Absorption, séchage et fixation

Les surfaces des produits graphiques et d’emballage sont imprimées et vernies pour répondre à une série d’exigences promotionnelles et fonctionnelles. Il est impératif de sécher complètement les surfaces imprimées et vernies pour qu’elles résistent au marquage, à l’usure, au frottement et aux rayures dans des conditions normales d’utilisation.

L’aptitude au collage du carton est également une propriété importante, afin de produire des formes permanentes. Le collage sert aussi à monter et fermer les boîtes et à remplir diverses fonctions dans le domaine des produits graphiques.

Une interaction prévisible et fiable entre la surface, les encres et les adhésifs est intégrée au carton par une soigneuse sélection des pigments de couchage, ainsi que par le système d’encollage de la surface et la cohésion interne des fibres.

Impression

Les encres et les vernis doivent présenter une certaine fluidité pour faciliter leur transfert d’un bac ou réservoir vers la surface à imprimer ou vernir, en passant par une plaque, un cylindre ou un rouleau. On appelle véhicule le composant de l’encre ou du vernis qui confère cette fluidité. Les huiles siccatives à l’huile de lin, les solvants organiques et l’eau sont des véhicules types. Le choix de l’un ou de l’autre dépend du type d’encre ou de vernis, de la technique d’impression ou du système d’application. Si la surface est recouverte de plastique ou pelliculée, la tension de surface risque d’être trop faible pour l’impression. On peut alors traiter la surface pour obtenir de meilleures propriétés d’imprimabilité – par exemple à la flamme au gaz ou par traitement corona.

Les surfaces d’impression sont, soit imperméables comme les surfaces en plastique, métal ou verre, soit absorbantes comme les surfaces en carton couché. Pour que l’encre et le vernis sèchent convenablement, il faut éliminer le véhicule, soit par évaporation, soit en le solidi- fiant chimiquement. En matière d’impression et de vernissage, il y a donc une relation étroite entre pouvoir absor-bant du carton et procédé de séchage.

Lors de l’impression, le séchage doit avoir atteint un degré initial suffisant pour que l’impression sèche en profondeur sans maculage ni marquage. Le cas échéant, il doit répondre à des exigences spécifiques en matière d’odeur et de goût. Au cours des stades ultérieurs de transformation, les surfaces imprimées et vernies doivent être sèches afin de garantir une bonne durabilité et éviter leur endommagement pendant la manutention et la finition.

L’utilisateur final réclame des surfaces imprimées et vernies parfaitement sèches afin de prévenir toute détérioration pendant la manutention et la distribution. L’utilisateur exige également que le client ne se tache pas d’encre ou de vernis en manipulant le produit. Un séchage convenable de l’encre et du vernis est essentiel pour éviter les altérations de goût et d’arôme des produits délicats comme le chocolat, les confiseries et le tabac.

Propriétés mesurables

Tension de surface
La tension de surface d’un liquide donné qui, déposé en film mince sur une surface, ne se divise pas pendant deux secondes au moins, constitue une mesure de la mouillabilité de la surface en question.

La tension de surface d’une surface plastifiée est normalement trop faible pour l’impression ou le collage. On soumet donc cette surface à une décharge électrique corona qui crée une légère oxydation de celle-ci et en modifie la polarité. Les mesures de la tension de surface confirment ce résultat.

Méthode d’essai et matériel
On utilise des jeux de solutions témoins dont la tension de surface est connue. On applique une des solutions sur la surface plastique traitée corona. Si le film liquide créé par la solution reste inchangé pendant plus de deux secondes, on applique une solution dont la tension de surface est plus élevée. Si le temps est moins de 2 secondes, on teste une solution à tension de surface plus faible. En procédant de façon systématique, on arrive ainsi à déterminer la valeur correcte de la tension de surface, qui s’exprime en dynes/cm.

Le choix du carton

Si le carton est imprimé ou vernis sur des presses à haute vitesse, le pouvoir absorbant et l’aptitude au séchage deviennent des critères déterminants. Un pouvoir absor-bant insuffisant et une aptitude inadéquate au séchage peuvent être à l’origine de salissures ou de maculage. Le pouvoir absorbant du carton doit être uniforme sur toute la surface pour éviter les problèmes d’impression (variations de couleur ou moutonnement).

Les fibres, les traitements du carton et la composition de la couche sont des éléments qui exercent une forte influence sur le pouvoir absorbant du carton. La composition des encres et vernis a, elle aussi, un impact de ce point de vue.

Le carton intérieur bois ( pâte mécanique prise en sandwich entre deux jets de pâte chimique blanchie) et le carton homogène blanchi (pure pâte chimique blanchie) sont des choix judicieux pour le critère du pouvoir absorbant et du séchage, principalement parce que leurs compositions sont connues.

Propriétés d’absorption et de séchage

Il existe différentes techniques de séchage. Le choix dépend du type d’encre et de vernis et de la méthode de mise en œuvre. Le véhicule doit être éliminé ou solidifié.

Séchage par évaporation

Lorsque le véhicule contient des solvants organiques comme les alcools aliphatiques, esters, cétones, toluènes ou de l’eau, on peut l’éliminer en le chauffant. En héliogravure et flexographie, un séchage à air chaud est effectué immédiatement après chaque groupe imprimant de sorte que l’évaporation soit pratiquement instantanée, sans absorption. Dans le cas de solvants organiques séchés sur des presses hélio, il faut assurer une élimination efficace du solvant. Outre le séchage, il faut, pour des applications délicates au point de vue odeur et goût, contrôler le niveau de solvant résiduel.

C’est le cas par exemple des emballages de tabac.

Ces dernières années, les encres et vernis à base aqueuse sur des presses offset feuille se sont largement répandus. L’élimination de l’eau se fait à l’air chaud et par séchage infrarouge.

Une fois le véhicule éliminé par évaporation, les résines et, dans le cas des encres, les pigments, se combinent et se lient à la surface du carton.

Séchage par transformation chimique

Les surfaces de carton couché ou non couché absorbent les encres et les vernis. Le pouvoir absorbant est particulièrement important pour les encres à base d’huile utilisées en offset feuille et en typographie.

Dans ces procédés, l’absorption est la première étape du séchage. Lorsque l’encre à viscosité élevée passe sur la surface du carton, il se produit une filtration et une pénétration rapide des constituants les moins visqueux. L’encre « prend ». Cette prise immobilise l’encre ou le vernis sur la surface et évite le maculage. Une prise rapide est essentielle pour l’impression rapide d’un travail de qualité.

Les paramètres sur lesquels le fabricant de carton peut intervenir sont les suivants:
• la formation et le traitement du jet fibreux avant couchage.
• la dimension et la forme des grains du pigment minéral (kaolin, carbonate de calcium).
• le type et la quantité du liant.

Ces éléments produisent une filtration par attraction capillaire des constituants de faible viscosité des encres à base d’huile. Si la prise est trop rapide, l’encre ou le vernis risquent de pénétrer de façon excessive et conduire à une impression médiocre (montée en épaisseur de l’encre) et un séchage médiocre. La température abaisse la viscosité de l’encre et du vernis et augmente donc la pénétration.

Le séchage se poursuit dans la pile par une polymérisation des huiles siccatives, qui garantit une impression durable, résistant à l’abrasion. L’huile de lin sèche d’elle-même mais très lentement. Les encres à l’huile sont actuellement à base d’huiles synthétiques additionnées de produits siccatifs qui accélèrent le processus.

Une autre gamme d’encres et de vernis, sans véhicule spécifique, a été mise au point pour l’offset, la typographie et l’héliogravure et pour le vernissage en formats. Leur viscosité peut être modifiée pour les rendre utilisables par tous les procédés cités. Elles sont séchées ou traitées pratiquement instantanément par exposition aux rayons UV sur la presse ou vernisseuse. Le séchage repose sur la copolymérisation de plusieurs résines. La réaction doit être démarrée à la lumière en utilisant un composé qui absorbe les UV et active la polymérisation des autres monomères. Il est important d’exposer la feuille imprimée ou vernie aux UV aussi rapidement que possible après application de l’encre ou du vernis. On évite ainsi de compromettre la réaction complète de tous les constituants par une absorption du substrat de l’encre ou du vernis.

Évaluation du pouvoir absorbant et du séchage

L’absorption s’évalue en appliquant de l’encre sur la surface du carton et en examinant le résultat. L’impression et le vernissage doivent s’effectuer sur un carton présentant un pouvoir absorbant uniforme.

Absorption et fixation. Cliquez pour agrandir.

Propriétés déterminantes d’absorption

Que le carton présente une surface couchée ou non, il absorbe l’encre et le vernis en surface.

La capacité d’absorption dépend de la qualité de la fibre, de la formation de la feuille, du traitement du carton et, le cas échéant, de la formule, de la qualité et de la mise en œuvre du pigment et du lissé. Ces mêmes propriétés du carton déterminent le lissé et la mouillabilité de la surface. Elles influencent le dépôt de l’encre et du vernis et la capacité d’absorption des surfaces.

La répartition uniforme de la capacité d’absorption est importante au sein d’un même lot, d’une part, et d’une commande à l’autre, d’autre part, pour assurer des impressions et des vernissages de qualité identique et éviter un moutonnement dû aux différences de capacité d’absorption.

Propriétés déterminantes de séchage

Le pH de surface est important lorsque le séchage a lieu par polymérisation, c’est-à-dire en offset et en typographie. Un pH inférieur à 5,0 empêche le séchage.

La vitesse de prise des encres à base d’huile utilisées en offset et en typographie est importante. C’est un des paramètres qui permet d’éviter le maculage du verso des feuilles par l’encre et le vernis humides dans les piles de feuilles fraîchement imprimées ou vernies.

Propriétés mesurables

pH de surface
Le pH de surface mesure la concentration d’hydrogène dans une portion de surface humide. Un pH de surface correct est important pour le processus de séchage d’encre et pour les encres contenant des pigments métalliques, le bronze par exemple, parce qu’un pH trop faible oxyde la couleur. Le pH doit normalement être compris entre 6 et 8 ; un pH inférieur à 5 est insuffisant.

Méthode d’essai et matériel
On dépose une goutte de solution de pH de surface sur la surface du carton et on y plonge une électrode de mesure de pH. Au bout de 90 secondes, on note la valeur du pH. Le test s’effectue normalement sur le recto et le verso du carton.

Propriétés déterminantes
Le caractère acide ou neutre de l’encollage interne du carton est négligeable ; c’est surtout le type de pigment utilisé pour le couchage qui joue le rôle essentiel dans la détermination du pH de surface.

Méthodes d’essai

L’absorption d’encre se mesure en appliquant un film d’encre spéciale à la surface du carton et en essuyant l’encre non absorbée au bout d’un certain temps. La quantité d’encre absorbée est mesurée comme étant la diminution de blancheur causée par l’encre. Plus cette valeur est élevée, plus l’encre a été absorbée.

L’aptitude à la fixation de l’encre d’une surface de carton est généralement mesurée en appliquant un papier vierge sur une surface fraîchement imprimée. Plus l’encre est transférée au bout d’un certain temps de fixation, plus faible est l’absorption ou l’aptitude à la fixation de la surface imprimée. Cet essai s’effectue à l’aide d’une presse de laboratoire de marque IGT ou Prufbau. Les temps de séchage vont de 10-20 secondes à 5-10 minutes.

On teste le séchage de l’encre en frottant la zone imprimée et en notant le temps nécessaire à ce qu’on ne puisse plus retirer d’encre de l’impression. Les temps de séchage vont normalement d’environ une heure à plu-sieurs heures. Les temps plus courts sont préférables.

Propriétés mesurables

Absorption d’encre
On entend par absorption d’encre la capacité de la surface du carton à absorber l’encre au cours de l’impression offset. Si l’absorption est trop lente, il y a risque de maculage.

Méthode d’essai et matériel
Cet essai s’effectue selon la norme SCAN (SCAN-P 70:09) ; il est habituellement connu sous le nom de test K&N ou test Porométrique Lorilleux, selon l’encre utilisée. On dépose à la surface du carton une pellicule de 0,1 mm d’encre spéciale. Après exactement 2 minutes, toute l'encre non absorbée est essuyée. Il reste à la place de l’encre une zone de couleur grise.

La zone testée peut aussi servir à visualiser l’uniformité de l’absorption sur la totalité de la surface. En effet, l’absorption doit être uniforme. Si la zone est moutonnée ou pointillée, ces défauts risquent de se reproduire à l’impression, surtout pour les aplats de grande surface.

Propriétés déterminantes
L’absorption d’encre varie fortement selon les composants de la couche : type et taille de pigment, ainsi que type de liant et teneur en liant. Pour obtenir une absorption d’encre sans moutonnement, le carton et la couche doivent présenter des caractéristiques d’absorption uniformes.

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