Les encres d’impression

Les encres sont constituées d’un mélange de matière colorante (pigments), d’un véhicule et d’additifs. Les pigments représentent 20% du poids de l’encre, le véhicule environ 70% et les additifs environ 10% (Blayo 2007). Les encres d’impression ont la capacité de rester fluides et stables pendant l’impression et les différentes opérations qui la précèdent. Les pigments sont d’origine naturelle ou synthétique. Ils fournissent aux encres leur couleur ; ce sont donc des constituants de première importance.

Le véhicule permet le transfert et la fixation du pigment coloré sur le support, et contribue à former un film continu à la surface de la feuille pour protéger l’encre après séchage. Le véhicule est composé d’un solvant ou diluant qui peut être une huile végétale ou minérale ou bien des distillats pétroliers et qui a pour rôle de disperser le pigment ; et d’un liant dont les fonctions principales sont de maintenir le pigment en suspension et de le fixer sur le support, ce liant est composé d’un mélange de polymères (résines) (Blayo 2007). Ainsi, le véhicule conditionne les propriétés rhéologiques de l’encre et son mode de séchage.

Enfin, des additifs sont aussi présents dans les formulations d’encre. Ce sont des produits utilisés pour augmenter certaines propriétés de l’encre. Parmi ces additifs, on rencontre des cires, des antioxydants, des anti-mousses, des agents rhéologiques, des catalyseurs de séchage. Les additifs sont introduits en très faible quantité.

Les caractéristiques d’une encre dépendent principalement du procédé d’impression. La différence entre les procédés d’impression provient de la façon dont l’encre est déposée. Il existe plusieurs procédés d’impression : la flexographie, la typographie, l’héliogravure, l’offset, la sérigraphie, l’électrophotographie et le jet d’encre.

Les propriétés de l'encre sont importantes puisqu'elles influencent fortement l’efficacité du désencrage. Le détachement de l'encre du support fibreux dépend de sa formulation, des conditions d'impression et de son vieillissement, tandis que l'élimination des particules d'encre détachées des fibres est conditionnée par la formulation de l'encre (taille des particules d’encre, propriétés de la surface des particules d'encre, encre ou colorant soluble). Les propriétés de la surface du papier sont également importantes car elles affectent l’efficacité du détachement de l'encre. Les encres imprimées sur une surface de papier couché se détachent plus facilement que les encres imprimées directement sur les fibres d'une feuille non revêtue (Carré et al. 1995). Le tableau I-5 présente les procédés d’impression les plus fréquemment utilisés, leurs mécanismes de séchage et leur aptitude au désencrage.

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Tableau I-5. Influence du procédé d'impression sur l'aptitude au désencrage, (Carré et al. 2000)

Procédés d’impression Mécanismes de séchage Aptitude au désencrage

Offset Absorption, évaporation,

oxydation

Si papier non vieilli, bonne aptitude au désencrage ; après vieillissement,

mauvais désencrage

Rotogravure Evaporation Bon désencrage, possibilité de

conduire à une pâte colorée (colorant)

Flexographie Evaporation Médiocre dans les conditions de pH

alcalin pour les encres à base d’eau

Laser et photocopieurs (UV-IR)

Durcissement par rayonnement

Détachement des toners limité, donc désencrage affecté

Les procédés les plus couramment utilisés pour l’impression des papiers à usage graphique, l’offset, la rotogravure et le laser, sont présentés dans les paragraphes suivants.

II.5.6.1. L’impression offset

Le procédé offset est un procédé d’impression largement utilisé. C’est un procédé souple qui s’adapte à une grande variété de supports. Les produits imprimés en offset sont de bonne qualité et présentent un coût relativement peu élevé. Le procédé offset est utilisé pour de nombreuses applications comme les publications de toutes sortes (journaux, livres, catalogues, brochures...), les emballages (cartons, étiquettes, emballages de luxe...). Le procédé offset est caractérisé par le transfert d’image indirect «set off» : l’image est d’abord reportée de la forme imprimante sur une surface intermédiaire puis sur le papier ou un autre support d’impression (Blayo 2007).

Dans le cas des encres offset, le véhicule est un mélange de plusieurs résines dures (oligomères solides) et de résines liquides (alkydes) présentes dans des huiles (huiles végétales, huiles issues des distillats pétroliers). Le changement de la formulation du véhicule change le procédé de séchage.

Des additifs sont généralement ajoutés pour accélérer le séchage, améliorer la brillance ou encore augmenter la résistance à l’abrasion du film d’encre sec. Les additifs les plus utilisés sont des siccatifs, des cires et des produits antioxydants.

Les encres offset sont classées selon leur procédé de séchage. Trois types de séchage existent :

- Séchage physique par infiltration dans le support (encres coldset) : il s’agit de

l’infiltration et le l’emprisonnement du véhicule dans le support d’impression, i.e., les fibres. Ce mode de séchage convient aux papiers non couchés et aux encres peu coûteuses, comme dans le cas de l’impression des journaux. Au cours du temps, ces encres peuvent subir une oxydo-polymérisation ce qui augmente leur adhésion sur le

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support et rend le désencrage plus difficile en fonction du vieillissement du papier récupéré.

- Séchage chimique par oxydo-polymérisation (encres quickset) : c’est

l’oxydo-polymérisation d’une partie du véhicule de l’encre contenant un taux élevé d’huiles végétales. Les acides gras en présence de l’oxygène de l’air subissent une polymérisation radicalaire formant ainsi un film sec, plus au moins rigide selon la formulation des résines présentes dans l’encre.

- Séchage par évaporation (encres heatset) : c’est la méthode la moins utilisée de séchage.

Les encres sont de formulation similaire aux encres quickset. En revanche, les résines se trouvent dans un système de solvants pétroliers de points d’ébullition élevés compris entre 140 et 290°C. Après l’impression le véhicule est évaporé dans un four à circulation d’air chaud (100 à 300°C).

Les encres offset sont généralement facilement désencrée (figure I-11). Sauf si le papier vieillit et subit une oxydo-polymérisation, dans ce cas, les encres seront plus attachées aux fibres et leur désencrage deviendra plus difficile (tableau I-5), (Carré et al. 2000).

II.5.6.2. L’impression rotogravure (ou héliogravure)

L’encre est composée d’un pigment et d’une résine de type polyamide ou polyacrylate. Le solvant le plus utilisé est le toluène, l’encre est ainsi liquide. Le tableau 6, ci-dessous présente une composition type d’une encre héliogravure à base de solvants.

La rotogravure est un procédé d'impression en creux dans lequel un cylindre (cuivre ou inox) est gravé mécaniquement d’alvéoles, à l'aide d'un diamant ou au laser. L’encre retenue par ces creux plus ou moins profonds, est transférée directement depuis le cylindre métallique vers le support d’impression lorsque celui-ci vient au contact du cylindre. Plus les creux sont profonds et plus le ton rendu par l’impression est foncé. En outre, l’encre utilisée doit être très liquide afin de rentrer dans les alvéoles.

Tableau I-6. Formulation typique d’une encre à base de solvant pour l’héliogravure (Blayo 2007)

Pigment Caoutchouc chloré Résine phénolique Plastifiant Cire polyéthylène Toluène Acétate d’éthyle 8% 15% 10% 5% 1% 51% 10%

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La figure I-11 présente une comparaison de l’aptitude au désencrage de papiers couchés imprimés par offset ou rotogravure selon le mode de séchage. Ce procédé d’impression n’induit pas de problèmes de désencrage, à l’exception des encres rouges qui contiennent des colorants conférant une couleur rougeâtre à la pâte désencrée. L’encre se détache bien avec un traitement de désencrage conventionnel.

Figure I-11. Aptitude au désencrage de différents imprimés réalisés sur un support papier couché (masse de couche variable), imprimé en offset et rotogravure avec des modes de séchage différents (Carré et al. 2000)

La rotogravure est utilisée pour l’impression de catalogues de prêt à porter, pour l’impression de cartons et de divers papiers d’emballage. Elle est réservée à des impressions sur des papiers de faibles grammages.

II.5.6.3. L’impression toners pour l'électrophotographie

Les photocopieurs et imprimantes laser utilisent des poudres appelées « Toner », qui sont constituées de pigments noirs ou colorés, très finement divisés, et mélangés à des résines polymères thermoplastiques (copolymères styrène-acrylique, polyamides, polyesters). La composition des encres toners et le rôle respectif des constituants sont présentés dans le tableau I-7.

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Tableau I-7. Composition des encres toners et rôles des différents composants (Lothar and Heikki 2000)

L’encre toner est une poudre (certains toners peuvent être liquides mais le cas est rare) contenant des pigments très fins noirs ou colorés mélangés à un polymère thermoplastique. Cette poudre peut être sous forme sèche ou bien dispersée dans un liquide.

L’impression est réalisée via le procédé d’électrophotographie. Le cylindre d'impression est recouvert d'un polymère photoconducteur (sélénium par exemple) spécial qui est initialement chargé en électricité statique par un dispositif haute tension. Ce photoconducteur (tambour) est exposé à une lumière ‘laser’ ou ‘led’ pour former l'image à imprimer. L’image à reproduire est balayée par un pinceau de lumière très intense. Les portions blanches de l’image réfléchissent la lumière vers le tambour, qui devient chargé négativement là où il est exposé à la lumière. Les particules d’encre toner préalablement chargées positivement sont déposées sur le cylindre d'impression, elles sont attirées sur les parties chargées positivement et repoussées par les parties chargées négativement. L'encre est ensuite transférée sur le support d'impression, lui-même chargé en électricité statique. Sous l’effet d’une élévation de température (jusqu’à 120-140 °C), les particules de toner passent à l’état de fluide visqueux, ce qui permet leur étalement et, selon leurs propriétés physico-chimiques, leur adhésion sur le support (Blayo 2007).

La composition des encres pour l’impression par électrophotographie varie d’un fournisseur à l’autre. Le tableau I-8 ci-dessous présente une composition typique de toner pour le procédé d’impression par électrophotographie (photocopieurs).

Les composants des encres toners Rôles

Colorant Pigment ou colorant Donne la couleur

Base liante – résine (90%)

Mélange de monomères : acrylate de styrène, polyesters, résines de type époxy

Permet la fusion des particules des toners sur la feuille

Résine modifiée Matériau naturel : acide abiétique, résine, cire

Permet l’amélioration de la solidité de l'interface toner / papier

Agent de contrôle de charge Sels d'ammonium, sulfonate, complexes de zinc

Fournit aux particules de toner une charge électrique nécessaire au développement de liaison électrostatique avec le support (papier)

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Tableau I-8. Composition d'encres toners pour photocopieur (Nie et al. 1998)

Composés Composition Styrène acrylique 85 – 90% Noir de carbone 10 – 15% Oxyde de fer -Silice amorphe < 1% Stéarate de zinc <1%

La qualité d’impression dépend de la taille moyenne des particules, qui est typiquement de 6 à 8 μm pour les toners en poudre, et inférieure à 2 μm pour les toners liquides.

La figure I-12 représente l’aptitude au désencrage d’un papier non couché imprimé avec un photocopieur utilisant des encres toners.

Figure I-12. Aptitude au désencrage d’un papier non couché imprimé sur un photocopieur toner (Carré et al. 2000)

Le désencrage des papiers non couchés imprimés avec des encres toners est médiocre. Après remise en suspension des papiers, l’encre adhère encore aux fibres (détachement difficile) et forme des gros points noirs en surface.