Pourquoi l'encre d'imprimerie gélifie : équilibre acido-basique et chimie de l'épaississement de l'encre
La gélification de l'encre est un défaut auquel les imprimeurs et les fabricants d'encre sont confrontés depuis des décennies. Elle apparaissait le plus souvent dans les anciennes encres à base d'huile, celles qui sèchent par oxydation ou par pénétration dans le papier. Les encres à solvant, qui sèchent par évaporation, et les encres à base d'eau y sont moins souvent exposées, mais elles n'en sont pas exemptes. Les causes sont complexes, et certaines remontent au procédé de fabrication lui-même, notamment le moment où le siccatif a été ajouté dans le lot. Comprendre comment la gélification commence est la première étape pour la prévenir.
À quoi ressemble la gélification de l'encre
Lorsqu'une encre gélifie, elle devient épaisse, filante ou grumeleuse. Elle cesse de s'écouler régulièrement depuis le réservoir ou le rouleau anilox, se transfère mal sur la plaque et le support, et peut refuser de quitter le récipient. Dans les cas extrêmes, l'encre se solidifie en une masse qui ne peut plus être ramenée à un état utilisable par simple agitation. Le défaut peut apparaître en production, au stockage, ou après l'ouverture du bidon dans l'atelier.
Six causes de gélification de l'encre
Les techniciens qui étudient le problème regroupent généralement les causes en six points :
1. La masse moléculaire de la résine dans le système est trop élevée, ce qui pousse la viscosité au-delà d'un niveau exploitable.
2. La teneur en matières solides est trop élevée, même lorsque le véhicule résineux lui-même présente une faible viscosité.
3. L'indice d'acide du système d'encre est trop élevé.
4. Le pigment ou la charge est de caractère alcalin.
5. La teneur en siccatif est excessive, ou le siccatif a été ajouté dans le mauvais ordre.
6. La teneur en solvant est trop élevée, en particulier lorsque le solvant est de type à séchage rapide.
Les deux premières causes sont de nature physique. Un formulateur d'encre expérimenté ou un imprimeur d'emballages qui connaît le système peut généralement les repérer et les éviter sans grande difficulté. Les quatre autres sont des problèmes chimiques, et elles exigent une approche différente.
Indice d'acide et pigments alcalins
Les causes chimiques reviennent toutes à une seule relation : l'équilibre acido-basique entre le pigment et le véhicule. Les espèces acides sont électrophiles, c'est-à-dire qu'elles acceptent des électrons et agissent comme donneurs de protons. Les bases sont nucléophiles ; elles donnent des électrons et acceptent des protons. Certaines résines et certains solvants sont amphotères, capables d'agir dans les deux sens. L'eau, les alcools, les acides carboxyliques et la nitrocellulose appartiennent tous à ce groupe. Les solvants hydrocarbonés aliphatiques se situent de l'autre côté du tableau, car ils ne peuvent pas former de liaisons hydrogène, et les pigments vont d'fortement acides à neutres ou alcalins.
Les problèmes apparaissent lorsque les caractères acido-basiques du pigment et du véhicule ne concordent pas. Un noir de carbone fortement acide utilisé avec une résine colophane à indice d'acide élevé en est un exemple classique. Dans un cas documenté, une résine colophane de masse moléculaire seulement 330 a gélifié et formé des amas lorsqu'elle a été utilisée avec un noir de carbone à haute teneur colorante dans une encre flexographique à solvant à séchage rapide, et l'encre ne se transférait pas sur le support. Les conditions de mise en œuvre augmentent le risque. Une température de dispersion élevée, l'évaporation du solvant pendant le broyage et des additifs mal choisis poussent tous le système vers une réaction acide.
Le remède : accorder les caractères acido-basiques
La solution standard consiste à équilibrer le système. Un formulateur peut combiner plusieurs résines et pigments de manière à ce que leurs caractères acido-basiques se compensent, ou choisir un solvant qui convient aux deux. Cet équilibrage est courant dans les usines d'encre, et il fonctionne parce que la gélification n'est pas un événement aléatoire ; elle suit une chimie prévisible.
Micelles et plage de concentration critique
Le côté chimique de la gélification devient visible à un moment précis. Lorsque la concentration des espèces réactives atteint une certaine valeur, qui se situe dans une plage assez étroite, les propriétés macroscopiques de l'encre changent brusquement. À l'échelle microscopique, les molécules actives commencent à s'associer et à former des agrégats de taille colloïdale. Ces agrégats sont appelés micelles ou colloïdes d'association.
Les micelles ont un comportement caractéristique : elles solubilisent la matière. Des substances insolubles ou peu solubles deviennent beaucoup plus solubles, un effet de gonflement qui accélère la réaction chimique. Toute la séquence est étroitement liée à la dispersion du pigment dans le véhicule. Une fois que l'encre atteint cet état, la viscosité grimpe rapidement et le lot se comporte comme un gel.
Prévention en pratique
Pour les opérateurs en atelier, les leçons pratiques sont simples. Stockez les encres dans des récipients scellés afin que les solvants rapides ne puissent pas s'échapper. Maintenez le dosage de siccatif dans les recommandations du fabricant et respectez l'ordre d'ajout suggéré. Évitez la surchauffe pendant le mélange ou le broyage. Et lorsqu'un nouveau lot de pigment arrive, confirmez que son caractère acido-basique convient au véhicule avant d'engager un lot complet. La même discipline s'applique du côté de la formulation, où le choix de la résine et du solvant décide si l'encre finie reste fluide pendant toute sa durée de conservation.