Comment choisir une encre gravure adaptée à différents matériaux de support ?

Comprendre les propriétés des supports et leur impact sur la performance des encres gravure

Le rôle du type de support dans l'adhérence et la durabilité de l'encre gravure

Le fonctionnement de l'encre héliographique dépend fortement du type de matériau sur lequel elle est imprimée. Lorsqu'il s'agit de matériaux poreux comme le papier ordinaire, l'encre pénètre dans la surface grâce aux micro-pores qui l'aspirationnent par capillarité, créant ainsi une adhérence de type mécanique. La situation change complètement avec les surfaces non poreuses, telles que les films plastiques. Dans ce cas, l'encre doit adhérer chimiquement, ce qui signifie que les molécules polymères doivent établir un lien au niveau moléculaire avec le support d'impression. L'impression sur feuilles métalliques présente quant à elle des défis spécifiques. Ces matériaux nécessitent des encres formulées spécialement pour pouvoir se plier et s'étirer lors des étapes ultérieures de fabrication, sans se détériorer ni se fissurer sous l'effet des contraintes liées au pliage, au formage ou à d'autres opérations post-impression.

Matériaux courants utilisés comme supports en impression héliographique : papier, films plastiques et feuilles métalliques

• PAPIER : Nécessite des encres à séchage rapide pour éviter les bavures (énergie de surface de 35–45 dyne/cm)
• Films BOPP/PET : Nécessite des encres à base de solvant (énergie de surface ≥ 38 dyne/cm après traitement)
• Feuilles d'aluminium : Utilise des encres spécialisées avec une stabilité thermique allant jusqu'à 160 °C

Énergie de surface et porosité : comment elles influencent le mouillage et l'adhérence de l'encre

Les matériaux dont l'énergie de surface est inférieure à 36 dyne/cm, comme le polyéthylène ordinaire non traité, rejettent généralement les encres gravure standards. La porosité d'un matériau détermine la profondeur à laquelle l'encre peut pénétrer. Par exemple, le papier journal peut absorber entre 12 et 18 grammes par mètre carré d'encre, tandis que les supports en carton couché absorbent typiquement seulement 4 à 6 grammes par mètre carré. Un bon mouillage s'obtient idéalement lorsque la tension superficielle de l'encre est située environ 2 à 5 millinewtons par mètre en dessous de l'énergie de surface offerte par le substrat. Cette différence permet une adhérence correcte sans accumulation excessive d'encre.

Problème : Mauvaise adhérence de l'encre sur les films à faible énergie de surface comme le PE et le PP

Les films de polyoléfine non traités (28–31 dyne/cm) sont responsables d'environ 60 % des défaillances d'adhérence en impression héliographique. Le traitement corona augmente l'énergie de surface du PP à 40–44 dyne/cm, améliorant l'ancrage de l'encre jusqu'à 300 %. Le traitement à la flamme constitue une alternative durable, en maintenant l'énergie de surface au-dessus de 38 dyne/cm pendant 8 à 12 semaines dans des conditions normales de stockage.

Critères fondamentaux pour l'association de l'encre héliographique aux caractéristiques du support

Adhérence, vitesse de séchage et flexibilité : Exigences clés en matière de performance

Obtenir de bons résultats avec l'impression en creux dépend vraiment de la bonne formulation des encres. En ce qui concerne l'adhérence, les différents matériaux nécessitent des approches différentes. Les papiers poreux donnent les meilleurs résultats avec des encres capables de s'imprégner par action capillaire, mais les films plastiques représentent un tout autre cas. Ceux-ci nécessitent des résines polaires spéciales capables de créer une liaison chimique avec la surface. Le temps de séchage est également un facteur important. Le papier sèche généralement en une seconde environ, ce qui implique d'utiliser des solvants qui s'évaporent lentement. Les feuilles métalliques sont totalement différentes : elles nécessitent un système de durcissement aussi rapide que possible. Et puis il y a la flexibilité à prendre en compte. Pour des matériaux élastiques comme les films PE, l'encre doit pouvoir s'étirer en même temps que le matériau, sans se fissurer. La plupart des professionnels recherchent des encres capables de supporter au moins 3 % d'allongement avant de commencer à présenter des craquelures lorsque le matériau est déformé.

Adaptation de la formulation de l'encre à l'absorption du support et à la stabilité thermique

Cet alignement évite les défauts tels que l'écaillage sur les papiers couchés ou la rétention de solvant dans les films multicouches. Pour les emballages thermoscellables, les encres doivent supporter 120 à 140 °C dans les tunnels de chauffage sans décoloration.

Exigences de performance : résistance au frottement, résistance à l'abrasion et durabilité de l'impression

Pour les applications industrielles, les performances doivent être irréprochables. Les encres gravure doivent résister à au moins 500 cycles sur des appareils de frottement Sutherland selon la norme ASTM D5264. Elles ne doivent pas présenter plus de 10 % d'usure après 1 000 cycles dans un test d'abrasion Taber. En ce qui concerne la stabilité aux UV, les formulations doivent conserver une couleur constante même après 500 heures passées sous lumière. La valeur Delta E doit rester inférieure à 2,0, ce qui signifie essentiellement que les couleurs ne s'écartent pas trop de leur apparence d'origine — un critère très important pour les produits utilisés en extérieur. L'emballage alimentaire représente un défi tout autre. Les encres appliquées ici doivent rester intactes même après avoir subi des procédés de stérilisation à 121 degrés Celsius et 15 psi pendant une demi-heure. Et bien sûr, elles doivent respecter toutes les réglementations énoncées dans le FDA 21 CFR Section 175.300 concernant les matériaux au contact direct des aliments.

Sélection de Résines et de Pigments pour une Compatibilité Optimale Encre-Substrat

Une impression en héliogravure efficace nécessite un alignement précis entre la chimie de l'encre et la physique du support. Le choix des résines et pigments appropriés garantit une bonne adhérence, une reproduction nette et une durabilité à long terme.

Types de résines pour les supports hautes performances : PET, OPP et films non poreux

Les résines à base de polyuréthane sont privilégiées pour le polyester (PET) et le polypropylène orienté (OPP) en raison de leur résistance chimique et de leur flexibilité. Les copolymères acryliques modifiés ont démontré un maintien de 98 % de la force d'adhérence après des cycles thermiques sur des surfaces non poreuses. Les résines nitrocellulosiques restent largement utilisées pour les feuilles métalliques lorsque le séchage rapide et la haute brillance sont essentiels.

Stratégies de dispersion des pigments pour les encres héliographiques à base aqueuse sur papier poreux

Dans les systèmes à base aqueuse, des particules de pigment inférieures à 5¼m assurent une pénétration efficace dans les fibres du papier sans bavure. Un broyage avancé à l'aide de billes d'oxyde de zirconium permet une efficacité de dispersion de 95 %, garantissant une couleur uniforme lors des impressions à grande vitesse et réduisant la consommation d'encre de 15 à 20 % par rapport aux méthodes conventionnelles.

Structure du noir de carbone et son effet sur la pénétration de l'encre et l'intensité de la couleur

Les noirs de carbone à structure élevée (taille des agrégats : 200–300 nm) offrent une absorption lumineuse supérieure, atteignant des valeurs L* inférieures à 1,5 sur les échelles de densité noire. Leur morphologie ramifiée améliore le transfert de l'encre depuis les cellules gravées tout en minimisant la surpénétration — un facteur clé pour une reproduction précise des points sur les papiers couchés.

Encres gravure à base aqueuse contre encres gravure à base de solvant : évaluation de l'adéquation au support

Avantages des encres à base aqueuse pour les supports en papier et carton

Les encres gravure à base d'eau sont devenues le choix privilégié pour l'impression sur papier et carton en raison de leurs avantages environnementaux et de leur excellente performance. Ces encres contiennent environ 60 à 70 pour cent d'eau, ce qui réduit les émissions de composés organiques volatils jusqu'à 85 pour cent par rapport aux alternatives traditionnelles à base de solvant. Leur faible viscosité, comprise entre 50 et 150 millipascals-secondes, leur permet de pénétrer les fibres poreuses des produits papetiers, assurant une couverture colorée uniforme sur les surfaces imprimées tout en séchant rapidement à des températures comprises entre 80 et 100 degrés Celsius. Un autre avantage majeur est qu'elles sont totalement inodores et conformes aux normes de la FDA ainsi qu'aux réglementations de l'Union européenne concernant le contact direct avec les denrées alimentaires, ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications d'emballage où la sécurité alimentaire constitue une préoccupation primordiale pour les fabricants.

Pourquoi les encres à base de solvant excellent sur les films plastiques non poreux

Les encres de gravure à base de solvants adhèrent très bien à des matériaux comme les films de polypropylène (PP) et de polyéthylène (PE) lorsqu'on utilise des mélanges spécifiques de résines et de solvants. Lorsqu'elles sont appliquées, des solvants courants tels que l'acétate d'éthyle ou le toluène dégradent temporairement la surface de ces films. Au fur et à mesure que ces solvants s'évaporent en environ 10 à 30 secondes à des températures comprises entre 60 et 80 degrés Celsius, ils laissent derrière eux de minuscules points d'ancrage qui favorisent une meilleure adhérence de l'encre. Ce mécanisme compense ce qu'on appelle une faible énergie de surface, généralement comprise entre 28 et 31 dynes par centimètre. Le résultat ? Des valeurs de résistance au pelage supérieures à 2,5 Newtons par 15 millimètres. Pour ceux qui travaillent sur des surfaces métallisées brillantes en PET, ces options à base de solvants préservent l'aspect brillant tout en empêchant l'encre de couler ou de se propager là où elle ne devrait pas.

Additifs améliorant les performances des encres à base aqueuse

Trois catégories d'additifs améliorent les fonctionnalités des encres à base aqueuse :

1. Tensioactifs (0,5–1,5 %) : Réduction de la tension superficielle de 72 mN/m à 35–40 mN/m, améliorant le mouillage sur les films PE/PP
2. Épaississants (dérivés de gomme xanthane) : Ajuster la viscosité à 80–300 mPa·s pour un dépôt d'encre maîtrisé sur les papiers couchés
3. Antimousses (mélanges de silicone/éther glycolique) : Prévenir la formation de microbulles lors de l'impression à grande vitesse (300–500 m/min)

Les innovations récentes incluent des additifs à base de nano-silice qui augmentent la résistance au frottement de 40 % sur les supports enduits de cire.

Tendance : L'emballage durable stimule l'adoption des encres écologiques

Le marché de l'emballage durable connaît une croissance de 7,2 % en taux de croissance annuel composé jusqu'en 2030, les encres à base d'eau étant désormais utilisées dans 38 % des applications en héliogravure. Les grandes marques exigent de plus en plus des encres contenant plus de 95 % de composants biodégradables et moins de 5 % d'additifs contenant des APEO. Selon une étude de 2023 de l'association FlexTech Alliance, les systèmes hybrides UV-eau réduisent la consommation d'énergie de 30 % tout en maintenant la durabilité sur le PET recyclé.

Amélioration de l'adhérence de l'encre grâce aux traitements de surface et aux améliorations chimiques

Traitements au corona et au plasma : augmentation de l'énergie de surface pour une meilleure adhérence de l'encre

L'énergie de surface joue un rôle important dans la qualité de l'adhérence de l'encre, en particulier sur les plastiques à faible énergie tels que le polyéthylène (PE) et le polypropylène (PP). Pour le traitement au corona, on applique essentiellement une haute tension sur le matériau, ce qui crée un environnement riche en ozone modifiant ainsi la chimie de surface. Ce processus peut augmenter la tension superficielle de 30 à 45 dynes par centimètre, selon les conditions. Le traitement au plasma consiste à faire passer un gaz à travers des champs électriques afin de créer des ions qui modifient directement les molécules du substrat. Cela rend les surfaces beaucoup plus mouillables, permettant aux imprimeurs d'obtenir de meilleurs résultats avec une adhérence correcte de l'encre, même sur ces matériaux filmiques non poreux difficiles, couramment utilisés dans l'industrie de l'emballage aujourd'hui.

Agents promoteurs d'adhérence et apprêts pour films en polyéthylène et polypropylène

Les apprêts chimiques résolvent les problèmes d'adhérence sur le PE et le PP. Les promoteurs à base de silane créent des liaisons covalentes entre le support et l'encre, augmentant la résistance au pelage de 30 à 40 %. Pour les applications alimentaires, les apprêts à base aqueuse offrent une option écologique sans compromettre l'intégrité du lien.

Associer le traitement de surface à des additifs fonctionnels pour des impressions durables

Les approches intégrées donnent les meilleurs résultats : les feuilles d'aluminium traitées au plasma imprimées avec des encres gravure résistantes aux UV conservent 95 % de leur intensité de couleur après 500 heures de vieillissement accéléré. L'incorporation d'agents anti-adhérents (0,5 à 1,5 %) réduit le coefficient de friction de 40 %, protégeant ainsi les impressions contre l'abrasion pendant le transport et la manipulation.

FAQ : Questions fréquemment posées

Quels facteurs influencent l'adhérence et la durabilité des encres gravure ?

L'adhérence et la durabilité des encres gravure sont influencées par le type de support, l'énergie de surface, la porosité, le choix des encres appropriées et les traitements de surface tels que le traitement corona ou plasma.

Quels sont les supports couramment utilisés en impression gravure ?

Les substrats courants incluent le papier, les films BOPP/PET et les feuilles d'aluminium, chacun ayant des exigences spécifiques en matière de formulation d'encre pour assurer une adhérence et des performances optimales.

Pourquoi l'énergie de surface est-elle importante dans l'impression en héliogravure ?

L'énergie de surface influence la façon dont l'encre mouille et adhère au substrat. Les substrats à haute énergie de surface présentent généralement une meilleure adhérence de l'encre que ceux à faible énergie de surface.

En quoi les encres à base de solvant diffèrent-elles des encres à base d'eau ?

Les encres à base de solvant conviennent mieux aux substrats non poreux comme les films plastiques, grâce à leur forte adhérence et à leur séchage rapide. Les encres à base d'eau sont privilégiées pour les substrats poreux comme le papier en raison de leurs avantages environnementaux.

Quel rôle jouent les additifs dans les performances des encres à base d'eau ?

Des additifs tels que les agents tensioactifs, les épaississants et les antimoissons améliorent les performances des encres à base d'eau en optimisant le mouillage, la viscosité et la prévention des bulles.