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Les encres offset de labeur
Dominique Gilet - CERIG
(Juin 2001)
VII - La fabrication des encres
 
VII-1 Introduction     Précédent     Sommaire     Suite

Bien que les composants des encres aient beaucoup évolué ces dernières années, les méthodes de préparation n'ont guère changé. Il s'agit toujours de disperser efficacement les pigments dans un vernis. En revanche, les exigences vis-à-vis de la qualité de la dispersion ont augmenté. Les équipements n'ont donc guère changé dans leur principe, ils ont évolué seulement dans leur efficacité.

De la part des clients, les demandes ont évolué dans le sens où les grandes quantités d'encres de base sont commandées en vrac, mais d'un autre côté il y a d'avantage de petites quantités d'encres "sur mesure" surtout dans le secteur de l'emballage. De plus, le client souhaite avoir moins de stocks chez lui mais exige d'être livré très rapidement après sa commande. Le fabricant doit donc pouvoir être capable de fabriquer rapidement des grosses quantités d'encres standards, mais également des petites quantités plus spécifiques.

Pour fabriquer les encres d’imprimerie, deux étapes sont nécessaires :
    préparation du véhicule et des additifs ;
  incorporation du pigment dans le véhicule.

La fabrication d’une encre fait appel principalement à des moyens mécaniques pour créer une bonne dispersion, stable, efficace, rapide et économique. Cela nécessite dans la première étape de préparation du véhicule des grands réacteurs dans lesquels sont mis les différents ingrédients, avec des étapes de chauffage et de refroidissement. Puis l'incorporation du pigment dans le véhicule fait appel à deux techniques : le mixage et le broyage. Le mixage consiste à mélanger par agitation mécanique les pigments dans le vernis. Il est souvent suivi d’un broyage, qui a pour rôle de réduire les particules de pigment à une taille correspondant au procédé d’impression [1, 26].

 
VII-2 Préparation des constituants     Sommaire
7-2-1 Préparation du véhicule

Il faut de mélanger les huiles siccatives, les résines et les diluants pétroliers dans de grands réacteurs (jusqu’à 5 tonnes) chauffés à des températures de 120 à 260 °C sous atmosphère inerte pour éviter toute oxydopolymérisation prématurée.

Après cette première cuisson, il peut y avoir une addition d’agents gélifiants, puis éventuellement de distillats pétroliers pour ajuster la viscosité. Un cycle typique de préparation prend environ 15 à 20 heures.

7-2-2 Préparation des additifs

Il s’agit essentiellement de la préparation des cires qui doivent être soigneusement élaborées pour que leur incorporation se fasse uniformément étant donné les faibles quantités mises en jeu.

Les cires se présentent soit sous forme de poudre sèche, auquel cas elles sont introduites en même temps que les pigments dans le vernis, soit sous forme d’une dispersion de grains de cire (30 à 40 % de cire) dans un mélange d’huiles végétales ou minérales avec éventuellement des résines. Cette dernière forme présente évidemment une facilité d’emploi pour le fabricant d’encre et la qualité d’incorporation est meilleure.

Les cires sont préparées par mélange à haute vitesse ou par chauffage puis raffinage sur une broyeuse tri-cylindres [1].

7-2-3 Préparation des pigments

Les pigments sont préparés soit sous forme de flushs soit sous forme de poudre sèche.

Pigments sous forme de poudre sèche. La suspension aqueuse dans laquelle se trouvent les particules élémentaires de pigments préparés par synthèse organique est coagulée. Les particules élémentaires se regroupent pour former des agglomérats qui se regroupent après filtration en agrégats. On obtient ainsi un gâteau de pâte (ou presscake en anglais, contenant environ 18 à 20 % de matière sèche) qui doit être séché et broyé pour briser les agrégats et uniformiser la taille des particules de sorte que la surface spécifique soit optimale pour le procédé d’impression (qualité de mouillage du pigment). On obtient ainsi les pigments sous forme sèche.

Pigments sous forme de "flushs". Dans le cas de la fabrication de "flushs", le gâteau de pâte est traité d’une façon différente : l’eau qui enrobe les pigments est remplacée par un vernis, sous vide et à température élevée. Cette étape permet ensuite une incorporation du pigment plus aisée dans le véhicule. Certains pigments sont plus aptes au "flushing". Cela dépend des cristaux constitutifs des pigments [3].

 
VII- 3 Dispersion     Sommaire

Cette phase consiste à mélanger les pigments, la résine et les diluants. En pratique, les agglomérats de pigments sont réduits à une taille optimale pour pouvoir être mouillés correctement par la résine, ce qui conférera à l'encre une bonne brillance et un bon pouvoir colorant. Ce degré de dispersion est obtenu par un apport d'énergie élevé. Par conséquent, cette phase est la plus longue, la plus coûteuse, et très énergivore dans la fabrication d'une encre. Elle peut être réduite si le pigment est livré sous forme de flush, mais le fabricant d'encre perd la maîtrise de la fabrication de l'encre [26, 1].

Le matériel est adapté à deux types de fabrications : procédé continu ou par lot. Le procédé par lot implique certes des différences entre les lots, mais il est plus rentable pour les petites quantités. Le procédé en continu correspond davantage aux fabrications de grandes quantités bien que le terme "continu" soit inapproprié puisqu'en pratique, il y a une combinaison d'étapes en continu et par lot.

Cependant, les vernis et les résines étant préparées par mélange dans des réacteurs de grands volumes, les différences entre les lots sont minimes. Les broyeurs à billes et/ou tri-cylindres sont ensuite employés pour diminuer la taille des agrégats de pigments, désaérer l'encre et lui donner du brillant. Ce sont des procédés relativement lents également.

La tendance actuelle est également à la fourniture de bases pigmentaires qui permettent à l'imprimeur par une addition de différents vernis d'obtenir très rapidement des encres prêtes à l'emploi adaptées en permanence à son travail.

7-3-1 Méthode de préparation d'un vernis pour encre offset

Un cycle typique de préparation d'un vernis est représenté par la figure 6 ci-dessous. Les étapes correspondantes ne sont pas particulièrement dangereuses. Les précautions qui doivent être prises sont liées à la température des produits.

Fabrication du véhicule
Figure 6 - Exemple de cycle de fabrication de véhicule d'encre offset
7-3-2 Préparation de l'encre

Autrefois, la préparation de l'encre était scindée en deux étapes : mélange des ingrédients, juste suffisant pour mouiller correctement le pigment, puis passage dans une broyeuse tri-cylindres jusqu'à l'obtention d'une bonne dispersion.

L'évolution des machines modernes et surtout leur vitesse de production très élevée ont conduit les fabricants à modifier leurs procédés. L'objectif était de réduire la taille des pigments pour un meilleur enrobage donc une meilleure stabilité de l'encre, ainsi qu'une optimisation de son pouvoir colorant. Les solutions à leur disposition impliquaient alors plusieurs passages sur broyeuse tri-cylindres, ce qui est particulièrement coûteux et long. De plus la préparation des encres heatset contenant des solvants à bas point d'ébullition posait des problèmes d'évaporation de ces solvants. Tout cela a conduit au développement de l'emploi des broyeurs à billes, en chambre fermée.

À présent, un cycle typique de production est le suivant :
    pesage et pré-mélange des pigments sous forme sèche et du véhicule avec un mélangeur haute vitesse pour rompre les agglomérats ;
  dispersion avec un broyeur à billes et/ou tri-cylindres ;
  incorporation des additifs et solvants ;
  transfert dans des gros volumes ou mise en boîtes, seaux ou fûts.

La seule étape délicate est l'addition de pigments afin d'éviter une contamination de l'air dans la zone de travail. Il est nécessaire d'installer des systèmes d'extraction de poussières. Cette précaution est inutile lorsque le fabricant d'encres utilise les pigments sous forme de "flush". Dans ce cas, les étapes de préparation se réduisent à un mélange du pigment, du vernis et des additifs, ce qui limite considérablement les temps de fabrication.

Les mélangeurs. Le mélange est généralement effectué dans des réacteurs. Les ingrédients peuvent être ajoutés manuellement ou mécaniquement par le haut ou par le bas, par l'intermédiaire de vis ou de pompes. Le mélangeur est généralement constitué d'un arbre comportant des pales. Les mélangeurs se distinguent par leurs vitesses de rotation, la taille et la forme de leurs pales, et le rapport entre la taille des pales et le volume du réacteur.

Les broyeurs. Les broyeurs utilisés pour la fabrication des encres offset sont soit des broyeurs à bille, soit des broyeurs tri-cylindres.

Broyeur à billes
Figure 7 - Broyeur à billes

Un broyeur à billes est constitué d'une chambre cylindrique verticale fermée, éventuellement refroidie par une enceinte prévue à cet effet, contenant des petites billes en acier de l'ordre de 1,5 mm de diamètre. Dans cette chambre tourne également un axe avec des disques légèrement plus petits que la chambre et qui font circuler les billes et l'encre. Le schéma de principe d'un tel broyeur est représenté figure 7 [31].
 
C'est un procédé en continu où l'alimentation en encre se fait par le bas, puis l'encre est brassée et dispersée entre les billes et les disques, en remontant entre les disques puis entre l'extrémité des disques et la paroi de la chambre. L'encre est donc au contact des billes et des disques qui ont pour rôle de casser les agglomérats de pigment. L'inconvénient est que la température augmente avec le frottement des billes et que toutes les encres ne le supportent pas. D'autre part on ne peut assurer le broyage total et uniforme des pigments et cela donne plus souvent une répartition assez large des tailles de pigments. L'avantage est que c'est un procédé peu énergétique, rapide et efficace, dont le débit peut aller de 300 à 400 kg d'encre par heure, tandis que le broyeur tri-cylindres permet le passage de 150 kg/h. Les broyeurs à bille conviennent donc aux encres heatset et coldset du fait qu'ils sont fermés (pas d'évaporation de solvants) et que ces encres sont moins pigmentées. Les coûts des encres ainsi produites sont plus faibles que les encres qui passent dans les broyeurs tri-cylindres.

Broyeur tri-cylindres
Figure 8 - Schéma d'un broyeur tri-cylindres

Dans un broyeur tri-cylindres, l'encre est apportée dans un premier "réservoir", puis passe lentement entre deux grands cylindres maintenus à température constante pour éviter son échauffement. Les pigments sont cisaillés entre les cylindres qui tournent à des vitesses légèrement différentes. L'encre est ensuite répartie sur un dernier cylindre sur lequel est disposée une racle récupérant l'encre dans un bac.
 
Le schéma de principe d'un broyeur tri-cylindres est représenté figure 8. Les modèles se distinguent par le contrôle du niveau d'alimentation, les pressions, les matériaux constitutifs des rouleaux, les vitesses de rotation, le contrôle de la température. Tous ces facteurs assurent une certaine reproductibilité dans la fabrication de l'encre.

Ce traitement est destiné à améliorer le brillant et le pouvoir couvrant et à enlever l'air. Les broyeurs tri-cylindres conviennent particulièrement aux encres offset (avec un passage en broyeur à bille préalable), aux encres UV et de façon générale aux encres très visqueuses qui ne pourraient pas circuler dans les broyeurs à billes. La possibilité de refroidir les cylindres est un atout qui permet de limiter l'échauffement des encres.

 
VII-4 Conditionnement     Sommaire

Les encres sont disponibles sous des modes de conditionnement très différents en fonction des volumes. En effet, les conditionnements les plus classiques vont de la boîte de 1 kg, typiquement en métal ou en plastique pour les encres UV, au conteneur d’une tonne que le fournisseur récupère et remplit à nouveau. C’est le cas des encres heatset qui, ne séchant qu’avec un fort apport de chaleur, ne demandent pas de nettoyage poussé des conteneurs avant remplissage.

Pour les petites quantités, on a vu apparaître dès la Drupa 95 des cartouches d’encres en polypropylène, voire en carton. L’alimentation des machines peut également se faire à partir de "pistolets" manuels ou automatisés sur les machines, qui permettent d’exploiter la totalité de la cartouche sans aucune perte. Ces systèmes évitent la formation de peaux lorsque l’encre n’est pas utilisée temporairement.

Par ailleurs, les encres les plus sensibles aux conditions atmosphériques sont les encres UV. Il faut éviter de stocker les pots à la lumière car cela déclenche la polymérisation des encres. Ces encres peuvent généralement se conserver 6 mois, à 20 °C maximum.

 
 
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