Le phénomène que le encre à imprimer adhère à la surface du substrat d’impression est un phénomène d’adsorption. Nous en faisons généralement un phénomène interfacial. Cela concerne l’adhérence des atomes et des molécules d’une substance à la surface d’une autre. Il existe un autre phénomène similaire appelé « absorption », c'est aussi un phénomène interfacial. Le processus implique la perméation uniforme des atomes et des molécules d'une substance à travers l'interface, leur permettant de pénétrer dans les espaces intérieurs parmi les atomes ou les molécules d'une autre substance. Lorsque l’adsorption et l’absorption se produisent simultanément, le terme « adhésion » est utilisé pour décrire ce phénomène. La force d'adhésion, également appelée adhésion, désigne la force avec laquelle l'encre adhère à la surface d'impression. Pour améliorer cette adhérence, deux aspects principaux doivent être priorisés : l’adéquation de l’encre à l’impression et l’imprimabilité du matériau du substrat.
1. Imprimabilité de l'encre
1. Le rôle essentiel de la résine dans les formulations d’encre est souligné par sa compatibilité avec le substrat, étant un composant essentiel du véhicule d’encre qui a un impact direct sur la force d’adhésion. Dans la pratique courante, la sélection des encres pour les substrats métalliques nécessite l'utilisation de résine époxy comme liant, en raison de ses groupes époxy et de sa nature réactive qui favorisent une adhérence robuste lors de la réticulation. À l’inverse, pour les plastiques polyéthylène, la résine du liant doit refléter le matériau du substrat, en utilisant du polyéthylène pour une imprimabilité optimale. De même, le polypropylène sert de liant approprié lors de l’impression sur des substrats en polypropylène, car ils partagent une polarité et des poids moléculaires comparables. Pour les matériaux polyuréthane, l'adoption d'une résine polyuréthane comme liant garantit que la couche de film d'encre possède des qualités exceptionnelles de durabilité, de résistance à l'usure et d'adhérence lors de l'impression.
2. Une impression efficace sur un substrat nécessite une correspondance étroite des paramètres de solubilité entre le solvant de la résine et les composants du substrat contenus dans l'encre. Lorsque ces paramètres s'alignent, le solvant exerce un effet de gonflement sur la surface du substrat, facilitant la traversée de la résine à travers l'interface et la pénétration à l'intérieur du substrat. Ce processus aboutit finalement à la formation d’une adhésion forte et durable entre l’encre et le substrat.
3.Ajout d’additifs appropriés.
Pour renforcer l’adhésion, il est primordial d’incorporer des promoteurs d’adhésion appropriés. Ces promoteurs fonctionnent comme des agents de couplage, rationalisant la liaison entre la résine de l'encre et le matériau du substrat polymère, augmentant ainsi les capacités d'adhésion de l'encre.
De plus, l’inclusion d’agents de réticulation joue un rôle central dans le renforcement de l’adhésion. En créant des réticulations au sein de l'adhésif, ces agents abaissent non seulement la température de formation du film mais améliorent également considérablement l'adhérence de l'encre. De plus, ils améliorent la dureté du film d'encre, la résistance à l'eau, la résistance aux solvants et la vitesse de séchage, contribuant ainsi à des performances globales supérieures.
2. Traitement de surface des substrats pour encres
Traitement des plastiques et films plastiques. Les diverses structures moléculaires, densités, cristallinités et compositions de groupes polaires de surface des plastiques et des films plastiques entraînent des variations substantielles de leurs propriétés, même au sein d'un même type de plastique, où les densités peuvent couvrir une large gamme. Ces facteurs, associés au lissé de la surface induit par la production et à l'incorporation de stabilisants qui confèrent une résistance acide-base et des propriétés anti-oxydantes, entraînent souvent de mauvaises capacités d'adsorption de l'encre. Par conséquent, l’adhérence et la résistance à l’usure de la couche d’encre imprimée sont considérablement affectées, nécessitant un traitement de surface avant l’impression. La pierre angulaire de ce traitement consiste à modifier la polarité de la surface plastique, transformant les surfaces généralement non polaires en surfaces possédant des groupes polaires capables de se lier aux groupes polaires présents dans le liant de l'encre. Cette transformation favorise une forte adhérence de l'encre à la surface plastique.
3. Méthodes courantes de traitement de surface des encres pour les plastiques
(1) Traitement par décharge corona
Le traitement par décharge corona utilise un dispositif structuré avec un moteur à courant alternatif haute tension, un transformateur de sortie et une paire d'électrodes. Lorsque le film plastique traverse l’espace étroit entre ces électrodes, une haute tension déclenche l’ionisation de l’oxygène atmosphérique, produisant de l’ozone. Ce processus dynamise la surface du film, déclenchant une décharge corona qui provoque l'émergence de groupes polaires. Par conséquent, la polarité moléculaire s’intensifie, augmentant la tension superficielle. Parallèlement, le traitement élimine la poussière et crée des empreintes microscopiques imperceptibles à l'œil humain, rendant ainsi la surface rugueuse. Cette transformation renforce la capacité du substrat à absorber l'encre, faisant du traitement par décharge corona une méthode répandue et efficace dans les pratiques actuelles.
(2) Méthode de traitement à la flamme
La méthode de flammage fonctionne sur le principe d’exposer rapidement le film plastique à une flamme oxydante. Ce passage rapide à travers la flamme élimine les imperfections microscopiques, éliminant les bavures invisibles, améliorant ainsi considérablement l'adhérence de l'encre à la surface. L’essence de cette technique réside dans le mot « rapide », car tout retard risque de « brûler » la surface, ce qui peut diminuer l’adhérence de l’encre et entraîner le détachement du film d’oxyde flammé et de la couche d’encre. Ainsi, la température de traitement doit être minutieusement maintenue en dessous du seuil de déformation thermique du film plastique pour garantir des résultats optimaux.
(3) Traitement au plasma
Le traitement au plasma exploite la puissance des champs électriques intenses, des températures élevées et de l’énergie laser pour retirer les électrons des atomes ou molécules neutres, les transformant en ions – un état dans lequel les charges positives et négatives sont en équilibre, d’où le terme plasma. Un générateur RF alimente ce processus en émettant de l'énergie laser à haute tension, déclenchant une décharge lumineuse distinctive qui ionise les gaz environnants, libérant une cascade d'électrons, d'ions et d'atomes sous tension. Ces particules hautement réactives entrent en collision avec la surface du plastique, provoquant des changements structurels dans les groupes tensioactifs, l'émergence de nouveaux groupes ou radicaux libres et, finalement, un processus de dépôt. Cette double modification chimique et physique de la surface du polymère introduit une polarité, permettant aux groupes polaires nouvellement acquis de former des liaisons fortes avec les composants polaires du liant de l'encre, améliorant ainsi considérablement l'adhérence de l'encre.
(4) Méthode de traitement chimique et solvant
En utilisant des méthodes de traitement chimiques et solvants, la surface du plastique subit une oxydation avec un agent oxydant. Cette réaction d'oxydation provoque la génération de groupes hydrophiles et d'autres fragments fonctionnels à la surface du film plastique, favorisant les interactions avec les groupes polaires présents dans l'encre. En tirant parti de l’oxydation, l’adsorption de l’encre sur la surface est considérablement renforcée. Pour les applications de films plus épais, le traitement par solvant devient une option, en utilisant des tensioactifs ou des solvants chlorés comme le dichloroéthane, le pentachloroéthane et le trichloréthylène. Cette approche modifie la mouillabilité de la surface du film plastique et permet de neutraliser les additifs introduits lors de la fabrication, comme les plastifiants et les antioxydants. En parallèle, les méthodes de traitement chimique impliquent l'application de produits chimiques spécifiques, tels que le permanganate de potassium, l'acide chlorosulfonique et l'acide cycloalkylchromique, directement sur la surface du film plastique. Ce processus de gravure chimique, par corrosion, améliore la capacité du film à mouiller avec l'encre, améliorant ainsi l'adhérence de l'encre et la qualité d'impression globale.
(5) Traitement d'élimination de l'électricité statique
La nécessité d’éliminer l’électricité statique avant l’impression sur des films plastiques, qui sont par nature de bons isolants électriques sujets à l’accumulation de charges statiques et à l’attraction de la poussière, est primordiale pour optimiser l’adhésion de l’encre. La pierre angulaire de ce procédé réside dans l'application d'agents antistatiques, principalement des formulations à base de silicone ou de tensioactifs. Dans le cas des agents antistatiques à base de silicone, les étapes préparatoires consistent à débarrasser la surface de la graisse et de l'humidité à l'aide de solvants comme le méthanol ou l'éthanol. Ensuite, l'agent est appliqué méticuleusement, soit au pinceau, au rouleau ou par immersion, assurant une couverture complète. Ce processus, mené de manière optimale à des températures comprises entre 30°C et 40°C ou entre 60°C et 80°C pendant environ 3 heures, nécessite un séchage complet et une période de repos de 5 heures après l'application pour permettre une efficacité maximale avant de commencer l'impression. Alternativement, les agents tensioactifs antistatiques fonctionnent selon un mécanisme différent, améliorant la conductivité et réduisant la résistance de surface pour dissiper les charges statiques. Leurs méthodes d'application reflètent celles des agents silicones, par application au rouleau ou par immersion, garantissant un niveau de minutie similaire pendant le processus. Les deux approches, via des mécanismes distincts, visent à éliminer l’électricité statique et à préparer la surface du film plastique pour une adhérence optimale de l’encre.
Bien que les méthodes de traitement susmentionnées soient largement applicables à différents types de plastiques, il existe certains plastiques intrinsèquement dotés de groupes polaires sur leurs surfaces, tels que le polystyrène et le chlorure de polyvinyle (PVC). Ces matériaux, caractérisés par leur texture rugueuse et leur densité relativement faible, présentent des propriétés uniques qui rendent inutile un prétraitement. Par conséquent, ils peuvent être directement soumis aux processus d’impression sans nécessiter de modifications de surface préalables.
4. Traitement à l'encre des matériaux de substrat métallique
Pendant les phases de transport et de stockage, les métaux sont protégés par une couche protectrice d’huile antirouille et de lubrifiant de procédé. Cependant, ces métaux, intrinsèquement réactifs, ont tendance à absorber l’humidité atmosphérique et l’oxygène lors d’une exposition prolongée, conduisant à la formation d’un film d’oxyde. Ce film d'oxyde, couplé à la couche d'huile antirouille, présente une formidable barrière contre l'adhésion de l'encre, provoquant des effets répulsifs et anti-mouillants. Il devient donc impératif de préparer la surface métallique par un traitement approprié avant le processus d'impression.
5. Traitement de l'encre pour la surface du verre
Le verre, principalement composé de SiO2, présente une caractéristique structurelle unique où les atomes de silicium sont intégrés dans sa matrice tandis que les atomes d'oxygène dominent sa surface. Cette configuration se traduit par une énergie de surface élevée, la prédisposant aux interactions avec des substances extérieures. Par exemple, lors de l'exposition à l'air, la surface du verre réagit avec l'hydrogène pour générer des groupes hydrophiles, notamment des fragments OH (hydroxyle), qui s'accumulent à sa surface, empêchant l'adhésion de l'encre. De plus, la présence d’ions alcalins, en particulier ceux formant des liaisons Na-O, sur la surface du verre pose un défi supplémentaire. Ces liaisons sont susceptibles d’être rompues en présence d’air et d’eau, ce qui exacerbe le problème de l’adhésion de l’encre. Par conséquent, des traitements de surface préparatoires sont impératifs avant l’impression sur verre. La section suivante décrit plusieurs méthodologies de traitement courantes utilisées à cette fin.
(1) Traitement lipophile
Le traitement lipophile est une approche stratégique consistant à appliquer des agents de couplage silane sur la surface du verre. Ce procédé favorise la formation de groupements lipophiles, améliorant considérablement l'affinité du verre pour l'encre. Une mise en œuvre consiste à recouvrir la surface d'une solution de 0.5 % à 1 % de l'agent de couplage dissous dans l'éthanol, qui, lors de l'hydrolyse, établit une affinité robuste. Alternativement, l'agent de couplage peut être pré-mélangé à l'encre à une concentration de 1 % à 5 %, lui permettant de diffuser spontanément sur la surface du verre après l'impression.
(2) Traitement dégraissant
Cette étape vise à améliorer la mouillabilité en éliminant les huiles et les graisses de la surface du verre. Cela peut être accompli soit par lavage avec des solvants comme l'acétone ou la méthyléthylcétone (MEK), soit en utilisant de la vapeur de dichloroéthylène pour un processus de dégraissage efficace.
(3) Traitement aux acides forts
Un traitement à l'acide fort est utilisé pour éliminer les ions alcalins de la surface du verre. Cette méthode est conçue pour renforcer davantage l’adhérence de l’encre, garantissant ainsi une qualité d’impression et une durabilité optimales.
(4) Traitement physique
Par la suite, des méthodes de traitement physique entrent en jeu, utilisant soit de la poudre abrasive fine pour un léger sablage, soit du papier de verre à l'eau pour le broyage à l'eau. Ces techniques visent à affiner la surface du verre en éliminant les contaminants, améliorant ainsi sa capacité à accepter et à adhérer à l'encre.
Pour plus d'informations sur les encres, vous pouvez consulter :
Quels sont les éléments de test de performances pour l’encre ?
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