rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Impression des papiers à forte teneur en minéraux
Chercheurs : Martin Dubé et François Drolet
Collaborateurs : Patrice Mangin (CIPP, Trois-Rivières) et Jean-Francis Bloch (INP Grenoble)
Contact : Martin Dubé; martin.dube@cipp.ca; www.uqtr.ca/~dubma
Nous étudions l’influence de la structure microscopique de la feuille sur le comportement des
encres à la surface du papier de même que son impact sur la qualité d’impression. Une part
importante de notre étude traite des papiers à haute teneur en charge minérale qui contiennent
moins de fibres de bois et coûtent moins cher à produire.
82 | RQMP | projets | Fabrication et caractérisation de nouveaux matériaux
L’industrie des pâtes et papiers traverse présentement une
période de transformation caractérisée par un déplacement de
la production vers des papiers à forte valeur ajoutée comme
les papiers intelligents ou bioactifs. Il est également possible
de diminuer les coûts de production des papiers traditionnels
en y ajoutant une proportion de pigments minéraux, tels l’argile
et le carbonate de calcium. L’augmentation du taux de minéraux
dans le papier (jusqu’à 50 % de la masse totale) ne doit
cependant pas se faire au détriment des propriétés mécaniques
de la feuille ou de la qualité d’impression que l’on peut
en obtenir.
La qualité d’impression est un attribut fondamental des papiers
d’impression. Il est cependant difficile de la définir ou de la
mesurer précisément puisqu’elle dépend de l’interprétation
subjective d’un observateur humain. Bien qu’il existe plusieurs
modèles de la qualité d’impression, aucun ne peut prédire de
façon directe l’influence de la structure de la feuille ou de sa
composition sur la qualité de l’imprimé. Un tel modèle nécessite
d’abord une compréhension détaillée des interactions
entre l’encre et le papier.
Au cours des dernières années, nous avons développé un
modèle microscopique permettant d’étudier l’écoulement d’un
liquide à la surface d’une structure de papier lors du procédé
d’impression. La structure de la feuille peut être simulée à
l’aide d’un réseau de fibres ou reconstruite directement par
microtomographie aux rayons X. Une première étude portant
sur le transfert de l’encre dans un réseau de capillaires nous a
permis de mettre en évidence l’importance de la structure de
pores du substrat. En particulier, nos résultats montrent qu’à
porosité constante, la quantité de fluide transférée augmente
lorsque la taille des pores diminue. Ce résultat s’explique en
partie par une augmentation des forces capillaires.
Plus récemment, notre intérêt s’est porté sur le procédé d’impression
par jet d’encre. Nous avons débuté l’étude de l’étalement
et de la pénétration d’une goutte de quelques picolitres
placée à la surface d’un réseau fibreux en trois dimensions (voir
la figure accompagnant le texte). L’objectif de ce travail est de
mieux comprendre comment l’écoulement du liquide près de
la surface du papier est influencé par des facteurs tels :
• La teneur en minéraux de la feuille et l’uniformité
de sa distribution
• L’énergie de surface des fibres et des particules minérales
• Le niveau de calandrage de la feuille (qui influence sa
porosité et la rugosité de sa surface)
Pour ce faire, nous simulerons plusieurs structures ayant des
densités et des teneurs en minéraux différentes. Il est aussi
possible d’utiliser la structure de véritables échantillons obtenue
par microtomographie aux rayons X. La présence d’agents
d’encollage à la surface du papier sera simulée en modifiant
les propriétés de mouillage des fibres. La qualité d’impression
sera évaluée à partir de la distribution de l’encre à la surface
et à l’intérieur du papier (élargissement et rondeur du point,
proportion de l’encre à la surface,…). Il sera aussi possible
d’étudier l’effet de la densité d’impression sur la qualité de l’imprimé
en plaçant successivement plusieurs gouttes de liquide
à la surface du papier.
Références
• “A stochastic structure model for predicting sheet consolidation and print
uniformity”, F. Drolet et T. Uesaka,
Advances in Paper Science and Technology: 13 th fundamental research
symposium, Cambridge, 11-16 Sept. 2005, édité par S J I’Anson, vol. 2,
pp 1139-11544.
• “Fundamental Questions on Print Quality”, P. Mangin et M. Dubé,
Image Quality and System Performance III, Luke C. Cui; Yoichi Miyake,
Editors, Proceedings Vol. 6059, 605901 (2006).
• “Hydrodynamics of Fluid Transfer”, M. Dubé, F. Drolet, C. Daneault et P. Mangin,
Journal of Pulp and Paper Science (sous presse, 2008).