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Vous êtes ici : Accueil > Technique > Consommables > La solution de mouillage dans le procédé offset (3-2)          Révision : 29 novembre 2000
La solution de mouillage dans le procédé offset
Bernard Pineaux - EFPG
(juillet 1998)
 
III - Les composants de la solution de mouillage (suite)
 
3.2 L'acide, le tampon et le désensibilisant [Début chapitre] [Sommaire dossier]
3.2.1 Le désensibilisant

Du fait de son énergie de surface élevée (60 à 70 mN/m), la surface non imprimante de la plaque doit être "désensibilisée", c'est-à-dire rendue peu sensible à l'étalement d'encre. Cette désensibilisation doit être maintenue durant la mise en oeuvre du procédé offset : c'est le rôle du désensibilisant, mais également de l'acide. Senefelder avait déjà remarqué qu'une combinaison d'acide phosphorique et de gomme arabique permettait d'atteindre d'excellentes performances en lithographie [MacPhee, 1988].

La gomme arabique comprend d'une part une partie hydrophile, et d'autre part des groupements carboxyles (­COOH) : ces derniers s'adsorbent à la surface d'oxyde d'aluminium, en réagissant avec les groupes hydroxydes (­OH) qui y subsistent [Hodgson, 1987]. Ainsi, la gomme arabique constitue un film protecteur, préservant la surface d'alumine d'une oxydation éventuelle. C'est également pour cette raison que l'on gomme les plaques avant impression ; la gomme arabique présente sur les zones imprimantes demeurera soluble, et sera donc évacuée durant l'impression. De plus, la surface non imprimante de la plaque, ainsi recouverte de gomme arabique, présente aux rouleaux toucheurs mouilleurs la face hydrophile du film de gomme, et améliore par conséquent sa mouillabilité.

La faible résistance mécanique du film de gomme arabique impose de le renouveler régulièrement durant la mise en oeuvre du procédé offset. C'est pourquoi cet ingrédient se trouve dans l'additif de mouillage.

La réaction d'adsorption de la gomme arabique est favorisée par la présence d'un acide organique doux, qui génère d'autres groupements carboxyles [Hodgson, 1987]. Un autre auteur [MacPhee, 1988] cite une interprétation du rôle de l'acidité dans le fonctionnement de la gomme arabique : l'acide arabique, formé par la réaction de la gomme arabique avec l'acide phosphorique, s'adsorberait plus fortement à la surface d'oxyde d'aluminium [Ostrander, 1987]. Johnson [Johnson, 1997] confirme cette interprétation.

La gomme arabique est un polymère solide d'origine naturelle. De ce fait, elle présente deux inconvénients :

   une relative irrégularité dans la qualité des approvisionnements [MacPhee, 1988] ;
  un risque d'accumulation dans les systèmes de mouillage (sans contact) à brosse, ou de bouchage des buses dans les systèmes de mouillage (sans contact) à pulvérisation. Dans ce cas, on la remplace par du glycérol, qui présente l'avantage supplémentaire de contribuer à lubrifier les rouleaux, ou par une gomme synthétique, de qualité plus consistante [1, 1996].
3.2.2 L'acide

L'acide phosphorique continue à être largement utilisé. Il est en effet moins corrosif que d'autres acides équivalents [2, 1983 ; Page, 1984 ; Zanon & Charrier, 1990]. Cependant, les ions phosphates peuvent empoisonner les catalyseurs présents dans certains systèmes de traitement des composés organiques volatils émis dans les fours de séchage des rotatives heat set [MacPhee, 1988]. D'où l'emploi d'acide citrique, ou d'acide succinique.

 
3.2.3 Le tampon

Comme nous le verrons par la suite (§ 4.1), étant donné le nombre important d'ingrédients dans un additif de mouillage et la variabilité de l'eau à laquelle on va l'ajouter, il est essentiel de pouvoir maintenir le pH à une valeur à peu près constante pendant l'impression. Cette valeur sera naturellement ajustée de manière à optimiser le fonctionnement de l'additif.

C'est le rôle de la solution tampon, dans laquelle on peut générer ou neutraliser des ions H3O+(par addition d'acide ou de base) sans changer notablement le pH. C'est le cas d'une solution contenant un acide et sa base conjuguée. Par exemple, on peut constituer une solution tampon en mélangeant un acide et l'un de ses sels complètement dissocié [Charlot, 1969].

Dans notre cas de figure (solution de mouillage acide), on pourra utiliser une combinaison d'acide phosphorique et de phosphates ou de citrates de sodium [Page, 1984].

 
3.3 Le(s) tensio-actif(s) [Début chapitre] [Sommaire dossier]
3.3.1 Rôles

Le rôle premier du ou des tensioactif(s) incorporé(s) dans la solution de mouillage est d'abaisser sa tension superficielle, afin d'améliorer le mouillage des zones non imprimantes de la plaque. Ce rôle s'exprime à la fois dans un mode statique et un mode dynamique. En effet, il s'agit :

   de maintenir un film de solution de mouillage aussi fin que possible à la surface des zones non imprimantes lorsque la machine est à l'arrêt ou tourne à très faible vitesse (mode statique) ;
  d'assurer un mouillage rapide et régulier de cette même plaque lorsque la machine tourne à pleine vitesse (mode dynamique).
Par ailleurs, le ou les tensioactif(s) peu(ven)t réduire le travail nécessaire à la création de petites gouttelettes de solution de mouillage dans l'encre lors de l'émulsionnement [Laufs, 1995]. Il faut donc veiller à ce qu'il(s) ne favorise(nt) pas l'émulsionnement de l'encre dans la solution de mouillage [Leach & al., 1993].
3.3.2 Les différents types

On a étudié précédemment le cas particulier de l'isopropanol, sur lequel nous ne reviendrons donc pas.

Les tensioactifs contiennent normalement des groupements polaires et non polaires dans la même molécule. C'est la portion ionique de cette dernière qui divise les tensioactifs en trois catégories : les tensioactifs anioniques (qui possèdent une charge négative), les tensioactifs cationiques (où la charge positive est prédominante), et les tensioactifs non-ioniques. On trouve également des tensioactifs amphotères, qui possèdent à la fois des centres de charge positifs et négatifs.

   Les tensioactifs anioniques et cationiques sont utilisés dans la formulation d'encres, par exemple pour mieux disperser des pigments dans des véhicules non polaires. Les tensioactifs amphotères contiennent des charges positives et négatives centrales et équilibrées, et peuvent par conséquent se comporter comme des tensioactifs anioniques ou cationiques selon leurs conditions d'utilisation, et en particulier selon le pH du milieu.
  Les tensioactifs non-ioniques ne possèdent pas de charge électrique résiduelle. Des molécules dont une partie est lyophile (c'est-à-dire, aimant le solvant) et l'autre lyophobe peuvent se comporter comme des tensioactifs bien qu'elles soient non-ioniques.

Les tensioactifs utilisés dans les additifs de mouillage sont le plus souvent non-ioniques [Laufs, 1995]. Un auteur recommande de proscrire "absolument" les tensioactifs anioniques et cationiques, car ils entraînent de graves risques d'émulsionnement de l'encre ou de désensibilisation de la plaque [2, 1983]. Un exemple typique de tensioactif non-ionique est le polyoxyde d'éthylène-polyoxyde de propylène (POE-POP). Sa formule chimique est :

où :

représente n unités d'oxyde d'éthylène (éthoxylates), et où :

représente p unités d'oxyde de propylène (propoxylates).

La longueur des molécules de POE-POP, ainsi que la proportion d'unités éthoxylates et propoxylates dans chaque molécule, peuvent être modifiées. Les copolymères POE-POP vendus dans le commerce peuvent donc se présenter sous forme de liquide visqueux ou de solide [1, 1996].

3.3.3 La valeur HLB

Dans une molécule de POE-POP, les unités éthoxylates sont hydrophiles. Les unités propoxylates sont moins hydrophiles que ces dernières, car elles contiennent une proportion moindre d'oxygène. De ce fait, l'aptitude du POE-POP à se disperser dans l'eau de la solution de mouillage va dépendre du nombre et de la proportion de ces deux types d'unités, ainsi que de la masse moléculaire moyenne [Ibid.].

C'est pourquoi on caractérise les tensioactifs non-ioniques tels que le POE-POP par leur valeur HLB. HLB vient de l'anglais "Hydrophile-Lipophile Balance", c'est-à-dire l'équilibre entre la partie hydrophile et la partie lipophile de la molécule. La valeur HLB peut se calculer à partir de la formule empirique :

HLB = 7 + (nombres de groupe hydrophiles) - (nombres de groupe lipophiles)  [10]

A chaque unité est associé un nombre de groupe qu'il faut additionner, dans le calcul de la valeur HLB, autant de fois que cette unité apparaît dans la molécule.

Dans le cas du POE-POP, l'unité éthoxylate constitue la partie hydrophile. Son nombre de groupe est 0,33. Celui des unités lipophiles (propoxylates) est 0,475. Il est évident qu'on ne comptera pas comme groupements lipophiles les unités - CH2 - présentes dans les groupements éthoxylates, puisque ces dernières sont déjà prises en compte dans la somme des nombres de groupe hydrophiles [Shinoda & Friberg, 1986].

Par exemple : un additif de valeur HLB égale à 3 tendra à rester à la surface de la solution de mouillage et sera de ce fait plus efficace en mode statique (par exemple, lorsque la presse est arrêtée). Un additif de valeur HLB égale à 29, plus hydrophile, sera plus soluble et donc plus "disponible" dans la masse. Il pourra donc agir sur une surface plus étendue que le tensioactif de valeur HLB égale à 3, et générera par conséquent davantage de mousse [1, 1996].

 

3.4 Le(s) biocide(s) [Début chapitre] [Sommaire dossier]

Les micro-organismes génèrent des odeurs nauséabondes, des dépôts dans le système de mouillage, et peuvent entraîner un bouchage des canalisations (ou des buses, dans le cas d'un système à pulvérisation) [Laufs, 1995]. Pour éviter ces inconvénients, on ajoute à l'additif de mouillage un ou plusieurs biocide(s).

 

Les biocides doivent avoir un effet immédiat de désinfection, et un effet préventif empêchant les développements de micro-organismes à moyen terme. Par ailleurs, ils doivent également respecter les législations en vigueur, c'est-à-dire :

   être utilisables pour la fabrication de cosmétiques ;
  ne pas contenir de formaldéhyde ;
  ne pas contenir de métaux lourds [Ibid.].
 
3.5 L'inhibiteur de corrosion [Début chapitre] [Sommaire dossier]
3.5.1 Rappels théoriques sur la corrosion électrochimique

La corrosion est la dégradation dans le temps d'un matériau par réaction à son environnement (et éventuellement son utilisation), qui altère son fonctionnement et sa durée de vie) [Landolt, 1993].

Les métaux ne sont pas stables dans l'eau et tendent à s'y dissoudre : par exemple, lorsque de l'acier est plongé dans l'eau, des ions du fer, à l'interface eau/métal, tendent à quitter ce dernier pour migrer dans le liquide. L'excédent d'électrons demeure à la surface du métal, près du point de corrosion. Si bien que des ions de fer (chargés positivement) vont s'accumuler dans le liquide, près des électrons du solide. Sous l'action du champ électrique grandissant ainsi formé, les ions du fer vont avoir de plus en plus de difficulté à migrer dans le liquide, jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint. Une électrode a ainsi été créée : son potentiel dépendra de l'aptitude du métal à se dissoudre.

Cependant, on n'atteint pas un tel équilibre en pratique. Cela implique qu'un second couple (le premier étant constitué par le métal et ses ions dissous) est capable de consommer les électrons dans la solution. Deux cas se présentent.

   Si l'eau ne contient pas d'oxygène dissous, ce second couple est constitué d'ions hydronium et d'hydrogène. Il agit selon la réaction de réduction :
[11]
Le métal M, quant à lui, subira une oxydation selon la réaction :
[12]
On parle alors de corrosion hydrogène ou corrosion acide [Mayet, 1994]. L'électropositivité du métal peut se mesurer par le potentiel , donné par l'équation de Nernst :
[13]
est le potentiel normal de réduction,l'activité des ions Mn+ en solution, R la constante des gaz parfaits (R= 8,31 J.mol-1.K-1), T la température absolue, et F la constante de Faraday (F = 96 487 C.mol-1) [Tardat-Henry & Beaudry, 1992].
L'équation [13] peut s'écrire, à 25°C :
[14]
   Si l'eau contient en plus de l'oxygène dissous, ce dernier consommera les électrons selon la réaction de réduction :
[15]
La réaction d'oxydation du métal reste la même. On parle de corrosion en présence d'oxygène.

Le métal corrodé constitue l'anode de la "pile" ainsi formée, tandis que les ions hydronium ou l'oxygène dissous en constituent la cathode. La différence de potentiel entre ces deux couples générera le courant de corrosion.

Remarque : une réaction de corrosion thermodynamiquement possible (c'est-à-dire, dans notre cas, possible en raison d'une différence de potentiels) ne va pas nécessairement se produire à vitesse appréciable. En effet, il faut de plus que la cinétique de réaction soit suffisante pour que la corrosion soit effective [Landolt, 1993].

3.5.2 Application à l'offset

Les presses offset sont exposées à de nombreux produits susceptibles de les corroder (produits de nettoyage parfois très acides, de gommage, solutions de mouillage). Par ailleurs, certains éléments des groupes d'impression subissent des contraintes (frottements, déformations) qui peuvent accélérer les phénomènes de corrosion. La superposition de métaux différents sur les cylindres, ainsi que la condensation, peuvent aussi entraîner une corrosion. Nous nous intéresserons à la corrosion éventuellement engendrée par la solution de mouillage.

La corrosion va d'abord perturber le fonctionnement de la presse (repérage, "manques" dans les impressions en raison d'usures locales). Puis elle entraînera des arrêts de production, et éventuellement le remplacement de certains éléments de machine (engendrant des coûts et des arrêts supplémentaires). Les éléments les plus exposés aux risques de corrosion sont les cylindres porte-plaque (en acier ou en nickel) et porte-blanchet (en acier ou en nickel), les cordons (en acier), ainsi que les systèmes d'encrage et, naturellement, de mouillage [Rowlands, 1991 ; Uhlemayr, 1992].

On peut citer quelques exemples de phénomènes de corrosion sur presse [Uhlemayr, 1992] :

   une forte teneur en ions chlorure de l'eau dans la solution de mouillage pourra produire des piqûres à la surface des aciers ;
  des dépôts à la surface d'un métal pourront entraîner des fissures, en raison d'une aération différentielle (sous les dépôts et autour) ;
  les effets mécaniques (contraintes, vibrations, usure), combinés aux actions électrochimiques de produits corrosifs, accéléreront la corrosion des éléments du groupe imprimant.

Cette liste n'est pas exhaustive et il faut bien comprendre que la solution de mouillage n'est jamais la seule responsable des phénomènes de corrosion sur presse. Même les encres et le papier utilisés peuvent jouer un rôle dans ces derniers [Stallmann, 1985]. Cependant, la solution de mouillage prend une importance particulière du fait que les éléments du groupe d'impression y sont exposés de manière prolongée. De plus, les éventuels encrassements et développements bactériens tendent à aggraver la corrosion [MacPhee, 1988 ; Rowlands, 1991 ; Stallmann, 1985 ; Uhlemayr, 1992].

C'est pourquoi un additif de mouillage acide contiendra toujours un inhibiteur de corrosion.

3.5.3 Les différents types d'inhibiteurs de corrosion

En travaillant sur des presses rapides et avec des additifs de mouillage acides, l'imprimeur offset se trouve dans le cas où la solution de mouillage contient à la fois des ions hydronium et de l'oxygène dissous (les turbulences favorisent et entretiennent la dissolution de l'oxygène). Les risques de corrosion qui en résultent seront aggravés par la présence d'ions chlorure dans l'eau d'alimentation.

Afin de ralentir ou de prévenir les phénomènes de corrosion dus à une solution de mouillage acide, on peut recourir à deux méthodes principales :

   l'utilisation d'un film hydrophobe (tel qu'une huile anticorrosion). Il agit en empêchant la solution de mouillage (ou tout autre produit corrosif) d'atteindre la surface métallique. On l'applique sur les cylindres porte-plaque et porte-blanchet ;
  l'utilisation d'un inhibiteur de corrosion au sein de l'additif de mouillage. Ce dernier peut fonctionner de plusieurs manières, par action filmogène :
   en constituant une couche protectrice qui interdit l'accès de la surface métallique à l'oxygène et aux ions hydronium. C'est l'inhibition cathodique ;
  en constituant une couche protectrice qui bloque les centres actifs à la surface métallique. C'est l'inhibition anodique [Laufs, 1995].

Les inhibiteurs cathodiques sont des isolants électriques qui s'opposent au passage des électrons, et donc à la poursuite de la corrosion. Le carbonate de calcium peut jouer ce rôle à froid, à condition que l'eau contienne de l'oxygène dissous (au moins 4 à 5 mg/l à température ambiante), des concentrations suffisantes en Ca2+ et HCO3- (au moins 1,2 à 1,8 meq/l) et ne contienne pas ou peu de CO2 agressif (en général, moins de 5 mg/l).

Un ajout de polyphosphates (à des doses de 2 à 5 g/m3) améliore l'adhérence des dépôts carbonatés, facilite leur étalement latéral et limite leur croissance en épaisseur [Mayet, 1994].

Les inhibiteurs anodiques sont des composés chimiques qui, par réaction avec les seuls ions du métal subissant la corrosion, ou bien par réaction avec ces ions et d'autres ions contenus dans l'eau (Ca2+ en particulier), sont capables de former un dépôt protecteur sur les surfaces anodes des systèmes de corrosion. Il s'agit principalement des orthophosphates, polyphosphates, et silicates [Ibid.].

En milieu acide, de nombreux inhibiteurs organiques fonctionnent en s'adsorbant à la surface du métal. D'autre types d'inhibiteurs (tels que le tolyltriazol) agissent en formant un complexe avec les ions métalliques : en précipitant à la surface du métal, le complexe forme une couche protectrice [1, 1996].

 
 
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