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En tant que substrat fondamental de l’impression, le papier influence considérablement la qualité d’impression grâce à ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques inhérentes. Une compréhension approfondie de ces caractéristiques permet une-optimisation efficace du prépresse et des processus intelligents de fabrication de plaques-. Cet article fournit une analyse complète des propriétés clés du papier pour prendre en charge un contrôle précis des opérations d'impression, améliorer la qualité de sortie et promouvoir l'efficacité de la production.
Caractéristiques fondamentales du papier (première partie)
La qualité des documents imprimés est étroitement liée à l’interaction entre le papier et l’encre. Une compréhension approfondie de ces deux composants est essentielle pour obtenir des résultats d’impression optimaux. Les sections suivantes examinent en détail les propriétés intrinsèques du papier.
Les caractéristiques du papier sont largement déterminées par le processus de fabrication. Historiquement, les fibres de bois constituaient la principale source de matières premières. Cependant, les préoccupations environnementales croissantes ont stimulé l'innovation, conduisant à l'utilisation accrue de sources alternatives de fibres provenant de plantes non ligneuses et de végétation marine. Ces développements visent à préserver les qualités traditionnelles du papier tout en répondant aux normes modernes de durabilité.
Le processus de fabrication du papier comprend deux étapes principales : la mise en pâte et la formation de la feuille. Les méthodes de réduction en pâte comprennent des processus mécaniques, chimiques et semi--chimiques. La pâte mécanique, illustrée par la pâte de pâte mécanique, utilise principalement du bois dur et du bois résineux. Il offre un rendement et une efficacité élevés. Le papier obtenu présente une opacité élevée et un bon drainage, ce qui le rend adapté à une production à grande vitesse-. De plus, sa faible densité, son volume élevé, son élasticité et sa forte absorption d'encre le rendent hautement compatible avec diverses techniques d'impression.
Cependant, la lignine résiduelle et d'autres composants non-cellulosiques présents dans la pâte mécanique peuvent compromettre la stabilité du papier et la rétention de la couleur. Pour résoudre ce problème, la pâte chimique a été développée. Cette méthode consiste à cuire des copeaux de bois avec des produits chimiques pour éliminer la lignine et isoler la cellulose. En fonction des produits chimiques utilisés, différents types de pâte sont produits-tels que la pâte au sulfite, alcaline (soude) et au sulfate (kraft).
La pâte au sulfite donne un produit de couleur plus claire-qui ne nécessite souvent aucun blanchiment. Le papier obtenu présente une brillance élevée et une texture douce, mais une résistance mécanique relativement inférieure. La pâte alcaline produit du papier avec une opacité plus élevée et une résistance modérée, attribuées à des fibres plus courtes. La pâte au sulfate (kraft), actuellement la méthode la plus largement utilisée, utilise du sulfure de sodium (Na₂S) dans le processus de digestion, ce qui est à la fois efficace et rentable-. Le papier résultant démontre une résistance supérieure, une durabilité et une blancheur améliorée après blanchiment.
La pâte semi--chimique combine des aspects des méthodes mécaniques et chimiques. Il dissout partiellement les composants non-fibreux avant la séparation mécanique des fibres. Ce processus produit une pâte avec une teneur en fibres de 65 à 85 %, produisant un papier plus rigide. La pâte semi-chimique est polyvalente et économique, couramment utilisée dans le papier journal, le papier à lettres, le papier d'impression et le carton ondulé.
Après avoir examiné les méthodes de fabrication de pâte, nous nous tournons maintenant vers la façon dont le processus de fabrication du papier lui-même influence les propriétés finales du papier. Cette perspective améliore notre capacité à comprendre et à utiliser efficacement le papier.
La réduction en pâte joue un rôle crucial dans la modification des propriétés des fibres. La pâte brute contient une abondance de cellulose, mais son utilisation directe donnerait un papier fragile et poreux. Le raffinage (mise en pâte) est donc essentiel. Au cours de ce processus, la couche externe des fibres est éliminée, l'absorption d'eau augmente et la liaison hydrogène entre les molécules de cellulose est renforcée grâce à l'hydratation, améliorant ainsi la flexibilité des fibres. Les fibres subissent des étirements, des redressements, des boucles et des fibrillation, certaines atteignant même un état semblable à un gel-.
Les méthodes de réduction en pâte sont classées en types libres et liés (raffinage). La mise en pâte libre met l'accent sur la coupe des fibres et fonctionne à faible concentration de pâte. Les lames du raffineur sont tranchantes et espacées étroitement, ce qui facilite un raccourcissement efficace des fibres. Le papier obtenu présente une faible densité, un gonflant élevé, une opacité et une bonne réceptivité à l'encre, mais un lissé de surface inférieur et une tendance au peluchage.
En revanche, la pâte liée (raffinage) repose sur le broyage et la fibrillation à des concentrations de pâte plus élevées. Les lames du raffineur sont émoussées et présentent un espacement plus large, produisant des fibres de différentes longueurs. Le papier obtenu est plus dense, plus résistant, plus lisse, plus transparent et résistant à l’abrasion. Cependant, il présente une élasticité plus élevée et une absorption d’encre légèrement réduite.
Les étapes ultérieures de la fabrication du papier comprennent le remplissage, l'encollage et la teinture. Le remplissage consiste à ajouter des charges minérales et des pigments pour modifier les propriétés physiques pour des utilisations finales spécifiques. Les charges améliorent la douceur, l'opacité, la blancheur et l'absorption de l'encre. Les charges courantes comprennent l'argile kaolin, le talc et le carbonate de calcium.
L'encollage améliore la résistance du papier à l'eau, améliore la dureté de la surface, la ténacité et la résistance à la traction. Il réduit le flou de la surface et améliore l'imprimabilité. Les agents d'encollage internes comprennent les émulsions de colophane, d'amidon et de cire ; le dimensionnement de la surface améliore encore l'intégrité de la surface.
La teinture ajuste la teinte du papier ou améliore sa blancheur. Des colorants sont ajoutés à la pulpe pour obtenir les couleurs souhaitées. Les agents azurants optiques (OBA) sont souvent utilisés pour absorber la lumière ultraviolette et la réémettre-sous forme de lumière blanche bleue- visible, augmentant ainsi la blancheur perçue.
Processus de formation de feuille
À cette étape, la pulpe raffinée est diluée avec de l’eau pour faciliter l’hydratation des fibres. Sur le treillis métallique de la machine à papier, les fibres s'alignent directionnellement en raison de l'écoulement de l'eau, formant une bande avec une orientation distincte dans le sens machine (MD) et dans le sens travers (CD). La bande humide est ensuite transférée sur le feutre, où l'excès d'eau est éliminé. Après pressage, séchage et calandrage, le produit papier final est formé.
Celles-ci constituent les étapes essentielles de la fabrication du papier. Des processus spécialisés supplémentaires existent pour des qualités de papier spécifiques, qui seront explorées dans les discussions futures.
Ensuite, nous examinons les principales caractéristiques du papier qui influencent la sélection, affectant la qualité, les spécifications et l'adéquation. Les méthodes de test standard pour ces propriétés sont également brièvement présentées.
Le papier présente généralement deux faces distinctes : le dessus (côté feutre) et le dessous (côté fil) -qui diffèrent par leur douceur et leur brillance. Lors de la fabrication, la pâte entre en premier contact avec le treillis métallique, formant le côté fil, puis avec le feutre, formant le côté feutre. Le côté feutre apparaît généralement plus blanc et offre une meilleure brillance de l’encre lors de l’impression.
Lors de l’évaluation, il est essentiel de distinguer les deux côtés. Les caractéristiques de surface telles que la douceur et la résistance de la surface sont essentielles.
La douceur fait référence à la planéité de la surface du papier et affecte directement la clarté de l'impression. Une douceur plus élevée permet une reproduction de points plus fine, produisant des images plus nettes. L’uniformité est préférée à la douceur maximale. La douceur est mesurée par le temps de fuite d'air-en appliquant une pression d'air contrôlée sur une zone définie et en mesurant le temps nécessaire à l'air pour passer. Des temps plus longs indiquent une plus grande douceur.
La résistance de la surface mesure la résistance de la surface du papier aux forces verticales pendant l'impression, empêchant ainsi l'arrachement des fibres-lorsque l'encre se détache du blanchet. Les tests évaluent la rétention des fibres et des charges. Les méthodes courantes incluent le test de sélection de cire et le testeur d’imprimabilité IGT.
La couleur est un autre critère de sélection important, variant selon le type de papier et l'application. La couleur du papier résulte de l’absorption et de la réflexion sélectives de la lumière, influençant l’apparence de l’encre. La mesure des couleurs suit généralement les normes CIE (International Commission on Illumination) en utilisant les valeurs tristimulus X, Y, Z ou l'espace colorimétrique Hunter L, a, b. Les tests modernes utilisent des spectrophotomètres visibles équipés de microprocesseurs capables de plusieurs échelles de couleurs.
La blancheur et la luminosité sont des attributs clés de la couleur. La luminosité est exprimée en pourcentage de lumière réfléchie par une source lumineuse standard, utilisée industriellement pour classer les qualités de papier. Le papier à haute-luminosité est considéré comme de qualité supérieure. Dans l'édition de livres, un papier à faible luminosité-est souvent choisi pour réduire l'éblouissement et la fatigue oculaire. À l'inverse, le papier très brillant-est préféré pour les magazines et le matériel promotionnel afin d'améliorer l'impact visuel.
L'opacité fait référence à la capacité du papier à empêcher la transparence de l'impression au verso. Le papier à haute -opacité garantit la concentration du lecteur sans être distrait par le texte sous-jacent. Les facteurs influençant l'opacité comprennent l'épaisseur, le dimensionnement, la texture de la surface et la composition des fibres. L'opacité est mesurée comme le rapport de transmission lumineuse, exprimé en pourcentage.
Le grammage (ou grammage) désigne la masse par unité de surface, généralement en grammes par mètre carré (g/m²). Il s’agit d’un indicateur standard de l’épaisseur et de la rigidité du papier dans tous les secteurs. Tous les types de papier sont classés par grammage, permettant une comparaison cohérente.
Direction du grain (orientation des fibres)
Lors de la fabrication du papier, les fibres s'alignent principalement dans le sens machine en raison du mouvement du tissu de formation. Cette disposition directionnelle affecte la stabilité dimensionnelle, la pliabilité et l’uniformité de la surface. Un mauvais entrelacement des fibres peut provoquer des marbrures lors de l'impression. La distribution des fibres peut être évaluée en rétro-éclairant un échantillon pour observer l’uniformité de la transmission lumineuse. Des outils avancés tels que la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie - (EDS) et la spectroscopie à dispersion de longueur d'onde - (WDS) permettent une analyse détaillée de la morphologie de la surface et de la structure du réseau de fibres.
Résistance à la traction
La résistance à la traction mesure la force maximale qu'une bande de papier peut supporter avant de se briser, reflétant la liaison et l'alignement des fibres. Cette propriété est particulièrement critique pour les presses à imprimer-à rouleaux. Les tests consistent à couper un échantillon (25 mm de large, 150 à 200 mm de long), à serrer les deux extrémités et à appliquer une tension jusqu'à la rupture. Les résultats sont enregistrés en Newtons (N).
Force de déchirure
La résistance à la déchirure indique la force nécessaire pour propager une déchirure à partir d'une-encoche prédécoupée, reflétant la résistance à la déchirure des bords. En raison de l’orientation anisotrope des fibres, la résistance à la déchirure diffère entre les directions machine et transversale, nécessitant des mesures séparées. Le test utilise un échantillon de 60 mm × 60 mm, serré dans un instrument de type pendule-avec une coupe de départ. Le bras oscillant initie la déchirure et la force est enregistrée.
Cet article présente un aperçu des caractéristiques fondamentales du papier. Bien que des propriétés supplémentaires telles que la porosité, la rigidité et la teneur en humidité soient également pertinentes, les informations fournies ici établissent une compréhension fondamentale du comportement du papier dans les applications d'impression et d'emballage.
