Partie I : Bibliographie
5. Bains d’enduction et procédés de couchage
5.4. Enduction par procédé d’impression
5.4.1. La flexographie
Le procédé d’impression flexographique est le procédé principal utilisé dans l’impression d’emballages et d’étiquettes autoadhésives, grâce à sa grande flexibilité et les faibles pressions exercées sur le support au cours de l’impression. Ce procédé a l’avantage de pouvoir utiliser des encres à base d’eau, plus écologiques, avec de faibles viscosités. Il fonctionne de la façon suivante :
Une chambre à racles contenant l’encre alimente en excès un cylindré alvéolé, appelé anilox. Le rôle de ce cylindre micro-gravé est de transférer un film d’encre uniforme, grâce à ces petites alvéoles et un système de racles pour enlever l’excès d’encre. Cette encre est ensuite déposée sur un cliché photopolymère (par simple contact), sur lequel les motifs à imprimer sont en reliefs de façon à ce que l’encre se dépose sur leurs sommets. Le support à imprimer entre ensuite en contact avec le cliché recouvert d’encre. Le transfert d’encre s’effectue par contact, à faible pression, grâce à un cylindre de contre pression [114-116]. Ce procédé est schématisé sur la Figure 25 :
Figure 25 : Procédé d’impression flexographique [117]
La quantité d’encre transférée à la surface du cliché peut être modulée par le choix de la taille des alvéoles de l’anilox. Le volume théorique, en cm3
/m², caractérise le volume d’encre en cm3
contenu dans les alvéoles d’un rouleau de 1 m² de surface développée. Ainsi, il est possible de sélectionner des anilox de volumes théoriques allant de 3 cm3/m² pour des impressions de motifs fins, jusqu’à des volumes supérieurs à 20 cm3/m² pour l’impression d’aplats (enduction).
Le cliché est un matériau polymère souple, de nature compressible. Il est, dans certains cas, fixé au rouleau porte cliché par un mousse adhésive double face, très compressible.
Pression exercée sur le support au cours de l’impression
Parmi les procédés d’impression avec contact, la flexographie est celui qui exerce les plus faibles pressions (il est capable d’imprimer du carton ondulé sans casser les cannelures). Ainsi, ce dernier peut être adapté pour l’enduction de particules sensibles à la pression, sans
d’impression. En effet, une pression trop faible peut conduire à un transfert d’encre incomplet à cause d’une surface de contact insuffisante entre le cliché et le support. Une pression trop élevée peut entraîner une déformation des motifs du cliché et donc une mauvaise reproduction de l’impression souhaitée (élargissement du point de trame) [118]. Dans le cas de l’impression du carton ondulé, une surpression conduira à la déformation de ce support et donc à une impression non uniforme de ce dernier [119]. Très peu d’études ont été réalisées pour quantifier la pression exercée au cours du transfert d’encre :
La pression a été mesurée pour l’impression d’un carton ondulé (528 g/m², 297 µm d’épaisseur), sur une presse flexographique de laboratoire (Presse F1, de chez IGT Testing Systems), avec des paramètres d’impression spécifiques (vitesse d’impression de 0,6 m/s et force d’impression de 50 N). Les pressions exercées au cours de l’impression sont assez faibles, elles se situent autour de 0,1 MPa et peuvent atteindre 0,4 MPa [120]. Elles ont été mesurées avec un capteur de pression (TEKSCAN) placé entre le cliché d’impression et le support.
Concernant l’impression d’un carton plat (177 g/m², 263 µm d’épaisseur) dans une presse à rouleau central (tous les groupes d’impression flexographique sont répartis autour d’un rouleau central de contre pression pouvant atteindre 3 m de diamètre), pour une gamme de vitesses moyenne (50 à 150 m/min), les pressions varient de 1 à 2,3 MPa, suivant le cliché et les paramètres d’impression utilisés. Ces mesures ont été obtenues grâce à un capteur de force (« flexiforce ») [121].
Enfin, dans le cas d’une presse d’impression flexographique, en ligne, de chez GALLUS STANDFORD, les pressions d’impression optimales se situent entre 0,8 à 1,2 MPa. Cette étude est basée sur une estimation théorique des pressions à l’aide d’un modèle mathématique et sur des mesures pratiques où la pression est évaluée par densité optique de l’encre transférée sur le support d’impression, sans plus de précisions [122].
Le procédé flexographique met en jeu des pressions exercées durant l’impression relativement modestes, inférieures à 2,5 MPa. Ces pressions ont tendances à varier selon le type de la presse utilisée, le substrat à imprimer et certains paramètres (type de cliché …).
5.4.2. La sérigraphie
Le procédé d’impression sérigraphique est une technique d’imprimerie basée sur le transfert d’une encre à travers un écran. Ce dernier est constitué d'un tissu de fils synthétiques ou métalliques (maillage), tendu sur un cadre. Certains pores du tissu, les zones non imprimantes, sont bouchées par un photopolymère pour empêcher le transfert de l’encre. Cet écran est appliqué contre le support d'impression. L'encre, d'une viscosité bien supérieure à celle destinée au procédé flexographique, est déposée sur l’écran. Une racle vient transférer l’encre à travers les mailles pour former une image sur le support. La Figure 26 illustre le principe de fonctionnement du procédé :
Figure 26 : Procédé d’impression sérigraphique [123]
L’écran est fabriqué de la façon suivante : le maillage est d’abord enduit avec une émulsion photosensible. Cette émulsion durcit lorsqu'elle est exposée à un rayonnement UV. Un film correspondant au motif d’impression est positionné sur l'écran, pour permettre de bloquer les rayons UV au niveau des zones d’impression. L'émulsion exposée aux UV durcit et bouche le tissu afin d’empêcher le transfert d’encre [124]. En revanche, l'émulsion protégée des rayons UV par le film ne durcit pas et est éliminée lors du nettoyage de l’écran (à l’eau, avec une brosse).
Il existe de nombreux paramètres permettant de jouer sur la qualité du transfert : l’écran (diamètre du fils du tissu, ouverture de maille, épaisseur d’émulsion, tension …), la racle (nature et dureté, forme, pression …), ou encore l’encre (viscosité, comportement rhéologique …) [125].
Contrairement à d’autres techniques d’impression, la sérigraphie possède une très large gamme de supports d’impression : en plus du papier ou du carton, des supports tels que le verre, le textile ou encore le plastique sont couramment utilisés [124]. Une couche d'encre de plus de 12 μm est couramment imprimée en sérigraphie [126].
5.5. Références
101 Lehtinen E., 2000, Introduction to pigment coating of paper, Pigment coating and surface sizing of paper. Paper making science and technology, vol. 11, Lehtinen E., Ed., Helsinki: Finnish Paper Engineers Association and TAPPI, p. 14-25
102 Kouris M., Kocurek MJ., 1997. La transformation du papier. Couchage et finissage, Cégep de Trois-Rivières CCDMD, p. 60-89
103 Truffi B., 2000, Elaboration de nouveaux papiers thermiques, Thèse de l’INPG, p. 167
104 Esumi K., Ueno M., 2003, Structure-performance relationships in surfactants, Surfactant Science Series, vol.112
105 Empereur J., 2006, Conception de nouveaux papiers autoadhésifs, Thèse de l’INPG, p. 65-66
106 Baquet G., 1996, La physico-chimie des bains de couchage, Revue ATIP, vol. 50 (4), p. 118-125
107 Lehtinen E., 2000, Coating binders – general, Pigment coating and surface sizing of paper. Paper making science and technology, vol. 11, Lehtinen E., Ed., Helsinki: Finnish Paper Engineers
Déplacement
Cadre
Encre transférée Racle
Ecran sans l’émulsion
108 Bruun S.E., 2000, Starch, Pigment coating and surface sizing of paper. Paper making science and technology, vol. 11, Lehtinen E., Ed., Helsinki: Finnish Paper Engineers Association and TAPPI, p. 241-246
109 Di L., 2000, Latex, Pigment coating and surface sizing of paper. Paper making science and technology, vol. 11, Lehtinen E., Ed., Helsinki: Finnish Paper Engineers Association and TAPPI, p. 197-218
110 Linnonmaa J., Trefz M., 2000, Pigment coating techniques, Pigment coating and surface sizing of paper. Paper making science and technology, vol. 11, Lehtinen E., Ed., Helsinki: Finnish Paper Engineers Association and TAPPI, p. 415-483
111 Booth G.L., 1999, The coating machine, Pulp and paper manufacture - coating - converting and specialty processes, vol. 8, Kouris M., Ed., Atlanta : TAPPI, p. 80
112 Roper J., 2000, Rheology of pigment slurries and coating formulation, Pigment coating and surface sizing of paper. Paper making science and technology, vol. 11, Lehtinen E., Ed., Helsinki: Finnish Paper Engineers Association and TAPPI, p. 658
113 Heikkila P., Rajala P., 2000, Drying of paper coatings and drying equipement, Pigment coating and surface sizing of paper. Paper making science and technology, vol. 11, Lehtinen E., Ed., Helsinki: Finnish Paper Engineers Association and TAPPI, p. 543-564
114 Lasday S.B., 1972, Handbook for graphic communications letterpress - screen printing - electrostatic - gravure - flexography, Graphic Arts Technical Foundation. Pittsburgh, p. 88-114
115 Mulvihill D.C., 1985, Flexography primer, Graphic Arts Technical Foundation. Pittsburgh
116 Schwaiger E., Kandelbauer A., Teischinger A., 2009, Practicalities and limitations of measuring techniques for paper properties that affect flexographic printability – a review, Nordic pulp & paper, vol. 24 (3), p. 351-362
117 Rousset E., 2006, http://cerig.efpg.inpg.fr/tutoriel/flexographie/page02.htm, consulté le 12 avril 2011
118 Bould D.C., Claypole T.C., Bohan M.F.J., 2004, An investigation into plate deformation in flexographic printing, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part B: Journal of Engineering Manufacture, p. 1499-1511
119 Holmvall M., Uesaka T., 2008, Print Uniformity of Corrugated Board in Flexo Printing: Effects of Corrugated Board and Halftone Dot Deformations, Packag. Technol. Sci. , 21, p. 385-394
120 Hallberg E., Lestelius M., Rättö P., Thuvander F., Glasenapp A.O., 2004, Evaluation of Pressure Variations Generated during Flexographic Post-Print of Corrugated Board and Effects of
Mechanical Properties of Printing Forms on Printed Banding, 56th annual TAGA technical conference proceedings, USA pennsylvania, p. 114-126
121 Johnson J., Rättö P., Leselius M., 2004, Measuring the dynamic pressure in flexographic central impression printing press, Nordic pulp and paper research journal, vol. 19 (1), p. 84-88
122 Mirle S.K., Zettlemoyer A.C., 1988, Viscoelasticity of polymer plates and ink hydrodynamics in modelling flexographic printing, Math. Comput. Modelling, 11, p. 1162-l 165
123 Krebs F.C., 2009, Fabrication and processing of polymer solar cells:A review of printing and coating techniques, Solar Energy Materials & Solar Cells, 93, p. 394-412
124 Pras O., 2011, Utilisation de cellulose pour l’élaboration de matériaux photoluminescents ou conducteurs, Thèse de Grenoble-INP, p. 56-58
125 Owczarek J.A., Howland F.L., 1990, Study of the Off-Contact Screen Printing Process- Part I: Mode of the Printing Process and Some Results Derived From Experiments, IEEE transactions on components, hybrids, and manufacturing technology, vol. 13 (2), p. 358-359
126 Kipphan H., 2001, Handbook of Print Media: Technologies and Manufacturing Processes, Har/Cdr. Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co.