 2 , –NHR, –NR 2 ) sekä halogeenit. 

Auksokromit sisältävät vapaita elektroneja, joiden virittyessä π*-orbitaalille tapahtuu 

heikko absorptio. Kromoforeilla ja auksokromeilla /52/ on suurin vaikutus värillisyyteen, 

kun ne sijaitsevat molekyylin ääripäissä. Kun molekyyli sisältää yhden kromoforin, sen 

väri on keltainen. Kun kromoforien lukumäärä kasvaa, väri muuttuu seuraavasti: keltainen, 

oranssi, punainen, purppura, violetti, sininen, vihreä ja musta. 

Konjugoituneet sidokset muodostuvat vuorottelevista yksöis- ja kaksoissidoksista. 

Tällaisissa molekyyleissä voi tapahtua elektronien delokalisaatiota. Kun konjugoituneen 

ketjun pituus kasvaa, absorboituvan valon aallonpituus kasvaa. Jos ketjussa on vain kaksi 

yksikköä, eli pelkästään kaksoissidos kahden metyyliryhmän välillä, värimolekyyli on 

sininen. Siirtymäelementtien vaikutus värillisyyteen perustuu puolestaan atomien 

järjestäytymiseen d-orbitaalille, jolloin muodostuu värillisiä komplekseja tai 

koordinaatioyhdisteitä. Tyypillinen inkjet-musteissa käytetty koordinaatioyhdiste on 

kupariftalosyaniini. /52/ 

2.3 Liukoiset väriaineet 

Liukoiset väriaineet ovat liuenneet kantofaasiinsa ja ne muodostavat kirkkaita liuoksia, 

joissa yksittäiset väriainemolekyylit ovat erottuneet toisistaan. Liukoiset väriaineet 

kiinnittyvät liuottimensa kanssa suoraan tulostusalustaan kemiallisesti sitoutumalla, joten 

ne eivät yleensä tarvitse erillistä sideainetta. Muu osa musteesta penetroituu väriaineen 

mukana tulostusalustan sisään tai haihtuu ympäröivään ilmaan. Kuivumisprosessin aikana 

muste ei leviä kerroksen sisällä, joten kuvanlaatu ei muutu kuivumisen edistyessä. 

Liukoisilla väriaineilla saavutettavat värillisyysominaisuudet ovat hyvät, mutta

9 

tulostusjäljen kesto-ominaisuudet hankauskestoa lukuun ottamatta ovat huonoja. 

Liukoisten musteiden usein esiintyviä huonoja puolia ovat muun muassa musteen 

kovettuminen suutinkanaviin, värin leviäminen, väriaineen kiteytyminen sekä suuri 

hapettumistaipumus. /39, 50, 55/ 

Tyypillisiä inkjet-musteissa käytettyjä liukoisia väriaineita ovat veteen liukenevat 

happovärit, suoravärit, modifioidut suoravärit, reaktiiviset värit sekä huonosti veteen 

liukenevat dispersiovärit. Taulukossa 3 on esitetty liukoisten väriaineiden päätyypit ja 

niiden kiinnitysmekanismit tulostusalustaan. Muita väriaineita näiden lisäksi ovat muun 

muassa pigmentit, substraattipigmentit (lakes), optiset kirkasteet, atsokehitevärit, 

hapettuvat kehitevärit, rikkivärit, kyyppivärit (vat dye), modifioidut suoravärit ja 

elintarvikevärit. /22, 55/ 

Taulukko 3 

Värityyppi 

Suoraväri (direct dye) 

Happovärit eli anioniset värit 

Emäsvärit eli kationiset värit 

Dispersiovärit (disperse dye) 

Reaktiiviset värit 

Peittavärit (mordant dye) 

Liukoisten väriaineiden päätyypit ja niiden kiinnitysmekanismit tulostusalustaan 

/55/ 

Kiinnitysmekanismi 

Polaariset vuorovaikutukset 

Suolaryhmän avulla 

Suolaryhmän avulla 

Dispergoituminen 

Kemiallinen reaktio → pysyvä sidos 

Kemiallinen silta 

Liukoisten väriaineiden kehittämisen tarkoituksena on erityisesti kesto-ominaisuuksien 

parantaminen. Useimmat liukoisiin väriaineisiin liittyvät ongelmat voitaisiin parantaa 

korvaamalla liukoinen väriaine pigmenteillä, mutta tällöin kuitenkin jouduttaisiin 

tinkimään väriavaruuden laajuudesta. /55/ 

2.3.1 Happo- ja emäsvärit 

Happovärit ovat pienimolekyylisiä ja anionisia, joten ne liukenevat hyvin veteen. 

Kemialliselta rakenteeltaan ne ovat yleensä sulfonihappojen natriumsuoloja /Kuva 6/. 

Happoväreillä on hyvä värillisyys, mutta pieninä molekyyleinä ne tunkeutuvat helposti 

paperin rakenteeseen. Niillä kuitenkin on huono affiniteetti paperiin. Happovärien vedenja 

valonkesto eivät vastaa varsinkaan valokuvatulostuksen asettamia vaatimuksia, joten 

näiden väriaineiden käyttö on nykyään melko vähäistä. /24, 52/ 

N 

N 

HO 3S 

NMe 2 

· 

Na 

Kuva 6 Esimerkki happoväristä (metyylioranssi) /1/

10 

Molekyylirakenteeltaan happovärit kuuluvat nitroso-, nitro-, atso- triaryylimetaani-, 

ksanteeni-, atsiini- tai antrakinoniväreihin ja ne sisältävät yhden tai useampia 

sulfonihapporyhmiä. Happoväreiksi voidaan lukea myös 1:1- ja 1:2-metallikompleksivärit, 

jotka sisältävät koordinatiivisesti sitoutuneita metalliatomeja. Happovärien kiinnittyminen 

paperin kuiturakenteeseen tapahtuu pääasiassa ionisidosten, kuten aminoryhmien ja 

väriaineen sulfonaattiryhmien muodostamien sidosten, välityksellä. Myös vetysidoksilla ja 

van der Waals –voimilla on jonkun verran vaikutusta värien kiinnittymiseen. /22, 24/ 

Emäsvärit ovat kationisia ja sisältävät yleensä kvarternäärisen ammoniumryhmän /Kuva 7/. 

Koska paperi on yleensä luonteeltaan anionista, emäsvärejä käytettäessä tulostusjäljen 

vedenkesto on hyvä. Kemialliselta rakenteeltaan emäsvärit ovat atso-, difenyylimetaani-, 

triaryylimetaani-, ksanteeni-, akridiini-, metiini-, polymetiini-, tiatsoli-, aksatsiini- tai 

antrakinonivärejä. /22, 52/ 

N + Me 2 

C 

Me 2N 

NMe 2 

· 

Cl - 

Kuva 7 Esimerkki emäsväristä (kidevioletti) /1/. Kvarternäärinen ammoniumryhmä on N + 

2.3.2 Suoravärit 

Suoraväreissä värimolekyylit ovat suurempia kuin happoväreissä. Lisäksi suoraväreillä on 

parempi affiniteetti sellukuituihin. Suoravärien toiminta perustuu väriaineen ja 

tulostuspinnan molekyylien väliseen vetovoimaan ja siitä seuraavaan adheesioon. 

Vetovoima syntyy molempien sisältäessä vastakkaisesti varautuneita polaarisia 

molekyylejä. Kiinnittymismekanismeina ovat ioni- ja vetysidokset sekä van der Waalsvoimat. 

Parhaita väriaineita ovat molekyylikooltaan suhteellisen suuret ja lineaariset 

yhdisteet, joiden konformaatio on jäykkä ja tasomainen. Suoravärit ovat yleensä 

vesiliukoisia. Luonteeltaan ne ovat levymäisiä aromaattisia rakenteita. Vesiliukoisuus on 

saatu aikaan liittämällä väriainerunkoon ionisia ja hydrofiilisiä ryhmiä, jollaisia ovat 

sulfonaatti-, amino-, hydroksyyli- ja karboksyyliryhmät /Kuva 8/. Useimmat vesiliukoiset 

väriaineet dissosioituvat liuoksessa, jolloin ne voivat asettua suoraan liuoksesta 

vastakkaisesti varautuneelle pinnalle. Suoraväreillä on paremmat valonja vedenkestoominaisuudet 

kuin happoväreillä, mutta väriltään ne eivät ole yhtä kirkkaita kuin 

happovärit. /22, 24, 51, 52/

11 

NO 2 

O2 N 

OH 

Kuva 8 Esimerkki suoraväristä (Martius Yellow) /1/ 

Suoravärejä käytetään /52/ yleisesti vesipohjaisissa väreissä, sillä sellukuiduissa on 

runsaasti vetysidoksen muodostamiseen kykeneviä hydroksyyliryhmiä. Poolittomille 

pinnoille suoravärit eivät sovellu. Suurin osa suoraväreistä kuuluu di-, tri- tai 

polyatsoväreihin /22/, mutta ne voivat olla myös stilbeeni-, tiatsoli-, oksatsiini- tai 

ftalosyaniinivärejä. Liukoisuutta on mahdollista parantaa vaihtamalla väreissä tavallinen 

natriumioni litium- tai trietanoliammoniumioniksi. 

2.3.3 Modifioidut suoravärit 

Avecia /24/ on modifioinut suoravärejä paino- ja tulostusjäljen kestävyyden 

parantamiseksi. Modifioinnin tarkoituksena on lisätä väriaineisiin funktionaalisia ryhmiä, 

jotka parantavat väriaineen vuorovaikutuksia paperin kanssa. 

1. sukupolvi 

CuPc 

(SO 3 H) x 

(SO 2 NH 2 ) y 

2. sukupolvi 

CuPc 

(SO 3 H) x 

(SO 2 NH _____ 

_____ COOH) y 

3. sukupolvi 

CuPc 

(SO 3 H) x 

(SO 2 NH 2 ) y 

(SO 2 NHR) z 

Kuva 9 

Ensimmäisen sukupolven värit ovat tavallisia suoravärejä. Toisen ja kolmannen 

sukupolven värit ovat modifioituja suoravärejä /24/ 

Toisen sukupolven modifioiduissa suoraväreissä sulfonihapporyhmät on korvattu 

vähemmän happamilla karboksyylihapporyhmillä /Kuva 9/. Tällöin väriaineesta on saatu 

veteen helppoliukoista alkaalisissa olosuhteissa, mutta väriaineet kuitenkin saostuvat 

happamassa pH:ssa muun muassa paperin pinnalle. Kolmannen sukupolven modifioiduilla 

suoraväreillä kromoforeihin on lisätty funktionaalisia ryhmiä, mikä parantaa väriaineen

12 

sitoutumista erityisesti sellupohjaisiin materiaaleihin. Nämä väriaineet saavat välittömästi 

aikaan vedenkestävän tulostusjäljen useimpien papereiden pinnalle. /24/ 

2.3.4 Reaktiiviset värit 

Kuitureaktiiviset väriaineet ovat värillisyydeltään voimakkaita vesiliukoisia väriaineita, 

joita käytetään sellu- ja proteiinikuitujen värjäämiseen. Ne pystyvät muodostamaan 

pysyvän kovalenttisidoksen kuidun kanssa, joten värjäystulos on värikylläinen ja pysyvä. 

Kemialliselta rakenteeltaan reaktiiviset värit ovat atso-, antrakinoni tai ftalosyaniinivärejä. 

Kromoforin sisältämä reaktiivinen ryhmä on liittynyt yleensä vesiliukoiseen kromoforiin, 

kuten antrakinoniin, mono- tai diatsoryhmään tai ftalosyaaniin /Kuva 10/. Musteen pH:n 

säätö on tärkeää, koska reaktiiviset värit pyrkivät reagoimaan muun muassa vesiliuoksen 

hydroksyyli-ionien kanssa. Lisäksi liian happamissa olosuhteissa reaktiivinen ryhmä 

saattaa irrota molekyylistä. /22, 24, 52/ 

O 

O 

Ph 

C 

NH 

OH 

S CH 2 

CH 2 

OSO 3 H 

N 

N 

O 

HO 3S SO 3H SO 3 H 

· 

4 

Na 

Kuva 10 Esimerkki reaktiivisesta väristä (Reactive Red 180) /1/ 

Reaktiivisten väriaineiden käytöllä on mahdollista saavuttaa tulostusjäljen hyvät kestoominaisuudet 

kovalenttisidosten ansiosta. Lisäksi reaktiivisia värejä käytettäessä värit 

leviävät melko vähän. Ongelmiksi muodostuvat kuitenkin väriaineen varastointikestävyys 

ja toisaalta toimivuus suuttimissa. Näiden seikkojen vuoksi väriaine on stabiloitava. /52/ 

2.3.5 Dispersiovärit 

Dispersio on neste, johon on sekoittunut – ei kuitenkaan liuennut – kiinteitä partikkeleita. 

Dispersiovärit ovat käytännöllisesti katsoen veteen liukenemattomia väriaineita, jotka 

kuitenkin liukenevat muihin liuottimiin. Tästä syystä niitä käytetään kolloidaalisina 

vesipohjaisina dispersioina. Tavallisesti dispersiovärit ovat dispersioina saippualiuoksessa, 

joka kostuttaa tulostuspinnan ja saattaa kolloidaaliset partikkelit kontaktiin kuitujen kanssa. 

Tämän jälkeen partikkelit dispergoituvat kuituihin. Dispersiovärejä voidaan käyttää 

dispergoituina esimerkiksi lateksipartikkelien, emulsion, mikroemulsion tai pintaaktiivisten 

aineiden aggregaattien muodostamaan kolloidaaliseen liuokseen. 

Dispersioväreillä saatu tulostusjälki on vedenkestävää ja värikylläistä, mutta suutinten 

mahdollinen tukkeutumien aiheuttaa ajettavuusongelmia. Dispersiovärejä voidaan käyttää 

ainoastaan hydrofobisiin selluloosapohjaisiin kuituverkostoihin. Kuvassa 11 on esimerkki 

dispersioväristä. Kemialliselta rakenteeltaan dispersiovärit ovat nitro-, atso-, metiini-, 

polymetiini- tai antrakinonivärejä. /22, 24, 52/

13 

O 

NHMe 

O 

Kuva 11 Esimerkki dispersioväristä (Disperse Red 9) /1/ 

2.3.6 Muut värit 

Peittaväreissä /33, 55/ käytettävä peitta-aine muodostaa kemiallisen sidoksen väriaineen ja 

kuidun välille. Kationisia peitta-aineita käytetään kiinnittämään anionisia väriaineita ja 

anionisia peitta-aineita puolestaan kiinnittämään kationisia väriaineita. Tyypillisiä peittaaineita 

ovat esimerkiksi paperinvalmistuksen aluna sekä metallikompleksit. Kemialliselta 

rakenteeltaan /22/ ne ovat atso- tai antrakinonivärejä. 

Kyyppiväreistä /22, 55/ useimmat ovat erittäin kestäviä, ja ne kiinnittyvät kuituihin veteen 

liukenemattomassa muodossa. Kyyppivärit kuuluvat indigoidisiin tai antrakinoniväreihin. 

Substraattipigmentit /55/ ovat pigmenteiksi muunnettuja liukoisia väriaineita, jotka 

valmistetaan värjäämällä värittömiä alumiinioksidipartikkeleita suolojen avulla. Myös 

elintarvikevärejä /22/ käytetään inkjet-tulostuksessa, vaikka näillä emäksisillä väriaineilla 

onkin huono valonkesto. Elintarvikevärit ovat kemialliselta rakenteeltaan 

antrakinonivärejä, indigoidisia värejä tai orgaanisia luonnonvärejä. 

2.4 Pigmenttiväriaineet 

Pigmentit ovat lähes täysin liukenemattomia pysyviä kiderakenteita eli aggregaatteja, joilla 

saadaan aikaan opaakki tulostusjälki, jolla on hyvät kesto-ominaisuudet. 

Liukenemattomuutensa vuoksi pigmentit vaativat kuitenkin jonkinlaisen sideaineen 

kiinnittyäkseen tulostusalustaan. Kuvassa 12 on verrattu erilaisten liukoisten väriaineiden 

ja pigmenttiväriaineiden väriavaruuden laajuutta ja tulostusjäljen kesto-ominaisuuksia. 

Kuvasta nähdään, että pigmenteillä on parhaat kesto-ominaisuudet, mutta huonoin 

värillisyys. Liukoisista väriaineista parhaat kesto-ominaisuudet saadaan dispersioväreillä, 

joilla on lisäksi melko hyvä värillisyys. Happoväreillä on paras värillisyys, mutta samalla 

huonoimmat kesto-ominaisuudet.

14 

Väriavaruus 

Happovärit 

Suoravärit 

Dispersiovärit 

Pigmentit 

Kesto-ominaisuudet 

Kuva 12 Erilaisten väriaineiden väriavaruus ja kesto-ominaisuudet /13/ 

Pigmenttimusteiden tyypillisiä ongelmia ovat saavutettavan väriavaruuden kapeuden 

lisäksi muun muassa dispersion epästabiilisuus, suutinten tukkeutuminen partikkelien 

aggregoitumisen vuoksi sekä huono hankauskesto, koska väriaine on teoriassa kokonaan 

tulostettavan materiaalin pinnalla. Muu osa musteesta on absorboitunut paperin sisään tai 

haihtunut ympäröivään ilmaan. Suuri opasiteetti ja väriavaruuden kapeus johtuvat siitä, että 

aggregaatit sisältävät paikallisesti suuria pitoisuuksia valoa absorboivia lisäaineita. 

Pigmenttivärien erinomainen valonkesto perustuu osittain siihen, että väriaineen hajotessa 

värillisyys säilyy muiden molekyylien korvatessa hajonnutta molekyyliä. 

Pigmenttipartikkelit nimittäin kerrostuvat paperin pinnalle. Tällöin päällimmäisten 

kerrosten partikkelien menettäessä värillisyytensä niiden alapuolella olevat partikkelit 

korvaavat hajonneita partikkeleita. Toisaalta juuri monomolekulaarinen rakenne tekee 

puolestaan liukoisista väriaineista läpinäkyvämpiä ja antaa niille paremman värillisyyden. 

/22, 55/ 

Pigmenttiväriaineet ovat tasomaisia molekyylejä, jotka muodostavat aggregaatteja 

sitoutuessaan sopivan materiaalin kanssa. Aggregaattien suuren koon vuoksi väri pysyy 

paremmin paperin pinnalla. Lisäksi sekä valon- että vedenkesto-ominaisuudet paranevat, 

mutta hankauskesto-ominaisuudet huononevat. Viime aikoina on kehitetty erittäin 

hienojakoisia pigmenttejä, joilla on silti hyvät tulostusjäljen kesto-ominaisuudet. Jokainen 

pigmenttipartikkeli sisältää useita värimolekyylejä /Kuva 13/. Nämä värimolekyylit ovat 

usein samanlaisia kuin liukoisilla monomolekulaarisilla väriaineilla. Kemiallisen 

rakenteensa puolesta pigmenttiväriaineet ovat yleensä atsovärejä, karotenoidivärejä, 

antrakinonivärejä, indigoidisia värejä, ftalosyaniinivärejä tai epäorgaanisia pigmenttejä. 

Orgaanisissa yhdisteissä ei ole olemassa valkoista väripigmenttiä. /22, 50, 55/

15 

O 

O 

O 

MeO 

C 

C 

OMe 

O 

O 

C 

Me 

Me 

C 

O 

NH 

C 

CH 

N 

N 

N 

N 

CH 

C 

NH 

C 

OMe 

C 

OMe 

O 

O 

Kuva 13 Esimerkki atsopigmenttivärin värimolekyylistä (Pigment Yellow 155) /1/ 

Pigmenttiväriaineita /22, 50/ käytetään dispersioina. Partikkelikoko tulostimen suuttimissa 

saa olla korkeintaan 100 – 200 nm, jotta väri toimii halutulla tavalla. Käytettyjen 

pigmenttipartikkelien kokojakauma on välillä 50 – 500 nm. Partikkelikoon pienentäminen 

/4, 22/ parantaa värivoimakkuutta, kiiltoa, kirkkautta, läpikuultoa ja tulostusjäljen 

resoluutiota sekä vähentää tulostuspäiden tukkeutumista. Jos liuotin /50/ absorboituu 

paperin sisään suhteellisen nopeasti, pigmenttikerrokseen syntyy halkeamia kuivumisen 

aikana, mikä aiheuttaa optisen densiteetin ja kiillon vähenemistä. Tämä halkeamisilmiö 

aiheutuu kuivumisen aikana tapahtuvasta pigmenttipartikkelien flokkuloitumisesta ja 

koaguloitumisesta. Jos taas liuotin absorboituu paperin sisään liian hitaasti, voi muodostua 

epästabiileja mustefilmejä, jotka voivat edelleen levitä toistensa päälle. Tämän ilmiön 

vaikutuksesta syntyy epätasaisia värialueita. Edellä mainittuja negatiivisia vaikutuksia 

voidaan välttää käyttämällä useita mustekerroksia. Ylimmän kerroksen tulisi olla ohut ja 

silloitettu. Lisäksi ylin kerros voi sisältää pienikokoisia piioksidipartikkeleita, jotka 

vaikuttavat kiiltoon, optiseen densiteettiin ja värisävyyn. 

2.4.1 Pigmenttimusteiden valmistaminen 

Pigmenttidispersion täytyy olla stabiili laajalla lämpötila-alueella pitkälläkin aikavälillä. 

Bermel et al. /4/ ovat osoittaneet, että joidenkin pigmenttien tapauksessa 

pigmenttipartikkelit voivat jopa suurentua ajan kuluessa. Pigmenttidispersion 

valmistaminen /6/ tapahtuu yleensä kaksivaiheisena prosessina. Ensimmäisessä vaiheessa 

eli jauhamisen aikana pigmenttien ja veden sekoitus jauhetaan tai muuten mekaanisesti 

murretaan dispergointi- tai stabilointiaineen läsnäollessa. Dispergoinnin aikana 

pigmenttipartikkeliaggregaatit hajoavat primääripartikkeleiksi, joiden päälle 

dispergointiaineen molekyylit kerrostuvat. Dispergointiaineen ansiosta pigmenttipartikkelit 

stabiloituvat uudelleenaggregoitumista ja kerrostumista vastaan. Valmistettu 

pigmenttikonsentraatio laimennetaan haluttuun pitoisuuteen toisessa valmistusvaiheessa 

lisäämällä konsentraatin joukkoon kostuttavia aineita ja muita lisäaineita, kuten pintaaktiivisia 

aineita tai biosideja. Tällä menetelmällä saatujen pigmenttipartikkelien 

kokojakauma on välillä 100 – 400 nm. 

Pigmenttipartikkelien kokoa /6, 13/ pyritään pienentämään joko estämällä 

pigmenttikiteiden muodostuminen valmistusprosessin aikana tai käyttämällä uudenlaista 

pigmenttidispersion valmistustekniikkaa, joka hyödyntää jauhamisesta tuttua tekniikkaa. 

Prosessi jakautuu kolmeen vaiheeseen /13/, joista ensimmäisen aikana pigmenttipartikkelit

16 

murskataan kovien kvartsikiteiden avulla, jolloin saadaan hyvin jakaantunut pigmentti. 

Toisessa vaiheessa sopiva liuotin liuottaa pienimmät partikkelit ja auttaa hajonneita 

pigmenttejä kiteytymään uudelleen, jolloin saadaan aikaan kapeampi 

partikkelikokojakauma. Viimeisessä valmistusvaiheessa pigmenttidispersio erotetaan 

jauhatuslaitteistosta ja kuivataan. 

Jauhetut pigmenttipartikkelit /15, 39/ on dispergoitava ja stabiloitava, sillä ne pyrkivät 

aggregoitumaan uudelleen van der Waals –voimien ja pigmentin hydrofobisen luonteen 

vuoksi. Pahimmassa tapauksessa tästä saattaa seurata tulostimen suutinten tukkeutuminen. 

Pigmenttidispersio stabiloidaan vedessä muuttamalla pigmentin pinta hydrofiiliseksi. 

Dispergointiaineina /39/ käytetään pinta-aktiivisia polymeereja eli ne sisältävät 

hydrofiilisen ja hydrofobisen ryhmän. Hydrofiilinen ryhmä pystyy vuorovaikuttamaan 

kantofaasin ja hydrofobinen puolestaan pigmentin kanssa /55/. Hydrofiilisestä ryhmästä 

huolimatta dispergointiaineen liuottaminen veteen voi olla hankalaa. Tämä ongelma 

voidaan välttää käyttämällä kostutusaineita, jotka kuitenkin hidastavat tulostusjäljen 

kuivumista. Hydrofobinen osa sitoo dispergointipolymeerin pigmenttiin ja se voi olla 

esimerkiksi vety, substituoitu tai substituoimaton alifaattinen vetyryhmä, heteroalifaattinen 

hiilivetyryhmä, sokeri, sorbitaani, aromaattinen hiilivetyryhmä tai steroidi. Hydrofiilinen 

osa – esimerkiksi heteroatomin sisältävä etyleeniglykoli – puolestaan dispergoi pigmentin 

vesipohjaiseen kantofaasiin. 

Paras dispergointitapa /55/ valitaan käytetyn kantofaasin ja pigmenttityypin perusteella, 

mutta yleensä käytetään steeristä stabilointia polymeerien avulla. Dispergoinnissa voidaan 

käyttää yhtä tai useampaa dispergointiainetta, jotka voivat olla anionisia, kationisia tai nonionisia, 

mutta anioniset ja kationiset ovat inkjet-tulostuksessa suositeltavimpia. Tulosteen 

vedenkesto huononee huomattavasti, kun käytetään non-ionisia pinta-aktiivisia aineita. 

Kuitenkin nämä aineet ovat kovin herkkiä pH:n muutoksille tai ioniselle kontaminaatiolle. 

Stabilointiaineista tehokkaimpia ovat strukturoidut polymeerit. Yleisimpiä vesipohjaisen 

pigmenttidispersion stabilointiaineita ovat Na-dodekyylisulfaatti, akryyli- ja 

styreeliakryylipolymeerit sekä styreenit. Flokkuloitumisen estämiseksi /39/ pigmentit 

stabiloidaan hartsilla tai pinta-aktiivisen aineen ja hartsin seoksella. Yleisiä pinta-aktiivisia 

aineita ovat alkyylifenolietoksylaatit ja tyypillisiä hartseja alkaliliukoiset 

styreeniakryylihartsit. 

Sopivien väripigmentti- ja dispergointiaineiden valinnalla /54/ sekä dispergointitekniikan 

parantamisen avulla on jo pystytty valmistamaan kaupallisia, tulostimissa hyvin toimivia 

pigmenttimusteita. Stabiilin pigmenttidispersion valmistaminen vaatii usein polymeerisia 

pinta-aktiivisia aineita, joiden käyttö tulostimissa voi kuitenkin aiheuttaa ongelmia. Pintaaktiiviset 

aineet /39/ nimittäin vähentävät musteen pintajännitystä, jolloin rasteripisteiden 

leviäminen lisääntyy. Hartsit taas voivat hajota veteen liukenemattomiksi fragmenteiksi 

tulostuspäässä ja aiheuttaa toimintaongelmia tulostuspäässä sekä pigmenttidispersion 

flokkuloitumista ja viskositeetin muutoksia. Toisaalta hartsien käyttö parantaa 

tulostusjäljen hankauskestoa /15/. 

2.4.2 Mikroemulsiomuotoiset pigmenttivärit 

Mikroemulsio /2/ on termodynaamisesti stabiili dispersio, joka koostuu jatkuvasta faasista 

ja pisaramuotoisesta epäjatkuvasta faasista. Dispersion stabiloinnista vastaa pintaaktiivinen 

aine. Epäjatkuvan faasin pisarakoko on yleensä noin 100 nm tai vähemmän. 

Faasien välinen pintajännitys on erittäin pieni.

17 

Inkjet-musteissa jatkuvana faasina on useimmiten vesi ja epäjatkuvana faasina väriaine ja 

orgaaninen liuotin. Mikroemulsiomuotoiset pigmenttivärit ovat veteen liukenemattomia. 

Niissä yhdistyvät liukoisten väriaineiden ja pigmenttidispersioiden hyvät puolet. Näillä 

väreillä on mahdollista saavuttaa erinomaiset tulostusjäljen kesto-ominaisuudet ja lisäksi 

vältytään suutinten tukkeutumiselta ja värien haitalliselta leviämiseltä. Väriaine on liitetty 

mikroemulsion pisaroihin. Tällä ratkaisulla vähennetään värin leviämistä, koska kantofaasi 

haihtuu tai adsorboituu paperiin huomattavasti nopeammin kuin värimolekyyli desorboituu 

mikroemulsiosta tai diffundoituu toiseen mikroemulsion pisaraan. Pigmentti voidaan 

emulgoida veteen epäjatkuvan faasin sisältämän veteen sekoittumattoman yhdisteen avulla. 

Osa veteen sekoittumattomasta yhdisteestä on absorboitunut pigmentin pinnalle, jolloin 

väri myös stabiloituu vähentäen suutinten tukkeutumista. /22, 55/ 

2.5 Kantofaasi 

Kantofaasin sopiva koostumus riippuu tulostustekniikasta. Eniten joustomahdollisuuksia 

on pietsosähköisissä ja jatkuvaan tekniikkaan perustuvissa tulostimissa käytettävien 

musteiden kantofaaseissa. Termisten tulostuspäiden moitteeton toiminta vaatii 

vesipohjaisen kantofaasin, jotta pisaranmuodostus tapahtuisi hallitusti lämmityselementin 

läheisyydessä. Pietsosähköiset tulostuspäät toimivat hyvin myös erilaisilla eivesipohjaisilla 

ja orgaanisilla kantofaaseilla, koska pisaranmuodostus saadaan aikaan 

sähköisen varauksen avulla. Yleensä toimistotulostuksessa käytetään orgaanisia liuottimia 

sisältävää vesipohjaista kantofaasia, joka sisältää useita lisäaineita. Teollisissa 

sovelluksissa käytetään liuotinpohjaista kantofaasia. Lisäksi on olemassa niin sanottuja 

hot-melt –musteita, jotka ovat huoneenlämmössä kiinteitä, mutta muuttuvat juokseviksi 

niitä lämmitettäessä. /55/ 

Vesipohjaisten musteiden etuja ovat myrkyttömyys, palamattomuus ja 

ympäristöystävällisyys. Vesi on myös erinomainen kantofaasi pigmenteille ja liukoisille 

väriaineille. Veden hidas haihtuminen orgaanisiin liuottimiin verrattuna kuitenkin hidastaa 

tulostusjäljen kuivumista. Lisäksi vesipohjaisen kantofaasin imeytyminen paperiin voi 

aiheuttaa paperin käyristymistä ja kupruilua, mikä voidaan kuitenkin estää käyttämällä 

musteen joukossa sopivia lisäaineita. Musteissa käytetään myös kantofaasin haihtumista 

hidastavia aineita, jotta termisesti hajonneen värin saostuminen lämpöelementin pinnalle 

voitaisiin estää. Erityisesti poolittomat liuottimet parantavat tulostussysteemin eri 

komponenttien yhteensopivuutta. /55/ 

2.5.1 Liuotin 

Vesipohjainen kantofaasi /36, 55/ voi sisältää yhtä tai useampaa veteen sekoittuvaa tai 

liukenevaa orgaanista liuotinta jopa useita kymmeniä prosentteja. Liuottimen valinta /12/ 

riippuu sovelluksesta, vaadittavasta pintajännityksestä, viskositeetista, käytettävästä 

väriaineesta, tavoitellusta kuivumisajasta sekä tulostettavasta materiaalista. Värin 

pintajännitystason määrää pääasiassa käytetty liuotin. Lisäksi liuotin liuottaa käytetyn 

väriaineen ja estää musteen kuivumista tulostuspäähän. Vesipohjaisissa musteissa /22, 55/ 

käytettäviä orgaanisia liuottimia ovat muun muassa alkoholit, ketonit, eetterit, esterit, 

polyhydriset alkoholit, glykolit (dioli), glyserolit (trioli), typpeä sisältävät sykliset 

yhdisteet, kuten 2-pyrrolidoni, sekä rikkiyhdisteet. Glykolien lisäys vähentää pisaran

18 

leviämistä paperilla, mutta ei sanottavasti vaikuta pisaranmuodostukseen. Liuottimen 

valinta voidaan tehdä liukoisuusparametrin avulla. 

Liukoisuusparametri määrittelee, miten hyvin jokin aine, useimmiten polymeeri, liukenee. 

Liukeneva aine voi kuitenkin olla myös jokin muu kiinteä tai nestemäinen aine. 

Polymeerien tapauksessa liukenevuus on täydellistä, kun kaikki monomeeri-monomeeri – 

sidokset on korvattu monomeeri-liuotin –sidoksilla. Väriaineiden tapauksessa 

värimolekyylien on erotuttava toisistaan. Liukenevuus on riippuvaista sekä liukenevan 

aineen rakenteesta että liukenevan aineen ja liuottimen välille syntyvistä 

vuorovaikutuksista, joista tärkeimpiä ovat sähköstaattiset vuorovaikutukset ja vetysidokset. 

Termodynaamisesti ilmaistuna aine liukenee, kun aineen ja liuottimen sekoituksen vapaa 

energia on negatiivinen, mikä merkitsee tapahtuman spontaanisuutta. 

Liukoisuusparametrin määritelmä on 

∆E 

d = , /1/ 

V 

jossa d on aineelle ominainen liukoisuusparametri, 

∆E on aineen haihtumisenergia ja 

V on aineen moolitilavuus. /36/ 

Aine liukenee liuottimeen, kun ainetta ja liuotinta vastaavat liukoisuusparametrit ovat 

keskenään samaa suuruusluokkaa. Erityyppisille molekyylien välisille voimille, kuten 

dispersiovoimille, polaarisille voimille ja vetysidosvoimille, voidaan määritellä erikseen 

omat liukoisuusparametrit. Liuotinseos saattaa liuottaa aineen, jota kumpikaan liuotin 

erikseen ei pysty liuottamaan. Liuotinseosten liukoisuusparametri on muotoa 

jossa 

∑ 

xidiVi 

d 

i 

= 

x V 

, /2/ 

∑ 

i 

i 

i 

d on liuotinseoksen liukoisuusparametri, 

x i on liuottimen i moolisosuus, 

d i on liuottimen i liukoisuusparametri ja 

V i on liuottimen i moolitilavuus. /36/ 

2.5.2 Lisäaineet 

Muut musteen komponentit kuin väriaine ja liuotin valitaan inkjet-musteen toiminnan 

kannalta sopivalla tavalla. Periaatteena on koostumuksen pitäminen yksinkertaisena. 

Kantofaasi sisältää useita lisäaineita kuten pinta-aktiivisia aineita, paksuntajia, johtokyvyn 

säätöaineita, kogaationestoaineita, korroosionestoaineita, puskuriliuoksia, apuliuottimia, 

kompleksinmuodostajia, sideaineita, kuivatus- ja vaahdonestoaineita sekä biosideja. /22, 

55/ 

Apuliuotin tekee musteesta liukoista. Kostutusaine estää veden haihtumista ja kuivumista 

suuttimissa. Kogaationestoaine estää musteen palamista kuumennuspinnalle. Biosidi estää 

bakteerikannan kasvun, kelatointiaine estää metallisuolojen muodostumisen, 

kompleksimuodostajat estävät suuttimien tukkeutumista sitomalla raskasmetallisuolat 

kelaateiksi ja puskuriliuos kontrolloi musteen pH:ta. Pigmenteissä ja absorboimattomille 

pinnoille tulostettaessa käytettävät sideaineet edistävät väriaineen adheesiota tulostettavaan 

materiaaliin muodostamalla väriainetta suojaavan kalvon.

19 

Tulostuspään tukkeutumista pyritään estämään lisäliuottimen tai kostutusaineen avulla. 

Voimakkaasti liimattuja papereita tulostettaessa voidaan käyttää ainetta, joka edistää 

kantofaasin tunkeutumista tulostettavaan materiaaliin. Päällystämätöntä paperia 

käytettäessä tulostusjäljen laatua voidaan puolestaan parantaa käyttämällä musteen seassa 

geeliytyviä polymeerejä. Nämä polymeerit jähmettyvät tiettyjen yhdisteiden kanssa 

reagoidessaan, jolloin värin leviäminen paperin pinnalla vähenee ja tulostusjäljen tarkkuus 

paranee. Paperi voidaan myös esikäsitellä sillä tavalla, että sen pinnalle lisätään 

geeliaineita sisältävä vesipohjainen liuos. Tämä liuos muodostaa geelin tulostusjäljen 

pinnalle reagoidessaan musteessa olevien yhdisteiden kanssa. Geeliaineita ovat esimerkiksi 

guarkumi tai CMC. Tulostuspäiden suuttimien tukkeutumista pyritään estämään 

käyttämällä musteen joukossa polymeeriyhdistettä, joka saa aikaan nopean aggregaation 

joutuessaan kontaktiin liukenemattomaksi tekevän aineen kanssa. Tulostuksessa 

käytettävien nesteiden sisältämät komponentit reagoivat vasta tulostusalustan pinnalla, 

jolloin kiinnittävien nesteiden yhteydessä esiintyvät tukkeutumisongelmat poistuvat. 

Lisäksi väriaine kiinnittyy paremmin ja värien leviäminen sekä sekoittuminen vähenevät. 

/55/ 

Pinta-aktiiviset aineet /16, 17, 22, 55/ sisältävät hydrofiilisen ja hydrofobisen osan. Pintaaktiivisella 

aineella on taipumus adsorboida kahden faasin rajapinnalla. Absorptiota 

avustavana voimana /16/ toimii pinta-aktiivisen aineen kyky vähentää faasien välisen 

rajapinnan vapaata energiaa. Kun kahtena rajapintafaasina on vesi ja ilma, vapaan energian 

sijaan puhutaan nesteen pintajännityksestä. Kun rajapinta on peittynyt pinta-aktiivisen 

aineen molekyyleillä, nesteen pintajännitys laskee. Mitä tiheämmin molekyylit ovat 

pakkautuneet, sitä enemmän pintajännitys laskee. Pinta-aktiiviset aineet aiheuttavat nesteen 

joukkoon lisättyinä nesteen vaahtoamista. 

Musteen joukkoon lisättynä pinta-aktiiviset aineet nopeuttavat tulostusalustan pinnan 

kastumista ja musteen penetraatiota paperin sisään. Samalla kuitenkin pisaran leviäminen 

paperilla kasvaa pintajännityksen vähenemisen takia. Pinta-aktiivisia aineita käytetään 

myös pigmenttiväriaineiden dispergointiin ja värien funktionaalisten ryhmien 

modifiointiin. Termistä mustesuihkutulostusta varten on patentoitu muste, jolla on alhainen 

pintajännitys, mutta vähäinen musteen leviämistaipumus. Tämän musteen pinta-aktiivisen 

aineen hydrofiilinen pää adsorboituu paperiin ja hydrofobinen häntä jää osoittamaan 

paperista ulospäin. Reaktion seurauksena musteen adsorptio helpottuu ja sivuttainen 

leviäminen vähenee, koska tulostetun musteen pintajännitys alenee. Jos pinta-aktiivinen 

aine ja tulostettava pinta ovat vastakkaisesti varattuja, adsorptio on erittäin voimakasta. 

Tämä on mahdollista myös silloin kun pinta-aktiivinen aine ja tulostettava pinta ovat 

samanmerkkisesti varattuja. Jälkimmäisessä tapauksessa adsorptio voi olla myös 

olematonta. /17, 22, 55/

21 

3 PAPERIN JA MUSTEEN VÄLISET 

VUOROVAIKUTUKSET 

Inkjet-tulostuksessa lopputulokseen vaikuttaa keskeisesti kolme tekijää − muste, 

tulostinpää ja tulostusalusta − sekä näiden tekijöiden väliset vuorovaikutukset. Erityisesti 

musteen ja paperin väliset vuorovaikutukset vaikuttavat kuvan laatuun ja kestoominaisuuksiin, 

värien laatuun, kuivumisaikaan, paperin käyristymiseen ja kupristumiseen 

sekä erityisesti väriaineen adsorptioasteeseen. Väriaineet, joilla ei ole luontaista 

yhdistymistaipumusta paperin selluloosamolekyylien kanssa, kuten pigmenttipartikkelit, 

kiinnittyvät sideaineen avulla paperin pintaan. /24/ 

Inkjet-paperin ominaisuuksilla vaikutetaan musteen asettumiseen ja kuivumiseen. Paperin 

päällysteen tarkoituksena on sitoa väriaine paperin pinnalle valonja vedenkestävästi. 

Lisäksi päällysteen tai pohjapaperin pitää kyetä varastoimaan myös musteen liuotin 

rakenteeseensa tai komponentteihinsa. Inkjet-tulostukseen tarkoitetuissa erikoispapereissa 

päällyste on usein kerrosrakenteinen: pintakerros sitoo väriaineen ja alempi kerros absorboi 

veden. 

3.1 Kemialliset vuorovaikutukset 

Paperi ja väriaine voivat kiinnittyä toisiinsa monin eri tavoin /24/: kovalenttisidoksen, 

sähköstaattisen voiman, π-π –vuorovaikutuksen, vetysidoksen, hydrofobisen voiman tai 

van der Waals –voimien avulla. Näistä voimista kovalenttisidos /46/ on primäärisidos eli 

sidos, joka liittää atomit yhteen molekyyleissä. Loput ovat sekundäärisiä sidosvoimia eli 

molekyylien välisiä voimia. 

Kovalenttisidos /24/ on vuorovaikutustavoista voimakkain. Tämä sidostyyppi voi esiintyä 

esimerkiksi puuvillakuidun ja väriaineen välisessä kemiallisessa reaktiossa, mutta 

kuitenkin vain reaktiivisilla väriaineilla. Väriaineen elektrofiilinen ryhmä reagoi 

irreversiibelisti paperin nukleofiilisen ryhmän kanssa, jolloin syntyy erityisen kestävä 

sidos. Reaktion tapahtuminen vaatii yleensä lämpö- tai pH-käsittelyn. 

Sähköstaattinen vuorovaikutus eli ionisidos syntyy, kun väriaineen anioniset ryhmät, kuten 

SO - 3 , COO - ja PO 2- 3 , yhtyvät paperin kationisten ryhmien kanssa, joita ovat muun muassa 

Ti 4+ , Al 3+ Ca 2+ ja NR 4+ . Näiden vastakkaisesti varautuneiden ionien välille muodostuu 

kaksoiskerros. Väriaine ja paperi toimivat sähkönvaraajina ja adheesio on 

kaksoiskerroksen yli vaikuttava puoleensavetävä voima. Syntyvä vuorovaikutus on vahva 

ja samalla värimolekyylit eivät enää liiku vapaasti, jolloin saavutetaan hyvä kuvanlaatu. 

/23, 24/ 

π-π –vuorovaikutuksia esiintyy kahden väriainemolekyylin välillä, jolloin voi tapahtua 

aggregoitumista tai kiteytymistä. Suhteellisen vahvoja π-π –vuorovaikutuksia syntyy, kun 

paperi sisältää aromaattisia ryhmiä, jotka pystyvät muodostamaan sidoksia väriaineiden 

kanssa. /23, 24/ 

Kun vetyatomi on sitoutuneena kovalenttisidoksella elektronegatiiviseen atomiin /43/, 

vetyatomilla voi olla vuorovaikutusta myös toisen elektronegatiivisen atomin kanssa. Tätä 

vuorovaikutusta kutsutaan vetysidokseksi. Vetysidoksen elektronegatiivinen atomi voi olla 

joko samassa tai eri molekyylissä. Helposti vetysiltoja muodostavia molekyylejä ovat

22 

happipitoiset hydroksyyli (-OH) ja karboksyylihapporyhmät (-COOH). Vetysidos /24/ on 

suhteellisen heikko sidos, mutta se on kuitenkin tärkein vuorovaikutus paperin ja 

väriaineen välillä. Jos käytetään suurimolekyylisiä väriaineita /22/, kuten suoravärejä, 

vetysidoksia saattaa muodostua niin runsaasti, että syntyy luja sidos. Lisäksi selluloosan 

OH-ryhmien ja väriaineiden aromaattisten ryhmien π-elektronipilvien välille saattaa 

muodostua vetysidoksen kaltaisia vuorovaikutuksia, joita kutsutaan T-sidoksiksi. 

Van der Waals –voimat /23, 24/ ovat merkityksellisiä ainoastaan silloin, kun 

vuorovaikuttavat ryhmät ovat lähellä toisiaan. Tämä edellyttää, että esimerkiksi vesi ei 

muodosta eristäviä kerroksia värin ja paperin välille. Kun paperi ja anioninen väriaine ovat 

kaukana toisistaan, niiden välillä vaikuttaa heikko repulsiovoima, mutta väriaineen 

absorboiduttua paperiin attraktiivinen vuorovaikutusvoima kasvaa. Van der Waals –voimat 

voidaan jakaa /46/ dipoli-, induktio- ja dispersiovoimiin. Kun eri atomeilla molekyylissä 

on yhtä suuret vastakkaismerkkiset sähkövaraukset, molekyyliä kutsutaan polaariseksi. 

Pienillä molekyylien välisillä etäisyyksillä varaukset aikaansaavat vetovoimia molekyylien 

välille, jolloin syntyy dipoleita. 

Dipoli-dipoli –vuorovaikutukset /23, 24/ ovat suhteellisen heikkoja ja ne aiheutuvat 

indusoidusta polaarisuudesta eri ryhmien välillä. Dipolivoimien suuruus /46/ riippuu 

lämpötilasta, koska lämpöliike pyrkii sekoittamaan molekyylien keskinäistä 

orientoitumista. Induktiovoima syntyy, kun polaarinen molekyyli indusoi dipoleja 

vieraisiin molekyyleihin, joilla itsellään ei ole kestäviä dipoleja. Myös poolittomissa 

aineissa on olemassa molekyylien välisiä voimia, joita kutsutaan dispersiovoimiksi. Nämä 

voimat syntyvät, kun jatkuvasti oskilloivat dipolimomentit aiheuttavat elektronien ja 

ytimien hetkellisten asemien muutoksia. 

Hydrofobisia voimia esiintyy liuotinpohjaisilla väriainesysteemeillä, jotka sisältävät 

hydrofobisia ryhmiä, kuten alkyyliketjuja. Nämä ryhmät reagoivat paperissa olevien 

samanlaisten hydrofobisten ryhmien kanssa, mikä on toivottavaa, kun väriaine on 

alunperin ollut vesipohjaista. Hydrofobiset vuorovaikutukset koostuvat osin vetysidoksista 

ja osin van der Waals –voimista. /23, 24/ 

Kaikki edellä mainitut vuorovaikutusvoimat ovat läsnä tekstiileille tulostettaessa. 

Väriaineen ja päällystämättömän paperin välillä vaikuttavat pääasiassa vetysidokset ja van 

der Waals-voimat, jotka ovat suhteellisen heikkoja voimia. Päällystämätön paperi koostuu 

pääasiassa selluloosasta, jonka kanssa väriaine reagoi joutuessaan paperin pinnalle. 

Päällystetyn paperin ja väriaineen välisessä vuorovaikutuksessa myös sähköstaattiset 

voimat ovat tärkeitä, jolloin vuorovaikutusvoimat ovat selvästi suurempia kuin 

päällystämättömän paperin tapauksessa. Sähköstaattiset voimat ovat seurausta tässä 

tapauksessa anionisen väriaineen ja päällysteen joukossa olevan polymeerin tai 

epäorgaanisen oksidin välisistä vuorovaikutuksista. Näitä oksideja ovat muun muassa 

alumiini, pii, talkki sekä kalsiumkarbonaatti. Polymeereja ovat esimerkiksi 

polyvinyylipyrrolidoni (PVP) ja polyvinyylialkoholi (PVA). /24/ 

3.2 Mustepisaran asettuminen paperiin 

Kun muste on tulostettu paperin pinnalle, musteen täytyy kuivua eli muuttua 

mahdollisimman nopeasti nestefaasista kiinteään faasiin. Mustepisaroiden asettuminen ja 

kuivuminen /37/ perustuu toisaalta nesteen tunkeutumiseen ja leviämiseen paperilla sekä 

toisaalta nesteen haihtumiseen leviävästä pisarasta. Musteen kuivumismekanismi /52/ 

voidaan jakaa kahteen osaan: fysikaaliseen ja kemialliseen. Kemiallisia

23 

kuivumismekanismeja ovat hapettumis-polymeraatiokuivuminen ja säteilykuivuminen. 

Fysikaalisia kuivumismekanismeja ovat puolestaan absorptio- ja haihtumiskuivuminen. 

Hapettumis-polymeraatiokuivuminen /52/ on kemiallista kuivumista, jonka aikana 

kuivuvat öljyt muodostavat kovan pinnan. Itse prosessi on monimutkainen, mutta sisältää 

periaatteessa normaalit polymeraation vaiheet. Lisäksi prosessissa on mukana ilmakehässä 

olevaa happea. Myös paperin ja väriaineen välille muodostuvat sidokset ovat kemiallista 

kuivumista. Säteilykuivumista saavat aikaan mikroaallot, UV-aallot, infrapuna-aallot ja 

elektronisuihku. Säteily luovuttaa fotonin, joka kasvattaa mustekerroksen sisäistä energiaa. 

Tämän seurauksena osa kemiallisista sidoksista hajoaa ja saa aikaan kemiallisia reaktioita. 

Säteilykuivumisen vaikutus riippuu musteen absorptiokyvystä ja säteilyn fotonien 

energiasta. Seuraavissa luvuissa käsitellään tarkemmin fysikaalisia kuivumismekanismeja. 

3.2.1 Penetraatio eli absorptiokuivuminen 

Inkjet-tulostuksessa tavallisin tulostusjäljen kuivatustapa on antaa musteen penetroitua 

itsekseen paperin sisään /7/. Muista kuivumismekanismeista poiketen penetraatio ei 

edellytä nesteen muuttumista toiseen olomuotoon /5/. Penetraatio on absorptiokuivumista 

/7/ eli mustepisaroille annetaan riittävästi aikaa, jotta ne voivat imeytyä paperin sisään 

ennen kuin tuloste joutuu kontaktiin jonkun materiaalin kanssa. Kaiken kosteuden ei 

kuitenkaan tarvitse poistua paperista. Paperissa on kapillaareja sekä paperin tasossa että 

sen paksuuden suunnassa /37/. Eri suunnissa olevat kapillaarit tavallaan kilpailevat 

väripisarasta. Jotta tunkeutuminen tapahtuisi pisaran alle, kapillaarien täytyy olla pääosin 

suuntautuneina paperin paksuussuuntaan. Penetraation aikana tapahtuu mustepisaroiden 

kapillaariliikettä paperin huokosiin ja nesteen absorptiota paperin kuituihin /7/. Paperin 

kuitujen turpoaminen voi aiheuttaa ongelmia penetraatioon, mikä saa aikaan paperin 

kupruilua ja vääntymistä. Lisäksi mustepisarat saattavat levitä paperin pinnan huokosiin 

sekä koloihin ja aiheuttaa tulostusjäljen leviämistä. 

Penetraatio ei riipu ainoastaan materiaalin laadusta tai sen kastumisesta /7/, vaan myös 

nestepisaroiden koosta ja huokoisen materiaalin paksuudesta. Lisäksi penetraatioon 

vaikuttavat musteen viskositeetti, pintajännitys, paperin karheus ja paperin kuitujen 

ominaisuudet. Nesteen viskositeetti ja pintajännitys määritellään Lucas-Washburnin 

yhtälön /32, 34/ avulla (kaava 3), joka kuvaa nesteen penetroitumista kapillaariin. 

2 

2 t(2rγ 

cosθ 

+ Pe 

r ) 

l = , /3/ 

4η 

jossa l on nesteen penetraatiosyvyys huokoiseen aineeseen (m), 

t on penetroitumiseen kulunut aika (s), 

r on kapillaariin penetroituvan nesteen säde (m), 

γ on nesteen pintajännitys (N/m), 

θ on nesteen ja pinnan välinen kosketuskulma, 

P e on penetraatioon vaikuttava ulkoinen paine (Pa) ja 

η on nesteen viskositeetti (Pa s). 

Lucas-Washburnin yhtälön mukaan penetraatiosyvyys on verrannollinen penetraatioajan 

neliöjuureen ja nesteen pintajännityksen neliöjuureen. Lisäksi penetraatiosyvyys on 

kääntäen verrannollinen nesteen viskositeettiin. /32/ 

Jos materiaali, johon neste penetroituu, ei ole absorboiva, kastuminen tapahtuu pinnalla, 

mutta absorboivan materiaalin, kuten paperin, tapauksessa kastuminen tapahtuu

24 

penetraationa kapillaareihin. Muste penetroituu nopeammin pintaliimaamattomaan ja 

päällystämättömään paperiin kuin pintaliimattuun ja päällystettyyn paperiin. Myös 

musteen pieni pintajännitys ja pinta-aktiiviset aineet edistävät musteen penetraatiota. /7, 

29, 30, 43/ 

Neste penetroituu spontaanisti /29, 30, 43/ huokoiseen aineeseen, kun nesteen muodostama 

kosketuskulma kiinteän materiaalin kanssa on pienempi kuin 90 o . Kun neste kohtaa 

kapillaarin materiaalin sisällä, nesteen täytyy muodostaa sopiva kosketuskulma kiinteän 

seinän kanssa. Jos nesteen ja kiinteän aineen välinen kosketuskulma on yli 90 o , neste pyrkii 

vastustamaan penetraatiota kapillaarin sisään. Paperin pinta ei ole ideaalisen tasainen, vaan 

se muodostuu satunnaisesti vaihtelevista korkeista ja matalista kohdista. Tällöin nesteen 

kosketuskulmaa on vaikea määrittää, koska todellinen ja havaittu kosketuskulma eroavat 

toisistaan /Kuva 14/. Todellinen kosketuskulma /30/ on paperin tangentin ja juuri 

kyseisessä pisteessä olevan neste-paperi –rajapinnan tangentin välinen kulma. Havaittu 

kosketuskulma /30/ puolestaan on neste-paperi –rajapinnan tangentin ja vaakasuuntaisen 

tason välinen kulma. Tämän kosketuskulmien eron vuoksi on vaikeaa ennustaa 

mustepisaran penetraatiokäyttäytymistä paperin pinnalla, koska tietyn paperin ja tietyn 

musteen välinen todellinen kosketuskulma vaihtelee sen mukaan, mihin kohtaan paperia 

mustepisara on pudotettu. 

Ilma 

Ilma 

Kulma 

Neste 

Kulma 

Neste 

Karhea kiinteä aine 

Karhea kiinteä aine 

Todellinen kosketuskulma 

Havaittu kosketuskulma 

Kuva 14 Todellinen ja havaittu kosketuskulma /30/ 

Paperin ja inkjet-musteen tapauksessa hyvin pienen nestepisaran täytyy penetroitua hyvin 

ohueeseen huokoiseen materiaaliin. Tällaiselle pisaralle kontaktikulman klassinen malli ei 

enää toimi. Pienten pisaroiden muodostamassa systeemissä on ylimääräinen penetraatiota 

edistävä voima, joka aiheutuu kohonneesta paineesta hyvin pienen pisaran sisällä. Tämä 

voima riippuu pisaran säteestä ja sen saa aikaan energia, jota varastoituu pisaran sisään, 

kun pienen pisaran pinta syntyy. Tämä voima on riittävän suuri, jotta penetraatiota olisi 

mahdollista tapahtua 90 o suuremmilla kosketuskulmilla. Kuitenkin penetraatio on 

enemmän riippuvainen pisaran koosta kuin tästä ylimääräisestä voimasta. /29/ 

Neste penetroituu paremmin kiinteään aineeseen kuin ympäröivään ilmaan. Paperi on 

hyvin ohut huokoinen materiaali /29, 32/, jolloin neste altistuu ennen pitkää uudelleen 

ympäröivälle ilmalle paperin pinnassa olevien huokosten kautta. Tämän ilmiön vaikutus 

kasvaa, kun paperi tulee ohuemmaksi. Kaikki muste ei tällöin ehdi penetroitua paperin 

sisään, vaan paperin pinnan yläpuolella oleva pisaran osa altistuu paperin sisällä olevalle 

ilmalle, jolloin nesteen ja kiinteän aineen välinen kontakti jää hyvin pieneksi. Lisäksi 

nesteellä on taipumus penetroitua ensin suuriin huokosiin, minkä jälkeen se siirtyy 

pienempiin huokosiin. Kapillaari-imua /37/ pyritään nopeuttamaan pienentämällä 

kapillaarien kokoa, koska penetroituminen pieniin kapillaareihin tapahtuu nopeammin kuin 

suuriin, kunhan suureet huokoset ovat ensin täyttyneet. Pieniä kapillaareja tulisikin olla 

enemmän kuin suuria kapillaareja, jotta riittävä mustemäärä tunkeutuisi paperin sisään.

3.2.2 Kuivuminen haihtumalla 

25 

Haihtumiskuivumista tapahtuu, kun nesteen pinnan molekyylit siirtyvät ilmaan nesteen 

pinnan läheisyydessä. Tämä mekanismi on riippuvainen nesteen sisällä olevien 

molekyylien energiasta sekä nesteen pinnan vapaasta energiasta. Nesteen sisällä molekyylit 

vetävät toisiaan puoleensa kaikista suunnista. Nesteen pinnalla nesteen sisälle suuntautuvat 

voimat ovat suurimmillaan, koska nesteen ulkopuolella on suhteellisen vähän 

höyrymolekyylejä. Karatakseen nesteen pinnasta molekyylin on voitettava nämä voimat, 

mikä onnistuu ottamalla vastaan energiaa. /52/ 

Käytännössä kuivuminen haihtumalla /7, 8, 52/ tapahtuu liuotinkomponenttien 

haihtumisena eli musteen kosteus haihtuu ympäröivään ilmaan. Lisäksi haihtumista 

tapahtuu, vaikka muste olisikin jo täysin kosketuksen kestävää /8/. Musteet eivät haihdu 

tyhjiössä, mutta joutuessaan kontaktiin ilman kanssa eri komponentit alkavat haihtua. 

Mustekerros ei voi kuivua pelkän haihtumisen avulla /7/, koska aina haihtumisenkin aikana 

tapahtuu nesteen penetraatiota huokoisen materiaalin eli paperin sisään. Haihtumisen 

nopeuteen /37/ vaikuttavat nestefaasin haihtuvuus, haihtuvan nesteen höyrynpaineen ja 

kyllästyneen höyrynpaineen välinen ero sekä haihtuvan nesteen diffuusionopeus paperin 

sisältä pinnalle. 

Juuri musteen kuivuminen rajoittaa tulostusnopeutta /37/ erityisesti käytettäessä 

vesipohjaisia liukoisia musteita. Tulostimen optimaalisen toimivuuden kannalta inkjetmusteiden 

olisi kuivuttava nopeasti paperilla, mutta toisaalta ne eivät saisi kuivua 

suuttimiin. Mustepisaroiden pienestä koosta ja siten pienten nestemäärien vuoksi inkjetmusteiden 

kuivauksessa ei yleensä tarvita ulkoista energiaa. Inkjet-musteen viskositeetti ja 

pintajännitys /22/, sekä siitä riippuvat ominaisuudet, kuten kosketuskulma, kastuminen ja 

leviäminen vaikuttavat ratkaisevasti kuivumisnopeuteen. Nämä ominaisuudet yhdessä 

paperin pintakemiallisten ominaisuuksien ja absorboivuuden kanssa ratkaisevat sen, kuinka 

pian väri kuivuu tahraamattomaksi tai kuinka pian peräkkäin tulostetut värit lakkaavat 

sekoittumasta toisiinsa. Liuottimien ja väriaineen luonne sekä käytetyt lisäaineet musteessa 

ja paperissa vaikuttavat muodostuvan tulostusjäljen laatuun. 

Musteen kuivumista hidastavat mustekoostumuksessa käytetyt heikosti haihtuvat 

liuottimet, joiden tehtävänä on estää musteen kuivuminen suuttimiin. Stockkamp on 

todennut, että vielä kahden tunnin kuluttua tulostuksesta inkjet-mustekerros ei ole täysin 

kuiva, vaikka mustekerroksen päällä olisikin ohut suojaava kerros, joka vähentää 

tulostusjäljen tahraavuutta. Kymmenessä minuutissa liuottimesta ehtii haihtua vain noin 20 

%. Tämän vuoksi on tärkeää, että tulostettava paperi pystyy imemään sisäänsä suuria 

määriä vettä sekä liuotinta, jotta värikerros vaikuttaisi tarpeeksi kuivalta heti tulostuksen 

jälkeen. /50/ 

Musteen kuivumisaikaa pyritään pienentämään penetranttien avulla /18/, jotka nopeuttavat 

musteen penetraatiota. Samalla myös musteen viskositeettia pyritään kasvattamaan, jotta 

musteen leviäminen vähenisi. Toinen keino kuivumisen parantamiseksi on käyttää paperin 

pinnalla hygroskooppisia sideaineita /50/, jotka absorboivat vettä ja liuotinta hyvin. Nämä 

sideaineet kuitenkin absorboivat myös ympäröivän ilman kosteutta, mikä saattaa aiheuttaa 

musteen leviämistä. Myös valokuvatulostuspapereiden käyttäminen nopeuttaa 

tulostusjäljen muuttumista näennäisen kuivaksi, koska muste imeytyy paperin pinnan 

alempiin kerroksiin.

3.2.3 Paperin ja väriaineen vaikutus asettumiseen 

26 

Kuvassa 15 on esitetty vesipohjaisen liukoisen inkjet-mustepisaran käyttäytyminen 

päällystämättömän paperin pinnalla. Osuessaan paperin pintaan pisara alkaa levitä paperin 

kuituja pitkin ja penetroitua paperin sisään. Pisarasta myös haihtuu hiukan vettä. 

Leviämisen ja penetraation vuoksi tulostusjäljen densiteetti ja pisteresoluutio huononevat. 

Pisaran käyttäytymistä paperin pinnalla pystytään paremmin kontrolloimaan päällystämällä 

paperi vettä vastaanottavalla kerroksella. /24, 26/ 

- Kastumisen 

viivästyminen 

- Haihtuminen 

- Kastuminen 

- Penetraatio 

- Haihtuminen 

Kuiva 

Kuva 15 Vesipohjaisen inkjet-mustepisaran kuivumismekanismi päällystämättömän paperin 

pinnalla /26/ 

Päällystetylle paperille tulostettaessa on tärkeää valita sellainen päällystepasta, jonka 

ominaisuudet sopivat hyvin yhteen musteen ominaisuuksien kanssa, jotta saataisiin aikaan 

kestävä ja hyvälaatuinen tulostusjälki. Muste on tässä suhteessa joustavampi, koska sen 

kemiallista koostumusta on helpompi muuttaa päällystekerroksen kanssa yhteensopivaksi. 

Musteen täytyy absorboitua nopeasti päällysteeseen, jotta kuivumisaika säilyisi lyhyenä. 

Väriaineen diffuusion tulostusalustaan täytyy myös olla tarkoin kontrolloitua ja lisäksi 

päällystekerroksen täytyy säilyttää alkuperäiset pintaominaisuutensa. Koska väriaine ei 

pääse leviämään paperin pinnassa ja sisällä, mustepisara jää näkyväksi lähelle 

päällystekerroksen pintaa. Liukoisten musteiden tapauksessa musteen asettumista 

kontrolloidaan muuttamalla päällysteen huokoisuutta /19, 24, 29/. 

Kuvassa 16 on esitetty mustepisaran asettumista erilaisiin papereihin. Tavalliselle paperille 

tulostettaessa mustepisara pääsee leviämään kaikkiin suuntiin, mikä aiheuttaa tulostusjäljen 

resoluution huononemista ja eri värien rajapintojen sekoittumista toisiinsa. Päällystetyn 

paperin päällystekerros estää mustepisaran leviämistä paperin pinnalla ja paperin sisään, 

jolloin mustepisaran asettuminen nopeutuu ja tulostusjäljen resoluutio paranee. Kestoominaisuudet 

eivät kuitenkaan parane, koska suurin osa mustepisarasta jää lähelle paperin 

pintaa, jolloin väriaine on alttiimpi valon, veden ja hankauksen vaikutuksille. Inkjetvalokuvatulostuspapereissa 

väriaine diffundoituu syvemmälle päällysteen sisään, jolloin 

valonkesto-ominaisuudet paranevat, koska päällysteen uloin kerros suojelee väriainetta. 

Väriaineet siis kiinnittyvät paperin uloimpaan kerrokseen kun taas alemmat kerrokset 

vastaavat musteen muiden komponenttien absorboitumisesta. Väriaineet absorboituvat 

päällysteessä olevien alumiini- tai piipartikkelien muodostamiin mikrokapillaareihin. 

Valokuvatulostuspaperille tulostettaessa tulostusjälki on lähes välittömästi tulostuksen 

jälkeen kuivaa, koska paperin uloin kerros absorboi mustetta nopeasti. /24, 29/

27 

Tavallinen paperi 

Mustepisara 

Päällystämätön 

paperi 

Päällystetty paperi 

Mustepisara 

-päällystekerros 

-pohjapaperi 

Inkjet-valokuvatulostuspaperi 

Mustepisara 

-pintakerros 

-polymeerikerros 

-pohjapaperi 

Kuva 16 Musteen absorptio tavalliseen paperiin, päällystettyyn paperiin ja 

valokuvatulostuspaperiin /26/ 

Liukoisen musteen taipumus penetroitua ja absorboitua paperiin on seurausta siitä, että 

värimolekyylit ovat liuenneena muiden komponenttien joukkoon. Pigmenttipartikkelit 

puolestaan ovat dispergoituneina, jolloin ne jäävät paperin pinnalle, vaikka muu osa 

musteesta penetroituukin paperin sisään. Kuvassa 17 on vertailtu liukoisen musteen ja 

pigmenttimusteen käyttäytymistä paperin pinnalla. /27/

28 

Kuva 17 Liukoisen musteen ja pigmenttimusteen käyttäytyminen paperin pinnalla /26/ 

Sekä liukoisia musteita että pigmenttimusteita käytettäessä liuotin penetroituu 

huokoskapillaareihin. Liukoisten musteiden yhteydessä väriaine asettuu sähköstaattisten 

vuorovaikutusten välityksellä paikalleen. Pigmenttivärien yhteydessä puolestaan 

muodostuu suodoskakku /18, 19/ eli pigmentti saostuu paperin pinnalle.

29 

4 INKJET-MUSTEIDEN KESTO-OMINAISUUDET 

Kun inkjet-kuva on tulostettu, se jää kuivuessaan alttiiksi ympäröivälle ilmalle, valolle, 

vedelle ja muille ympäristön tekijöille /53/, jotka vaikuttavat kuvan ominaisuuksiin, 

erityisesti värillisyyteen ja kesto-ominaisuuksiin. Suuri haaste inkjet-musteiden 

kehittämisessä onkin tulostusjäljen kesto-ominaisuuksien parantaminen 

värillisyysominaisuuksista tinkimättä. Tähän haasteeseen pyritään vastaamaan valitsemalla 

sopiva väriainetyyppi. Tutkimuksissa panostetaan tällä hetkellä erityisesti väriaineiden 

vedenja valonkeston parantamiseen. Tutkimustarve on syntynyt erityisesti siitä, että 

inkjet-tulostimia käytetään entistä enemmän valokuvien tulostukseen. Kuluttajat haluavat 

tulostusjäljeltä samoja kestävyysominaisuuksia kuin valokuvilta. Pigmenttivärien valonja 

vedenkesto-ominaisuudet ovat riittävällä tasolla ja liukoisten väriaineiden kestävyyttä 

voidaan parantaa väriaineita modifioimalla. Kehityksen yhtenä tavoitteena on saada aikaan 

värisarjoja, joissa eri väriaineiden valonkestot ovat suunnilleen samanlaisia, jotta eri värien 

haalistuminen tapahtuisi samalla nopeudella, jolloin kuvan sävyn muuttuminen on 

hyväksyttävämpää. Muita inkjet-musteiden kesto-ominaisuuksia, joita on kehitettävä, ovat 

hankauskesto ja otsoninkesto. 

4.1 Valonkesto 

Musteet, kuten muutkin materiaalit, voivat absorboida fotoneita /24/, mikä suorasti tai 

epäsuorasti voi johtaa musteen värin haalistumiseen. Huonon valonkeston vuoksi /33/ 

inkjet-tulosteiden käyttö ulkona ja muutenkin laajassa mittakaavassa on ollut rajoitettua. 

Valohajoaminen on seurausta UV-säteilyn, näkyvän valon sekä hapettumisen 

vaikutuksesta. Ei ole kuitenkaan olemassa yleispätevää mekanismia /49/, jonka avulla 

voitaisiin yksiselitteisesti kuvata väriaineiden valohajoamista ja värien haalistumista. 

Haalistuminen nimittäin riippuu monista eri tekijöistä, kuten lämpötilasta, kosteudesta, 

ilman kaasukomponenteista ja valohajoamisreaktioiden vesiliukoisista tuotteista, sekä 

niiden keskinäisistä vuorovaikutuksista. Lisäksi valohajoamiseen vaikuttavat /12/ paperin 

mustetta vastaanottava kerros, muste ja sen komponentit, tulostusjäljen laatu sekä valo, 

jolle mustekerros altistuu. Stabiileimmat väriaineet hajoavat lähinnä UV-valon 

vaikutuksesta /55/ kun taas epästabiileimmat väriaineet jo näkyvän valonkin vaikutuksesta. 

Magentat pigmentit ja liukoiset väriaineet ovat herkimpiä valon vaikutuksille /33/. 

Valon absorptio voi kasvattaa joidenkin yhdisteiden sisäistä energiaa ja aiheuttaa 

kemiallisia reaktioita. Nämä reaktiot saavat aikaan uusien kromoforien muodostumista tai 

jo olemassa olevien kromoforien tuhoutumista. Molekyylin energian kasvua saadaan 

aikaan valon lisäksi termisesti lämmön avulla, kemiallisesti käyttämällä kemiallisia 

reagentteja tai kemimekaanisesti esimerkiksi jauhamalla. /49/ 

4.1.1 Valohajoamisreaktiot 

Valohajoaminen /12/ on monimutkainen prosessi ja se riippuu useista muistakin tekijöistä 

kuin valon aallonpituudesta. Valohajoamista tapahtuu kemiallisten reaktioiden kautta /31/, 

jotka hajottavat kromoforin elementtejä. Haalistumismekanismi riippuu musteen

30 

kemiallisesta ympäristöstä: paperista, musteen komponenteista ja ympäristötekijöistä. 

Samoissa olosuhteissa liukoiset väriaineet hajoavat nopeammin kuin pigmentit. Sama 

väriaine voi haalistua useidenkin erilaisten reaktioiden kautta /56/. Usein yhden 

mekanismin vaikutuksen hillitseminen saattaa kiihdyttää muita hajoamisreaktioita. 

Fotolyysi 

Fotolyysi eli valohajoaminen on reaktio, jonka aikana väriaineen absorboima fotoni 

aiheuttaa kemiallisen sidoksen heikentymistä tai kokonaan katkeamisen /Kuva 18/. Fotonin 

sisältämä energia siirtää elektronin normaalitilasta virittyneeseen tilaan. Sidos, josta tämä 

virittynyt elektroni on peräisin, voi katketa. Viritystila purkautuu väriaineen palatessa 

takaisin perustilaansa tai molekyyli voi reagoida virittyneessä tilassa valokemiallisesti, 

jolloin fotonin absorboinut värimolekyyli haalistuu. Periaatteessa väriaineen valonkestoa 

voitaisiin parantaa helpottamalla siirtymistä virittyneestä tilasta perustilaan. /25, 27/ 

Valokemiallinen 

reaktio 

S 1 

ISC 

T 1 

Viritys 

Fluoresenssi 

Ε 

Fosforesenssi 

S 0 

hν 

Kuva 18 Kromoforin virittyminen fotonin vaikutuksesta /25/ 

Kuvan 18 symbolein absorboidessaan fotonin värimolekyyli virittyy /25/ ensimmäiseen 

(S 1 ) tai korkeampaan viritystilaan. Molekyyli voi palata alkuperäiseen tilaan (S 0 ) joko 

suoraan fluoresenssin kautta tai systeemin sisäisen risteämisen (ISC) vaikutuksesta toisen 

viritystilan (T 1 ) kautta. Vaihtoehtoisesti molekyyli voi käydä läpi valokemiallisen reaktion 

eli värin haalistumisen. Kun fotoni osuu pigmenttipartikkeliin /31/, fotonin energia 

jakaantuu useisiin molekyyleihin. Tällöin energiaa leviää vähemmän kuhunkin pigmentin 

kromoforiin. Liukoisten väriaineiden tapauksessa fotonin osuessa värimolekyyliin kaikki 

fotonin energia siirtyy tähän yhteen molekyyliin, minkä vuoksi liukoisten väriaineiden 

valohajoaminen on nopeampaa kuin pigmenttidispersioiden.

Hapettuminen ja pelkistyminen 

31 

Yleensä väriaineiden haalistuminen johtuu hapettumisesta tai pelkistymisestä. Atsovärit 

ovat tästä hyvä esimerkki. Anaerobisissa olosuhteissa atsoväri pelkistyy amiineiksi 

ottamalla vastaan vetyatomin, jolloin N=N –sidos hajoaa kahdeksi amiiniryhmäksi /Kuva 

19/. Tämä reaktio nopeutuu huomattavasti, jos vetyatomin luovuttaja tai väriaine on 

virittyneessä tilassa. Vetyatomin luovuttajana voi olla alkoholi, amiini, ketoni, 

karboksyylihappo, eetteri tai esteri. /8, 48, 54/ 

R 1 

R 2 

_____ 

N=N _____ R 2 

_____ 

N-N _____ 

hν 

DH 

R 1 

H 

. 

R 1 

R H H 

2 

_____ 

N-N _____ 

R 1 

R 2 

_____ 

NH 2 + NH 

_____ 

2 

Kuva 19 Atsovärien pelkistyminen /8/ 

Atsovärien hapettumista /8, 48/ tapahtuu, kun happi reagoi atsovärin 

hydratsonitautomeerin kanssa /Kuva 20/. Reaktion välituotteena syntyy epästabiili 

peroksidi /54, 55/. Hapettumista edistävät sellaiset yhdisteet, jotka pystyvät virittymisen 

seurauksena siirtämään ylimääräistä energiaansa hapelle. Reaktiota hidastavia aineita /8/, 

kuten nikkeli-dibutyylitiokarbamaattia, on helpompi lisätä paperin kuin musteen joukkoon, 

vaikka paperilla osa aineesta meneekin hukkaan. Haalistumiseen vaikuttavia pelkistäviä 

yhdisteitä /55/ ovat muun muassa alkoholit, amiinit, ketonit, karboksyylihapot, eetterit ja 

esterit, jotka kaikki absorboivat pelkistymistä katalysoivaa UV-säteilyä.

32 

R 1 

_____ 

N=N _____ R 2 

OH _____ =N-N ____ R 2 

R 1 

O= 

H 

O 2 

R 1 

O= 

O=O 

R 

H 

2 

=N-N ____ 

R 1 

O= 

O-OH 

_____ 

N=N _____ R 2 

R 1 

O= 

=O 

- + 

+ OH + N 

____ 

2 

R 2 

Kuva 20 Atsovärien hapettuminen /8/ 

Sekä hapettuminen että pelkistyminen ovat myös riippuvaisia atsovärissä ja 

vetyluovuttajassa olevista substituenteista /8/. Valohajoaminen kiihtyy /54, 55/, kun 

elektroneja vastaanottavat substituentit lisääntyvät. Nämä altistavat värin nopealle 

haalistumiselle, jos värimolekyylin lähellä on elektroneja luovuttavia yhdisteitä. Alhaisilla 

väriainepitoisuuksilla tulostusjäljen haalistuminen on nopeaa. Haalistuminen voi alkaa 

myös tulostetun alueen kosteus- ja happipitoisuuksien pysyessä suurina. Tulostettavan 

materiaalin sisältämät kemialliset ryhmät voivat hidastaa tai nopeuttaa haalistumista, kun 

taas materiaalin huokoisuus helpottaa kosteuden ja kaasumaisten aineiden tunkeutumista 

materiaalin sisään.

Katalyyttinen hapettuminen 

33 

On osoitettu, että väriaine haalistuu nopeammin, kun se on kontaktissa toisen tai 

useamman väriaineen kanssa, joilla on kyky huonontaa katalyyttisesti toista väriainetta. 

Muste tai paperi voivat myös sisältää aineita, jotka vauhdittavat värien haalistumista. Tätä 

ilmiötä kutsutaan katalyyttiseksi hapettumiseksi /8, 45, 48, 56, 57/, joka ilmenee erityisesti 

liukoisia musteita käytettäessä. UV- tai näkyvän alueen säteily voi siirtää jonkin musteen 

komponenteista tai kaikki musteen molekyylit virittyneeseen tilaan /11/. Virittyneen tilan 

vuoksi musteesta tai jostain sen komponentista tulee reaktiivisempi ja se alkaa hajota ellei 

se pysty siirtämään ylimääräistä energiaansa muualle. Jos viritystilan aiheuttajana on UVsäteily, 

katalyyttista hapettumista voidaan estää lisäämällä musteen joukkoon UVabsorbantteja 

tai päällystämällä paperin pinta UV-laminaatilla. Valonkestoon vaikuttavat 

myös kosteus ja liuotinpitoisuus, joten laminoinnilla saattaa olla myös negatiivinen 

vaikutus musteen kestoon. Näkyvän valon aiheuttaessa viritystilan /8, 45/ musteen 

joukkoon kannattaa puolestaan lisätä sammuttaja-aineita, jotka ottavat vastaan 

virittyneiden komponenttien ylimääräisen energian. Musteen aggregaatio tekee liukoisesta 

musteesta enemmän pigmenttimusteen kaltaista ja muutenkin stabiilimpaa, jolloin 

katalyyttinen hapettuminen vähenee. 

4.1.2 Paperin vaikutus valonkestoon 

Paperin mustetta vastaanottavalla kerroksella on merkittävä vaikutus tulosteen 

valonkestoon /12/. Päällysteen orgaaniset polymeerit tai mineraalit, lisäaineiden luonne 

sekä päällystekerrosten rakenne ja pintaominaisuudet vaikuttavat kukin tavallaan. 

Päällystetyillä papereilla on huonompi valonkesto kuin päällystämättömillä papereilla /24/, 

koska päällystetyissä papereissa väriaine on asettunut pinnan läheisyyteen. 

Valokuvatulostuspapereille tulostettaessa valonkesto paranee, koska tulostujälkeä suojaava 

kerros estää valon pääsyä väriaineeseen. Päällystämällä paperi useilla erilaisilla kerroksilla 

voidaan parantaa valonkestoa /12/. Eri kerrokset voivat erikoistua eri tehtäviin, jolloin 

pintaominaisuudet ja kesto-ominaisuudet voidaan erottaa toisistaan ja eri ominaisuudet 

eivät pääse häiritsemään toistensa kehittymistä. Päällystekerrokset, jotka sisältävät PVP:a 

ja orgaanisia kationisia systeemejä /25/, voivat ratkaisevasti huonontaa tulostusjäljen 

valonkestoa. Orgaaniset kationiset päällysteet vähentävät valonkestoa kun taas 

epäorgaaniset kationiset päällysteet, kuten siirtymämetalli-ionit, usein parantavat 

valonkesto-ominaisuuksia. 

Useiden papereiden pinnalla käytetään optisia kirkasteaineita, jotta paperin pinta näyttäisi 

valkoisemmalta. Nämä kirkasteaineet on valmistettu siten, että ne absorboivat esimerkiksi 

UV-säteilyn fotoneita ja emittoivat energialtaan pienempiä fotoneita näkyvän valon 

alueella. Tämän vuoksi kirkasteaineet voivat toimia tehokkaina valokemiallisten 

reaktioiden tapahtumapaikkoina. Kun muste joutuu kontaktiin kirkasteaineen kanssa, 

väriaineen molekyylit absorboivat osan värihaalistumiseen liittyvästä energiasta 

kirkasteaineen molekyyleiltä. Myös paperin valkaisussa käytettyjen hapettimien jäänteillä 

on samantapainen vaikutus musteiden valonkestoon. /27/ 

4.1.3 Musteen vaikutus valonkestoon 

Valonkestoon vaikuttavia tekijöitä ovat muste, mustetta vastaanottava kerros sekä valo, 

jolle muste altistuu. Näistä musteella on suurin vaikutus. Valonkestoon vaikuttavat

34 

musteen tekijät ovat musteen kemiallinen koostumus, musteen ympäristö sekä ennen 

kaikkea väriaine. Valonkesto riippuu lähinnä väriaineessa olevan kromoforin rakenteesta, 

mutta myös molekyylirakenteen lisäryhmillä on oma vaikutuksensa. Lisäryhmät on 

suunniteltu siten, että ne maksimoivat väriaineen liukoisuuden vesiliukoisessa liuoksessa. 

Ne eivät kuitenkaan häiritse musteen aggregoitumista, kun muste on kuivunut kiinteään 

olomuotoon tulostuksen jälkeen. /12/ 

Musteen ympäristöllä tarkoitetaan tulosteeseen vaikuttavaa valon määrää, valon 

vaikutuksen kestoa ja valon laatua (UV, näkyvä valo jne.) sekä tulosteen kosteutta. Vain 

vähän tiedetään siitä, miten musteessa olevat liuottimet vaikuttavat tulosteen valonkestoominaisuuksiin 

/12, 48/. Orgaaniset liuottimet voivat puhtaaseen veteen verrattuna 

huonontaa valonkesto-ominaisuuksia ja häiritä aggregaatiota. Ne voivat valosäteilyn 

vaikutuksesta muodostaa myös hajoamistuotteita, jotka saavat aikaan värien haalistumista. 

Glykolien käyttämisen liuottimena on osoitettu huonontavan värin valonkestoa /48/. 

Etyleeniryhmien lisääminen glykoliin huonontaa vielä entisestään valonkestoa ja vähentää 

musteen aggregoitumista. 

Pigmenttiväriaineet kestävät hyvin valoa haalistumatta /33/, koska niiden kiderakenteen 

stabiilisuus estää partikkelien hapettumisen. Pigmenttipartikkelit ovat kerrostuneet paperin 

pinnalle /15/. Jos päällimmäinen partikkeli haalistuu, sen alapuolella oleva partikkeli 

korvaa haalistuneen pigmentin. Yksittäisen pigmenttipartikkelin koon pienetessä 

partikkelista tulee alttiimpi valon vaikutuksille /6, 12/, koska sen valoa kestävä ulkopinta 

pienenee. Samalla kuitenkin koko pigmenttidispersion ulkopinta kasvaa partikkelien 

pienentyessä, jolloin koko dispersion valonkesto paranee. Liukoiset väriaineet eivät 

haalistu tyhjiössä /55/, mutta joutuessaan kosketuksiin ympäröivän ilman, tulostettavan 

materiaalin tai värin muiden komponenttien kanssa ne alkavat haalistua. Liukoiset 

väriaineet ovat asettuneet paperin pinnan läheisyyteen /9, 24/, joten ne ovat alttiimpia 

valon vaikutuksille ja lisäksi liukoisten väriaineiden muodostamaan laajaan alueeseen 

valon on helppo päästä vaikuttamaan. 

Liukoisista väriaineista syaaneilla ja keltaisilla väriaineilla on parhaat valonkestoominaisuudet 

/12/, mutta varsinkin magentojen ja mustien väriaineiden huonot valonkestoominaisuudet 

ovat lisänneet kiinnostusta pigmenttimusteiden käyttöön. Liukoisten 

väriaineiden ja pigmenttiväriaineiden valonkestoa voidaan parantaa fysikaalisella tai 

kemiallisella stabiloinnilla /54/. Kemiallisia stabilointikeinoja on useita /7/, joista eräs 

yleisesti käytetty on modifioida väriaineen kromoforin molekyylirakennetta, mikä voi 

kuitenkin johtaa huonontuneisiin värillisyysominaisuuksiin. Valonkestoa voidaan myös 

parantaa lisäämällä musteen diffuusioastetta paperiin /25/. 

Useimmat inkjet-musteissa käytetyt mustat väriaineet sisältävät atsokromoforin, joten ne 

sisältävät myös aromaattisen rakenteen. Nämä ovat yleensä suuria aromaattisia rakenteita, 

jotka sisältävät di-, tri- tai jopa tetra-atso –kromoforiryhmiä, jotta väriaineen olisi 

mahdollista absorboida mahdollisimman paljon näkyvän valon alueesta. Aromaattisen 

rakenteen ansiosta näillä väriaineilla on hyvä valonkesto. Metallikationin lisääminen 

molekyylirakenteeseen lisää valonkestoa vielä entisestään. Metalli suojaa kromoforia 

vähentämällä kromoforin elektronien tiheyttä, jolloin kromofori ei enää ole niin herkkä 

hapettumaan. Metallina voidaan käyttää esimerkiksi kuparia, kromia tai kobolttia, joiden 

vaikutuksesta valohajoaminen vähenee, koska musteen aggregoituminen lisääntyy. Lisäksi 

paperin pinnan päällystäminen metallikationeilla parantaa valonkestoa. Pigmenttiväreissä 

käytetty musta perustuu jauhettuun nokimustaan pintakäsiteltynä tai kemiallisesti 

modifioituna. Nokimustalla saadaan aikaan korkea optinen densiteetti ja hyvät kestoominaisuudet. 

Tulostettaessa nokimustalla tulostusjälki on hyvin tummaa. Jos musta 

saadaan aikaan sekoittamalla pigmenttisyaania, -magentaa ja –keltaista, väri näyttää 

mutaiselta tummanharmaalta. /3, 25, 31/

35 

Myös keltaiset väriaineet sisältävät valonkestoa edistävän atsokromoforin. Valonkesto 

heikkenee, jos käytetään atsopyridoni- tai atsopyratsoloni-väriaineita, jotka ovat usein 

hydratsotautomeereina ja jotka sisältävät molekyylin sisäisen vetysidoksen. Keltaiset 

pigmentit ovat monoatso-aseto-aset-aryyli-amiineja, isoindoliineja tai bentsimidatsoloniin 

tai diarylidiin perustuvia, joilla kaikilla on hyvät valonkesto-ominaisuudet. /22, 25/ 

Magentoilla /25/ on tavallisesti huonoin valonkesto liukoisista väriaineista, ja valonkesto 

vaihtelee suuresti riippuen molekyylien rakenteesta ja molekyyleihin kiinnittyneistä 

substituenteista. Magentojen väriaineiden yleisin kromofori on ksanteeni, jolla on huono 

valonkesto. Kaksi yleisintä atsoväriä ovat H-happo ja Gamma-happo. H-happo –rakenteen 

sisältävät värit ovat kirkkaita, mutta hydratsotautomeerin sisältämän molekyylin sisäisen 

vetysidoksen vuoksi niiden valonkesto on heikko. Gamma-happo esiintyy ainoastaan 

atsomuodossa, joten sillä on parempi valonkesto. Yleisimmin käytetyt magentat pigmentit 

ovat atsovärejä, quinakridoneja tai dimetyyliquinakridoneja. Parhaiten haalistumista 

kestävät magentat väriaineet ovat atsovärejä /12/. 

Sekä liukoiset syaanit väriaineet että syaanit pigmentit perustuvat kupariftalosyaniinikromoforiin, 

jolla on erinomainen valonkesto. Harvinaisemmalla syaanin väriaineen 

rakenteella, trifenyylimetaanirakenteella, on kupariftalosyaniinia huonompi valonkesto. 

/25/ 

Hartsien ja sideaineiden käytöllä musteen joukossa voidaan lisätä tulostusjäljen 

valonkestoa /58/. Kun hartsin polymeereihin lisätään aromaattisia osia, UV-absorptio 

lisääntyy, mikä suojelee väriaineita valohaalistumiselta. UV-säteilynestoaineita voidaan 

käyttää joko paperin tai musteen joukossa /25, 27/ vähentämään värikerrokseen osuvien 

fotonien lukumäärää ja kosteuden vaikutuksia. Nämä aineet eivät kuitenkaan estä näkyvän 

valon fotoneita virittämästä värimolekyylejä. Tämän vuoksi oletetaan, että fotoni pääsee 

joka tapauksessa virittämään värimolekyylin, mutta tätä virittynyttä tilaa pyritään 

kontrolloimaan valonkeston parantamiseksi. Molekyylin virittynyt tila voi käydä läpi useita 

relaksaatioasteita, jotka eivät johda värien haalistumiseen. Musteiden joukossa voidaan 

käyttää myös lisäaineita, jotka häiritsevät valohajoamista ja palauttavat virittyneen 

elektronin takaisin alkuperäiseen tilaansa. Nämä lisäaineet eivät juurikaan vaikuta musteen 

värillisyysominaisuuksiin. 

4.1.4 Valonkeston tutkiminen 

Näkyvän alueen ja lyhyen aallonpituuden UV-valo aiheuttaa suurimman osan musteen 

valohajoamisesta. Jokaiselle kemialliselle sidokselle on olemassa kriittinen valon 

aallonpituus, joka tuottaa tarpeeksi energiaa sidoksen hajoamiseen. Kaikilla tätä 

aallonpituutta pienemmillä aallonpituuksilla sidos hajoaa ja tätä suuremmilla 

aallonpituuksilla sidos ei hajoa. Niinpä jos valolla, jolle näytteet altistuvat, on liian pieni 

aallonpituusalue, näyte saattaa haalistua testin aikana enemmän kuin se haalistuisi 

tavallisessa päivänvalossa. /10/ 

Valonkestotestissä käytettävän valon täytyy jäljitellä mahdollisimman hyvin tavallista 

auringonvaloa. Tähän on pyritty käyttämällä hiilikaarilamppua, xenon-kaarilamppua tai 

fluoresoivaa UV-valoa. Umpinaista hiilikaarilamppua on käytetty simuloimaan 

auringonvaloa ja testaamaan näytteiden valonkestoa vuodesta 1918 lähtien. Sitä ei 

kuitenkaan enää nykyään juurikaan käytetä, koska se ei jäljittele auringonvaloa kovinkaan 

hyvin ja lisäksi siitä puuttuu lyhyen aallonpituuden UV-valo. Vuonna 1933 esiteltiin 

auringonvaloon perustuva hiilikaarilamppu, jolla oli umpinaista hiilikaarilamppua 

paremmin auringonvaloa vastaava spektri. Tällä lampulla oli kuitenkin vielä

36 

auringonvaloon sopimattomia energiapiikkejä tietyillä aallonpituuksilla. Lisäksi sen 

spektrissä oli hyvin pieniä aallonpituuksia, joita ei esiinny luonnossa. Myös 

hiilikaarilamppujen suodattimien ikääntyminen aiheuttaa vaihtelua tuloksiin. /10/ 

Xenon-kaarilamppua ryhdyttiin käyttämään vuonna 1954 Saksassa näytteiden 

auringonvalon vaikutuksesta tapahtuvan turmeltumisen tutkimiseen. Xenon-kaarilamppu 

tarvitsee sopivat suodattimet ei-toivotun säteilyn suodattamiseksi. Se on tällä hetkellä paras 

menetelmä jäljittelemään auringonvalon koko spektriä: UV-valo, näkyvä valo ja IR-valo. 

Xenon-kaarilamppu soveltuu hyvin haihtumisen, värin muuttumisen ja kellastumisen sekä 

erilaisten materiaalien valonkeston tutkimiseen. Lisäksi se on erityisen käyttökelpoinen 

tulostus- ja painatusmusteiden valonkesto-ominaisuuksien tutkimiseen, koska musteet ovat 

herkkiä näkyvälle ja pitkän aallonpituuden valolle. Xenon-kaarilamppu on vaihdettava 

uuteen tietyin väliajoin, koska lamppu aiheuttaa ikääntyessään tuloksiin vaihtelua. /10/ 

Fluoresoivaa UV-valoa käytetään QUV-laitteissa, jotka ovat maailmanlaajuisesti 

yleisimmin käytettyjä näytteiden turmeltumisen tutkimiseen käytettyjä laitteita. 

Fluoresoiva UV-valo ei pyri jäljittelemään auringonvalon koko spektriä, vaan ainoastaan 

auringonvalon vahingollisia vaikutuksia eli lähinnä UV-alueen aallonpituuksia. Se onkin 

nykyään paras valo jäljittelemään auringonvalon lyhyitä aallonpituuksia. Fluoresoiva UVvalo 

soveltuu fyysisten ominaisuuksien testaamiseen ja sisätiloihin tarkoitettujen 

näytteiden valonkeston tutkimiseen. /10/ 

4.2 Vedenkesto 

Vedenkestolla tarkoitetaan tulostusjäljen värien haalistumista, kun tuloste joutuu kontaktiin 

veden kanssa /56/. Haalistuminen johtuu värimolekyylien liukenemisesta veden joukkoon. 

Pigmenttivärien vedenkesto on hyvä, mutta liukoisten väriaineiden vedenkesto on ongelma 

varsinkin vesipohjaisia musteita käytettäessä. Mikroemulsiomuotoisilla inkjet-musteilla on 

hyvä vedenkesto /51/, kuten myös valonja hankauskesto. Liukoisia väriaineita ja 

päällystettyjä papereita käytettäessä vedenkestoon vaikuttavat väriaineen kiinnittyminen 

päällysteeseen sekä päällysteen ja väriaineen luontainen vedenkesto /54/, joka muodostuu 

päällysteen komponenttien välisistä vuorovaikutuksista. 

Yksi syy huonolle vedenkestolle inkjet-tulostuksessa on, että suurin osa käytetyistä 

päällysteistä perustuu vesiliukoisiin polymeereihin, kuten polyvinyylialkoholiin tai 

polyvinyylipyrrolidoniin. Nämä polymeerit voivat olla ristisitoutuneita, mikä huonontaa 

päällysteen absorptiokykyä. Myös käytetyt polymeeripäällysteet ovat hydrofiilisia, joten ne 

turpoavat aina jonkin verran veden vaikutuksesta. Paremmat vedenkesto-ominaisuudet 

ovat huokoisilla päällysteillä, joissa on käytetty absorboivia täyteaineita, sillä nämä 

päällysteet absorboivat paremmin musteen komponentteja. /21/ 

4.2.1 Vedenkeston muodostuminen 

Kuten valonkestoa myös vedenkestoa voidaan parantaa modifioimalla väriainemolekyylien 

kemiallista rakennetta /22/. Kemiallisen rakenteen modifioinnin tarkoituksena on muuttaa 

anioninen väriaine kationiseksi. Atsovärin kuparikompleksin liukoisuutta ja vedenkestoa 

on parannettu vaihtamalla natriumsuola joko litiumsuolaksi tai 

trietanoliammoniumsuolaksi. Syaanien ja keltaisten väriaineiden vedenkestoa ei sen sijaan 

ole pyritty parantamaan modifioimalla niiden kemiallista rakennetta. Kirkas magenta

37 

väriaine, jolla on hyvät vedenkesto-ominaisuudet, saadaan silloin, kun vaihdetaan 

väriaineen sulfaattiryhmä alifaattiseen amiiniryhmään. Vedenkeston parantuminen on 

seurausta väriaineen amiiniryhmien ja selluloosan hydroksyyliryhmien välisistä sidoksista 

/3/. 

Vesipohjaisten musteiden vedenkestoa on pystytty parantamaan hyödyntämällä vaihtuvan 

liukoisuuden periaatetta eli liukoisuuden pH-riippuvuutta /3, 9/. Esimerkiksi 

funktionaalisen ryhmän vaihdolla voidaan vaikuttaa väriaineen liukoisuuteen /3/. Muun 

muassa mustan väriaineen vedenkestoa on parannettu vaihtamalla sulfonihapporyhmä 

vähemmän happamaksi karboksyylihapporyhmäksi. Vesipohjaisissa pigmenttiväreissä 

pigmenttipartikkelit voidaan dispergoida vesipohjaiseen hartsisysteemiin /9, 54/, jonka 

liukoisuus riippuu pH:sta. Liukoisilla väriaineilla vaihtuvan liukoisuuden periaate voidaan 

toteuttaa liittämällä molekyyliin funktionaalisia ryhmiä, joiden liukoisuus riippuu pH:sta 

eli käytännössä väriaine, joka liukenee hyvin kantofaasiinsa, mutta huonosti veteen 

ollessaan paperin pinnalla. Liukoiset musteet ovat yleensä lievästi emäksisiä /9/ (pH 7.5 – 

9.0) ja useimmat paperit ovat lievästi happamia (pH 4.5 – 6.5). Liittämällä väriaineen 

molekyyleihin ryhmiä, jotka ovat lähes neutraaleja (pH ≈ 7), saadaan valmistettua 

musteita, joihin emäksiset väriaineet liukenevat. Lisätty ryhmä nimittäin ionisoituu 

emäksisen väriaineen läheisyydessä saaden aikaan vesiliukoisuutta edistäviä 

ominaisuuksia. Nämä väriaineet eivät juurikaan liukene ollessaan happaman paperin 

pinnalla, koska paperi estää ryhmää ionisoitumasta. 

Korvattaessa osa sulfonihapporyhmistä (-SO 3 H) karboksyylihapporyhmillä (-COOH) 

väriaine muuttuu lievästi emäksiseksi /56/, koska karboksyylihapporyhmä dissosioituu 

happamissa olosuhteissa ja liukenee veteen vain osittain. Tulostuksessa paperin lievä 

happamuus muuttaa karboksyyliryhmän tällöin niukkaliukoiseen muotoon /55/, jolloin 

saadaan aikaan vedenkestävä tulostusjälki. Yleensäkin kationisilla väriaineilla 

tulostettaessa saadaan vedenkestävä tulostusjälki, koska värin leviämistaipumus on 

vähäistä ja väriaine on stabiili laajalla pH-alueella. Periaatteessa reaktiivisten väriaineiden 

käyttö voisi parantaa tulostusjäljen kesto-ominaisuuksia ja vähentää värien 

leviämistaipumusta. Näiden väriaineiden ongelmia ovat kuitenkin väriaineen 

varastointikestävyys ja toimivuus suuttimessa, minkä vuoksi väriaine vaatii stabilointia. 

Huokoisissa päällysteissä käytetyillä kationisilla peitta-aineilla voidaan parantaa anionisten 

liukoisten väriaineiden vedenkestoa. Nämä peitta-aineet tekevät väriaineesta 

liukenematonta, koska paperin ja väriaineen välille muodostuu kationi-anioni –kompleksi. 

Pigmenttivärien vedenkestoon peitta-aineilla ei ole merkitystä, koska pigmenttipartikkelit 

asettuvat tehokkaasti huokoisen päällysteen sisäpinnalle sen jälkeen, kun ylimääräinen 

dispergoinnissa käytetty vesi on haihtunut. Väriaineiden vedenkestoa huokoisten 

päällysteiden pinnalla voidaan parantaa myös laminoimalla tulostuksen jälkeen paperi 

kerroksella, joka suojaa tulostusjälkeä vedeltä ja kosteudelta. /33/ 

Kosteudenkestolla tarkoitetaan tulostusjäljen kestoa kosteissa ja kuumissa olosuhteissa. 

Yleensä kosteudenkesto on ongelmana kiiltäville kalvoille tai paperille tulostettaessa, sillä 

kosteus saa musteen diffundoitumaan tulostusalustan läpi. Valonkestoon verrattuna 

kosteudenkesto on suhteellisen yksinkertainen ilmiö, ja se on helposti ennustettavissa 

musteen ominaisuuksista. /56/

4.3 Hankauskesto 

38 

Mustekerros määritellään asettuneeksi, kun se kestää kosketusta. Tätä testataan painamalla 

toinen pinta tulostettua pintaa vasten vakioidulla paineella /Kuva 21/. Tulostetta vasten 

painettavasta pinnasta mitataan optinen densiteetti siirtyneen värin määrän 

määrittämiseksi. Mustekerros on kuivunut, kun se on hankauksenkestävä eli sitä voidaan 

hangata toisella pinnalla ilman, että hankaavaan pintaan tarttuu mustetta /Kuva 21/. 

Siirtyneen musteen määrän määrittämiseksi tulostetta vasten hangattavasta pinnasta 

mitataan optinen densiteetti. /38, 41/ 

Paine 

Leikkausvoima 

Tuloste 

Tuloste 

Asettumistesti 

Hankaustesti 

Kuva 21 Hankauskeston testaaminen /38/ 

Hankauskesto ei yleensä ole ongelmana liukoisten musteiden tapauksessa, koska liukoiset 

väriaineet penetroituvat syvälle paperin sisään. Pigmentit puolestaan jäävät suurimmaksi 

osaksi paperin pinnalle, jolloin ne ovat alttiita hankaukselle. Koska pigmentit eivät 

myöskään sitoudu kemiallisesti paperin pintaan, ne irtoavat helposti hankauksen 

vaikutuksesta. Usein inkjet-pigmenttien yhteydessä jopa pitkän ajan kuluttua 

tulostamisesta onkin havaittu likaamisongelmia sormella tai merkkauskynällä hangattaessa. 

Hankauskestoa voitaisiin parantaa käyttämällä sideaineita, kuten hartseja, jotka kiinnittävät 

pigmentit paremmin paperin pintaan. Sideaineet kuitenkin saattavat kasvattaa musteen 

viskositettia liian suureksi suutinten toiminnan kannalta. /15/ 

4.4 Otsoninkesto 

Inkjet-väriaineet voivat haalistua, jos ne joutuvat olemaan pitkään ympäröivän otsonin 

vaikutuksen alaisena /56/. Myös rikkidioksidi ja typpioksidit voivat saada aikaan 

väriaineen haalistumista /47/. Otsoni on voimakkaasti hapettava yhdiste. Se reagoi 

orgaanisen väriaineen kaksoisidosten kanssa, jolloin molekyylin järjestäytynyt rakenne 

muuttuu. 

Erityisesti orgaaniset liukoiset väriaineet ovat herkkiä otsonin vaikutuksille /47/. Pigmentit 

ovat stabiilimpia otsonia vastaan /33, 47/ lähinnä liukoisen väriaineen ja pigmenttien 

kemiallisen rakenteen erilaisuuden vuoksi. Yksittäiset liukoisen musteen seassa olevat 

värimolekyylit ovat suoraan alttiina otsonille. Pigmentit kestävät otsonia paremmin, koska 

yksittäisiin pigmentteihin pääsee vaikuttamaan vain rajoitetun partikkelipinnan kautta. 

Kuitenkin kosteuden lisääntyminen aiheuttaa enemmän ongelmia tulostusjäljen laatuun 

kuin otsoni. Myös tulostusalustalla on suuri vaikutus otsoninkestoon /56/, sillä jotkut

tulostusalustat kiihdyttävät otsonista johtuvaa värien haalistumista, kun taas toiset 

suojaavat mustekerrosta otsonia vastaan. 

39

41 

KOKEELLINEN OSA 

5 KOKEELLISEN OSAN JOHDANTO 

Kokeellisen osan tarkoituksena on selvittää käytännössä, miten musteen koostumus ja 

musteiden ominaisuudet vaikuttavat inkjet-tulosteen kesto-ominaisuuksiin ja ulkonäköön. 

Tutkimuksissa käytetään sekä liukoisia musteita että pigmenttimusteita. Kaikilta musteilta 

tutkitaan valonja vedenkestoa. Pigmenttimusteille määritetään myös hankauskesto. 

Lisäksi tutkitaan, miten mustekoostumus vaikuttaa tulostuksen jälkeiseen spontaaniin 

haihtumiseen. Musteiden ominaisuuksia, joiden avulla kesto-ominaisuuksia ja 

ulkonäköominaisuuksia yritetään selittää, ovat musteen pintajännitys, viskositeetti, pHarvo 

ja UV-VIS-absorptio. Lisäksi kesto-ominaisuuksia pyritään selittämään musteen eri 

komponenteilla ja niiden paino-osuuksilla musteesta. Tulosteen ulkonäköä mitataan 

rasteripisteanalyysin sekä optisen densiteetin ja luminanssin avulla. 

Musteissa väriaineen määrä pidetään vakiona. Liukoisia väriaineita ja pigmenttejä on 

molempia kahta erilaista. Liukoiset väriaineet eroavat toisistaan molekyylirakenteensa 

osalta ja pigmenttien partikkelikoot ovat erisuuruisia. Musteen pääliuottimena käytetään 

tislattua vettä. Lisäksi käytetään orgaanisia apuliuottimia eri pitoisuuksina. 

Pigmenttidispersioihin ei lisätä veden lisäksi muita liuottimia. Kirjallisuusosan perusteella 

orgaanisen apuliuottimen oletetaan huonontavan valonkestoa tislattuun veteen verrattuna. 

Lisäksi tutkitaan, miten apuliuottimena käytetyn glykolin etyleeniryhmien määrä vaikuttaa 

tulosteen kesto-ominaisuuksiin. Kirjallisuuden mukaan etyleeniryhmien määrän kasvaessa 

väriaineen aggregoitumisen pitäisi vähentyä, jolloin valonkesto huononee. Samalla 

glykolista oletettavasti tulee hydrofobisempaa, jolloin vedenkeston odotetaan parantuvan. 

Koemusteissa käytetään kahta erilaista pinta-aktiivista ainetta, joiden paino-osuutta 

muutellaan. Toinen pinta-aktiivinen aine on non-ioninen ja toinen kationinen. Hypoteesina 

on, että molempien pinta-aktiivisten aineiden oletetaan parantavan valonja vedenkestoa. 

Samalla niiden kuitenkin kirjallisuuden perusteella odotetaan vaikeuttavan tulostusta. Nonionisen 

pinta-aktiivisen aineen pitäisi helpottaa musteen penetraatiota, jolloin muste pääsisi 

syvemmälle paperin sisään turvaan ympäristön vaikutuksilta. Kationisen pinta-aktiivisen 

aineen oletetaan parantavan anionisen väriaineen sitoutumista anioniseen paperiin. Tällöin 

sitoutuneen väriaineen odotetaan olevan stabiilimpi valon ja veden vaikutuksille. 

Tulostuksessa käytetään kolmea erilaista päällystettyä paperia. Näistä kahdella on 

hydrofiilinen ja yhdellä hydrofobinen päällyste. Lisäksi toinen hydrofiilisistä papereista on 

pintavaraukseltaan kationinen. Muiden papereiden pintavaraus on anioninen. Papereita on 

erilaisia, koska kirjallisuuden perusteella paperin päällysteen koostumuksella on vaikutusta 

kesto-ominaisuuksiin. Lisäksi on odotettavissa, että musteen ja paperin välisillä 

vuorovaikutuksilla on merkitystä kesto-ominaisuuksien syntymisessä. Paras vedenkesto 

oletetaan saavutettavan hydrofobisella paperilla, koska tämän paperin päällysteen ei 

odoteta liukenevan veteen. Liukeneminen voisi aiheuttaa sen, että päällysteeseen 

kiinnittynyt väriainekin liukenisi päällysteen mukana. Paras valonkesto oletetaan 

saavutettavan kationisella paperilla, jonka päällysteen kationisiin ryhmiin anioninen muste 

voisi kiinnittyä ionisidoksilla.

43 

6 MATERIAALIT 

6.1 Musteet 

Työssä käytettiin sekä liukoisia että pigmenttimusteita. Liukoisia musteita valmistettiin 

yhteensä 28 kappaletta ja pigmenttimusteita 8 kappaletta. 

6.1.1 Väriaineet 

Liukoiset väriaineet olivat Avecian valmistamia Pro-Jet –värejä. Nämä väriaineet valittiin 

tähän diplomityöhön, koska Avecia on yksi tutkimusprojektin yhteistyöosapuolista ja 

Avecian edustaja suositteli näitä väriaineita käytettäviksi tutkimusprojektissa. Väriaineiden 

valintaan vaikutti myös se, että oliko väriaineiden rakennekaava saatavilla. Keltainen 

väriaine Pro-Jet Yellow 1 on suoraväri, joka on sulfonoitu atsoväri /Kuva 22/. Magenta 

väriaine Pro-Jet Fast Magenta 2 (CI Direct Violet 107) on modifioitu suoraväri, joka on 

atsoväri. Siitä ei ole saatavilla rakennekaavaa. Molemmat liukoiset väriaineet on 

suunniteltu erityisesti termiseen ja pietsosähköiseen tulostukseen. Kumpikin väriaine 

toimitettiin veteen liuotettuina. Liukoisesta keltaisesta väriaineesta käytetään lyhennettä 

Y1 ja liukoisesta magentasta väriaineesta lyhennettä FM2. 

Kuva 22 Pro-Jet Yellow 1 (CI Direct Yellow 86) /1/ 

Pigmenttiväriaineet olivat Clariantin valmistamia valmiita pigmenttidispersioita. 

Valmistaja suositteli kyseisiä pigmenttejä, koska ne on tarkoitettu epäjatkuvaan pisarointiin 

perustuviin inkjet-tulostustekniikoihin. Lisäksi näiden pigmenttien molekyylikaavat olivat 

saatavilla ja kaavat olivat lähes samanlaisia. Periaatteessa pigmenttidispersiot siis erosivat 

toisistaan vain partikkelikokonsa osalta. Molemmat ovat keltaisia diarylidi-väriaineita, 

joiden partikkelikoko on alle 100 nm. Lisäksi ne ovat hydrofiilisiä eli veteen liukenevia. 

Hostafine Yellow GR –dispersio /Kuva 23/ sisältää 40 % pigmenttiä ja 10 % 1,2- 

propyleeniglykolia. Tämän dispersion keskimääräinen partikkelikoko on 86 nm. Hostafine 

Yellow HR –dispersio /Kuva 24/ sisältää 35 % pigmenttiä ja 15 % 1,2-propyleeniglykolia. 

Tämän dispersion keskimääräinen partikkelikoko on 40 nm.

44 

O 

O 

OMe 

O 

C 

Me 

Cl 

Cl 

Me 

C 

O 

MeO 

NH 

C 

CH 

N 

N 

N N CH C 

NH 

Kuva 23 Hostafine Yellow GR (Pigment Yellow 17) /1/ 

Kuva 24 Hostafine Yellow HR (Pigment Yellow 83) /1/ 

Yellow GR:n ja Yellow HR:n molekyylirakenteet ovat muuten identtisiä, mutta Yellow 

HR:n molekyylirakenteen päissä on yhteensä kaksi klooriatomia (Cl) ja kaksi metoksiryhmää 

(OMe = O-CH 3 ), jotka ovat kiinnittyneet Yellow GR:n molekyylirakenteeseen. 

Hostafine Yellow HR:stä käytetään lyhennettä HR ja Hostafine Yellow GR:stä lyhennettä 

GR. 

6.1.2 Liuottimet 

Liukoisten väriaineiden kantofaasi koostui vedestä, orgaanisesta apuliuottimesta ja pintaaktiivisesta 

aineesta. Pääliuottimena oli tislattu vesi. Apuliuottimena käytettiin joko 2- 

pyrrolidonia (2-pyrro) /Kuva 25/, monoetyleeniglykolia (MEG), dietyleeniglykolia (DEG) 

tai tetraetyleeniglykolia (TEG) /Kuva 26/. Glykolin etyleeniryhmien määrä kasvaa 

järjestyksessä monoetyleeni-, dietyleeni- ja tetraetyleeniglykoli. Monoetyleeniglykoli on 

hygroskooppista eli se sitoo itseensä kosteutta. Tutkimusprojektissa oli jo aikaisemmin 

käytetty 2-pyrrolidonia apuliuottimena. Kyseiset glykolit valittiin, koska Steiger et al. /48/ 

ovat käyttäneet vastaavia glykoleita omissa tutkimuksissaan glykoleiden vaikutuksesta 

valonkestoon. Kaikki liuottimet hankittiin Sigma-Aldrich:lta. 

H 

N 

O 

Kuva 25 2-pyrrolidoni /1/

45 

HO 

CH 2 CH 2 

OH 

HO 

CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2 

OH 

HO 

CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2 O CH 2 CH 2 

OH 

Kuva 26 Ylhäältä alaspäin lukien: monoetyleeniglykoli (CAS 107-21-1), dietyleeniglykoli (CAS 

111-46-6) ja tetraetyleeniglykoli (CAS 112-60-7) /1/ 

6.1.3 Pinta-aktiiviset aineet 

Pinta-aktiivisia aineita oli kahta erilaista. Surfynol 465 /Kuva 27/ on non-ioninen eli se ei 

vaikuta musteen varaustilaan. Sitä hankittiin Air Product Chemicals Europelta. Surfynol 

465 on etoksyloitu tetrametyylidekyyniglykoli eli polyeetteri. 

i-Bu 

i-Bu 

HO CH 2 CH 2 O C C C C O CH 2 CH 2 OH 

n 

n 

Me 

Me 

Kuva 27 Surfynol 465 (CAS 9014-85-1) /1/ 

Kationisena pinta-aktiivisena aineena käytettiin poly(diallyyli-dimetyyliammoniumkloridia) 

eli poly-DADMAC:a /Kuva 28/. Sitä hankittiin Sigma-Aldrich 

Finland:lta. Molempia pinta-aktiivisia aineita oli käytetty tutkimusprojektissa aikaisemmin. 

H2 C 

Me 

CH CH 2 

+ 

N CH 2 CH CH 2 

Me 

· 

Cl - 

Kuva 28 Poly-DADMAC:n (CAS 26062-79-3) toistuva yksikkö /1/ 

Pinta-aktiivisen aineen käyttäytymistä liuoksessa kuvaa sen cmc-piste eli kriittinen 

misellinmuodostuskonsentraatio (Critical Micelle Concentration). Kun pinta-aktiivisen 

aineen määrä liuoksessa ylittää cmc-pisteen, pinta-aktiivinen aine on täyttänyt nesteen 

pinnan ja alkaa muodostua misellejä eli pinta-aktiivisen aineen molekyylit kiinnittyvät 

toisiinsa molekyylikimpuiksi. Tässä työssä misellien muodostuminen ei ole toivottavaa, 

koska haluttiin tutkia pintajännityksen vaikutusta ja cmc-pisteen jälkeen pintajännitys ei 

enää muutu konsentraation funktiona misellien vuoksi. Tässä työssä käytettyjen pintaaktiivisten 

aineiden cmc-pisteen määrittämistä varten pinta-aktiivista ainetta sekoitettiin 

tislatun veden kanssa eri suhteissa. Seosten pintajännitykset mitattiin ja tulokset piirrettiin 

kuvan 29 koordinaatistoon, jonka x-akselina on pinta-aktiivisen aineen paino-osuus

46 

seoksessa painoprosentteina eli pinta-aktiivisen aineen konsentraatio. Y-akselina on 

seoksen pintajännitys. Aluksi pintajännitys laskee jyrkästi, mutta käyrän muuttaessa 

kulkuaan enemmän vaakasuuntaiseksi ollaan ylitetty pinta-aktiivisen aineen cmc-piste. 

Käyrän käännepistettä voidaan siis pitää pinta-aktiivisen aineen cmc-pisteenä. Kuvaan 29 

on myös piirretty käyrä, joka kuvaa musteen, jossa on 20 p-% 2-pyrrolidonia ja 4 p-% Pro- 

Jet Yellow 1 –väriainetta, pintajännitystä, kun musteessa olevan Surfynol 465:n painoosuus 

muuttuu. Tältä käyrältä Surfynolin cmc-piste musteliuoksessa on hankala määrittää, 

koska musteen eri komponenttien mahdolliset reaktiot pinta-aktiivisen aineen kanssa 

saattavat vaikuttaa pintajännitykseen. 

Pintajännitys (mN/m) 

75 

70 

65 

60 

55 

50 

0.2 p-% 

Syrfynol 465 

+ tislattu vesi 

poly-DADMAC + tislattu vesi 

5 p-% 

45 

40 

35 

30 

Surfynol 465 + Pro-Jet Yellow 1 

0 1 2 3 4 5 6 7 

Pinta-aktiivista ainetta (p-%) 

Kuva 29 Käytettyjen pinta-aktiivisten aineiden cmc-pisteet 

Vesiliuoksessa Surfynolin cmc-piste sijaitsee suunnilleen pitoisuuksien 0.10 p-% ja 0.20 p- 

% välissä. Poly-DADMAC:n cmc-piste sijaitsee ennen pitoisuutta 5 p-%. Väriaineen ja 

poly-DADMAC:n välille muodostui flokkeja, mikä vaikeutti tulostamista ja saattoi 

vaikuttaa tuloksiin. 

6.1.4 Musteiden koostumukset 

Musteet valmistettiin punnitsemalla siten, että kutakin liukoista mustetta valmistettiin 50 g 

ja pigmenttimustetta 100 g. Punnitustarkkuus oli 0,1 mg. Liitteessä 4 on esitetty yhteenveto 

koepisteistä. 

Liukoiset musteet 

Liukoisia musteita valmistettiin yhteensä 28 kappaletta ja väriaineen osuus pidettiin 

vakiona 4 p-%:ssa /Taulukko 4/. Musteiden koostumuksen oli tarkoitus vastata 

mahdollisimman hyvin tyypillisiä inkjet-musteita, joiden koostumuksesta saatiin viitteitä 

kirjallisuudesta. Liuottimen määrä pyrittiin pitämään mahdollisimman vähäisenä, jotta 

vältyttäisiin tulostimen suutinten tukkeutumiselta. Pinta-aktiivisen aineen määrä pidettiin 

pienempänä kuin kyseisen aineen CMC-piste. Tällöin musteeseen ei pitäisi muodostua 

tulostusta haittaavia misellejä. Lisäksi vähäisellä pinta-aktiivisen aineen määrällä pyrittiin 

välttämään musteen vaahtoamista paperin pinnalla. Kirjallisuudesta saatujen tietojen

47 

mukaan /53/ musteen pintajännityksen täytyisi olla suurempi kuin 40 mN/m ja 

viskositeetin pienempi kuin 10 mPa s. Musteen komponenttien ja niiden määrien valinnalla 

musteen pintajännitys ja viskositeetti pyrittiin pitämään näiden rajojen sisäpuolella. 

Taulukko 4 

Kokeellisessa osassa käytetyt liukoiset musteet. Väriaineen osuus on 4 p-%. 

Pro-Jet Yellow 1 = Yellow, Pro-Jet Fast Magenta 2 = Magenta 

Muste Väriaine Orgaaninen apuliuotin Pinta-aktiivinen aine 

Keltainen 1 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% - - 

Keltainen 1.1 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Non-ioninen 0.05 p-% 


Keltainen 1.3 Yellow 2-pyrrolidoni 10 p-% Kationinen 1.0 p-% 








Keltainen 4 Yellow MEG 10 p-% - - 

Keltainen 5 Yellow DEG 10 p-% - - 

Keltainen 6 Yellow TEG 10 p-% - - 

Magenta 1 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% - - 

Magenta 1.1 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Non-ioninen 0.05 p-% 


Magenta 1.3 Magenta 2-pyrrolidoni 5 p-% Kationinen 1.0 p-% 








Magenta 4 Magenta MEG 5 p-% - - 

Magenta 5 Magenta DEG 5 p-% - - 

Magenta 6 Magenta TEG 5 p-% - - 

Orgaanisen liuottimen määrän vaikutusta kesto-ominaisuuksiin tutkittiin käyttämällä 

musteen apuliuottimena 2-pyrrolidonia. Tähän tarkoitukseen käytetyt musteet eivät 

sisältäneet pinta-aktiivisia aineita. Keltaisissa musteissa apuliuottimen paino-osuus oli 10 

p-%, 20 p-% ja 25 p-% ja magentoissa musteissa vastaavasti 5 p-%, 10 p-% ja 19 p-%. Kun 

magentassa musteessa oli 19 p-% orgaanista apuliuotinta, muste tukki tulostimen 

suuttimet, joten tätä mustetta ei saatu tulostettua. Kun apuliuottimena käytettiin jotain 

glykoleista, apuliuotinta oli keltaisessa musteessa 10 p-% ja magentassa 5 p-%. Glykolia

48 

sisältäviä musteita verrattiin toisiinsa. Lisäksi niitä verrattiin musteisiin, jotka sisälsivät 2- 

pyrrolidonia. 

Pinta-aktiivisen aineen määrän ja tyypin vaikutusta musteiden kesto-ominaisuuksiin 

tutkittiin käyttämällä musteita, joissa oli orgaanisena apuliuottimena 2-pyrrolidonia. Nonionista 

käytettiin 0.05 p-% sekä 0.10 p-% ja kationista 1.0 p-% sekä 2.0 p-%. Pintaaktiivisia 

aineita lisättiin keltaisiin musteisiin, joissa oli 10 p-% ja 20 p-% 2-pyrrolidonia ja 

magentoihin musteisiin, joissa oli 5 p-% ja 10 p-% 2-pyrrolidonia. 

Pigmenttimusteet 

Pigmenttimusteiden pigmenttipitoisuus pidettiin vakiona kahdessa p-%:ssa. Dispersioiden 

joukkoon lisättiin pinta-aktiivista ainetta ja tislattua vettä /Taulukko 5/. Kun väriaineena 

käytettiin Hostafine Yellow GR:ää, apuliuotinta (1,2-propyleeniglykoli) oli musteen 

joukossa 0.5 p-%. Kun väriaineena oli Hostafine Yellow HR, 1,2-propyleeniglykolin 

konsentraatio oli 0.9 p-%. 

Taulukko 5 Tulostuksessa käytetyt pigmenttimusteet 

Muste Väriaine Pinta-aktiivinen aine 

Pigmentti 1 Hostafine Yellow HR (40 nm) - - 

Pigmentti 1.1 Hostafine Yellow HR Non-ioninen 0.05 p-% 

Pigmentti 1.2 Hostafine Yellow HR Non-ioninen 0.10 p-% 

Pigmentti 1.3 Hostafine Yellow HR Kationinen 1.0 p-% 

Pigmentti 1.4 Hostafine Yellow HR Kationinen 2.0 p-% 

Pigmentti 2 Hostafine Yellow GR (86 nm) - - 

Pigmentti 2.1 Hostafine Yellow GR Non-ioninen 0.05 p-% 

Pigmentti 2.2 Hostafine Yellow GR Non-ioninen 0.10 p-% 

Hostafine Yellow GR:n joukkoon ei lisätty kationista pinta-aktiivista ainetta, koska 

pigmenttiväriaine ja kationinen pinta-aktiivinen aine muodostivat flokkeja, jotka tukkivat 

tulostimen suuttimet. 

6.2 Paperit 

Jokaista mustetta tulostettiin kolmelle erilaiselle päällystetylle pilot-paperille /Taulukko 6/. 

Päällystettä oli 10 g/m 2 papereilla, joita käytettiin kestotesteihin. Päällystämisen 

pohjapaperina oli käytetty pintaliimattua hienopaperia, jonka neliömassa oli 80 g/m 2 . 

Päällystys oli tehty vain toiselle puolelle paperia eikä paperia ollut kalanteroitu. 

Päällystepigmenttinä oli käytetty polyakrylaattilateksiin esilietettyä SPS-kaoliinia tai 

kuivaa kaoliinia. Sideaineena oli joko polyvinyylialkoholi (PVA) tai 

styreeniakrylaattilateksi (StAk). Kaikissa papereissa sideainetta oli 10 pph. 

Dispergointiaineena oli käytetty anionista karboksimetyyliselluloosaa (CarboxyMethyl 

Cellulose = CMC) tai kationista poly-DADMAC:a. CMC:tä oli käytetty 1 pph ja poly- 

DADMAC:a 3 pph. Haihtuvuuden testaamiseen käytettiin taulukon 6 mukaista paperia 4, 

jonka päällystepastassa oli sama koostumus kuin paperilla 2, mutta sideainetta oli 15 pph. 

Papereista oli valmiiksi mitattu joitain paperiteknisiä ominaisuuksia, jotka on esitetty

49 

liitteessä 3. Rasteripisteanalyysia varten tulostettiin papereille, jotka olivat 

päällystyskoostumukseltaan muuten samanlaisia kuin kestotesteihin käytetyt paperit 1-3, 

mutta päällystettä oli 7 g/m 2 . Näistä papereista saadut paperitekniset ominaisuudet on 

esitetty liitteessä 3. Rasteripisteanalyysiin ei voitu käyttää samoja papereita kuin kestoominaisuuksien 

tutkimiseen paperien vähäisen määrän vuoksi. 

Taulukko 6 

Kestotesteihin (Paperit 1-3) ja haihtuvuuden (Paperi 4) tutkimiseen käytettyjen 

papereiden päällysteen koostumus 

Paperi 1 Paperi 2 Paperi 3 Paperi 4 

Pigmentti SPS-kaoliini SPS-kaoliini Kuiva kaoliini SPS-kaoliini 

Sideaine PVA (10 pph) StAk (10 pph) PVA (10 pph) StAk (15 pph) 

Dispergointiaine CMC (1 pph) - poly-DADMAC 

(3 pph) 

Pintavaraus Anioninen Anioninen Kationinen Anioninen 

- 

Paperia 1 merkitään lyhenteellä PVA + CMC, paperia 2 lyhenteellä StAk ja paperia 3 

lyhenteellä PVA + p-DADMAC. Nämä lyhenteet viittaavat paperin päällysteen 

koostumukseen.

51 

7 MENETELMÄT 

7.1 Musteiden ominaisuudet 

Musteista ja niiden komponenteista mitattiin pintajännitys, viskositeetti, pH-arvo ja UV- 

VIS-absorptio. Musteiden ominaisuuksien lukuarvot paitsi UV-VIS-absorption tulokset on 

esitetty liitteessä 4. Pintajännityksen mittaamiseen käytettiin automaattista tietokoneella 

ohjattavaa Sigma 70 –mittalaitetta, joka perustuu rengasmenetelmään. Ennen mittauksen 

aloittamista näytteen annettiin stabiloitua viiden minuutin ajan. Jokaisesta musteesta tehtiin 

vain yksi määritys. 

Viskositeetti mitattiin Bohlin-reometrilla. Jokaisesta musteesta tehtiin kaksi 

rinnakkaismääritystä, joista laskettiin keskiarvo. Pigmenttidispersioista ei voitu mitata 

viskositeettia, koska väriaineet olivat liian viskoottisia mittalaitteelle ja lisäksi väriaineet 

olisivat tahrineet mittalaitteen pysyvästi. Tislatun veden viskositeetti huoneenlämmössä 

otettiin taulukkokirjasta /28/. 

UV-VIS-absorptio mitattiin aallonpituusvälillä 200-700 nm viiden nanometrin välein ATI 

UNICAM 5625 UV/VIS-spektrometrillä. Mittauksia varten musteita, joissa oli liuottimena 

2-pyrrolidoni, laimennettiin tislatun veden kanssa suhteessa 1:1000. Glykoleita liuottimena 

sisältäviä musteita laimennettiin tislatun veden kanssa suhteessa 1:1500. Jokaiselle 

näytteelle tehtiin yksi määritys. UV-VIS-absorptio mitattiin myös orgaanisista liuottimista 

ja pinta-aktiivisista aineista. Näitä laimennettiin tislatun veden kanssa suhteessa 1:1000. 

Musteiden pH mitattiin SCHOTT CG 842 pH-mittarilla, jossa oli Blueline 14 pH – 

elektrodi. Näytteen pH-arvo otettiin ylös, kun näytteen lämpötila oli 22 o C. Jokaiselle 

näytteelle tehtiin yksi määritys. 

7.2 Paperitekniset ominaisuudet 

Paperiteknisten ominaisuuksien mittaustulokset ovat liitteessä 3. Tulostukseen käytettävien 

papereiden päällystetyltä puolelta mitattiin profilometrikarheus Mitutoyo Surftest Analyzer 

–karheusmittarilla konesuuntaan. Mittausmatkana oli 2,5 mm. Jokaisesta paperilaadusta 

tehtiin 10 rinnakkaismääritystä, joista laskettiin keskiarvot. Taulukossa 7 on esitetty 

karheusparametrit. Mitä pienemmät arvot parametreilla on, sitä tasaisempaa paperi on.

Taulukko 7 

R a 

R max 

R q 

R t 

R p 

θ a 

Profilometrikarheusparametrit 

Karheusprofiilin poikkeamien keskiarvo, ”karheuden suuruusluokka” 

Pisin huippu-laakso etäisyys yksittäisessä mittauksessa 

Poikkeamien keskihajonta, “karheuden tasaisuus” 

Pisin huippu-laakso etäisyys koko mittausmatkalla 

Profiilin keskimääräinen korkeus keskiviivan yläpuolella 

Profiilin keskimääräinen kaltevuus 

52 

Papereiden huokoisuus määritettiin elohopeaporosimetrillä. Mittaukset tehtiin vain 

papereista, joissa päällystettä oli 10 g/m 2 . Huokoisuusparametrit ilmoitetaan 

huokostilavuutena, huokoshalkaisijana ja huokoisuusprosenttina. Mitä suurempi arvo näillä 

parametreilla on, sitä suurempi huokoisuus paperilla on. Huokostilavuus kertoo huokosten 

keskimääräisen pinta-alan grammaa kohden. Huokoshalkaisija kertoo huokosten 

keskimääräisen halkaisijan nanometreinä. Huokoisuusprosentti puolestaan ilmaisee, kuinka 

suuri osa paperin tilavuudesta on huokosia. 

7.3 Tulostimet 

Testisivut valmistettiin Adoben Photoshop-ohjelmalla. Kestotestejä varten tehtiin testisivu, 

jossa oli 18 täyspeitteistä pintaa, joiden koko oli 2,5 cm × 7,5 cm /Liite 1/. 

Rasteripisteanalyyseja varten tehdyssä testisivussa /Liite 2/ oli kaksitoista kappaletta 2,5 

cm × 7,5 cm –kokoista rasteripistekenttää, joista puolet oli 25 % ja puolet 50 % 

harmaasävyjä. Lisäksi tällä testisivulla oli neljä eri viivaresoluutiolla tehtyä 4 cm × 4 cm – 

kokoista viivapalkkikenttää sekä eri fonttikoolla tehtyjä tekstipätkiä. 

Liukoisten musteiden tulostamiseen käytettiin pietsosähköiseen tulostustekniikkaan 

perustuvaa Epson Stylus Color 900 –tulostinta. Tämä tulostin valittiin hyvän resoluutionsa 

vuoksi. Lisäksi tulostimeen oli saatavilla msutekasetteja ja tulostinta oli käytetty jo 

aikaisemmin tutkimusprojektin aikana. 

Musteisiin, joissa käytettiin kationista pinta-aktiivista ainetta, muodostui flokkeja. Tämän 

vuoksi musteita ei saatu kulkemaan Epsonin suuttimista. Näille musteille tulostimena 

käytettiin Olivetti JP 790 –mustesuihkutulostinta, joka perutuu termiseen tekniikkaan 

/Taulukko 8/. Olivetilla tulostettiin myös musteita, joissa ei ollut pinta-aktiivisia aineita. 

Tällöin voitiin verrata kationista pinta-aktiivista ainetta sisältäviä musteita musteisiin, 

joissa ei ollut pinta-aktiivisia aineita. Olivettia on käytetty tutkimusprojektissa 

referenssitulostimena, jolla pystytään kokemuksen perusteella tulostamaan lähes 

minkälaista mustetta vaan.

Taulukko 8 Olivetilla tulostetut liukoiset musteet 

Muste Väriaine Orgaaninen apuliuotin Pinta-aktiivinen aine 







53 







Pigmenttimusteet tulostettiin Olivetilla, koska Epson-tulostinta ei ole tarkoitettu 

pigmenttimusteiden tulostamiseen. Tällöin varsinkin musteet, joissa oli käytetty 

partikkelikooltaan suurempaa väriainetta (Hostafine Yellow GR), tukkivat Epsonin 

suuttimet. Musteilla, joissa oli käytetty partikkelikooltaan suurempaa pigmenttiväriainetta 

(Yellow GR), saadut värikentät eivät olleet täyspeitteisiä, vaan enemmänkin raidallisia, 

millä saattoi olla vaikutusta kestotestien tuloksiin. Olivetilla tulostettiin vain täyspeitteisiä 

pintoja. 

7.4 Haihtuvuus 

Musteen kuivuminen haihtumalla tarkoittaa sitä, että musteen liuotinkomponenttien pinnan 

molekyylit siirtyvät nesteestä ilmaan. Haihtuvuuden määrittämisen tarkoituksena oli tutkia, 

miten musteen kantofaasi eli lähinnä käytetty liuotin vaikuttaa musteen haihtumiseen 

tulostusjäljen kuivumisen aikana. Lisäksi tarkoituksena oli selvittää, kuinka paljon 

mustetta siirtyy paperille tulostuksen aikana. 

Liukoisten musteiden haihtuvuutta mitattiin punnistusmenetelmällä. Paperi punnittiin 

ennen tulostusta 0,1 mg:n tarkkuudella. Välittömästi tulostuksen jälkeen paperi punnittiin 

uudelleen 30 sekunnin välein 20 minuutin ajan. Ennen varsinaisia kokeita tehtiin 

haihtuvuudesta esikoe, jossa tulosteen massa otettiin ylös 6 tunnin ajan tietyin väliajoin. 

Esikokeessa havaittiin, että 20 minuutin jälkeen tulosteen massa ei enää oleellisesti 

muuttunut. Tämän vuoksi musteen oletettiin asettuneen 20 minuutin aikana riittävästi, jotta 

tulostusjälkeä voitiin pitää kuivana. Tulostuksen jälkeen saaduista punnitustuloksista 

vähennettiin tulostamattoman paperin massa, jolloin saatiin paperilla olevan musteen 

määrä ajan funktiona. Haihtuvuuden lukuarvot on esitetty liittessä 4. 

Paperille siirtynyt määrä (kaava 4) on välittömästi tulostuksen jälkeen paperilla olevan 

musteen määrä jaettuna musteen peittämän pinnan pinta-alalla, joka on 337,5 cm 2 (= 18 × 

2,5 cm × 7,5 cm).

54 

mS 

wS = , /4/ 

A 

jossa w S on paperille siirtynyt mustemäärä (g/m 2 ), 

m S on paperille tulostuksessa siirtyneen mustemäärän massa (g) ja 

A on tulostetun alueen pinta-ala (m 2 ). 

Paperille jäänyt määrä (kaava 5) on paperilla oleva musteen määrä 20 minuutin kuluttua 

tulostuksesta jaettuna musteen peittämän pinnan pinta-alalla. 

m 

w = J 

J 

A 

, /5/ 

jossa w J on paperille spontaanin haihtumisen jälkeen jäänyt mustemäärä (g/m 2 ) 

m J on paperille jääneen mustemäärän massa (g) ja 

A on tulostetun alueen pinta-ala (m 2 ). 

Tunnuslukuna haihtuvuudelle käytetään paperille jääneen mustemäärän ja paperille 

siirtyneen mustemäärän suhdetta H (kaava 6), joka kertoo kuinka suuri osa paperille 

siirtyneestä musteesta on jäänyt paperille spontaanin haihtumisen jälkeen. Mitä pienempi 

tunnusluku on, sitä suurempi haihtuvuus on eli sitä vähemmän paperille siirtyneestä 

musteesta on jäänyt paperille. Haihtuvuus ei voi saada ykköstä suurempaa arvoa. 

w 

J 

H = , /6/ 

wS 

jossa H on haihtuvuuden tunnusluku, 

w J on paperille jäänyt mustemäärä (g/m 2 ) ja 

w S on paperille tulostuksessa siirtynyt mustemäärä (g/m 2 ). 

Haihtuvuutta ei mitattu Olivetilla tulostetuista tulosteista, koska Olivetti on Epsonia 

huomattavasti hitaampi tulostin. Tämän vuoksi osa musteesta ehtii kuivua ennen kuin koko 

paperi on tulostunut jo niin paljon, että massa ei juurikaan muutu punnituksen aikana. 

Tällöin Olivetilla saatuja haihtuvuustuloksia ei voida pitää vertailukelpoisina. 

7.5 Kesto-ominaisuudet 

Tulostuksen jälkeen ennen kestotestien suorittamista värikentistä mitattiin optinen 

densiteetti ja L*a*b*-arvot. Molemmista otettiin 10 rinnakkaismääritystä. L*a*b*-arvojen 

mittaamiseen käytettiin Minolta CM-1000 –spektrofotometria. Optisen densiteetin 

mittaamiseen käytettiin Macbeth RD-918 –densitometria. Kestotestien jälkeen määritettiin 

densiteetti- ja väriero kaavojen 7 ja 8 avulla. 

∆ D = D 1 

− D 2 

, /7/ 

jossa ∆D on densiteettiero, 

D 1 on värikentän densiteetti ennen kestotestiä ja 

D 2 on värikentän densiteetti kestotestin jälkeen. 

Mitä pienempi arvo densiteettierolla on, sitä paremmat kesto-ominaisuudet ovat. 

Densiteettieron määrittäminen sopii erityisesti haalistumismekanismien tutkimiseen sekä

55 

sen selvittämiseen, miten eri väriaineet vaikuttavat koko haalistumisprosessiin. Lisäksi 

densiteettieron avulla voidaan havainnollistaa väriaineiden reaktioita. 

∆ E = ( L 

b , /8/ 

* * 2 * * 2 * * 2 

1 

− L2 

) + ( a1 

− a2 

) + ( b1 

− 

2 

) 

jossa ∆E on väriero, 

L 1 * on värikentän L*-arvo eli luminanssi ennen kestotestiä, 

L 2 * on värikentän L*-arvo kestotestin jälkeen, 

a 1 * on värikentän a*-arvo eli punaisuus ennen kestotestiä, 

a 2 * on värikentän a*-arvo kestotestin jälkeen 

b 1 * on värikentän b*-arvo eli keltaisuus ennen kestotestiä ja 

b 2 * on värikentän b*-arvo kestotestin jälkeen. 

Mitä pienempi arvo värierolla ∆E on, sitä paremmat kesto-ominaisuudet ovat. Väriero 

yhdistää eri tekijöiden vaikutukset yhdeksi arvoksi. Tässä diplomityössä on tulostettu vain 

yhtä väriä kerrallaan, joten värieroa voidaan pitää hyvänä kesto-ominaisuuksien mittarina. 

Musteiden L*a*b*- ja densiteettiarvot tulostuksen jälkeen ja kestotestien jälkeen on 

esitetty liitteessä 5. 

7.5.1 Valonkesto 

Tulostamattomia papereita ja tulosteita pidettiin Suntest CPS+ xenon-säteilijässä 100 

tunnin ajan. Tämän jälkeen näytteistä mitattiin densiteetti- ja L*a*b*-arvot, minkä jälkeen 

värikentän densiteetti- ja väriero laskettiin kaavoilla 7 ja 8. Tulokset on esitetty liitteessä 6. 

Näytekammion säteilyvoimakkuuden arvoksi asetettiin 615 W/m ja mustan standardin 

lämpötilaksi 40 o C. Mittaushuoneen kosteus pyrittiin pitämään arvossa 35 % ja lämpötila 

24 

o C:ssa. Kammion säteilyvoimakkuutta ja lämpötilaa valvottiin Xviewtietokoneohjelman 

avulla. Säteilyvoimakkuus pysyi arvossa 615 W/m, mutta lämpötila oli 

45-48 o C eli käytännössä vakio, vaikkakin hieman korkeampi kuin tavoitelämpötila. 

7.5.2 Vedenkesto 

Vedenkestonäytteitä uitettiin ionivaihdetussa vedessä (pH ≈ 7) tulostettu puoli alaspäin 5 

minuutin ajan. Näytteiden annettiin kuivua huoneenlämmössä tulostettu puoli ylöspäin 

noin 5 tunnin ajan. Tämän jälkeen näytteistä mitattiin densiteetti- ja L*a*b*-arvot, minkä 

jälkeen värikentän densiteetti- ja väriero laskettiin kaavoilla 7 ja 8. Tulokset on esitetty 

liitteessä 6. 

7.5.3 Hankauskesto 

Hankauskesto testattiin vain pigmenttimusteilla tulostetuista papereista, koska liukoiset 

musteet penetroituvat niin syvälle paperin sisään, että tulostuspintaa hangattaessa myös 

paperin pinta irtoaa. Kuvassa 30 on esitetty hankauskeston testaamiseen käytetyn laitteen 

toimintaperiaate. Sylinteriin, jota voidaan liikutella ylös ja alas vivun varassa, kiinnitetään 

pinta, jolla näytettä hangataan. Hangattava tulostepinta kiinnitetään liikkuvaan kelkkaan. 

Kelkkaa vedetään nuolen suuntaan, kun sylinteri on laskettu alas niin, että hankaava pinta 

koskettaa hangattavaa pintaa.

56 

Sylinteri 

Hankaava 

pinta 

Kelkan vetosuunta 

Hangattava pinta 

Liikkuva kelkka 

Kuva 30 Hankauskeston tutkimisessa käytetty hankauslaite 

Hankauskestonäytteitä hangattiin imukartongilla. Hankauksen jälkeen määritettiin 

imukartonkiin siirtyneen värin optinen densiteetti. Tulokset on esitetty liitteessä 6. Mitä 

suurempi densiteetti siirtyneellä värillä on, sitä enemmän väriä on irronnut tulosteesta ja 

sitä huonompi hankauskesto näytteellä on. 

7.6 Rasteripisteanalyysi 

Rasteripisteanalyysin tarkoituksena oli selvittää musteen kantofaasin koostumuksen 

vaikutusta tulostusjäljen ulkonäköön rasteripistetasolla. Erityisesti keskityttiin siihen, 

miten käytetty muste vaikuttaa rasteripisteiden leviämiseen. Lisäksi pohdittiin, onko 

mahdollista selittää kesto-ominaisuuksia rasteripisteiden koon ja muodon avulla. 

Magentoilla musteilla tulostettuja rasteripisteitä kuvattiin valomikroskoopilla, johon oli 

yhdistetty CCD-kamera. Kuvien ottamisessa käytettiin 50-kertaista suurennosta (objektiivi 

IC5). Yhteen kuvaan saatiin täten näkymään noin 10-20 rasteripistettä, joiden 

ominaisuuksien keskiarvot laskettiin. Sekä 25 %:n että 50 %:n rasterikentistä otettiin yksi 

kuva jokaisesta paperista. Rasteripisteanalyysit tehtiin Scion Image –ohjelmalla. 

Rasteripisteistä määritettiin niiden keskimääräinen pinta-ala, epäpyöreys (non-circularity), 

rosoisuus (raggedness) ja keskimääräinen harmaataso. Ohjelma laskee rasteripisteisiin 

mahdollisimman hyvin sopivan ellipsin, jolla on sama pinta-ala kuin rasteripisteellä ja, 

jonka reuna myötäilee pisteen reunaa mahdollisimman tarkasti kuvan 31 mukaisesti. 

Näiden ellipsien avulla voidaan laskea rasteripisteiden epäpyöreys.

57 

Kuva 31 Rasteripisteiden ympärille sovitetut ellipsit (Pro-Jet Fast Magenta 2, 

tetraetyleeniglykoli 5 %) 

Epäpyöreys määritellään kaavan 9 mukaan. 

r 

max 

Epäpyöreys = , /9/ 

rmin 

jossa r max on ellipsin pidempi akseli ja 

r min on ellipsin lyhyempi akseli. 

Rasteripiste on ympyrä, kun epäpyöreyden arvo on 1 eli silloin ellipsin akselit ovat yhtä 

suuret. Mitä suuremman arvon epäpyöreys saa, sitä vähemmän rasteripiste muistuttaa 

ympyrää eli sitä epäpyöreämpi se on. Epäpyöreys ei voi saada ykköstä pienempiä arvoja. 

Rosoisuus lasketaan kaavasta 10. Rosoisuus kertoo rasteripisteen reunakohinan. Mitä 

suuremman arvon rosoisuus saa, sitä enemmän reunakohinaa rasteripisteessä on eli sitä 

epätasaisempi rasteripisteen reuna on. 

jossa 

2 

p 

Rosoisuus = , /10/ 

A∗ 

4 ∗π 

p on rasteripisteen perimetri eli ympärysmitta ja 

A on rasteripisteen pinta-ala. 

Rasteripistekuvat otettiin kaikki samassa valaistuksessa, jotta keskimääräisiä 

harmaatasoarvoja voitiin verrata toisiinsa. Keskimääräinen harmaatasoarvo kertoo, kuinka 

tumma rasteripiste on. Mitä suurempi arvo saadaan, sitä tummempi rasteripiste on. 

Rasteripisteanalyysin tulokset on esitetty liitteessä 7.

59 

8 TULOKSET JA TULOSTEN TARKASTELU 

8.1 Koostumuksen vaikutus musteen ominaisuuksiin 

Liukoisten väriaineiden pintajännitykset ja pH-arvot ovat suunnilleen samanlaisia. 

Liuottimista 2-pyrrolidonilla on pienin pintajännitys ja viskositeetti sekä suurin pH-arvo. 

Monoetyleeniglykolilla on hieman suurempi pintajännitys kuin muilla glykoleilla. Lisäksi 

se on emäksinen muiden glykolien ollessa happamia. Glykolin viskositeetti kasvaa 

etyleeniryhmien määrän kasvaessa, koska samalla molekyylikoko kasvaa. Non-ionisen 

pinta-aktiivisen aineen pH on lähes neutraali, kuten tislatun vedenkin. Tislatulla vedellä ja 

kationisella pinta-aktiivisella aineella on suuri pintajännitys. Lisäksi kationinen pintaaktiivinen 

aine on hapan. Non-ionisella pinta-aktiivisella aineella on pieni pintajännitys. 

Pinta-aktiivisilla aineilla on suuri viskositeetti lähinnä suuren molekyylikoon vuoksi. 

Pigmenttidispersioista pienemmän partikkelikoon Hostafine Yellow HR on emäksinen ja 

Hostafine Yellow GR hapan. Hostafine Yellow HR:llä on hieman pienempi pintajännitys. 

Keltaisten liukoisten musteiden pH-arvot ovat välillä 7,5-8,2. Magentojen liukoisten 

musteiden pH-arvot ovat välillä 8,1-9,1. Liukoisten musteiden pH-arvot sijoittuvat hyvin 

pienelle välille. Tämän vuoksi voidaan olettaa, että tutkituilla liuottimilla ja pintaaktiivisilla 

aineilla on hyvin vähän vaikutusta musteen pH-arvoon. Pigmenttimuste, jolla 

on pienemmät partikkelit (Hostafine Yellow HR), on lähes neutraali, mutta 

pigmenttimuste, jolla on suuremmat partikkelit (Hostafine Yellow GR), on hapan. Tämä 

voi johtua pigmenttiväriaineiden molekyylirakenteen pienestä eroavaisuudesta. 

8.1.1 Pintajännitys 

Kuvassa 32 on esitetty liukoisten musteiden pintajännityksen riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen 

aineen määrästä musteessa.

60 


61 

56 

51 

TEG, FM2 

MEG, FM2 

DEG, FM2 

TEG, Y1 

MEG, Y1 

2-pyrro 25 p-%, Y1 

DEG, Y1 

2-pyrro 10 p-%, Y1 

2-pyrro 20 p-%, Y1 

46 

2-pyrro 5 p-%, FM2 


41 

-0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 

Pitoisuus (p-%) 

Kuva 32 Liukoisten musteiden pintajännitys non-ionisen pinta-aktiivisen aineen pitoisuuden 

funktiona 

Glykoleista suurin pintajännitys on tetraetyleeniglykolilla (TEG) ja pienin 

dietyleeniglykolilla (DEG). Musteen pintajännitys pienenee, kun orgaanisen apuliuottimen 

paino-osuus musteesta kasvaa. Tällöin musteen pitäisi paremmin penetroitua paperin 

sisään. Non-ioninen pinta-aktiivinen aine alentaa musteen pintajännitystä. 

Kuvassa 33 on esitetty liukoisten musteiden pintajännityksen riippuvuus kationisen pintaaktiivisen 

aineen määrästä musteessa. 


61 

2-pyrro 10 p-%, Y1 

56 


51 


46 

2-pyrro 20 p-%, Y1 

41 

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 


Kuva 33 Liukoisten musteiden pintajännitys kationisen pinta-aktiivisen aineen paino-osuuden 

funktiona 

Kationisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus musteiden pintajännitykseen ei ole 

yksiselitteistä. Tähän saattaa vaikuttaa se, että musteen joukkoon muodostuneet flokit 

aiheuttavat virhettä pintajännitysmittaukseen. Pigmenttimusteista suurempi pintajännitys 

on sillä musteella, jonka partikkelit ovat suurempia. Pinta-aktiivisista aineista non-ioninen

61 

aine alentaa pigmenttimusteiden pintajännitystä, mutta kationinen aine ei näyttäisi 

vaikuttavan pintajännitykseen. 

8.1.2 Viskositeetti 

Kuvassa 34 on esitetty liukoisten musteiden viskositeetin riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen 

aineen määrästä musteessa. 

Viskositeetti (mPa s) 

4.5 

4.0 

3.5 

2-pyrro 25 p-%, Y1 

2-pyrro 20 p-%, Y1 

3.0 

2.5 

2.0 

TEG, FM2 

TEG, Y1 

DEG, Y1 

MEG, Y1 

DEG, FM2 

MEG, FM2 

2-pyrro 10 p-%, Y1 



1.5 

-0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 


Kuva 34 Liukoisten musteiden viskositeetti non-ionisen pinta-aktiivisen aineen paino-osuuden 

funktiona 

Kun glykolin etyleeniryhmien määrä kasvaa (MEG → DEG → TEG), musteen 

viskositeetti kasvaa. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että etyleeniryhmien määrän 

kasvaessa, molekyylien koko kasvaa. Kun 2-pyrrolidonin paino-osuus musteesta kasvaa, 

viskositeettikin kasvaa. Viskositeetin kasvaessa pisaranmuodostus tulostuksessa vaikeutuu 

ja toisaalta Lucas-Wahburnin yhtälön mukaan myös musteen penetraatio vaikeutuu. 

Pienillä pitoisuuksilla non-ioninen pinta-aktiivinen aine kasvattaa viskositeettia, mutta 

tämän jälkeen viskositeetti laskee suunnilleen samalle tasolle kuin musteen, jossa ei ole 

pinta-aktiivista ainetta. Tämä voi johtua siitä, että misellejä on jo non-ionisen pintaaktiivisen 

aineen pitoisuudessa 0.10 alkanut muodostua. Voi myös olla, että non-ioninen 

pinta-aktiivinen aine ei juurikaan vaikuta viskositeettiin. 

Kuvassa 35 on esitetty musteiden viskositeetin riippuvuus kationisen pinta-aktiivisen 

aineen määrästä.

62 


4.5 

Yellow HR (40 nm) 

4.0 

3.5 

3.0 

2.5 

2.0 

2-pyrro 20 p-%, Y1 

2-pyrro 10 p-%, Y1 



1.5 

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 


Kuva 35 Musteiden viskositeetti kationisen pinta-aktiivisen aineen paino-osuuden funktiona 

Liukoisten magentojen musteiden viskositeetti hieman kasvaa, kun kationisen pintaaktiivisen 

aineen paino-osuutta musteesta kasvatetaan. Keltaisilla liukoisilla musteilla 

viskositeetin muutos ei ole yhtä selvää, mutta myös näillä musteilla viskositeetti näyttäisi 

kasvavan. Pigmenttimusteella kationisen pinta-aktiivisen aineen viskositeettia kasvattava 

vaikutus näkyy selvästi. Viskositeetin suureneminen kationisen pinta-aktiivisen aineen 

määrän funktiona johtuu todennäköisesti siitä, että kationinen pinta-aktiivinen aine ja 

väriaine reagoivat keskenään muodostaen flokkeja, jotka osaltaan vaikeuttavat 

pisaranmuodostusta. 

Pigmenttimusteiden viskositeetti on hieman alle 2 mPa s. Pigmenttimusteen, jossa on 

suuremmat partikkelit, viskositeetti on noin 0,1 mPa s pienempi kuin musteen, jossa on 

pienemmät partikkelit. Tämä on yllättävää, koska teoriassa partikkelikoon kasvaessa 

musteesta tulisi viskoottisempaa. Pigmenttimusteiden viskositeettiin saattaa kuitenkin 

vaikuttaa molekyylirakenteiden pieni eroavaisuus ja propyleeniglykolin määrä musteessa. 

Non-ioninen pinta-aktiivinen aine ei juurikaan vaikuta pigmenttimusteiden viskositeettiin. 

8.1.3 UV-VIS-absorptio 

Musteessa olevan väriaineen aggregoitumisastetta voidaan arvioida absorptiopiikkien 

korkeuden perusteella. Steiger et al. /48/ ovat osoittaneet, että mitä korkeampi 

absorptiopiikki on eli mitä suurempi absorbanssi on, sitä vähemmän väriaine on 

aggregoitunut, kun musteen muut tekijät pysyvät ennallaan. Kuvassa 36 on esitetty eri 

väriaineiden vaikutus musteen UV-VIS-absorbanssiin.

63 

Absorbanssi 

2.5 

Hostafine Yellow HR (40 nm) 

2.0 

1.5 

1.0 

Pro-Jet Yellow 1 

Hostafine Yellow GR (80 nm) 

Pro-Jet Fast Magenta 2 

Väriaineen 

aggregoituminen 

lisääntyy 

0.5 

0.0 

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 

Valon aallonpituus (nm) 

Kuva 36 Väriaineen vaikutus UV-VIS-absorbanssiin. Liukoisessa keltaisessa musteessa on 10 

p-% 2-pyrrolidonia ja liukoisessa magentassa musteessa 5 p-% 2-pyrrolidonia. 

Musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita 

Näkyvän valon alueella (400-700 nm) liukoinen keltainen väriaine absorboi eniten 

aallonpituuksilla 400-450 nm. Keltaiset pigmenttimusteet puolestaan absorboivat eniten 

aallonpituuksilla 400-500 nm. Pigmenttiväreistä Hostafine Yellow GR, jolla on pienempi 

partikkelikoko, absorboi enemmän valoa. Pienemmän partikkelikoon pigmenttimusteen 

korkeampi absorptiopiikki johtuu todennäköisesti pienemmistä partikkeleista, jotka 

muodostavat pienempiä aggregaatteja kuin toisen pigmenttimusteen suuremmat partikkelit. 

Liukoinen magenta väriaine absorboi näkyvän valon alueella eniten aallonpituuksia 470- 

570 nm. Lisäksi kaikki väriaineet, erityisesti liukoinen keltainen väriaine, absorboivat 

runsaasti UV-alueen valoa (200-400 nm). Varsinkin liukoinen keltainen väriaine absorboi 

lähinnä UV-alueen valoa, joten tämän väriaineen hajoamiseen saattaa vaikuttaa enemmän 

UV-valo kuin näkyvä valo. 

Kuvassa 37 on esitetty liukoisten musteiden, joissa ei ole pinta-aktiivisia aineita, UV-VISabsorbanssi 

valon aallonpituuden funktiona. Musteissa on käytetty erilaisia orgaanisia 

apuliuottimia. Keltaisissa musteissa apuliuottimia on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%.

64 

Absorbanssi 

2.5 

2.0 

DEG 

MEG 

TEG 

Väriaineen 


lisääntyy 

1.5 

2-pyrro 

TEG 

2-pyrro 

DEG 

1.0 

MEG 

0.5 

0.0 

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 


Kuva 37 Liukoisten musteiden UV-VIS-absorbanssi, kun musteiden joukossa ei ole pintaaktiivisia 

aineita. Katkoviivat ovat liukoisia magentoja musteita ja kokonaiset viivat 

liukoisia keltaisia musteita 

Tutkitut liuotintyypit eivät juuri vaikuta värillisyyteen, koska niiden absorptiopiikit 

sijaitsevat näkyvän valon alueella samoilla aallonpituuksilla. Vastaavasti pelkkien 

liuottimien absorptiopiikit sijaitsivat samalla aallonpituudella ja samalla korkeudella. UValueella 

2-pyrrolidonilla oli absorptiopiikki, jota ei esiintynyt glykoleilla. Tämän ei 

kuitenkaan pitäisi vaikuttaa valonkestoon, koska valonkestolaitteen pitäisi suodattaa lähes 

kaikki UV-alueen valo pois. Glykolin etyleeniryhmien lisääntyessä aggregoituminen 

vähenee, koska etyleeniryhmien määrän kasvaessa (MEG → DEG → TEG) 

absorptiopiikkien korkeus näkyvän valon alueella suurenee. Glykolin etyleeniryhmien 

määrän kasvaessa glykolista tulee hydrofobisempaa /48/. Tällöin väriaineen on vaikeampaa 

muodostaa aggregaatteja, koska väriainemolekyylit eivät pääse niin helposti lähelle 

toisiaan kuin hydrofiilisen liuottimen läsnäollessa. 

Kuvassa 38 on esitetty, miten pinta-aktiiviset aineet vaikuttavat UV-VIS-absorbanssiin.

65 

Absorbanssi 

2.5 

2.0 

1.5 

Ei pinta-aktiivista 

Kationinen 2.0 p-% 

Kationinen 1.0 p-% 

Väriaineen 


lisääntyy 

1.0 

0.5 

Non-ioninen 0.05 ja 0.10 p-% 

0.0 

200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 


Kuva 38 Pinta-aktiivisten aineiden vaikutus UV-VIS-absorbanssiin. Musteena on keltainen 

liukoinen muste, jossa on apuliuottimena 2-pyrrolidonia 10 p-% 

Pelkkien pinta-aktiivisten aineiden UV-VIS-absorbanssit olivat samanlaisia eri 

aallonpituuksilla ja absorptiopiikitkin sijaitsivat samoilla aallonpituuksilla. Tämän vuoksi 

oletettiin, että pinta-aktiivisen aineen kyky absorboida valoa ei vaikuta musteen UV-VISabsorptioon. 

Pinta-aktiivisten aineiden oletettiin vaikuttavan musteen UV-VISabsorbanssiin 

ainoastaan väriaineen kanssa tapahtuvien vuorovaikutusten kautta. Pintaaktiivisista 

aineista kationinen kasvattaa ja non-ioninen pienentää UV-VIS-absorbanssia, 

mikä viittaisi siihen, että non-ioninen lisää ja kationinen vähentää väriaineen 

aggregoitumista. Tätä voidaan selittää sillä, että kationinen pinta-aktiivinen aine 

muodostaa flokkeja anionisen väriaineen kanssa, jolloin väriaineaggregaattien 

muodostuminen vähenee. 

8.1.4 Haihtuvuus 

Kuvassa 39 on esitetty musteiden haihtuvuuskäyriä kuivumisen aikana. Kuvaajassa on 

esitetty paperilla olevan musteen määrä ajan funktiona. Kaikissa koepisteissä on käytetty 

samaa StAk-päällysteistä paperia (Paperi 4), jossa päällystettä on 10 g/m 2 .

66 

8 

7 

6 

Paperilla oleva 

mustemäärä (g/m 2 ) 

Y1, 2-pyrro 10 p-% 

5 

Y1, 2-pyrro 10 p-%, kationinen 

4 

3 

2 

Y1, 2-pyrro 20 p-% 

FM2, 2-pyrro 10 p-% 

1 

Y1, 2-pyrro 10 p-%, non-ioninen 

Y1, DEG 

0 

0 5 10 15 20 

Aika (min) 

Kuva 39 Musteiden haihtuvuuskäyriä. Yhdessä musteessa on non-ionista pinta-aktiivista 

ainetta on 0.05 p-% ja yhdessä kationista 1.0 p-% 

Haihtuvuuskäyristä nähdään, että musteen haihtuminen hidastuu noin 10 minuutin jälkeen, 

jonka jälkeen paperilla oleva mustemäärä ei enää kovin paljoa muutu. Nopeinta 

haihtuminen näyttäisi olevan kolmen ensimmäisen minuutin aikana. Eri musteiden 

haihtumiskäyrät ovat suunnilleen samanmuotoisia, joten musteella ei näyttäisi olevan 

vaikutusta haihtumisnopeuteen. Pinta-aktiiviset aineet näyttäisivät hieman vähentävän 

paperilla olevan musteen määrää, mikä todennäköisesti johtuu siitä, että näitä musteita oli 

hankalampi tulostaa. Tämän vuoksi paperille on siirtynyt pienempi määrä mustetta. Juuri 

tulostuksessa ilmenneiden hankaluuksien vuoksi ei ole verrattu suoraan toisiinsa paperille 

haihtumisen jälkeen jääneitä mustemääriä, vaan on laskettu, kuinka suuri osa siirtyneestä 

musteesta on jäänyt paperille haihtumisen jälkeen. Tällä tavoin on pystytty eliminoimaan 

tulostusprosessin aiheuttamat vaihtelut haihtuvuuteen. 

Kuvassa 40 on esitetty tulostuksen jälkeen paperiin jääneen mustemäärän riippuvuus 

liuottimen paino-osuudesta musteessa. Pystyakseli osoittaa, kuinka suuri osa paperiin 

siirtyneestä musteesta on vielä jäljellä paperissa 20 minuutin kuluttua tulostuksesta. Vaakaakselina 

on orgaanisen liuottimen paino-osuus koko musteesta.

67 

Paperiin jäänyt 

mustemäärä (%) 


40 

35 


2-pyrro 

30 

25 

2-pyrro 

MEG 

20 

15 

10 

MEG 

TEG 

DEG 

TEG 

DEG 

2-pyrrolidonia sisältävän musteen pintajännitys pienenee 

5 

0 

4 9 14 19 24 

Liuotinpitoisuus (p-%) 

Kuva 40 Liukoisten musteiden haihtuvuus eri liuottimilla, kun musteiden joukossa ei ole pintaaktiivisia 

aineita 

Kuvasta 40 nähdään, että paperiin jää enemmän mustetta, kun pääliuottimena käytettyä 

tislattua vettä korvataan orgaanisella apuliuottimella eli apuliuottimen osuuden musteesta 

kasvaessa. Vaikka vesi onkin hitaammin haihtuvaa nestettä kuin orgaaniset liuottimet, 

vettä haihtuu määrällisesti enemmän kuin orgaanisia liuottimia samassa ajassa, koska 

veden kiehumispiste on alhaisempi kuin tutkituilla orgaanisilla liuottimilla /28/. Lisäksi 

haihtuminen on riippuvaista musteen haihtumisenergiasta, joten pelkän kiehumispisteen 

avulla eroja ei kuitenkaan voida yksiselitteisesti selittää. Eri orgaanisia liuottimia 

käytettäessä spontaani haihtuminen on suunnilleen samaa suuruusluokkaa, joten 

liuottimella ei näytä olevan vaikutusta musteen haihtumiseen toisin kuin liuottimen 

määrällä. Orgaanisen apuliuottimen määrän vaikutusta haihtumiseen voidaan selittää sillä, 

että musteen pintajännitys pienenee, kun 2-pyrrolidonin paino-osuus musteesta kasvaa. 

Pintajännityksen pienentyessä mustetta jää enemmän paperiin, koska musteen penetraatio 

paperiin helpottuu. Pintajännityksen pienentyessä enemmän mustetta pääsee paperin 

huokosrakenteeseen ja vähemmän mustetta jää paperin pinnalle, josta molekyylien olisi 

helpompi siirtyä ilmaan. Liukoiset magentat musteet haihtuvat suhteessa enemmän kuin 

liukoiset keltaiset musteet. 

Kuvassa 41 on liukoisten musteiden haihtumisen jälkeen paperiin jääneen mustemäärän 

riippuvuus pinta-aktiivisen aineen määrästä. Epson-tulostimella saatiin tulostettua vain 

yksi kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävä keltainen muste, jossa tätä pinta-aktiivista 

ainetta oli 1.0 p-%. Loput kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävät musteet tulostettiin 

Olivetti-tulostimella, joka hitautensa vuoksi ei soveltunut haihtuvuuden tutkimiseen.

68 

Paperille jäänyt 

mustemäärä (%) 

40 

35 

30 

25 

20 

15 

10 

5 

Non-ioninen 

Surfynolia sisältävän 

musteen pintajännitys 

pienenee 

Y1, 2-pyrro 20 p-% 

FM 2, 2-pyrro 10 p-% 

Y1, 2-pyrro 10 p-% 

FM 2, 2-pyrro 5 p-% 

Y1, 2-pyrro 10 p-%, 

kationinen 1.0 p-% 

0 

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 1.00 0.20 

Pinta-aktiivisen aineen osuus (p-%) 

Kuva 41 Pinta-aktiivisten aineiden vaikutus liukoisten musteiden haihtuvuuteen 

Kun pinta-aktiivisena aineena on non-ioninen aine, musteen haihtuminen lisääntyy pintaaktiivisen 

aineen paino-osuuden kasvaessa. Tätä voidaan selittää sillä, että non-ioninen 

pinta-aktiivinen aine pienentää musteen pintajännitystä. Tällöin sekä musteen penetraatio 

helpottuu että paperin pinnan suuntainen leviäminen lisääntyy. Musteen molekyylit 

joutuvat kauemmaksi toisistaan, jolloin niiden välillä vaikuttavat vetovoimat pienenevät. 

Pinnan lähellä olevan molekyylin on tällöin helpompaa siirtyä ilmaan, koska muut 

molekyylit eivät pidättele sitä. Kun pinta-aktiivisena aineena on käytetty kationista ainetta, 

musteen haihtuminen vähenee. On kuitenkin otettava huomioon, että saatavilla on vain 

yhden koepisteen haihtumisen arvo. Haihtumisen vähentyminen voi johtua kationisen 

pinta-aktiivisen aineen taipumuksesta muodostaa jo ihmissilmälläkin havaittavia flokkeja. 

Nämä flokit sitovat musteen komponentit sisäänsä ja estävät molekyylejä karkaamasta 

pinnan läheisyydessä. 

8.2 Värikenttien optiset ominaisuudet ennen 

kestotestejä 

Kuvassa 42 on esitetty musteiden tulostusjälkien densiteetit ja L*-arvot eli luminanssit eri 

papereilla. Lisäksi kuvaan on laskettu eri papereiden koepisteiden densiteettien ja 

vaaleuksien keskiarvot eli kyseisen paperin musteiden optisten ominaisuuksien 

vastinpisteet.

69 

1.25 

1.20 

Kationista pinta-aktiivista ainetta 

(tulostettu Olivetilla) Pro-Jet Yellow 1 

1.15 

1.10 

1.05 

D 1.00 

0.95 

0.90 

PVA + CMC 

StAk 

PVA + p-DADMAC 

ka. PVA + CMC 

ka. StAk 

ka. PVA + p-DADMAC 

0.85 

0.80 

0.75 

80 81 82 83 84 85 86 

L*-arvo eli luminanssi 

1.25 

1.20 


1.15 

1.10 

1.05 

D 1.00 

0.95 

0.90 

PVA + CMC 

StAk 


ka. PVA + CMC 

ka. StAk 


0.85 

0.80 

0.75 

50 52 54 56 58 60 62 64 66 

L*-arvo eli luminanssi 

Kuva 42 Tulostusjäljen densiteetti ja luminanssi tulostuksen jälkeen eri papereilla. Ylemmässä 

kuvaajassa ovat keltaiset ja alemmassa magentat liukoiset musteet. Lyhenteellä ka. 

tarkoitetaan kaikista kyseisen paperin koepisteistä laskettua keskiarvoa 

Saman paperin sisällä eri koepisteiden densiteetit erosivat toisistaan korkeintaan 0,1 ja 

luminanssit korkeintaan 3 yksikköä. Tämän vuoksi eri musteiden tulostusjäljen 

densiteeteissä ja luminansseissa ei havaittu kuvaajan perusteella merkittäviä eroja saman 

paperin sisällä. Ainoastaan keltaisilla musteilla glykolien käyttö apuliuottimena 2- 

pyrrolidonin sijaan hieman pienensi densiteettiä. Ero oli kuitenkin vain noin 0,05, joten 

tämä ero voi myös johtua näytteissä esiintyvistä vaihteluista, koska kaikki värikentät eivät 

olleet aivan tasaisia ja lisäksi yhden musteen tulostusjäljen densiteettien keskihajonta 

saattoi olla suurempikin kuin 0,05. Keltaisten musteiden kuvaajassa kuvassa 42 on 

kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävät musteet hieman erillään muista koepisteistä. 

Tämä johtuu siitä, että kationista pinta-aktiivista ainetta sisältävät musteet on tulostettu 

Olivetti-tulostimella, joka siirtää enemmän mustetta paperille kuin Epson-tulostin, jolla 

loput musteista on tulostettu. Kun verrataan kationista pinta-aktiivista ainetta sisältäviä 

musteita Olivetilla tulostettuihin musteisiin, jotka eivät sisällä pinta-aktiivisia aineita, 

densiteetit eri koepisteiden välillä eivät eroa toisistaan. Voidaan siis olettaa, että musteen

70 

koostumus ei juurikaan vaikuta paperin pinnan läheisyyteen jäävän musteen määrään. 

Saattaa kuitenkin olla, että mustekoostumus vaikuttaa pisarakokoon, jolloin myös paperille 

siirtynyt mustemäärä muuttuisi, kuten on haihtuvuustuloksien perusteella havaittu. Tämän 

työn puitteissa ei kuitenkaan pystytty määrittämään pisarakokoa. 

Hydrofiilistä PVA:ta sisältävillä papereilla tulostusjäljen optiset ominaisuudet ovat lähes 

samanlaisia. Hydrofobisella lateksi-paperilla (StAk) tulostusjälki on hieman vaaleampaa 

kuin hydrofiilisillä papereilla. Lisäksi musteiden densiteetti on keskimäärin 0,15 yksikköä 

pienempää lateksi-paperilla kuin PVA-papereilla. Myös lateksi-paperin tulostusjäljen a*- 

ja b*-arvot erosivat noin 5 yksikköä PVA-papereiden vastaavista arvoista. Tämä saattaa 

johtua lateksi-paperin hydrofobisuudesta. Käytetty lateksi koostuu styreenistä ja 

akrylaatista, joista styreeni on hydrofobista. Saattaa siis olla, että paperin päällystyksen 

aikana hydrofobinen styreeni asettuu paperin pinnalle ja hydrofiilinen akrylaatti 

styreenikerroksen alapuolelle. Tällöin väriaine pyrkisi kulkeutumaan akrylaatin 

läheisyyteen, jonka kanssa se kenties pystyisi muodostamaan vetysidoksia. Näin ollen 

paperin pintakerrokseen ei jäisikään niin paljoa väriainetta kuin PVA-papereilla, jolloin 

densiteetti lateksi-paperilla on pienempi kuin toisilla papereilla. Kun verrattiin eri 

papereiden keltaisten musteiden tulostusjälkiä toisiinsa, havaittiin, että PVA-papereiden 

tulostusjäljen b*-arvo oli hieman suurempi kuin lateksi-paperilla. Lateksi-paperin 

tulostusjälki oli siis hieman vähemmän keltaista. Tämä saattaa johtua juuri siitä, että 

väriaine ei ole paperin pinnassa, vaan sitä peittää jonkinlainen värisävyyn vaikuttava 

kerros. 

8.3 Liukoisten musteiden valonkesto 

Papereille tehtiin valonkestokoe Suntest CPS+ –laitteessa 100 tunnin ajan, minkä jälkeen 

papereiden värierot määritettiin /Taulukko 9/. Tuloksista nähdään, että papereiden väri 

muuttuu suunnilleen samassa suhteessa ja hyvin vähän, joten tulostamattoman paperin 

värin muuttumisen ei oletettu vaikuttavan musteiden valonkeston testaamiseen ja eri 

papereiden vertaamiseen toisiinsa. 

Taulukko 9 

Paperin päällysteen 

koostumus 

Papereiden värierot 100 tunnin valotuksen jälkeen 

Väriero ∆E* 

PVA + CMC 2.55 

StAk 2.79 

PVA + poly-DADMAC 2.48 

8.3.1 Musteen perusominaisuuksien vaikutus valonkestoon 

Tämän luvun kuvaajien tarkoituksena on selvittää voidaanko yleisellä tasolla musteen 

yleisten ominaisuuksien avulla selittää musteen valonkestoa. Kuitenkin tutkittaessa eri 

komponenttien vaikutusta valonkestoon musteominaisuuksilla saattaa ollakin vaikutusta 

tämän yksittäisen komponentin tapauksessa. Kuvassa 43 on havainnollistettu liukoisten

71 

musteiden valonkeston riippuvuutta musteen pintajännityksestä eri papereilla. Kuvaajaan 

on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset musteet. 

58 

48 

38 

∆E 

28 

18 

Y1, StAk 

FM2, StAk 

FM2, PVA + p-DADMAC 

FM2, PVA + CMC 

Y1, PVA + p-DADMAC 

Y1, PVA + CMC 

8 

40 45 50 55 60 


Kuva 43 Liukoisten musteiden pintajännityksen vaikutus valonkestoon 

Pintajännitys ei näyttäisi vaikuttavan valonkestoon. Pintajännityksen pienentyessä musteen 

penetraatio paranee, joten valonkeston voisi olettaa samalla paranevan, koska muste pääsee 

syvemmälle paperin sisään turvaan valon vaikutuksilta. Se, että valonkesto ei tässä työssä 

käytetyillä musteilla parantunut pintajännityksen pienentyessä, voi johtua siitä, että 

penetraation kasvu pintajännityksen pienentyessä on hyvin pientä. Voi myös olla, että 

xenon-kaarilampun valo pääsee melko syvällekin paperin sisään haalistamaan väriainetta. 

Kuvassa 44 on havainnollistettu liukoisten musteiden valonkeston riippuvuutta musteen 

viskositeetista eri papereilla. Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset 

musteet. 

58 

48 

38 

∆E 

28 

18 


Y1, StAk 

FM2, StAk 



Y1, PVA + CMC 

8 

2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 


Kuva 44 Liukoisten musteiden viskositeetin vaikutus valonkestoon

72 

Kuten pintajännitys, myöskään musteen viskositeetti ei vaikuta tutkittujen liukoisten 

musteiden valonkestoon. Tämä voi johtua siitä, että viskositeetti vaihtelee eri musteiden 

välillä melko vähän. 

8.3.2 Liuottimen vaikutus valonkestoon 

Kuvassa 45 on esitetty musteiden valonkeston riippuvuus orgaanisen apuliuottimen 

määrästä eri papereilla, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita. 

58 

48 

FM2, StAk 

∆E 

38 

28 

FM2, PVA+p-DADMAC 

FM2, PVA+CMC 

Y1, StAk 

Y1, PVA+p-DADMAC 

18 

Y1, PVA+CMC 

8 

4 9 14 19 24 

Liuottimen osuus (p-%) 

Kuva 45 Orgaanisen apuliuottimen (2-pyrrolidoni) paino-osuuden vaikutus liukoisten 

musteiden valonkestoon eri papereilla. Musteissa ei ole pinta-aktiivisia aineita 

Keltaisen musteen valonkesto näyttäisi huonontuvan apuliuottimen paino-osuuden 

kasvaessa. Kun orgaanisen liuottimen osuus musteesta kasvaa, tislatun veden määrä 

vähenee. Steiger et al. /48/ ovat osoittaneet, että orgaanisen liuottimen käyttö veden sijaan 

huonontaa valonkestoa. Tämä johtuu siitä, että orgaaninen liuotin pitää väriaineen 

liukoisessa tilassa estäen sen kiinnittymistä paperiin, minkä vuoksi väriaine on herkempi 

valon vaikutuksille. Aggregoituneessa tilassa väriaine olisi stabiilimpi valon haitallisille 

vaikutuksille. Orgaaniset liuottimet voivat valosäteilyn vaikutuksesta muodostaa myös 

hajoamistuotteita, jotka haihduttavat väriainetta katalyyttisesti /12/. Mitä enemmän 

musteen joukossa on orgaanista liuotinta, sitä enemmän näitä haitallisia reaktioita tapahtuu. 

Magentan musteen valonkesto puolestaan paranee orgaanisen liuottimen osuuden 

kasvaessa. Tähän ilmeisesti vaikuttaa magentan väriaineen kemiallinen koostumus. 

Kuvassa 46 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston mittaustulokset eri orgaanisille 

apuliuottimille, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiviisia aineita. Keltaisissa musteissa 

orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%.

73 

60 

50 

FM2 

Y1 

FM2 

FM2 

40 

∆E 

30 

20 

2-pyrro 

MEG 

Y1 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

MEG 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

MEG 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

MEG 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

Y1 

MEG 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

MEG 

DEG 

TEG 

10 

0 

PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC 

Kuva 46 Orgaanisen apuliuottimen vaikutus liukoisten musteiden valonkestoon. Keltaisissa 

musteissa orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%. Musteissa ei ole 

pinta-aktiivisia aineita 

Orgaanisista apuliuottimista paras valonkesto saadaan, kun käytetään 2-pyrrolidonia. 

Glykoleita käytettäessä valonkesto näyttää huononevan etyleeniryhmien määrän kasvaessa. 

Tätä voidaan selittää väriaineen aggregoitumisella /48/. UV-VIS-absorptio –mittauksista 

nähtiin, että musteen aggregoituminen vähenee glykolin hiiliketjun pituuden kasvaessa. 

Aggregoitunut muste on stabiilimpi valosäteilyn vaikutuksille, joten aggregoitumisen 

vähentyessä valonkesto huononee /3, 25/. Kun magentassa musteessa on käytetty 

liuottimena monoetyleeniglykolia, valonkesto on selvästi muista koepisteistä poikkeavan 

huono. Tämä saattaa johtua siitä, että monoetyleeniglykoli on hygroskooppista eli se sitoo 

sisäänsä kosteutta varsinkin kosteissa ja kuumissa olosuhteissa /56/. Valonkeston 

tutkimiseen käytetyn laitteen kammio on kuuma, joten musteen sisään pääsee paljon 

kosteutta, joka huonontaa valonkestoa. Monoetyleeniglykolin poikkeava käyttäytyminen 

on huomattavaa varsinkin PVA-paperilla, jossa dispergointiaineena on käytetty CMC:tä. 

8.3.3 Pinta-aktiivisen aineen vaikutus valonkestoon 

Kuvassa 47 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen 

aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset 

musteet ja alemmassa magentat liukoiset musteet.

74 

58 

53 


48 

43 

38 

∆E 33 

28 

23 

18 

13 

2-pyrro 20 p-%, PVA + p-DADMAC 

2-pyrro 10 p-%, PVA + CMC 

2-pyrro 10 p-%, StAk 




8 

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 

Pitoisuus (%) 

58 

53 


48 

43 

38 

∆E 33 

28 

23 


2-pyrro 5 p-% & 10 p-%, PVA + p-DADMAC 




18 

13 

8 

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 


Kuva 47 Non-ionisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus valonkestoon 2-pyrrolidonin eri painoosuuksilla 

eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset musteet ja 

alemmassa magentat 

Koska pinta-aktiivinen aine parantaa musteen penetraatiota, sen voisi olettaa parantavan 

valonkestoa. Penetraation parantuessa muste pääsisi syvemmälle paperiin turvaan valon 

vaikutuksilta. Non-ioninen pinta-aktiivinen aine ei kuitenkaan kuvaajien perusteella 

vaikuta valonkestoon PVA-papereilla, jotka ovat hydrofiilisiä. Tämä saattaa johtua siitä, 

että vesipohjainen muste pääsee ilmankin penetraatiota helpottavaa pinta-aktiivista ainetta 

tarpeeksi syvälle paperin sisään. Lateksi-paperilla (StAk), joka on hydrofobinen, nonioninen 

pinta-aktiivinen aine huonontaa valonkestoa ainakin keltaisilla musteilla. Tämä voi 

johtua siitä, että pinta-aktiivinen aine myös lisää tulostusjäljen leviämistä, mikä korostuu 

varsinkin hydrofobisella paperilla, koska vesipohjaisen musteen on hankala päästä paperin 

sisään. Tällöin muste levittäytyy laajemmalle alueelle ohuemmaksi kerrokseksi 

mustemäärän pysyessä vakiona. Ohuempi kerros haalistuu nopeammin, koska väriainetta 

on vähemmän tietyssä kohtaa paperia.

75 

Orgaaninen liuotin pystyy muodostamaan valon vaikutuksesta reaktiotuotteita, jotka 

haalistavat väriainetta katalyyttisesti /12/. On mahdollista, että myös non-ioninen pintaaktiivinen 

aine muodostaa tällaisia reaktiotuotteita, jolloin tämä voisi selittää valonkeston 

huonontumisen pinta-aktiivisen aineen määrän kasvaessa. Kun liukoisessa keltaisessa 

musteessa on 20 p-% orgaanista apuliuotinta, valonkesto näyttäisi parantuvan pintaaktiivisen 

aineen määrän kasvaessa. Tämä voisi johtua siitä, että orgaanista liuotinta on 

niin paljon pinta-aktiiviseen aineeseen verrattuna, että liuotin häiritsee pinta-aktiivisen 

aineen reaktiotuotteiden syntymistä. Erot non-ionisen pinta-aktiivisen aineen eri painoosuuksien 

välillä ovat kuitenkin niin pieniä, että todennäköisemmin non-ioninen pintaaktiivinen 

aine ei vaikuta valonkestoon. 

Kuvassa 48 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus kationisen pintaaktiivisen 

aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat liukoiset keltaiset 

musteet ja alemmassa kuvaajassa liukoiset magentat musteet. 

58 

53 


48 

43 

38 

∆E 33 



28 

23 

18 

13 





8 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 


58 

53 


48 

43 

38 

∆E 33 

28 

23 

18 

13 







8 

0 0.5 1 1.5 2 


Kuva 48 Kationisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus valonkestoon 2-pyrrolidonin eri painoosuuksilla 


alemmassa magentat

76 

Kationisen pinta-aktiivisen aineen oletettiin lisäävän anionisen väriaineen ja anionisen 

paperin välistä sitoutumista, jolloin valonja vedenkeston odotettiin paranevan. Kuvan 48 

perusteella kationisella pinta-aktiivisella aineella ei kuitenkaan näytä olevan vaikutusta 

valonkestoon. Tämä voi johtua pinta-aktiivisen aineen ja väriaineen muodostamista 

flokeista. Voi olla, että suurin osa pinta-aktiivisesta aineesta on näiden suurten hiukkasten 

sisällä, jolloin vain hyvin pieni määrä pinta-aktiivisesta aineesta on siirtynyt paperiin. 

Tällaisella pienellä määrällä kationista pinta-aktiivista ainetta ei näyttäisi olevan vaikutusta 

väriaineen ja paperin välisiin sidoksiin. 

8.4 Liukoisten musteiden vedenkesto 

8.4.1 Musteen perusominaisuuksien vaikutus vedenkestoon 

Tämän luvun kuvaajien tarkoituksena on tuoda selvyyttä voidaanko yleisellä tasolla 

musteen yleisten ominaisuuksien avulla selittää musteen vedenkestoa. Kuitenkin 

tutkittaessa eri komponenttien vaikutusta vedenkestoon musteominaisuuksilla saattaa 

ollakin vaikutusta tämän yksittäisen komponentin tapauksessa. Kuvassa 49 on esitetty 

liukoisten musteiden vedenkeston riippuvuus musteen pintajännityksestä eri papereilla. 

Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset musteet. 

58 

Y1, PVA + CMC 

48 

Y1, StAk 

∆E 

38 

28 

18 



FM2, StAk 


8 

40 45 50 55 60 


Kuva 49 Liukoisten musteiden pintajännityksen vaikutus vedenkestoon 

Varsinkin liukoisten keltaisten musteiden vedenkesto hieman huononee, kun musteen 

pintajännitys kasvaa. Kun musteen pintajännitys kasvaa, musteen penetraatio paperin 

sisään vaikeutuu. Tällöin muste jää lähemmäksi paperin pintaa, jolloin veden on helpompi 

irrottaa väriainetta paperista. 

Kuvassa 50 on havainnollistettu liukoisten musteiden vedenkeston riippuvuutta musteen 

viskositeetista eri papereilla. Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt liukoiset 

musteet.

77 

58 

48 

Y1, PVA + CMC 

∆E 

38 

Y1, StAk 

28 


18 



FM2, StAk 

8 

2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 


Kuva 50 Liukoisten musteiden viskositeetin vaikutus vedenkestoon 

Viskositeetin kasvaessa neste vastustaa virtausta enemmän. Kun musteen viskositeetti 

kasvaa, vedenkesto näyttäisi paranevan. Kun musteesta tulee viskoottisempaa, mustepisara 

pysyy paremmin koossa, koska viskositeetin kasvaessa neste pystyy paremmin 

vastustamaan virtausta. Samalla myös musteen leviäminen vähenee. Vedenkeston 

parantuminen voi tällöin johtua siitä, että viskoottinen muste on asettunut paperin sisään 

kerrokseksi, jonka sisällä on vahvat vetovoimat. Tällöin veden on hankala irrottaa musteen 

sisältä väriainemolekyylejä. 

Kuvassa 51 on esitetty liukoisten keltaisten musteiden vedenkeston riippuvuus musteen 

pH-arvosta eri papereilla. Kuvaajaan on otettu mukaan kaikki käytetyt keltaiset liukoiset 

musteet. Magentoilla liukoisilla musteilla ei havaittu selkeää yhteyttä vedenkeston ja pHarvon 

välillä. 

58 

Y1, PVA + CMC 

48 

Y1,StAk 

∆E 

38 

28 


18 

8 

7.4 7.6 7.8 8.0 8.2 

pH 

Kuva 51 Liukoisten keltaisten musteiden pH:n vaikutus vedenkestoon

78 

Papereilla, joilla on anioninen pintavaraus (PVA + CMC – ja StAk-paperi), musteen pHarvon 

kasvaessa vedenkesto hieman huononee. Tämä saattaa johtua siitä, että musteen 

emäksisyyden lisääntyessä musteesta tulee samalla liukoisempaa veteen. Tällöin mustetta 

liukenee enemmän veden joukkoon. Kun paperilla on kationinen pintavaraus (PVA + poly- 

DADMAC –paperi), musteen pH-arvolla ei näytä olevan vaikutusta vedenkestoon. Tämä 

puolestaan voi johtua siitä, että kationinen paperin pinta ja anioninen väriaine sitoutuvat 

toisiinsa tarpeeksi vahvasti, että vesi ei pysty hajottamaan näitä sidoksia. 

Luvussa 9 tehdyn tilastollisen analyysin mukaan mikään kolmesta musteen ominaisuudesta 

ei näyttäisi vaikuttavan liukoisten musteiden vedenkestoon merkittävästi. Kuitenkin 

ainakin anionisilla papereilla (PVA + CMC ja StAk) kaikki kolme musteominaisuutta 

yhdessä näyttäisivät kuvaavan vedenkestoa parhaiten. Tämä todennäköisesti johtuu siitä, 

että yhden musteominaisuuden muuttuessa myös kaikki muutkin ominaisuudet muuttuvat. 

Tällöin on hankalaa erottaa yksittäisen ominaisuuden vaikutusta vedenkestoon. 

8.4.2 Liuottimen vaikutus vedenkestoon 

Kuvassa 52 on esitetty liukoisten musteiden vedenkeston riippuvuus orgaanisen 

apuliuottimen määrästä eri papereilla, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia 

aineita. Orgaanisena apuliuottimena on käytetty 2-pyrrolidonia. 

58 

48 

Y1, StAk 

Y1, PVA+CMC 

∆E 

38 

28 

FM2, PVA+CMC 

Y1, PVA+p-DADMAC 

18 

FM2, PVA+p-DADMAC 

8 

FM2, StAk 

4 9 14 19 24 

Liuottimen osuus (p-%) 

Kuva 52 Orgaanisen apuliuottimen (2-pyrrolidoni) paino-osuuden vaikutus liukoisten 

musteiden vedenkestoon eri papereilla. Musteissa ei ole pinta-aktiivisia aineita 

Molemmilla väriaineilla vedenkesto paranee, kun orgaanisen liuottimen osuus musteesta 

kasvaa. Tislatun veden osuus musteesta vähenee orgaanisen liuottimen osuuden kasvaessa 

ja orgaaninen liuotin penetroituu vettä paremmin paperin huokosrakenteeseen pienemmän 

pintajännityksensä ansiosta. Lisäksi paperin päällysteen hydrofiilisyys tai hydrofobisuus 

vaikuttaa musteiden vedenkestoon. Tässä työssä käytetty vedenkestotesti liuottaa myös 

paperin päällysteen komponentteja. Tällöin väriaine liukenee päällysteen hydrofiilisten 

komponenttien mukana, jollei paperissa ole jotain muuta komponenttia, joka kiinnittäisi 

värin /54/. Ilmeisesti orgaaninen liuotin parantaa väriaineen kiinnittymistä ja penetraatiota 

hydrofiilisiin PVA-papereihin. Tällöin väriainetta liukenee vähemmän orgaanisen 

liuottimen paino-osuuden kasvaessa, koska muste on tunkeutunut syvemmälle paperin

79 

sisään. Lateksi-päällyste on hydrofobista eli se ei turpoa eikä liukene veden vaikutuksesta. 

Tällöin muste, jossa on enemmän orgaanista apuliuotinta eli vähemmän tislattua vettä, 

penetroituu paremmin paperin huokosrakenteeseen. Tällöin enemmän mustetta pääsee 

syvemmälle turvaan veden liuottavalta vaikutukselta. 

Kuvassa 53 on esitetty liukoisten musteiden vedenkeston mittaustulokset eri orgaanisille 

apuliuottimille, kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiviisia aineita. Keltaisissa musteissa 

orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%. 

Y1 

Y1 

60 

2-pyrro 

MEG 

50 

40 

DEG 

TEG 

MEG 

FM2 

2-pyrro 

MEG 

DEG 

TEG 

FM2 

Y1 

∆E 

30 

20 

2-pyrro 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

MEG 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

MEG 

DEG 

TEG 

2-pyrro 

FM2 

MEG 

DEG 

TEG 

10 

0 


Kuva 53 Orgaanisen apuliuottimen vaikutus liukoisten musteiden vedenkestoon. Keltaisissa 

musteissa orgaanista liuotinta on 10 p-% ja magentoissa 5 p-%. Musteissa ei ole 

pinta-aktiivisia aineita 

Paras vedenkesto saadaan, kun käytetään 2-pyrrolidonia apuliuottimena. Glykolin 

hiiliketjun pituuden kasvaessa molekyylirakenteeseen tulee enemmän etyleeniryhmiä (- 

CH 2 CH 2 -), jolloin glykolista tulee hydrofobisempaa /48/. Samalla glykolista tulee myös 

vähemmän polaarista /16/. Tällöin vedenkesto paranee. Liuottimen muuttuessa 

hydrofobisemmaksi se liukenee huonommin veden joukkoon. Tällöin myös liuottimen 

joukossa oleva väriaine liukenee huonommin veden vaikutuksesta. Lisäksi väriaineen 

aggregoituminen voi vaikuttaa vedenkestoon. Glykolin etyleeniryhmien lisääntyessä 

väriaineen aggregoituminen vähenee. Tällöin muste on paperin sisässä pienemmissä 

yksiköissä, joita on liuettava suhteessa enemmän kuin suuria aggregaatteja saman värieron 

saavuttamiseksi. Vedenkesto paranee selvemmin, kun monoetyleeniglykoli vaihdetaan 

dietyleeniglykoliksi kuin jos dietyleeniglykoli vaihdetaan tetraetyleeniglykoliksi. Tästä 

voidaan päätellä, että todennäköisesti on olemassa optimimäärä etyleeniryhmille, jonka 

jälkeen etyleeniryhmien määrän kasvattamisella ei enää saada parannusta vedenkestoon. 

Eri liuottimien käytöstä syntyneet erot ovat kuitenkin melko pieniä verrattuna väriaineiden 

ja papereiden välisiin eroihin. Kun magentassa musteessa on käytetty liuottimena 

monoetyleeniglykolia, vedenkesto on selvästi muista koepisteistä poikkeavan huono 

varsinkin PVA-CMC –paperilla. Tämä saattaa johtua siitä, että käytetty 

monoetyleeniglykoli on hygroskooppista eli se sitoo sisäänsä kosteutta. Tällöin 

hygroskooppinen liuotin imee sisäänsä huomattavia määriä vettä, mikä huonontaa 

vedenkestoa.

8.4.3 Pinta-aktiivisen aineen vaikutus vedenkestoon 

80 

Kuvassa 54 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus non-ionisen pintaaktiivisen 


musteet ja alemmassa magentat liukoiset musteet. Orgaanisena apuliuottimena on 2- 

pyrrolidoni. 

58 

53 

48 

43 

38 






∆E 33 

28 

23 

18 



13 

8 

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 


58 


53 

48 

43 

38 

∆E 33 

28 

23 

18 

13 

8 







0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 


Kuva 54 Non-ionisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus vedenkestoon 2-pyrrolidonin eri painoosuuksilla 


alemmassa magentat 

Koska pinta-aktiivinen aine helpottaa penetraatiota, muste pääsee syvemmälle paperin 

huokosrakenteeseen suojaan ympäristön vaikutuksilta. Tulosten perusteella non-ioninen 

pinta-aktiivinen aine ei kuitenkaan vaikuta vedenkestoon. Tämä voi johtua käytetystä 

menetelmästä, jossa koko tulostettu paperinäyte upotetaan veteen usean minuutin ajaksi. 

Tällöin pääsee niin paljon vettä syvälle paperin huokosrakenteeseen, että hyvin pieni määrä

81 

(0.05 p-% ja 0.10 p-%) pinta-aktiivista ainetta ei vaikuta vedenkestoon. Kun käytetään 

lateksi-paperia ja musteessa on non-ionista pinta-aktiivista ainetta, muste leviää veden 

vaikutuksesta lähinnä paperin tulostamattomalle puolelle ja liukenee sitä kautta. Musteen 

parantunut penetraatio näyttää siis altistavan musteen myös tulostamattoman puolen kautta 

tulevan veden vaikutuksille. 

Kuvassa 55 on esitetty liukoisten musteiden valonkeston riippuvuus kationisen pintaaktiivisen 


musteet ja alemmassa magentat liukoiset musteet. 

58 

53 

48 

43 

38 

∆E 33 

28 

23 





2-pyrro 20 %, StAk 



18 

13 

8 

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 


58 

53 


48 

43 

38 

∆E 33 

28 

23 

18 

13 

8 

0 0.5 1 1.5 2 






2-pyrro 10 p-%, PVA +p-DADMAC 

2-pyrro 5 p-%, PVA +p-DADMAC 

Kuva 55 Kationisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus vedenkestoon 2-pyrrolidonin eri osuuksilla 

eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa ovat keltaiset liukoiset musteet ja alemmassa 

magentat 

Kationinen pinta-aktiivinen aine ei näyttäisi vaikuttavan vedenkestoon. Keltaisella 

musteella vedenkesto näyttäisi hieman parantuvan PVA-papereilla pinta-aktiivisen aineen 

paino-osuuden funktiona. Erot eri painoprosenttien välillä ovat kuitenkin niin pieniä, että 

ne voivat johtua mittaustulosten keskihajonnoista. Kuitenkin vedenkeston parantuminen

82 

voisi johtua siitä, että kationinen pinta-aktiivinen aine tekee musteesta vähemmän 

anionista, jolloin musteen sitoutuminen anionisen paperin kanssa paranisi musteen 

kationisten ryhmien määrän kasvaessa. Tällöin veden olisi hankalampaa liuottaa 

väriainemolekyylejä musteen joukosta. Lateksi-paperin tapauksessa kationinen pintaaktiivinen 

aine ei vaikuta vedenkestoon ilmeisesti siksi, että paperin päällyste on 

hydrofobista. Tällöin vesipohjainen muste jää niin lähelle paperin pintaa, että vesi pystyy 

liuottamaan väriainetta, vaikka sitoutuminen olisikin parantunut. Magentaa mustetta, joka 

on modifioitu suoraväri, on todennäköisesti modifioitu vedenkeston parantamiseksi, joten 

pinta-aktiivisella aineella tuskin enää on merkitystä vedenkeston parantamisessa. 

8.5 Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuudet 

Pigmenttimusteilta tutkittiin sekä valonja vedenkesto että hankauskesto. Kun väriaineena 

käytettiin suuremman partikkelikoon Hostafine Yellow GR:ää, tulostetut kentät olivat 

enemmänkin raidallisia kuin täyspeitteisiä. Tämän vuoksi mittaustuloksilla oli suuret 

keskihajonnat, mikä aiheutti suuria vaihteluita joihinkin tuloksiin. Pigmenttimusteiden 

viskositeetin, pintajännityksen ja pH-arvon sekä kesto-ominaisuuksien välillä ei havaittu 

selkeitä riippuvuuksia. 

8.5.1 Valon- ja vedenkesto 

Kuvassa 56 on esitetty pigmenttimusteiden valonja vedenkeston tulokset eri papereilla, 

kun musteiden joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita. 

20 

Valonkesto 

18 

16 

Vedenkesto 

GR 

GR 

14 

12 

∆E 10 

8 

6 

4 

2 

0 

PVA + CMC 

StAk 

PVA + p- 

DADMAC 


PVA + CMC 

Yellow GR (86 nm) 

StAk 

HR 

PVA + p- 

DADMAC 

GR 

HR 

GR 

HR 

GR 

HR 

HR 

Kuva 56 Pigmenttimusteiden vedenja valonkesto eri papereilla, kun musteiden joukossa ei 

ole pinta-aktiivisia aineita 

Pigmenttimusteilla on parempi valonja vedenkesto kuin liukoisilla musteilla. 

Pigmenttimusteella (Yellow HR), jolla on pienempi partikkelikoko, on sekä parempi 

veden- että varsinkin valonkesto kuin pigmenttimusteella (Yellow GR), jolla on suurempi 

partikkelikoko. Vedenkeston parantuminen johtuu todennäköisesti siitä, että Yellow HR:n

83 

partikkelit ovat niin pieniä, että ne täyttävät paremmin paperin pinnan epätasaisuudet, 

mutta Yellow GR:n puoleksi suuremmat partikkelit jäävät epätasaisuuksien yläpuolelle. 

Käytettyjen papereiden huokoshalkaisijat ovat keskimäärin 85-92 nm. Yellow GR:n 

keskimääräinen partikkelikoko on 86 nm. Käytännössä vain osa partikkeleista on tämän 

kokoisia ja vain osa paperin huokosista on mitatulla välillä. Tämän vuoksi keskimääräistä 

suuremmat partikkelit eivät pääse paperin pinnan huokosiin, vaan jäävät kerrokseksi 

pinnan yläpuolelle. Yellow HR:n partikkelit ovat noin puolet paperien 

huokoshalkaisijoista. Vaikka partikkelikokojakauma olisi melko laaja, on melko 

epätödennäköistä, että kovinkaan moni partikkeleista olisi papereiden huokoshalkaisijoita 

suurempia. Näin ollen pienemmät partikkelit pääsevät syvemmälle paperissa ja ovat 

paremmin turvassa ympäristön vaikutuksilta. 

Pigmenttipartikkelit asettuvat kerroksiksi paperin pinnalle alemman kerroksen partikkelien 

korvatessa valon vaikutuksesta haihtuvat partikkelit. Kun partikkelit ovat suurempia, ne 

muodostavat paperin pinnalle vähemmän kerroksia kuin pienemmät partikkelit. Tällöin 

ylimmistä kerroksista valon vaikutuksesta haalistuvilla partikkeleilla on vähemmän niitä 

korvaavia alempien kerrosten partikkeleita. Kirjallisuudessa on osoitettu, että yksittäisen 

partikkelin koon pienentyessä tämän valonkesto huononee, koska valoa kestävä ulkopinta 

pienenee /6, 12/. Tällöin kuitenkin koko dispersion valonkesto paranee, koska koko 

dispersion ulkopinta kasvaa. 

Kuvassa 57 on esitetty pigmenttimusteiden valonja vedenkeston riippuvuus kationisen 

pinta-aktiivisen aineen määrästä eri papereilla. 

35 

30 

25 

20 

∆E 

15 

10 

Vesi, PVA + CMC 

Vesi, StAk 

Vesi, PVA + p-DADMAC 

Valo, PVA + CMC 

Valo, StAk 

Valo, PVA + p-DADMAC 

5 

0 

0 0.5 1 1.5 2 


Kuva 57 Kationisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus pigmenttimusteen, jossa väriaineena on 

Hostafine Yellow HR (40 nm), vedenja valonkestoon 

Kationisen pinta-aktiivisen aineenhan oletetettiin parantavan paperin ja musteen välistä 

sitoutumista. Kationinen pinta-aktiivinen aine ei kuitenkaan näytä vaikuttavan 

pigmenttimusteen valonja vedenkestoon. Tämä johtuu ilmeisesti siitä, että 

pigmenttipartikkelit eivät muodosta sidoksia paperin kanssa, vaan ovat kasaantuneet 

kerroksiksi paperin pinnalle. 

Kuvassa 58 on esitetty pigmenttimusteiden valonja vedenkeston riippuvuus non-ionisen 

pinta-aktiivisen aineen määrästä eri papereilla. Ylemmässä kuvaajassa on valonkesto ja 

alemmassa vedenkesto.

84 

30 

Valonkesto 

25 

20 

∆E 15 

10 

Yellow HR (40 nm), PVA + CMC 

Yellow HR, StAk 

Yellow HR, PVA + p-DADMAC 

Yellow GR (86nm), PVA + CMC 

Yellow GR, StAk 

Yellow GR, PVA + p-DADMAC 

5 

0 

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 


30 

Vedenkesto 

25 

20 

∆E 15 

10 

Yellow HR (40 nm), PVA + CMC 

Yellow HR, StAk 

Yellow HR, PVA + p-DADMAC 

Yellow GR (86 nm), PVA + CMC 

Yellow GR, StAk 

Yellow GR, PVA + p-DADMAC 

5 

0 

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 


Kuva 58 Non-ionisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus pigmenttimusteiden valonja 

vedenkestoon 

Non-ioninen pinta-aktiivinen aine ei näytä vaikuttavan pigmenttimusteiden valonja 

vedenkestoon. Pinta-aktiivinen aine parantaa musteen penetraatiota, mutta 

pigmenttipartikkelithan eivät todennäköisesti penetroidu paperin huokosrakenteeseen, vaan 

jäävät paperin pinnalle kerroksiksi. Tämän vuoksi vain musteen kantofaasin penetraatio 

parantuu, mutta pigmenttipartikkelit jäävät edelleen paperin pinnalle. Yellow GR:n 

valonkestossa on suuria eroja non-ionisen pinta-aktiivisen aineen eri paino-osuuksien 

välillä. Tämä saattaa johtua siitä, että tulosteet olivat raidallisia. Lisäksi testisivun palkin 

ensiksi tulostunut osa oli tummenpi kuin myöhemmin tulostunut osa. Tämä ilmeisesti 

aiheutti vaihteluita tuloksiin, jos mittaustulokset otettiin eri kohdista palkkia.

8.5.2 Hankauskesto 

85 

Kuvassa 59 on esitetty pigmenttimusteiden hankauskesto eri papereilla, kun musteiden 

joukossa ei ole pinta-aktiivisia aineita. Hankauskestohan paranee, kun optinen densiteetti D 

pienenee. 

0.9 

0.8 

0.7 

0.6 

0.5 

D 

0.4 

0.3 

0.2 

0.1 







0.0 


Kuva 59 Pigmenttimusteiden hankauskesto eri papereilla, kun musteiden joukossa ei ole pintaaktiviisia 

aineita 

Yellow HR:n optinen densiteetti tulostuksen jälkeen oli noin 0,90 ja Yellow GR:n noin 

0,60 eli huomattavasti pienempi kuin Yellow HR:llä, koska Yellow GR:n tulostusjälki oli 

raidallista. Lisäksi Yellow GR:n L*-arvo eli luminanssi oli noin 5 yksikköä suurempi kuin 

Yellow HR:n L*-arvo. Tällä saattaa olla vaikutusta hankauskestotuloksiin, koska Yellow 

GR on vaaleamman keltainen, jolloin hankaavaan pintaan siirtyvä värikin on vaaleampaa. 

Lisäksi hankauskestotulosten keskihajonnat, jotka on esitetty kuvaajissa pystysuorina 

janoina, ovat suhteellisen suuria. Kuvan 59 perusteella näyttäisi, että partikkelikoon 

kasvaessa hankauskesto paranee. Tähän voivat vaikuttaa edellä mainitut tuloksia 

vääristävät ilmiöt. Lisäksi selityksenä voi olla, että suuremmat partikkelit pakkautuvat 

tiukemmin toisiaan vasten, jolloin niiden väliin ei jää tyhjää tilaa. Tällöin niitä on 

hankalampi saada irtoamaan paperin pinnasta hankauksen vaikutuksesta kuin löyhemmin 

pakkautuneita pienempiä pigmenttipartikkeleita. Kuitenkin voisi myös olettaa, että 

musteella, jossa on pienemmät partikkelit, saataisiin parempi hankauskesto, koska pienet 

partikkelit täyttävät tiheämmin paperin pinnan. Lisäksi pieniä partikkeleita on suhteessa 

enemmän kuin suuria partikkeleita samassa mustemäärässä. Tämän vuoksi värikenttää 

hangatessa on periaatteessa hankalampaa saada irtoamaan suurempaa määrää pieniä 

partikkeleita kuin pienempää määrää suuria partikkeleita. Papereista huonoin hankauskesto 

on PVA-paperilla, jossa dispergointiaineena on CMC:tä. Paras hankauskesto on lateksipaperilla. 

Eri papereiden väliset erot ovat kuitenkin hyvin pieniä ilmeisesti siksi, että 

pigmenttipartikkelit eivät penetroidu paperin sisään tai sitoudu paperin kanssa 

kemiallisesti. Juuri näiden ominaisuuksien parantamiseen pyritään paperin 

päällystekoostumusta muokkaamalla. 

Kuvassa 60 on esitetty, miten non-ioninen ja kationinen pinta-aktiivinen aine vaikuttavat 

pigmenttimusteiden hankauskestoon.

86 

1.4 


1.2 


1.0 

0.8 

D 

0.6 

0.4 

Ei pinta-aktiivista 

Surfynol 0.05 % 

Surfynol 0.10 % 

p-DADMAC 1.0 % 

p-DADMAC 2.0 % 

0.2 

0.0 

PVA + CMC 

StAk 

PVA + p- 

DADMAC 

PVA + CMC 

StAk 

PVA + p- 

DADMAC 

Kuva 60 Non-ionisen ja kationisen pinta-aktiivisen aineen vaikutus pigmenttimusteiden 

hankauskestoon 

Pinta-aktiivisen aineen käyttäminen pigmenttimusteen joukossa näyttäisi hieman 

huonontavan hankauskestoa. Pinta-aktiivisen aineen määrällä tai laadulla ei kuitenkaan ole 

vaikutusta hankauskestoon. On kuitenkin huomioitava, että hankauskestotulosten 

keskihajonnat ovat suhteellisen suuret. Lisäksi pigmenttipartikkelit eivät sitoudu paperin 

pintaan eivätkä juurikaan penetroidu paperin sisään. Pinta-aktiiviset aineethan parantavat 

penetraatiota ja kationinen pinta-aktiivinen aine ilmeisesti parantaa musteen ja paperin 

välistä sitoutumista. Tämän vuoksi pinta-aktiivisilla aineilla ei voida parantaa 

ominaisuuksia, joihin pigmenttipartikkeleilla ei ole luontaista taipumusta. 

8.6 Yhteenveto valonja vedenkestosta 

Kuvassa 61 on esitetty liukoisten ja pigmenttimusteiden valonja vedenkesto eri 

papereilla. Ylemmässä kuvaajassa on pelkästään liukoiset musteet. Alemmassa kuvaajassa 

on laskettu eri väriaine-paperi –yhdistelmille valonja vedenkeston keskiarvot kaikista 

koepisteistä.

87 

50 

Valonkesto ∆E 

40 

30 

20 

Keltainen, PVA + CMC 

Keltainen, StAk 

Keltainen, PVA + poly-DADMAC 

Magenta, PVA + CMC 

Magenta, StAk 

Magenta, PVA + poly-DADMAC 

10 

0 

0 10 20 30 40 50 60 

Vedenkesto ∆E 

50 


40 

30 

20 

PVA + p-DADMAC, FM2 

StAk, Y1 

StAk, FM2 

PVA + CMC, FM2 

StAk, GR 

PVA + p-DADMAC, Y1 

PVA + p-DADMAC, GR 

PVA + CMC, Y1 

10 

PVA + CMC, GR 

HR 

0 

0 10 20 30 40 50 60 


Kuva 61 Paperin ja väriaineen vaikutus liukoisten musteiden valonja vedenkestoon. 

Ylemmässä kuvaajassa on pelkästään liukoiset musteet. Alemmassa kuvaajassa on 

laskettu eri väriaine-paperi –yhdistelmille valonja vedenkeston keskiarvot kaikista 

koepisteistä. 

Papereiden väliset erot ovat pienempiä magentoilla kuin keltaisilla musteilla. Keltaiseen 

väriaineeseen verrattuna magentan väriaineen vedenkesto on parempi. Tämä johtuu siitä, 

että magenta väriaine on modifioitu suoraväri, joten sen kemiallista rakennetta 

muokkaamalla on parannettu väriaineen kesto-ominaisuuksia. Näyttää kuitenkin siltä, että 

keltaiseen väriaineeseen verrattuna magentaa väriainetta on modifioitu lähinnä 

vedenkeston parantamiseksi. Magentan väriaineen valonkesto on ainakin PVA-papereilla 

keltaisen väriaineen valonkestoa huonompi. Magentoilla väriaineilla on kuitenkin 

yleensäkin eri väreistä huonoin valonkesto /12, 25/. 

Lateksi (StAk) on hydrofobista, joten se ei turpoa eikä liukene veden vaikutuksesta. Tämän 

vuoksi vesi ei pääse päällysteen sisään, joten vedenkesto on hieman parempi kuin 

paperilla, jossa on sideaineena PVA:ta ja dispergointiaineena CMC:tä. PVA on 

hydrofiilistä, joten se turpoaa ja liukenee veden vaikutuksesta. Tämän vuoksi se ei

88 

muodosta musteelle suojaavaa kerrosta vedeltä, koska PVA:han kiinnittynyt väriaine 

liukenee veden mukana samalla, kun PVA:kin liukenee. Huonoin vedenkesto käytetyistä 

papereista onkin paperilla, jonka päällysteessä on käytetty PVA:ta ja CMC:tä. Kun 

dispergointiaineena on käytetty poly-DADMAC:a CMC:n sijaan, paperin pintavaraus on 

kationinen. Anionisella väriaineella on tällöin enemmän mahdollisuuksia kiinnittyä paperin 

päällysteeseen, varsinkin kationiseen dispergointiaineeseen. Sitoutuminen tapahtuu tällöin 

luultavasti ionisidoksilla, kun anionisen paperin ja anionisen väriaineen sitoutuminen 

tapahtuu todennäköisesti pääasiassa vetysidoksin. Ionisidokset ovat vahvoja ja 

vetysidokset heikkoja sidoksia varsinkin veden läheisyydessä, joka pystyy avaamaan 

vetysidoksia. Väriaineen paremman sitoutumisen vuoksi paperilla, jossa on käytetty poly- 

DADMAC:a, on selkeästi paras vedenkesto. 

Papereista paras valonkesto saadaan, kun päällystepastan sideaineena käytetään PVA:ta ja 

dispergointiaineena CMC:tä. Huonoin valonkesto saadaan, kun sideaineena käytetään 

lateksia. PVA on hydrofiilistä, joten vesipohjainen muste penetroituu paremmin paperin 

huokosrakenteeseen. Lateksi on hydrofobista, joten vesipohjainen muste ei pääse niin 

hyvin penetroitumaan paperin sisään turvaan valon haitallisilta vaikutuksilta. Kun PVApaperissa 

CMC korvataan kationisella poly-DADMAC:lla, valonkesto hieman huononee. 

Tämä saattaa johtuu siitä, että anioninen väriaine sitoutuu päällysteen kationisten 

komponenttien eli lähinnä poly-DADMAC:n kanssa. Tällöin väriaine jää lähemmäksi 

paperin pintaa sitoutuneessa muodossa alttiiksi valon vaikutuksille. Kun 

dispergointiaineena on CMC:tä, paperin pintavaraus on anioninen, jolloin sitoutumista 

paperin ja väriaineen välillä ei juurikaan esiinny. Tällöin muste lähinnä penetroituu paperin 

huokosrakenteeseen turvaan valon vaikutuksilta. Lisäksi CMC voi toimia geeliaineena, 

joka muodostaa musteen pinnalle mustetta suojaavan geelikerroksen /55/. Valonkestoon eri 

papereilla voi vaikuttaa myös elohopeaporosimetrimittauksista saadut huokoisuusarvot 

(Liite 3). PVA-papereilla on mittaustulosten mukaan suuremmat huokoset kuin lateksipaperilla. 

Tällöin mustetta pääsee enemmän suurempien huokosten sisään, jossa väriaine 

todennäköisesti on paremmin turvassa valon vaikutuksilta. Lisäksi suuret huokoset 

helpottavat musteen penetraatiota, jolloin muste pääsee syvemmälle paperiin. 

Kun käytetään pigmenttimusteita, joissa väriaineena on pienipartikkelinen Hostafine 

Yellow HR, eri papereiden välillä ei ole eroja. Näillä musteilla saadut kesto-ominaisuudet 

ovat niin hyviä, että voidaan olettaa, että tulosteen laatu ei merkittävästi muutu valonja 

vedenkestotesteissä. Kun käytetään pigmenttiväriainetta, jolla on suurempi partikkelikoko, 

papereiden välillä on saman mittakaavan eroja kuin magentoilla liukoisilla musteilla 

tulostettaessa. Tällä musteella saadaan kaikilla papereilla erinomainen vedenkesto, mutta 

PVA-paperilla, jossa on dispergointiaineena CMC:tä, saadaan parempi valonkesto kuin 

muilla papereilla. 

Paras paperi tässä työssä käytettyjen liukoisten musteiden kesto-ominaisuuksien kannalta 

näyttäisi olevan PVA-paperi, jossa on dispergointiaineena kationista poly-DADMAC:a. 

Huonoin paperi puolestaan olisi lateksilla päällystetty paperi, koska sillä on sekä huono 

valonkesto että huono vedenkesto. PVA-paperilla, jossa on dispergointiaineena CMC:tä, 

on vain huono vedenkesto valonkeston ollessa yhtä hyvä kuin toisella PVA-paperilla. 

Tulostimen vaikutusta tuloksiin havainnollistetaan kuvassa 62, jossa on esitetty musteiden, 

jotka on tulostettu sekä Epsonilla että Olivetilla, valonja vedenkesto. Nämä kolme 

mustetta ovat keltaisia liukoisia musteita. Yhdessä on 10 p-% 2-pyrrolidonia ja 1 p-% 

kationista pinta-aktiivista ainetta. Lopuissa ei ole pinta-aktiivisia aineita. Toisessa on 20 p- 

% ja toisessa 10 p-% 2-pyrrolidonia.

89 

50 

45 

40 

StAk 


35 

30 

25 

PVA + CMC 

Olivetti, Keltainen 

Epson, Keltainen 

20 

15 


10 

10 20 30 40 50 60 


Kuva 62 Tulostimen vaikutus liukoisten musteiden valonja vedenkestoon 

Olivetilla tulostetuissa näytteissä erot ovat pienempiä kuin Epsonilla tulostetuissa. 

Musteilla on hieman huonompi vedenkesto, kun ne on tulostettu Olivetilla, mutta 

valonkesto on eri tulostimien välillä keskimäärin yhtä hyvä. Vaikka Olivetilla 

tulostettaessa värikenttien densiteetti oli suurempi eli mustetta siirtyi enemmän paperille 

kuin Epsonilla tulostettaessa, tällä ei näyttäisi olevan vaikutusta väri- ja densiteettieroon. 

Vaikuttaisi siis siltä, että käytetyillä testeillä aina suunnilleen saman suuruinen määrä 

tiettyä mustetta poistuu paperista riippumatta tulostusjäljen alkuperäisestä densiteetistä. 

8.7 Rasteripisteanalyysi 

Rasteripisteanalyysi tehtiin vain magentoille liukoisille musteille ja määritetyt 

ominaisuudet olivat rasteripisteen pinta-ala, harmaatasoarvo, rosoisuus ja epäpyöreys. 

Rasteripisteanalyysin tulokset on esitetty liitteessä 7 ja niiden perusteella 

mustekoostumuksella ei näyttänut olevan vaikutusta rasteripisteistä määritettyihin 

ominaisuuksiin. Poikkeuksena tästä on PVA-paperit, joilla non-ioninen pinta-aktiivinen 

aine kasvatti rasteripisteen pinta-alaa luultavasti siksi, että pinta-aktiivinen aine 

todennäköisesti lisää tulostusjäljen leviämistä. Lisäksi 2-pyrrolidonin paino-osuuden 

kasvattaminen pienensi rasteripisteen pinta-alaa, mikä saattoi johtua siitä, että musteen 

penetraatio pois pinnan läheisyydestä kasvoi musteen pintajännityksen pienentyessä. Tämä 

viittaa siihen, että tulostuksessa käytetty paperi vaikuttaa enemmän rasteripisteiden 

ulkonäköön kuin käytetty muste. Kuvassa 63 on esitetty eri papereiden 25 %:n 

harmaakentän rasteripisteitä, kun tulostamiseen on käytetty samaa mustetta. Kuvista on 

poistettu rasteripisteitä ympäröivä tausta.

90 

Kuva 63 Rasteripisteet 25 %:n harmaasävyllä eri papereilla, kun musteena on käytetty 

magentaa, jossa on 5 p-% tetraetyleeniglykolia. Paperit ovat vasemmalta PVA + 

CMC, StAk ja PVA + poly-DADMAC 

PVA-paperilla, jossa dispergointiaineena on käytetty CMC:tä, on parhaimman näköiset 

pisteet. Kun CMC korvataan poly-DADMAC:lla, rasteripisteet leviävät hieman, jolloin 

niiden reunoista tulee myös hieman epätasaisempia. Lateksipaperilla rasteripisteet ovat 

selvästi vaaleampia kuin PVA-papereilla ja lisäksi rasteripisteet ovat levinneet runsaasti 

paikoin jopa yhtenäiseksi kentäksi. 

8.7.1 Pinta-ala ja harmaatasoarvo 

Kuvassa 64 on esitetty 25 %:n rasterikentän rasteripisteiden pinta-ala ja harmaatasoarvo eri 

papereilla. Lisäksi kuvaan on merkitty eri papereille eri koepisteiden rasteripisteiden pintaalojen 

ja harmaatasoarvojen keskiarvojen avulla lasketut vastinpisteet. 

Pinta-ala (µm 2 ) 

SUURI 

1300 

1200 

1100 

1000 

900 

800 

700 

PVA + CMC 

StAk 


ka. PVA + CMC 

ka. StAk 


600 

500 

PIENI 

400 

70 80 90 100 110 120 

VAALEA 

Harmaatasoarvo 

TUMMA 

Kuva 64 Rasteripisteiden keskimääräinen harmaataso ja pinta-ala eri papereille. Lyhenteellä 

ka. tarkoitetaan kaikista kyseisen paperin koepisteistä laskettua keskiarvoa 

Tuloksissa on paljon hajontaa varsinkin lateksi-paperissa. Tähän on todennäköisesti 

vaikuttanut se, että lateksi-paperin rasteripisteet olivat levinneet niin paljon. Tämän vuoksi 

rasteripisteitä ei paikoin edes erottanut yhtenäisen mustekentän joukosta. PVA-papereilla 

tällaista leviämistä ei ilmennyt. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että PVA on

91 

hydrofiilistä ja lateksi hydrofobista. Vesipohjainen muste pystyy penetroitumaan 

hydrofiilisen päällysteen sisään helposti, jolloin muste ei juurikaan leviä paperin tasossa. 

Hydrofobisen paperin tapauksessa penetraatio on vähäisempää, joten muste joutuu 

leviämään kuivumisen aikana paljon myös paperin tasossa. Tämä selittää myös sen, miksi 

lateksi-paperin rasteripisteet ovat pinta-alaltaan melkein kaksinkertaisia PVA-papereiden 

rasteripisteisiin verrattuna. Lisäksi lateksi-paperilla rasteripisteiden harmaatasoarvo on 

pienempi eli pisteet ovat vaaleampia kuin PVA-papereilla, mitä myös voidaan selittää 

rasteripisteiden leviämisellä. Kun sama mustemäärä on levittäytynyt paperin pinnan 

suunnassa laajemmalle alueelle, tulostusjäljestä tulee vaaleampaa. PVA-papereilla on 

suunnilleen samansuuruiset harmaatasoarvot, mutta PVA-paperin, jossa 

dispergointiaineena on CMC:tä, rasteripisteet ovat hieman pienempiä pinta-alaltaan. 

Ilmeisesti anioninen muste lähinnä penetroituu anioniseen paperiin kuivuessaan eikä 

niinkään muodosta pysyviä sidoksia paperin kanssa. Kationisen paperin tapauksessa 

anioninen muste myös sitoutuu paperin päällysteeseen, jolloin osa musteesta jää paperin 

pinnalle sitoutuneessa muodossa. Tällöin voi myös tapahtua hieman tulostusjäljen 

leviämistä, kun muste hakeutuu paperin sitoutumiskykyisten kohtien luokse sähköisten 

voimien vaikutuksesta. 

Kuvassa 65 on rasteripisteiden pinta-alan riippuvuus musteen viskositeetista eri papereilla. 

Rasteripisteen 

pinta-ala (µm 2 ) 

1300 

SUURI 

1200 

1100 

1000 

900 

800 

StAk 

700 

600 

PVA + CMC 


PIENI 

500 

2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 


Kuva 65 Rasteripisteiden pinta-ala musteen viskositeetin funktiona eri papereilla 

Musteen viskositeetin kasvaessa rasteripisteen pinta-ala näyttäisi pienenevän, vaikka 

tuloksissa onkin paljon hajontaa. Pinta-alan pienentyminen voi johtua siitä, että musteen 

suuri viskositeetti vaikeuttaa pisaran muodostusta ja vähentää musteen leviämistä tason 

suunnassa. 

8.7.2 Epäpyöreys ja rosoisuus 

Kuvassa 66 on esitetty 25 %:n rasterikentän rasteripisteiden rosoisuus ja epäpyöreys eri 

papereilla. Lisäksi kuvaan on merkitty eri papereille eri koepisteiden epäpyöreyden ja 

rosoisuuden keskiarvojen avulla lasketut vastinpisteet.

92 

Rosoisuus 

10 

EPÄTASAINEN 

9 

8 

7 

6 

5 

4 

3 

PVA + CMC 

StAk 


ka. PVA + CMC 

ka. StAk 


TASAINEN 

2 

1 

0 

1 1.5 2 2.5 3 

YMPYRÄ 

Epäpyöreys 

ELLIPSI 

Kuva 66 Rasteripisteiden epäpyöreys ja rosoisuus eri papereille. Lyhenteellä ka. tarkoitetaan 

kaikista kyseisen paperin koepisteistä laskettua keskiarvoa 

Lateksi-paperin tuloksissa on paljon hajontaa. Eri PVA-papereiden rasteripisteet ovat 

suunnilleen yhtä rosoisia ja yhtä pyöreitä. Lateksi-paperin rasteripisteet ovat PVA-paperin 

pisteitä rosoisempia ja epäpyöreämpiä. Tämä johtuu lateksi-paperin tulostusjäljen 

leviämisestä. Rasteripisteen levitessä se ei leviä tasaisesti joka suuntaan, vaan paperin 

pinnan epätasaisuudet rajoittavat pisteen leviämistä. Levitessään satunnaisesti paperin 

tasossa rasteripisteestä tulee epätasainen reunoiltaan ja vähemmän ympyrää muistuttava. 

Rasteripistetuloksista voidaan päätellä, että PVA-paperilla, jossa on dispergointiaineena 

CMC:tä, saadaan rasteripisteiden kannalta paras tulostusjälki. Muste leviää eniten lateksipaperilla, 

mikä huonontaa rasteripisteitä tällä paperilla. Lisäksi paperin huokoisuus saattaa 

vaikuttaa rasteripisteiden pyöreyteen (Liite 3). PVA-paperi, jossa dispergointiaineena oli 

CMC:tä, oli huokoisin elohopeaporosimetritulosten perusteella. Vähiten huokoisin oli 

poly-DADMAC:a sisältävä PVA-paperi. Mitä huokoisempaa paperi on, sitä enemmän 

rasteripisteet muistuttavat ympyrää. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että muste 

penetroituu paremmin huokoiseen paperiin. Tällöin mustepisarat eivät pääse leviämään 

paperin pinnan suunnassa muodostaen vähemmän ympyrää muistuttavia rasteripisteitä. 

Kuvassa 67 on rasteripisteiden rosoisuuden riippuvuus musteen pintajännityksestä PVApapereilla. 

Lateksi-paperia ei ole otettu mukaan kuvaajaan, koska tuloksissa on niin paljon 

hajontaa johtuen musteen runsaasta leviämisestä tason suunnassa.

93 

Rosoisuus 

8 

EPÄTASAINEN 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

TASAINEN 

1 

40 45 50 55 60 


PVA + CMC 


Kuva 67 Rasteripisteiden rosoisuus musteen pintajännityksen funktiona PVA-papereilla 

Musteen pintajännityksen kasvaessa rasteripisteiden rosoisuus pienenee eli rasteripisteiden 

reunoista tulee tasaisempia. Tämä johtuu ilmeisesti siitä, että pintajännityksen kasvaessa 

musteen leviämistaipumus vähenee, jolloin rasteripiste säilyttää paremmin tasaisen 

reunansa. Myös rasteripisteiden epäpyöreys hieman väheni musteen pintajännityksen 

kasvaessa, mikä myöskin johtuu leviämistaipumuksen vähenemisestä. Epäpyöreyden ja 

pintajännityksen välinen riippuvuus ei kuitenkaan ollut yhtä selkeä kuin rosoisuuden ja 

pintajännityksen välinen riippuvuus.

95 

9 TILASTOLLINEN ANALYYSI 

Tilastollisen analyysin tavoitteena oli selvittää, mitkä musteen ominaisuudet vaikuttavat 

valonja vedenkestoon sekä rasteripisteiden ominaisuuksiin. Myös musteen 

ominaisuuksien yhdysvaikutukset otettiin huomioon. Lisäksi selvitettiin, miten musteen 

liuottimen ja pinta-aktiivisten aineiden paino-osuus vaikuttivat musteen kestoominaisuuksiin 

eri papereilla. Näistä ei laskettu yhdysvaikutuksia. Tilastollinen analyysi 

tehtiin Excel XP–tietokoneohjelman Data analysis –makrolla, jonka avulla laskettiin 

tulosten regressiokertoimet R 2 . Regressiokerroin voi saada arvoja väliltä 0-1. 

Regressiokertoimet laskettiin kaikille kolmelle paperille erikseen ja jokaiselle väriaineelle 

erikseen. 

Kesto-ominaisuutta tai rasteripisteominaisuutta pidetään muuttujana, jonka käyttäytymistä 

pyritään ennustamaan musteominaisuuksien avulla. Teoriassa regressiokerroin ilmoittaa, 

kuinka suuri osa y-arvojen, eli tässä tapauksessa kesto- ja rasteripisteominaisuuksien 

vaihtelusta voidaan selittää x-arvojen eli musteominaisuuksien vaihtelulla. Arvot pyritään 

asettamaan lineaariselle suoralle siten, että havaintopisteiden ja suoran välisten y-akselin 

suuntaisten poikkeamien neliöiden summa on mahdollisimman pieni. Mitä enemmän 

pisteet hajaantuvat suoran ulkopuolelle, sitä pienempi regressiokerroin on. Käytännössä 

siis regressiokerroin ilmaisee, kuinka riippuvainen kyseinen kesto- tai 

rasteripisteominaisuus on kyseisestä musteominaisuudesta tai kyseisten 

musteominaisuuksien yhdysvaikutuksesta. Riippuvuus kasvaa regressiokertoimen 

kasvaessa. Regressiosuoraa voidaan käyttää myös ennustamiseen, jos regressiokertoimen 

arvo on tarpeeksi suuri. Tällöin on kuitenkin otettava huomioon, että lineaarinen 

riippuvuus ei välttämättä jatku samanlaisena havaintopisteiden ulkopuolella. Lisäksi on 

muistettava, että vaikka useamman ominaisuuden yhdysvaikutukset selittäisivät jotain 

ominaisuutta hyvin, nämä ominaisuudet eivät välttämättä yksinään selitä kyseistä 

ominaisuutta. 

9.1 Kesto-ominaisuudet 

Kesto-ominaisuuksista tilastollinen analyysi tehtiin vain liukoisille musteille. 

Pigmenttimusteita ei otettu mukaan, koska niistä saatujen kesto-ominaisuuksien 

keskihajonnat olivat hyvin suuria ja lisäksi eri koepisteiden välillä ei juurikaan havaittu 

eroja. Regressiokerroin laskettiin eri papereille ja erivärisille musteille erikseen. 

Musteominaisuudet, joiden avulla valonja vedenkestoa selitettiin, olivat viskositeetti, 

pintajännitys ja pH-arvo sekä näiden kaikki mahdolliset yhdysvaikutukset. Taulukossa 10 

on esitetty eri kombinaatioiden regressiokertoimet. Tilastollisesti merkittävät kertoimet 

(>0.437) on kursivoitu.

96 

Taulukko 10 Regressioanalyysi liukoisten musteiden ominaisuuksista ja kestoominaisuuksista. 

Lyheteellä Y1 tarkoitetaan keltaista liukoista mustetta ja 

lyhenteellä FM2 magentaa liukoista mustetta. 

Viskositeetti 

Pintajännitys 

pH PVA + CMC StAk 

(mPa/s) (mN/m) - Valonkesto 

PVA + poly- 

DADMAC 

V S P Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2 

V x 0.316 0.091 0.028 0.123 0.017 0.075 

S x 0.019 0.145 0.144 0.207 0.031 0.017 

P x 0.118 0.371 0.008 0.401 0.005 0.182 

V+S x x 0.317 0.184 0.147 0.257 0.069 0.126 

V+P x x 0.393 0.521 0.033 0.594 0.025 0.230 

S+P x x 0.184 0.429 0.194 0.497 0.050 0.183 

V+S+P x x x 0.398 0.578 0.194 0.622 0.104 0.243 

Vedenkesto 

V S P Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2 

V x 0.425 0.355 0.597 0.097 0.154 0.232 

S x 0.127 0.281 0.090 0.576 0.378 0.017 

P x 0.126 0.315 0.098 0.336 0.009 0.005 

V+S x x 0.452 0.323 0.601 0.583 0.227 0.232 

V+P x x 0.503 0.504 0.646 0.489 0.174 0.232 

S+P x x 0.369 0.480 0.274 0.742 0.143 0.028 

V+S+P x x x 0.586 0.578 0.672 0.775 0.229 0.232 

Mikään tutkituista musteen ominaisuuksista ei näyttäisi yksinään selittävän valon- tai 

vedenkestoa eri papereilla kovinkaan hyvin, kuten jo aiemmin todettiin graafisista 

kuvaajista, joissa oli x-akselina pintajännitys tai viskositeetti ja y-akselina valonkesto. 

Keltaisen musteen valonkestoa eivät kuvaa hyvin mitkään ominaisuuksien 

yhdysvaikutuksetkaan. Anionisilla papereilla (PVA + CMC ja StAk) magentojen 

musteiden valonkestoa näyttäisi selittävän melko hyvin viskositeetin ja pH-arvon väliset 

yhdysvaikutukset sekä kaikkien tutkittujen musteominaisuuksien yhdysvaikutukset. 

Aiemmin todettiin, että pintajännityksen suureneminen huonontaa vedenkestoa ja 

viskositeetin suureneminen puolestaan parantaa vedenkestoa. Lisäksi keltaisen musteen 

pH-arvon kasvaessa vedenkeston todettiin huononevan. Regressiokertoimet eivät ole näillä 

yksittäisillä ominaisuuksilla merkitseviä, mutta kaikkien kolmen ominaisuuden 

yhdysvaikutus on molemmilla anionisilla papereilla molemmilla väriaineilla merkittävää. 

Tämä tarkoittaa ilmeisesti sitä, että mikään musteen ominaisuus yksinään ei täysin selitä 

vedenkestoa, mikä johtuu siitä, että yhden musteen ominaisuuden muuttuessa myös muut 

ominaisuudet muuttuvat. Tällöin on hankalaa erottaa yhden tietyn ominaisuuden vaikutusta 

vedenkestoon, joten tarkastelussa onkin otettava huomioon kaikkien ominaisuuksien 

samanaikainen muuttuminen. 

Mitään merkittäviä musteen ominaisuuksia tai niiden yhdysvaikutuksia, jotka selittäisivät 

kationisen paperin valonja vedenkestoa, ei ole havaittavissa. Tämä voisi viitata siihen, 

että musteen kantofaasin ominaisuuksilla ei ole niin suurta merkitystä, kun tulostetaan 

kationiselle paperille. Tällöin olisi enemmän merkitystä sillä, miten vahvat sidokset

97 

kationinen paperi ja anioninen väriaine muodostavat. Anioninen paperi ja anioninen 

väriaine eivät juurikaan muodosta sidoksia, joten musteen kantofaasin ominaisuuksilla on 

enemmän merkitystä. Anioniselle paperille tulostettaessa kesto-ominaisuuksien kannalta 

ovatkin tärkeämpiä musteen penetraatio ja liukoisuus veteen, joihin vaikutetaan 

pintajännityksellä, viskositeetilla ja pH-arvolla. 

Kesto-ominaisuuksia selitettiin 2-pyrrolidonin paino-osuudella sekä Surfynolin ja poly- 

DADMAC:n paino-osuudella musteesta. Taulukossa 11 on esitetty täten saadut 

regressiokertoimet. Tilastollisesti merkittävät kertoimet (>0.841) on kursivoitu. 

Magentoille musteille ei voitu laskea regressiokerrointa, kun muuttujana oli 2-pyrrolidonin 

paino-osuus, koska magentoja oli vain kahdella 2-pyrrolidonin paino-osuudella. Tällöin 

regressiokertoimeksi tulisi aina 1. 

Taulukko 11 

Regressioanalyysi liukoisten musteiden komponenttien määrästä ja kestoominaisuuksista 

2-pyrrolidoni 

Surfynol 

p-DAD- 

MAC 

PVA + CMC 

StAk 

(p-%) (p-%) (p-%)- Valonkesto 

PVA + poly- 

DADMAC 

2-p Sur p-D Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2 

x 0.920 - 0.968 - 0.916 - 

x 0.813 0.868 0.470 0.589 0.770 0.966 

x 0.668 0.518 0.361 0.977 0.432 0.927 

Vedenkesto 

2-p Sur p-D Y1 FM2 Y1 FM2 Y1 FM2 

x 0.979 - 0.861 - 0.708 - 

x 0.902 0.525 0.073 0.617 0.352 0.894 

x 0.990 0.417 0.760 0.910 0.323 0.764 

Aiemmin todettiin liuottimen määrän vaikuttavan sekä veden- että valonkestoon. Tätä 

väitettä tukevat myös saadut regressiokertoimet. Paras valonkeston selittäjä näyttäisi 

olevan liuottimen määrä musteessa. Kationisen paperin tapauksessa liuotinmäärä ei 

näyttäisi selittävän vedenkestoa. Tämä varmaankin johtuu siitä, että kationisen paperin 

tapauksessa vedenkestoon vaikuttaa mustekoostumusta enemmän anionisen musteen ja 

kationisen paperin muodostamat suhteellisen kestävät ionisidokset. Anionisten papereiden 

tapauksessa ei todennäköisesti muodostu kuin heikkoja vetysidoksia, joten vedenkeston 

syntymiseen vaikuttavat myös musteen ominaisuudet penetraation ja aggregoitumisen 

kautta. Pinta-aktiivisten aineiden määrä näyttäisi selittävän vain satunnaisesti kestoominaisuuksia. 

Graafisten kuvaajienkaan perusteella ei havaittu selkeitä riippuvuuksia 

kesto-ominaisuuksien ja pinta-aktiivisten aineiden määrän välillä. Tämän vuoksi 

muutamien laskettujen regressiokertoimien suurten arvojen voidaan katsoa johtuvan 

laskettujen pisteiden vähäisestä määrästä ja mittaustulosten keskihajonnoista. 

9.2 Rasteripisteet 

Rasteripisteanalyysi tehtiin vain liukoisille magentoille musteille. Regressiokerroin 

laskettiin eri papereille erikseen. Selitettäviä rasteripisteominaisuuksia olivat rasteripisteen

98 

pinta-ala, harmaatasoarvo, epäpyöreys ja rosoisuus. Käytettyjä musteominaisuuksia olivat 

viskositeetti, pintajännitys ja pH-arvo. Taulukossa 12 on esitetty eri kombinaatioiden 

regressiokertoimet. Tilastollisesti merkittävät arvot (>0.636) on kursivoitu. 

Taulukko 12 

Regressioanalyysi musteen ominaisuuksista ja rasteripisteistä. Rasteripisteominaisuudet 

ovat rasteripisteen pinta-ala (A), harmaatasoarvo (Harm.), 

epäpyöreys (Epäp.) ja rosoisuus (Ros.) 

Viskositeetti 

Pintajännitys 

pH PVA + CMC StAk 

PVA + poly- 

DADMAC 

(mPa/s) (mN/m) - A Harm. A Harm. A Harm. 

V S P (µm 2 ) - (µm 2 ) - (µm 2 ) - 

V x 0.059 0.519 0.881 0.066 0.376 0.153 

S x 0.336 0.512 0.036 0.163 0.148 0.252 

P x 0.000 0.002 0.000 0.112 0.003 0.119 

V+S x x 0.674 0.703 0.840 0.169 0.388 0.284 

V+P x x 0.060 0.519 0.777 0.172 0.381 0.264 

S+P x x 0.353 0.546 0.038 0.342 0.149 0.459 

V+S+P x x x 0.722 0.718 0.848 0.343 0.390 0.472 

V S P Epäp. Ros. Epäp. Ros. Epäp. Ros. 

V x 0.276 0.421 0.072 0.058 0.072 0.020 

S x 0.060 0.737 0.054 0.000 0.152 0.266 

P x 0.081 0.085 0.393 0.222 0.228 0.007 

V+S x x 0.276 0.816 0.234 0.075 0.412 0.451 

V+P x x 0.367 0.520 0.454 0.273 0.291 0.026 

S+P x x 0.118 0.752 0.405 0.231 0.318 0.266 

V+S+P x x x 0.373 0.844 0.522 0.273 0.525 0.458 

Rasteripisteanalyysia käsittelevässä luvussa todettiin, että musteiden ominaisuudet tai 

mustekoostumus eivät näyttäneet vaikuttavan rasteripisteiden ominaisuuksiin. Enemmän 

todettiin olevan vaikutusta käytetyllä paperilla. Ainoastaan musteen pintajännityksen 

katsottiin selittävän parhaiten rosoisuutta PVA-papereilla ja viskositeetin rasteripisteen 

pinta-alaa. Regressiokertoimien perusteella samaa ilmiötä ei ole havaittavissa. Anionisella 

PVA-paperilla musteen ominaisuudet kuvaavat melko hyvin eri rasteripisteiden 

ominaisuuksia, mutta muilla papereilla saadaan vain satunnaisesti suuria 

regressiokertoimia. Graafisten kuvaajien perusteellakaan ei löydetty riippuvuuksia 

rasteripiste- ja musteominaisuuksien välillä. Yleisesti voidaan todeta, että, kuten kestoominaisuuksienkin 

tapauksessa, parhaiten rasteripisteiden ominaisuuksia kuvaavat kaikki 

musteominaisuudet yhdessä tai kahden musteominaisuuden yhdysvaikutukset. Mikään 

musteen ominaisuus yksinään ei näyttäisi selittävän rasteripisteiden ominaisuuksia.

99 

10 YHTEENVETO 

Diplomityön tarkoituksena oli selvittää kirjallisuuden ja kokeiden avulla, miten 

mustekoostumus vaikuttaa inkjet-tulostusjäljen laatuun. Lisäksi tavoitteena oli selvittää 

lähinnä kirjallisuuden pohjalta, mitkä muut tulostusprosessin muuttujat vaikuttavat yhdessä 

musteen kanssa tulostusjäljen laatuun. Kesto-ominaisuuksista tutkittiin valon-, vedenja 

hankauskestoa. Kirjallisuuden perusteella selvitettiin kesto-ominaisuuksiin vaikuttavia 

tekijöitä ja tyypillinen mustekoostumus. Näiden pohjalta valmistettiin musteita, joiden 

komponentteja ja komponenttien paino-osuuksia muuteltiin. Musteet tulostettiin papereille, 

joiden päällysteet erosivat toisistaan pintavarauksen sekä hydrofobisuuden ja 

hydrofiilisyyden osalta. Lisäksi tutkittiin mustekoostumuksen ja papereiden vaikutusta 

tulosteen ulkonäköön. 

Kirjallisuuden mukaan inkjet-tulosteen laatuun vaikuttavat tulostuksessa käytetty muste, 

tulostusalusta ja tulostinpään rakenne sekä näiden väliset vuorovaikutukset. Erityisesti 

musteen ja paperin väliset vuorovaikutukset vaikuttavat kesto-ominaisuuksiin. Näitä 

vuorovaikutuksia ovat musteen penetraatio paperin sisään sekä väriaineen ja paperin 

väliset kemialliset sidokset. Lisäksi kesto-ominaisuuksien kannalta keskeisessä asemassa 

ovat myös tulosteen ympäristötekijät tulostuksen jälkeen. Käytetyn paperin 

ominaisuuksilla vaikutetaan lähinnä musteen asettumiseen ja kuivumiseen. 

Mustepisaroiden asettuminen ja kuivuminen perustuu toisaalta nesteen tunkeutumiseen ja 

leviämiseen paperilla sekä toisaalta liuotinkomponenttien haihtumiseen leviävästä 

pisarasta. Kuivuessaan muste jää alttiiksi ympäröivälle ilmalle, valolle, vedelle, 

kosteudelle ja muille ympäristön elementeille, koska inkjet-tulostuksessa ei käytetä erillistä 

kuivatusyksikköä. Mustekerros määritellään kuivuneeksi, kun se kestää hankausta. 

Valonkestoon vaikuttaa ennen kaikkea se, miten käytetty muste ja paperi käyttäytyvät 

joutuessaan kontaktiin tulostuksen aikana ja sen jälkeen. Musteiden huono vedenkesto 

johtuu väriainemolekyylien liukenemisesta veden joukkoon. 

Inkjet-musteiden pääkomponentit ovat väriaine ja kantofaasi. Musteet ovat tavallisesti sekä 

vesiliukoisia että anionisia ja inkjet-väriaineet ovat joko liukoisia tai pigmenttejä. Liukoiset 

väriaineet kiinnittyvät suoraan tulostettavaan pintaan liuottimiensa kanssa kemiallisesti 

sitoutumalla ja ne ovat väriominaisuuksiltaan hyviä. Muihin musteisiin verrattuna 

liukoisten musteiden kesto-ominaisuudet ovat huonoja hankauskestoa lukuun ottamatta. 

Pigmentit ovat lähes täysin liukenemattomia kiderakenteita ja niitä käytetään dispersioina. 

Niillä saadaan aikaan tulostusjälki, jolla on hyvä opasiteetti ja hyvät kesto-ominaisuudet 

hankauskestoa lukuun ottamatta. Musteen kantofaasin koostumus riippuu käytettävän 

tulostimen ja väriaineen tyypistä. Kantofaasin koostumusta muokkaamalla voidaan 

parantaa tulostusjäljen kesto- ja muita ominaisuuksia. Kantofaasi koostuu yleensä 

ionivaihdetusta vedestä, yhdestä tai useammasta orgaanisesta apuliuottimesta, pintaaktiivisesta 

aineesta, biosidista, puskuriaineesta sekä muista tarvittavista lisäaineista. 

Kokeellisen osan perusteella liukoisten musteiden tulostusjäljen valonkestoon voitiin 

vaikuttaa ennen kaikkea musteen liuotinkoostumuksella. Valonkeston kannalta vesi oli 

paras liuotin. Tämä lienee seurausta siitä, että orgaaniset liuottimet voivat altistuessaan 

valolle katalyyttisesti haihduttaa väriainetta. Lisäksi orgaaniset liuottimet pitävät 

väriaineen liukoisessa tilassa, vaikka valonkeston kannalta olisi edullisempaa, että väriaine 

pääsisi aggregoitumaan. Glykolin etyleeniryhmien määrää vähentämällä voitiin parantaa 

valonkestoa, koska etyleeniryhmien runsas määrä häiritsi väriaineen aggregoitumista. 

Musteiden pintajännitys ja viskositeetti eivät vaikuttaneet valonkestoon ilmeisesti siksi,

100 

että ne eivät merkittävästi parantaneet musteen penetraatiota paperin sisään turvaan valon 

vaikutuksilta. Käytetyn paperin hydrofobisuudella tai hydrofiilisyydellä näytti olevan 

vaikutusta valonkestoon, koska todennäköisesti musteen penetraatio on helpompaa 

hydrofiiliseen paperiin. Käytetyillä pinta-aktiivisilla aineilla ei havaittu olevan vaikutusta 

valonkestoon. 

Tulostusjäljen vedenkesto näytti riippuvan väriaineesta, musteen liuotinkoostumuksesta ja 

paperin päällystekoostumuksesta. Veteen verrattuna orgaaninen liuotin ilmeisesti parantaa 

musteen penetraatiota pienemmän pintajännityksensä ja suuremman viskositeettinsa 

ansiosta. Syvemmälle penetroitunut väriaine on paremmin turvassa veden liuottavalta 

vaikutukselta. Liuottimena käytetyn glykolin etyleeniryhmien määrää kasvattamalla voitiin 

parantaa vedenkestoa, koska samalla liuottimesta tuli hydrofobisempaa ja polaarisempaa. 

Tällöin myös liuottimen joukossa oleva väriaine liukeni huonommin. Vedenkestoon 

vaikutti myös paperin ja väriaineen väliset sidokset. Kationisen paperin kanssa anioninen 

väriaine voi muodostaa ionisidoksia, jotka ovat voimakkaampia kuin anionisen paperin 

kanssa muodostuvat vetysidokset. Ionisidokset ovat ilmeisesti niin voimakkaita, että 

mustekoostumuksella ei enää ole merkittävää vaikutusta vedenkeston syntymisessä. 

Anionisen paperin tapauksessa vedenkestoon vaikutti enemmän se, miten hyvin muste 

penetroituu paperin sisään ja miten liukoista muste on. Tällöin musteen penetraatioon 

voitiin vaikuttaa musteen liuottimien avulla. Pinta-aktiivisilla aineilla ei havaittu olevan 

vaikutusta vedenkestoon. 

Pigmenttimusteiden kesto-ominaisuuksiin pystyttiin vaikuttamaan lähinnä pigmenttien 

partikkelikoolla. Vedenkeston kannalta oli merkittävää, että ovatko partikkelit tarpeeksi 

pieniä mahtuakseen paperin huokosiin. Veden on vaikeampi irrottaa huokosten sisällä 

olevia partikkeleita kuin paperin pinnalla olevia partikkeleita. Valonkestoon vaikutti 

pigmenttidispersion valoa kestävän ulkopinnan suuruus sekä partikkelien lukumäärä. 

Pienemmän partikkelikoon dispersiossa on enemmän haalistuvia partikkeleita korvaavia 

muita partikkeleita. Lisäksi dispersion kokonaisulkopinta kasvaa partikkelikoon 

pienentyessä. Hankauskeston kannalta suuremmat partikkelit olivat edullisia, koska 

ilmeisesti niiden välillä vallitsi suuremmat vetovoimat. Tällöin partikkelia on vaikeampi 

saada irtoamaan hankaamalla, koska viereiset partikkelit pidättävät partikkelia paperissa. 

Mustekoostumuksella ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta tulostusjäljen ulkonäköön. 

Erot olivat suurempia eri papereiden välillä. Pinta-aktiivisten aineiden pitäisi kirjallisuuden 

perusteella lisätä tulostusjäljen leviämistä. Tätä ei kuitenkaan havaittu rasteripisteanalyysin 

avulla. Tulostusjäljen leviämiseen näyttikin vaikuttavan lähinnä paperin hydrofobisuus tai 

hydrofiilisyys ja pintavaraus. Myös erot tulostusjäljen optisessa densiteetissä ja 

luminanssissa olivat suuremmat eri papereiden kuin eri musteiden välillä. 

Tämän diplomityön johtopäätöksenä on, että musteen modifioinnilla tulostusjäljen kestoominaisuuksien 

parantamiseksi ei ole yhtä suurta merkitystä kuin paperin 

päällystekoostumuksen modifioinnilla. Kuitenkin myös musteen ominaisuuksia 

muuttamalla saadaan aikaan parannuksia kesto-ominaisuuksissa. Musteen komponenteista 

suurin vaikutus on käytetyllä väriaineella sekä kantofaasin liuotinkoostumuksella. Pelkkiä 

musteen ominaisuuksia tärkeämpää olisi kuitenkin parantaa musteen ja paperin välisiä 

vuorovaikutuksia penetraation sekä pysyvien kemiallisten sidosten muodostumisen kautta. 

Tämä käytännössä tarkoittaa sekä paperin että musteen koostumuksen optimoimista 

mahdollisimman hyvin toisilleen sopiviksi sekä tulostusjäljen ulkonäön että kestoominaisuuksien 

kannalta.

101 

LÄHDELUETTELO 

/1/ Anon. Chemical Abstract Service –tietokannat, SciFinder Scholar –ohjelma, 

päivitetty 22.6.2000 [viitattu 16.7.2001]. Saatavilla www-muodossa: . 

/2/ Anon. Microemulsion: A Definition. The Surfactants Virtual Library, päivitetty 

26.6.2001 [viitattu 20.8.2001]. Saatavilla www-muodosssa: . 

/3/ Bauer, W., Geisenberger, J., Menzel, H. Novel Black Colorants for Ink Jet 

Applications. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on 

Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 99-102. 

/4/ Bermel, A. D., Bugner, D. E. Particle Size Effects in Pigmented Ink Jet Inks. The 

Journal of Imaging Science and Technology 43 (1999) 4. s. 320-324. 

/5/ Bisset, D. E., Goodacre, C., Idle, H. A., Dr Leach, R. H., Williams, C. H. The 

Printing Ink Manual, kolmas painos. Northwood Publications Ltd, Iso-Britannia, 

1979. 488 s. 

/6/ Bugner, D. E., Bermel, A. D. Particle Size Effects in Pigmented Inkjet Inks. 

Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International Conference on Digital 

Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 667-669. 

/7/ Carreira, L., Agbezuge, L., Gooray, A. Correlation between Drying Time and Ink 

Jet Print Quality Parameters. Proceedings of IS&t’s Eleventh International 

Congress on Advances in Non-Impact Printing Technologies. South-Carolina, 

Yhdysvallat, 1995. s. 334-337. 

/8/ Doll, P., Shi, F., Kelly, S., Wnek, W. The Problem of Catalytic Fading with Ink- 

Jet Inks. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on 


/9/ Drake, J. A. G. Chemical Technology in Printing and Imaging Systems. The Royal 

Society of Chemistry, Iso-Britannia 1993. 188 s. 

/10/ Everett, E. T. Accelerated laboratory Testing: Developing Meaningful Test 

Methods for Evaluating Light Stability of Ink Jet Images. Proceedings of the IS&T:s 

NIP 17: 2001 International Conference on digital Printing Technologies. Florida, 

Yhdysvallat, 2001. p. 203-208. 

/11/ Fryberg, M., Hofmann, R. Influence of Dye Structure on Permanence. 


Printing Technologies. Vancouver, Kanada, 2000. p. 95-98. 

/12/ Fryberg, M., Hofmann, R., Brugger, P. A. Permanence of Ink-Jet Prints: A 

Multi-Aspect Affair. Proceedings of the IS&T’s NIP 13: 1997 International 

Conference on Digital Printing Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 

595-599.

102 

/13/ Hauser, H. P., Bühler, N. E. Fine Particle Pigment Concentrates for Ink Jet 

Printing Inks. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on 


/14/ Hofmann, R., Baumann, E., Hagen, R. Densitometry versus Colorimetry for 

Permanence Investigations. Proceedings of the IS&T:s NIP 17: 2001 International 

Conference on digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 2001. s. 209- 

212. 

/15/ Iida, K. EPSON Perfect Imaging System and New Colorfast Ink. Proceedings of the 

DPP 2001: International Conference on Digital Production Printing and Industrial 

Applications. Antwerpen, Belgia, 2001. s. 288-290. 

/16/ Jönsson, B., Lindman, B., Holmberg, K., Kronberg, B. Surfactants and Polymers 

in Aqueous Solution. John Wiley & Sons Ltd., 1999, Englanti. 438 s. 

/17/ Kekkonen, J. A literature survey: Adsorption of surfactants and polymers used in 

ink-jet inks on coated paper surfaces. Helsinki University of Technology, 

Laboratory of Forest Products Chemistry, Espoo. 3.8.1999. 33 s. 

/18/ Kekkonen, J. Verification Trials. KCL-raportti, Espoo 23.4.2001. 20 s. 

/19/ Kekkonen, J., Lamminmäki, T. Ink Jet Inks Setting into the Coating Layer, 

Summary. KCL-raportti, luonnos, Espoo 30.4.2001. 27 s. 

/20/ Keller, C. K. The Evolution of Jet Inks to Meet New Application Needs. 


Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 1999. s. 95-97. 

/21/ Klemann, B. M. The Development of Ink Jet Media for Outdoor Applications. 


Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 153-156. 

/22/ Kunnola, V., Kulmala, H. Ink jet –värit ja niiden sitoutuminen paperiin, 

Kirjallisuuskatsaus. KCL-raportti, Espoo. 9.8.1999. 40 s. 

/23/ Lavery, A. Photomedia for Ink Jet Printing. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 

2000 International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver, 

Kanada, 2000. s. 216-220. 

/24/ Lavery, A., Provost, J. Color-Media Interactions in Ink Jet Printing. Proceedings 

of the IS&T’s NIP 13 : 1997 International Conference on Digital Printing 

Technologies. Washington, Yhdysvallat, 1997. s. 437-442. 

/25/ Lavery, A., Provost, J., Sherwin, A., Watkinson, J. The Influence of Media on the 

Light Fastness of Ink Jet Prints. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 

International Conference on Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. 

s. 123-128. 

/26/ Le, H. P. Progress and Trends in Ink-jet Printing Technology. The Journal of 

Imaging Science and Technology 42(1998)1, päivitetty 31.3.2000 [viitattu 

5.6.2001]. Saatavilla www-muodossa: .

103 

/27/ Lee, C., Urlaub, J. Properties of Inks Containing Novel Lightfastness Additives. 



/28/ Lide, D. R. Handbook of Chemistry and Physics, 71 st edition, 1990-1991. CDC 

Press, Yhdysvallat, 1990. 2324 s. 

/29/ Marmur, A. Liquid Penetration into Porous Media. Proceedings of the IS&T’s 

NIP 16: 2000 International Conference on Digital Printing Technologies. 

Vancouver, Kanada, 2000. s. 236-238. 

/30/ Marmur, A. Wetting on Real Surfaces. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999 

International Conference on Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 

1999. s. 22-25. 

/31/ Matz, D. J. Lightfast Ink Jet Images. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 2000 

International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver, Kanada, 

2000. s. 100-105. 

/32/ Neimo, L. Papermaking Chemistry. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.). 

Papermaking Science and technology. Jyväskylä 1999, Fapet Oy. 329 s. 

/33/ Niemöller, A., Becker, A. Interactions of ink jet inks with ink jet coatings. 



/34/ Niskanen, K. Paper Physics. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.). Papermaking 

Science and technology. Jyväskylä 1998, Fapet Oy. 324 s. 

/35/ Oittinen, P. Graafinen materiaalitekniikka. Kurssin Aut-75.117 Graafinen 

materiaalitekniikka luentomateriaali. Teknillinen korkeakoulu, Graafisen tekniikan 

laboratorio, Espoo, syksy 1993. 

/36/ Oittinen, P. Graafinen materiaalitekniikka, Osa 3. Teknillinen korkeakoulu, 

Graafisen tekniikan laboratorio (GALA), Espoo 1996. 

/37/ Oittinen, P., Saarelma, H. Elektroninen painaminen. Otatieto Oy, Espoo 1992. 

220 s. 

/38/ Oittinen, P., Saarelma, H. Printing. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.). 

Papermaking Science and technology. Jyväskylä 1998, Fapet Oy. 295 s. 

/39/ Ortalano, M. Novel Hybrid Pigment/Dye Dispersions. Proceedings of the IS&T’s 

NIP 16: 2000 International Conference on Digital Printing Technologies. 

Vancouver, Kanada, 2000. s. 628-631. 

/40/ Reichel, D. Computer to Folex Media for Digital Printing and Imaging. 



/41/ Saarelma, H., Oittinen, P. Fundamentals of Printing Technology. Teknillinen 

korkeakoulu, Graafisen tekniikan laboratorio, Espoo 1993. 242 s.

104 

/42/ Sargeant, S. J., Chen, T., Parikh, B. Photoquality PQ and Durability Constraints 

For Inkjet Media. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International 

Conference on Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada, 1998. s. 138-141. 

/43/ Savolainen, A. Paper and Paperboard Converting. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. 

(toim.). Papermaking Science and Technology. Jyväskylä 1998, Fapet Oy. 285 s. 

/44/ Schaeffer, T. T., Healey, M., Norton, C. Detecting Appearance Changes with 

Spectrocolorimetry and Densitometry. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 2000 

International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver, Kanada, 

2000. s. 82-85. 

/45/ Schüttel, S., Hofmann, R. The Influence of Diluted Inks and Drying on the 

Lightfastness of Dye Based Ink-Jet Prints. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999 

International Conference on Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 

1999. s. 120-121. 

/46/ Seppälä, J. Polymeeriteknologian perusteet. Otatieto Oy, 1997, Espoo. 274 s. 

/47/ Sid, D. Effect of Ozone Exposure on Inkjet Prints. Proceedings of the IS&T:s NIP 

17: 2001 International Conference on digital Printing Technologies. Florida, 

Yhdysvallat, 2001. s. 171-174. 

/48/ Steiger, R., Brugger, P-A. Photochemical Studies on the Lightfastness of Ink-Jet 

Systems. Proceedings of the IS&T’s NIP 14: 1998 International Conference on 


/49/ Stenius, P. Forest Products Chemistry. In: Gullichsen, J., Paulapuro, H. (toim.). 

Papermaking Science and Technology. Fapet Oy, 2000, Jyväskylä. 350 s. 

/50/ Stockkamp, H-P. Ink Jet Media Structure in Correlation to Product Performance. 



/51/ Tanaka, M., Yasui, K., Seki, Y. Water-borne Dispersions of Micro-encapsulated 

Pigments. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999 International Conference on 

Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 1999. s. 82-84. 

/52/ Thompson, B. Printing Materials: Science and Technology. Pira International, Iso- 

Britannia, 1998. 540 s. 

/53/ Tincher, W.C., Hu, Q., Li, X., Tian, Y., Zeng, J. Coloration Systems for Ink Jet 

Printing of Textiles. Proceedings of the IS&T’s NIP14: 1998 International 

Conference on Digital Printing Technologies. Toronto, Kanada. s. 243-246. 

/54/ Vikman, K. Fastness Properties of Ink Jet Prints on Coated Papers. Proceedings 

of the IS&T:s NIP 17: 2001 International Conference on digital Printing 

Technologies. Florida, Yhdysvallat, 2001. s. 405-410. 

/55/ Vikman, K. Ink jet –tulostuksen väriratkaisut, Patenttikatsaus. Teknillinen 

korkeakoulu, Viestintätekniikan laboratorio, Espoo. 11.5.1999. 25 s.

105 

/56/ Wight, P. Issues in Ink Jet Image Stability. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 

2000 International Conference on Digital Printing Technologies. Vancouver, 

Kanada, 2000. s. 86-89. 

/57/ Wilhelm, H., Holmes, J., McCormick-Goodhart, M. The Important Roles of Inks 

and Media in the Light Fading Stability of Inkjet Prints. Proceedings of the IS&T’s 

NIP 14: 1998 International Conference on Digital Printing Technologies. Toronto, 

Kanada, 1998. s. 122. 

/58/ Wing-sum Kwan, V. Effect of Resin/Binders on Lightfastness of Colorants in 

Inkjet Inks. Proceedings of the IS&T’s NIP 15: 1999 International Conference on 

Digital Printing Technologies. Florida, Yhdysvallat, 1999. s. 92-94. 

/59/ Yu, Y., von Gottberg, F. Surface Modified Color Pigments for Ink Jet Ink 

Application. Proceedings of the IS&T’s NIP 16: 2000 International Conference on 

Digital Printing Technologies. Vancouver, Kanada, 2000. s. 512-515.

LIITE 3 Paperitekniset ominaisuudet 

Käytetyt standardit: 

Neliömassa SCAN-P 21:67 

Tiheys SCAN-P 7:96 

Kiilto TAPPI T480 om-92 (75 asteen tulokulma) 

Ilmanläpäisevyys SCAN-P 60:87 

Opasiteetti SCAN-P 8:93 

Päällystemäärä 10 g/m 2 

Sideaine PVA (10 pph) StAk (10 pph) PVA (10 pph) StAk (15 pph) 

Dispergointiaine CMC p-DADMAC 

Neliömassa (g/m 2 ) 92.7 91.9 92.0 91.6 

Tiheys (kg/m 3 ) 843 829 843 831 

Kiilto (konesuunta) 12.4 11.8 6.8 13.6 

Kiilto (poikkisuunta) 10.9 10.8 6.0 11.8 

Ilmanläpäisevyys (ml/min) 15 24 75 14 

Opasiteetti 94.5 94.7 94.7 94.3 

Kontaktikulma (astetta) 54.1 51.4 58.6 60.3 

Karheustilavuus (ml/m 2 ) 3.7 3.0 5.3 3.0 

Profilometrikarheus 

R a (µm) 2.3 2.3 3.0 2.6 

R max (µm) 2.3 13.8 17.0 14.7 

R q (µm) 3.0 2.9 3.8 3.2 

R t (µm) 22.2 17.8 22.5 19.7 

R p (µm) 6.5 6.7 8.0 6.8 

θ a (astetta) 4.6 4.1 5.0 4.0 

Elohopeaporosiometrihuokoisuus 

Huokostilavuus (m 2 /g) 34.39 34.13 32.42 35.14 

Huokoshalkaisija (nm) 88.20 84.90 92.00 82.20 

Huokoisuus-% (%) 58.64 57.44 57.25 56.71 

Päällystemäärä 7 g/m 2 

Sideaine PVA (10 pph) StAk (10 pph) PVA (10 pph) 

Dispergointiaine CMC p-DADMAC 

Neliömassa (g/m 2 ) 88.3 88.6 88.7 

Tiheys (kg/m 3 ) 825 817 823 

Kiilto (konesuunta) 9.0 10.1 5.6 

Kiilto (poikkisuunta) 8.4 8.4 5.1 

Ilmanläpäisevyys (ml/min) 65 130 100 

Opasiteetti 93.9 93.9 94.3 

Kontaktikulma (astetta) 43.6 53.1 43.2 

Karheustilavuus (ml/m 2 ) 4.4 4.6 5.7 

Profilometrikarheus 

R a (µm) 2.7 2.6 2.9 

R max (µm) 21.2 18.2 21.8 

R q (µm) 3.4 3.3 3.7 

R t (µm) 22.6 21.0 23.4 

R p (µm) 7.4 6.8 8.2 

θ a (astetta) 5.5 4.9 5.8

LIITE 4 Musteiden ominaisuudet 

Musteiden komponentit 

Perusominaisuudet 

Pintajänn. Viskosit. pH 

(mN/m) (mPa s) 

Väriaineet 

Pro-Jet Yellow 1 53.54 2.82 8.58 

Pro-Jet Fast Magenta 2 54.95 1.87 8.49 

Hostafine Yellow HR (40 nm) 40.63 >200 9.25 

Hostafine Yellow GR (86 nm) 42.11 >200 4.63 

Liuottimet 

Tislattu vesi 72.28 0.90 7.33 

2-pyrrolidoni (2-pyrro) 43.90 16.17 10.46 

Monoetyleeniglykoli (MEG) 48.29 20.03 7.85 

Dietyleeniglykoli (DEG) 45.27 34.06 4.79 

Tetraetyleeniglykoli (TEG) 45.72 55.19 6.02 

Pinta-aktiiviset aineet 

Surfynol 465 (Non-ioninen) 33.26 164.5 6.89 

poly-DADMAC (Kationinen) 74.31 177.6 5.92 

Liukoisissa musteissa väriainetta on 4 p-% ja pigmenttimusteissa pigmenttipitoisuus on 2 p-%. 

Liukoiset musteet Perusominaisuudet Haihtuvuus (StAk 15 pph) 

Pintajänn. Viskosit. pH Siirtynyt Jäänyt Jäänyt 

Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä (mN/m) (mPa s) (g/m 2 ) (g/m 2 ) (%) 

Keltainen 2-pyrro 10 % - - 58.13 2.408 7.75 7.82 1.739 22.23 

Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % 47.50 2.494 7.99 6.86 0.880 12.83 


Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % 56.82 2.306 7.61 6.28 1.668 26.57 

Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 2.0 % 51.72 3.098 7.66 - - - 







Keltainen MEG 10 % - - 57.76 2.346 7.99 8.10 1.807 22.30 

Keltainen DEG 10 % - - 52.08 2.543 7.96 6.64 1.230 18.52 

Keltainen TEG 10 % - - 58.53 2.772 7.47 6.68 1.372 20.53 

Magenta 2-pyrro 5 % - - 49.69 2.070 9.10 4.40 0.400 9.08 

Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.05 % 44.53 2.096 8.20 7.88 0.270 3.42 


Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 1.0 % 52.52 2.189 8.18 - - - 


Magenta 2-pyrro 10 % - - 49.73 2.293 8.93 6.91 1.970 28.50 





Magenta 2-pyrro 19 % - - 37.76 2.789 8.12 

Ei saatu tulostumaan 

Magenta MEG 5 % - - 61.15 2.082 7.45 7.68 1.179 15.36 

Magenta DEG 5 % - - 59.91 2.070 8.09 8.00 0.984 12.30 

Magenta TEG 5 % - - 62.69 2.160 8.54 7.56 1.150 15.20 


Yellow HR - - - - 43.97 1.830 7.75 

Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % 41.85 1.891 7.80 


Yellow HR - - Kationinen 1.0 % 43.52 3.466 8.29 


Yellow GR - - - - 45.78 1.764 5.10 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % 42.38 1.739 5.05 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % 40.47 1.745 5.02

LIITE 5 L*a*b*- ja densiteettiarvot 1/3 

Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC 

Liukoiset musteet L* a* b* D L* a* b* D L* a* b* D 

Keltainen 2-pyrro 10 % - - Ennen 82.93 16.35 77.92 1.15 83.21 13.75 69.63 1.00 83.74 14.97 75.65 1.13 

Vesi 92.97 -3.46 26.31 0.39 91.31 1.19 27.80 0.37 88.71 3.55 56.21 0.80 

Valo 80.81 11.78 60.28 1.00 79.73 8.57 41.84 0.76 84.14 11.74 55.93 0.87 


(Olivetti) Vesi 91.27 -0.90 35.38 0.49 89.16 5.79 31.52 0.42 87.40 6.79 56.38 0.81 

Valo 76.22 15.86 59.05 1.09 74.44 11.43 36.78 0.80 78.40 18.76 58.36 0.99 

Keltainen 2-pyrro 10 % Non-ioninen 0.05 % Ennen 83.64 15.00 79.06 1.14 84.24 13.44 69.13 0.96 84.02 14.02 77.41 1.15 

Vesi 92.43 -3.04 30.09 0.39 91.77 0.47 24.61 0.33 88.54 3.85 56.54 0.78 

Valo 81.47 10.81 61.14 0.99 80.31 6.31 32.84 0.62 84.71 10.83 56.64 0.84 


Vesi 92.46 -2.57 28.50 0.38 91.13 1.81 26.89 0.35 88.53 4.04 56.78 0.78 

Valo 82.85 9.96 58.95 0.92 81.37 6.28 30.62 0.60 85.52 10.11 54.68 0.80 

Keltainen 2-pyrro 10 % Kationinen 1.0 % Ennen 80.84 21.86 79.66 1.23 81.86 19.14 73.00 1.07 81.57 20.60 80.17 1.24 

Vesi 91.42 -1.14 35.66 0.53 89.85 4.24 30.64 0.44 87.85 5.73 56.11 0.81 

Valo 77.00 15.80 59.68 1.07 75.25 10.27 36.34 0.77 80.72 16.44 58.24 0.96 


(Olivetti) Vesi 93.22 -3.87 23.20 0.34 92.11 -0.43 23.40 0.33 88.82 3.10 55.10 0.77 

Valo 82.83 9.19 60.91 0.98 81.98 5.77 33.13 0.64 85.97 8.63 59.04 0.88 


Vesi 91.43 2.00 36.44 0.50 90.29 2.95 31.84 0.43 87.92 5.84 56.16 0.81 

Valo 77.55 14.79 59.92 1.06 75.84 10.07 37.45 0.78 80.64 16.07 59.19 0.99 


Vesi 92.02 -1.82 31.69 0.45 90.81 2.43 28.76 0.38 88.50 3.94 56.90 0.82 

Valo 83.14 11.01 55.75 0.90 83.69 8.55 34.38 0.59 84.66 10.57 52.70 0.82 


(Olivetti) Vesi 90.27 2.83 33.81 0.47 88.92 7.13 28.97 0.43 86.24 9.59 57.00 0.85 

Valo 80.13 18.39 54.79 0.93 82.88 14.32 33.23 0.56 79.99 19.70 54.74 0.93 


Vesi 91.94 -1.48 30.91 0.41 90.43 2.99 30.16 0.38 88.04 5.18 57.58 0.81 

Valo 84.98 10.57 55.12 0.82 84.78 7.99 30.02 0.50 85.77 9.64 53.00 0.78 


Vesi 92.03 -2.27 32.74 0.49 90.69 2.84 28.17 0.42 88.29 4.55 56.44 0.83 

Valo 83.60 10.98 59.37 0.92 83.43 7.83 32.32 0.57 85.06 10.70 55.91 0.84 


Vesi 89.01 4.93 38.19 0.57 88.01 9.03 30.44 0.46 85.79 10.89 57.03 0.86 

Valo 80.30 18.15 57.01 0.95 82.23 13.37 31.07 0.58 80.93 18.62 55.18 0.90 


Vesi 89.43 3.26 41.88 0.57 88.98 6.42 32.06 0.45 87.20 7.07 57.06 0.81 

Valo 82.93 14.53 58.22 0.92 84.16 10.09 32.47 0.53 83.59 14.42 63.81 0.93 


Vesi 91.95 -1.29 31.09 0.44 90.27 3.72 29.86 0.39 88.23 4.85 57.48 0.82 

Valo 84.01 10.21 53.77 0.86 86.52 8.81 28.89 0.47 85.39 9.72 50.06 0.76 

Keltainen MEG 10 % - - Ennen 83.52 18.37 76.55 1.10 83.81 14.23 72.82 1.05 83.60 15.57 77.49 1.15 

Vesi 93.36 -4.03 22.48 0.33 91.91 -0.24 25.24 0.34 88.93 2.85 55.05 0.77 

Valo 82.43 14.11 63.02 0.99 81.59 11.42 37.92 0.66 84.51 11.86 55.17 0.83



L* a* b* D L* a* b* D L* a* b* D 

Keltainen DEG 10 % - - Ennen 83.70 15.19 71.86 1.06 84.23 12.68 70.34 0.99 84.23 13.66 73.99 1.07 

Vesi 93.20 -3.83 24.14 0.32 91.77 -0.17 26.87 0.37 89.02 2.40 56.18 0.78 

Valo 83.79 11.69 54.43 0.83 82.51 10.09 37.66 0.65 85.42 10.22 52.39 0.80 

Keltainen TEG 10 % - - Ennen 84.06 14.09 72.42 0.98 84.41 13.93 67.40 0.97 84.30 13.66 76.55 1.11 

Vesi 93.11 -3.75 24.85 0.35 92.01 -0.39 25.46 0.33 88.98 2.83 55.96 0.77 

Valo 85.33 9.68 52.57 0.79 86.99 7.69 29.47 0.46 85.68 9.87 53.26 0.79 

Magenta 2-pyrro 5 % - - Ennen 52.44 58.83 -0.31 1.02 55.77 54.75 -8.50 0.88 51.59 62.81 -2.41 1.07 

Vesi 60.07 46.12 -16.74 0.70 59.96 43.47 -17.32 0.69 54.11 55.50 -13.64 0.90 

Valo 56.51 33.03 -0.48 0.76 66.21 23.62 -0.44 0.52 59.82 33.79 1.05 0.68 

Magenta 2-pyrro 5 % Non-ioninen 0.05 % Ennen 51.21 60.87 -0.75 1.08 56.32 53.14 -8.62 0.85 51.86 62.10 -3.81 1.06 

Vesi 57.55 49.88 -16.98 0.78 60.16 42.75 -16.42 0.68 54.81 55.43 -13.83 0.88 

Valo 55.73 34.75 0.45 0.77 66.94 22.84 -0.35 0.50 61.84 31.31 1.45 0.64 


Vesi 60.38 46.85 -17.54 0.67 61.13 42.12 -16.88 0.66 56.77 54.39 -13.88 0.84 

Valo 58.99 32.23 0.36 0.70 68.63 21.16 -0.73 0.46 65.88 28.53 1.33 0.57 

Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 1.0 % Ennen 58.79 50.27 -5.43 0.82 58.70 51.28 -11.07 0.84 57.87 54.39 -6.23 0.85 

Vesi 68.01 36.94 -16.73 0.54 65.10 37.80 -17.63 0.58 58.89 52.53 -13.85 0.82 

Valo 66.11 27.30 -0.98 0.56 71.81 21.17 -0.24 0.45 72.24 22.97 0.84 0.45 


Vesi 73.25 32.47 -16.77 0.45 69.71 33.20 -16.77 0.49 62.58 50.89 -13.82 0.75 

Valo 71.40 24.66 -0.63 0.47 75.47 18.21 -0.72 0.38 74.76 21.63 0.54 0.40 

Magenta 2-pyrro 10 % - - Ennen 52.09 59.40 -1.50 1.10 56.03 53.68 -9.55 0.90 51.48 62.29 -3.42 1.08 

Vesi 58.21 49.87 -16.91 0.84 58.34 46.71 -16.34 0.74 54.67 56.08 -13.17 0.93 

Valo 52.19 35.99 -3.21 0.85 64.58 24.98 -1.68 0.57 59.03 33.19 -1.68 0.70 


Vesi 57.61 49.99 -17.46 0.79 60.59 42.14 -16.90 0.65 55.44 54.85 -13.79 0.88 

Valo 54.90 36.92 -0.45 0.83 67.46 23.72 -1.10 0.52 63.86 30.89 1.50 0.62 


Vesi 59.15 48.67 -17.87 0.76 60.09 43.03 -17.04 0.68 55.90 54.83 -13.82 0.88 

Valo 56.61 34.59 0.13 0.79 67.71 22.23 -0.65 0.53 63.84 29.68 1.74 0.60 


Vesi 68.20 35.89 -16.74 0.54 64.91 37.05 -18.26 0.57 61.41 50.28 -13.76 0.78 

Valo 66.41 27.15 -1.14 0.56 72.35 20.73 -0.79 0.43 72.24 23.36 0.69 0.45 


Vesi 67.49 37.18 -17.49 0.55 67.44 35.00 -18.07 0.54 60.79 51.07 -14.25 0.78 

Valo 67.41 26.90 -0.37 0.54 74.40 18.79 -1.05 0.40 73.30 22.96 0.51 0.42 

Magenta MEG 5 % - - Ennen 60.29 80.58 15.37 1.05 57.53 60.18 -5.27 0.88 51.70 63.50 -2.03 1.08 

Vesi 59.17 48.52 -16.91 0.73 61.76 41.18 -16.49 0.68 55.03 54.82 -13.71 0.90 

Valo 56.50 32.69 0.87 0.76 67.98 21.33 0.12 0.50 60.18 32.69 1.25 0.69 

Magenta DEG 5 % - - Ennen 50.82 61.71 2.33 1.09 55.28 55.64 -7.55 0.89 51.25 63.49 -1.67 1.09 

Vesi 62.07 46.72 -16.82 0.68 64.04 40.25 -15.41 0.61 56.66 55.29 -13.29 0.86 

Valo 53.96 34.24 -0.25 0.83 65.01 23.12 -1.21 0.55 60.80 30.31 0.85 0.67 

Magenta TEG 5 % - - Ennen 52.58 59.78 1.43 1.03 55.31 56.12 -7.00 0.88 52.78 62.85 -2.37 1.05 

Vesi 64.13 44.31 -17.08 0.63 63.59 41.22 -15.87 0.61 57.96 54.69 -13.26 0.83 

Valo 56.13 33.38 -0.44 0.78 64.67 23.94 -1.36 0.56 63.73 29.14 0.86 0.61



Pigmenttimusteet L* a* b* D L* a* b* D L* a* b* D 

Yellow HR - - - - Ennen 89.19 1.75 68.22 0.90 89.63 0.80 65.54 0.83 89.57 1.18 69.59 0.86 

Vesi 89.26 1.60 66.73 0.86 89.60 0.80 65.07 0.84 89.65 0.87 68.48 0.86 

Valo 89.92 1.58 67.02 0.86 90.39 0.63 63.44 0.83 90.23 1.03 67.93 0.86 

Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % Ennen 88.51 3.56 71.89 0.97 88.53 3.42 73.10 1.00 88.54 4.23 75.01 0.97 

Vesi 88.61 3.44 71.32 0.94 88.35 3.81 74.94 1.04 88.55 4.08 76.59 1.01 

Valo 88.99 3.59 70.43 0.94 88.96 3.74 71.63 0.96 88.97 4.26 73.77 0.94 

Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % Ennen 88.52 3.55 70.41 0.95 88.54 3.47 71.90 0.99 88.58 4.11 74.28 0.97 

Vesi 88.64 3.55 69.31 0.92 88.37 3.85 73.56 1.01 88.58 3.87 75.29 0.99 

Valo 89.10 3.55 68.49 0.90 89.02 3.69 71.84 0.97 88.99 4.01 72.22 0.93 

Yellow HR - - Kationinen 1.0 % Ennen 88.23 4.63 73.38 0.96 88.20 4.49 73.90 1.00 88.32 4.96 74.53 0.95 

Vesi 88.29 4.31 72.70 0.96 88.30 4.40 71.21 0.98 88.66 4.16 73.37 0.96 

Valo 88.37 5.11 72.10 0.95 88.55 4.67 73.00 1.00 88.60 5.06 73.33 0.95 

Yellow HR - - Kationinen 2.0 % Ennen 88.36 4.31 70.57 0.89 88.68 3.45 69.32 0.92 88.77 3.81 71.58 0.90 

Vesi 88.62 3.72 68.18 0.87 88.66 3.40 69.53 0.94 89.17 2.88 69.23 0.90 

Valo 88.94 3.73 69.97 0.87 89.09 3.49 70.08 0.93 88.87 4.35 68.63 0.89 

Yellow GR - - - - Ennen 93.21 -4.06 25.23 0.37 93.43 -4.05 25.89 0.33 93.20 -4.50 30.28 0.37 

Vesi 93.19 -4.12 25.10 0.33 93.71 -2.99 16.06 0.27 93.67 -3.58 20.64 0.31 

Valo 94.67 -2.80 13.66 0.22 94.94 -1.98 8.91 0.17 94.73 -2.86 14.92 0.20 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % Ennen 92.08 -6.29 52.47 0.65 92.13 -6.73 55.57 0.69 92.85 -6.01 41.67 0.51 

Vesi 92.20 -6.35 51.46 0.60 92.03 -6.49 54.99 0.65 92.93 -5.86 40.61 0.46 

Valo 93.58 -5.19 34.49 0.45 93.69 -5.42 34.65 0.45 94.14 -4.98 29.38 0.34 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % Ennen 92.46 -5.93 43.23 0.53 92.26 -5.66 47.15 0.59 91.97 -5.72 57.03 0.73 

Vesi 92.76 -5.79 39.60 0.46 92.09 -5.39 48.67 0.59 91.92 -6.01 60.71 0.71 

Valo 93.07 -5.27 44.80 0.53 94.36 -3.89 20.38 0.28 93.99 -4.54 27.60 0.36

LIITE 6 Musteiden kesto-ominaisuudet 1/2 

Väriaineet: Liuottimet: Tulostin (väriaineen nimessä käytetty väri): 

Keltainen = Pro-Jet Yellow 1 2-pyrro = 2-pyrrolidoni Epson 

Magenta = Pro-Jet Fast Magenta 2 MEG = Monoetyleeniglykoli Olivetti 

Yellow HR = Hostafine Yellow HR (40 nm) DEG = Dietyleeniglykoli 

Yellow GR = Hostafine Yellow GR (86 nm) TEG = Tetraetyleeniglykoli 

Pinta-aktiiviset (Pa-) aineet 

Non-ioninen = Surfynol 465 

Kationinen = poly-DADMAC 

Valon- ja vedenkesto ∆E (väriero) 

Liukoiset musteet PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC 

Valo Vesi Valo Vesi Valo Vesi 

Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä ∆E ∆E ∆E ∆E ∆E ∆E 















Keltainen MEG 10 % - - 14.23 59.35 35.08 50.39 22.65 26.34 

Keltainen DEG 10 % - - 17.78 52.25 32.83 45.96 21.91 21.61 

Keltainen TEG 10 % - - 20.38 51.61 38.52 44.96 23.63 23.73 

Magenta 2-pyrro 5 % - - 26.12 22.12 33.80 14.92 30.36 13.63 



Magenta 2-pyrro 5 % Kationinen 1.0 % 24.52 19.76 34.59 16.30 35.26 7.90 


Magenta 2-pyrro 10 % - - 23.47 19.12 30.96 10.00 30.11 11.99 





Magenta MEG 5 % - - 50.18 45.51 40.58 22.46 32.12 14.92 

Magenta DEG 5 % - - 27.76 26.79 34.53 19.37 34.62 15.22 

Magenta TEG 5 % - - 26.70 26.74 33.99 19.21 35.59 14.57 


Yellow HR - - - - 1.42 1.50 2.23 0.47 1.80 1.16 

Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % 1.54 0.60 1.56 1.89 1.31 1.58 

Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % 2.00 1.10 0.53 1.71 2.10 1.04 

Yellow HR - - Kationinen 1.0 % 1.38 0.75 0.99 2.69 1.23 1.45 

Yellow HR - - Kationinen 2.0 % 1.02 2.48 0.87 0.22 3.00 2.56 

Yellow GR - - - - 11.73 0.14 17.17 9.89 15.52 9.70 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % 18.07 1.02 21.02 0.64 12.40 1.07 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % 1.81 3.65 26.92 1.55 29.53 3.69

LIITE 6 Musteiden kesto-ominaisuudet 2/2 

Valon- ja vedenkesto ∆D (densiteettiero) 

Liukoiset musteet PVA + CMC StAk PVA + poly-DADMAC 

Valo Vesi Valo Vesi Valo Vesi 

Väriaine Liuotin Määrä Pa-aine Määrä ∆D ∆D ∆D ∆E ∆D ∆D 












Keltainen MEG 10 % - - 0.11 0.77 0.39 0.71 0.32 0.38 

Keltainen DEG 10 % - - 0.23 0.74 0.34 0.62 0.28 0.30 

Keltainen TEG 10 % - - 0.19 0.63 0.50 0.63 0.32 0.35 

Magenta 2-pyrro 5 % - - 0.26 0.32 0.36 0.19 0.38 0.16 





Magenta 2-pyrro 10 % - - 0.25 0.26 0.33 0.16 0.38 0.15 





Magenta MEG 5 % - - 0.29 0.32 0.38 0.20 0.39 0.19 

Magenta DEG 5 % - - 0.26 0.42 0.34 0.28 0.42 0.23 

Magenta TEG 5 % - - 0.25 0.40 0.33 0.27 0.44 0.22 


Yellow HR - - - - 0.04 0.05 0.01 0.00 0.00 0.01 

Yellow HR - - Non-ioninen 0.05 % 0.03 0.03 0.05 -0.04 0.03 -0.04 

Yellow HR - - Non-ioninen 0.10 % 0.05 0.03 0.02 -0.02 0.04 -0.03 

Yellow HR - - Kationinen 1.0 % 0.01 -0.01 -0.01 0.01 0.01 0.00 

Yellow HR - - Kationinen 2.0 % 0.02 0.02 0.00 -0.02 0.02 0.01 

Yellow GR - - - - 0.15 0.04 0.15 0.06 0.17 0.06 



Hankauskesto D (optinen densiteetti) 

Pigmenttimusteet PVA+CMC StAk PVA+p-D 

Yellow HR - - - - 0.62 0.58 0.67 





Yellow GR - - - - 0.43 0.17 0.17 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.05 % 0.75 0.37 0.43 

Yellow GR - - Non-ioninen 0.10 % 0.67 0.37 0.55

LIITE 7 Rasteripisteanalyysin tulokset 


Epäpyöreys = ellipsin max. akseli / ellipsin min. akseli (rasteripisteen ympärille on piirretty ellipsi) 

Rosoisuus (raggedness) = (perimetri) 2 / pinta-ala * 4 * π (perimetri on rasteripisteen ympärysmitta) 

25% harmaakenttä 50% harmaakenttä 

Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi- Pinta-ala Harmaa- Epä- Rosoi- 

Liuotin Määrä Surfynol (mm 2 ) taso pyöreys suus (mm 2 ) taso pyöreys suus 

2-pyrro 5 % - 581.57 102.11 1.34 2.33 624.44 103.93 1.52 2.17 

2-pyrro 5 % 0.05 % 818.84 102.79 1.30 2.57 949.74 101.13 1.51 12.21 

2-pyrro 5 % 0.10 % 862.82 105.89 1.25 3.25 360.36 101.13 1.35 1.63 

2-pyrro 10 % - 545.85 98.25 1.48 3.40 815.95 97.26 1.46 1.66 

2-pyrro 10 % 0.05 % 613.49 94.24 1.34 3.16 458.84 100.42 1.68 4.71 

2-pyrro 10 % 0.10 % 545.43 87.36 1.41 3.32 638.89 98.86 1.65 4.29 

Etyleeni 5 % 550.33 104.78 1.34 1.87 561.18 102.73 1.44 2.34 

Dietyleeni 5 % 539.74 108.94 1.23 1.65 606.98 108.12 1.41 1.76 

Tetra 5 % 541.79 116.68 1.29 1.95 297.09 116.22 1.30 1.56 




2-pyrro 5 % - 1037.53 87.68 1.23 4.91 1571.34 84.95 1.33 1.74 

2-pyrro 5 % 0.05 % 1241.08 97.49 1.45 2.74 542.24 97.03 1.68 4.39 

2-pyrro 5 % 0.10 % 1133.06 80.15 1.37 3.69 

Ei pystytty määrittämään 

2-pyrro 10 % - 1012.60 89.65 1.50 4.23 


2-pyrro 10 % 0.05 % 642.49 86.51 1.68 4.82 697.93 88.09 2.10 14.37 

2-pyrro 10 % 0.10 % 786.69 77.62 1.73 9.28 


Etyleeni 5 % 1124.85 79.81 1.66 7.38 682.24 89.57 1.30 12.73 

Dietyleeni 5 % 1002.34 91.79 1.99 6.88 1347.82 92.04 1.47 2.01 

Tetra 5 % 956.02 100.72 1.41 2.43 983.17 95.26 1.87 7.70 

PVA + poly-DADMAC, 7 g/m 2 




2-pyrro 5 % - 707.42 103.39 2.60 4.38 835.99 110.05 1.64 3.32 

2-pyrro 5 % 0.05 % 902.80 97.55 1.26 2.74 690.91 102.77 1.38 3.30 

2-pyrro 5 % 0.10 % 693.45 91.38 2.61 7.25 692.46 97.11 1.69 2.97 

2-pyrro 10 % - 639.32 92.81 1.47 3.16 571.60 93.75 1.55 3.28 

2-pyrro 10 % 0.05 % 637.14 92.79 1.45 3.16 324.57 87.28 1.59 4.10 

2-pyrro 10 % 0.10 % 532.00 88.36 1.47 4.49 851.45 83.91 1.47 3.17 

Etyleeni 5 % 657.47 96.60 1.41 3.48 511.08 96.47 1.46 4.51 

Dietyleeni 5 % 973.29 90.51 1.25 3.34 657.46 104.33 1.34 1.86 

Tetra 5 % 759.10 108.57 1.30 2.48 713.95 111.15 1.56 1.65

Mustekoostumuksen vaikutus inkjet-tulostusjälkeen

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?