Méthode de vernissage UV sur encres d'imprimerie classiques
1. La racle fermée assure une épaisseur de film d'encre uniforme. Manroland, en collaboration avec ses clients et partenaires fournisseurs, a développé en 1993 la méthode de la racle fermée, qui garantit une épaisseur extrêmement uniforme du revêtement de vernis. Des rouleaux anilox de différentes capacités permettent d'obtenir une quantité précise de vernis, de manière reproductible. La quantité de produit appliquée par le rouleau varie selon le travail ; la norme habituelle se situe entre 6 et 30 cm3 par mètre carré. En pratique, seulement 25 à 35 % de cette capacité nominale de produit humide est transférée sur la surface du support. Les différentes linéatures de la surface du rouleau anilox permettent à la machine de transférer des quantités de produit adaptées aux exigences. Un bon système de circulation est un facteur important. La qualité constante du revêtement dépend de l'apport de produit, de la quantité stockée, du principe de pompage, ainsi que de la stabilité de la température ; ces facteurs doivent être adaptés au groupe de vernissage utilisé.
2. Mesure de la brillance par lumière réfléchie. On peut choisir un angle de réflexion pour mesurer la brillance. Une surface miroir réfléchit 100 % de la lumière. Comme la surface du revêtement ne réfléchit qu'une partie de la lumière, il faut choisir l'angle de mesure en fonction du degré de brillance, afin d'obtenir des données fiables sur les variations de brillance. L'angle de mesure est très important, car les pigments pénètrent en profondeur et se dispersent. L'œil humain réagit plus fortement à la brillance sur fond noir. 3. Test de résistance aux rayures et d'adhérence. La résistance aux rayures et l'adhérence du revêtement sont des facteurs importants du processus de finition, et aussi de la durabilité de l'imprimé. Les utilisateurs jugent parfois ces caractéristiques par des méthodes non scientifiques, comme gratter avec l'ongle ou tester avec du ruban adhésif. Ce sont des méthodes subjectives, qui dépendent principalement de l'appréciation de chaque client, sans données mesurables, mais qui peuvent servir de référence. Sans conditions de test objectives, l'adhérence du revêtement, si elle ne reste pas stable après plusieurs jours, ne peut se maintenir que quelques heures. Pendant ce temps, l'encre sèche par oxydation, ce qui génère des gaz qui s'accumulent entre la couche d'encre et la couche de vernis, détruisant l'adhérence. Il est donc raisonnable de vérifier l'adhérence seulement plusieurs jours après l'impression. L'acétone convient parfaitement pour tester le degré de durcissement des revêtements UV. La méthode consiste à frotter la surface du revêtement avec un chiffon imbibé d'acétone ; si le durcissement est insuffisant, le revêtement se dissout. L'association allemande de l'imprimerie (FOGRA) recommande des dispositifs de test pour vérifier la résistance à l'arrachement et à l'agglomération. La résistance des imprimés peut être testée selon les méthodes des normes industrielles allemandes DIN 16524 et DIN 16525.
4. Le support est un élément fondamental. Les facteurs importants influençant l'effet du vernissage sont le matériau de base, la méthode d'application par la machine, ainsi que la qualité et l'uniformité de ces facteurs. Dans nos tests, nous avons utilisé huit supports de qualités différentes, y compris des matériaux recyclés (GT et GD) et des matériaux à fibres vierges (GC). Ces matériaux diffèrent non seulement par leur grade, mais aussi par la qualité de l'application machine. On effectue généralement deux ou trois applications machine, avec des outils tels que rouleau racle, brosse à air, lame d'air et machine à enduire. (Note : pour éviter toute confusion, nous devons distinguer les différents revêtements. Le revêtement appliqué en papeterie sur le papier ou le carton (pigments) et le revêtement qui améliore l'effet de l'imprimé, c'est-à-dire le vernis, sont différents. Pour réaliser une série de tests utiles dans des conditions identiques, l'épaisseur de chaque matériau utilisé était la même. Sur les papiers de différents grades, le nombre d'applications de pigment a une influence notable sur la qualité. Les matériaux recyclés avec deux applications machine donnent un résultat bien inférieur à celui obtenu avec trois applications machine. Le carton fabriqué à partir de fibres vierges, enduit seulement deux fois puis encollé, présente une surface lisse avec une brillance comparable à celle d'un carton enduit trois fois. La dureté de la surface appliquée en machine influence également la brillance : un outil d'enduction dur produit une surface plus lisse et augmente la brillance. Il n'est pas utile de prédire la brillance possible à partir de l'absorption d'eau et d'huile. En laboratoire, après traitement de vernissage, les caractéristiques de brillance des cartons de différents grades sont plus pertinentes qu'un vernissage UV en ligne. Selon la quantité d'encre et de vernis utilisée, les propriétés du support lui-même ont une influence assez importante sur le degré de brillance. La planéité et l'absorption de la surface enduite de pigment déterminent l'effet du revêtement. Les cartons de grade élevé ont une planéité de surface constante, bien que de légères variations soient inévitables, en particulier pour les cartons fabriqués à partir de matières premières naturelles, ce qui affecte aussi la brillance. Le grade du carton influence le résultat jusqu'à 30 %. Il faut noter que, même si l'augmentation de la quantité de vernis peut réduire les différences de brillance, ce test est indépendant du grade du vernis (car des vernis de différents fabricants ont été utilisés).
D'autre part, un carton enduit trois fois en machine, avec la même quantité de vernis à chaque fois, permet d'obtenir une surface plus lisse. Les différences entre les matériaux enduits trois fois en machine peuvent s'expliquer par la formulation du pigment d'enduction, l'outil d'enduction et l'ordre de traitement.
5. Le choix d'une encre appropriée est très important. L'encre a deux effets néfastes sur le revêtement de vernis : en raison de la répulsion de l'encre, l'humidité du vernis de fond dispersé sur les zones imprimées de la feuille ne peut pas être suffisamment absorbée par le support. Par conséquent, le degré de mélange entre l'encre et le vernis dépend de la viscosité des deux. L'encre fraîchement imprimée commence son processus de séchage ; même si la deuxième couche de vernis UV a durci, son séchage se poursuit en dessous. Cela peut entraîner une déformation de la surface du revêtement et peut être affecté par les produits de l'oxydation. Ces réactions réduisent la brillance et détruisent l'adhérence. En raison de ces interactions, la brillance du vernissage UV dépend principalement du type d'encre choisi. Pour garantir une certaine brillance, il faut utiliser des encres à absorption rapide. Cependant, cela peut produire des taches d'encre, limitant la quantité absorbée. Lorsque la première unité d'impression utilise une encre à absorption très rapide, dans les unités suivantes, l'encre se divise et se transfère sur le blanchet, produisant des taches. Il faut donc traiter chaque cas séparément. Pendant l'impression, il faut utiliser le moins possible de solution de mouillage, ce qui réduit l'accumulation d'encre sur le blanchet et diminue le risque de taches. L'encre choisie a également une certaine relation avec le maculage au verso dans la pile de réception.
6. Le matériau de fond. Pour le vernissage UV en ligne sur encre classique, on utilise généralement d'abord un vernis de fond dispersé. L'encre offset classique et le vernis UV sont des produits chimiques incompatibles, et cette couche intermédiaire doit être appliquée sur la feuille en très peu de temps, en mouillé sur mouillé. La solution synthétique dispersée à base d'eau contient 40 à 45 % de solides ; sa viscosité varie avec la température et peut être ajustée par ajout d'eau. Une fois le vernis dispersé appliqué sur la feuille, une quantité importante d'eau doit être absorbée par le support, une partie s'évapore. C'est seulement alors que le polymère commence son action de liaison, formant un film de vernis dense. Ainsi, dans le processus de production en ligne, le matériau de fond doit sécher le plus rapidement possible. La vitesse de séchage atteignable, la flexibilité, la capacité de pénétration, le pouvoir de superposition, la viscosité, la brillance et l'adhérence dépendent du matériau de base et des additifs utilisés. L'utilisation de différents types de matériaux de fond et l'augmentation des quantités montrent clairement l'importance de la fonction du matériau de fond. En particulier sur les surfaces à fort taux de couverture d'encre, l'influence du matériau de fond est plus marquée. En remplaçant un rouleau anilox de 13 cm3/m2 par un rouleau de 18 cm3/m2, le revêtement UV est plus lisse et la brillance plus élevée. Cela est particulièrement visible sur les surfaces à fort taux de couverture. Nous identifions facilement l'influence des différents types de matériaux de fond. Une déformation importante sur une surface à 200 % de couverture ne se produit qu'avec un matériau de fond souple. Un matériau de fond dur présente déjà une surface lisse avant le vernissage UV. Cependant, la résistance aux rayures diminue. Plus la quantité utilisée est faible, plus l'influence du type de matériau de fond est grande. Ces tests montrent clairement que le séchage entre les groupes de vernissage est extrêmement important. Si, avant le vernissage UV, le temps et le degré de séchage sont insuffisants, même avec le meilleur matériau de fond et la meilleure quantité, on ne peut pas atteindre une brillance optimale. Par conséquent, pour un vernissage avec deux groupes de vernissage, il est recommandé d'utiliser un module de séchage prolongé.
7. Les vernis UV. Actuellement, en offset, on utilise souvent des revêtements UV durcissant par voie chimique. Ces vernis UV contiennent des liants, des diluants réactifs et des photo-initiateurs. Sous l'irradiation UV, une réaction de réticulation se produit, durcissant le vernis. La lumière UV fait libérer des radicaux chimiques par le photo-initiateur, provoquant la polymérisation des acrylates et formant un réseau de longues chaînes. L'oxygène inhibe cette réaction. Pour les vernis durcissant par voie cationique, la lumière UV provoque la formation d'ions, une réaction en chaîne formant le durcissement. En raison de la continuité du durcissement, bien que la vitesse soit plus lente, le durcissement peut être complet. Les méthodes de vernissage UV à durcissement cationique sont souvent utilisées pour les emballages alimentaires, car elles sont inodores et durcissent complètement. Nos tests portent principalement sur les revêtements UV durcissant par voie chimique. L'augmentation de la quantité de vernis UV améliore la brillance, mais l'effet est moins bon que l'augmentation de la quantité de matériau de fond.
Lors des tests, en augmentant la quantité de vernis UV de 20 cm3/m2 à 30 cm3/m2, la brillance augmente d'au moins 10 points, quel que soit le taux de couverture d'encre.
Pour déterminer la quantité de vernis UV, il ne faut pas oublier qu'en raison de la viscosité, une quantité trop importante rend l'application difficile. Chauffer le vernis UV à 40 °C améliore la fluidité et augmente la brillance. De plus, la géométrie du rouleau anilox influence l'écoulement du vernis. Outre la capacité, le nombre de lignes intervient. Seul un revêtement sans bulles peut produire un bon effet de brillance. Lorsque les alvéoles du rouleau anilox sont remplies de vernis, de fines bulles se forment dans le vernis. On peut y remédier en ajoutant un agent anti-mousse, combiné à un système de circulation du vernis bien conçu, pour éviter de trop agiter le vernis.
8. Le séchage est essentiel. En quelques secondes, les matériaux donnant couleur et brillance sont appliqués sur le support. Bien que les fournisseurs s'efforcent de faire passer rapidement ces films de l'état liquide à l'état solide, l'impression à grande vitesse impose des limites. Le processus de vernissage doit donc être soutenu par la méthode de séchage choisie. ① Le séchage dépend de la vitesse de production. Une production rapide est bien sûr souhaitable, mais il faut garder à l'esprit que les méthodes de séchage décrites ne sont que des aides au séchage. À mesure que la vitesse de production augmente, le séchage et le durcissement complets deviennent difficiles. Après l'impression, cela provoque directement une réaction entre le recto et le verso des feuilles dans la pile de réception ; si cela devient visible, on parle de maculage au verso. Les caractéristiques de qualité des imprimés vernis UV ne se stabilisent qu'après plusieurs jours. Selon l'encre et le vernis utilisés, la brillance et la qualité d'adhérence peuvent encore changer après 24 heures. Mais les changements ne sont pas toujours un défaut. Pour maintenir la stabilité de la surface durcie à grande vitesse, il ne faut pas que des changements se produisent en dessous après le séchage. Les feuilles s'empilent une à une dans la pile de réception et subissent une pression considérable ; la surface de la feuille doit donc être suffisamment durcie pour ne pas être endommagée par le contact avec le verso de la feuille précédente. Cette surface durcie est obtenue par une énergie lumineuse appropriée du dispositif de séchage UV. Le séchage augmente la température de la pile de réception, ce qui provoque un maculage au verso, voire un collage des feuilles. Il est donc essentiel d'appliquer l'énergie de séchage appropriée au bon moment. Ainsi, après les unités d'impression et de vernissage, des lampes infrarouges (IR) sont vraiment nécessaires, assistées d'air froid et chaud et d'aspiration. Il est recommandé d'utiliser deux modules de séchage prolongé de type transfert entre les deux groupes de vernissage. Si l'on pense que seul le temps de séchage détermine l'effet de brillance, ajouter un module de transfert entre les deux groupes de vernissage permet d'augmenter la vitesse de production de 40 % sans affecter la brillance. L'énergie de sortie du dispositif de séchage doit correspondre à la vitesse de production. L'énergie de sortie UV doit suivre la vitesse de la presse, mais selon une relation non linéaire. L'énergie de sortie IR suit un mode linéaire. Lorsque la vitesse de la presse augmente, la brillance diminue en fonction du taux de couverture d'encre.
Comme mentionné ci-dessus, l'intervalle de temps entre l'application de chaque couche détermine la formation d'une base stable. Le papier se déplace entre les groupes d'impression à une vitesse de 10 000 feuilles par heure ; l'encre n'a que moins d'une seconde pour pénétrer dans le papier. Ces tests montrent que, dans des conditions de production normales, en comparant la brillance de l'encre imprimée sur le premier et le dernier groupe d'impression, celle du dernier groupe est moins bonne. Ces observations peuvent servir de référence pour organiser la mise en page et déterminer l'ordre des couleurs d'impression. Cependant, lors de l'impression avec des encres classiques, la brillance diminue à mesure que la vitesse d'impression augmente ; ce problème inhérent à l'encre est un fait qu'on ne peut pas dissimuler. Comme indiqué, une combinaison sélective d'encre, de vernis et de dispositif de séchage permet de réduire au minimum la perte de qualité.