Brevet FR2899593A1 — publié le 20071012

L'invention concerne une encre pour impression à jet d'encre contenant un colorant, notamment un colorant de couleur noire, jaune, cyan ou magenta, l'encre contenant en outre un solvant organique, des tensioactifs, des agents de maintien d'humidité, ainsi que le cas échéant des additifs usuels. L'impression à jet d'encre ou également "l'impression Ink Jet" est un procédé d'impression immédiate directe sans contact, sans forme d'impression matérielle, qui est basé sur des principes thermiques ou électrophysiques. L'information à imprimer est transférée sur un support d'impression, en règle générale du papier, sous la forme de gouttelettes d'encre individuelles. Avec le procédé à jet continu, les gouttelettes sont engendrées à partir d'un jet d'encre continu qui sort d'une buse avec une surpression statique. Excité par un convertisseur piézoélectrique, par exemple, le jet d'encre se décompose ensuite en gouttelettes d'une taille définie qui, en fonction de la nature de l'encre, sont placées de la manière souhaitée sur le support d'impression sous l'effet d'un champ magnétique ou électrostatique. Des gouttelettes non nécessaires sont déviées par effet de champ vers un dispositif de retour d'encre. Par rapport à cela, la génération de gouttelettes est effectuée "sur demande" avec le procédé "Drop on Demand" (gouttelette sur demande), à savoir par une commande d'impulsions électriques ciblées d'un générateur de gouttelettes, qui délivre alors une gouttelette d'encre à partir d'une buse. Des convertisseurs piézoélectriques, électromagnétiques ou à électrostriction sont en règle générale utilisés en tant que générateurs de gouttelettes. Une position particulière est occupée par ledit procédé à jet de bulles. La génération de gouttelettes est en l'occurrence effectuée par voie thermique moyennant la surchauffe temporaire d'un élément chauffant disposé dans l'encre. La bulle de vapeur en l'occurrence engendrée refoule l'encre au-dessus de l'élément chauffant sous forme d'impulsions, et conduit à la sortie d'une gouttelette de la buse associée, laquelle est à nouveau placée sur le support d'impression. Par rapport aux procédés précités, des composants déplacés mécaniquement sont supprimés avec le procédé à jet de bulles. Etant donné que des têtes d'impression à convertisseurs électrothermiques peuvent en règle générale être d'un agencement plus petit et fabriquées à un coût plus intéressant que des têtes comportant des éléments de conversion électromécaniques, les imprimantes à jet de bulles ont trouvé de nos jours une large propagation sur le marché. Les encres utilisées dans l'impression à jet d'encre sont en règle générale des encres fluides à base d'eau et/ou de solvants d'une viscosité de l'ordre de 1 à 30 mPa.s. Outre le composant eau, essentiel pour la génération de vapeur dans le procédé à jet de bulles, elles contiennent généralement un mélange constitué de différents solvants organiques (en partie jusqu'à huit composants pour la commande du temps de séchage), et ce notamment des cétones (essentiellement de la méthyléthylcétone), des acétates, de l'étherglycol, des pyrrolidones, des glycols, de la glycérine et des alcools (par exemple de l'éthanol). La proportion en solvants pour la technologie gouttelettes sur demande est généralement de l'ordre de 15 à 60 % en poids. Pour le procédé à jet d'encre continu, la proportion en solvants peut aller jusqu'à 98 % en poids. Les colorants, qui constituent en règle générale une quantité de l'ordre de 2 à 6 % en poids de l'encre pour impression à jet d'encre, sont essentiellement des matières colorantes solubles de haute tenue à la lumière et de haute stabilité thermique, mais en partie également des pigments insolubles d'une taille de particules inférieure à environ 3 pm, notamment inférieure à 1 pm. S'il est nécessaire de régler une conductibilité électrique, un sel conducteur est en règle générale utilisé pour l'obtention d'une conductibilité électrique si possible supérieure à 104 52-1 cm-1. A l'état de repos, l'encre contenue dans les buses ne doit à long terme ni se dessécher, ni s'incruster. Des biocides sont généralement ajoutés aux encres pour impression à jet d'encre pour la mise au point d'une conservation suffisante, afin qu'elles ne puissent par exemple pas être infestées de bactéries ou de moisissures. Les encres pour impression à jet d'encre doivent être compatibles avec les matériaux du réservoir d'encre, de l'alimentation d'encre et de la tête d'impression ; elles ne doivent pas être corrosives et contiennent de ce fait, par exemple, des inhibiteurs de corrosion. D'autres paramètres importants des encres pour le procédé à jet d'encre sont la viscosité, la tension superficielle et la valeur du pH. En fonction du système, les valeurs physiques mentionnées de l'encre pour impression à jet d'encre doivent être adaptées aux exigences du cas individuel. Il s'est avéré que les encres connues ne satisfont pas de façon souhaitable aux exigences mentionnées ci-dessus dès lors qu'elles sont utilisées dans des réservoirs d'encre ou dans des cartouches. C'est ainsi qu'il est souhaitable d'augmenter la stabilité de l'encre pour impression à jet d'encre dans le réservoir d'encre ou la cartouche, et d'améliorer le débit des encres pour impression à jet d'encre à partir des réservoirs d'encre ou de cartouches rechargé(e)s, afin d'éviter la formation de traînées. Il existe certes des propositions visant en l'occurrence à obtenir une amélioration par l'augmentation de la proportion en tensioactifs dans les encres pour impression à jet d'encre, et ce à un point tel qu'elles sortent facilement des cartouches. Une proportion trop importante en tensioactifs a pour inconvénient de conduire généralement à une formation élevée indésirable de mousse. De dits "yeux de poisson" se forment en outre, ce qui est le signe de la présence de proportions insolubles gênantes. Les problèmes ne sont notamment pas réglés si la cartouche ou le réservoir d'encre contient une éponge pouvant engendrer des bulles, qui conduisent à une impression altérée. D'autres problèmes étaient liés aux encres pour impression à jet d'encre connues jusqu'à présent, car elles conduisaient fréquemment à des impressions à traînées dues à l'adhérence de l'encre en cours d'impression sur la plaque à buses et au colmatage des buses. Ce problème apparaît avec de nombreuses encres pour impression à jet d'encre et se manifeste notamment de façon considérable et défavorable avec des imprimantes à haute résolution et l'impression de plus en plus courante de photos sur des papiers normaux. Exprimé de manière abstraite, il était par conséquent nécessaire d'améliorer la qualité d'impression, et également la fiabilité d'impression, de telles encres à temps de séchage plus rapide. La solution du problème précité a fait certes l'objet de différentes propositions techniques dans l'état de la technique. C'est ainsi que la publication EP 1 203 798 propose de prévoir une faible concentration en tensioactifs dans l'encre pour impression à jet d'encre, mais de choisir une proportion très importante de solvants. Des encres pour impression à jet d'encre qui, en tant que solvant, contiennent de l'éthylèneglycol en concentrations trop élevées (par exemple plus de 20 %), sont classées comme étant nuisibles à la santé (classe de risque Xn). Une concentration trop élevée en solvants peut conduire à une dégradation de leur fiabilité d'impression. L'encre pour impression à jet d'encre possède alors certes de bonnes propriétés de mouillage, elle macule cependant la plaque à buses et provoque des déviées de buses. Des traînées indésirables sont détectables dans un mode d'impression rapide. Une autre proposition destinée à résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus ressort de la publication EP 1 167 474 Al. Cette publication se limite strictement à des tensioactifs définis, tels que par exemple des tensioactifs à base de silicone. A partir d'une certaine concentration, de tels tensioactifs peuvent conduire à un maculage de la plaque à buses par l'encre pour impression à jet d'encre, ce qui signifie une dégradation de la qualité d'impression de l'encre pour impression à jet d'encre. L'objectif de l'invention consiste par conséquent à éliminer les problèmes évoqués ci-dessus inhérents à la qualité d'impression et à la fiabilité d'impression d'encres pour impression à jet d'encre, notamment au maculage de la plaque à buses, et à empêcher des déviées de buses. Selon l'invention, cet objectif est atteint par une encre pour impression à jet d'encre du type mentionné en introduction, par le fait qu'elle contient environ 5 à 20 % en poids d'agents de maintien d'humidité sous forme de glycérine, d'urée et/ou d'un dérivé d'urée, jusqu'à 7 % en poids d'un solvant A d'un point d'ébullition de plus de 205 C et/ou jusqu'à 10 % en poids d'un solvant B d'un point d'ébullition inférieur à 205 C, environ 0,05 à 2 % en poids, notamment environ 0,05 à 1 % en poids de tensioactifs, ainsi que 1 à 7 % en poids environ de colorant, notamment de matière colorante, la quantité en solvant A, en solvant B ou la somme de la quantité en solvant A et en solvant B étant au moins de l'ordre de 2 % en poids, notamment au moins de l'ordre de 5 % en poids, et l'encre pour impression à jet d'encre ayant à 25 C une tension superficielle statique de 23 à 40 mN/m. En ce qui concerne l'encre pour impression à jet d'encre selon l'invention, il y a globalement lieu de mentionner ce qui suit elle contient une quantité suffisante en agents de maintien d'humidité pour ne pas sécher dans les buses et ne pas provoquer de déviées de buses. La quantité des solvants organiques, qui fera encore l'objet d'une explication détaillée ci-après, est limitée aussi bien pour le solvant A que pour le solvant B. Cela s'applique de façon analogue également à leur emploi commun. Il convient cependant de respecter en l'occurrence une limite minimale, ce qui fera également encore l'objet d'une explication détaillée ci-après. Si les concentrations sont augmentées au-delà des valeurs indiquées, cela modifie de façon défavorable les propriétés de mouillage de l'encre pour impression à jet d'encre et conduit à un maculage de la plaque à buses par celle-ci. En raison des proportions d'encre adhérant aux buses, les gouttelettes ne peuvent pas se dissocier en temps opportun des buses et sont de ce fait déviées. Cela conduit aux impressions à traînées indésirables. La faible tension superficielle statique évoquée conduit à un séchage suffisamment rapide des encres sur le support d'impression (papier normal ainsi que papier photo). Des exemples du solvant A indiqué ci-dessus sont notamment des solvants d'un point d'ébullition supérieur à 230 0C, desquels font partie le diéthylèneglycol (246 C), le triéthylèneglycol (287,6 0C), le butyltriglycol (260 0C), le butyldiglycol {230,4 0C) et la 2-pyrrolydone (245 C), alors que des exemples pour le solvant B sont notamment des solvants d'un point d'ébullition inférieur à 200 0C, à savoir de l'éthylèneglycol (197 C), du butylglycol {171 C), de l'isopropylglycol (143 0C) ainsi que du propylèneglycol {187 C). Lors du choix du solvant A et du solvant B préférés, le solvant A possède un point d'ébullition inférieur à 200 C, et le solvant B un point d'ébullition supérieur à 230 C. L'encre pour impression à jet d'encre selon l'invention contient environ 0,05 à 2 % en poids, notamment environ 0,05 à 1 % en poids de tensioactifs. Il est en l'occurrence préféré que le tensioactif soit contenu à raison d'une quantité de l'ordre de 0,1 à 0,7 % en poids. Pour le choix des tensioactifs, l'invention n'est pas limitée de façon significative. Les tensioactifs suivants entrent notamment en ligne de compte : des tensioactifs à base de silicone (des siloxanes de polydiméthyle à polyéther modifié) et/ou des N-alkylpyrrolidones (notamment du 1-octyl-2-pyrrolidone ou du 1-dodé-cyl-2-pyrrolidone), un tensioactif sous la forme d'un tensioactif d'acétylène-glycol étant particulièrement avantageux dans certains cas individuels. Cela peut être représenté par la formule générale (III) ci-après : R' R2 R3 ù C ù C C ù C ù R4 o o (\ Çh CH2 CH2 CH2 CH2 ' 0 0 H H dans laquelle RI, R2, R3 et R4, respectivement indépendants les uns des autres, représentent un faible reste alkyle, et la somme de n + m se situe entre 0 et 30, notamment entre 5 et 15. Lors de l'utilisation d'un tel tensioactif, il est particulièrement préféré que le reste alkyle mentionné contienne 1 à 10 atomes de carbone, notamment 1 à 4 carbones. Moyennant une adaptation particulièrement optimale des différents paramètres de l'encre pour impression à jet d'encre selon l'invention, la tension superficielle statique à 25 C peut être avantageusement commandée, notamment dans la plage de 23 à 40 mN/m importante selon l'invention. Le respect de cette condition cadre pour la tension superficielle statique conduit à un écoulement de sortie optimal de l'encre pour impression à jet d'encre des 15 20 25 30 35 buses de la cartouche à jet d'encre, et en outre à l'absence de traînées dans l'image d'impression. Il est particulièrement avantageux que la tension superficielle statique mentionnée de l'encre aqueuse pour impression à jet d'encre selon l'invention se situe entre 26 et 36 mN/m environ. La nature des colorants respectivement contenus dans l'encre selon l'invention n'est pas limitée. Il peut s'agir, aussi bien de colorants que de pigments, des colorants ou pigments noirs entrant également en ligne de compte. Les colorants sont des colorants jaunes, des colorants magenta ainsi que des colorants cyan habituellement utilisés dans des encres pour impression à jet d'encre. Sont préférés, pour les colorants jaunes le jaune direct 143 et le jaune acide 23, pour les colorants magenta le rouge acide 52, le rouge réactif 23 et le rouge acide 27, pour les colorants cyan le bleu acide 9 et le bleu direct 199, et pour les colorants noirs le noir direct 168 ainsi que le noir réactif 31. Au lieu des colorants, il est également possible d'utiliser des pigments, notamment des pigments d'une taille de particules inférieure à 500 nm, tels que le pigment bleu 15:3, le pigment rouge 122, le pigment jaune 74, le pigment jaune 155 et le pigment noir 7. Les agents colorants sont contenus dans l'encre pour impression à jet d'encre selon l'invention dans le cadre de l'ordre de 1 à 7 % en poids défini selon l'invention, notamment dans la plage de l'ordre de 2 à 5 % en poids. Afin d'atteindre l'objectif selon l'invention de façon particulièrement optimale, il est avantageux de régler la valeur du pH de manière appropriée. Celle-ci est de préférence comprise entre 5 et 10, notamment entre 6 et 9. Des problèmes de corrosion dans les appareillages sont de ce fait supprimés. L'ajout d'inhibiteurs de corrosion n'est plus nécessaire. Des amines primaires, secondaires et/ou tertiaires sont notamment utilisées pour le réglage de la valeur du pH, l'alcanolamine, notamment la triéthanolamine, étant préférée. Pour le réglage de la valeur du pH, il est par exemple également possible d'utiliser de la soude caustique, des acides quelconques, des tampons, tels que de l'acétate d'ammonium, et analogues. L'homme de l'art a la possibilité d'améliorer l'encre pour impression à jet d'encre selon l'invention par l'ajout, en fonction du profil d'exigences, d'autres additifs usuels. Il peut en l'occurrence s'agir, par exemple de stabilisateurs, d'agents de mouillage et/ou d'agents de conservation, notamment de biocides. L'acide acétique de diamine d'éthylène (EDTA) fait par exemple partie des stabilisateurs. En tant qu'agents de conservation particulièrement avantageux, il convient de citer ceux qui sont associés aux groupes suivants : composés de thiazole et d'isothiazole. Dans certains cas individuels, il peut également être judicieux pour le succès recherché que l'encre aqueuse pour impression à jet d'encre contienne un additif de volatilisation. s'agit d'un liquide facilement évaporable qui peut de préférence être mélangé avec de l'eau et qui tombe sous la particularité facultative "autres additifs". Il peut par exemple s'agir d'alcools faibles, notamment d'alcools contenant environ 1 à 4 atomes de carbone. Les préférés sont le méthanol, l'éthanol, le propanol, l'isopropanol, le butanol, le pentanol et leurs isomères. L'isopropanol est particulièrement avantageux. Les propriétés associées à cela se répercutent notamment en un séchage plus rapide de l'encre pour impression à jet d'encre sur le papier et en une amélioration de la tenue au maculage. L'utilisation de l'agent de volatilisation permet à l'homme de l'art de régler sans problèmes la concentration appropriée. Un dépassement d'une limite supérieure de l'ordre de 10 à 12 % en poids n'est cependant en règle générale pas à conseiller. Lorsque l'encre sort des buses, cela peut conduire à la formation de gouttelettes satellites indésirables, et par conséquent à une réduction de la qualité d'impression, notamment de la netteté des bords et du contraste d'impression. Pour les applications de l'invention, il s'est avéré avantageux de régler une viscosité cinématique [mm2/s] de l'ordre de 1,3 à 3,0, ce qui favorise l'atteinte de l'objectif fixé. Cela s'applique notamment à la plage de l'ordre de 1,4 à 2,6. Il s'est également avéré que les encres pour impression à jet d'encre selon l'invention possèdent une stabilité souhaitable de la tension superficielle. Cela est également le cas en ce qui concerne la viscosité de l'encre. Les avantages pouvant être obtenus avec l'encre selon l'invention résident également dans le fait qu'ils conduisent à un débit amélioré de cartouches rechargées et empêchent la formation de traînées lors de l'impression. Il s'est par ailleurs avéré que, lorsque les cartouches sont à nouveau rechargées après utilisation, l'encre introduite présente une compatibilité optimale avec l'encre résiduelle. L'invention est expliquée ci-après encore plus en détail à l'aide de différentes formulations, qui illustrent la composition qualitative et quantitative. Ces formulations illustrent également des évaluations qualitatives. 5 10 15 20 2530 Exemples Désignation des matières Exemple Exemple Exemple Exemple Exemple Exemple premières 1 2 3 4 de compa- de compa- raison 1 raison 2 Eau déminéralisée 78,15 77,95 71,23 80,55 65,05 69,85 Agent de conservation 0,10 0,10 0,1 0,1 0,1 0,10 (Preventol D2 VP0C3058) (biocide) Triéthylèneglycol 12 Ethylèneglycol 10 5 Diéthylèneglycol 5,00 5 10 15,00 Glycérine 15,00 10,00 10 10 6,00 Butyldiglycol 3,5 2,00 Urée 5 Triéthanolamine 1,20 1,50 0,1 2,00 EDTA Sel de tétrasodium 0,05 0,05 0,1 0,15 0,05 0,05 Surfynol 465 (tensioactif 0, 50 0,40 0,5 0,4 d'acétylèneglycol) Surfynol 440 (tensioactif 0,15 0,15 0,15 0,1 0,15 d' acétylèneglycol) Silwet L7607 (tensioactif à 0,02 0,5 base de silicone) Rouge acide 52 (colorant) 0,80 0,80 0,80 Rouge réactif 180 (colorant) 4,05 4,05 4,05 Bleu direct 199 (colorant) 3,4 3,6 3,3 Total 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 Tension superficielle 29,4 30, 30 29,6 29,1 26,1 33,4 dyne/cm Viscosité [mm2/s] 1,6 1,7 1,95 1,5 2,55 2,2 Qualité d'impression sur très très très très traînées traînées papier normal bonne bonne bonne bonne Qualité d'impression sur très très très très traînées traînées papier photo bonne bonne bonne bonne 11 35 Remarque : Quantité en parties en poids REVENDICATIONS 1. Encre aqueuse pour impression à jet d'encre contenant un colorant, notamment un colorant de couleur noire, jaune, cyan ou magenta, l'encre pour impression à jet d'encre contenant en outre un solvant organique, des tensioactifs ainsi que le cas échéant des additifs usuels, caractérisée en ce que l'encre contient environ 5 à 20 % en poids d'agents de maintien d'humidité sous forme de glycérine, d'urée et/ou d'un dérivé d'urée, jusqu'à 7 % en poids d'un solvant A d'un point d'ébullition de plus de 205 0C et/ou jusqu'à 10 % en poids d'un solvant B d'un point d'ébullition inférieur à 205 0C, environ 0,05 à 2 % en poids, notamment environ 0,05 à 1 % en poids de tensioactifs, ainsi que 1 à 7 % en poids de colorant, notamment de matière colorante, la quantité en solvant A, en solvant B ou la somme de la quantité en solvant A et en solvant B, étant au moins de l'ordre de 2 % en poids, notamment au moins de l'ordre de 5 % en poids, et l'encre pour impression à jet d'encre ayant à 25 0C une tension superficielle statique de 23 à 40 mN/m. 2. Encre pour impression à jet d'encre selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient l'agent de maintien d'humidité à raison d'une quantité de l'ordre de 7 à 18 % en poids, notamment de l'ordre de 9 à 16 % en poids. 3. Encre pour impression à jet d'encre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle contient le tensioactif à raison d'une quantité de l'ordre de 0,1 à 0,7 % en poids. 4. Encre pour impression à jet d'encre selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle contient un tensioactif sous la forme d'un tensioactif d'acétylèneglycol. 5. Encre pour impression à jet d'encre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle possède une tension superficielle statique de l'ordre de 26 à 36 mN/m. 6. Encre pour impression à jet d'encre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle possède une valeur de pH de 5 à 10, notamment de 6 à 9. 7. Encre pour impression à jet d'encre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, pour le réglage de la valeur de pH souhaitée, elle contient une amine primaire, secondaire et/ou tertiaire, notamment une alcanolamine. 8. Encre pour impression à jet d'encre selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'alcanolamine est présente sous la forme de triéthanolamine. 9. Encre pour impression à jet d'encre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle contient des additifs sous la forme d'un stabilisateur, d'un d'agent de mouillage et/ou d'un agent de conservation, notamment de biocides. 10. Encre pour impression à jet d'encre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le solvant A possède un point d'ébullition inférieur à 200 C, 20 et en ce que le solvant B possède un point d'ébullition supérieur à 230 C. 11. Encre pour impression à jet d'encre selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle possède une viscosité cinématique [mm2/s] de l'ordre de 1,3 25 à 3,0, notamment de l'ordre de 1,4 à 2,6.