Le projet de recyclage multiple de l`université technologique de

SYMPOSIUM DE L’IFRA
Test d’abrasion à 1.0 g/m2
Encre 1
Encre 2
Encre 3
Papier no.
Densités de maculage par essuyage sur papier témoin de trois
encres différentes sur divers types de papier journal (10-17).
papier. Incontestablement, le maculage par contact mesuré
sur le papier de contre-pression est plus important sur la
papier à base de fibres fraîches. Ceci pourrait indiquer que
la proportion de fibres recyclées dans les papiers à base de
vieux papiers entraîne une amélioration de l’absorption. Je
ne peux pas indiquer clairement quels composants parmi
les matières premières (peut-être les charges minérales) en
sont responsables. Les mesures de la rugosité, de la
porosité et du pouvoir absorbant (par exemple le test Cobb
avec de l’huile) n’ont pas donné de résultats plausibles.
Selon l’encre d’imprimerie, les différences au niveau de
la résistance au frottement des papiers sont sensibles :
ainsi, l’encre n° 2 résiste beaucoup mieux sur tous les
papiers que l’encre n° 1. Les différences entre les diverses
catégories de papiers sont considérablement estompées à
l’utilisation de l’encre n° 2. Nous savons dans ce cas que la
proportion de résine à faible viscosité a un effet positif sur
la résistance au frottement.
Une autre encre (n° 1) provoque sur tous les papiers à
base de fibres fraîches des valeurs de maculage par essuyage
beaucoup plus mauvaises que sur les papiers contenant des
vieux papiers. On a affaire ici à un bon comportement
normal. La plus faible proportion d’éléments solides dans
cette encre entraîne sur les papiers à base de fibres fraîches
une adhésion de la couche d’encre sur le papier beaucoup
plus faible. Par contre cela n’a pas une aussi grande
incidence sur les papiers à base de vieux papiers étant donné
ayant une meilleure capacité d’absorption.
Evaluation des résultats de mesure
En résumé des résultats obtenus pendant les différents
tests et observations, on peut faire les constations suivantes :
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Pour un encrage identique, les densités d’aplat Dv
varient selon le type de papier employé. Ceci vaut pour les
papiers à base de fibres fraîches aussi bien que pour les
papiers à base de fibres recyclées. Un réglage adéquat de
l’encrage permet de réduire sensiblement ces différences.
Les papiers à base de fibres fraîches ont tendance, par
rapport aux papiers à base de vieux papiers, à un séchage
par absorption plus lent. Les encres contenant peu de
composants non volatils présentent une résistance au
maculage par essuyage plus mauvaise. Les encres avec une
plus forte proportion de composants volatils n’ont pas ce
défaut, la résistance au maculage par essuyage sur les deux
catégories de papier est identique.
Jusqu’à présent on ne peut décrire qu’indirectement, par
expérimentation au moyen de variables mesurées, l’interaction exacte des différentes caractéristiques de chaque
matériau, c’est-à-dire l’interaction précise entre les données matérielles et physiques du papier d’une part et les
caractéristiques physiques des différents composants d’encre d’autre part. Finalement, l’évaluation définitive des
possibilités d’application de telle encre combinée avec tel
papier ne peut se faire qu’en pratique. Par contre, nous
savons par expérience qu’il est tout à fait possible d’employer avec succès des papiers à base de vieux papiers et
qu’il est également possible d’imprimer des papiers à base
de fibres fraîches avec les mêmes encres en obtenant de
bons résultats.
En tout cas, il est possible d’optimiser la combinaison
encre/papier, même avec des papiers très divers. Mais
quand on pense aux différences dans la composition des
papiers signalées plus haut, il est probablement préférable
à l’avenir de parvenir à une harmonisation, voire même à
une standardisation, pour que le fabricant d’encres d’imprimerie puisse poursuivre ses recherches de manière plus
ciblée.
Le projet de recyclage multiple de
l’université technologique de Darmstadt
LOTHAR GÖTTSCHING
Institut de fabrication du papier
Université Technique de Darmstadt
Je souhaiterais parler des plus importants résultats du
projet intitulé « Projet de recyclage multiple » qui a été
mené par le département des sciences et technologies du
papier à Darmstadt et en particulier des aspects suivants :
– composition des vieux papiers selon les différents types
de papier pour la fabrication de la pâte désencrée et le
papier journal ;
– composition du papier journal fabriqué à partir de vieux
papiers suivant la répartition de l’âge des fibres ;
techniques de presse février 1997
SYMPOSIUM DE L’IFRA
Fig.1 : Répartition de l’âge des fibres dans le papier journal
fabriqué en Allemagne en 1994.
– influence du recyclage multiple sur les qualités optiques, sur les valeurs de résistance mécanique et les
qualités d’impression des papiers avec pâte mécanique ;
– calcul des caractéristiques mécaniques du papier au
cours des années.
La figure 1 indique la répartition de l’âge des fibres dans
le papier journal allemand produit en 1994, l’année de
référence. Il est possible de reconnaître quatre générations
de fibres recyclées ; les fibres vierges G0 et les plus jeunes
générations de fibres recyclées G1 et G2 représentent
96 %.
En d’autres termes : malgré une part de fibres recyclées
de 91 % en 1994 – correspondant à un taux d’utilisation de
vieux papiers de 108 % – les fibres utilisées avec les trois
générations G0, G1 et G2 sont relativement jeunes en
raison de l’importation de papier journal avec une faible
part de fibres recyclées ainsi que des papiers pour maga-
zines allemands et importés qui ne contiennent pas de
fibres recyclées.
Un autre paramètre qu’il convient de calculer est la
répartition moyenne des générations pour du papier journal
contenant des fibres recyclées. Dans notre exemple, le
nombre moyen de générations est de G = 1,16.
Observons maintenant la répartition de l’âge des fibres
dans le papier journal en l’an 2005 (figure 2). En raison de
l’utilisation croissante des fibres recyclées dans les papiers
journal allemands et importés et les papiers pour magazines, la quantité moyenne de générations de fibres augmentera et passera à G = 1,45 ; de plus, une génération
supplémentaire de vieilles fibres, G5, fera son apparition. Il
faut cependant remarquer que le pourcentage total des trois
plus jeunes générations (G0, G1, G2) sera encore supérieure à 90 %.
Enfin, le dernier modèle que j’ai appelé « Utopian » et
qui correspond à l’année 20XX est aussi très intéressant. Le
papier journal d’importation, tout comme les papiers pour
magazines allemands et d’importation, sera constitué d’une
quantité de fibres recyclées beaucoup plus élevée qu’en
l’an 2005. Néanmoins, la répartition moyenne des générations de fibres reste relativement modérée avec G = 1,79 et
la plus vieille génération devient G6. Les deux plus jeunes
générations G1 et G2 entrent pour 80 % dans la composition. Le papier journal étant basé sur une génération de pâte
désencrée à 100 %, G0 n’existe plus.
Essais de recyclage multiple
Il nous faut maintenant examiner comment se comportent les caractéristiques mécaniques du papier suivant le
nombre de générations de fibres présentes dans les pâtes
recyclées ou le papier journal recyclé. Nous avons réalisé
des tests de recyclage multiple dans notre fabrique de
Fig.2 ( à gauche) : Répartition de l’âge des fibres dans le papier journal en l’an 2005.
Fig.3 (à droite) : Modèle « Utopian » – dans ce modèle le papier journal d’importation est constitué d’une quantité de fibres
recyclées beaucoup plus élevée.
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SYMPOSIUM DE L’IFRA
La figure 4 indique que le recyclage multiple n’a pas
d’influence sur la taille des fibres : les différentes fractions
de fibre mesurées avec l’appareil de fractionnement de la
pâte McNett Classifier sont restées constantes pour toutes
les générations de fibres de G0 à G5. La seconde courbe à
partir du haut indique le pourcentage des fibres longues qui
ne passent pas à travers le tamis n° 30. Cepourcentage est
un paramètre important pour la résistance au déchirement
et la résistance à la traction. Comme vous pouvez le
constater, le recyclage multiple n’a aucune influence sur
la taille des fibres. Nous n’avons pu constater aucune
réduction de la taille lors du test de mesure de la longueur
moyenne des fibres avec l’appareil de contrôle finlandais
Kajaani.
La figure 5 nous montre la longueur de rupture mesurée
sur du papier calandré dans le sens machine. En plus de la
courbe du papier calandré, cette figure nous indique aussi
deux autres courbes : l’une représentant des éprouvettes
fabriquées avec de la pâte mécanique à 100 % et l’autre
représentant des éprouvettes fabriquées avec de la pâte
chimique à 100 %.
Les valeurs de longueur de rupture ne sont pas des
valeurs absolues ; ce sont des valeurs standardisées pour
lesquelles 100 % représente les longueurs de rupture de
papier calandré et d’éprouvettes de génération 0 fabriqués
à partir de fibres vierges.
Vous remarquerez une différence dans les valeurs
de longueur de rupture qui dépend du recyclage multiple.
Plus l’âge des fibres est élevé (G0 à G5), plus la longueur
de rupture de la pâte mécanique est élevée également.
Ce phénomène a été confirmé par des enquêtes menées
en Europe du Nord et aux Etats-Unis. D’un autre côté,
la longueur de rupture des éprouvettes fabriquées à
partir de pâte chimique diminue au cours des recyclages, même si le taux de diminution est relativement bas.
La même chose est valable aussi pour le papier calandré
fait à partir de 50 % de pâte mécanique et 50 % de pâte
chimique avec 12 % de charges. Mais le papier journal
comprenant 100% de fibres recyclées ne pourra jamais
être composé d’un nombre moyen de générations G = 5.
Le nombre moyen de générations sera dans le futur au plus
de G = 2.
Le degré de blancheur et la luminance sont les caractéristiques papier les plus importantes. La figure 6 indique
les valeurs absolues mesurées sur papier calandré. Le degré
de blancheur de la génération G0 fabriquée à partir de
fibres vierges est de 68 % et diminue après le premier cycle
de recyclage (G1) pour passer à 60 %. Par contre, les
Fig.5 : Longueur de rupture mesurée sur du papier calandré
dans le sens machine.
Fig.6 : Le degré de blancheur et la luminance sont les
caractéristiques papier les plus importantes.
Fig. 4 : Pour toutes les générations de fibres, les différentes
fractions mesurées avec McNett Classifier sont constantes.
papier pilote à Darmstadt et avons effectué des tests
d’impression offset noir et blanc à l’usine de fabrication de
rotatives Goebel située à Darmstadt également.
Résultats du recyclage multiple
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techniques de presse février 1997
SYMPOSIUM DE L’IFRA
générations de vieilles fibres ne présentent qu’une baisse
mineure du degré de blancheur. Il ne faut pas oublier que
nos tests de désencrage n’ont compris qu’une seule flottation en une phase et que le processus de désencrage
moderne tel qu’il est effectué aujourd’hui est bien plus
sophistiqué avec une flottation en deux phases et une
dispersion entre les deux phases de désencrage. Cela
implique que le degré de blancheur et la luminance peuvent
être mieux contrôlés.
Caractéristiques probables du papier fabriqué
à partir de fibres recyclées
En conclusion et en me référant à la figure 7, je voudrais
vous décrire comment quelques-unes des caractéristiques
se transforment au cours d’un recyclage intensif, c’està-dire avec un taux d’utilisation de vieux papiers élevé
dans la pâte désencrée. L’année de référence est toujours
1994. Pour les résultats des années 2005 et 20XX, nous
supposons que l’Allemagne continuera d’importer la même
quantité de papiers avec des fibres de la première génération qu’à l’heure actuelle. Nous examinerons aussi d’autres
modèles plus extrêmes sans aucune importation de papier
pour les années 1994 et 2005.
La deuxième colonne indique l’âge moyen des générations de fibres qui part de l’âge de référence G = 1,16 pour
aller jusqu’à l’âge maximum G = 2,01. Dans la troisième
colonne, nous trouvons la proportion entre la pâte chimique
et la pâte mécanique utilisée pour les journaux allemands.
Vous serez surpris de constater que le pourcentage de pâte
chimique est très élevé dès 1994. Ce pourcentage augmente
de plus en plus au fil des différents exemples sans qu’il y
ait de changement dans la composition des vieux papiers
récupérés qui entrent dans la composition de la pâte
désencrée en ce qui concerne la proportion de vieux
journaux, de vieux magazines et de produits imprimés à
base de pâte chimique.
Mais ce haut pourcentage inattendu de pâte chimique
provient probablement du fait que la pâte désencrée ne
remplace que la pâte mécanique dans le papier, mais ne
remplace pas de façon équilibrée la pâte mécanique et la
pâte chimique. C’est pourquoi dans le modèle « 20XX
adapté » nous avons remplacé proportionnellement, aussi
bien la pâte mécanique que la pâte chimique par de la pâte
désencrée ; le pourcentage en pâte chimique est donc plus
bas.
Les autres caractéristiques importantes sont la longueur
de rupture, le degré de blancheur et la surface équivalente
des points noirs (tâches d’encres résiduelles visibles). Afin
de mieux rendre compte de la situation, nous sommes partis
d’une valeur standard de 100 pour les trois caractéristiques
en 1994. Les valeurs des trois caractéristiques pour les
différents modèles ont été calculées en fonction de cette
année de référence.
techniques de presse février 1997
Fig. 7 : Transformation de certaines caractéristiques au cours
d’un recyclage intensif.
En ce qui concerne la longueur de rupture, nous pouvons
constater une amélioration de la valeur en raison de
l’augmentation du taux de pâte chimique pour tous les
exemples donnés et l’exemple de l’année 2005 est à
considérer comme le cas le plus probable. Il est étonnant de
constater que le résultat est identique pour le degré de
blancheur.
Presque tous les exemples présentent le même degré de
blancheur que l’année de référence. La situation n’est
cependant pas aussi satisfaisante pour le troisième paramètre qui augmente au fil des différents exemples de calcul. Il
ne faut cependant pas oublier que l’année 20XX est un
exemple irréaliste, sans parler des exemples sans aucun
apport de papiers graphiques. Il sera en tout cas possible de
contrôler par des mesures technologiques le haut pourcentage de particules d’encre résiduelle.
Conclusions
– L’imprimabilité et l’aptitude au roulage du papier et par
conséquent du papier journal dépendent surtout de la
longueur des fibres et des liaisons hydrogènes entre les
fibres. Les impuretés, comme par exemple les particules
d’encre résiduelle, et leur quantité sont également un
facteur important.
– Le recyclage multiple ne réduit ni la longueur ni le
diamètre des fibres de la pâte chimique ou de la pâte
mécanique.
– La liaison inter-fibres de la pâte mécanique ne subit
aucun dommage ; elle est même meilleure, ce qui n’est
pas le cas de la liaison inter-fibres de la pâte chimique.
– Des particules d’encre restent accrochées aux fibres
provoquant une (petite) diminution du degré de blancheur et de la luminance et une augmentation des
particules résiduelles visibles.
– Malgré le recyclage multiple, les fibres recyclées
conviennent comme matière première à la fabrication du
papier ; le papier fabriqué à partir de ces fibres recyclées
présente aujourd’hui les caractéristiques mécaniques
requises et les présentera également demain.
u
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