La tendance de développement de l'encre d'impression à jet d'encre hybride

En jet d'encre industriel, Les encres UV et certaines de leurs limites, Le jet d'encre à base d'eau connaît une renaissance. Quand il s'agit des applications les plus exigeantes, c'est un défi pour les encres à base d'eau d'atteindre les performances de résistance requises sans risque à long terme de bloquer la tête. C'est là que l'encre mélangée offre une solution potentielle.

Que signifie hybride?

Le terme “mélange” est couramment utilisé lorsque les encres ne sont pas facilement classées par le traditionnel “plateforme” catégories d'UV, huile, adhésif à base d'eau ou thermofusible, souvent dans les cas où le concepteur de la formule combine délibérément les deux techniques. Le but est de combiner le meilleur de chaque approche pour résoudre un problème particulier. Considérez la cavalerie Centauri de la mythologie grecque, qui combinait la vitesse d'un cheval avec l'instinct de combat d'un humain, plutôt qu'une cavalerie.

L'équivalent métaphorique de l'impression du cavalier est celui qui nécessite l'application de deux techniques pour résoudre un problème, comme l'utilisation de vernis UV d'impression flexo pour couvrir les encres à jet d'encre à base d'eau utilisées pour l'impression d'étiquettes. Dans certains cas, c'est peut-être la meilleure approche, surtout si la conception de l'imprimante le permet, mais lorsqu'une seule couche est requise, combiner les fonctions des deux fluides en un seul produit peut être bénéfique.

Lumière ultraviolette portée par l'eau

La méthode de mélange la plus courante est probablement l'encre UV à base d'eau, ou AQ-UV. Encres aq-uv, bien que conceptuellement pas inconnu, sont divulgués dans des brevets depuis le début des années 2000, mais ont fait l'objet de recherches intensives considérables au cours des dernières années 10 années. Cela est probablement dû à un grand nombre de têtes d'impression endommagées par les premiers prototypes d'encres contenant des résines auto-réticulables conventionnelles.. Aujourd'hui, entreprises telles que Konica Minolta, Soleil chimique, Afa, Fujifilm, Tiger Coatings et EFI détiennent des brevets sur tout, des textiles et emballages aux finitions métalliques.

Le plus grand avantage de l'encre AQ-UV est que le “solide” le contenu du composant durcissable est maintenant considérablement réduit, et le film d'encre durcissable final est ainsi plus mince. En fonction de la couverture, la brillance de l'impression semble plus uniforme, surtout pour les couleurs sombres. L'étiquetage peut aussi être meilleur, bien que cela soit sensible à la chimie précise utilisée.

Le problème est que de nombreux matériaux couramment utilisés pour fabriquer des encres UV sont tout simplement insolubles dans l'eau.. Cela s'applique à la plupart des monomères UV et à presque tous les photoinitiateurs. Ainsi, du point de vue de la préparation de l'encre, l'approche la plus simple consiste à sélectionner parmi une liste plus restreinte de matériaux solubles et à les mélanger simplement pour fabriquer de l'encre. Le problème est que si le film n'est pas complètement réticulé, la résistance à l'eau du film résultant sera sacrifiée par cette solubilité, perdant ainsi partiellement le bénéfice attendu de la partie UV du mélange.

Par conséquent, les méthodes les plus courantes et les plus réussies ont tendance à utiliser des polymères réactifs tels que “polyuréthane acrylique” sous forme de dispersions de résine, parfois en combinaison avec des émulsions de photoinitiateurs et éventuellement de petites quantités de monomères solubles.

Le sens de l'artisanat et du design

Dans la plupart des cas, la matière réactive ne se solidifie qu'après séchage de l'eau, permettant aux particules de polymère de se rapprocher suffisamment pour réagir. Cela signifie que le séchage/durcissement est un processus en deux étapes et que la conception de l'imprimante doit être adaptée aux caractéristiques de chaque encre..

Dans les applications de numérisation, le sécheur infrarouge peut être placé sur le chevalement, remplaçant ainsi la lampe standard dans l'imprimante UV, comme dans la grande imprimante latex HP. Des tiges de polymérisation à faible puissance peuvent être installées dans le sens d'alimentation du substrat. Ceci est illustré graphiquement dans la figure ci-dessous, c'est ainsi que fonctionne l'imprimante Mimaki en utilisant des solvants UV.

Cela limite à nouveau le nombre de photoinitiateurs solubles dans l'eau adaptés aux sources de lumière LED à faible intensité, donc si une source de lampe au mercure d'intensité plus élevée est requise, un deuxième support peut également être envisagé pour le durcissement UV. Le design pourrait finir par ressembler un peu à une imprimante Canon Colorado, à l'aide de deux rails de balayage, une avec tête/IR et l'autre avec lampe UV.

Dans une imprimante à un seul passage, plus d'espace est inévitablement nécessaire pour assurer la sécheresse, et il est bien connu que cela dépendra du substrat/température. Cependant, car le durcissement UV final sera instantané, il peut être placé avant que le substrat ne fusionne et n'augmente donc pas nécessairement la zone de couverture. Le schéma ci-dessous illustre comment différents scénarios d'épinglage et de séchage peuvent être envisagés.
Autres exemples de mélange UV

Nous venons d'évoquer le solvant UV, qui a été breveté par Fujifilm/Sericol. Dans ce cas, un polymère durcissable remplace une résine liante qui serait autrement une encre à base de solvant assez standard pour les graphiques grand format. Par conséquent, performances d'utilisation finale, surtout solidité à l'eau, peut être prolongé. INX a également une demande de brevet pour les UV à base de solvant, dans ce cas, pour l'impression de canettes en aluminium.

Un autre hybride UV fréquent est le Hotmelt-UV. Nous n'avons pas publié les encres thermofusibles en détail puisque nous les avons mentionnées dans notre série jet d'encre de production, mais ces encres à changement de phase (appelé quelques fois “encres solides”) ont trouvé une niche en tant que masques de gravure dans les applications de fabrication (comme les cellules solaires). Leur principale limite, cependant, est que les cires à point de fusion relativement bas de ces types d'encre ont tendance à limiter les temps de gravure lorsqu'elles sont exposées à des produits chimiques de gravure embêtants.

En ajoutant des matériaux durcissables aux UV à la formulation, la résistance des encres à base de cire peut être grandement améliorée, et avec le bon choix de matériaux, l'encre peut toujours être enlevée avec les révélateurs alcalins standard de l'industrie.

Alors que l'encre gel de l'imprimante Colorado mentionnée ci-dessus est elle-même un peu comme une encre UV thermofusible, ce n'est pas de la cire qui devient solide à température ambiante, mais provoque plutôt une augmentation significative de la viscosité.

Un certain nombre d'autres encres hybrides particulièrement intéressantes ont été proposées pour des applications d'impression 3D, la plus fascinante rencontrée par les auteurs était une émulsion aqueuse dans une matrice UV qui forme un hydrogel après durcissement pour simuler des tissus humains pour la formation médicale, comme indiqué dans le dessin de brevet ci-dessous.

Au-delà de la lumière ultraviolette

Comme évoqué dans notre précédent article, certaines des mêmes techniques ont été proposées pour les UV à base d'eau pour durcir les faisceaux d'électrons. Dans ce cas, le raisonnement est similaire: pour éliminer la possibilité de migration de photoinitiateurs nocifs. De telles techniques ont été utilisées dans l'impression flexographique, donc il y a des précédents, mais les encres à jet d'encre sont beaucoup moins visqueuses, de sorte que l'encre est beaucoup moins susceptible de saigner lors de l'impression humide sur humide. Sun Chemical a proposé de surmonter ces problèmes dans les encres UV non mélangées en utilisant de petites quantités d'initiateurs moins nocifs. Peut-être “AQ-EB/UV” l'encre peut également être utilisée?

L'hybride est-il donc le meilleur des deux mondes? Bien, pas toujours en raison de défis solubles dans l'eau, Par exemple, mais cela peut certainement permettre certaines applications uniques!