EP0246987B1

EP0246987B1 - Feuille pour enregistrement par jet d'encre et procédé pour sa préparation

Info

Publication number: EP0246987B1
Application number: EP19870420131
Authority: EP
Inventors: Claude Raymond Riou; Georges Marc Gidon
Original assignee: Aussedat Rey SA
Current assignee: Aussedat Rey SA
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1992-01-02
Anticipated expiration: 2007-05-19
Also published as: US4877686A; GR3003492T3; ES2033337T3; DE3775619D1; ATE71027T1; EP0246987A1; FR2598974B1; FR2598974A1

Description

La présente invention concerne :

une feuille d'enregistrement par jet d'encre,
les procédés utilisables pour la préparation de ladite feuille.

La technique d'impression par jet d'encre connaît un succés certain. Cependant, l'étude détaillée des caractères obtenus par cette technique montre l'existence d'un certain nombre de défauts dûs à la non adaptation de la feuille sur laquelle est réalisé l'enregistrement, aux particularités de la technique de jet d'encre.
On connaît déjà un certain nombre de publications et, en particulier, de brevets ou demandes de brevets, proposant des moyens d'obtenir des feuilles pour impression par jet d'encre de bonne qualité. Certains, en particulier, revendiquent le couchage d'un support par une composition comportant des charges absorbantes de nature ou de propriétés physiques définies, destinées à absorber l'encre, ou bien des supports papetiers ayant des caractéristiques particulières ou encore, l'association des deux.
Ainsi, par exemple, les brevets US 4 269 891, US 4 461 174 préconisent l'emploi de charges absorbantes comprenant, en particulier, silice, diatomées, zéolite, silicates synthétiques ou naturels.
Plus tard, le brevet japonais J 56 148 582 et les suivants revendiquent l'utilisation de charges de couchage du même genre et, en particulier, une micropoudre de silice amorphe avec différents liants synthétiques.
Le brevet US 4 440 827 revendique le couchage de telles compositions absorbantes en au moins deux opérations de couchage identiques dans le but d'obtenir une grande résolution, sans nuire à la solidité de la couche.
Le brevet US 4 460 637 revendique une distribution particulière de diamètres de pores dans les couches d'un papier pour impression jet d'encre, constituées de charges absorbantes.
Le brevet US 4 478 910 ou EP 0 121 916 revendique l'association d'un support peu collé et très absorbant pour les solutions aqueuses et d'une couche comportant un liant synthétique et une fine poudre de silice de surface spécifique BET supérieure à 200 m²/g.
On peut citer aussi le brevet US 4 496 629 préconisant une couche à base de charges absorbantes comme la silice, cette couche étant divisée en une multitude de lamelles séparées par des microcrevasses donnant lieu, selon l'inventeur, à une qualité supérieure.
Selon l'expérience du Déposant, les méthodes décrites permettent d'obtenir des impressions par jet d'encre, qui sont, malheureusement, souvent affectées de défauts qualitatifs dont la suppression est difficile et onéreuse. De plus, la qualité de ces impressions est très dépendante de celle du support utilisé pour le couchage. En outre, bien que le brevet US 4 460 637 évoque une relation entre la résolution, l'épaisseur de la couche et le taux de liant de celle-ci, aucune publication ne décrit clairement un moyen de faire varier la taille des points obtenus avec une goutte d'encre définie, envoyée par un système de jet d'encre donné.
Si par action sur certains paramètres de la couche (surface spécifique, nature et taux des liants, épaisseur de la couche, humidité) on fait varier la taille des points d'impression obtenus à partir de gouttes d'encre de dimension donnée, on constate des défauts de forme et d'uniformité de ces points :

a) Si les points sont gros, ils sont dentelés et de densité très hétérogène. Le résultat est un aspect flou de l'impression.
b) Si les points sont petits, ils sont de forme extrêmement irrégulière, en raison surtout de microcraquelures de la couche analoques à celles qui sont prônées par le brevet US 4 496 629. En fait, ces crevasses s'opposent latéralement à la migration horizontale de l'encre et, au contraire, la canalisent dans le sens de leur longueur, donnant à ces points des formes très irrégulières et inacceptables.

Pour supprimer ces défauts, on peut agir sur le support en modifiant son pouvoir absorbant, sa structure, la forme de ses éléments constitutifs, son lissé, etc, ce qui oblige à une définition précise de la qualité du support pour chaque cas particulier.
On peut aussi agir sur la composition de la couche et la méthode de couchage. Ainsi, les microcraquelures peuvent être réduites en augmentant le taux de liant, mais on se heurte alors à des problèmes comme la difficulté de séchage, l'augmentation du coût de la composition et l'abaissement des densités de couleurs. On peut aussi réduire les microcraquelures en diminuant la température et la vitesse de séchage, mais on arrive ainsi à d'importantes limitations économiques. Il est également possible de coucher en deux ou plusieurs passages, ce qui est l'objet du brevet US 4 440 827, mais, là encore, le surcoût économique est considérable.
L'objet de la présente invention est de supprimer les défauts cités ci-dessus sans supporter les conséquences néfastes, les difficultés et les coûts qui résultent de l'application des méthodes décrites.
On a, par ailleurs, décrit, pour différents types de papiers, l'utilisation, en liaison avec l'emploi de liants polymériques polyhydroxylés, de produits coagulants et gélifiants.
Parmi les différents produits coagulant ou gélifiant les liants polyhydroxylés, les plus connus et surtout les plus efficaces, sont l'acide borique et/ou ses dérivés.
La réaction chimique et l'effet obtenu par l'acide borique et ses dérivés sur des liants polyhydroxylés sont bien connus et ont été déjà décrits en détail dans diverses publications.
L'acide borique et ses dérivés ont été fréquemment utilisés pour différentes applications industrielles, parmi lesquelles il est possible de citer les abrasifs, les antigels, les ciments et les plâtres, les colles, les émaux, l'ignifugation, la métallurgie, les produits pharmaceutiques et cosmétiques, les tanneries, la verrerie, la papeterie.
Dans ces nombreuses applications, on exploite la plupart du temps, soit leur réaction de gélification avec les liants polyhydroxylés, soit leur pouvoir tampon, soit leurs propriétés antiseptiques.
L'acide borique et ses dérivés ont été utilisés en papeterie pour l'obtention de différents résultats :

en combinaison avec des liants polyhydroxylés pour la réalisation de colles et adhésifs pour le carton ondulé, cette application étant, notamment, décrite dans les brevets FR 2 469 439 et 2 331 591. Le collage de surface ainsi réalisé permet d'obtenir une barrière aux graisses, solvants, vernis, une imperméabilité du papier ou carton à l'air, ainsi qu'une meilleure résistance à l'abrasion,
en combinaison avec l'alcool polyvinylique pour l'obtention d'un papier présentant un effet barrière, obtenu grâce à la gélification de l'alcool, permettant de fixer une goutte d'encre dès son arrivée sur la surface du papier non couché. Cette application a été décrite dans les brevets japonais J 52 088 406 et J 52 126 305 (TOPPAN PRINTING K. K.) : un papier est traité en surface par de l'acide borique ou un borate ou bien un produit minéral ou organique capable de coaguler l'alcool polyvinylique. Ce papier est ensuite destiné à être imprimé en héliographie, flexographie ou par jet d'encre avec une encre aqueuse contenant de l'alcool polyvinylique.

Il est à noter, toutefois, que, jusqu'à présent, cette réaction de gélification ou coagulation de liants polyhydroxylés, par l'acide borique et/ou ses dérivés, n'avait jamais été mise à profit pour réaliser une feuille d'enregistrement pour jet d'encre absorbant l'encre de façon homogène et régulière et conduisant ainsi à un support d'enregistrement jet d'encre aux propriétés remarquables.
Les publications de l'art antérieur, mentionnant l'emploi de cette réaction sur des papiers destinés à recevoir une impression de type classique, comme celles de :

B. A. BEARWOOD et EP. CZERWIN - TAPPI volume 43, 11, pages 944-952 (1960),
B. A. BEARWOOD et C. J. STAPS, papier, carton et cellulose, 13, 2, pages 83-90 (1964),

On connaît, enfin, le brevet JP-A-87 089/85 qui décrit une feuille pour enregistrement jet d'encre comprenant un pigment d'absorption d'huile, un agent coagulant pour ce pigment constitué d'un composé de magnésium, et un liant.
La feuille ainsi obtenue possède des propriétés améliorées relatives à la vitesse de séchage. La feuille ainsi obtenue n'est cependant pas susceptible de conduire à une forme élargie des points, tout en conservant une bonne qualité de forme et d'uniformité desdits points.
L'objet de la présente invention consiste à réaliser une feuille d'impression couchée utilisable par la technique du jet d'encre, que l'on puisse mettre en oeuvre par des techniques papetières connues et qui éliminent les défauts constatés dans les résultats obtenus par utilisation de la technique du jet d'encre sur les feuilles d'impression décrites à ce jour.
L'objet de l'invention sera mieux apprécié par comparaison des résultats obtenus illustrés par les figures suivantes.
Les fig. 1 à 6 sont des représentations de résultats obtenus avec certaines imprimantes connues utilisant, selon deux exemples de mise en oeuvre, un papier d'impression par jet d'encre ordinaire commercialisé, un papier spécifique et un papier selon l'invention.
Les fig. 7 à 9 montrent un des avantages procurés par un papier selon l'invention.
La feuille selon l'invention pour impression par jet d'encre, constituée d'une feuille support dont une face est surmontée d'une couche, ladite couche étant réalisée par couchage d'une sauce sur ce support, est caractérisée en ce qu'elle comporte, dans sa couche, un liant polymérique polyhydroxylé comprenant des groupements hydroxyles en position cis, ledit liant ayant été gélifié ou coagulé par l'acide borique et/ou ses dérivés lors du couchage, et une charge présentant un pouvoir absorbant.
Le liant polymérique polyhydroxylé dont les groupements hydroxyle sont en position cis est, préférentiellement, du type alcool polyvinylique ou copolymères d'alcool polyvinylique. Les produits utilisables sont, par exemple, décrits dans le livre "Polyvinyl alcohol properties and applications" édité par C. A. FINCH et publié par J. WILEY and sons. On utilisera, de préférence, un alcool polyvinylique dont les caractéristiques (degré d'hydrolyse et degré de polymérisation) pourront être convenablement choisies en fonction, notamment, du procédé de préparation de la feuille employée.
Dans la feuille selon l'invention, tout ou une partie importante de ce liant polymérique polyhydroxylé a été gélifiée (ou coagulée), grâce à l'action de l'acide borique et/ou ses dérivés (borax ...), assumant une fonction d'agent gélifiant ou coagulant.
La quantité d'agent gélifiant (ou coagulant) utilisée peut varier selon le mode d'utilisation de cet agent. Lorsque ledit agent est déposé sur le support de la feuille on en utilisera, de préférence, de 0,05 à 2 g/m² d'acide borique et de ses dérivés.
La gélification du liant polymérique doit avoir lieu au cours de l'opération de couchage, d'où la mise au point de divers procédés qui seront explicités ultérieurement et qui font partie de l'invention. On notera ici que, dans le produit fini (feuille), une certaine proportion de l'agent gélifiant ou de dérivés de cet agent gélifiant est généralement encore présente, soit dans la couche de couchage, soit dans le support ou à la surface du support de la feuille.
La charge présentant un grand pouvoir absorbant, utilisée dans l'invention, est un matériau connu pour sa grande surface spécifique et peut être choisie parmi les produits suivants : silice, silicates divers, zéolites, kaolins calcinés, diatomées, sulfate de baryum, hydroxydes d'aluminium, pigments de mélamine-formol ou d'urée-formol.
Les proportions entre les deux principaux constituants de cette couche de couchage, à savoir le liant et la charge, peuvent varier dans un large domaine, mais sont comprises, très généralement, entre 10 et 100 % en poids de liant par rapport à la charge.
Il est clair que la couche de couchage peut comporter des additifs, classiquement utilisés dans de telles couches, comme, par exemple, des antimousses, des tensioactifs, des azurants ... Le poids de couche est d'environ 0,5 à 20 g/m².
La présente invention concerne, également, des procédés pour la réalisation des feuilles selon l'invention.
On utilisera un support quelconque sur lequel sera déposée une sauce de couchage. Le support utilisé peut être de nature cellulosique ou non et avoir été obtenu par voie papetière ou non. On pourra utiliser un papier, un carton, un film synthétique, un support non tissé ... La nature et les propriétés physiques dudit support ne sont pas critiques et dépendent, principalement, du type de produit fini recherché.
Dans un premier procédé, l'agent gélifiant sera apporté avec ledit support, soit par incorporation dudit agent dans le support lui-même, soit par dépôt dudit agent sur la surface devant recevoir la sauce de couchage. Dans ce cas là, on déposera simplement sur le support comportant ledit agent gélifiant la sauce de couchage comportant le liant polymérique polyhydroxylé et la charge et la gélification dudit liant se produira durant l'opération de couchage.
Dans un deuxième procédé, l'agent gélifiant sera incorporé dans la sauce de couchage, mais il conviendra, au préalable, de désactiver (temporairement) ledit agent gélifiant et de le réactiver au moment du couchage. Par exemple, l'agent gélifiant inactivé peut être l'acide borique qui, s'il provoque une agumentation de la viscosité du milieu aqueux contenant l'alcool polyvinylique, ne provoque pas une gélification totale de cet alcool. Dans ce cas, la gélification se produit par contact entre la préparation de couchage et le support dont le pH doit être, de préférence, voisin de la neutralité.
Le couchage du support est réalisé par des méthodes de couchage classique à rouleau (size-press, rouleau gravé, barre, reverse roll ...) ou bien à lame (lame d'air, lame traînante ...).
Dans tous les cas, on obtient ainsi une couche lisse et sans défaut, dont les variations d'épaisseur entre points distants de moins de 500 microns dans le sens du plan de la feuille, sont insensibles et n'ont pas d'effet mesurable. La couche est plus lisse, ne comporte pas de craquelures et se trouve mieux individualisée par rapport au support, la zone d'interpénétration étant réduite.
Les avantages de l'invention peuvent être résumés comme suit.

1°) - Avec une feuille selon l'invention, la qualité des points obtenus par impression jet d'encre est supérieure à celle que l'on obtiendrait par les procédés déjà décrits, tant du point de vue de leur circularité que de leur uniformité interne, et ceci quel que soit leur diamètre.
2°) - De ce fait, il est possible d'élargir la gamme des diamètres de points que l'on peut obtenir en leur conservant cette qualité de forme et d'uniformité, du diamètre mini au diamètre maxi qui sont dans un rapport de 1 à 3 (ceci pour un même volume de goutte d'encre).
3°) - Le résultat obtenu ne dépend plus autant qu'avant de la qualité du support utilisé, qui peut être pratiquement quelconque, tant du point de vue composition, morphologie de ses constituants (fibres, charges ...), pouvoir absorbant (porosité, collage ...), structure interne, lissé de surface, etc. Il en résulte plus de facilité, plus de sécurité et un coût réduit de fabrication.
4°) - Ce résultat peut être obtenu en une seule opération de couchage, quelle que soit la taille des points désirée, sans avoir à recourir à de difficiles et onéreuses opérations de couchage en deux ou plus de deux opérations successives.
5°) - L'invention permet un accroissement de la solidité de la couche.
6°) - Elle permet une augmentation de la densité des impressions, à la fois par une modification de la formulation du couchage permise par l'accroissement de sa solidité et par la possibilité d'augmenter le diamètre des points dans de bonnes conditions.

L'invention permet donc, plus facilement et à moindres frais, l'adaptation optimale de la qualité de la feuille d'enregistrement au type d'imprimante à laquelle on la destine.
Les exemples non limitatifs ci-après illustrent l'invention par rapport à l'art antérieur.

EXEMPLE 1 :

On a employé deux supports différents.

a) Un papier absorbant, relativement poreux et peu lissé, caractérisé par les tests suivants :
- porosité à l'air AFNOR 2,1
- collage COBB (1 min) 300
- lissé BEKK 40
b) Le même papier support a été enduit d'une solution de borax à 5 i de concentration, résultant en un dépôt de borax de 0,4 g/m² en matières sèches.

Dans un deuxième stade, ces deux supports ont été couchés dans des conditions identiques par la sauce de couchage suivante :

70 parts en poids de silice synthétique, en poudre fine, caractérisée par une prise d'huile de 250 g par gramme de poudre <mesuré suivant T 30.022 ou ISO R 787),
30 parts en poids d'un silicate d'alumine en poudre, d'un diamètre moyen de particules de 2,5 microns et comportant plus de 95 96 de particules de diamètre inférieur à 10 microns,
30 parts en poids d'un alcool polyvinylique de viscosité moyenne <environ 7 à 11 cps en solution à 4 et de degré d'hydrolyse 98,
quantité d'eau suffisante pour aboutir à une préparation à 10 % de teneur en matières sèches.

La solidité de la couche et sa liaison au support ont été mesurées par la vitesse à laquelle la couche commence à s'arracher par impression d'une encre Lorilleux 3802 sur un appareil IGT Ait 2. Les vitesses d'arrachage et les poids de couche sont les suivants :
Ces deux papiers couchés ont été imprimés par jet d'encre sur une imprimante SIEMENS PT 88, ainsi qu'un papier du commerce c) vendu sous le nom de Neujet 1/7 comme étant adapté à cette imprimante entre autres. Ces trois papiers ont été imprimés avec la même encre SIEMENS noire.
L'examen des impressions, réalisées sur ces divers papiers et illustrées par les fig. 1 à 3, montre que les points obtenus sur le papier couché sur support avec utilisation de borax (b) sont beaucoup plus réguliers que ceux obtenus sur les autres papiers. Les représentations des fig. 1 à 3 correspondent à des photographies réalisées avec un même appareil POLAROID SX70 avec le même grossissement, dans les mêmes conditions d'éclairage et dans les mêmes délais après impression.

EXEMPLE 2 :

De la même façon, deux supports ont été fabriqués à partir de la même base.

a) Un papier assez imperméable à l'eau et à l'air et relativement lisse, caractérisé par les tests ci-dessous :
- porosité à l'air AFNOR ............ 0,6
- collage COBB (1 min) .............. 15
- lissé BEKK ...................... 200
b) Le même papier a été enduit d'une solution de borax à 10 % de concentration, ce qui a donné un dépôt de borax sec de 0,7 g/m².

Ces deux supports ont été couchés et séchés dans des conditions identiques par la sauce de couchage suivante :

100 parts en poids de silice synthétique, de qualité identique à celle de l'exemple 1,
20 parts en poids d'un alcool polyvinylique complètement hydrolysé et de viscosité à 4 % comprise entre 26 et 32 cps,
quantité d'eau suffisante pour obtenir une préparation à 18 % de teneur en matières sèches.

Les dépôts de couche et les résistances à l'arrachage figurent sur le tableau ci-dessous .
Les deux papiers ont été imprimés avec une imprimante à jet d'encre Diablo (technologie SHARP I0.0700), ainsi qu'un papier c) du commerce présenté comme référence pour une telle imprimante. Ces trois papiers ont été imprimés avec la même encre SCHARP noire.
Là encore, l'examen des taches d'encre obtenues montre clairement, par comparaison des fig. 4 à 6, que sur le papier selon l'invention lesdites taches sont plus précises et ont un contour plus net.
Des conditions opératoires identiques à celles ci-dessus ont été retenues pour réaliser les photographies de base des représentations selon les fig. 4 à 6.
Les fig. 7 à 9 correspondent à des photographies réalisées selon les mêmes conditions opératoires que ci-dessus, à partir de papiers traités conformément à l'invention et imprimés par une imprimante SIEMENS PT 88 avec une encre SIEMENS noire. L'examen de ces figures permet de constater qu'il est possible d'élargir la gamme de diamètres de points que l'on peut obtenir, tout en leur conservant les qualités de forme et d'uniformité mises en évidence précédemment. L'examen de ces figures permet de constater qu'il est possible d'obtenir des points de très bonne qualité dont les diamètres sont dans un rapport de 1 à 3 pour un même volume d'encre, en agissant sur certains paramètres de la couche de traitement du papier, tels que surface spécifique, nature et taux des liants, épaisseur, humidité.

Claims

Feuille pour impression par jet d'encre constituée d'une feuille support dont au moins une face est surmontée d'une couche réalisée par couchage d'une sauce, ladite couche comportant un gel ou un coagulat,
caractérisée en ce que la couche comprend :
- un gel ou un coagulat constitué par réaction entre un sel d'acide borique et/ou ses dérivés et un liant polymérique polyhydroxylé comportant des groupements hydroxyles en position cis,

- une charge présentant un pouvoir absorbant.
Feuille selon la revendication 1, caractérisée en ce que le liant polymérique polyhydroxylé est l'alcool polyvinylique ou un copolymère d'alcool polyvinylique.
Feuille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la charge est choisie parmi la silice, les silicates, les zéolites, les kaolins calcinés, les diatomées, le sulfate de baryum, les hydroxydes d'aluminium, les pigments de mélamine-formol ou d'urée-formol.
Procédé de préparation d'une feuille pour impression par jet d'encre à partir d'une feuille support, en vue d'obtenir une feuille conforme à l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on réalise une réaction de gélification ou de coagulation dans la couche surmontant au moins une face de la feuille support,
caractérisé en ce que :
- on incorpore ou on dépose en surface sur la feuille support de l'acide borique et/ou ses dérivés,

- on couche ensuite sur ladite feuille une sauce de couchage comportant une charge présentant un pouvoir absorbant et un liant polymérique polyhydroxylé comportant des groupements hydroxyles en position cis, ledit liant étant gélifié ou coagulé par l'acide borique et/ou ses dérivés.
Procédé de préparation d'une feuille pour impression par jet d'encre à partir d'une feuille-support, en vue d'obtenir une feuille conforme à l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on réalise une réaction de gélification ou de coagulation dans la couche surmontant au moins une face de la feuille-support,
caractérisé en ce que :
- on réalise une sauce de couchage composée :
. d'un liant polymérique polyhydroxylé comportant des groupements hydroxyles en position cis,

. d'une charge présentant un pouvoir absorbant et d'acide borique et/ou ses dérivés,

- on couche ladite sauce sur la feuille-support dont le pH est voisin de la neutralité pour provoquer la gélification ou coagulation du liant polymérique polyhydroxylé par l'acide borique et/ou ses dérivés.