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Freitag, 02.12.2016
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Drucken mit Wasser statt Toner

Spezialpapier macht Toner überflüssig und das Papier wiederbeschreibbar

Drucken nur mit Wasser statt Tinte – das klingt seltsam, könnte aber der neue Trend werden. Denn Forscher haben jetzt ein wiederbeschreibbares Spezialpapier entwickelt, bei dem der Farbstoff im Papier sitzt und einfach durch Wasserkontakt farbig wird. Der Clou dabei: Benötigt man das Gedruckte nicht mehr, lässt es sich ganz leicht wieder löschen – einfach kurz auf die Heizung oder in den Backofen legen reicht, so die Forscher im Fachmagazin "Nature Communications".
Ein ganz normaler Drucker, Wasser als Toner - und spezielles Papier.

Ein ganz normaler Drucker, Wasser als Toner - und spezielles Papier.

Obwohl wir im digitalen Zeitalter leben, ist das papierlose Büro noch weit entfernt. "Internationale Erhebungen zeigen, dass 90 Prozent aller Information im Geschäftsbereich zurzeit auf Papier fixiert sind", berichten Lan Sheng von der Jilin Universität im chinesischen Changchun und seine Kollegen. Die meisten Ausdrucke dienen allerdings nicht dem Archivieren, sondern werden nur einmal gelesen und dann weggeworfen. Das aber verbraucht enorme Mengen Papier, Energie und Tonerchemikalien – und ist zu allem Überfluss nicht gerade billig.

Farbstoff mit Umschalter


Schon seit längerem tüfteln Forscher daher an Methoden, die Papier wiederverwendbar machen sollen, bisher allerdings mit nur mäßigem Erfolg. Denn die meisten Tinten und Toner lassen sich nur mit großem Aufwand wieder vom Papier entfernen. Sheng und seine Kollegen gingen daher einen anderen Weg: Sie suchten nach Farbstoffen, die im trockenen Zustand farblos sind, aber bei Kontakt mit Wasser farbig werden. Denn dann könnte man diese Moleküle einfach in das Papier integrieren und dieses dann mit Wasser bedrucken.

"Wenn Wasser als Trigger für diese molekularen Schalter genutzt werden könnte, wäre das auch aus Umweltsicht ideal", so die Forscher. Allerdings ist das nicht ganz so einfach. Denn der Farbstoff muss zum einen durch Wasser seine chemische Struktur ändern – und das schnell genug, damit das Gedruckte auch sofort lesbar ist. Zum anderen aber muss diese gefärbte Variante kontrastreich genug sein und auch lange genug auf dem Papier erhalten bleiben. Denn ein Text, der während des Lesens schon verblasst, nutzt wenig.


Eher blau als tiefschwarz, aber trotzdem gut lesbar: Wasserdruck auf Spezialpapier

Eher blau als tiefschwarz, aber trotzdem gut lesbar: Wasserdruck auf Spezialpapier

Papier aus vier Schichten


Die Forscher testeten für diesen Zweck drei Klassen von Farbstoffen auf ihre Eignung als hydrochrome – durch Wasser veränderliche – Farben. Eine Gruppe, die sogenannten Oxazoline, erwiesen sich dabei tatsächlich als günstig: "Sie haben eine gute Farbintensität und sind unter Umweltbedingungen relativ stabil", erklären die Forscher. Für den ersten echten Praxistest entwickelten sie ein vierschichtiges Spezialpapier mit diesem Farbstoff.

Die unterste Schicht bildet dabei das Papier, darüber liegt eine Schicht aus Polyethylenglykol, das unerwünschte Reaktionen zwischen Papier und Farbstoff unterbindet. Dann folgt ein Dünnfilm mit dem Farbstoff und darüber noch einmal eine Polyethylenglykol-Schutzschicht. Letztere soll verhindern, dass schon die Feuchtigkeit unserer Finger oder der Raumluft das Papier färbt. Giftig ist das Ganze nach Angaben der Forscher nicht, denn die Farbstoffe sind wasserunlöslich und die Schutzschicht verhindert, dass sie sich aus dem Papier lösen.

22 Stunden lesbar


Für ihren Praxistest füllten Sheng und seine Kollegen die Patrone eines normalen Tintenstrahldruckers mit reinem Wasser. Dann druckten sie auf eines ihrer Spezialblätter eine ganz normale Textseite mit Schrift in 10,5 Punkt Größe. Das Ergebnis konnte sich sehen lassen: Die Schrift erscheint zwar leicht bläulich statt schwarz, ist aber auf dem weißen Papier deutlich lesbar.

Die Farbe wird innerhalb von einer Sekunde blau, so dass der Text im Prinzip schon sichtbar ist, sobald das Blatt aus dem Drucker kommt. Die Drucke halten rund 22 Stunden lang unter normalen Bedingungen, wie die Forscher berichten. Das ist lange genug für eine kurzfristige Verwendung wie beispielsweise die Tagesordnung für ein Meeting oder ein Skript für eine Präsentation.

30 Sekunden bei 70 Grad und die Schrift verschwindet wieder.

30 Sekunden bei 70 Grad und die Schrift verschwindet wieder.

Zum Löschen auf die Heizplatte


Und wird der Ausdruck nicht mehr benötigt, dann kann er ganz einfach wieder gelöscht werden: Legt man ihn in einen Ofen bei rund 70°C, dann verschwindet die blaue Farbe innerhalb von nur 30 Sekunden, wie die Forscher berichten. In ihren Versuchen war dies Dutzende Mal möglich, ohne dass das Spezialpapier litt. Damit sei dies eine gute Möglichkeit, um den Papierabfall durch Wiederverwendung des Papiers deutlich zu reduzieren.

Und billiger ist es obendrein: "Wenn man davon ausgeht, dass ein solches Papier rund zehn Mal wiederverwendet wird, dann liegen die Kosten pro Ausdruck bei nur einem Siebzehntel eines Tintenstrahler-Ausdrucks", so Sheng und seine Kollegen. Zudem spart man sich den teuren Austausch der Druckerpatrone, wenn diese leer ist – einfach Wasser nachfüllen und fertig.

"Die Tage der wiederbeschreibbaren Papiere kommen", konstatieren die Forscher. Dieser erste Prototyp demonstriere bereits, dass es umweltfreundliche und wirtschaftliche Möglichkeiten gibt, ein solches Papier herzustellen und es allein mit Wasser als Tinte zu bedrucken. Sheng und seine Kollegen wollen nun daran arbeiten, ihr wiederbeschreibbares Papier noch länger haltbar und noch kontrastreicher und schärfer zu machen. Denn sie sehen darin die Drucktechnik der Zukunft. (Nature Communications, 2014; doi: 10.1038/ncomms4044)
(Nature Communications, 29.01.2014 - NPO)
 
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