Émulsion VAE comme liant dans le revêtement papier : amélioration de la régularité de surface

Comment l'émulsion VAE améliore la régularité de surface du papier

Mécanisme de formation du film et de planéisation de surface

L'émulsion VAE donne d'excellents résultats pour lisser les surfaces papetières en raison de sa capacité à former des films. Lorsque le matériau sèche, les minuscules particules polymériques s'unissent effectivement pour former un film continu et souple sur la surface du papier. Ce phénomène est principalement dû aux forces capillaires lorsque l'humidité commence à s'évaporer, puis aux chaînes polymériques qui se mélangent par la suite. Ce qui distingue le VAE des autres agents liants rigides, c'est sa qualité thermoplastique qui lui permet de bien s'adapter aux fibres du papier. Des essais montrent que cela peut réduire la rugosité de surface d'environ 35 %, selon les mesures normalisées ISO 8791-4. Le résultat est une surface plus plane, ce qui aide à empêcher l'encre de trop s'étaler pendant l'impression, sans toutefois endommager la structure de base ni la perméabilité du papier lui-même.

Rôle de la taille des particules et de la température de transition vitreuse (Tg) dans l'obtention du lissage

La régularité des surfaces enduites dépend principalement de deux propriétés des polymères utilisés dans le processus : la taille des particules et la température à laquelle elles passent de l'état solide à l'état mou (appelée Tg). Lorsque l'on atteint des particules à l'échelle nanométrique, d'environ 80 à 150 nanomètres, ces minuscules éléments pénètrent réellement en profondeur dans la structure des fibres, comblant ainsi les microfissures responsables du caractère rugueux des surfaces à l'échelle microscopique. La température de transition vitreuse nécessite également un réglage précis. Les polymères ayant une Tg plus basse restent flexibles plus longtemps pendant le séchage, ce qui améliore la qualité de surface. En revanche, lorsque la valeur de Tg augmente, le matériau devient plus résistant à l'agglomération pendant le stockage en conditions humides ou lors du passage dans des équipements de calandrage. Un bon ajustement de ces deux facteurs permet d'obtenir des valeurs de douceur Bekk supérieures à 300 secondes dans la plupart des cas. C'est bien meilleur que ce que peuvent offrir les liants standards sur les machines de couchage modernes et à haute vitesse.

Comparaison des performances de l'émulsion VAE et des liants traditionnels en termes de régularité

Évaluation comparée par rapport à l'amidon et au latex styrène-butadiène selon les métriques ISO et Bekk de régularité

Les tests montrent que, lorsqu'on examine les choses selon la méthode de fuite d'air ISO 8791-4 et les normes de douceur Bekk, les émulsions VAE offrent en réalité de meilleures performances que les options à base d'amidon ou de latex styrène-butadiène (SB). Les liants à base d'amidon présentent toutefois des limites. En raison de leurs molécules rigides et de leur tendance à créer de nombreux petits trous, ils donnent généralement des valeurs Bekk inférieures à 100 secondes et aboutissent souvent à des films peu uniformes sur les surfaces. Bien que le latex SB améliore la résistance à l'eau, il a tendance à se fissurer lorsqu'il sèche trop rapidement, ce qui nuit à la régularité globale de la surface. C'est ici que le VAE se distingue. Son équilibre unique entre viscosité et élasticité, combiné à une température de transition vitreuse plus basse, permet la formation de films uniformes sans défauts. Ces films comblent effectivement assez bien les petites irrégularités présentes sur les substrats. Des essais réels menés par des sociétés indépendantes confirment ces résultats : les revêtements à base de VAE atteignent typiquement des valeurs de douceur Bekk comprises entre 200 et 320 secondes, soit environ 30 à 50 pour cent de mieux que ce que peut offrir l'amidon. De plus, ces revêtements conservent un brillant homogène, sans zones inégales. Pour les imprimeurs travaillant sur des travaux de haute qualité, cela signifie moins de bavures d'encre et des résultats de production nettement meilleurs dans l'ensemble.

Optimisation des formulations de revêtements avec de l'émulsion VAE pour une planéité maximale

Effets synergétiques avec le carbonate de calcium et les modificateurs de rhéologie

Les émulsions VAE fonctionnent très bien avec le carbonate de calcium (CaCO3), ce qui permet d'obtenir des surfaces plus lisses, car la charge et le polymère interagissent favorablement entre eux. La faible tension superficielle fait que ces minuscules particules de carbonate de calcium (de taille inférieure à 2 microns) se répartissent uniformément dans tout le mélange. Cette distribution homogène réduit les petits espaces gênants et empêche la formation de défauts en surface. Lorsque nous mélangeons du VAE avec certains types d'épaississants appelés épaississants associatifs, un phénomène intéressant se produit. L'ensemble de la formulation conserve de bonnes caractéristiques d'écoulement quelle que soit la contrainte subie. Ainsi, pendant l'application, il y a moins de risques de coulures ou de glissement, mais après application, le matériau s'auto-nivelle correctement. Qu'est-ce qui rend cela possible ? Eh bien, le VAE contient naturellement des particules de 0,5 à 2 microns qui s'insèrent parfaitement dans les espaces laissés entre les particules de pigment et la surface du papier elle-même.

Équilibre entre la teneur en matières sèches, le poids du revêtement et le compromis brillance-lisibilité

Les émulsions VAE fonctionnent très bien avec des formulations à forte teneur en solides, généralement autour de 55 à 65 % de solides. Cela permet aux fabricants d'appliquer des couches plus fines, comprises entre 8 et 12 grammes par mètre carré, tout en conservant des finitions lisses. En prime, cette approche réduit les besoins énergétiques en séchage d'environ 18 % par rapport aux anciennes technologies de liants. Mais il existe un inconvénient à signaler ici. Lorsque la teneur en solides devient trop élevée, elle a tendance à rendre les surfaces plus brillantes que souhaité, ce qui peut affecter la sensation au toucher, particulièrement importante pour les produits de qualité supérieure. Le compromis optimal semble se situer précisément dans cette plage de 8 à 12 g/m². Dans cette gamme, les tests de douceur Bekk affichent des valeurs supérieures à 300 secondes, et le niveau de brillance reste dans les limites considérées comme acceptables pour la plupart des applications d'impression, avec un éclat inférieur à environ 65 unités de brillance (GU) à 75 degrés. Pour les applications nécessitant de meilleures propriétés de formation du film, les grades VAE à plus faible température de transition vitreuse (Tg), allant de moins 5 degrés Celsius à 10 degrés Celsius, offrent des performances exceptionnelles. Toutefois, ceux-ci peuvent nécessiter des additifs spéciaux appelés modificateurs de rhéologie afin d'éviter qu'ils ne pénètrent trop profondément dans des matériaux très poreux pendant l'application.

Lignes directrices pratiques pour les imprimeurs et les applicateurs de revêtements

Obtenir une finition de surface lisse lors de l'utilisation de liants à base d'émulsion VAE nécessite d'accorder une attention à plusieurs facteurs clés, selon ce qui fonctionne dans des conditions de production réelles. Tout d'abord, la viscosité du revêtement doit se situer entre 800 et 1200 mPa.s. L'utilisation de ces épaississants associatifs est très utile, car elle évite l'apparition de stries gênantes, particulièrement à des vitesses de ligne comprises entre 600 et 1000 mètres par minute. En ce qui concerne le séchage, il existe une bonne raison pour laquelle la plupart des installations optent pour des procédés de séchage étages. Commencez avec des températures comprises entre 90 et 110 degrés Celsius dans les zones initiales de séchage afin d'éviter la formation de cloques indésirables. Augmentez ensuite légèrement la température dans les étapes finales à 110-130 degrés pour permettre une formation adéquate du film. La concentration des matières sèches de l'émulsion VAE a également son importance. Visez une proportion d'environ 12 à 18 pour cent du poids total des pigments afin d'obtenir une distribution uniforme sur la surface. Et n'oubliez pas de contrôler l'humidité pendant les opérations de rembobinage. Maintenir les conditions ambiantes en dessous de 60 % d'humidité relative fait toute la différence pour prévenir les problèmes d'adhérence ultérieurs.

Pour vérifier la qualité, nous recommandons de mesurer la douceur Bekk à trois endroits différents le long de la bande. Une valeur de 300 secondes ou plus indique que nous avons affaire à un matériau de qualité supérieure. Mais si les valeurs descendent en dessous de 200 secondes, des ajustements sont nécessaires. Augmentez soit la pression du calandrage entre 100 et 200 kN/m, soit la teneur en VAE d'environ 2 à 3 pour cent. Ces petits changements peuvent faire une grande différence sur la qualité finale du produit. N'oubliez pas non plus d'effectuer les tests hebdomadaires de brillance à 75 degrés, qui permettent de détecter précocement les problèmes de migration du liant. Et n'oubliez surtout pas d'étalonner les viscosimètres juste avant de commencer chaque nouveau lot. Une attention particulière doit être portée aux substrats en fibres recyclées, car ils ont tendance à être plus poreux. Pour ces matériaux, l'ajout d'agents de rétention compris entre 0,5 et 1,5 pour cent avant le revêtement donne d'excellents résultats pour assurer une formation homogène du film VAE et obtenir cette surface lisse et plane tant recherchée.

FAQ

Qu'est-ce qu'une émulsion VAE ?

L'émulsion VAE est un type de polymère utilisé dans les revêtements pour améliorer la douceur et la flexibilité de surface. Elle est particulièrement efficace dans la production du papier pour obtenir des finitions plus lisses.

Comment la taille des particules influence-t-elle la douceur de surface ?

Des tailles de particules plus petites peuvent combler les microfissures du papier, conduisant à une surface plus lisse. Les particules dont la taille se situe entre 80 et 150 nanomètres sont particulièrement efficaces.

Quelle est l'importance de la température de transition vitreuse (Tg) ?

La température de transition vitreuse (Tg) est la température à laquelle un polymère passe d'un état rigide à un état souple. Des valeurs de Tg plus basses permettent une meilleure flexibilité et des surfaces plus lisses pendant le séchage.

Comment l'émulsion VAE se compare-t-elle aux autres liants ?

L'émulsion VAE surpasse les liants traditionnels comme l'amidon et le latex styrène-butadiène en obtenant des indices de douceur Bekk plus élevés, ce qui entraîne moins de défauts de surface.

Quel rôle jouent le carbonate de calcium et les modificateurs de rhéologie ?

Le carbonate de calcium et les agents modificateurs de rhéologie améliorent la fluidité des revêtements en optimisant l'écoulement et les caractéristiques d'aplatissement de l'émulsion VAE.