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CA 02641378 2008-08-04
WO 2007/088274 PCT/FR2007/000180
Carton couché avec élément de marquage et procédé de marquage
dudit carton
La présente invention concerne un carton couché, notamment pour la
réalisation d'emballage, muni d'un élément de marquage, ainsi que le procédé
de marquage dudit carton.
Les cartons couchés peuvent être définis comme des matériaux formés
de la superposition d'une couche support, à base majoritairement de fibres
naturelles telles que des fibres cellulosiques, et d'une couche pigmentaire.
Si la
couche support est légèrement grisée, le revêtement formant la couche
pigmentaire peut par exemple être à base de pigments plus clairs ou blancs, et
permettre ainsi son impression ultérieure.
Les éléments de marquage d'un papier ou d'un carton sont des éléments
d'authentification ou de reconnaissance apposés ou incorporés dans un papier
ou un carton, notamment pour éviter qu'il ne soit contrefait.
Les éléments de marquage connus à ce jour se divisent en deux grandes
catégories.
Dans la première catégorie, on trouve les éléments de marquage qui
sont appliqués ou réalisés sur le papier ou carton fini, c'est-à-dire après la
fabrication du matériau proprement dit. Ces éléments de marquage sont par
exemple des encres colorées ou des encres fluorescentes, à savoir des encres
renfermant un composé qui présente une fluorescence lors de son irradiation
par des rayons ultra-violets, qui sont imprimées sur une face externe du
matériau fini, par exemple un papier fiduciaire.
Ces impressions de surface présentent l'inconvénient d'être effaçables
(par exemple par frottement, usure, diluants chimiques,...), faisifiables ou
pouvant être assez facilement contrefaites, en particulier par apposition
d'éléments de marquage similaires sur des supports d'autres origines.
Dans la seconde catégorie, on trouve les éléments de marquage qui sont
incorporés au matériau papier ou carton lors de sa fabrication. Ce sont par
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exempfe des filaments métalliques, ou des fibres fluorescentes, ou des
éléments solides insérés parmi les fibres qui composent ledit papier ou
carton.
Ces procédés d'incorporation des éléments de marquage sont de mise
en oeuvre complexe et coûteuse. En outre, ils sont facilement détectables à
I'ceil nu, en particulier s'ils provoquent des surépaisseurs du matériau,
apparaissent jusqu'à la surface extérieure, ou sont visibles en transparence.
Il
n'est parfois pas souhaitable que l'existence de ces éléments de marquage soit
visible par l'usager, ou le contrefacteur éventuel.
Selon WO 2005/014928, on connaît d'autres éléments de marquage, tels
que des éléments fluorescents ou phosphorescents qui sont incorporés à la
couche pigmentaire, appliquée de manière classique, sur l'ensemble de la
surface de la couche support. Pour créer un élément de marquage spécifique à
l'utilisateur du carton, sont prévues diverses possibilités de modifier la
nature
physique ou chimique de l'élément de marquage lui-même. Ces procédés
impliquent de modifier à chaque fois la formulation de couchage, ce qui génère
des contraintes importantes, en particulier pour des applications en ligne.
D'autres types de marquage connus modifient en certains endroits
prédéterminés !'épaisseur du matériau en réalisant une sorte de "gaufrage" du
papier ou du carton : le procédé de mise en ceuvre nécessite également,
comme dans le cas précédent, un dispositif particulier. En outre, la surface
du
matériau est altérée dans ces zones qui sont rendues difficilement imprimables
par la suite.
La présente invention a donc pour but de pallier les inconvénients
précités en proposant un carton couché incorporant un élément de marquage
pouvant servir notamment d'élément de sécurité ou de contrôle, difficile à
reproduire et infalsifiable, invisible à I'oeil nu. Un autre but de
l'invention est de
proposer un procédé de mise en place d'un tel élément de marquage simple,
peu coûteux, modulable selon les souhaits de l'utilisateur du carton, et
adaptable à un procédé en ligne.
A cet effet, selon l'invention, le carton couché, notamment pour la
réalisation d'emballage, formé d'une couche support à base de fibres
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majoritairement cellulosiques recouverte, sur au moins une de ses faces, d'une
couche pigmentaire, est caractérisé en ce qu'un composé fluorescent est
disposé de manière discontinue à la surface de la couche support entre ladite
couche support et la couche pigmentaire, ledit composé étant invisible à la
lumière naturelle et visible sous irradiation U.V. au travers de la couche
pigmentaire et constituant ainsi un élément de marquage dudit carton.
Ainsi la constitution de chacune des couches est conservée sans
modification majeure : la couche support et la couche pigmentaire sont
fabriquées de manière classique, et le carton peut être utilisé comme
emballage
dans les mêmes conditions qu'en l'absence de l'élément de marquage : la
présence de l'élément de marquage selon la présente invention autorise
l'impression ultérieure à la surface de la couche pigmentaire, sans altération
des qualités d'imprimabilité de la face externe de la couche pigmentaire à
l'endroit du marquage. En effet, la couche pigmentaire reste, après séchage,
d'épaisseur uniforme et de structure homogène, y compris dans les zones
recouvrant le marquage.
L'élément de marquage formé par la simple application d'un composé
fluorescent est ainsi disposé au c ur du carton, et est de ce fait inviolable
et
infalsifiable. Il est invisible à I'oril nu, ni au travers de la couche
pigmentaire, ni
au travers de la couche support, car il ne provoque ni surépaisseur dans le
matériau, ni modification de l'état de surface de la couche pigmentaire
observable en lumière rasante, ni même de modification locale des propriétés
d'absorption des encres par la couche pigmentaire, qui seraient appliquées
ultérieurement à la surface de cette dernière.
De manière avantageuse, la couche pigmentaire est constituée de
pigments minéraux faiblement opaques aux rayons ultra-violets d'excitation du
composé fluorescent ainsi qu'à la lumière émise à sa longueur d'onde
d'émission lors de sa fluorescence. Cette couche pigmentaire peut être par
exemple formée d'une dispersion aqueuse d'un liant de couchage papetier
classique à base de latex styrène-butadiène, renfermant des pigments
minéraux tels que le kaolin et/ou le carbonate de calcium et des additifs
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classiques d'une formule de couchage (dispersant, anti-mousse, modificateurs
de viscosité...). La couche pigmentaire est de faible épaisseur (par exemple
comprise entre 12 et 30 micromètres d'épaisseur moyenne). Ainsi lors de
l'irradiation de la surface du carton par des rayons ultra-violets, le composé
de
marquage est excité et est rendu fluorescent : il devient alors observable au
travers du voile irrégulier formé par la couche contenant les pigments.
Le marquage est réalisé selon une surface discontinue, sous forme de
ligne(s), de trait(s) et/ou de texte et/ou de motif(s) : il peut représenter
par
exemple le logo du fabricant du carton ou du produit à emballer, ou tout autre
signe distinctif ou de sécurité.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément de
marquage est formé d'un vernis, par exemple un vernis à base acrylique,
renfermant de 0,2 à 1,2 % environ en poids dudit composé fluorescent, de
préférence de 0,4 à 0,8 % environ en poids. Le vernis est de préférence
diluable à l'eau, afin de ne pas introduire de solvant dans le carton, en
particulier lorsque ce dernier est destiné à l'emballage de denrées
alimentaires,
mais de permettre une imprégnation des fibres en surface de la couche
support. Ledit vernis présente, après dilution, un extrait sec avantageusement
compris entre 20 et 27 % en poids environ.
Le grammage du vernis sec au niveau des zones de marquage
discontinues est avantageusement inférieur à 2 g/m2, de préférence inférieur à
1,5 g/m2, voire inférieur à 1 g/m2. Il s'agit d'une quantité plus faible de
vernis (de
l'ordre de 2 fois moins) que celle habituellement déposée dans le cas d'une
impression sur carton non couché, visible à I'oeil nu avec une encre ou un
vernis classique.
Selon un second mode de réalisation de l'invention, le composé
fluorescent est introduit sous la forme d'une solution ou dispersion aqueuse.
La
présence d'eau est avantageuse, afin de permettre une imprégnation des fibres
cellulosiques en surface de la couche support et une présence de composé
fluorescent concentré localement.
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Cependant, de manière avantageuse, afin que le composé fluorescent
ne diffuse profondément dans la couche support, et ne la rende moins opaque
et donc visible par sa traversée dans l'épaisseur de ladite couche, ladite
couche
support présente un degré de collage Cobb inférieur à 50 g/m2. Le degré de
5 collage Cobb mesure la capacité d'absorption de l'eau dans le maillage
poreux
du support, et exprime en g/m2, la masse d'eau absorbée par le support
pendant un temps donné (1 minute par la mesure selon la norme NFQ 03-014
ou ISO 535).
A titre de référence, un carton "non collé" peut absorber au moins son
propre poids d'eau (soit 200 g d'eau pour un carton de 200 g/m2).
Dans le cas d'un marquage réalisé en ligne de la machine à carton et
précédant un couchage pigmentaire également en ligne, le "collage" du carton
est de préférence effectué par l'incorporation au sein de la pâte cellulosique
de
produits de collage. Ces produits de collage sont de préférence à base de
résine de colophane et/ou d'anhydride succinique, car la valeur de collage
Cobb souhaitée est obtenue instantanément, à la différence des produits de
collage à base d'alkyl cétènes (dimères) dont on doit attendre la
polymérisation
plusieurs heures. L'application de l'élément de marquage peut par conséquent
suivre immédiatement la fabrication de la couche support du carton, et être
effectuée en ligne.
La couche support présente également avantageusement un lissé de
surface (méthode Bendtsen) inférieur à 500 mL/min, obtenu par calandrage
et/ou par frictionnage, préalablement au marquage. Le lissé de surface
correspond à la réduction de la taille des pores de la surface du support et
est
mesuré (selon la norme ISO 8791-2) en plaçant un anneau de métal à sa
surface et en mesurant le débit d'air (mL/min) s'échappant par les pores
supérieurs du matériau (à titre de référence un carton non calandré ou non
frictionné présente un lissé de surface Bendtsen de l'ordre de 1500 mL/min).
La présente invention concerne également le procédé de mise en place
de l'élément de marquage précité, ou marquage, permettant l'obtention du
carton couché décrit ci-dessus. Ce procédé de marquage d'un carton couché
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selon l'invention comprend la fabrication d'une couche support à base de
fibres
(majoritairement cellulosiques), éventuellement le frictionnage et/ou le
calandrage de ladite couche support, son séchage, puis le recouvrement d'au
moins une face de cette couche support par une dispersion aqueuse de
pigments minéraux, en présence d'un liant, destinée à former la couche
pigmentaire, suivi du séchage de la couche pigmentaire ainsi formée, et est
caractérisé en ce que l'élément de marquage est appliqué, selon une surface
discontinue, sous la forme d'une solution ou dispersion aqueuse renfermant le
composé fluorescent, en surface de la face de la couche support destinée à
être ensuite recouverte de la couche pigmentaire.
Selon un premier mode de réalisation, l'incorporation de l'élément de
marquage entre les deux couches du carton est effectuée par impression
discontinue d'un vernis, de préférence diluable à l'eau, par exemple au moyen
d'une impression par flexographie. Conformément au principe de ce procédé
d'impression, le vernis est appliqué sur le support au moyen d'un système à
trois rouleaux : un cylindre de contre-pression à l'opposé de la surface à
imprimer, et côté face à imprimer un rouleau porteur d'un cliché en relief et
un
rouleau alvéolé. Le vernis renfermant ledit composé fluorescent est déposé
dans les alvéoles par un système doseur (chambre à racle ou rouleau
barboteur dans une bâcholle contenant le vernis). Le vernis est ensuite
transféré des alvéoles sur le cliché en relief, qui reporte ensuite le vernis
sur la
couche support.
A cet effet, la viscosité du vernis renfermant le composé fluorescent est
avantageusement faible, pour faciliter l'impression et pour n'appliquer qu'une
faible quantité de vernis. On mesure habituellement le temps d'écoulement du
vernis, qui est de préférence compris entre 15 et 30 s à la coupe AFNOR n 4
(selon la norme AFNOR NF T 30014 de septembre 1983).
Selon un second mode de réalisation, l'élément de marquage est
appliqué par pulvérisation, de manière avantageuse en une quantité comprise
entre 10 et 100 mL/m2 de solution ou dispersion aqueuse renfermant entre 0,5
et 3 % en poids de composé fluorescent
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Comme indiqué précédemment, quand le marquage est associé au
couchage en ligne de la machine fabriquant le carton, il est également
préférable que la couche support, qui doit recevoir l'application de l'élément
de
marquage, soit traitée dans la masse des fibres par un produit de collage à
base de résine de collophane et/ou d'anhydride succinique et/ou tout autre
produit permettant de développer immédiatement en sécherie un degré de
collage Cobb inférieur à 50 g/m2, de manière à limiter dans l'étape suivante
la
pénétration du composé fluorescent dans la couche support.
Le carton fabriqué selon la présente inventïon, muni du marquage
distinctif selon l'invention, représentant par exemple le logo du laboratoire
pharmaceutique ou de la ligne de produits correspondante, peut être utilisé
pour la production d'emballages tels que des boîtes de médicaments, de
produits alimentaires ou de pièces de rechange industrielles. Ce marquage
distinctif est avantageusement disposé sur le carton à intervalles réguliers
de
façon à ce qu'au moins un logo complet soit visible en entier sur une zone non
recouverte de l'encre d'impression finale de chaque boîte. Le marquage pourra
ainsi être détecté et authentifié en exposant les boîtes à une source
d'irradiation
UV par les intervenants de la chaîne de distribution des produits ou le cas
échéant par les services douaniers ou de la répression des fraudes, et
avantageusement en le comparant au marquage d'une boîte témoin dont
l'authenticité a été préalablement garantie.
La présente invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide de
deux exemples illustratifs.
Sur une machine de type multi-jets ou simple jet est fabriquée en
continu, de manière classique, une feuille de carton par un procédé papetier
de
formation de feuille sur formers, section presse et sécherie multicylindrique.
Ce
matériau d'épaisseur comprise entre 350 et 875 micromètres environ est
frictionné et calandré pour améliorer son état de surface, et constitue ainsi
la
couche support du carton. Sur la face supérieure de cette couche support est
ensuite appliquée de manière classique au moins une couche pigmentaire
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homogène, au moyen d'un poste de couchage par exemple équipé d'un crayon
rotatif ou d'une lame lissante, ou d'une lame d'air.
Exemple 1: Marquage par flexographie
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, avant l'application
de la couche pigmentaire, on procède à l'impression, sur la couche support, de
motifs de marquage au moyen d'un vernis renfermant un composé fluorescent.
Le vernis est un vernis mat acrylique, diluable à l'eau, à 26 % en poids
d'extrait sec et de viscosité comprise entre 20 et 30 s., à 23 C(G/ESC 345 de
la Société SIEGWERK dilué avec de l'eau dans la proportion de 1 kg d'eau pour
2 kg de vernis). Il renferme après dilution environ 0,8 % en poids de composé
fluorescent (4 % en poids d'un azurant optique 85ZI054047 de la Société
SIEGWERK, à 20 % en poids d'extrait sec, visible sous des longueurs d'onde
de 210 à 350 nm, avec une absorbance maximale à 274 nm).
L'impression discontinue du vernis est effectuée sur la couche support,
par flexographie au moyen d'un rouleau cylindrique alvéolé, présentant un
volume réduit d'alvéoles, à savoir de l'ordre de 5 à 9 em3 par m2 de manière à
n'appliquer qu'une faible quantité de vernis. En particulier, on évite ainsi
toute
incidence de la présence du vernis sur les caractéristiques, finales
d'imprimabilité, de la couche pigmentaire qui reste homogène.
En effet, dans le procédé flexographique, ce sont les caractéristiques des
alvéoles (nombre de lignes d'alvéoles par unité de longueur de circonférence
du cylindre alvéolé et volume des alvéoles par unité de surface du cylindre)
qui
vont permettre de contrôler le paramètre déterminant du grammage sec de
vernis déposé.
Afin de réaliser une impression non visible à f'oeil nu au travers de la
couche pigmentaire et de ne pas modifier l'état de surface ni les
caractéristiques de la couche pigmentaire au niveau du marquage, il a été
constaté qu'il convenait d'appliquer une quantité de vernis réduite de 2 à 3
fois
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par rapport au grammage de vernis déposé habituellement dans le cas d'une
impression classique.
Par conséquent, le choix des caractéristiques des alvéoles du cylindre
alvéolé est adapté à cette exigence. Pour l'impression de caractères ou de
logos sur ce type de support non couché, le choix des caractéristiques des
alvéoles se porte généralement vers un volume d'alvéoles de 10 à 12 cm3/m2 et
une trame de 80 à 100 lignes/cm. Dans le cas de la présente invention le choix
se porte vers un volume d'alvéoles de 5 à 9 cm3/m2 et une trame de 120 à 180
lignes/cm, permettant de déposer à la surface de la couche-support un
grammage de vernis sec inférieur à 2 g/m2 , de préférence inférieur à 1,5
g/m2.
Ainsi la couche pigmentaire appliquée dans l'étape finale sèche de
manière uniforme, sans créer de zones de structure et de porosité différentes,
entre les zones superposées au motif de marquage et celles non superposées
au marquage.
La vitesse d'impression du vernis est comprise entre 80 et 350 m/min,
c'est-à-dire est compatible avec les vitesses des machines de production du
carton ; l'impression peut donc être effectuée en ligne lors de la fabrication
du
carton.
Le vernis est imprimé sous la forme de motifs régulièrement espacés les
uns des autres sur toute la surface de la couche support (ïci huit motifs sur
100 cmz). L'impression est réalisée à température ambiante (15 à 30 C), la
couche support du carton présentant une humidité d'environ 7 % en poids.
Exemple 2: Marquage par pulvérisation
Selon un second mode de réalisation de l'invention, avant l'application de
la couche pigmentaire, on procède à l'application, sur la couche support, du
marquage au moyen d'une solution aqueuse renfermant environ 2 % en poids
de composé fluorescent (10 % en poids d'un azurant optique Tinopal ABP-A de
la Société CIBA, à 20 % en poids d'extrait sec). Cette solution peut également
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contenir des additifs visant à optimiser l'application et à s'adapter aux
propriétés
du support notamment en ce qui a trait à la capacité d'absorption de l'eau.
L'application de ladite solution de marquage sur la couche support est
effectuée par pulvérisation au moyen de fines buses d'environ 0,3 mm de
5 diamètre d'orifice de manière à n'appliquer qu'une faible quantité de
solution.
En particulier, on évite ainsi toute incidence de la présence du marquage sur
les caractéristiques finales d'imprimabilité de la couche pigmentaire qui
reste
homogène. Le choix de l'espacement entre les buses, de l'angle du jet et la
possibilité d'effectuer une pulvérisation intermittente permet d'obtenir un
10 marquage discontinu et distinctif.
Afin de réaliser une application non visible à I'oril nu au travers de la
couche pigmentaire et de ne pas modifier l'état de surface ni les
caractéristiques de la couche pigmentaire au niveau du marquage, il a été
constaté qu'il convenait d'appliquer une quantité limitée de solution de
marquage (un maximum d'environ 100 mL/m2). Cette quantité doit être ajustée
en fonction de la capacité d'absorption du support et de l'intensité du
marquage
à obtenir.
Par conséquent, le choix des caractéristiques des buses et des
pressions d'opération est adapté à cette exigence. Dans le cas du présent
exemple, le choix se porte vers une buse TP 000019-SS de la société Spraying
System opérée à une pression comprise entre 30 et 75 cm de colonne d'eau
permettant de déposer à la surface de la couche support une quantité de
solution de marquage comprise entre 15 et 75 mL/m2.
L'application est réalisée à la sortie de la sècherie, la couche support du
carton présentant une humidité d'environ 2% à 4% en poids. Il est aussi
possible d'effectuer ce type d'application en différents points entre l'étape
de
fabrication de la couche support et l'étape de couchage du carton.
Après l'application du marquage selon l'un des modes de réalisation ci-
dessus, l'opération de couchage est ensuite effectuée de manière classique.
Cependant la couche pigmentaire ne contient de préférence pas d'azurant
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optique, et si elle en contient, celui-ci émet avantageusement à des longueurs
d'onde différentes de celles de l'élément de marquage. Le dioxyde de titane
étant un pigment trop opaque aux rayonnements ultra-violets, son utilisation
doit être restreinte (jusqu'à 10 % en poids, de préférence 8 Io environ du
poids
total des pigments de la couche pigmentaire). Le kaolin et le carbonate de
calcium sont préférés. Cependant, dans le cas où le carton support est
composé de fibres recyclées contenant déjà des azurants optiques,
l'utilisation
de dioxyde de titane permet en effet de masquer la fluorescence résiduelle des
fibres et ainsi faire mieux ressortir, par contraste, le marquage sous
exposition
à un rayonnement UV.
Dans les deux exemples présentés, la couche pigmentaire est appliquée
en deux temps sous la forme d'une précouche de grammage compris entre 13
et 18 g/m2 (à partir d'une dispersion aqueuse renfermant des pigments
minéraux, à savoir des proportions égales en kaolin KI 1020 de la Société
Kaolin International BV, et en carbonate de calcium Carbital 60 de la Société
IMERYS, en présence d'un liant à base de latex styrène-butadiène et divers
additifs de couchage traditionnels en quantités minoritaires présentant un
taux
de matière sèche de 67 % en poids) recouverte ensuite d'une couche
supérieure de grammage compris entre 10 et 12 g/m2 (à partir d'une dispersion
aqueuse renfermant du carbonate de calcium, Carbilux de la Société IMERYS
et un liant à base de latex de type styrène-butadiène, associés à des additifs
de
couchage traditionnels en quantités minoritaires) à 68,5 % en poids de matière
sèche.
Le séchage de la couche pigmentaire est ensuite réalisé soit par un
système de séchage à air chaud, ou un système de séchage à infra-rouge,
associés ou non à des cylindres sécheurs traditionnels.
Il a été constaté de manière surprenante qu'une telle couche pigmentaire
atténue certes la fluorescence, en raison d'une certaine opacité intrinsèque
des
pigments de couchage uti(isés, mais n'empêche pas une lecture très distincte
du marquage sous lumière U.V., par exemple sous une lampe du type
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habituellement utilisée par les philatélistes, dont l'intensité maximale est
obtenue pour une longueur d'onde voisine de 366 nm.
En lumière visible, le marquage n'est nullement détectable à I'oril nu.
