Corrélations entre la formulation, les propriétés physico-chimiques et l'imprimabilité des encres jet d'encre à base d'eau

Correlations between formulation, physico-chemical properties and printability of water-based inkjet inks

• Auteur / Autrice : Amélie Brogly
• Direction : Anne Blayo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés pour la bioraffinerie, les matériaux bio-sourcés et l’impression fonctionnelle (Grenoble, Isère, France ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Hugues Bodiguel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gioele Balestra
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Véronique Sadtler, Gunter Huebner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réaction, Temps de

Rhéologie

Mots clés libres

Procédé jet d'encre

Encre aqueuse

Suspension colloïdale

Rhéologie

Latence

Tension de surface

Inkjet printing process

Water-Baseed ink

Colloidal suspension

Rheology

Latency

Surface tension

Résumé

Le procédé d’impression numérique jet d’encre modifie progressivement l’industrie de l’impression en apportant de nouvelles fonctionnalités (personnalisation, électronique, etc.) et en produisant des volumes imprimés précédemment réalisés par des techniques d’impression conventionnels (textile, emballage, revêtement de sol, etc.). Ce procédé repose sur l’éjection de gouttes pico-volumétriques à la demande par activation d’un élément piézoélectrique. La maitrise des phénomènes engagés au cours des interactions liquide-procédé-substrat est complexe et requiert une compréhension approfondie. Ce travail de thèse contribue à l’identification, la caractérisation et la compréhension des corrélations matériaux-procédés qui sous-tendent la qualité d’impression. Le cadre de l’étude se concentre spécifiquement sur l’impression d’encres pigmentaires aqueuses sur substrat polymère utilisé dans l’industrie du revêtement de sol. Un premier axe s’attache à évaluer la stabilité colloïdale des suspensions développées ainsi qu’à optimiser leur caractéristiques rhéologiques et physico-chimiques. L’impact du poids moléculaire de l’agent dispersant assurant la stabilité colloïdale est précisément étudié. Un deuxième axe concerne l’impact des paramètres du procédé et de la formulation de l’encre sur la génération des gouttes. La conception de la forme d’onde, identifiée comme paramètre critique dans le processus d’éjection, est discutée dans un premier temps. L’origine et la caractérisation du phénomène de latence générant des défauts d’impression fréquemment observés en milieu industriel sont ensuite examinées. Cette approche conduit à l’intégration de paramètres physico-chimiques dynamiques dans l’évaluation de l’éjectabilité. Dans la dernière partie de ce travail les interactions reliant l’encre et le substrat, dans le cadre spécifié par l’application industrielle de ce projet, sont étudiées. La qualité d’impression après séchage ainsi que l’adhésion sont évaluées.Ces travaux contribuent donc de manière significative à l’avancée de la compréhension scientifique et technologique inhérente au procédé jet d’encre et favorise son intégration industrielle.

The digital inkjet printing process is gradually changing the printing industry by bringing new features (personalization, electronics, etc.) and by producing printed volumes previously manufactured by conventional printing techniques (textile, packaging, flooring, etc.). This process is based on the ejection of pico-volumetric drops on demand by activation of a piezoelectric element. The control of the phenomena involved in the interactions between the liquid-process-substrate is complex and requires in-depth understanding. This work contributes to the identification, characterization and understanding of the material-process correlations underlying print quality. The scope of the study focuses specifically on printing of aqueous pigmented inks on polymer substrate for flooring industry. A first axis focus on the colloidal stability assessment of the suspensions as well as the optimization of their rheological and physicochemical properties. The impact of the dispersing agent molecular weight ensuring the colloidal stability is especially studied. A second axis is devoted to the study of the impact of process parameters and ink formulation on droplet generation. First, the design of the waveform, identified as a critical parameter in the ejection process, is discussed. The origin and characterization of the latency phenomenon, generating printing defects frequently observed in industrial environments, is investigated. This approach leads to the integration of dynamic physicochemical parameters in the jettability assessment. In the final part of this work, the interactions between the ink and the substrate, in the context specified by the industrial application of this project, are studied. Print quality after drying and adhesion are assessed.This thesis work therefore contributes significantly to the advancement of the scientific and technological understanding inherent to the inkjet printing process and promotes its industrial integration.