Brevet FR2876394A1 — publié le 20060414

MATERIAU DESTINE A LA FORMATION D'IMAGES PAR IMPRESSION PAR JET D'ENCRE La présente invention concerne un matériau destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre. La photographie numérique est en plein essor depuis quelques années, le grand public disposant désormais d'appareils photographiques numériques performants et au coût raisonnable. On recherche donc à pouvoir réaliser des tirages photographiques à partir d'un simple ordinateur et de son imprimante, avec la meilleure qualité possible. l0 De nombreuses imprimantes, en particulier celles liées à la bureautique personnelle, utilisent la technique d'impression par jet d'encre. Il existe deux grandes familles de techniques d'impression par jet d'encre: le jet continu et la goutte à la demande. Le jet continu est le système le plus simple. On force l'encre sous pression (3.105 Pa) à passer à travers une ou plusieurs buses de sorte que l'encre se transforme en un flux de gouttelettes. Afin d'obtenir des tailles et des espaces entre gouttes les plus réguliers possibles, on envoie des impulsions de pression régulières au moyen par exemple d'un cristal piézo-électrique en contact avec l'encre alimenté en courant alternatif haute fréquence (jusqu'à 1 MHz). Pour que l'on puisse imprimer un message à l'aide d'une buse unique, il faut que chaque goutte soit contrôlée et dirigée individuellement. Pour cela, on utilise l'électrostatique: on place une électrode autour du jet d'encre à l'endroit où les gouttes se forment. Le jet se charge par induction et chaque goutte porte désormais une charge dont la valeur dépend de la tension appliquée. Les gouttes passent ensuite entre deux plaques déflectrices chargées de signe opposé et suivent alors une direction donnée, l'amplitude du mouvement étant proportionnelle à la charge portée par chacune d'entre elles. Pour empêcher les autres gouttes d'atteindre le papier, on les laisse non chargées: ainsi, au lieu de se diriger vers le support elles continuent leur chemin sans être déviées et vont directement dans un réceptacle. L'encre est alors filtrée et peut être réutilisée. L'autre catégorie d'imprimante à jet d'encre est la goutte à la demande ("drop-on-demand" DOD). Elle constitue la base des imprimantes jet d'encre utilisées en bureautique. Avec cette méthode, la pression dans le bac à encre n'est pas maintenue constante mais est appliquée quand un caractère doit être formé. Dans un système largement répandu on trouve une rangée de 12 buses ouvertes, chacune d'entre elles étant activée par un cristal piézo-électrique. On donne à l'encre contenue dans la tête une impulsion: l'élément piézo est contracté par une tension électrique, qui provoque une diminution de volume, entraînant l'expulsion de la goutte par la buse. Quand l'élément reprend sa forme initiale, il pompe dans le réservoir l'encre nécessaire pour de nouvelles impressions. La rangée de buses est ainsi utilisée pour générer une matrice colonne, de sorte qu'aucune déflexion de goutte n'est nécessaire. Une variation de ce système consiste à remplacer les cristaux piézo-électriques par de petits éléments chauffants derrière chaque buse. Les gouttes sont éjectées à la suite de la formation de bulles de vapeur de solvant. L'augmentation de volume permet l'expulsion de la goutte. Enfin, il existe un système de jet d'encre à impulsion dans lequel l'encre est solide à température ambiante. La tête d'impression doit donc être chauffée pour que l'encre se liquéfie et puisse imprimer. Ceci permet un séchage rapide sur une gamme plus large de produits que les systèmes conventionnels. Il existe à l'heure actuelle de nouvelles imprimantes "jet d'encre" capables de produire des images photographiques d'excellente qualité. Toutefois, elles ne peuvent pas fournir de bonnes épreuves si on utilise un papier d'impression de qualité médiocre. Le choix du papier d'impression est primordial pour la qualité d'image obtenue. Le papier d'impression doit réunir les propriétés suivantes: une image imprimée de grande qualité, un séchage rapide lors de l'impression, une bonne tenue des couleurs de l'image dans le temps, un aspect lisse et brillant. Le papier d'impression est d'une manière générale constitué d'un support revêtu d'une ou plusieurs couches en fonction des propriétés recherchées. 30 Il est possible par exemple d'appliquer sur un support une couche de primaire d'accrochage, une couche absorbante, une couche de fixation des colorants de l'encre et une couche protectrice ou une couche de surface pour assurer la brillance du matériau. La couche absorbante absorbe la partie liquide de la composition d'encre aqueuse après création de l'image. L'élimination du liquide réduit le risque de migration de l'encre en surface. La couche de fixation des colorants de l'encre évite toute déperdition de colorant dans les fibres de la base papier de manière à obtenir une bonne saturation des couleurs tout en évitant un excès d'encre qui favoriserait l'augmentation de la taille des points d'impression et diminuerait la qualité de l'image. La couche absorbante et la couche de fixation peuvent constituer une seule couche réceptrice d'encre assurant les deux fonctions. La couche protectrice est conçue de manière à assurer une protection contre les empreintes digitales et les traces de pression des rouleaux d'insertion des imprimantes. La couche réceptrice d'encre comprend habituellement un liant, un agent receveur et divers additifs. Le but de l'agent receveur est de fixer les colorants dans le papier d'impression. Les receveurs inorganiques les plus connus sont la silice colloïdale ou encore la boehmite. La boehmite est la phase cristalline de l'oxyhydroxyde d'aluminium (A1OOH). Les particules de boehmite utilisées jusqu'à présent comme receveurs inorganiques poreux présentent la forme de lattes. Elles sont obtenues par hydrolyse en milieu basique de sels d'aluminium ou d'alkoxydes, le niveau de cristallinité étant souvent contrôlé par un traitement thermique. Par exemple, les demandes de brevet européen EP-A-976 571 et EP-A-1 162 076 décrivent des matériaux pour l'impression par jet d'encre dans lesquels la couche réceptrice d'encre contient comme receveurs inorganiques du LudoxTM CL (silice colloïdale) commercialisé par Grace Corporation ou du DispalTM (boehmite colloïdale sous forme de lattes) commercialisé par Sasol. Cependant, les papiers d'impression comportant une couche réceptrice d'encre contenant de tels receveurs inorganiques peuvent présenter une mauvaise stabilité d'image au cours du temps qui se manifeste par une perte de densité des couleurs. Pour répondre aux nouveaux besoins du marché en terme de qualité photographique, de vitesse d'impression et de stabilité des couleurs, il est nécessaire de proposer un nouveau matériau destiné à l'impression par jet d'encre présentant les propriétés telles que définies ci-dessus et plus particulièrement une bonne tenue des couleurs de l'image dans le temps, se traduisant en particulier par une bonne stabilité des couleurs de l'image imprimée à l'ozone et à la lumière. Dans ce but, le nouveau matériau selon la présente invention, destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre, comprend un support et au moins une couche réceptrice d'encre comprenant des particules de boehmite, et est caractérisé en ce que lesdites particules de boehmite sont sous forme de filaments. L'utilisation de particules de boehmite sous forme de filaments dans un matériau destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre permet 10 d'obtenir une image imprimée présentant une stabilité améliorée, et en particulier une stabilité des couleurs de l'image imprimée à l'ozone et à la lumière améliorée. D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins dans lesquels la figure 1 représente le pourcentage de perte de densité des 15 couleurs pour différents matériaux comparatifs et selon la présente invention exposés à l'ozone, et la figure 2 représente le pourcentage de perte de densité des couleurs pour différents matériaux comparatifs et selon la présente invention exposés à la lumière. Le matériau destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre selon la présente invention comprend tout d'abord un support. Ce support est choisi en fonction de l'utilisation souhaitée. Il peut être un film thermoplastique transparent ou opaque, en particulier un film à base de polyester tel que le polyéthylène téréphtalate; dérivés de cellulose, tels que ester de cellulose, triacétate de cellulose, diacétate de cellulose; polyacrylates; polyimides; polyamides; polycarbonates; polystyrènes; polyoléfines; polysulfones; polyétherimides; polymères vinyliques tels que le polychlorure de vinyle; et leurs mélanges. Le support utilisé dans l'invention peut également être en papier, dont les deux faces peuvent être éventuellement recouvertes d'une couche de polyéthylène. Lorsque le support constitué de pâte de papier est enduit sur ses deux faces de polyéthylène, il est appelé Resin Coated Paper (RC Paper) et est commercialisé sous différentes marques. Ce type de support est particulièrement préféré pour constituer un matériau destiné à l'impression à jet d'encre. La face du support qui est utilisée peut être revêtue d'une très fine couche de gélatine ou d'une autre composition afin d'assurer l'adhésion de la première couche sur le support. Pour améliorer l'adhérence de la couche réceptrice d'encre sur le support, la surface du support peut également avoir été soumise à un traitement préliminaire par décharge Corona avant d'appliquer la couche réceptrice d'encre. Le matériau selon l'invention comprend au moins une couche réceptrice d'encre comprenant au moins un liant hydrosoluble. Ledit liant hydrosoluble peut être un polymère hydrophile tel que le poly(alcool vinylique), le poly(vinyl pyrrolidone), la gélatine, les éthers de cellulose, les poly(oxazolines), poly(vinylacétamides), poly(acétate de vinyle/vinyle alcool) partiellement hydrolysés, poly(acide acrylique), poly(acrylamide), Ies polyesters et polystyrènes sulfonés ou phosphatés, la caséine, zéine, albumine, chitine, dextrane, pectine, dérivés du collagène, agar-agar, guar, carraghenane, tragacanth, xanthane et autres. De préférence, on utilise de la gélatine ou le poly(alcool vinylique). La gélatine est celle utilisée traditionnellement dans le domaine photographique. Une telle gélatine est décrite dans Research Disclosure Septembre 1994, n 36544, part IIA. Research Disclosure est une publication de Kenneth Mason Publications Ltd., Dudley House, 12 North Street, Emsworth, Hampshire PO10 7DQ Grande-Bretagne. La gélatine peut être obtenue chez SKW et le poly(alcool vinylique) chez Nippon Gohsei, ou chez Air Product sous le nom de Airvol 130. Selon la présente invention, la couche réceptrice d'encre comprend des particules de boehmite sous forme de filaments, qui sont utilisées comme receveurs inorganiques. Les boehmites sous forme de filaments sont obtenues selon une synthèse connue décrite dans la publication J.F. Hochepied, P. Nortier, Powder Technology 128 (2002) 268-275. La synthèse consiste à ajouter de la soude et du nitrate d'aluminium dans de l'eau osmosée. Les paramètres de synthèse définis dans cette publication sont très importants pour contrôler la morphologie de la boehmite et pour obtenir la boehmite sous forme de filaments. La synthèse se fait par addition double jet. Le pH doit être proche de 9 et la température comprise entre 60 C et 80 C environ. Des additifs peuvent être ajoutés au cours de la synthèse, tels que du polyéthylène glycol utilisé comme tensioactif pour améliorer la dispersion des filaments. Les sels formés pendant la synthèse sont ensuite lavés par décantation. La boehmite obtenue est caractérisée par microscopie électronique à transmission (TEM). On observe une morphologie filamenteuse, c'est-à- dire des filaments d'une longueur moyenne d'environ 100 mn et de diamètre compris entre 3 et 5 mn environ. La boehmite sous forme de filaments présente une surface spécifique élevée, comprise en général entre 330 et 350mz/g environ. Après lavage, la suspension formée est centrifugée et lyophilisée. Le produit obtenu est sous forme de poudre. La synthèse telle que décrite ci-dessus peut également être réalisée en substituant une partie de l'eau osmosée par de la silice, telle qu'une suspension aqueuse de silice Ondeo Nalco 2329 commercialisée par Ondeo Nalco Corporation. Cette synthèse permet de faire croître des filaments de boehmite en présence de silice afin d'obtenir des filaments de boehmite dispersé et adsorbés à la surface des particules de silice. La couche réceptrice d'encre comprend entre 5 et 95% en poids de particules de boehmite filamenteuse par rapport au poids total de la couche réceptrice d'encre à l'état sec. Les filaments de boehmite peuvent être associés à d'autres receveurs inorganiques, tels que des silices, des boehmites sous forme de lattes, des aluminosilicates, etc.. La composition de couchage destinée à former la couche réceptrice d'encre est réalisée en mélangeant le liant hydrosoluble et la suspension de boehmite filamenteuse. La composition peut comprendre également un surfactant pour améliorer ses propriétés d'enduction. La composition peut être couchée sur le support selon n'importe quel procédé d'enduction approprié, tel que l'enduction à lame, au couteau, ou au rideau. La composition est appliquée avec une épaisseur comprise approximativement entre 100 et 300 um à l'état humide. La composition formant la couche réceptrice d'encre peut être appliquée sur les deux faces du support. Il est également possible de prévoir au dos du support revêtu de la couche réceptrice d'encre, une couche antistatique ou anti enroulement. Le matériau destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre selon l'invention peut comprendre, en plus de la couche réceptrice d'encre décrite ci-dessus, d'autres couches ayant une autre fonction, disposées au-dessus ou au-dessous de ladite couche réceptrice d'encre. La couche réceptrice d'encre ainsi que les autres couches peuvent comprendre tous les autres additifs connus de l'homme du métier pour améliorer les propriétés de l'image obtenue, tels que des absorbeurs de rayons UV, des azurants optiques, des antioxydants, des plastifiants, etc... Le matériau destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre selon l'invention présente une bonne tenue des couleurs dans le temps. Il peut être utilisé pour tout type d'imprimante à jet d'encre ainsi que pour toutes les encres développées pour cette technologie. Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée. 1) Préparation de particules de boehmite sous forme de filaments On prépare de la boehmite sous forme de filaments selon la méthode de synthèse décrite dans la publication J.F. Hochepied, P. Nortier, Powder Technology 128 (2002) 268-275. La synthèse se fait dans une bassine équipée d'un agitateur pouvant tourner jusqu'à 4000 tr/min et d'un système d'injection double jets des réactifs avec régulation de pH et de température. a) Synthèse 1 Dans une bassine contenant 4,8 1 d'eau osmosée à 60 C, on ajoute par double jet 2,5 1 de NaOH, 3M et 2 1 de Al(NO3)3, 1M. Les débits d'addition sont de 67 ml/min. L'agitation varie entre 2000 et 4000 tr/min. Le pH est régulé à 9 tout au long de l'addition. En fin d'addition (30 minutes), les conditions de température et de pH sont maintenues pendant 2 heures avec la même agitation. Puis le mélange est refroidi à 25 C. Les sels obtenus lors de la synthèse sont lavés par décantation: en fin de synthèse, la suspension décante et après prélèvement du surnageant, la suspension est redispersée dans de l'eau osmosée pour diminuer la concentration en sels. Cette opération est répétée plusieurs fois jusqu'à ce que la conductivité du surnageant soit inférieure à 50 S. Une fois le lavage terminé, la suspension est centrifugée et lyophilisée pour obtenir un matériau sous forme de poudre (boehmite 1). Une analyse par microscopie électronique à transmission (TEM) du matériau lavé montre que l'on obtient un matériau à morphologie filamenteuse, de longueur comprise entre 60 nm et 200 nm, et de préférence entre 75 nm et 100 nm et de diamètre compris entre 3 nm et 5 nm. Un spectre infrarouge réalisé avec un appareil Bruker IFS 66 permet de vérifier que le matériau obtenu est bien une boehmite, en comparaison avec une boehmite de référence (boehmite commerciale Disperal P2, sous forme de lattes, commercialisée par Sasol). On mesure la surface spécifique par théorie B.E.T. (Brunauer, Emmet et Teller). La surface spécifique de la boehmite filamenteuse 1 est de 275,9 15 m2/g. b) Synthèse 2 On reproduit la synthèse 1, mais en se plaçant à 80 C. On obtient la boehmite 2. Une analyse par microscopie électronique à transmission (TEM) du matériau lavé montre que l'on obtient un matériau à morphologie filamenteuse, de longueur comprise entre 60 nm et 200 nm, et de préférence entre 75 nm et 100 nm et de diamètre compris entre 3 nm et 5 nm. Un spectre infrarouge réalisé avec un appareil Bruker IFS 66 permet de vérifier que le matériau obtenu est bien une boehmite, en comparaison avec une boehmite de référence (boehmite commerciale Disperal P2, sous forme de lattes, commercialisée par Sasol). c) Synthèse 3 On reproduit la synthèse 1, mais en ajoutant à l'eau osmosée contenue dans la bassine 3% en poids de polyéthylèneglycol (masse molaire --20000) utilisé comme agent tensioactif. On obtient la boehmite 3. Une analyse par microscopie électronique à transmission (TEM) du matériau lavé montre que l'on obtient un matériau à morphologie filamenteuse, de longueur comprise entre 40 nm et 100 nm, et de préférence entre 60 nm et 70 nm et de diamètre compris entre 2 nm et 5 nm. Un spectre infrarouge réalisé avec un appareil Bruker IFS 66 permet de vérifier que le matériau obtenu est bien une boehmite, en comparaison avec une boehmite de référence (boehmite commerciale Disperal P2, sous forme de lattes, commercialisée par Sasol). d) Comparatif On reproduit la synthèse 1, mais en se plaçant à pH = 5 et à une température de 25 C. On obtient un matériau amorphe (hydrate d'aluminium) qui ne se présente pas sous forme filamenteuse. 2) Préparation des compositions destinées à être couchées sur un support pour constituer une couche réceptrice d'encre On utilise comme liant hydrosoluble du poly(alcool vinylique) (GohsenolTM GH23 commercialisé par Nippon Gohsei) dilué à 9% en poids dans 15 de l'eau osmosée. Les compositions comprennent comme agent receveur les particules de boehmite filamenteuse préparées selon les synthèses 1 à 3 du paragraphe 1 ainsi que la boehmite Disperal P2, sous forme de lattes, commercialisée par Sasol sous forme de poudre. Toutes les compositions de couchage sont obtenues en mélangeant: 3 g d'agent receveur (matière sèche) 4 g de poly(alcool vinylique) à 9% g d'eau désionisée Les poudres sont dispersées et broyées dans l'eau avec un agitateur à rouleau et 5 billes de verre de 10 mm de diamètre pendant 24 heures. Puis le poly(alcool vinylique) est ajouté. Les mélanges sont homogénéisés avec un agitateur à rouleau et 5 billes de verre de 10 mm de diamètre pendant 15 minutes. 3) Préparation des matériaux destinés à la formation d'images par impression par jet d'encre Pour cela, on place sur un enducteur un support du type Resin Coated Paper enduit au préalable d'une très mince couche de gélatine et maintenu sur l'enducteur par dépression. On enduit ce support d'une composition telle que préparée selon le paragraphe 2 au moyen d'un couteau avec une épaisseur humide de 200 m. Puis, on laisse sécher pendant 12 heures à l'air ambiant (21 C). Les matériaux obtenus correspondent aux exemples indiqués dans le tableau I ci-dessous en précisant l'agent receveur utilisé dans la couche réceptrice d'encre: Tableau I Matériau Agent receveur dans la couche réceptrice d'encre Ex 1 (inv.) Boehmite filamenteuse 1 Ex 2 (inv.) Boehmite filamenteuse 2 Ex 3 (inv.) Boehmite filamenteuse 3 Ex 4 (comp.) Boehmite Disperal P2 (lattes) 4) Evaluation de la tenue des couleurs au cours du temps Pour évaluer la tenue des couleurs au cours du temps, on réalise pour chaque matériau obtenu un test d'altération des couleurs par exposition à l'ozone. Pour cela, on imprime, sur chaque matériau, des mires composées de quatre couleurs, noir, jaune, cyan et magenta en utilisant une imprimante KODAK PPM 200 et l'encre associée. Les mires sont analysées au moyen d'un densitomètre GretagMacbeth Spectrolino qui mesure l'intensité des différentes couleurs. Puis les matériaux sont placés au noir dans une pièce à atmosphère contrôlée en ozone (60 ppb) pendant 3 semaines. Chaque semaine, on suit à l'aide du densitomètre l'éventuelle dégradation de la densité des couleurs. On réalise également pour les matériaux obtenus un test d'altération des couleurs par exposition à une lumière de 50 Klux pendant 2 semaines. Pour cela, on imprime sur les matériaux obtenus des mires composées de quatre couleurs, noir, jaune, cyan et magenta en utilisant une imprimante KODAK PPM 200 et l'encre associée. Puis les mires imprimées sont placées sous une plaque de Plexiglas de 6 mm d'épaisseur et totalement transparente aux spectres d'émission des tubes néon utilisés (Osram Lumilux FQ 80 W/ 840 Cool White), de façon à minimiser les phénomènes d'oxydation atmosphériques. On mesure l'éventuelle dégradation de la densité des couleurs l'aide du densitomètre au bout de 2 semaines. La figure 1 représente le pourcentage de perte de densité observé pour la densité maximale pour les quatre couleurs de la mire au bout de trois semaines pour les exemples 1 à 4 imprimés avec l'imprimante Kodak PPM 200 et exposés à l'ozone. Les lettres K, C, M, Y représentent respectivement les couleurs noire, cyan, magenta et jaune. On remarque que les matériaux selon l'invention (Exemples 1 à 3) comprenant des particules de boehmite filamenteuse présentent une plus grande stabilité à l'ozone et donc une meilleure tenue des couleurs que le matériau comparatif comprenant une boehmite non filamenteuse. La figure 2 représente le pourcentage de perte de densité observé pour la densité maximale pour les quatre couleurs de la mire au bout de deux semaines pour les exemples 1 à 4 imprimés avec l'imprimante Kodak PPM 200 et exposés à la lumière. On remarque que les matériaux selon l'invention (Exemples 1 à 3) comprenant des particules de boehmite filamenteuse présentent une plus grande stabilité à la lumière et donc une meilleure tenue des couleurs que le matériau comparatif REVENDICATIONS 1 - Matériau destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre, comprenant un support et au moins une couche réceptrice d'encre comprenant des particules de boehmite, caractérisé en ce que lesdites particules de boehmite sont sous forme de filaments. 2 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche réceptrice d'encre comprend entre 5 et 95% en poids de particules de boehmite sous forme de filaments par rapport au poids total de la couche réceptrice sèche. 3 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche réceptrice d'encre comprend un liant hydrosoluble. 4 - Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liant hydrosoluble 15 est la gélatine ou le poly(alcool vinylique). Utilisation de particules de boehmite sous forme de filaments dans un matériau destiné à la formation d'images par impression par jet d'encre, comprenant un support et au moins une couche réceptrice d'encre pour 20 améliorer la stabilité de l'image imprimée sur ledit matériau.