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          Révision : mars 2002
 
Les nouvelles encres pour l'héliogravure
 
Laurie Chastanet et Marie Effler (étudiantes EFPG)
Ce texte a reçu le second prix au Grand Prix des Couleurs 2002
       
 
  Plan  
I -  Introduction
II -  Les nouvelles encres à l'eau
III -  Les encres hotmelt
IV -  Les nouvelles encres à solvant
V -  Conclusion
 
        
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I - Introduction
Sommaire
Le climat économique actuel incertain a ébranlé le marché de la publication et les attaques terroristes du II septembre 2001 ont semé le doute dans les économies mondialisées. Depuis le troisième trimestre 2001, les entreprises de tous les secteurs essaient de réduire leurs coûts. En ce qui concerne nos industries, l'héliogravure semble être avec l'impression numérique les deux seuls procédés n'ayant pas trop souffert du changement de politique des entreprises (diminution des budgets publicitaires, des imprimés commerciaux). Mais les entreprises du secteur de l'impression n'échappent pas à la règle et tentent par tous les moyens de survivre à cette crise en essayant de diminuer les coûts de fabrication tout en augmentant la qualité. Les services de R&D sont donc grandement sollicités et il est probable que les innovations techniques dans le domaine des encres hélio s'intensifient dans les années à venir.
D'autre part, les menaces écologiques entraînées par l'utilisation massive de solvants volatils qui mettent en danger la santé des personnes travaillant à proximité des installations et l'équilibre écologique de la planète poussent ces mêmes entreprises à améliorer les techniques existantes ou à essayer de développer de nouvelles techniques. C'est ce que nous allons voir avec deux nouvelles générations d'encre à l'eau : les encres hybrides et les encres pour supports hydrophobes. Nous étudierons ensuite la technologie des encres fusibles ou hotmelt, et pour finir les nouvelles encres à solvants.
 
II - Les nouvelles encres à l'eau
Sommaire
Les encres à l'eau présentent encore des problèmes (séchage et adhésion principalement) en raison des vitesses élevées pratiquées en héliogravure. Les recherches qui sont faites à l'heure actuelle ont pour but d'améliorer les compositions d'encre à l'eau déjà existantes.
II-1- Les encres à l'eau hybrides sulfopolyester
Les résines sulfopolyesters et les résines acryliques présentent chacune des avantages :
    pour les sulfopolyesters : peu d'odeurs, séchage rapide, peu de mousses, pH stable (entre 4 et 8), viscosité indépendante du pH, excellente résistance à l'alcool ;
  pour les familles acryliques: bonne résistance à l'eau, brillant élevé, coût peu élevé, large gamme de produits et facilement pigmentable.
    Les encres hybrides combinent les avantages de chacune. Elles contiennent 3 à 35 % de sulfopolyesters et 65 à 95 % d'acrylique. Les systèmes hybrides sont des émulsions de latex contenant 35 à 45 % de composants solides, stabilisées par :
    stabilisation électrostatique due à la nature ionique des polymères sulfopolyesters entourant la particule de latex hybride ;
  stabilisation stérique des particules d'acrylique en solution en raison des chaînes acides de longueurs variables de la résine en solution.
Avantages apportés par la partie sulfopolyester dans l'hybride. Ils sont surtout apportés par la stabilisation électrostatique qui ne nécessite pas l'utilisation de chaînes acides et permettant ainsi de produire une émulsion à pH neutre. De plus il n'est pas nécessaire d'ajouter des tensioactifs (qui font mousser), des amines qui réduisent le pouvoir séchant de l'encre en emprisonnant l'eau. Enfin, il est possible, toujours grâce à la stabilisation électrostatique, de combiner des forts taux de particules solides à de faibles viscosités.
Avantages apportés par la partie acrylique dans l'hybride. En choisissant la longueur des chaînes acides, on modifie les propriétés rhéologiques de l'encre. On peut obtenir une encre résistante à l'eau en diminuant la quantité de sulfopolyesters. La partie acrylique confère également une bonne compatibilité avec de nombreux pigments et donne au film d'encre imprimé une bonne résistance.
Lors de la synthèse de l'encre, on peut choisir le monomère de base qui donnera la température de transition vitreuse (Tg) du polymère souhaitée. Une Tg élevée donnera un polymère dur et résistant à la chaleur tandis qu'une Tg faible conduira à un polymère flexible.
Un exemple de composition d'encres pour les papiers cadeaux figure dans le tableau ci-dessous :
Composant Pourcentage
Hybride 41
Résine d'accompagnement 14
Propan-1-ol 4
Pigments 40
Tensioactif 0.5
Modificateur de viscosité 0.4
Biocide 0.1
L'encre obtenue convient très bien pour des impressions de bonne qualité à vitesses élevées (fort pouvoir séchant, ne forme pas de mousse...). De plus, elle est facile à utiliser car elle ne nécessite pas de vérification constante de la viscosité. En termes de qualité, elle rivalise avec les encres à solvants. Son inconvénient majeur réside en son prix élevé, dû principalement à la partie sulfopolyester contenue dans 1'hybride.
II-2- Les encres à l'eau pour supports hydrophobes non poreux
Les encres à l'eau classiques ont commencé peu à peu depuis près de 30 ans leur développement. Les résultats sont assez bons sur des matériaux poreux et polaires du type papier ou carton, mais des problèmes subsistent pour l'impression d'emballages en plastique ou en métal. C'est pourquoi, depuis peu, certains fabricants d'encres se consacrent au développement d'un nouveau type d'encre à l'eau qui procurerait une bonne imprimabilité et surtout de bonnes caractéristiques au film d'encre déposé sur un support non poreux et/ou hydrophobe.
Ces encres contiennent :
   
    une émulsion de résine de faible viscosité (dont les particules ont un diamètre inférieur à 0.5 micron) ;
  une résine hydrophobe résistante à l'humidité ;
  une pâte composée de pigments et d'un polymère soluble dans l'eau.
 
    Elles sont dénuées de solvants organiques volatils, et leur viscosité se situe entre 10 et 50 poises à température ambiante. Elles sont synthétisées de la manière suivante :  
1 -  dispersion d'un oligomère vinylique en milieu aqueux en présence d'émulsifiant ;
2 - mélange d'un pigment insoluble avec de l'eau en présence d'un véhicule polymère hydrosoluble afin d'obtenir une pâte ;
3 - mélange de la pâte pigmentaire (2) et de la résine (1) ;
  4 - ajout à hauteur de 1 à 10 % en poids d'un polymère épaississant afin d'attribuer les propriétés rhéologiques voulues à l'encre obtenue.
Ces encres possèdent les avantages suivants :
    elles n'émettent pas de COV (composés organiques volatils) ;
  elles offrent une très bonne adhésion aux supports même non poreux ;
  elles conviennent à une grande variété de supports imprimables (polyéthylène, polypropylène, métaux, etc.) ;
    elles sont très résistantes à l'eau, à l'humidité et aux rayonnement UV ;
    elles ne possèdent ni odeur ni goût.
 
III - Les encres hotmelt
Sommaire
La particularité de ces encres, utilisées largement dans l'impression jet d'encre, se situe dans le fait qu'elles sont solides à température ambiante. Elles sont chauffées (entre 60 et 130°C) et transférées sur le support à l'état liquide. Elles se solidifient au contact du support (à température ambiante).
III-1- Composition
    Le composant caractéristique de ces encres est un diester obtenu par réaction d'un diacide (en général, un acide dicarboxylique) sur un alcool primaire à longue chaîne carbonée (plus de 25 atomes de carbone), parfois en présence d'une amine. Afin de donner à la préparation ses caractéristiques colorimétriques, on ajoute des pigments au diester.  
    En plus des composants principaux (véhicule et pigments), les hotmelts contiennent, comme toutes les encres, des adjuvants tels que :  
    des inhibiteurs de corrosion pour la conservation et l'entretien du matériel ;
  des biocides afin de prévenir la formation de micro-organismes dans le milieu ;
  des plastifiants afin de donner de la souplesse au film d'encre pendant son utilisation après impression ;
  des agents de dispersion qui assurent l'homogénéité de l'encre et préviennent la formation d'agrégats ;
  des tensioactifs qui permettent d'abaisser l'énergie de surface afin d'obtenir un meilleur étalement ;
  des antioxydants pour prévenir les attaques oxydantes de l'oxygène présent dans l'air ;
  des stabilisateurs UV pour la résistance à la lumière.
III-2- Utilisation
L'encre obtenue par mélange du diester, de pigments et des additifs, est stockée à l'état solide. Lors de l'impression, l'encre est chauffée, agitée afin d'assurer l'homogénéité de la suspension et conservée dans des encriers thermostatés. Comme une encre classique, elle arrive ensuite en contact avec le cylindre thermostaté (à environ 90-100°C). Le transfert a lieu sur le support au contact duquel l'encre se solidifie instantanément.
III-3- Avantages et inconvénients
Les encres hotmelt présentent les avantages suivants :
    pas de COV, donc pas d'émission de solvants dans l'atelier (moins de risques d'inhalation, d'incendie, etc.) ;
  réduction des coûts ;
  meilleure densité optique (tous les pigments restent en surface) ;
  meilleure adhésion au support qu'une encre à solvant ;
  séchage rapide par rapport aux encres à l'eau classiques ;
  possibilité d'imprimer sur supports très variés, poreux ou non poreux : papier, plastiques, verre, bois, métaux ;
  pas de problème de changement de viscosité dû à une évaporation de solvant en cours de tirage ;
  Facilité d'utilisation, de stockage, de transport.
Les encres hotmelt ont également des inconvénients :
    nécessité d'investissements sur la presse (cylindres, encriers thermostatés) ;
  nécessité de faire évoluer les mentalités et de former le personnel à ces nouveautés.
 
IV - Les nouvelles encres à solvant
Sommaire
IV-1- Pour la publication
Un brevet publié en décembre 1998 présente une nouvelle composition d'encre contenant des pigments et un oligomère de polyuréthane coloré dissout dans le solvant afin d'obtenir un imprimé dont les caractéristiques colorimétriques seraient supérieures à celles d'une encre classique. Cette encre se compose :
    d'un solvant volatil composé d'un mélange d'hydrocarbures aliphatiques, ou naphténiques, ou aromatiques, avec éventuellement des alcools et des cétones ;
  d'un liant filmogène non volatil (résine maléique, résines phénoliques, résines alkydes, polystyrène, etc.) capable de s'oxydo-polymériser (5 à 40 % en poids) ;
  d'un polyuréthane coloré (chromophore polyfonctionnel + polyisocyanate) ;
  d'un pigment éventuel pour renforcer la couleur ;
  d'additifs : plastifiants, tensioactifs, anti-oxydants, biocides, etc.
Cette encre permet d'obtenir des imprimés dont les densités optiques et les puretés colorimétriques sont supérieures à celles obtenues avec une encre classique. Elle possède les avantages suivants :
    très bon rendu colorimétrique ;
  film d'encre déposé plus fin sans pour autant perdre en qualité colorimétrique ;
  compatibilité avec des cylindres de grande linéature ;
  réduction des coûts grâce à la diminution de l'épaisseur du film déposé ;
  résistance aux frottements améliorée.
Cette encre présente par contre l'inconvénient d'émettre des COV.
IV-2- Pour l'emballage
La société Sun Chemical commercialise une encre qui porte le nom Rotomax Il aux États-Unis et en Espagne, et Europa dans le reste de l'Europe. Cette encre est sur le marché depuis 4 ans environ. Elle est destinée à l'impression sur supports plastiques hydrophobes. Elle est caractérisée par une très forte concentration pigmentaire (de l'ordre de 35 % de pigments pour une encre blanche par exemple), ce qui lui confère une bonne résistance à la lamination.
Ses avantages sont les suivants :
    séchage rapide dû à une bonne évaporation de solvant ;
  très bonne adhésion au support induisant une bonne résistance à la lamination ;
  compatibilité avec les produits alimentaires, car le solvant utilisé est l'acétate d'éthyle, et l'encre ne contient pas de toluène ;
  très bonne imprimabilité à grande vitesse, ce qui améliore la productivité ;
  impression possible sur plusieurs types de support (polyéthylène, polypropylène, polyesters, OPA), ce qui réduit l'inventaire d'encres à posséder, et donc les coûts de stockage ;
  très bonne résistance au froid ;
  compatibilité avec des vitesses d'impression de 250 à 300 m/min, voire plus ;
  préparation possible à partir de concentrés pigmentaires ;
  compatibilité avec une grande quantité d'adhésifs, car l'encre possède une énergie de surface élevée ;
  présence de composés qui lubrifient le matériel pendant le tirage, notamment les racles.
Cette encre présente également des inconvénients :
    son coût assez élevé, justifié par l'utilisation d'une résine polyvalente, et donc onéreuse ;
  son émission de COV.
 
V - Conclusion
Sommaire
Nous avons pu remarquer que la recherche de nouvelles encres en héliogravure était plutôt active, ce qui prouve que c'est un marché que les fabricants d'encre ne veulent pas perdre. Quant aux tendances d'évolution, on peut penser que tant que le gouvernement n'imposera pas de législations restrictives dans l'utilisation du toluène, ce dernier solvant devrait se maintenir largement dans l'édition. En effet, les encres à solvant restent encore, dans ce domaine, la référence de l'impression hélio de bonne qualité et plusieurs imprimeurs ont fait d'énormes investissements dans des installations pour le recyclage du solvant. Le domaine de l'emballage est plus sujet aux changements d'encres. Les encres à l'eau commencent à être utilisées et des imprimeurs obtiennent de bons résultats. Il ne reste plus qu'à les encourager à aller de l' avant avec des nouveaux produits s'ils veulent rester compétitifs à l'avenir.
 
VI - Bibliographie
Sommaire
Documents imprimés & liens
    The year in review. Savastano D. Ink World, 2001, vol.7, n°12, pp.21-32
  Sulfopolyester hybrids : the next generation of water-based resins. DeBord T.J. Jr, Schick M. Ink World, 1999, vol.5, n°4, pp.47-56
  Printing ink composition, methods for making same and uses thereof Vanderhoff, et al. USP 5 830 927 (3 novembre 1998)
  Diesters of polymerized fatty acids useful in formulating hot-melt inks Pavlin USP 5 645 632 (8 juillet 1997)
  Communication personnelle. Hervy G. Responsable du laboratoire de Sun Chemical Nantes
  Gravure market update. Williams T. Ink World, 2001, vol.6, n°5, pp.24-27
  Publication gravure : toluene or water ? Schmidt W., Roth J. Ink World, 1996, vol.2, n°2, pp.38-42
  The gravure report. Savastano D. Ink World, 1999, vol.5, n°3, pp.74-78
  ERA report : state of the gravure industry in Europe. Siever J. Gravure, 2001, vol.15, n°4, pp.50-53

 
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