Brevet FR2546546A1 — publié le 19841130

Procédé de fabrication de papier couché ". L'invention concerne un procédé de fabri- cation de papier couché Plus précisément l'invention concerne un procédé de production à haut rendement d'un papier couché de haute qualité présentant d'excellentes qualités d'impression telles que le brillant et la douceur d'encrage, ces résultats étant obtenus en utilisant une lame à enduire particulière. Dans un procédé de fabrication de papier couché dans lequel la composition de la couche est appli- quée à une feuille de papier de base alimentée en régime continu, le rôle de la lame à enduire est devenu de plus en plus important, lorsqu'on augmente la concentration de la composition de revêtement et la vitesse de fonctionne- ment Une lame à enduire peut généralement faciliter un contrôle uniforme du poids d'enduit, assurer un excellent étalement d'une composition de la couche à forte concen- tration, et donner un papier couché présentant une relati- vement bonne douceur et un relativement bon brillant. Cependant ce procédé de revêtement clas- sique utilisant une lame à enduire a donné naissance à un certain nombre de problèmes liés à la viscosité et à l'aug- mentation de la vitesse de revêtement, lorsque la concen- tration de la composition de la couche augmente Si l'on applique à grande vitesse une composition à forte concen- tration en matières solides,-le poids de la couche risque d'augmenter Pour éviter cette augmentation du poids, il faut augmenter encore la pression d'application de la lame pour racler la composition de la couche en excès. Par suite, on perd la douceur du papier couché et en particulier il est difficile d'obtenir un papier à imprimer de haute qualité nécessitant un bon bril- lant et une bonne douceur d'encrage De plus, la concen- tration de la couche de revêtement augmente et sa rétention d'eau diminue pendant le temps mort constitué par l'inter- valle de temps compris entre le moment o la composition de la couche est appliquée sur le papier de base et le moment o l'on racle la composition du revêtement en excès, ce qui conduit à des défauts tels que des rayures ou des éraflures. Les Brevets Japonais NI 29 471/1968 et NI 40 460/1973 décrivent des procédés de revêtement per- mettant d'obtenir une couche d'enduit relativement lisse, et en particulier une couche d'enduit présentant un bon profil dans le sens transversal du papier, la composition de la couche étant raclée, dans ces procédés,:par une par- tie de la surface courbe d'une lame courbe Cependant ces procédés présentent l'inconvénient qu'il est difficile d'uniformiser le poids de la couche et d'empêcher des défauts tels que des rayures et des éraflures dans l'appli- cation d'une composition du revêtement à forte concentra- tion en matières solides ou dans une application à grande vitesse, du fait que le temps de séjour de la composition de la couche est long. De plus, un procédé de revêtement destiné à raccourcir le temps de séjour est proposé dans la Publi- cation de Brevet Japonais ouverte NI 84 77011982 Cepen- dant, bien que ce procédé permette de supprimer à un cer- tain point l'apparition de défauts tels que les rayures ou les éraflures, il reste difficile de contrôler par ce procédé le poids de la couche, de sorte qu'on ne peut éviter des irrégularités de revêtement et une diminution de la douceur du papier couché obtenu. L'invention a pour but de créer un nouveau procédé de fabrication de papier couché permettant d'évi- ter les inconvénients ci-dessus des lames à enduire selon l'art antérieur, pour obtenir un papier couché de haute qualité par application à grande vitesse d'une composition de la couche à forte concentration en matières solides. On a constaté qu'on pouvait améliorer remarquablement les possibilités d'exploitation et la qualité du papier cou- ché en appuyant une lame flexible contre un rouleau d'appui, au moyen d'un support placé de l'autre côté du rouleau d'appui par rapport à la lame, de façon que la lame soit courbée et que son bord avant soit en contact de pression avec le rouleau d'appui pour produire une sur- face courbe spéciale, ce procédé selon l'invention permet- tant en outre de raccourcir le temps de séjour. A cet effet, l'invention concerne un pro- cédé de fabrication de papier couché par application d'une composition d'une couche d'enduit sur un papier de base alimenté en régime continu, grâce à une lame à enduire, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une lame fléxible pressé contre un rouleau d'appui par un support placé de l'autre coté du rouleau d'appui par rap- port à la lame, de façon que cette lame soit courbée et que le bord avant de celle-ci soit en contact de pression contre le rouleau d'appui, la surface courbe de cette lame courbée étant maintenue à l'intérieur d'une zone défi- nie par les formules suivantes Y> 0,03 x; Y d'appui au point d'origine, et l'axe Y étant perpendicu- laire à cette tangente en ce point, et en ce qu'un in- tervalle de temps de 0,0005 à 0,015 seconde entre le mo- ment o un excès de composition de la couche d'enduit est appliqué au papier de base, et le moment o le surplus de cette composition est raclé par la lame. L'invention sera décrite en détail au moyen des dessins ci-joints dans lesquels la figure 1 est un schéma illustrant les positions relatives entre un rouleau d'appui 1, une lame fléxible 2 et un support 3 d'une lame à enduire uti- lisée dans le procédé selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle agran- die illustrant le rouleau d'appui et la lame courbe, P représentant un point de contact, éloigné au maximum du bord avant de la lame, entre cette lame et le rouleau d'appui, X représentant la tangente au rouleau d'appui au point P et Y représentant la perpendiculaire au rouleau d'appui au point P; et la figure 3 est un graphique représen- tant la zone à l'intérieur de laquelle la surface courbe de la lame courbe venant sur le rouleau d'appui, doit être maintenue sur le plan X-Y de la figure 2. Dans la lame à enduire selon l'invention, représentée sur la figure 1, une lame flexible 2 est pous- sée contre un rouleau d'appui 1 par un support 3, et le bord avant de la lame 2 est en contact avec ce rouleau d'appui 1 de manière à racler la composition de la couche en excès sur la surface 4 du papier La composition de la couche est amenée par le passage d'alimentation 5 du dis- positif de lame à enduire, au voisinage du bord avant de la lame 2, sur la surface 4 du papier. Dans le procédé selon l'invention, le sup- port 3 est poussé contre la surface arrière de la lame flexible 2 pour courber celle-ci de façon que la surface de cette lame 2 soit courbée de l'intérieur de la zone hachurée de la figure 3, c'est-à-dire à l'intérieur de la zone définie par les formules suivantes' Y > 0,03 x; Y Y étant la perpendiculaire à cette tangente. Il est préférable que le support 3 soit poussé contre la surface arrière de la lame 2 à une dis- tance d'environ O à 40 mm, et mieux encore d'environ 0 à mm, du bord avant de la lame. Le support 3 peut par exemple être consti- tué par un tube à air en caoutchouc, par un dispositif de pression métallique ou par n'importe quel autre dispositif permettant d'obtenir un papier couché parfaitement lisse en appliquant une force uniforme au bord avant de la lame et en produisant en outre une flexion douce à l'endroit de la lame Il est nettement préférable que le support 3 pré- sente une surface courbe semblable à la surface courbe spécifique de la lame décrite seule, et que le support 3 soit poussé contre la surface arrière de la lame au voisi- nage de son bord avant, de façon que la lame se courbe le long de la surface courbe du support. Selon l'invention, si Y 4 0,03 X 2, le poids de la couche devient excessif, il devient difficile de maintenir un poids de la couche uniforme Si Y, 05 X 2 la pression appliquée au bord avant de la lame 2 devient trop grande, la douceur du papier couché se dégrade consi- dérablement, et les matériaux granuleux ou particules de pigment grossières passent moins facilement, ce qui conduit à l'apparition de défauts tels que des rayures ou des éra- flures Par suite, dans la plage correspondant à 0 0,03 X 2; Y parfaitement lisse car la zone de grattage de la composi- tion de la couche se trouve réduite. Le rouleau d'appui qui se trouve poussé, par l'intermédiaire de la composition de la couche et du papier de base, par la lame de pression, est généralement recouvert de caoutchouc, et, pour obtenir une douceur suf- fisante du papier couché obtenu, il est préférable que la dureté du caoutchouc, définie par le procédé 3 IS-Z 2246, soit de l'ordre de 60 à 80. Dans le mécanisme de lame selon l'inven- tion décrit ci-dessus, la pression de la lame appliquée par unité de surface au papier de base et à la composition de la couche, est relativement faible Par suite, les matériaux granuleux et les particules de pigment grossiè- res de la composition de la couche, peuvent facilement passer en même temps que cette composition d'enduit, ce qui permet de réduire les défauts tels que les rayures et les éraflures, et d'obtenir efficacement un papier couché d'excellente douceur. De plus, dans le procédé selon l'inven- tion, l'intervalle de temps compris entre le moment o un excès de composition de la couche est amené sur le papier de base par la lame à enduire décrite ci-dessus et le moment o cet excès de composition est raclé par la lame, est ramené à une valeur extrêmement courte de l'ordre de 0,0005 à 0,015 seconde, et de préférence de l'ordre de 0,001 à 0,01 seconde Un tel procédé de revêtement peut se mettre en oeuvre en réglant la distance entre le mécanisme applicateur de la composition de la couche sur le papier de base, et le mécanisme de lame servant à racler le sur- plus de la composition de la couche, de façon que cette distance soit de l'ordre de O à 16 cm et de préférence de l'ordre de O à 12 cm ou mieux, de O à 7 cm. Si une composition de la couche à forte concentration en matières solides est raclée par la lame au bout d'un laps de temps supérieur à 0,015 seconde, il devient difficile de contrôler le poids de la composition du fait de l'augmentation de la concentration de la cou- che d'enduit, et la rétention d'eau de la couche d'enduit diminue du fait de l'augmentation de la concentration, ce qui provoque l'apparition de défauts tels que des rayures et des éraflures Un intervalle de temps inférieur à 0,0005 seconde signifie que la vitesse de la lame à en- duire est supérieure à 3000 m/sec, ce qui est difficile à réaliser à l'heure actuelle. Quand on réduit, comme décrit ci-dessus, l'intervalle de temps compris entre l'alimentation en composition de la couche et le raclage de la composition de la couche en excès, on peut réduire remarquablement les défauts tels que les rauyures et les éraflures grâce aux performances du mécanisme de lame décrit ci-dessus, car on peut réduire considérablement la diminution de rétention d'eau de la composition de la couche d'enduit après application de celle-ci sur le papier de base. Comme le poids de la couche provenant de sa composition peut être commandé par une pression de lame relativement plus faible que dans un procédé classique, cela permet d'augmenter la concentration de la composition de la cou- che d'enduit et d'obtenir un papier couché de haute qua- lité, présentant un excellent brillant de papier, une ex- cellente douceur et un excellent brillant de l'encre après impression De plus les équipements et la consommation d'énergie à prévoir pour le séchage peuvent être réduits du fait de l'augmentation de concentration de la composi- tion de la couche d'enduit. Les compositions des couches d'enduit uti- lisées dans le procédé selon l'invention ne sont pas par- ticuli èrement limitées et peuvent comporter des pigments utilisés dans la production de papier couché, comme par exemple du kaolin, du carbonate de calcium naturel, du carbonate de calcium précipité, du blanc satiné, du bioxy- de de titane, de l'argile pyrophyllite, du sulfite de cal- cium, du sulfate de calcium, de l'hydroxyde d'aluminium, de l'oxyde de zinc, du talc, de la zéolite, du sulfate de baryum, de la silice amorphe et des pigments plastiques; on peut également utiliser des colles bien connues telles que des colles sensibles ou non à l'alcali, comprenant les copolymères de styrène-butadiène, les copolymères de sty- rene-acrylique, les copolymères acétate-acrylique de vinyle, les copolymères d'acétate d'éthylène-vinyle, les copolymè- res de butadiène-méthyl métacrylique, les copolymères d'acétate-butyl acrylate de vinyle, et l'acétate de poly- vinyle; des colles synthétiques comprenant l'alcool de polyvinyle, le copolymère'd'anhydride-styrène maléique, le copolymère d'anhydride d'isobutène-maléique, et le copolymère de métacrylate d'acide-méthyl acrylique; ou enfin des colles naturelles comprenant l'amidon oxydé, l'amidon éthérifié, l'amidon estérifié, l'amidon d'enzyme modifié, l'amidon soluble dans l'eau obtenu par séchage éclair de ces produits, la caséine et la protéine de soja; on peut encore utiliser, suivant les besoins, différents agents auxiliaires tels qu'un dispersant, un modificateur de débit, un agent de rétention d'eau, un agent anti-mous- sant, un agent de résistance à l'eau, un lubrifiant, un colorant, un élément de réglage du p H d'un mélange prédé- terminé La concentration en matières solides peut varier dans une grande plage comprise entre 20 et 80 % en poids. Dans le procédé selon l'invention, cette composition de la couche d'enduit est appliquée sur un côté ou sur les deux côtés du papier de base en utilisant l'appareil à enduire spécifique décrit ci-dessus Le poids de la couche peut se contrôler dans une grande plage com- prise entre 3 et 40 g/m 2 de poids à sec pour une surface unique Une couche simple face ou une couche double face sont également possibles Le papier de base comprend le papier de base pour papier couché de qualité moyenne fabri- qué dans une pâte à papier à p H acide ou alcalin, contenant de la pulpe à grande souplesse ou pulpe mécanique, ou le papier de base pour papier couché de haute qualité conte- nant de la pulpe blanchie. Le papier couché obtenu par le procédé selon l'invention présente des qualités remarquables, lorsqu'il subit un traitement de finition par une unité de finition telle qu'une machine de supercalandrage ou une calandre de brillant, mais il peut également s'utili- ser en papier couché mat avec ou sans finition de bril- lant Ce papier couché peut être imprimé soit par impres- sion off-set, soit par impression de gravure, soit par impression typographique, soit par impression flexurographi- que Des feuilles coupées et laminées peuvent être utili- sées en impression. L'invention sera décrite de façon plus détaillée en se référant aux exemples ci-après, mais ne se limite pas à ces exemples particuliers Les parts et les pourcentages utilisés dans ces différents exemples sont données en poids en l'absence de précisions contrai- res. 1-0 EXEMPLE 1, EXEMPLE DE COMPARAISON 1 On ajoute 0,3 partie de colophane en volu- me et 15 parties d'une charge de talc à une composition de pulpe comprenant 20 parties de pulpe Kraft de bois tendre blanchie et 80 parties de pulpe Kraft de bois dur blanchie Le mélange est ajusté à une valeur de p H de 4,5 par adjonction de sulfate d'aluminium et le papier est fabriqué par une machine de Fourdrinier Le papier est ensuite pressé et apprêté de manière à faire adhérer au total sur ses deux surfaces 1,5 g/m 2 d'amidon oxydé, et à obtenir un papier de base de poids 55 g/m 2. Une composition de la couche constituée de la manière ci-dessous est préparée dans un appareil de dissolution de Cowles. Kaolin (fabriqué par Engehard Minerals and Chemicals Corporation, USA, "Ultra White-90 "): 80 parties Carbonate de calcium naturel (fabriqué par Bihoku Funka Co, Ltd, Japon, "Softon 2 200 "): 20 parties Latex copolymère de styrène-butadiène (fabriqué par Sumitomo Nangatuch Co, Ltd, Japon, "SN-307 "): 10 par- ties Amidon oxydé (fabriqué par Oji Cornstarch Co, Ltd, Japon "Ace A"): 5 parties Polyacrylate de sodium: 0,3 partie. La concentration en matières solides de la composition de la couche d'enduit est réglée à 60 % et cette composition est appliquée sur les deux faces du papier de base décrit ci-dessus, par la lame à enduire représentée sur la figure 1 L'intervalle de temps (temps de séjour) entre le moment o la composition de la couche d'enduit est appliquée au papier de base et le moment o l'on racle le surplus de la composition de la couche, est de 0,003 seconde, et l'on fait varier l'épaisseur et la position de maintien de la lame comme indiqué dans le Tableau 1. Plus précisément, dans la zone définie par O C X de maintien de la lame, varie, comme indiqué dans le ta- bleai 1, en commandant l'angle de la lame par rapport à l'axe X et la position et la pression du tube à air qui presse la lame par derrière Les autres conditions de revêtement sont indiquées dans le Tableau 1. Le papier couché obtenu subit un traite- ment de finition par supercalandrage La qualité d'exploi- tation et les qualités du papier couché avant et après impression sont celles indiquées dans le Tableau 1. Comme cela apparatt à l'évidence d'après les résultats du Tableau 1, la qualité d'exploitation et- les autres qualités du papier couché obtenu par le procédé selon l'invention sont les meilleures possibles Cepen- dant, lorsque la valeur de "a" est de 0,02, la commande du poids de la couche devient difficile et-l'opération ne peut continuer Lorsque la valeur de "a" est dé 0,55, la surface de contact entre la lame et le rouleau d'appui est trop faible de sorte que des rayures apparaissent et que la douceur du papier couché obtenu est faible. TABLEAU 1 Concentration de la composition de la couche d'enduit (%) Viscosité Brookfield de cette composition (centipoise) Epaisseur de la lame (mm)- Valeur de "a" Conditions de revêtement Temps de séjour (sec) Vitesse de revêtement (m/min) Poids de la couche d'enduit (un côté) (g/m 2) Qualité d'exploitation (Nota 1) Brillant ou glaçage du papier (avant impression) (Nota 2) Douceur (avant impression) (Nota 3) Brillant ou glaçage de l'encre (après impression) (Nota 4) Exemple I 0,4 0,0 E o,oo* 0,3 0,2 0,003 Il Il Il I 61 il II I Il I' I il Il I' i 0 "I 1 t II it i I II il II I Il I Il i 1 II il II I Il t' II II il II il Il I Il I Il I I' II I II II Il II Exemple de comparaison I 0,5 0,02 0, 003 X ii _ _ _ _ _ _ Qualité d'exploitation: Elle est évaluée en fonction des défauts tels que des rayures, et en fonction de l'uniformité de la surface revêtue. (Bon)Q O A X ( impossible à utiliser). Brillant ou glaçage du papier (avant impression): Les figures représentent le brillant ou glaçage en pourcentage (%), mesuré à 75 /75 au moyen 0,3 0,55 0,003 A Nota 1: Nota 2: d'un auto-goniophotomètre (fabriqué par Mura- kami Color Research Laboratory, Japon, GP-l R). Nota 3: Douceur (avant impression):Elle est évaluée par observation visuelle (Bon) O A X (Mauvais). Nota 4: Brillant ou glaçage de l'encre (après impres- sion): Le papier couché est imprimé à l'encre noire 0,3 cc au moyen d'un testeur d'impres- sion RI fabriqué par Akira Industry Co, Japon. Le brillant ou le glaçage du papier imprimé est mesuré de la même manière que dans le Nota 2 Les valeurs mesurées sont indiquées en pourcentage (%). EXEMPLE 2, EXEMPLE DE COMPARAISON 2: Une composition de la couche d'enduit constituée de la manière ci-dessous est préparée dans un appareil de dissolution de Cowles. Kaolin (fabriqué par Engelhard Minerals and Chemicals Corporation, USA, Ultra-White-90): 40 parties Carbonate de calcium naturel (fabriqué par Fuji Kaolin Co, Ltd, Japon, "Carbital 90 "): 60 parties Latex copolymère de styrène-butadiène (fabriqué par Sumitomo Nangatuch Co, Ltd, Japon, "SN-307 "): Il par- ties Amidon soluble dans l'eau froide (fabriqué par Sanwa Cornstarch Co, Ltd, Japon, "Hi-coaster PC-11 "): 3 parties Polyacrylate de sodium: 0,3 partie. On fait varier la concentration en ma- tières solides de la composition de la couche d'enduit, comme indiqué dans le tableau 2 et l'on applique cette composition sur les deux faces du même papier de base et de la même manière que dans l'Exemple 1, au moyen d'une lame maintenue de façon que la valeur de "a" devienne 0,2 On fait varier le temps de séjour comme indiqué dans le Tableau 2 en modifiant la vitesse de revêtement et la distance entre le mécanisme applicateur et le mécanisme de la lame La qualité d'exploitation et les autres qua- lités du papier couché avant et après impression, sont celles indiquées dans le Tableau 2. Comme cela apparait à l'évidence d'après les résultats du Tableau 2, la qualité d'exploitation de la composition de la couche d'enduit à forte concentra- tion en matières solides est excellente, de même que la douceur et le brillant ou glaçage d'encre, après impres- sion, du papier couché obtenu Cependant lorsque le temps de séjour augmente comme dans le procédé selon l'art an- térieur, la rétention d'eau est réduite par le temps pen- dant lequel la composition de la couche d'enduit à forte concentration en matières solides est raclée par la lame. Ainsi, des rayures apparaissent et le papier couché obte- nu présente une faible douceur du fait que la couche d'en- duit est rugueuse. EXEMPLE DE COMPARAISON 3: La composition de la couche d'enduit est appliquée aux deux surfaces du papier de base de la même manière que dans l'EXEMPLE 2, sauf le fait que la compo- sition de la couche d'enduit est raclée par une lame en biseau (présentant un angle de biseau de 400) coupée à 40 à son extrémité. Le papier de base et la composition de la couche d'enduit sont les mêmes que dans l'EXEMPLE 2 Les conditions de revêtement, la qualité d'exploitation, et les autres qualités du papier couché avant et après im- pression sont indiquées dans le Tableau 2. Comme cela apparaît sur les résultats du Tableau 2, lorsqu'on utilise une lame arrière classique présentant un angle d'inclinaison atteignant 400, des rayures risquent de se produire du fait de la forte pres- sion de la lame, la douceur du papier couché est faible, et il est pratiquement impossible d'effectuer le revê- tement de la couche d'enduit à grande vitesse. o Mi UJ Concentration de la composition de la couche d'enduit (%) Viscosité Brookfield de cette composition (centipoise) Lame Angle d'inclinaison (o) Epaisseur (mm) Valeur de "a" Conditions de la couche d'enduit Temps de séjour (seconde) Vitesse de revêtement (m/min) poids de la couche d'enduit (un côté) (g/m 2) Qualité d'exploitation (Nota 1) Brillant ou glaçage du papier (avant impression (Nota 2) Douceur (avant impression (Nota 3) Brillant ou glaçage de l'en- cre (après impression (Nota 4) _à___ _ _ _ _ Nota 1 à 4: Voir Nota 1 à 4 du N È t U- Exemple 2 Exemple de comparaison 2 à- 41 1 7 _ ___ 7 _-F 646 F 64 64 7 G 7 C O '"64 64 70 64 641 I It 0,3 0,2 0,003 0,4 0,2 0,0015 l ( 0,4 0,2 0,003 @ __ 0,5 0,2 0,0015 o Il Il Il Il II il Il Il Il Il Il II i I II Il Il Il II il Il II Il Il Il Il Il Il Il il il II II 0,4 I 0,2 0,04 0 o 44 49 51 52 "i 43 à m mm Tableau 1mm m i *i Tableau 1. 0,4 0,2 0,0 O ( e 0,4 0,2 0,04 X 0,4 0,04 0,4 0,02 1200 ' X, tut -i r N M o J- Ia., U 1 LO ss 0 % U 1 0 % R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Procédé de fabrication de papier cou- ché par application d'une composition d'une couche d'en- duit sur un papier de base alimenté en régime continu, grâce à une lame à enduire, procédé caractérisé en ce- qu'il consiste à utiliser une lame flexible ( 2) pressée contre un rouleau d'appui ( 1) par un support ( 3) placé de l'autre côté du rouleau d'appui ( 1) par rapport à la lame ( 2), de façon que cette lame ( 2) soit courbée et que le bord avant de celle-ci soit en contact de pression con- tre le rouleau d'appui ( 1), la surface courbe de cette lame ( 2) courbée étant maintenue à l'intérieur d'une zone définie par les formules suivantes Y > 0,03 x y lame ( 2) et le rouleau d'appui ( 1), l'axe X étant la tan- gente du rouleau d'appui ( 1) au point d'origine, et l'axe Y étant perpendiculaire à cette tangente en ce point, et en ce qu'un intervalle de temps de 0,0005 à 0,015 seconde entre le moment o un excès de composition de la couche d'enduit est appliqué au papier de base, et le moment o le surplus de cette composition est raclé par la lame. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface courbe de la lame courbe ( 2) est maintenue à l'intérieur d'une zone définie par les formules suivantes Y > 0,03 x 2; Y 0,3 x; Y revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il existe un intervalle de temps de 0,001 à 0,01 seconde entre le moment o un excès de composition de la couche d'enduit est appliqué au papier de base et le moment o le surplus de cette composition est raclé par la lame. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la composition de la couche d'enduit présente une concentration de 60 à % en poids.