Quelles encres gravure résistent au jaunissement pour une utilisation à long terme ?

Pourquoi le jaunissement des encres gravure se produit-il : facteurs chimiques et environnementaux fondamentaux

Dégradation oxydative des résines cétoniques et formation de chromophores

Le problème de jaunissement des encres gravure provient essentiellement de la dégradation, par oxydation, de ces résines cétoniques. Ces résines jouent un rôle fondamental, car elles adhèrent bien aux surfaces, confèrent une bonne brillance et préservent la qualité d’impression. Or, voici ce qui se produit : lorsqu’elles entrent en contact avec l’air ambiant, que ce soit pendant le stockage ou l’utilisation, un phénomène appelé rupture de chaîne se produit. Ce processus génère des doubles liaisons conjuguées ainsi que des groupes carbonyles (C=O), qui deviennent effectivement des agents colorants. Par la suite, ces structures nouvellement formées commencent à absorber la lumière spécifiquement dans la partie bleu-violet du spectre, autour de 400 à 450 nanomètres, ce qui donne à l’ensemble une teinte plus jaune que prévue. Certaines résines présentent naturellement davantage de liaisons insaturées, comme certains dérivés de polyéthylène basse densité, et celles-ci tendent à jaunir beaucoup plus rapidement, même lorsqu’elles sont stockées dans des conditions similaires. De nombreux imprimeurs ont constaté ce phénomène au fil du temps, notamment lorsqu’ils travaillent avec des matériaux anciens.

Rayonnement UV, chaleur et humidité : facteurs de stress synergiques dans le vieillissement en conditions réelles

La nature ne fonctionne pas selon des schémas bien ordonnés où les facteurs environnementaux agissent séparément. Lorsque l’on observe des matériaux exposés à l’extérieur, les rayons UV, la chaleur et l’humidité agissent conjointement pour accélérer le jaunissement par le biais de réactions chimiques complexes. Examinons cela plus en détail : les rayons UV initient la rupture des liaisons chimiques et génèrent ces radicaux libres indésirables. La situation s’aggrave lorsque la température dépasse 30 degrés Celsius, car les molécules se déplacent davantage et l’oxydation s’accélère. Pour chaque augmentation de 10 degrés, la vitesse des réactions double approximativement. Ensuite, il faut tenir compte de l’humidité. Lorsque l’humidité relative dépasse 60 %, l’eau participe effectivement à la dégradation de certaines liaisons chimiques présentes dans les liants, provoquant un gonflement des résines et permettant une pénétration accrue de l’oxygène. Ce tableau illustre comment ces différents facteurs de stress se combinent et amplifient mutuellement leurs effets sur la dégradation des matériaux au fil du temps.

Cette synergie explique pourquoi le jaunissement se manifeste de façon particulièrement sévère dans les environnements tropicaux ou d’entrepôt, où ces trois facteurs coexistent — des conditions de plus en plus fréquentes dans les chaînes d’approvisionnement mondiales.

Stratégies de formulation pour maximiser la résistance au jaunissement des encres pour impression héliogravure

Systèmes de stabilisants : absorbeurs UV et stabilisants lumineux à base d’amines stériquement encombrées (HALS)

Démarrer une bonne stabilisation signifie disposer des additifs appropriés. Les absorbeurs UV agissent en capturant ces rayons UV intenses de longueur d’onde inférieure à 380 nm et en les transformant en chaleur, plutôt que de laisser ceux-ci rompre les liaisons à la surface de l’encre. Associés à des stabilisants lumineux à base d’amines stériquement encombrées (HALS), qui neutralisent efficacement les radicaux libres dès leur formation, ils offrent une protection complémentaire selon deux mécanismes distincts. Des essais en conditions réelles livrent également des résultats remarquables : selon la norme ASTM G154 — où les échantillons sont soumis à des conditions équivalentes à 18 mois d’exposition extérieure — les meilleures combinaisons d’absorbeurs UV (UVA) et de HALS réduisent le jaunissement visible (lorsque Δb* atteint ou dépasse 3,0) de 70 % à 80 %. Cela signifie que les produits conservent leur aspect frais beaucoup plus longtemps, tout en maintenant leur brillance et en résistant à l’usure liée à la manipulation.

Optimisation du liant : résines à haut poids moléculaire, densité de réticulation et alternatives aux résines cétoniques

La façon dont les liants sont structurés joue un rôle majeur dans la tenue des couleurs au fil du temps. Les acryliques et les polyuréthanes aliphatiques à poids moléculaire élevé (supérieur à 50 000 Da) résistent généralement mieux à l’oxydation que leurs homologues à poids moléculaire plus faible. Lorsque les fabricants augmentent la densité de réticulation à l’aide de matériaux trifonctionnels tels que le triméthylolpropane triacrylate, ils créent en réalité des barrières qui ralentissent la diffusion de l’oxygène et réduisent la mobilité des molécules responsables du changement de couleur à l’intérieur du revêtement. Un changement notable consiste à remplacer les résines cétoniques classiques par des alternatives dépourvues de groupements cétones, comme les époxydes cycloaliphatiques ou les esters de colophane hydrogénés. Ce remplacement met effectivement fin, à la source, à la formation de ces composés colorés problématiques. Selon des rapports sectoriels, les entreprises adoptant ces nouvelles formulations constatent souvent un report des phénomènes de jaunissement d’environ trois à cinq ans, notamment dans les environnements humides, où les anciens systèmes de liants se dégradent beaucoup plus rapidement.

Critères de sélection des pigments pour les encres gravure non jaunissantes

Pigments inorganiques (TiO₂, oxydes de fer) : stabilité, opacité et compatibilité

Les pigments inorganiques, tels que le dioxyde de titane rutile (TiO₂) et divers oxydes de fer synthétiques, se distinguent par leur remarquable résistance à la dégradation photochimique ainsi qu’aux dommages thermiques. Contrairement à leurs homologues organiques, ces minéraux possèdent des structures cristallines stables, dépourvues de liaisons π réactives ou de cycles aromatiques, qui ont tendance à se dégrader sous l’effet des rayons UV. C’est pourquoi ils résistent aux changements de couleur provoqués par l’exposition à la lumière solaire et ne jaunissent pas avec le temps. Le dioxyde de titane ne se contente pas de conférer aux revêtements un aspect lumineux et opaque : il reflète effectivement les rayons UV nocifs loin des résines sous-jacentes. Les pigments d’oxyde de fer supportent des températures allant jusqu’à environ 180 degrés Celsius, ce qui les rend particulièrement adaptés aux opérations de séchage rapide et aux procédés de laminage. Bien que ces pigments présentent des particules plus grosses que la plupart des pigments organiques, notamment lorsqu’ils sont utilisés dans des formulations d’encres gravure fines, les technologies actuelles de tensioactifs permettent de maintenir une dispersion homogène. Les dispersants modernes s’intègrent également parfaitement aux nouveaux systèmes liants sans solvant, évitant ainsi tout agglomérat pendant les impressions et assurant un écoulement fluide du matériau à travers la presse.

Colorants organiques : compromis entre intensité de la couleur, brillance et stabilité chromatique à long terme

Les colorants organiques offrent une meilleure intensité de couleur, une plus grande transparence et un meilleur éclat, ce qui les rend excellents pour les travaux décoratifs haut de gamme. Toutefois, ils présentent également un inconvénient. En raison de leurs structures conjuguées étendues, ces colorants ont tendance à se dissoudre facilement au niveau moléculaire, ce qui les rend sensibles à la dégradation sous l’effet de la lumière ou de l’humidité. Lorsqu’ils sont exposés aux rayons UV, les molécules de colorant commencent à se décomposer et à se réorganiser, provoquant ces désagréables taches jaunâtres par des réactions impliquant des radicaux libres. Même lorsqu’on ajoute des stabilisants HALS, ces options organiques restent inférieures aux pigments inorganiques, affichant une résistance à la décoloration sous l’action du soleil environ 30 à 40 % moindre. Par ailleurs, elles réagissent mal aux niveaux d’humidité, ce qui constitue un problème particulièrement critique dans les systèmes d’impression gravure à base d’eau. Et n’oublions pas non plus les problèmes de compatibilité : nombreux sont ceux qui éprouvent des difficultés à s’intégrer efficacement à certains types de résines fortement réticulées et peu polaires, ce qui peut, à terme, altérer la qualité du film.

La décision dépend des exigences liées au cycle de vie de l’application : lorsque la pérennité visuelle prime sur la vivacité initiale — notamment dans les emballages alimentaires, pharmaceutiques ou destinés à l’exportation — la démarche d’ingénierie privilégie les pigments inorganiques associés à des liants stabilisés et exempts de cétones.

FAQ

Quelle est la cause du jaunissement des encres gravure ?

Le jaunissement des encres gravure est principalement causé par la dégradation oxydative des résines cétoniques, les rayonnements UV, les hautes températures et l’humidité, qui provoquent des réactions chimiques altérant la couleur de l’encre.

Comment prévenir le jaunissement des encres gravure ?

La prévention du jaunissement implique l’utilisation de stabilisants tels que des absorbeurs UV et des stabilisants lumineux à base d’amines stériquement encombrées (HALS), l’optimisation des structures de liants à l’aide de résines à haut poids moléculaire, ainsi que le choix de pigments résistants à la dégradation, comme les pigments inorganiques.

Les pigments inorganiques ou organiques sont-ils plus performants pour éviter le jaunissement ?

Les pigments inorganiques sont généralement supérieurs en termes de résistance au jaunissement, en raison de leur stabilité sous l’exposition aux UV et à la chaleur, tandis que les pigments organiques peuvent offrir une forte intensité colorante, mais sont plus sujets à la décoloration et au jaunissement avec le temps.

Des facteurs environnementaux peuvent-ils accélérer le jaunissement des encres gravure ?

Oui, des facteurs environnementaux tels que les rayonnements UV, la chaleur et l’humidité peuvent accélérer le jaunissement en favorisant des réactions d’oxydation et la rupture des liaisons chimiques au sein de l’encre.