Brevet FR2989687A1 — publié le 20131025

Composition de vernis à viscosité faible pour substrat imprimé par jet d'encre La présente invention se rapporte au domaine des couches de protection pour substrats imprimés par jet d'encre et plus particulièrement au 5 domaine des vernis déposés par jet d'encre qui ne nécessite pas un chauffage important lors de son dépôt avec une faible viscosité. Au cours d'une impression, une encre est déposée sur la surface d'un substrat, ce substrat pouvant être, par exemple, du papier ou du plastique. Il est alors courant de recouvrir la surface imprimée de ce substrat 10 par une couche de protection. Cette couche de protection complète la fixation de l'image imprimée sur le substrat tout en garantissant la résistance de l'impression contre certaines agressions extérieures comme par exemple des projections, voire la lumière, la chaleur ou l'humidité. Le dépôt de cette couche de protection sur le substrat imprimé est effectué, par exemple, en 15 faisant intervenir un système d'impression par jet d'encre pour favoriser la sélectivité des zones de dépôt. Le vernis permet aussi de personnaliser le document en faisant apparaître des zones avec des motifs en vernis et d'autres zones sans vernis. La demande actuelle concerne des vernis à faibles viscosités car les 20 nouvelles têtes d'impression demandent l'utilisation de produits à faibles viscosités. Cependant, la diminution des viscosités des vernis nécessaire à l'utilisation des têtes d'impression utilisant les dernières technologies pose un problème de séchage ou de polymérisation du vernis après impression. En effet, moins le vernis est visqueux, plus le séchage ou la polymérisation du 25 vernis prend du temps et plus les cadences d'impression sont diminuées si l'on réduit la vitesse de transfert des substrats imprimés dans le four ultraviolet pour permettre une polymérisation suffisante. Par ailleurs, avec les nouvelles têtes à jet d'encre acceptant des viscosités plus faibles, si on veut utiliser des vernis de viscosité élevée, non adaptée à la viscosité nécessaire 30 pour ces nouvelles têtes, on doit augmenter la température pour diminuer la 2 9896 87 2 viscosité. Outre une consommation d'énergie préjudiciable, ces températures élevées influencent la durée de vie des têtes d'impression ou nécessitent l'utilisation de matériaux spécifiques rendant les têtes plus onéreuses. La présente invention a pour objectif de palier un ou plusieurs inconvénients de l'art antérieur en fournissant une encre de couverture adaptée pour limiter les risques d'altération des têtes d'impression, fonctionnant dans des intervalles de température qui n'imposent pas un chauffage important du vernis lors de son dépôt sur le substrat imprimé et adapté pour des têtes d'impression nécessitant des produits de faibles viscosités. Cet objectif est atteint grâce à un vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre dont la composition du vernis comprend au moins : un oligomère durcissable, un monomère durcissable sélectionné dans un groupe intégrant des monomères acryliques alkoxylés et/ou poly-alkoxylés comprenant un ou plusieurs di ou tri-acrylates, et caractérisé en ce qu'il comprend un photo-initiateur comprenant au moins un oxyde de bis-(2,4,6-triméthylbenzoyl)-phénylphosphine, et en ce que l'oligomère durcissable est sélectionné dans un groupe dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s à 23°C, en ce que le rapport de proportion entre oligomère et monomère est compris entre 1/6 et 1/25, et en ce que le mélange des composants du vernis présente une viscosité comprise entre 5 mPa.s et 40 mPa.s à 25°C et entre 5 mPa.s et 2 mPa.s à 60°C, et une tension de surface comprise entre 19 mN/m et 35 mN/m à 25°C. Selon une variante de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que l'oligomère durcissable est sélectionné dans un groupe dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s à 23°C, en ce que le rapport de proportion entre oligomère et monomère est compris entre 1/7 et 1/21. Selon une variante de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que la composition du vernis comprend au moins : un réducteur de viscosité qui facilite l'adhésion du vernis au substrat imprimé, et/ou un inhibiteur de radicaux libres. Selon une autre variante de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que le mélange des composants du vernis présente une conductivité inférieure à 1,5 pS. Selon une première particularité de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que le photo-initiateur comprend en outre de l'alphahydroxy-cyclohexylphényl-cétone. Selon une variante de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que le vernis comprend du N-vinylcaprolactam pour assurer l'adhésion du vernis sur la surface du substrat imprimé. Selon une particularité de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que l'oligomère durcissable dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s à 23°C comprend au moins un uréthane di-acrylate aliphatique. Selon une autre particularité de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que l'oligomère durcissable dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s à 23°C comprend au moins un uréthane acrylate aromatique hexa-fonctionnel. Selon une autre particularité de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que l'oligomère durcissable dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s à 23°C 30 comprend au moins un époxy di-acrylate bisphénol A. Selon une variante de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que la composition du vernis comprend au moins un additif avec une granulométrie inférieure à 50 pm, cet additif étant : - un agent mâtant pour l'obtention d'un vernis mât ou satin, et/ou - des paillettes pour l'obtention d'un vernis pailleté, et/ou - de pigments et/ou colorants pour l'obtention d'un vernis coloré, et/ou - de pigments et/ou colorants fluorescents pour l'obtention d'un vernis fluorescent, et/ou - de pigments et/ou colorants sensible à la lumière noire pour l'obtention d'un vernis à effet optique. Selon une variante de réalisation, le vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que la composition du vernis comprend une granulométrie adaptée pour le passage dans une buse lors d'un dépôt par jet d'encre sur le substrat imprimé. Un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé pour permettre la production d'un vernis selon l'invention. Cet objectif est atteint grâce à un procédé de production d'un vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre, 20 comprenant : - une étape de refroidissement du mélange jusqu'à une température ambiante, une étape d'ajout sous agitation d'au moins un oligomère durcissable selon la composition du vernis, d'au moins un monomère durcissable 25 selon la composition du vernis, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de mélange du réducteur de viscosité avec l'inhibiteur de radicaux libres et un photo-initiateur comprenant au moins un oxyde de bis-(2,4,6-triméthylbenzoyl)phénylphosphine à une température comprise entre 150°C et 300°C. Selon une particularité de réalisation, le procédé de production d'un vernis pour recouvrir la surface d'un substrat imprimé et déposé par jet d'encre est caractérisé en ce que le procédé comprend : une étape de filtration du mélange obtenu selon une granulométrie adaptée pour le passage dans une buse lors d'un dépôt par jet d'encre sur le substrat imprimé. L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente un tableau établissant la composition du vernis selon l'invention. Il convient de signaler que les molécules citées dans le présent document ne sont pas limitatives de la composition du vernis de l'invention, mais sont illustratives de molécules, monomères ou polymères qui possèdent ou présentent des caractéristiques, des propriétés ou des fonctions identiques ou similaires. La présente invention porte sur un vernis de protection destiné à recouvrir la surface d'un substrat imprimé. Ce vernis est réalisé sans solvant comprend dans sa composition au moins un oligomère durcissable sélectionné dans un groupe dont la viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s à 23°C, un monomère durcissable sélectionné dans un groupe intégrant des monomères acryliques alkoxylés et/ou poly-alkoxylés comprenant un ou plusieurs di ou tri-acrylates, et un photo-initiateur de surface. Il est important que le choix de l'oligomère ou du mélange d'oligomères s'opère au sein d'un groupe dont les composants présentent une viscosité supérieure à 0,1 Pa.s à 23°C. Selon un mode de réalisation préférentielle, cette viscosité est supérieure à 0,1 Pa.s à cette température de 23°C. En effet, le mélange d'oligomères à pour objet d'augmenter la réactivité de la composition du vernis et la résistance chimique et physique de celui-ci, comme par exemple à la rayure. Cet oligomère est associé dans la composition du vernis avec différents monomères qui participent à d'autres propriétés du vernis. Selon le type d'oligomère utilisé et le niveau de viscosité recherchée pour le vernis, le rapport entre oligomère et monomère dans la composition présente une valeur comprise entre 1/6 et 1/25. Selon une mode de réalisation préféré de la composition du vernis, la valeur de ce rapport se situe préférentiellement entre 1/7 et 1/21. Selon le type de vernis recherché, c'est-à-dire selon le type de caractéristiques physiques souhaitées en fonction du substrat à recouvrir, le choix de l'oligomère vient à différer. Dans le cas d'une polymérisation où un séchage rapide est nécessaire pour l'obtention d'un vernis qui présente une dureté ou une rigidité adaptée pour un dépôt sur un substrat formé par une surface plastique sensiblement rigide, l'oligomère choisi est un uréthane acrylate aromatique hexa-fonctionnel. Cet oligomère est de l'uréthane modifié triacrylate, communément disponible sous l'appellation CN 922 et présente une viscosité de l'ordre de 0,35 Pa.s à 25°C. Cet oligomère contribue à la diminution de la viscosité du vernis. D'autres oligomères peuvent être utilisés dans des proportions différentes. Ces oligomères peuvent être, par exemple, un uréthane acrylate aromatique hexa-fonctionnel disponible sous l'appellation EBECRYL 220 et présentant une viscosité de l'ordre de 28,5 Pa.s à 25°C ou, par exemple, un époxy di-acrylate bisphénol A disponible sous l'appellation EBECRYL 605 présentant une viscosité de l'ordre de 7,5 Pa.s à 25°C pour obtenir un vernis plus souple qu'un vernis obtenu avec l'oligomère précédent ou, par exemple, un uréthane di-acrylate aliphatique disponible sous la dénomination EBECRYL 8402 et présentant une viscosité de l'ordre de 12,5 Pa.s à 25°C pour obtenir un vernis plus souple qu'un vernis obtenu avec les deux oligomères précédents. Les monomères qui complètent la composition du vernis, en plus de présenter des capacités de durcissement, pour certains d'entre eux, sont sélectionnés par rapport à leurs propriétés. Ainsi, certains monomères permettant d'augmenter la réactivité du vernis sont utilisés comme par 2 9896 87 7 exemple le tripropylène-glycol-di-acrylate ou le dipropylène-glycol-di-acrylate, respectivement connu sous les dénominations TPGDA et DPGDA. D'autres monomères sont utilisés pour permettre une réduction de la viscosité du vernis. Ces monomères, réducteurs de viscosité, sont, par exemple, l'octyle- 5 décyl-acrylate et l'isobornyl-acrylate, respectivement connus sont les noms de EBECRYL ODA et IBOA. L'octyle-décyl-acrylate a également pour propriété de restreindre les tensions de surface dans le mélange. De même, l'utilisation de l'isobornyl-acrylate permet de faciliter l'adhérence du vernis au cours de son dépôt sur la surface du substrat. L'adhérence sur des surfaces 10 sensiblement rigides comme des plastiques ou des PVC (polychlorures de vinyle) peut être améliorée par l'utilisation du N-vinylcaprolactame comme un des monomères qui entrent dans la composition du vernis. Afin d'obtenir un étalement optimal du vernis sur la surface du support imprimé, la composition du vernis intègre un tensio-actif qui peut, par 15 exemple, être le mélange répertorié sous le nom Tego Wett 500. D'autres agents tensio-actifs peuvent être utilisés tels que, par exemple et de façon non limitative, le polyéther siloxane, l'alcool alkoxylé, un fluoro-surfactant, ou encore un surfactant « sans silicone ». La réaction de polymérisation lorsque le vernis est projeté sur la 20 surface du substrat, est initiée par au moins un photo-initiateur qui peut être de profondeur ou de surface par un mélange de deux photo-initiateurs. Ces photo-initiateurs sont, par exemple, l'Irgacure 819 correspondant à l'oxyde de bis-(2,4,6-triméthylbenzoyl)-phénylphosphine et/ou l'Esacure KS 300 correspondant à l'alpha-hydroxy-cyclohexyl-phényl-cétone. Ces photo- 25 initiateurs permettent le déclenchement de la réaction de polymérisation du vernis. Les pics d'absorption utilisés pour assurer la formation de radicaux libres qui initient la polymérisation du vernis présentent généralement une longueur d'onde de l'ordre de 365 nm à 420 nm pour l'Irgacure 819 et une longueur d'onde de l'ordre de 254 nm à 320 nm pour l'Esacure KS 300. 30 L'Esacure KS 300 est un photo-initiateur de surface déclenchant une réaction de polymérisation du vernis uniquement en présence d'un rayonnement ultraviolet. Ce rayonnement peut être assuré, par exemple, grâce à un dispositif disposé dans le système d'impression qui utilise le vernis. L'Irgacure 819 est un photo-initiateur de profondeur déclenchant une réaction de polymérisation du vernis en présence du rayonnement d'au moins une diode électroluminescente (LED). Ce rayonnement peut être assuré, par exemple, grâce un dispositif comprenant au moins une LED disposée dans le système d'impression qui utilise le vernis. De façon non limitative, la ou les LED utilisées ont une irradiance de l'ordre de 2 W/cm2 à 10 W/cm2, préférentiellement 8 W/cm2 avec une longueur d'onde de l'ordre de 365 nm à 420 nm, préférentiellement 405 nm. Ainsi, le moyen de séchage UV et le dispositif de LED permet un séchage et une polymérisation du vernis très efficace pour un vernis de faible viscosité sans diminuer pour autant les cadences d'impression. D'autres photo-initiateurs pourraient être utilisés, par exemple et de manière non limitative, le phényl-(2,4,6- triméthylbenzoyl)-phosphinate d'éthyle. Afin d'éviter une prise en masse du vernis sous l'action de la chaleur dans des conditions non-désirées, le vernis intègre un antioxydant qui joue le rôle d'inhibiteur de radicaux libres. Cette inhibition peut être assurée, par exemple, en intégrant dans la composition un mélange référencé sous le nom de Genorad 16 ou d'Additol S110. Les différents composants qui permettent la réalisation du vernis de l'invention sont mélangés dans des proportions déterminées. Ainsi, on a : l'inhibiteur, Genorad 16, qui est présent dans une proportion de 0,1% à 2,0%, préférentiellement dans une proportion de 1,0% du mélange final, le tensioactif, Tego Wett 500, qui est présent dans une proportion de 0,1% à 2,0%, préférentiellement dans une proportion de 1,0% du mélange final, les photo-initiateurs de surface sont présent dans une proportion de 8% à 15%, préférentiellement dans une proportion de 14%, avec respectivement de l'Esacure KS 300 dans une proportion de 4,0% à 10,0%, préférentiellement 10% et de l'Irgacure 819 dans une proportion de 2,0% à 4,9%, préférentiellement 4% du mélange final, le monomère de fonction qui assure l'adhésion au support, c'est-à-dire le N-vinylcaprolactam, est présent dans une proportion de 8% à 15%, préférentiellement dans une proportion de 15% du mélange final, le monomère de fonction qui améliore la réactivité du mélange, c'est-à-dire le tripopylène-glycol-di-acrylate ou TPGDA, est présent dans une proportion de 10% à 25%, préférentiellement dans une proportion de 10% du mélange final, le monomère de fonction qui permet la réduction de la tension de surface et de la viscosité, c'est-à-dire l'EBECRYL ODA, est présent dans une proportion de 12% à 18%, préférentiellement dans une proportion de 15,7% du mélange final. L'ensemble des composants que sont l'oligomère ou mélange d'oligomères, le monomère de fonction activateur de réaction qu'est le dipropylène-glycol-di-acrylate ou DPGDA, et le monomère de fonction qui accroit l'adhérence qu'est l'IBOA, forment un mélange qui représente 25% à 35% de la composition finale, préférentiellement 35%. Les proportions sont comprises entre 5% et 15%, préférentiellement 10% pour le DPGDA et entre 20% et 30%, préférentiellement 25% pour l'IBOA. Selon le type de vernis qu'on souhaite réaliser, des éléments additionnels peuvent être ajoutés aux composants. Ainsi, pour la conception de vernis mât ou satin, des agents mâtant peuvent être apportés au mélange. Pour l'obtention d'un vernis pailleté, on ajoutera des paillettes ; pour la conception de vernis colorés, on rajoutera des pigments ou des colorants de couleurs souhaitées, ces pigments pouvant également être fluorescents voire sensible à la lumière noire pour l'obtention de vernis particulier. 2 9896 87 10 Le mélange des composants du vernis a une viscosité de l'ordre de 5 mPa.s à 40 mPa.s à 25°C, préférentiellement 10 mPa.s à 15 mPa.s, préférentiellement 12 mPa.s. La production du vernis selon l'invention est opérée en effectuant 5 successivement : une étape de mélange du réducteur de viscosité avec l'inhibiteur de radicaux libres et un photo-initiateur à une température comprise entre 150°C et 300°C selon la vitesse du mélange désirée, - une étape de refroidissement du mélange jusqu'à une température 10 ambiante, une étape d'ajout sous agitation d'au moins une oligomère durcissable selon la composition du vernis, et/ou d'au moins un monomère durcissable selon la composition du vernis, ainsi que de tout autre élément entrant dans la composition du vernis. 15 Selon un mode opératoire préféré, l'agent tensio-actif est ajouté en dernier pour éviter la formation de mousses lors de l'agitation des composants en cours de mélange. Pour limiter cette apparition de mousses, des agents démoussants peuvent être ajoutés dans le mélange, tels que du polyéther siloxane. Cet agent dé-moussant ou anti-mousse est ainsi ajouté 20 dans une proportion de 0,1% à 1,0%, préférentiellement 1%. Un exemple d'agent tensio-actif susceptible d'être utilisé est le Tego Foamex 805. Le procédé de production peut également comprendre une étape de filtration du mélange obtenu selon une granulométrie adaptée pour le passage dans une buse lors d'un dépôt par jet d'encre sur le substrat 25 imprimé. Le dépôt par jet d'encre peut s'opérer selon une toute technique connue de dépôt par jet d'encre, préférentiellement la technique de goutte à la demande (drop on demand ou DOD en anglais), qui consiste à former une surpression en utilisant un composant piézo-électrique qui va s'incurver sous l'effet d'une tension électrique pour réduire le volume du réservoir d'encre. En effet, la projection du vernis s'opérant par l'intermédiaire d'une buse, il est impératif que la granulométrie des composants du vernis n'entraine pas une obstruction de la buse. Ainsi, la filtration est réalisée à 10 pm, préférentiellement à 5 pm et de façon optimale à 1 pm. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes.