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         Révision : 28 décembre 2000
Le papier thermique
Barbara TRUFFI - EFPG
(12 décembre 2000)
VI - La structure des papiers thermiques
 
VI-1 Introduction : les papiers testés

Nous avons caractérisé des papiers thermiques de la société Ricoh. Ces papiers peuvent être considérés comme les plus performants du marché, à la fois pour leur vitesse de développement et pour leur niveau de protection contre les agents externes. Nous avons reçu ces papiers plus tard que les autres, et c'est la raison pour laquelle nous les avons utilisé pour les études structurales.

Nous avions à notre disposition trois types de papiers, dont deux destinés à la fabrication d’étiquettes :

    le papier non-protégé, économique (130 LEB )
  le papier semi-protégé (130 LSB)
  et le papier protégé (130 LAB)

où L signifie ‘Label’, E économique, S semi-protégé, A ‘couche supérieure’, et B ‘couche au verso’. Tous ces papiers sont couchés aussi sur le verso.

Des observations au microscope électronique à balayage (MEB) ont été réalisées :

    sur les deux faces : côté couche thermique (recto), et côté fibreux (verso) ;
  sur des coupes transversales, la surface étant soit non révélée (blanche), soit révélée (noircie).

Les résultats complets de ces analyses figurent dans l'annexe 3 de la thèse de notre thèse. Les points les plus importants sont examinés ci-dessous.

 
VI-2 Le support fibreux

Nous avons commencé cette étude par une observation des aspects superficiels du support fibreux. Les deux micrographies de la figure 15 (grossissement 200 pour l'image de gauche, et 5000 pour celle de droite) montrent l'aspect du verso du papier sans protection, le seul pouvant révéler l'aspect du support fibreux. Rappelons que ce type de papier n’est pas envisageable pour la production d’étiquettes, parce que le manque d'étanchéité du verso prévient tout dépôt d'une couche d’adhésif.

  B
Figure 15 — Photographies du support fibreux du papier non protégé 130LEB de Ricoh
(cliquer sur l'image pour afficher les photos complètes dans une nouvelle fenêtre)
Ces photos nous montrent que :
1)  les fibres aplaties sont reliées entre elles par des "ponts" (figure 15A) ;
2)  l’agrandissement d’un "pont" entre deux fibres, met en évidence la présence d’un possible ‘filament’ de colle et la présence de petites particules de taille variable (figure 15B).

On peut donc affirmer que ce papier thermique courant présente sur son verso :

    une faible couche déposée au verso en vue d’une meilleure machinabilité ;
  un état de surface très lisse dû à un calandrage très poussé ;
  la présence de traces de colle dans la masse.

La figure 16A montre l’aspect du verso du papier protégé, qui comporte une couche plus épaisse pour éviter la migration de la colle d’étiquette vers la couche thermosensible. L’agrandissement (figure 16B) met en évidence la présence de nombreuses particules de diamètre entre 0,2 et 1 µm dispersées dans un milieu très visqueux. Ces particules peuvent donner un meilleur glissement du papier dans l'imprimante thermique (moindre friction), et un meilleur accrochage de l’adhésif lors de la fabrication des étiquettes.

  B
Figure 16 — Photographies du verso du papier protégé 130LAB de Ricoh
(cliquer sur l'image pour afficher les photos complètes dans une nouvelle fenêtre)
 
VI-3 La surface couchée non révélée (blanche)

La figure 17A montre l'aspect de la surface couchée du papier non protégé (recto). Cette surface est homogène et présente des particules fines et des charges de nature différente ; son agrandissement (figure 17B) révèle l’absence de couche à certains endroits (trous). Sur cette photo B, on peut remarquer le profil d’une fibre. Le liant assure le contact entre particules par des "toiles d’araignée". Les particules sphériques possèdent un diamètre voisin de 0,2 µm, tandis que la longueur des particules hexagonales est proche de 0,5 µm. Certaines particules possèdent des longueurs supérieures à 1 µm. Les particules peuvent être identifiées comme étant du talc et/ou du kaolin.

  B
Figure 17 — Photographies de la surface couchée du papier non protégé 130LEB de Ricoh
(cliquer sur l'image pour afficher les photos complètes dans une nouvelle fenêtre)

À différence de la figure 17, sur la figure 18 (surface couchée du papier protégé) on peut voir que l’ensemble des particules est comme noyé dans un liant très visqueux. Ceci donne un lissé superficiel plus important et empêche les agents externes de pénétrer dans la couche thermosensible.

  B
Figure 18 — Photographies de la surface couchée du papier protégé 130LAB de Ricoh
(cliquer sur l'image pour afficher les photos complètes dans une nouvelle fenêtre)
 
VI-4 La coupe dans la zone non révélée (blanche)

La figure 19A représente une coupe du papier LEB (semi-protégé) non révélé. On note :

1)  une épaisseur non homogène de la couche thermique (de 2 à 8 µm) ;
2)  la présence d’une mince couche du côté verso ;
3)  la présence, dans le matelas fibreux, de charges en forme de plaquettes très brillantes, de dimensions 0,4 x 8 µm environ ;
4)  la présence, dans le matelas fibreux, au voisinage de la couche thermique, de grosses particules non caractérisées, de dimensions allant de 6 à 12 µm.
  B
Figure 19 — Photographies en coupe de papiers LEB et LAB non révélés de Ricoh
(cliquer sur l'image pour afficher les photos complètes dans une nouvelle fenêtre)

La figure 19B représente une coupe du papier LAB (protégé) non révélé. On remarque que :

1)  l’épaisseur de la couche thermique déposée varie entre 4 et 9 µm ;
2)  la zone thermique peut être résolue en trois couches distinctes :
         en surface, une zone visqueuse de type colle,
  la couche thermique proprement dite,
  une couche servant à boucher les pores du support ;
3)  la couche de protection du verso de la feuille, d’un µm d’épaisseur au maximum, contient de nombreuses particules solides.

Si on compare maintenant le papier protégé avec le papier semi-protégé, on constate que le premier possède une couche de protection au verso, d’épaisseur moins forte, mais plus riche en particules.

En regardant les agrandissements des coupes des papiers semi-protégés et protégés (figure 20), on remarque un niveau différent de protection, et on peut noter que le papier semi-protégé présente entre le matelas fibreux et la couche thermique une couche composée de bâtonnets de dimensions voisines de 0,8 µm et de petites particules sphériques (0,2 µm). Cette couche, servant à boucher les pores du support fibreux dans le papier protégé, est d’une composition différente et contient des particules de nature inconnue.

  B
Figure 20 — Photographie en coupe de papiers LSB et LAB non révélés de Ricoh
(cliquer sur l'image pour afficher les photos complètes dans une nouvelle fenêtre)
 
VI-5 La surface couchée révélée (noire)

La surface révélée présente le même aspect que celle de la surface non révélée. Seulement, pour le papier non protégé, on peut remarquer la présence de filaments sur la surface. Ces filaments sont caractéristiques de la fusion des composants de base de la couche thermique.

 
VI-6 La coupe dans la zone révélée (noire)

Les coupes des zones imprimées ne révèlent pas de modifications structurales du matelas fibreux.

La figure 21 montre les photos prises sur les coupes des papiers thermiques semi-protégés et protégés à l’endroit où ils ont été révélés.

La micrographie A du papier semi-protégé indique :
1)  la fusion des composantes de base de la couche thermique ;
2)  un léger délaminage de la couche thermique lors du chauffage.
  B
Figure 21 — Photographie en coupe de papiers LSB et LAB révélés de Ricoh
(cliquer sur l'image pour afficher les photos complètes dans une nouvelle fenêtre)
La micrographie B du papier protégé indique :
1)  une épaisseur non homogène de la couche thermique fondue (1 à 5 µ) ;
2)  la présence d’une couche superficielle différente de la couche thermique ;
3)  le délaminage de la couche thermique lors d’un chauffage élevé ;
4)  la présence de petites particules sphériques (0,5 µm) au voisinage de l’amorçage du délaminage de la couche thermique.
 
VI-7 Conclusion

Grâce à cette étude micrographique, nous avons pu vérifier le niveau de protection de la couche thermique. Les trois types de papiers thermiques utilisés diffèrent principalement par leurs différents niveaux de protection, et par l’épaisseur de la couche déposée au verso de la feuille.

Le papier thermique protégé possède une couche supplémentaire (de l’ordre de quelques µm d'épaisseur) au-dessus de la couche thermique, afin d’éviter tout contact avec les agents extérieurs. Cette couche est peut-être de nature polymère.

L’épaisseur de la couche de protection du papier semi-protégé est plus faible, et le papier économique est dépourvu de couche protectrice. Il est clair que cette couche superficielle joue le rôle de barrière contre toute attaque extérieure.

Pour le papier protégé, la couche au verso de la feuille est de faible épaisseur, mais riche en particules solides. Pour le papier semi-protégé, l’épaisseur de la couche est plus importante, mais sa teneur en particules solides plus faible.

 
 
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