EP2414587A1 - Papier fin mat imprimable et son procédé de préparation - Google Patents

Papier fin mat imprimable et son procédé de préparation

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EP2414587A1
EP2414587A1 EP10713484A EP10713484A EP2414587A1 EP 2414587 A1 EP2414587 A1 EP 2414587A1 EP 10713484 A EP10713484 A EP 10713484A EP 10713484 A EP10713484 A EP 10713484A EP 2414587 A1 EP2414587 A1 EP 2414587A1
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EP
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layer
silica
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fine
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Jean-Marie Baumlin
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Arjo Wiggins Fine Papers Ltd
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    • D21H19/80—Paper comprising more than one coating
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Definitions

  • the present invention relates to a fine matte writing and / or printable paper, in particular by offset printing, also called graphic paper, and to drying time of the writing and / or short printing inks, as well as its method of printing. preparation.
  • This fine paper can be used in many fields such as art publishing, writing, packaging, etc.
  • printer or printing There are several types of printer or printing including desk top inkjet, continuous inkjet, black-white offset (eg for newspaper printing), offset 4 color (four-color process), digital offset, thermal offset, electrophotography (photocopier, laser printer), rotogravure, screen printing, and sublimation.
  • inks used for printing a paper depend on the type of printing.
  • Inks for inkjet printing include volatile solvents or water as a vehicle, while inks for offset printing use vegetable oils or petroleum distillates as the vehicle.
  • a coated paper comprises a conventional paper on which is deposited a layer comprising a binder and pigments. The fibers of the paper are then masked by the layer so that they are not more visible.
  • the paper serves only as a support for the layer that is designed to give the coated paper a very good print quality. The coated paper of the coated paper is therefore not visible in the final product and may be of relatively low quality.
  • a coated paper has a low value hand (generally less than 1.04 cm 3 / g, and the pulp used for its manufacture comprises cellulosic fibers of more or less good quality, a binder, and a relatively large amount of fillers (generally greater than 15% by dry weight relative to the total dry weight of the paper)
  • a coated paper is generally smooth and is usually declined according to different gloss levels, the glossiest coated papers being obtained by calendering.
  • a coated paper typically has a Bekk smoothness between 100 and 3000s, and a degree of gloss of between 11 and 80% approximately (these measurements being carried out at 75 ° according to the Tappi®T480 standard) .
  • the layer is generally deposited on the surface. paper at a rate of 18 to 35g / m 2 per side and includes inexpensive pigments such as calcium carbonates.
  • the layer is usually deposited on the paper by a smoothing coating technique such as the blade, which gives the coated paper a dish that masks the imperfections of the paper such as the appearance and roughness provided by the fibrous mat.
  • the production of a coated paper is made at low cost with machines of several meters in width ranging from sheet speeds to winding typically greater than 1000m / min.
  • the paper first receives a primer which is a first coating layer generally pigmented which is deposited in line at a rate of a few g / m 2 , receives the aforementioned pigmented layer defining the printability of the final product, and is calendered in end of line.
  • the pigments used therefore generally have a relatively small particle size (of the order of one micron) and their quantity is on the contrary relatively large in the layer.
  • a fine paper is a precious or quality paper which differs from a conventional paper or support used for the preparation of a coated paper, in particular by its hand, the composition of the paper pulp which is used for its manufacture, and its manufacturing cost which is higher.
  • a fine paper is generally "marked” or “texture” naturally because of the manufacturing process employed and / or by a treatment applied to it, such as graining.
  • a fine paper has a hand generally greater than or equal to 1.10 cm 3 / g, and the paper pulp which is used for its manufacture comprises good quality cellulosic fibers, a binder, and a low proportion of fillers and / or adjuvants, such as starch.
  • a thin paper is considered as matt when its degree of gloss is of the order of 4-8%, and as gloss when its degree of gloss is of the order of 10-20% (these measurements being carried out at 75 ° according to the Tappi®T480 standard).
  • a glossy fine paper has a degree of gloss equivalent to that of a matte coated paper, which is why a thin paper generally appears duller than a coated paper.
  • a thin paper An important characteristic of a thin paper is its printability, and in particular the drying time of the inks used for its printing.
  • another thin paper when stacked on top of one another, or that same thin paper when it is rolled up on itself.
  • Fine papers used in 4-color offset printing are mostly untreated.
  • the inks are deposited directly on the fibers which are only coated with usual adjuvants.
  • the paper has no pigments on the surface and the fibers of the paper are noticeable and stand out clearly after printing.
  • the visible texture aspect of the fine paper gives a relief to the printed surface and results in a final impression after printing of the very aesthetic fine paper, which is appreciated by the users.
  • Another significant difference between a thin paper and a coated paper is that when a coated paper has a certain surface roughness, it is due to the layer deposited on the paper, while the surface roughness of a paper end is mainly due to its own texture.
  • a thin paper is indeed in general texture or marked, its texture may be natural and / or forced, that is to say in this case obtained by a graining process or marking or a similar process.
  • the graining of a thin paper can be carried out during the manufacture of the paper (for example by means of, for example, an adequate drip cloth of the paper pulp or embossing or marking rolls) or after it.
  • a fine seed paper comprises intaglio patterns and / or relief on at least one of its faces, giving for example to the final product after printing textures such as curved lines or geometric figures.
  • a coated paper has a smooth surface which does not show the fibrous mat or a marking of the support by an element of the manufacturing process.
  • the fine paper can be laid and include shepherds made for example by means of a watermarking roll.
  • the fine papers of the current art suffer from a relatively low print quality, in particular because the drying time of the inks used is very long.
  • the fibers of the fine paper do not fix enough printing inks and therefore do not allow the inks to dry quickly.
  • the dishes are not uniform because they depend on the fibrous mat of fine paper which, by its very structure, is not uniform. It has already been proposed to treat a thin paper to improve its printing qualities while avoiding to hide the relief of the surface of the paper. A treatment layer comprising pigments and a binder is then deposited on one side of the thin paper to improve its printability.
  • the present invention aims in particular to improve the printability of a thin paper, in particular by offset printing, while preserving its texture, and by reinforcing its dullness so that this fine paper has a degree of gloss less than about 4% before printing, or less than about 7% after printing.
  • the degree of gloss of a printed fine paper is in fact generally greater than the degree of gloss of the same paper before printing.
  • the invention aims in particular to reduce the drying time of the inks (deposited for example by an offset process) which is about 3 hours for a thin paper not treated in the current technique . It is also intended to improve or control other fine paper printing characteristics, such as mottle, ink density, contrast and dusting.
  • Mottling is the name given to the lack of uniformity of an impression, and is evaluated with the eye or with the aid of a camera by observing a printing with 100% of a black solid and a blue flat.
  • Dusting is the name given to the appearance of a powder at the blanket during offset printing, this defect being linked to poor adhesion of the treatment layer to the paper. If the dusting is too important, the printer has to stop the machine to clean it before resuming printing, which is time consuming and expensive.
  • a thin matte writing and / or printable paper in particular by offset printing, this paper having a hand greater than or equal to 1, 10cm 3 / g and having on at least one of its faces a layer comprising pigments and a binder, characterized in that the pigments comprise silica whose mean particle diameter is greater than or equal to 3 ⁇ m, and whose deposited quantity per unit area of the layer is greater than 0.4 g / m 2 and less than 1, 5 g / m 2 , said paper having on said face a degree of gloss before printing less than or equal to 4% when measured at 75 ° according to the Tappi®T480 standard.
  • the fine paper thus treated has a drying time of a printing ink of less than 20 minutes, preferably less than 15 minutes.
  • the definition of thin paper and the differences between thin paper and conventional paper or coated paper have been detailed in the foregoing.
  • the fine paper according to the invention has a hand greater than or equal to 1.10 cm 3 / g, preferably greater than 1.2 cm 3 / g, and for example greater than 1.25 cm 3 / g. It has a thickness of between 0.1 and 0.5 mm for example, and preferably between 0.15 and 0.35 mm, and / or a grammage of between 100 and 300 g / m 2 , and preferably between 120 and 240 g / m 2 .
  • the hand of a thin paper is obtained by the ratio of its thickness on its grammage.
  • the fine paper according to the invention is matte or even ultra matte because it has a very low degree of gloss, less than or equal to 4% before printing, whereas the fine papers of the prior art generally have at best a degree of gloss of about 4%.
  • the degree of gloss of the fine paper according to the invention may be between 2 and 4% and preferably between 2 and 3%, which corresponds to a degree of gloss of the fine paper after printing of between 3 and 7%, and preferably between 3 and 5%.
  • the degree of gloss of the fine paper after printing is measured at 75 ° according to the standard Tappi®T480, the printing inks used being 100% black ink or four colors at 400% (yellow, red, blue and black at 100% each).
  • This low degree of gloss is obtained by depositing a treatment layer on a thin paper, the treatment layer comprising silica pigments whose particle size is greater than or equal to 3 ⁇ m and whose deposited amount is greater than 0. , 4 g / m 2 and less than 1.5 g / m 2 .
  • Silica is used for its matifying power so as to reduce the gloss of the fine paper before and after printing, the matting power of the silica particles being due to their size and / or their alveolar or porous structure diffusing light.
  • the treatment layer comprises silica pigments whose particle size is greater than or equal to 3 ⁇ m and the amount of which is greater than 6% and less than 15% (in particular less than 10%) by dry weight relative to total dry weight of the layer.
  • the size of the silica particles is here relatively large, particularly with respect to the pigments used, which are of the order of one micron.
  • the silica particles may have an average diameter greater than 6 .mu.m, and for example less than 15 or 20 .mu.m. These particles may also have a mean diameter of between 3 and 20 ⁇ m, preferably between 5 and 18 ⁇ m, more preferably between 7 and 15 ⁇ m, and for example of the order of 8-1 ⁇ m.
  • the silica used is, for example, a porous amorphous synthetic silica, such as that marketed by Grace under the trademark Syloid ED5®.
  • the amount of silica in the layer is relatively small but is however sufficient to improve the performance of the fine paper during a printing, especially offset printing.
  • the invention can significantly reduce the drying time of printing inks, this time being less than 20min, and can be less than 15min or even 10min for fine papers treated according to the invention. This is due in particular to the porosity of the silica particles, these particles being capable of absorbing the fatty compounds which serve as a vehicle in the printing inks.
  • the silica particles are relatively large, these particles help to avoid the mixing of the pigmented layers containing the inks when they are brought into contact with each other during printing.
  • the silica particles then serve as spacers, which reduces the drying time of the inks.
  • the average diameter of the silica particles is greater than or equal to the thickness of the treatment layer to enhance this property of spacers.
  • the silica pigments being relatively expensive, the presence of these pigments in small amounts in the treatment layer generates a small extra cost of fine paper manufacture.
  • the layer deposited on the fine paper may comprise other pigments chosen for example from calcium carbonates, kaolin, titanium dioxide, talc, and mixtures thereof.
  • the calcium carbonates are preferably the majority pigments in the treatment layer.
  • the amount of calcium carbonates in the layer may be between 60 and 90%, and preferably between 70 and 85%, by dry weight relative to the total dry weight of the layer.
  • the calcium carbonates used may for example be those marketed by Imerys under the trade names Carbital 75® and Carbital 95®. These calcium carbonates are mixtures of calcium carbonates, Carbital 75® comprising 75% calcium carbonates with a particle size of less than 2 ⁇ m and Carbital 95® comprising 95% calcium carbonates with particle sizes below 2 .mu.m.
  • the treatment layer is free of aluminum oxide or aluminum hydroxide.
  • the binder of the treatment layer may be chosen from polyvinyl alcohols (PVA), styrene-butadiene or styrene-acrylic copolymers (used in particular in the form of latex), and mixtures thereof.
  • the layer may comprise an amount of PVA and / or latex of between 7 and 13%, preferably between 8 and 12%, and for example of the order of 11-12% by dry weight relative to the total dry weight. of the layer.
  • the treatment layer may further comprise a rheology modifier such as a thickener, a crosslinking agent and / or a surfactant.
  • the layer may comprise a quantity of crosslinking agent of between 0.2 and 0.6%, preferably between 0.3 and 0.5%, and for example of the order of 0.4%, by dry weight relative to total dry weight of the layer. It may comprise an amount of surfactant of between 0.1 and 0.5%, preferably between 0.2 and 0.4%, and for example of the order of 0.3%, by dry weight relative to the weight. total dry of the layer. It may comprise a quantity of thickener of between 0.5 and 1%, and preferably between 0.6 and 0.8% by dry weight relative to the total dry weight of the layer. This thickener may be carboxyl methyl cellulose.
  • the weight of the treatment layer on said face may be between 3 and 18 g / m 2 , preferably between 7 and 13 g / m 2 , and is for example of the order of 10 g / m 2 .
  • the treatment layer may have a thickness of between 2 and 10 ⁇ m, and for example of the order of approximately 5 ⁇ m.
  • the amount of silica in the layer is greater than or equal to 6%, especially 7%, in particular between 6% and 15% or between 6% and 10%, or may be between 7 and 9%, preferably between 7 and 9%. , 5 and 8.5%, and is for example of the order of 8%, by dry weight relative to the total dry weight of the layer.
  • the weight of the silica on said face is between 0.4 and 1.5 g / m 2 , and is preferably between 0.5 and 1.35 g / m 2 .
  • the fine paper according to the invention is preferably formed of cellulose fibers, a binder, and fillers the amount of which is less than 22%, and preferably less than 15% by dry weight relative to the total dry weight. paper. It can also be naturally and / or forced texture by a method of the aforementioned type, and include patterns in relief and / or recessed, the treatment layer does not change or little texture on said face. These patterns generally have dimensions of at least several tens of microns.
  • the paper according to the invention may have, before its treatment, a Bendtsen roughness of between 100 and 1500 ml / min, and preferably between 200 and 1400 ml / min, and / or a Bendtsen porosity of between 400 and 700 ml / min, and of preferably between 450 and 600ml / min, and / or a Bekk smoothness of between 1 and 30s, and preferably between 2 and 25s.
  • the present invention also relates to a method for preparing a thin matte writing and / or printable paper as described above, characterized in that it comprises a step of depositing the layer defined in the present application on the minus one of the faces of the thin paper by a non-contact type coating process, such as the curtain, the gravure roll or the air knife.
  • a non-contact type coating process such as the curtain, the gravure roll or the air knife.
  • the curtain, gravure roll and air knife coating techniques do not smooth the thin paper but simply deposit the paper. layer on thin paper, this layer following the texture of fine paper.
  • the layer deposited by these techniques has a more uniform thickness and the outer surface of the layer is less flat and therefore more pronounced, which contributes to the dullness of the final product and the final rendering after printing.
  • FIG. 1 is a graph showing the evolution of the degree of gloss after printing of treated fine papers as a function of the quantity of silica deposited via the layer
  • FIG. 2 is a graph showing the evolution of the drying time of the printing inks of treated fine papers as a function of the quantity of silica deposited via the layer,
  • FIG. 3 is an image obtained by a scanning electron microscope (SEM) equipped with a surface chemical analysis system (EDX), the surface of a fine paper treated according to the invention
  • FIG. 4 is a Scanning Electron Microscopy (SEM) image of the surface of the treated fine paper of FIG. 3, on a larger scale, and represents a silica particle surrounded by calcium carbonate pigments.
  • the fine papers used are for the most part (examples 1 to 5 and 7 to 10) of the fine papers marketed by the applicant under the Conqueror Velin® and Rives tradition® brands. These two fine papers are textures, the first naturally and the second naturally and forcibly.
  • Rives tradition® fine paper has a weight of 240g / m 2 , a Bendtsen roughness of 1370ml / min, a porosity of 460ml / min and a Bekk smoothness of 2s.
  • ISO 5636-3 is a measure of the amount of air passing through a sheet of paper under given conditions, the measurement being expressed in ml / min.
  • Bekk smoothness is the measure of the time required for a given volume of air to flow between the paper and a glass surface in contact with the paper (according to ISO 5627). The rougher the paper, the more air passes through the hollows on the surface of the paper (which are related to roughness) and the shorter the air passage time. The smoother the paper, the longer it takes.
  • Conqueror Velin® fine paper has a grammage of 120g / m 2 , a Bendtsen roughness of 200ml / min, a porosity of 580ml / min and a smoothness
  • Conqueror Velin® fine paper is half as thick as Rives tradition® fine paper and has a higher porosity than Rives tradition® fine paper. In addition, Conqueror Velin® fine paper has a lower roughness and greater smoothness than Rives tradition® fine paper, which means thin paper
  • Conqueror Velin® is less textured than Rives tradition® fine paper.
  • Example 6 a fine textured paper having a basis weight of 115 g / m is used.
  • Examples 1 and 2 relate to fine papers, Rives tradition® for the first and Conqueror Velin® for the second, which are untreated, that is to say which are not covered with a treatment layer.
  • the other examples (3 to 12) relate to treated fine papers, that is to say having a treatment layer based on pigments and a binder, on at least one of their faces.
  • the treatment layer comprises as pigments only Kaolin 60% of which has a particle size of less than 2 .mu.m. This treatment layer is therefore devoid of silica.
  • the binder of the layer is acrylic styrene, and the layer further comprises a synthetic thickener.
  • the treatment layer is deposited by the technique of the air knife on the thin paper at a rate of 8 g / m 2 per face.
  • the fine papers of Examples 4 to 12 are all covered with a silica-containing treatment layer which is the one marketed by Grace under the trademark Syloid ED5®. These are particles of porous amorphous synthetic silica having a size of between 8.4 and 10.2 ⁇ m and a porosity of 1.8 ml / g.
  • the treatment layers of Examples 4 to 12 all include calcium carbonates, which are the majority pigments in the layer, a binder, a crosslinking agent, and a thickener for the examples
  • the layer of Example 6 further comprises a surfactant.
  • Calcium carbonates are mixtures of calcium carbonates of two types, the first being calcium carbonates marketed by Imerys under the trademark Carbital 75® and the second being calcium carbonates marketed by the same company under the trademark Carbital 95®. These calcium carbonates are mixed in specific proportions so as to obtain mixtures of calcium carbonates, 80% of which have a size of less than 2 ⁇ m in the case of Examples 4 to 8 and 10, and 90% have a size of less than 2 ⁇ m in the case of example 9.
  • the binder is in Examples 4 to 10 a mixture of styrene-butadiene or acrylic styrene latex and polyvinyl alcohol.
  • the crosslinking agent is an aqueous solution of ammonium zirconium carbonate.
  • the thickener used in Examples 4 to 5 and 7 to 12 is carboxyl methyl cellulose.
  • the surfactant of Example 6 is a nonionic surfactant of the Gemini® type.
  • the treatment layers are deposited on the fine papers at a rate of 8 to 12.5 g / m 2 per side, in Examples 4 to 12, the layers of Examples 4-5 and 7-10 being deposited by air knife and the layer of Example 6 being deposited in the curtain.
  • the amount of silica is less than 6% by dry weight relative to the total dry weight of the layer, that is to say with respect to the cumulative dry weight of all pigments (silica and calcium carbonates) of the layer as well as dry residues of the binder and crosslinking agent, and optionally thickener and surfactant.
  • the amount of silica is greater than 6% by dry weight relative to the total dry weight of the layer.
  • the first test consists in measuring the degree of gloss of each fine paper (treated or untreated) before printing. This degree of gloss is measured at 75 ° according to the Tappi®T480 standard, which is briefly described in the following.
  • the gloss level of a thin paper is measured using a reflectometer that records the amount of light reflected from the surface of the fine paper, the illumination and reflection angles being 75 ° to a normal on this surface.
  • the device (BYK Gardner D-4553) is previously calibrated using a black glass plate.
  • the second test consists in measuring the drying time of the printing inks on each thin paper, after printing this paper by an offset process.
  • this drying time is determined by contacting a 400% printed side (that is to say with 4 colors at 100% each: yellow, red, blue and black) of a thin paper with a non-printed side of another thin paper, using an Erichsen press.
  • the contact area between the fine papers is determined by a 25mm diameter disc of the press, which is applied to the fine papers with a force of 250N for 1s.
  • This test also called "tacky time" consists of measuring the time from which there is no ink transfer from one side to the other of the fine papers.
  • the third and final test is to measure the degree of gloss of each fine paper after printing.
  • This degree of gloss is also measured at 75 ° according to the Tappi®T480 standard. This measurement is made on one side of the thin paper that is uniformly printed at 100% with black ink.
  • the fine papers treated with a layer comprising more than 6% of silica and / or comprising an amount of silica deposited per unit area of the layer greater than 0.4, in particular greater than 0.5 g / m 2 (examples 7 to 12) have a degree of gloss of between 2, 6 and 3.6%, which is very low and is therefore particularly interesting.
  • the untreated fine papers (Examples 1 and 2) have a gloss level of 4.6 and 6.8%, respectively.
  • the fine paper treated with a layer containing no silica has a degree of gloss of 7.5%
  • the fine papers treated with a layer comprising a quantity of silica substantially less than 6% or an amount of silica. deposited per unit area of the layer less than 0.4g / m 2 (Examples 4 and 6) have an even higher degree of gloss of 4.5 and 3.9%, respectively.
  • the amount of silica in the layer is 5.2% and the amount of silica deposited per unit area of the layer is 0.47 g / m 2 and makes it possible to give the fine paper a low gloss. 2.8%.
  • the drying time of the printing inks on this paper is still too long (27min), as will be seen in what follows.
  • the gloss of the fine papers after printing is between 3.6 and 6.6% for the fine papers according to the invention of Examples 7 to 12, and between 4.6 and 15.8% for the treated and untreated fine papers. other examples (1 to 6).
  • the drying time of the inks deposited by offset printing on the untreated fine papers is very long because it is greater than 3 hours.
  • the drying times of the printing inks on the fine papers of Examples 3 to 6 are between 27 and 80 minutes and are therefore still too long.
  • the drying time of the inks on the fine papers according to the invention (Examples 7 to 12) are between 4 and 8 minutes, which is significantly less than 10 minutes and is therefore considered as a very short drying time for inks deposited by an offset process.
  • the results obtained by the technique of coating with an air knife can be transposed to the curtain coating technique because these two techniques produce similar results especially in terms of surface appearance of the deposited treatment layer.
  • curtain coating has the advantage of allowing to deposit a treatment layer at a higher speed, up to 1000m / min or even beyond.
  • this technique may require the respect of certain coating conditions such as the addition of a surfactant in the treatment layer and the achievement of a minimum flow rate at the coating head in order to maintain the stable fluid curtain.
  • FIGS. 1 and 2 provide a better understanding of the influence of the amount of silica in the thin paper treatment layer on the gloss of this fine paper and on the drying time of the offset printing inks. on this fine paper.
  • FIG. 1 is a graph showing the evolution of the degree of gloss of the treated fine papers (in the ordinate, with a scale of 0 to 20%, measured at 75 ° according to the Tappi®T480 standard) as a function of the quantity of silica deposited per unit area of the treatment layer (on the abscissa, with a scale from 0 to 1.5g / m 2 ).
  • FIG. 2 is a graph showing the evolution of the drying time of the printing inks of treated fine papers (on the ordinate, with a scale of 0 to 90 min, measured according to the above method) as a function of the quantity of silica deposited by surface unit of the treatment layer (on the abscissa, with a scale ranging from 0 to 1.5 g / m 2 ).
  • the fine papers tested to obtain these figures are Rives tradition® and Conqueror Velin® papers which are each treated on at least one side with a treatment layer including silica pigments whose particle size is greater than or equal to at 3 ⁇ m. These figures are examples in the same way as the above and are not intended to limit it.
  • the curves relate to thin Conqueror Velin® papers with low textures, ie fine papers which are naturally textured and which have not been subjected to marking, or Rives tradition® textured fine papers, that is, fine papers that have a natural, forced texture (that is, are marked by an appropriate process).
  • FIG. 1 shows that, beyond 0.3 g / m 2 of silica deposited, the gloss of the fine paper remains less than 4% before printing. This is true for fine textured papers (Rives tradition®) as for thin papers with low textures (Conqueror Velin®). This means that, beyond this threshold of 0.3 g / m 2 , the addition of silica changes the gloss of the fine paper favorably up to about 1.5 g / m 2 . It is important to note that these gloss values correspond to degrees of gloss before printing fine papers, and for example around 2.5 to 3%.
  • FIG. 1 thus shows that an amount of silica greater than 0.4 g / m 2 (and whose particle size is greater than or equal to 3 ⁇ m) in the thin paper treatment layer tested makes it possible to give this fine paper a very low degree of gloss (less than 6% in the case of a degree of gloss after printing).
  • the other printing characteristics are not modified by the addition of this amount of silica in the thin paper treatment layer.
  • the silica particles are distributed inhomogeneous in the hollows and bumps of the (irregular) surface of the textured fine paper, and that when these particles are few, the drying time of the inks is not constant over this whole surface and may be longer in certain places.
  • the deposition of silica through this layer decreases the gloss of the fine paper. Beyond a threshold of approximately 0.4 g / m 2 , the greater the quantity of silica deposited, the longer the drying time of the inks decreases to a plateau which is less than 10 min, and is reached for an amount of silica deposited greater than or equal to 0.6 g / m 2 .
  • the thin paper of Example 5 is a textured paper which must therefore be compared with the curves for the Rives tradition® paper of FIGS. 1 and 2.
  • This thin paper is covered with a treatment layer such as the quantity of silica deposited. is 0.47g / m 2 .
  • this amount of silica makes it possible to impart to the paper a degree of gloss after printing of less than 6%, ie a degree of gloss before printing of less than 3.5%. which corresponds substantially to the results of Example 5 (2.8% pre-printing paper gloss and 4.6% printing after printing).
  • the amount of silica deposited per unit area (0.47 g / m 2 ) while being in the range suitable for the invention does not, however, make it possible to decrease the drying time of the printing inks sufficiently, this time being 27min).
  • FIG. 2 clearly shows that for a paper of this quality, an amount of silica deposited per unit area of greater than or equal to 0.5 g / m 2 (and whose particle size is greater than or equal to 3 ⁇ m) is necessary for the drying time of the printing inks on this paper is less than 20min.
  • the thin textured papers (Conqueror Velin® type) tested here that are coated on at least one side of a layer having an amount of silica per unit area greater than 0.4g / m 2 and whose particles is greater than or equal to 3 ⁇ m, have a degree of gloss after printing less than 7% (which corresponds substantially to a degree of gloss before printing less than 4%), and the drying time of the printing inks on these papers is less than 20min.
  • the textured fine papers (Rives tradition® type) tested here which are covered on at least one side of a layer having an amount of silica deposited per unit area greater than 0.4g / m 2 and whose particle size is greater or equal to 3 ⁇ m, have a degree of gloss after printing less than 6% (which corresponds substantially to a degree of gloss before printing less than 3.5%).
  • the amount of silica deposited is greater than or equal to about 0.5 g / m 2 .
  • FIGS. 1 and 2 have been obtained with a particular type of silica and it is important to note that, in the case where a different type of silica is used in the treatment layer, the curves of FIG. and 2 may be slightly modified, and in particular the curve corresponding to the textured fine paper having a natural and forced texture, so that the treatment layer may for example require that an amount of silica deposited per unit area greater than 0, 4 g / m 2 for example and not 0.5 g / m 2 , as in what precedes, so that the drying time of the offset printing inks deposited on the fine paper treated with this layer, is less than 20min.
  • Figures 3 and 4 are images obtained by scanning electron microscopy (SEM) of the surface of the treated fine paper obtained in Example 7 above.
  • the microscope is equipped with a chemical surface analysis system (EDX) which can locate the silica particles on the surface of the fine paper. These particles appear in color under the microscope and have been marked here with circles for clarity. The particles are evenly distributed on the surface of the fine paper and are covered with smaller pigments of calcium carbonate, which is best seen in Figure 4.
  • EDX chemical surface analysis system
  • the dimensions (for example greater than 50 ⁇ m) of the patterns defined by the texture of the paper are generally greater than those (less than or equal to 20 ⁇ m) of the abovementioned bumps of the treatment layer, and therefore that the treatment layer does not modify the texture of the fine paper by little or no.
  • the uneven relief of the treatment layer contributes to the diffusion of light and thus the reduction of the gloss of the treated fine paper. It also helps reduce the drying time of printing inks by reducing the contact surface implemented during the measurement of this parameter.

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Abstract

Papier fin mat d'écriture et/ou imprimable, en particulier par impression offset, comportant sur au moins l'une de ses faces une couche comprenant des pigments et un liant, les pigments comprenant de la silice dont le diamètre moyen des particules est supérieur ou égal à 3μm, et dont la quantité déposée par unité de surface de la couche est supérieure à 0,4 g/m2 et inférieure à 1,5 g/m2 ou dont la quantité de silice est alternativement ou en combinaison supérieure à 6% et inférieure à 15%, notamment inférieure à 10% en poids sec par rapport au poids sec total de la couche, le papier ayant sur ladite face un degré de brillance avant impression inférieur à 3,5% mesuré à 75° selon la norme Tappi®T480.

Description

Papier fin mat imprimable et son procédé de préparation
La présente invention concerne un papier fin mat d'écriture et/ou imprimable, en particulier par impression offset, appelé aussi papier graphique, et à temps de séchage des encres d'écriture et/ou d'impression court, ainsi que son procédé de préparation. Ce papier fin peut être utilisé dans de nombreux domaines comme par exemple l'édition d'art, l'écriture, l'emballage, etc.
Dans l'industrie du papier destiné à l'impression, on peut distinguer les papiers par leur destination, chaque destination correspondant à des utilisateurs qui ont un type d'imprimante particulier et auquel correspond un marché spécifique. Un client de l'industrie papetière choisit donc parmi les différents papiers proposés celui qui est imprimable avec le type d'imprimante qu'il souhaite utiliser et qui correspond le mieux à ses besoins en termes de qualité et de coût.
Il existe plusieurs types d'imprimante ou d'impression parmi lesquels le jet d'encre desk top, le jet d'encre continu, l'offset noir-blanc (par exemple pour l'impression de papiers journaux), l'offset 4 couleurs (quadrichromie), l'offset numérique, l'offset thermique, l'électro- photographie (photocopieur, imprimante laser), l'héliogravure, la sérigraphie, et la sublimation.
Les encres utilisées pour l'impression d'un papier dépendent du type d'impression. Les encres pour une impression jet d'encre comprennent des solvants volatils ou de l'eau comme véhicule, alors que les encres pour une impression offset utilisent comme véhicule des huiles végétales ou des distillats pétroliers.
Pour l'impression offset 4 couleurs, deux types de papier peuvent être utilisés : les papiers dits « couchés » et les papiers fins.
Un papier couché comprend un papier classique sur lequel est déposée une couche comportant un liant et des pigments. Les fibres du papier sont alors masquées par la couche de façon à ce qu'elles ne soient plus visibles. Le papier sert uniquement de support pour la couche qui est conçue pour conférer au papier couché une très bonne qualité d'impression. Le papier formant support du papier couché ne se voit donc pas dans le produit final et peut être de qualité relativement faible. Un papier couché a une main de faible valeur (en général inférieure à 1 ,04 cm3/g, et la pâte à papier utilisée pour sa fabrication comprend des fibres cellulosiques de plus ou moins bonne qualité, un liant, et une quantité relativement importante de charges (en général supérieure à 15% en poids sec par rapport au poids sec total du papier). Un papier couché est en général lisse et se décline usuellement suivant différents niveaux de brillance, les papiers couchés les plus brillants étant obtenus par calandrage. Un papier couché a typiquement un lissé Bekk compris entre 100 et 3000s, et un degré de brillance compris entre 11 et 80% environ (ces mesures étant réalisées à 75° selon la norme Tappi®T480). La couche est en général déposée sur le papier à raison de 18 à 35g/m2 par face et comprend des pigments bons marchés tels que des carbonates de calcium.
La couche est habituellement déposée sur le papier par une technique de couchage lissant tel que la lame, ce qui confère au papier couché un à-plat qui masque les imperfections du papier tel que l'épair et la rugosité apportés par le matelas fibreux.
La production d'un papier couché est faite à moindre coût avec des machines de plusieurs mètres de large allant à des vitesses de feuille à l'enroulement typiquement supérieures à 1000m/min. Le papier reçoit d'abord un apprêt qui est une première couche d'enduction en général pigmentée qui est déposée en ligne à raison de quelques g/m2, reçoit la couche pigmentée précitée définissant l'imprimabilité du produit final, et est calandre en bout de ligne.
On a constaté que plus la taille des particules de pigments de la couche d'un papier couché est importante, et plus la matité du papier couché est accrue, mais plus le temps de séchage des encres d'impression est long. Les pigments utilisés ont donc en général une taille de particules relativement faible (de l'ordre du micron) et leur quantité est au contraire relativement importante dans la couche.
Un papier fin est au contraire un papier précieux ou de qualité qui diffère d'un papier classique ou support utilisé pour la préparation d'un papier couché notamment par sa main, la composition de la pâte à papier qui est utilisée pour sa fabrication, et son coût de fabrication qui est plus élevé. Un papier fin est en général « marqué » ou « texture » naturellement du fait du procédé de fabrication employé et/ou par un traitement qui lui est appliqué, tel que le grainage.
Un papier fin a une main en général supérieure ou égale à 1 ,10cm3/g, et la pâte à papier qui est utilisée pour sa fabrication comprend des fibres cellulosiques de bonne qualité, un liant, et une faible proportion de charges et/ou d'adjuvants, tels que de l'amidon. Un papier fin est considéré comme mat lorsque son degré de brillance est de l'ordre de 4-8%, et comme brillant lorsque son degré de brillance est de l'ordre de 10-20% (ces mesures étant réalisées à 75° selon la norme Tappi®T480). Un papier fin brillant a un degré de brillance équivalent à celui d'un papier couché mat, c'est pourquoi un papier fin paraît en général plus mat qu'un papier couché.
Une caractéristique importante d'un papier fin est son imprimabilité, et en particulier le temps de séchage des encres utilisées pour son impression. Lorsqu'un papier fin est imprimé par exemple par un procédé d'impression offset, il est important que le temps de séchage des encres utilisées soit relativement court pour que les encres déposées sur le recto d'un papier fin ne tachent par le verso d'un autre papier fin lorsqu'ils sont empilés l'un sur l'autre, ou de ce même papier fin lorsqu'il est enroulé sur lui même.
Les papiers fins utilisés dans l'impression offset 4 couleurs sont pour la plupart non traités. Les encres sont déposées directement sur les fibres qui sont uniquement enrobées par des adjuvants usuels. Dans ce cas, le papier n'a pas de pigments en surface et les fibres du papier sont apparentes et se distinguent nettement après impression. L'aspect texture visible du papier fin donne un relief à la surface imprimée et se traduit par un rendu final après impression du papier fin très esthétique, qui est apprécié des utilisateurs. Une autre différence notable entre un papier fin et un papier couché est que, lorsqu'un papier couché présente une certaine rugosité de surface, celle-ci est due à la couche déposée sur le papier, alors que la rugosité de surface d'un papier fin est essentiellement due à sa propre texture. Un papier fin est en effet en général texture ou marqué, sa texture pouvant être naturelle et/ou forcée, c'est-à-dire dans ce cas obtenue par un procédé de grainage ou de marquage ou un par procédé analogue. Le grainage d'un papier fin peut être réalisé pendant la fabrication du papier (au moyen par exemple d'une toile d'égouttage adéquate de la pâte à papier ou de rouleaux embosseurs ou de marquage) ou après celle-ci. Un papier fin graine comprend des motifs en creux et/ou en relief sur au moins l'une de ses faces, conférant par exemple au produit final après impression des textures telles que des traits courbes ou des figures géométriques. Au contraire, un papier couché a une surface lisse qui ne fait pas apparaître le matelas fibreux ou un marquage du support par un élément du procédé de fabrication. Le papier fin peut être vergé et comprendre des vergeures faites par exemple à l'aide d'un rouleau filigraneur.
Les papiers fins de la technique actuelle souffrent toutefois d'une qualité d'impression relativement faible, en particulier car le temps de séchage des encres utilisées est très long. En effet, les fibres du papier fin ne fixent pas assez les encres d'impression et ne permettent donc pas aux encres de sécher rapidement. De plus, les à-plats ne sont pas uniformes car ils dépendent du matelas fibreux du papier fin qui, par sa structure même, n'est pas uniforme. On a déjà proposé de traiter un papier fin pour améliorer ses qualités d'impression tout en évitant de masquer le relief de la surface du papier. Une couche de traitement comportant des pigments et un liant est alors déposée sur une face du papier fin pour améliorer son imprimabilité.
Une solution pour réduire le temps de séchage des encres d'impression sur un papier fin consiste par exemple à utiliser dans la couche de traitement des pigments de carbonate de calcium très fins, dont la taille de particules est inférieure à 1μm. Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante car elle entraîne une augmentation de la brillance du papier fin. A contrario, l'utilisation de pigments de carbonate de calcium grossiers (dont la taille de particules est supérieure à 2μm) rend le papier fin plus mat mais augmente le temps de séchage des encres d'impression et provoque le poudrage sur le blanchet lors de l'impression offset.
La présente invention a notamment pour but d'améliorer Pimprimabilité d'un papier fin, en particulier par impression offset, tout en préservant sa texture, et en renforçant sa matité de façon à ce que ce papier fin ait un degré de brillance inférieur à environ 4% avant impression, ou inférieur à environ 7% après impression. Le degré de brillance d'un papier fin imprimé est en effet en général supérieur au degré de brillance de ce même papier avant impression.
En ce qui concerne l'imprimabilité du papier fin, l'invention vise en particulier à réduire le temps de séchage des encres (déposées par exemple par un procédé offset) qui est de 3 heures environ pour un papier fin non traité dans la technique actuelle. Elle a en outre pour but d'améliorer ou de maîtriser d'autres caractéristiques d'impression du papier fin, telles que le moutonnement, la densité d'encre, le contraste et le poudrage. Le moutonnement est le nom donné au manque d'uniformité d'une impression, et est évalué à l'œil ou à l'aide d'une caméra par observation d'une impression à 100% d'un aplat noir et d'un aplat bleu. Le poudrage est le nom donné à l'apparition d'une poudre au niveau du blanchet lors de l'impression offset, ce défaut étant lié à une mauvaise adhésion de la couche de traitement sur le papier. Si le poudrage est trop important, l'imprimeur doit arrêter sa machine pour la nettoyer avant de reprendre l'impression, ce qui fait perdre du temps et est coûteux.
Elle propose à cet effet un papier fin mat d'écriture et/ou imprimable, en particulier par impression offset, ce papier ayant une main supérieure ou égale à 1 ,10cm3/g et comportant sur au moins l'une de ses faces une couche comprenant des pigments et un liant, caractérisé en ce que les pigments comprennent de la silice dont le diamètre moyen des particules est supérieur ou égal à 3μm, et dont la quantité déposée par unité de surface de la couche est supérieure à 0,4 g/m2 et inférieure à 1 ,5 g/m2, ledit papier ayant sur ladite face un degré de brillance avant impression inférieur ou égal à 4% lorsqu'il est mesuré à 75° selon la norme Tappi®T480.
Dans un mode de réalisation particulier, le papier fin ainsi traité a un temps de séchage d'une encre d'impression inférieur à 20 minutes, de préférence inférieur à 15 minutes. La définition d'un papier fin et les différences entre un papier fin et un papier classique ou un papier couché ont été détaillées dans ce qui précède. Le papier fin selon l'invention a une main supérieure ou égale à 1 ,10cm3/g, de préférence supérieure à 1 ,2cm3/g, et par exemple supérieure à 1 ,25cm3/g. Il a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm par exemple, et de préférence entre 0,15 et 0,35mm environ, et/ou un grammage compris entre 100 et 300g/m2, et de préférence entre 120 et 240g/m2. La main d'un papier fin est obtenue par le rapport de son épaisseur sur son grammage.
Le papier fin selon l'invention est mat voire ultra mat car il a un degré de brillance très faible, inférieur ou égal à 4% avant impression, alors que les papiers fins de la technique antérieure ont en général au mieux un degré de brillance d'environ 4%. Le degré de brillance du papier fin selon l'invention peut être compris entre 2 et 4% et de préférence entre 2 et 3%, ce qui correspond à un degré de brillance du papier fin après impression compris entre 3 et 7% environ, et de préférence entre 3 et 5%. Le degré de brillance du papier fin après impression est mesuré à 75° selon la norme Tappi®T480, les encres d'impression utilisées étant une encre noire à 100% ou quatre couleurs à 400% (jaune, rouge, bleu et noir à 100% chacune).
Ce faible degré de brillance est obtenu par le dépôt d'une couche de traitement sur un papier fin, la couche de traitement comportant des pigments de silice dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm et dont la quantité déposée est supérieure à 0,4 g/m2 et inférieure à 1 ,5 g/m2. La silice est utilisée pour son pouvoir matifiant de façon à réduire la brillance du papier fin avant et après impression, le pouvoir matifiant des particules de silice étant dû à leur taille et/ou à leur structure alvéolaire ou poreuse diffusant la lumière.
L'invention définie ci-dessus par référence à la quantité de silice déposée par unité de surface de la couche de traitement peut être, alternativement ou en combinaison, définie par référence à la quantité de silice contenue dans la couche déterminée en poids sec par rapport au poids sec total de la couche. Ainsi, la couche de traitement comporte des pigments de silice dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm et dont la quantité est supérieure à 6% et inférieure à 15% (en particulier inférieure à 10%) en poids sec par rapport au poids sec total de la couche. La taille des particules de silice est ici relativement importante en particulier par rapport à celle des pigments utilisés qui sont de l'ordre du micron. Les particules de silice peuvent avoir un diamètre moyen supérieur à 6μm, et inférieur par exemple à 15 ou 20μm. Ces particules peuvent également avoir un diamètre moyen compris entre 3 et 20μm, de préférence entre 5 et 18μm, plus préférentiellement entre 7 et 15μm, et par exemple de l'ordre de 8-1 Oμm.
La silice utilisée est par exemple une silice synthétique amorphe poreuse, telle que celle commercialisée par la société Grâce sous la marque Syloid ED5®. La quantité de silice dans la couche est relativement faible mais est toutefois suffisante pour améliorer les performances du papier fin lors d'une impression, en particulier d'une impression offset. L'invention permet de réduire notablement le temps de séchage des encres d'impression, ce temps étant inférieur à 20min, et pouvant être inférieur à 15min ou même à 10min pour les papiers fins traités selon l'invention. Ceci est notamment dû à la porosité des particules de silice, ces particules étant capables d'absorber les composés gras qui servent de véhicule dans les encres d'impression. Par ailleurs, du fait que la taille des particules de silice est relativement importante, ces particules contribuent à éviter le mélange des couches pigmentées contenant les encres lorsque celles-ci sont mises en contact les unes avec les autres lors de l'impression. Les particules de silice servent alors d'espaceurs, ce qui diminue le temps de séchage des encres. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le diamètre moyen des particules de silice est supérieur ou égal à l'épaisseur de la couche de traitement pour renforcer cette propriété d'espaceurs. Par ailleurs, les pigments de silice étant relativement chers, la présence de ces pigments en faible quantité dans la couche de traitement engendre un faible surcoût de fabrication du papier fin.
La couche déposée sur le papier fin peut comprendre d'autres pigments choisis par exemple parmi les carbonates de calcium, les kaolins, le dioxyde de titane, le talc, et leurs mélanges. Les carbonates de calcium sont de préférence les pigments majoritaires dans la couche de traitement. La quantité de carbonates de calcium dans la couche peut être comprise entre 60 et 90%, et de préférence entre 70 et 85%, en poids sec par rapport au poids sec total de la couche. Les carbonates de calcium utilisés peuvent par exemple être ceux commercialisés par la société Imerys sous les marques Carbital 75® et Carbital 95®. Ces carbonates de calcium sont des mélanges de carbonates de calcium, Carbital 75® comprenant 75% de carbonates de calcium dont la taille des particules est inférieure à 2μm et Carbital 95® comprenant 95% de carbonates de calcium dont la taille des particules est inférieure à 2μm. Préférentiellement, la couche de traitement est exempte d'oxyde d'aluminium ou d'hydroxyde d'aluminium.
Le liant de la couche de traitement peut être choisi parmi les alcools polyvinyliques (PVA), les copolymères styrène-butadiène ou styrène- acrylique (utilisés notamment sous forme de latex), et leurs mélanges. La couche peut comprendre une quantité de PVA et/ou de latex comprise entre 7 et 13%, de préférence entre 8 et 12%, et par exemple de l'ordre de 11-12%, en poids sec par rapport au poids sec total de la couche.
La couche de traitement peut en outre comprendre un modificateur de rhéologie tel qu'un épaississant, un réticulant et/ou un tensioactif. La couche peut comprendre une quantité de réticulant comprise entre 0,2 et 0,6%, de préférence entre 0,3 et 0,5%, et par exemple de l'ordre de 0,4%, en poids sec par rapport au poids sec total de la couche. Elle peut comprendre une quantité de tensioactif comprise entre 0,1 et 0,5%, de préférence entre 0,2 et 0,4%, et par exemple de l'ordre de 0,3%, en poids sec par rapport au poids sec total de la couche. Elle peut comprendre une quantité d'épaississant comprise entre 0,5 et 1%, et de préférence entre 0,6 et 0,8%, en poids sec par rapport au poids sec total de la couche. Cet épaississant peut être du carboxyl méthyl cellulose. Le poids de la couche de traitement sur ladite face peut être compris entre 3 et 18g/m2, de préférence entre 7 et 13g/m2, et est par exemple de l'ordre de 10g/m2.
La couche de traitement peut avoir une épaisseur comprise entre 2 et 10μm, et par exemple de l'ordre de 5μm environ. La quantité de silice dans la couche est supérieure ou égale à 6%, notamment à 7%, en particulier comprise entre 6% et 15% ou entre 6% et 10% ou peut être comprise entre 7 et 9%, de préférence entre 7,5 et 8,5%, et est par exemple être de l'ordre de 8%, en poids sec par rapport au poids sec total de la couche. Le poids de la silice sur ladite face est compris entre 0,4 et 1 ,5g/m2, et est de préférence entre 0,5 et 1 ,35g/m2. Le papier fin selon l'invention est de préférence formé de fibres de cellulose, d'un liant, et de charges dont la quantité est inférieure à 22%, et de préférence inférieure à 15%, en poids sec par rapport au poids sec total du papier. Il peut en outre être texture de manière naturelle et/ou forcée par un procédé du type précité, et comprendre des motifs en relief et/ou en creux, la couche de traitement ne modifiant pas ou peu cette texture sur ladite face. Ces motifs ont en général des dimensions d'au moins plusieurs dizaines de microns.
Le papier selon l'invention peut avoir, avant son traitement, une rugosité Bendtsen comprise entre 100 et 1500ml/min, et de préférence entre 200 et 1400ml/min, et/ou une porosité Bendtsen comprise entre 400 et 700ml/min, et de préférence entre 450 et 600ml/min, et/ou un lissé Bekk compris entre 1 et 30s, et de préférence entre 2 et 25s.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d'un papier fin mat d'écriture et/ou imprimable tel que décrit ci- dessus, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à déposer la couche définie dans la présente demande sur au moins l'une des faces du papier fin par un procédé de couchage du type sans contact, tel qu'au rideau, au cylindre hélio ou par la lame d'air. Par opposition à la technique de couchage à la lame qui écrase le matelas fibreux du papier fin en raclant la couche, les techniques de couchage au rideau, au cylindre hélio et à la lame d'air ne lissent pas le papier fin mais déposent simplement la couche sur le papier fin, cette couche suivant la texture du papier fin. La couche déposée par ces techniques a une épaisseur plus uniforme et la surface externe de la couche est moins plate et donc plus marquée, ce qui contribue à la matité du produit final et au rendu final après impression.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante comportant plusieurs exemples comparatifs, et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un graphe représentant l'évolution du degré de brillance après impression de papiers fins traités en fonction de la quantité de silice déposée par l'intermédiaire de la couche,
- la figure 2 est un graphe représentant l'évolution du temps de séchage des encres d'impression de papiers fins traités en fonction de la quantité de silice déposée par l'intermédiaire de la couche,
- la figure 3 est une image obtenue par un microscope électronique à balayage (MEB) équipé d'un système d'analyse chimique de surface (EDX), de la surface d'un papier fin traité selon l'invention, et - la figure 4 est une image de microscopie électronique à balayage (MEB) de la surface du papier fin traité de Ia figure 3, à plus grande échelle, et représente une particule de silice entourée par des pigments de carbonate de calcium.
Dix papiers fins différents, parmi lesquels des papiers fins traités et des papiers fins non traités, ont été testés pour évaluer leur brillance avant et après impression, ainsi que le temps de séchage des encres d'impression. Le tableau ci-dessous reprend la composition de ces papiers fins et les résultats obtenus des tests.
Les papiers fins utilisés sont pour la plupart (exemples 1 à 5 et 7 à 10) des papiers fins commercialisés par la déposante sous les marques Conqueror Velin® et Rives Tradition®. Ces deux papiers fins sont textures, le premier naturellement et le second naturellement et de façon forcée.
Le papier fin Rives Tradition® a un grammage de 240g/m2, une rugosité Bendtsen de 1370ml/min, une porosité de 460ml/min et un lissé Bekk de 2s.
La porosité Bendtsen ou perméabilité à l'air Bendtsen selon la norme
ISO 5636-3, est une mesure de la quantité d'air traversant une feuille de papier dans des conditions données, la mesure s'exprimant en ml/min. Plus le papier est ouvert, c'est-à-dire poreux, plus la valeur de la porosité Bendtsen est élevée. Le lissé Bekk est la mesure du temps nécessaire pour qu'un volume donné d'air puisse s'écouler entre le papier et une surface en verre en contact avec le papier (selon la norme ISO 5627). Plus le papier est rugueux, plus l'air passe par les creux à la surface du papier (qui sont liés à la rugosité) et plus le temps de passage de l'air est court. Plus le papier est lisse et plus ce temps de passage est long.
Le papier fin Conqueror Velin® a un grammage de 120g/m2, une rugosité Bendtsen de 200ml/min, une porosité de 580ml/min et un lissé
Bekk de 21s. Le papier fin Conqueror Velin® a un grammage deux fois moins important que celui du papier fin Rives Tradition®, et une porosité plus importante que celle du papier fin Rives Tradition®. De plus, Le papier fin Conqueror Velin® a une rugosité plus faible et un lissé plus important que celui du papier fin Rives Tradition®, ce qui signifie que le papier fin
Conqueror Velin® est moins texture que le papier fin Rives Tradition®. Dans l'exemple 6, on utilise un papier fin texture ayant un grammage de 115g/m.
Les exemples 1 et 2 concernent des papiers fins, Rives Tradition® pour le premier et Conqueror Velin® pour le second, qui ne sont pas traités, c'est-à-dire qui ne sont pas recouverts d'une couche de traitement. Les autres exemples (3 à 12) concernent des papiers fins traités, c'est-à-dire comportant une couche de traitement à base de pigments et d'un liant, sur au moins une de leurs faces.
Dans l'exemple 3, la couche de traitement comporte comme pigments uniquement du Kaolin dont 60% a une taille de particules inférieure à 2μm. Cette couche de traitement est donc dépourvue de silice. Le liant de la couche est du styrène acrylique, et la couche comprend en outre un épaississant synthétique. La couche de traitement est déposée par la technique de la lame d'air sur le papier fin à raison de 8g/m2 par face.
Les papiers fins des exemples 4 à 12 sont tous recouverts d'une couche de traitement comportant de la silice qui est celle commercialisée par la société Grâce sous la marque Syloid ED5®. Il s'agit de particules de silice synthétique amorphe poreuse ayant une taille comprise entre 8,4 et 10,2μm et dont le volume de porosité est de 1 ,8ml/g.
Les couches de traitement des exemples 4 à 12 comprennent tous des carbonates de calcium, qui sont les pigments majoritaires dans la couche, un liant, un agent réticulant, et un épaississant pour les exemples
4 à 5 et 7 à 12. La couche de l'exemple 6 comprend en outre un tensioactif.
Les carbonates de calcium sont des mélanges de carbonates de calcium de deux types, le premier étant des carbonates de calcium commercialisés par la société Imerys sous la marque Carbital 75® et le second étant des carbonates de calcium commercialisés par la même société sous la marque Carbital 95®. Ces carbonates de calcium sont mélangés dans des proportions déterminées de façon à obtenir des mélanges de carbonates de calcium dont 80% ont une taille inférieure à 2μm dans le cas des exemples 4 à 8 et 10, et 90% ont une taille inférieure à 2μm dans le cas de l'exemple 9.
Le liant est dans les exemples 4 à 10 un mélange de latex de styrène-butadiène ou styrène acrylique et d'alcool polyvinylique. Le réticulant est une solution aqueuse de carbonate de zirconium d'ammonium. L'épaississant utilisé dans les exemples 4 à 5 et 7 à 12 est du carboxyl méthyl cellulose. Le tensioactif de l'exemple 6 est un tensio actif non-ionique du type Gemini®.
Les couches de traitement sont déposées sur les papiers fins à raison de 8 à 12,5g/m2 par face, dans les exemples 4 à 12, les couches des exemples 4-5 et 7-10 étant déposées par lame d'air et la couche de l'exemple 6 étant déposée au rideau.
Dans les exemples 4 à 6 qui sont des exemples comparatifs, la quantité de silice est inférieure à 6% en poids sec par rapport au poids sec total de la couche, c'est-à-dire par rapport aux poids secs cumulés de tous les pigments (silice et carbonates de calcium) de la couche ainsi que des résidus secs du liant et du réticulant, et le cas échéant de l'épaississant et du tensioactif. Au contraire, dans les exemples 7 à 12 qui illustrent de manière non- limitative la présente invention, la quantité de silice est supérieure à 6% en poids sec par rapport au poids sec total de la couche.
Trois tests ont été effectués sur les papiers fins des exemples 1 à 12. Le premier test consiste à mesurer le degré de brillance de chaque papier fin (traité ou non traité) avant impression. Ce degré de brillance est mesuré à 75° selon la norme Tappi®T480, qui est décrite brièvement dans ce qui suit.
Le degré de brillance d'un papier fin est mesuré à l'aide d'un réflectomètre qui enregistre la quantité de lumière réfléchie par la surface du papier fin, les angles d'illumination et de réflexion étant de 75° par rapport à une normale à cette surface. L'appareil (D-4553 de BYK Gardner) est préalablement calibré à l'aide d'une plaque en verre noir.
Le second test consiste à mesurer le temps de séchage des encres d'impression sur chaque papier fin, après impression de ce papier par un procédé offset. En pratique, ce temps de séchage est déterminé en mettant en contact une face imprimée à 400% (c'est-à-dire avec 4 couleurs à 100% chacune : jaune, rouge, bleu et noir) d'un papier fin avec une face non imprimée d'un autre papier fin, au moyen d'une presse Erichsen. La surface de contact entre les papiers fins est déterminée par un disque de 25mm de diamètre de la presse, qui est appliqué sur les papiers fins avec une force de 250N durant 1s. Ce test, aussi appelé « hors temps poisseux », consiste à mesurer le temps à partir duquel il n'y a pus de transfert d'encre d'une face à l'autre des papiers fins. Le troisième et dernier test consiste à mesurer le degré de brillance de chaque papier fin après impression. Ce degré de brillance est également mesuré à 75° selon la norme Tappi®T480. Cette mesure est effectuée sur une face du papier fin qui est imprimée uniformément à 100% avec une encre noire. En ce qui concerne la brillance des papiers fins avant impression, on peut noter que les papiers fins traités avec une couche comportant plus de 6% de silice et/ou comportant une quantité de silice déposée par unité de surface de la couche supérieure à 0,4 en particulier supérieure à 0,5g/m2 (exemples 7 à 12) ont un degré de brillance compris entre 2,6 et 3,6%, ce qui est très faible et est donc particulièrement intéressant. Les papiers fins non traités (exemples 1 et 2) ont un degré de brillance de 4,6 et 6,8%, respectivement. Le papier fin traité avec une couche ne comportant pas de silice (exemple 3) a un degré de brillance de 7,5%, et les papiers fins traités avec une couche comportant une quantité de silice nettement inférieure à 6% ou une quantité de silice déposée par unité de surface de la couche inférieure à 0,4g/m2 (exemples 4 et 6) ont un degré de brillance encore élevé de 4,5 et 3,9%, respectivement. Dans l'exemple 5, la quantité de silice dans la couche est de 5,2% et la quantité de silice déposée par unité de surface de la couche est de 0,47g/m2 et permet de conférer au papier fin une brillance faible de 2,8%. Cependant, le temps de séchage des encres d'impression sur ce papier est encore trop long (27min), comme on le verra dans ce qui suit.
La brillance des papiers fins après impression est comprise entre 3,6 et 6,6% pour les papiers fins selon l'invention des exemples 7 à 12, et entre 4,6 et 15,8% pour les papiers fins traités et non traités des autres exemples (1 à 6).
Le temps de séchage des encres déposées par impression offset sur les papiers fins non traités (exemples 1 et 2) est très long car il est supérieur à 3 heures. Le temps de séchage des encres d'impression sur les papiers fins des exemples 3 à 6 sont compris entre 27 et 80 minutes et sont donc encore trop longs. Le temps de séchage des encres sur les papiers fins selon l'invention (exemples 7 à 12) sont compris entre 4 et 8 minutes, ce qui est nettement inférieur à 10 minutes et est donc considéré comme un temps de séchage très court pour des encres déposées par un procédé offset. Les résultats obtenus par la technique de couchage par lame d'air sont transposables à la technique de couchage au rideau car ces deux techniques produisent des résultats similaires notamment en terme d'aspect de surface de la couche de traitement déposée. Le couchage au rideau à l'avantage de permettre de déposer une couche de traitement à une vitesse plus élevée, jusqu'à 1000m/min voire au-delà. Mais cette technique peut toutefois nécessiter le respect de certaines conditions de couchage comme l'ajout d'un tensioactif dans la couche de traitement et la réalisation d'un débit minimum au niveau de la tête de couchage afin de maintenir le rideau fluide stable
Les figures 1 et 2 permettent de mieux comprendre l'influence de la quantité de silice dans la couche de traitement d'un papier fin sur la brillance de ce papier fin et sur le temps de séchage des encres d'impression déposées par un procédé offset sur ce papier fin.
La figure 1 est un graphe représentant l'évolution du degré de brillance des papiers fins traités (en ordonnée, avec une échelle de 0 à 20%, mesuré à 75° selon la norme Tappi®T480) en fonction de la quantité de silice déposée par unité de surface de la couche de traitement (en abscisse, avec une échelle allant de 0 à 1 ,5g/m2).
La figure 2 est un graphe représentant l'évolution du temps de séchage des encres d'impression de papiers fins traités (en ordonnée, avec une échelle de 0 à 90min, mesuré selon la méthode précitée) en fonction de la quantité de silice déposée par unité de surface de la couche de traitement (en abscisse, avec une échelle allant de 0 à à 1 ,5g/m2).
Les papiers fins testés pour l'obtention de ces figures sont des papiers Rives Tradition® et Conqueror Velin® qui sont chacun traités sur au moins une face avec une couche de traitement comportant notamment des pigments de silice dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm. Ces figures constituent des exemples au même titre que ce qui précède et n'ont donc pas pour vocation à la limiter.
Dans les figures 1 et 2, les courbes concernent des papiers fins Conqueror Velin® peu textures, c'est-à-dire des papiers fins qui sont naturellement textures et qui n'ont pas été soumis à un procédé de marquage, ou concernent des papiers fins textures Rives Tradition®, c'est- à-dire des papiers fins qui ont une texture naturelle et forcée (c'est-à-dire qui sont marqués par un procédé approprié).
La figure 1 montre que, au-delà de 0,3 g/m2 de silice déposée, la brillance du papier fin reste inférieure à 4% avant impression. Cela est vrai pour les papiers fins textures (Rives Tradition®) comme pour les papiers fins faiblement textures (Conqueror Velin®). Cela signifie que, au-delà de ce seuil de 0,3 g/m2, le rajout de silice fait évoluer la brillance du papier fin de façon favorable et ce jusqu'à environ 1 ,5g/m2. Il est important de noter que ces valeurs de brillance correspondent à des degrés de brillance avant impression des papiers fins, et par exemple autour de entre 2,5 et 3%.
La figure 1 montre donc qu'une quantité de silice supérieure à 0,4g/m2 (et dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm) dans la couche de traitement du papier fin testé permet de conférer à ce papier fin un degré de brillance très faible (inférieur à 6% dans le cas d'un degré de brillance après impression). Les autres caractéristiques d'impression (moutonnement, densité optique, contraste et poudrage) ne sont pas modifiées par l'ajout de cette quantité de silice dans la couche de traitement du papier fin. La courbe pour le papier Conqueror Velin® de la figure 2 montre que, jusqu'à 1 ,5 g/m2 de silice (dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm), plus la quantité de silice déposée par l'intermédiaire de la couche de traitement du papier fin peu texture est importante à partir de 0,4g/m2 plus le temps de séchage des encres d'impression diminue. Le temps de séchage des encres sur les papiers fins textures diffère légèrement de celui des papiers fins peu textures. La courbe pour le papier Rives Tradition® de la figure 2 montre qu'une quantité déposée inférieure à 0,25g/m2de pigments de silice dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm dans la couche de traitement du papier fin texture n'a pas d'influence notable sur le temps de séchage des encres. Ceci peut s'expliquer par le fait que les particules de silice sont réparties de manière inhomogène dans les creux et sur les bosses de la surface (irrégulière) du papier fin texture, et que, lorsque ces particules sont peu nombreuses, le temps de séchage des encres n'est pas constant sur toute cette surface et peut être plus long en certains endroits. Toutefois, comme on l'a vu dans ce qui précède, le dépôt de silice par le biais de cette couche, même en faible quantité, diminue la brillance du papier fin. Au-delà d'un seuil d'environ 0,4g/m2, plus la quantité déposée de silice est importante et plus le temps de séchage des encres diminue jusqu'à un plateau qui est situé en deçà de 10min, et est atteint pour une quantité de silice déposée supérieure ou égale à 0,6 g/m2.
Ces figures permettent d'expliquer pourquoi le papier fin traité réalisé dans l'exemple 5 précité a une brillance très faible correspondant à celle des papiers fins selon l'invention des exemples 7 à 12, et que le temps de séchage des encres d'impression sur ce papier est toutefois encore trop long.
Le papier fin de l'exemple 5 est un papier texture qui doit donc être comparé aux courbes valant pour le papier Rives Tradition® des figures 1 et 2. Ce papier fin est recouvert d'une couche de traitement telle que la quantité de silice déposée est de 0,47g/m2. Comme on le voit sur la figure 1 , cette quantité de silice permet de conférer au papier un degré de brillance après impression inférieur à 6%, c'est-à-dire un degré de brillance avant impression inférieur à 3,5%, ce qui correspond sensiblement aux résultats de l'exemple 5 (brillances du papier avant impression de 2,8% et après impression de 4,6%). La quantité de silice déposée par unité de surface (0,47g/m2) tout en étant dans l'intervalle convenable pour l'invention ne permet pas toutefois de diminuer suffisamment le temps de séchage des encres d'impression, ce temps étant de 27min).
La figure 2 montre clairement que pour un papier de cette qualité, une quantité de silice déposée par unité de surface supérieure ou égale à 0,5g/m2 (et dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm) est nécessaire pour que le temps de séchage des encres d'impression déposées sur ce papier soit inférieur à 20min. Ces résultats sont conformes à ceux des exemples 7 et 8 précités qui concernent des papiers fins textures qui sont chacun traités avec une quantité de silice déposée par unité de surface supérieure à 0,5 g/m2 et qui ont des temps de séchage des encres d'impression de 7 et 6min, respectivement, c'est-à-dire nettement inférieurs à 20min.
En conclusion, les papiers fins peu textures (type Conqueror Velin®) testés ici qui sont recouverts sur au moins une face d'une couche comportant une quantité de silice par unité de surface supérieure à 0,4g/m2 et dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm, ont un degré de brillance après impression inférieur à 7% (ce qui correspond sensiblement à un degré de brillance avant impression inférieur à 4%), et le temps de séchage des encres d'impression sur ces papiers est inférieur à 20min. Les papiers fins textures (type Rives Tradition®) testés ici qui sont recouverts sur au moins une face d'une couche comportant une quantité de silice déposée par unité de surface supérieure à 0,4g/m2 et dont la taille de particules est supérieure ou égale à 3μm, ont un degré de brillance après impression inférieur à 6% (ce qui correspond sensiblement à un degré de brillance avant impression inférieur à 3,5%). Cependant, pour que le temps de séchage des encres d'impression sur ces papiers fins textures soit inférieur à 20min, il est préférable que la quantité de silice déposée soit supérieure ou égale à environ 0,5g/m2.
Les résultats des figures 1 et 2 ont été obtenus avec un type particulier de silice et, il est à ce sujet important de noter que, dans le cas où un type différent de silice est utilisé dans la couche de traitement, les courbes des figures 1 et 2 peuvent être légèrement modifiées, et en particulier la courbe correspondant au papier fin texture ayant une texture naturelle et forcée, de sorte que la couche de traitement peut par exemple nécessiter qu'une quantité de silice déposée par unité de surface supérieure à 0,4 g/m2 par exemple et non de 0,5 g/m2, comme dans ce qui précède, pour que le temps de séchage des encres d'impression offset déposées sur le papier fin traité avec cette couche, soit inférieur à 20min.
Les figures 3 et 4 sont des images obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB) de la surface du papier fin traité obtenu à l'exemple 7 précité.
Dans le cas de la figure 3, le microscope est équipé d'un système d'analyse chimique de surface (EDX) qui permet de repérer les particules de silice sur la surface du papier fin. Ces particules apparaissent en couleur au microscope et ont été ici repérées par des cercles pour plus de clarté. Les particules sont régulièrement réparties sur la surface du papier fin et sont recouvertes de pigments plus petits de carbonate de calcium, ce qui est mieux visible en figure 4.
Dans cette figure 4, on distingue en effet une particule de silice qui est entourée par des pigments de carbonate de calcium, créant ainsi un amas à la surface du papier. La comparaison de ces images avec Ie relief de la surface du papier fin traité montre que les amas formés par les particules de silice et les pigments de carbonate de calcium coïncident avec des bosses à la surface de la couche de traitement. Ceci est dû au fait que, dans cet exemple, la taille des particules de silice est supérieure à l'épaisseur de la couche sèche de traitement déposée sur le papier fin. Les amas précités forment donc des bosses à la surface de la couche de traitement, créant ainsi un relief accidenté qui s'ajoute au relief marqué du papier dû à sa propre texture. Il est en effet important de noter que les dimensions (par exemple supérieures à 50μm) des motifs définis par la texture du papier sont en général supérieures à celles (inférieures ou égales à 20μm) des bosses précitées de la couche de traitement, et donc que la couche de traitement ne modifie par ou peu la texture du papier fin. Le relief accidenté de la couche de traitement contribue à la diffusion de la lumière et donc à la réduction de la brillance du papier fin traité. Il contribue aussi à réduire le temps de séchage des encres d'impression en réduisant la surface de contact mise en œuvre au cours de la mesure de ce paramètre.
N*

Claims

REVENDICATIONS
1. Papier fin mat d'écriture et/ou imprimable, en particulier par impression offset, ce papier ayant une main supérieure ou égale à 1 ,10cm3/g et comportant sur au moins l'une de ses faces une couche comprenant des pigments et un liant, caractérisé en ce que les pigments comprennent de la silice dont le diamètre moyen des particules est supérieur ou égal à 3μm, et dont la quantité déposée par unité de surface de la couche est supérieure à 0,4 g/m2 et inférieure à 1 ,5 g/m2, le papier ayant sur ladite face un degré de brillance avant impression inférieur ou égal à 4% lorsqu'il est mesuré à 75° selon la norme Tappi®T480 et ayant avantageusement un temps de séchage d'une encre d'impression inférieur à 20 min.
2. Papier selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la couche comprend d'autres pigments choisis parmi les carbonates de calcium, les kaolins, le dioxyde de titane, le talc, et leurs mélanges.
3. Papier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le liant est choisi parmi les alcools polyvinyliques, les copolymères styrène- butadiène, styrène-acrylique et leurs mélanges.
4. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la silice est une silice synthétique amorphe poreuse.
5. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poids de la couche sur ladite face est compris entre 3 et 18g/m2, de préférence entre 7 et 13g/m2, et est par exemple de l'ordre de 10g/m2.
6. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche a une épaisseur comprise entre 2 et 10 μm, et par exemple de l'ordre de 5μm environ.
7. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche comprend un épaississant, un agent réticulant et/ou un tensioactif.
8. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules de silice ont un diamètre moyen supérieur à 6μm.
9. Papier selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les particules de silice ont un diamètre moyen compris entre 3 et 20μm, de préférence entre 5 et 18μm, plus préférentiellement entre 7 et 15μm, et par exemple de l'ordre de 8-1 Oμm.
10. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre moyen des particules de silice est supérieur ou égal à l'épaisseur de la couche sur ladite face.
11. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de silice dans la couche est comprise entre 6 et 15%, notamment entre 7 et 9%, de préférence entre 7,5 et 8,5%, et est par exemple de l'ordre de 8%, en poids sec par rapport au poids sec total de la couche.
12. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poids de la silice sur ladite face est compris entre 0,5 et 1 ,2g/m2.
13. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé de fibres cellulosiques et de charges dont la quantité est inférieure à 22%, et de préférence inférieure à 15%, en poids sec par rapport au poids sec total du papier.
14. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est texture ou marqué et comprend des motifs en relief ou en creux, et en ce que la couche ne modifie pas ou peu cette texture sur ladite face.
15. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5mm et/ou un grammage compris entre 100 et 300g/m2.
16. Papier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a une rugosité Bendtsen comprise entre 100 et 1500ml/min, et de préférence entre 200 et 1400ml/min, et/ou une porosité Bendtsen comprise entre 400 et 700ml/min, et de préférence entre 450 et 600ml/min, et/ou un lissé Bekk compris entre 1 et 30s, et de préférence entre 2 et 25s.
17. Procédé de préparation d'un papier fin mat d'écriture et/ou imprimable selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à déposer la couche sur au moins l'une des faces du papier fin par un procédé de couchage du type sans contact, tel qu'au rideau au cylindre hélio ou par la lame d'air.
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