WO2003045701A1 - Procede d'impression flexographique d'une feuille d'ouate de cellulose - Google Patents

Procede d'impression flexographique d'une feuille d'ouate de cellulose Download PDF

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WO2003045701A1
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ink
sheet
undercoat
cellulose wadding
printing
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Sylvain Breteau
Pierre Laurent
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Georgia-Pacific France
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/02—Letterpress printing, e.g. book printing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M3/00—Printing processes to produce particular kinds of printed work, e.g. patterns
    • B41M3/06—Veined printings; Fluorescent printings; Stereoscopic images; Imitated patterns, e.g. tissues, textiles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/26—Printing on other surfaces than ordinary paper
    • B41M1/36—Printing on other surfaces than ordinary paper on pretreated paper, e.g. parchment, oiled paper, paper for registration purposes

Definitions

  • the invention relates to the field of absorbent paper intended for sanitary or domestic use, for example as household paper towel, tablecloth napkin.
  • papers of low grammage ranging from 15 to 35 g / m 2 are generally used, mainly consisting of wood fibers.
  • chemical additives can be added, for example, to improve one or other of the properties: softness, absorption, etc.
  • a papermaking process involves depositing the fibers suspended in water on a canvas to form a sheet.
  • the sheet is drained, then it is transferred to a felt which will allow it to be applied with a press against a drying cylinder.
  • the sheet is peeled off and is creped using a doctor blade. Finally, it is put on reel awaiting transformation into a finished product.
  • Such a technique presented in summary, is said to be conventional. It is designated in the field by CWP. There are of course variations.
  • Another technique consists in drying the sheet after draining without exerting pressure, at least in part until it is dry enough to freeze the fibers within the sheet. If necessary, the drying is ended by applying the sheet to a heated cylinder. Thanks to this first drying, the sheet can be pressed onto the cylinder without destroying its structure. It retains part of its volume. This cylinder also allows its creping. Drying is carried out without pressure by blowing hot air through the sheet after draining.
  • TAD makes it possible to obtain a thicker sheet, of greater mass volume than the conventional technique. It is characterized by a more open structure and greater permeability.
  • flexographic printing technique is generally used. This process uses relief forms such as flexible plates, produced by exposure or with a polymer coating engraved by laser, which will apply a liquid ink to the support. These forms are mounted on a plate cylinder. Flexographic printing machines are well known and can be of different types: central drum, individual backpressures or independent groups.
  • a printer includes an inking system which takes ink from a reservoir such as a doctor blade chamber, a screened cylinder or anilox on which microscopic cells have been engraved, and which measures the quantity of ink and transfers it onto a plate cylinder.
  • the sheet to be printed is drawn between the latter and a back pressure cylinder.
  • the printing medium has a great influence on the quality of the printing.
  • the impressions on the cellulose wadding sheets, CWP on the one hand and TAD on the other hand, carried out under the same operating conditions differ significantly.
  • the color palette is reduced.
  • the finesse is less.
  • the Applicant has set itself the objective of improving the printing quality of the cellulose wadding.
  • the method according to the invention comprising at least one printing unit with a plate holder with which an ink is applied, is characterized by the fact that a sub-layer is applied beforehand limiting the absorption of said ink by the cellulose wadding sheet, under the areas to be printed.
  • the colored ink is deposited by the plate directly on the surface of the sheet. It penetrates in part into the substrate by diffusion along the fibers in proportion the greater the greater the material's absorbency.
  • the coloring part or the pigment which has penetrated deep into the support no longer fulfills its role, being masked by the surface fibers.
  • the ink also tends to diffuse outside the boundaries of the print pattern.
  • a varnish is applied as an undercoat.
  • a varnish suitable for this application is based on acrylic resin.
  • the varnish has the composition of an ink without pigment. It consists of approximately 60% solvent, such as water, approximately 35% acrylic resin, and 5% adjuvants, such as surfactants, drying retardants, and pH stabilizers.
  • an ink comprising white pigments, in particular Ti0 2 , is applied as an undercoat.
  • Such an ink comprises, for example, approximately 60% of dry extract.
  • the dry extract comprises from 40 to 80% of Ti0 2 , the remainder preferably being an acrylic resin.
  • FIG. 1 represents a printing installation to which the method of the invention applies; .
  • FIG. 2 represents a flexographic printing unit known per se; and
  • Figure 3 is a graph showing the fattening curves between printing with an undercoat and printing without an undercoat.
  • the installation 1, here with a rotary central drum 2 comprises a plurality of ink units 4, 6, 8, 10 arranged in series at its periphery.
  • the whole is mounted on a frame 20.
  • the printing sheet F comes in this example from a mother reel. It is applied to the drum 2 and passes successively under the different ink units. These each contribute in part to the achievement of the desired pattern. Drying means are also provided.
  • the sheet F is rewound or driven to other processing stations, not shown.
  • the machine can include individual cylinders of group pressure against group.
  • a printing unit 30 is shown in FIG. 2. It comprises three cylinders.
  • a first cylinder 32 plunges into a reservoir containing the ink. Instead of such a bubbler cylinder, a cylinder with doctor blade chambers can be used.
  • the cylinder 32 by turning transfers this ink to an anilox cylinder 34 whose function is to dose the ink.
  • the cylinder 34 has cells calibrated on the surface. Their total volume and the speed of rotation determine the ink flow transferred to a plate holder 36.
  • the plates were fixed on this cylinder suitably engraved to reproduce the pattern with the color assigned to the printing unit.
  • the drum 2 forms a counter-cylinder with a smooth surface and presses the sheet F against the plate mounted on the cylinder 36.
  • an undercoat is applied in 4, that is to say with the first printing group, which will prevent the diffusion of the ink which is applied to the sheet by the following groups 6, 8 , 10.
  • the extent of this sublayer is preferably limited to the surface of the pattern, that is to say to the zones which receive the ink by the groups which follow.
  • the same pattern was printed on a sample of CWP paper with a grammage of 21 g / m 2 and on a sample of TAD paper with the same grammage of 21 g / m 2 . It was a motif comprising a decoration associated with elements of print quality control.
  • the optical density D.O. was measured with a densitometer for three different dilutions of the ink 100%, 300% and 500%.
  • the TAD substrate because of its structure, offers a low optical density compared to a substrate manufactured according to the CWP technique, whatever the dilution.
  • the colors are less intense, the rendering is paler.
  • the color palette is therefore reduced.
  • the characteristics of the process are as follows. For printing the underlay, a plate having a line size of 60 lines / inch was used. The tests were carried out with three different anilox cylinders whose volumes were respectively 4, 10 and 16 cm 3 / m 2 for a line size of 100 lines / cm. The cylinder pressure was set to its minimum.
  • the table below summarizes the results of the tests carried out on a TAD type substrate which has been printed with blue ink.
  • the ink of the sublayer was based on Ti0 2 .
  • the annotation 0 in the column "White dilution" means that there is no undercoat
  • Tests were carried out with the same ink, on the same substrate, first without an undercoat and then with a undercoat of Ti0 2 whose volume of the anilox was 10 cm 3 / m 2 .
  • the tests consist in printing a weft strip, also called a range, having a line size of 60 lines / inch, in order to precisely quantify the fattening of the weft dots for covers of 3% to 10%.

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Abstract

L'invention porte sur un procédé d'impression flexographique d'une feuille d'ouate de cellulose de grammage compris entre 15 et 35 g/m2, notamment de masse volumique inférieure a 130 kg/m3, comprenant au moins un groupe d'impression avec un porte-cliché avec lequel on applique une encre sur la feuille. Le procédé est caractérisé par le fait que l'on applique au préalable une sous-couche limitant l'absorption de ladite encre par la feuille d'ouate de cellulose, sous les zones à imprimer. L'encre de la sous-couche peut être un vernis à base de résine acrylique ou bien une encre à base de pigments de TiO¿2?.

Description

Procédé d'impression flexographique d'une feuille d'ouate de cellulose
L'invention se rapporte au domaine des papiers absorbants destinés à un usage sanitaire ou domestique, par exemple comme essuie-tout ménager, nappe serviette de table.
Dans ce domaine, on utilise des papiers de faible grammage allant de 15 à 35 g/m2 composés généralement, essentiellement de fibres de bois. Selon l'usage auquel ils sont destinés, on peut ajouter par exemple des additifs chimiques pour améliorer l'une ou l'autre des propriétés : douceur, absorption, etc.
Un procédé de fabrication du papier consiste à déposer les fibres en suspension dans l'eau sur une toile pour former une feuille. On égoutte la feuille, puis on la transfère sur un feutre qui va permettre de l'appliquer avec une presse contre un cylindre de séchage. La feuille en est décollée et est crêpée au moyen d'une lame formant racle. Elle est enfin mise en bobine en attente d'une transformation en produit fini. Une telle technique, présentée de façon sommaire, est dite conventionnelle. On la désigne dans le domaine par CWP. Il existe bien sûr des variantes.
Une autre technique consiste à sécher la feuille après égouttage sans exercer de pression, en partie au moins jusqu'à une siccité suffisante pour figer les fibres au sein de la feuille. Le cas échéant, on termine le séchage par application de la feuille sur un cylindre chauffé. Grâce à ce premier séchage, on peut presser la feuille sur le cylindre sans détruire sa structure. Elle conserve une partie de son volume. Ce cylindre permet en outre son crêpage. On réalise le séchage sans pression en soufflant de l'air chaud au travers de la feuille après son égouttage. Cette technique, que l'on désigne dans le domaine sous le sigle TAD, permet d'obtenir une feuille plus épaisse, de plus grand volume massique que la technique conventionnelle. Elle se caractérise par une structure plus ouverte et une perméabilité plus grande.
Au cours de la transformation ultérieure en produit fini, on peut être amené à imprimer des motifs à une ou plusieurs couleurs sur la feuille. On utilise généralement la technique d'impression flexographique. Ce procédé met en œuvre des formes en relief telles que des clichés souples, réalisés par insolation ou avec un revêtement en polymère gravé par laser, qui vont appliquer une encre liquide sur le support. Ces formes sont montées sur un cylindre porte-cliché. Les imprimeuses flexographiques sont bien connues et peuvent être de différents types : à tambour central, à contre-pressions individuelles ou à groupes indépendants.
Une imprimeuse comprend un système d'encrage qui prélève l'encre depuis un réservoir tel qu'une chambre à racle, un cylindre tramé ou anilox sur lequel on a gravé des cellules microscopiques, et qui mesure la quantité d'encre et la transfère sur un cylindre porte-cliché. La feuille à imprimer est entraînée entre ce dernier et un cylindre de contre-pression.
Ce procédé est largement utilisé dans le domaine pour sa robustesse et la qualité d'impression qu'il permet.
On constate cependant que le support d'impression a une grande influence sur la qualité de l'impression. En particulier, les impressions sur les feuilles d'ouate de cellulose, CWP d'une part et TAD d'autre part, effectuées dans les mêmes conditions opératoires, diffèrent sensiblement. On observe sur les secondes des couleurs moins intenses, moins vives. La palette des couleurs est réduite. Enfin la finesse est moindre.
La Demanderesse s'est fixé comme objectif d'améliorer la qualité d'impression de l'ouate de cellulose.
En particulier, elle s'est fixé comme objectif d'améliorer la qualité d'impression de l'ouate de cellulose produit selon la technique à soufflage par air traversant dont la masse volumique est inférieure à 130 kg/m3, notamment à 70 kg/m3.
Le procédé conforme à l'invention comprenant au moins une unité d'impression avec un porte-cliché avec lequel on applique une encre, est caractérisé par le fait que l'on applique au préalable une sous-couche limitant l'absorption de ladite encre par la feuille d'ouate de cellulose, sous les zones à imprimer.
En effet, l'encre colorée est déposée par le cliché directement en surface de la feuille. Elle pénètre en partie dans le substrat par diffusion le long des fibres en proportion d'autant plus grande que la matière a un grand pouvoir absorbant. La partie colorante ou le pigment qui a pénétré en profondeur dans le support ne remplit plus son rôle, étant masquée par les fibres de surface. L'encre a également tendance à diffuser en dehors des limites du motif d'impression.
En appliquant une sous-couche limitant l'absorption de l'encre par le substrat fibreux on constate, avec surprise, que la qualité de l'impression est nettement améliorée.
Conformément à un premier mode de réalisation du procédé, on applique un vernis en sous-couche. En particulier, un vernis convenant à cette application est à base de résine acrylique. Avantageusement, le vernis a la composition d'une encre sans pigment. Il se compose d'environ 60% de solvant, tel que l'eau, d'environ 35 % de résine acrylique et de 5 % d'adjuvants, tels que des tensioactifs, des retardateurs de séchage et des stabilisateurs de pH.
Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, on applique en sous-couche une encre comprenant des pigments blancs, notamment de Ti02. Une telle encre comprend par exemple environ 60% d'extrait sec. Conformément à l'invention l'extrait sec comprend de 40 à 80% de Ti02, le reste étant de préférence une résine acrylique.
On a constaté, avec surprise, qu'une telle application convenait particulièrement bien dans le cas d'une feuille d'ouate de cellulose TAD. On explique ce résultat particulièrement favorable par le fait que ce type de papier présente une blancheur inférieure à celle du papier CWP. Les mesures donnent en moyenne une blancheur inférieure de 10% à celle du papier CWP. Conformément à une autre caractéristique, la viscosité de l'encre de la sous couche est de 20 à 35 secondes. La viscosité est mesurée selon la norme ISO avec la coupe 3.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en regard des dessins annexés sur lesquels
la figure 1 représente une installation d'impression à laquelle s'applique le procédé de l'invention ; . la figure 2 représente une unité d'impression flexographique connue en soi ; et la figure 3 est un graphique représentant les courbes d'engraissement entre une impression avec sous-couche et une impression sans sous-couche.
L'installation 1, ici à tambour central rotatif 2 comprend une pluralité de groupes encreurs 4, 6, 8, 10 disposés en série à sa périphérie. Le tout est monté sur un bâti 20. La feuille à imprimer F provient dans cet exemple d'une bobine mère. Elle est appliquée sur le tambour 2 et passe successivement sous les différents groupes encreurs. Ceux-ci contribuent chacun pour une part à la réalisation du motif désiré. Des moyens de séchage sont prévus également. En sortie de l'installation d'impression la feuille F est rembobinée ou entraînée vers d'autres postes de traitement non représentés. Bien sûr il ne s'agit que d'un mode de réalisation ; d'autres agencements sont possibles. Par exemple, au lieu d'un tambour central la machine peut comprendre des cylindres individuels de contre- pression groupe par groupe.
On a représenté une unité d'impression 30 à la figure 2. Elle comprend trois cylindres. Une premier cylindre 32 plonge dans un réservoir contenant l'encre. Au lieu d'un tel cylindre barboteur, on peut utiliser un cylindre avec chambres à racles. Le cylindre 32 en tournant transfère cette encre sur un cylindre anilox 34 dont la fonction est de doser l'encre. Le cylindre 34 comporte des alvéoles calibrés en surface. Leur volume total ainsi que la vitesse de rotation déterminent le débit d'encre transféré sur un porte-cliché 36. On a fixé sur ce cylindre les plaques convenablement gravées pour reproduire le motif avec la couleur assignée à l'unité d'impression. Le tambour 2 forme contre-cylindre à surface lisse et presse la feuille F contre le cliché monté sur le cylindre 36.
Conformément à l'invention on applique en 4, c'est à dire avec le premier groupe d'impression une sous-couche qui va faire obstacle à la diffusion de l'encre qui est appliqué sur la feuille par les groupes suivants 6, 8, 10. L'étendue de cette sous-couche est préférentiellement limitée à la surface du motif, c'est à dire aux zones qui reçoivent l'encre par les groupes qui suivent.
On a procédé à diverses mesures pour vérifier les résultats de l'invention.
On a tout d'abord comparé les qualités d'impression entre un substrat constitué d'une feuille CWP et un substrat constitué d'une feuille TAD.
On a imprimé le même motif sur un échantillon de papier CWP de grammage 21 g/m2 et sur un échantillon de papier TAD de même grammage 21 g/m2. Il s'agissait d'un motif comprenant un décor associé à des éléments de contrôle de la qualité d'impression.
On a mesuré la densité optique D.O. avec un densitomètre pour trois dilutions différentes de l'encre 100% , 300% et 500% .
Le tableau ci-dessous récapitule les résultats
Figure imgf000007_0001
On constate que le substrat TAD en raison de sa structure, offre une faible densité optique au regard d'un substrat fabriqué selon la technique CWP, quelle que soit la dilution. Les couleurs sont moins intenses, le rendu est plus pâle. La palette des couleurs est donc réduite.
Pour vérifier l'intérêt du procédé de l'invention, on a ensuite procédé à une série d'essais sur une machine pilote avec un groupe imprimeur à tambour central 4 couleurs, fourni par la société Cobden.
Les caractéristiques du process sont les suivantes. Pour l'impression de la sous-couche, on a utilisé un cliché ayant une linéature de 60 lignes/pouce. Les essais ont été réalisés avec trois cylindres anilox différents dont les volumes étaient respectivement de 4, 10 et 16 cm3/m2 pour une linéature de 100 lignes /cm. La pression du cylindre était réglée à son minimum.
Le tableau ci-dessous récapitule les résultats des essais réalisés sur un substrat de type TAD que l'on a imprimé avec une encre bleue. On a testé 3 dilutions différentes de l'encre : 100%, 300% et 500% . Pour chaque dilution de l'encre, on a réalisé trois essais, chacun avec une sous-couche d'épaisseur différente, correspondant au volume de l' anilox, et un essai sans sous-couche. L'encre de la sous-couche était à base de Ti02. L'annotation 0 dans la colonne « Dilution blanc » signifie qu'il n'y a pas de sous-couche
On constate que la Densité Optique croît avec la quantité d'encre appliquée en sous-couche.
D'une façon générale la Densité Optique est plus élevée de 20 à 50%
Cela se traduit, dans l'impact visuel du produit décoré, par une intensité et une fraîcheur accrues des couleurs. On observe aussi une plus grande finesse de l'impression. Le rendu est jugé flatteur et attrayant.
Figure imgf000009_0001
On a procédé ensuite à une série d'essais pour vérifier le comportement du substrat au regard de l'engraissement, celui-ci émanant principalement d'une déformation des points de trames imprimés. Cette dérive s'apprécie par la différence de couverture de surface d'un motif imprimé par rapport à une couverture théorique correspondant à ce même motif gravé sur le cliché. L'amélioration de la qualité de l'impression, se traduit par une diminution de l'engraissement.
On a réalisé des essais avec la même encre, sur le même substrat, d'abord sans sous-couche puis avec une sous-couche de Ti02 dont le volume de l'anilox était de 10cm3/m2.
Les essais consistent à imprimer une bande de trame, appelée également gamme, possédant une linéature de 60 lignes/pouce, afin de quantifier précisément l'engraissement des points de trame pour des couvertures de 3% à 10% .
On a reporté les résultats dans un repère avec le pourcentage théorique de surface du motif en abscisses et le pourcentage imprimé en ordonnées. On a tracé les courbes de tendance, appelées courbes d'engraissement, A pour le substrat avec sous-couche et S pour le substrat sans sous-couche. On observe sur la figure 3 un engraissement plus élevé pour le substrat S sans sous-couche. Cette déformation est due à la diffusion de l'encre qui est supérieure. Au densitomètre on a mesuré un engraissement supérieur de 5% à 20% pour le substrat TAD.

Claims

Revendications
1. Procédé d'impression flexographique d'une feuille d'ouate de cellulose de grammage compris entre 15 et 35 g/m2, notamment de masse volumique inférieure à 130 kg/m3, comprenant au moins un groupe d'impression avec un porte-cliché au moyen duquel on applique une encre sur la feuille, caractérisé par le fait que l'on applique au préalable une sous-couche limitant l'absorption de ladite encre par la feuille d'ouate de cellulose, sous les zones à imprimer.
2., Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'on applique un vernis en sous-couche.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le vernis est à base de résine acrylique.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on applique une encre à base de Ti02 en sous-couche.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que 40% à 80% de l'extrait sec de l'encre est du Ti02, pour un extrait sec d'environ 60%.
6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que la viscosité de l'encre de sous-couche est comprise entre 20 s et
35 s, mesurée selon la norme ISO avec la coupe 3.
7.- -Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le substrat est une feuille d'ouate de cellulose de masse volumique inférieure à 130 kg/m3, notamment à 70 kg/m3.
8. Produit en ouate de cellulose de grammage compris entre 15 et 35 g/m2, de masse volumique inférieure à 130 kg/m3 et comportant un décor imprimé, caractérisé par le fait qu'il comporte une couche soit de pigments de Ti02 soit de vernis en sous-couche des zones imprimées.
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