FR2951402A1 - Procede d'impression par jet d'encre pour encre fonctionnelle sur tout support - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'impression par jet d'encre d'un motif fonctionnel sur un support, le procédé comprenant successivement les étapes suivantes : dépôt d'une première couche photo-polymérisable (31) sur le support (30) par jet d'encre, exposition de la première couche à une source de rayonnement ultraviolet, dépôt d'une deuxième couche (34) fonctionnelle sur la première couche par jet d'encre, la deuxième couche étant conformée selon le motif fonctionnel.

Description

B9787 1 PROCÉDÉ D'IMPRESSION PAR JET D'ENCRE POUR ENCRE FONCTIONNELLE SUR TOUT SUPPORT
Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de marquage d'un support. Elle concerne plus particulièrement l'impression par jet d'encre d'un motif fonctionnel sur un emballage ou sur un support quelconque. Exposé de l'art antérieur Dans le domaine de l'emballage, différents types de matériaux sont utilisés, par exemple le carton, le papier ou les films polymères. Ces différents matériaux présentent des états de surface très divers qui peuvent affecter l'homogénéité des couches imprimées et donc dégrader leur fonctionnalité. On considèrera ici plus particulièrement le cas où on souhaite imprimer un motif fonctionnel par jet d'encre sur tout support. Le procédé d'impression par jet d'encre présente de nombreux avantages. Le procédé se déroule rapidement, est simple à mettre en oeuvre et ne nécessite pas de contact entre la tête d'impression et le support. En outre, les motifs peuvent être facilement modifiés par ce procédé pouvant être numérique, par exemple si on souhaite imprimer des numéros successifs sur des emballages successifs.
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2 La figure 1 représente un support 1 ayant une surface supérieure 2. Un code barre 4 est imprimé par jet d'encre sur la surface 2 du support 1. L'impression au jet d'encre s'avère bien adaptée à la formation de tels codes barre, peu importe l'état de rugosité de la surface. Résumé Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un procédé d'impression par jet d'encre d'un motif fonctionnel pouvant être adapté à tout type de support. Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir un procédé d'impression par jet d'encre d'un motif fonctionnel pouvant aisément être mis en place sur une ligne de production.
Un autre objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir une installation d'impression par jet d'encre d'un motif conducteur facilement implémentable sur une ligne de production. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un procédé d'impression par jet d'encre d'un motif fonctionnel sur un support, le procédé comprenant successivement les étapes suivantes : dépôt d'une première couche photo-polymérisable sur le support par jet d'encre, exposition de la première couche à une source de rayonnement ultraviolet, dépôt d'une deuxième couche fonctionnelle sur la première couche par jet d'encre, la deuxième couche étant conformée selon le motif fonctionnel.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première couche a un lissé Bekk supérieur à 400 s, de préférence supérieur à 500 s. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première couche a une viscosité comprise entre 1 et 40 mPa.s, 35 de préférence entre 10 et 30 mPa.s.
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3 Selon un mode de réalisation de la présente invention, la première couche a une épaisseur comprise entre 5 et 15 µm, de préférence entre 8 et 12 µm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 5 la première couche comprend un photo-amorceur et au moins un monomère polyfonctionnalisé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le photo-amorceur de la première couche est choisi dans la famille des carbonyles aromatiques, des cétones aromatiques ou 10 des sels d'onium. Selon un mode de réalisation de la présente invention, chacun des monomères polyfonctionnalisés est choisi dans la famille des acrylates, des époxydes ou des éthers vinyliques. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 15 l'intervalle de temps entre l'étape d'exposition de la première couche à la source de rayonnement ultraviolet et l'étape de dépôt de la deuxième couche est inférieur ou égal à 1 s. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le motif fonctionnel est une couche conductrice, par exemple une 20 antenne RFID. Un autre mode de réalisation de la présente invention prévoit une installation d'impression par jet d'encre comprenant: un premier module d'impression par jet d'encre, 25 adapté à déposer une première couche photo-polymérisable sur un support, au moins une source de rayonnement ultraviolet, adaptée à irradier la première couche déposée, un deuxième module d'impression par jet d'encre, 30 adapté à déposer une deuxième couche fonctionnelle sur la première couche, la deuxième couche étant conformée selon un motif fonctionnel.
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4 Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, représente un support muni d'un code barre ; les figures 2A et 2B représentent un support muni d'une couche conductrice ; la figure 3 illustre un mode d'impression d'un motif conducteur, selon la présente invention ; et la figure 4 représente une installation d'impression par jet d'encre d'un motif conducteur, selon la présente invention.
Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Description détaillée La figure 2A représente un support 10 ayant une surface 12 sensiblement plane et lisse. Sur la surface 12, on a imprimé un motif en utilisant une encre conductrice. A titre d'exemple non limitatif, la couche peut être une antenne RFID. L'état de surface du support 10 permet un dépôt homogène en épaisseur de la couche 14. L'épaisseur e1 de la couche 14 est sensiblement constante. Ainsi, la résistance électrique du motif est correctement contrôlée. La figure 2B illustre un support 20 ayant une surface supérieure 22 plus rugueuse que la surface 12, par exemple une feuille de papier ou de carton. La surface comprend des irrégularités se traduisant par des valeurs de rugosité comprises entre 2 et 10 }gym suivant la méthode Parker Print Surf. Par la méthode Bekk, les valeurs de lissé Bekk sont comprises entre 1 s et 300 s. On a déposé une couche conductrice 24 sur la surface 22. L'état de surface irrégulier du support 20 entraîne un dépôt inhomogène en épaisseur de la couche 24. La présence d'irrégularités à la surface du support entraîne des variations B9787
d'épaisseur de la couche conductrice. On constate notamment que la couche 24 peut comprendre des zones de faible épaisseur e2 et des zones de forte épaisseur e3. Le motif conducteur 24 comprend donc des zones amincies dans lesquelles la résistance électrique 5 sera plus élevée que dans des zones épaissies. Ainsi, les propriétés électriques du motif sont variables et ne sont plus contrôlables. Le bon fonctionnement du motif conducteur n'est plus assuré. En outre, deux supports donnés présentant chacun un état de surface différent, les propriétés électriques de chacune des couches conductrices déposées sur chacun des supports sont variables. Pour pallier ces inconvénients, de nombreuses solutions ont été envisagées par la Demanderesse. La modification de la composition chimique de l'encre conductrice de la couche 24, ainsi que la modification des paramètres d'impression, à savoir la vitesse, la température, le volume des gouttes, la fréquence d'éjection des gouttes, n'ont pas permis de résoudre le problème d'inhomogénéité en épaisseur de la couche conductrice 24. Par ailleurs, la Demanderesse a également envisagé d'aplanir la surface 22 par calandrage. En plus de générer une étape supplémentaire, le résultat n'a pas été satisfaisant. On prévoit ici de déposer une couche photo-polymérisable sur un support de telle sorte que, après photo-polymérisation, la surface supérieure de cette couche soit plane, même si elle est déposée sur un support rugueux. Une couche conductrice est ensuite déposée sur la couche photo-polymérisable, qui sert d'interface entre le support et la couche conductrice. La figure 3 représente un support 30 ayant une surface supérieure 32 sur laquelle a été déposée par jet d'encre une couche photo-polymérisable 31. La couche 31 définit une surface supérieure 33. On procède ensuite à l'exposition du support 30 recouvert localement par la couche 31 à une source de rayons ultraviolets. Ainsi, on polymérise rapidement la couche 31 et on B9787
6 évite tout risque de fluage sur une surface importante du support 30. La Demanderesse a cherché à obtenir une couche photo-polymérisable 31 dont le lissé Bekk est supérieur à 400 secondes, de préférence supérieur à 500 secondes. La Demanderesse a constaté que la couche photo-polymérisable 31 peut comprendre un photo-amorceur ainsi qu'au moins un monomère polyfonctionnalisé. Le photo-amorceur peut représenter entre 0.1 et 15 % en masse, de préférence entre 5 et 13 % en masse, de la couche photo-polymérisable, alors que le ou les monomères polyfonctionnalisés peuvent représentés entre 85 et 99.9 % en masse, de préférence entre 87 et 95 % en masse, de la couche photo-polymérisable. Le photo-amorceur de la couche photo-polymérisable 31 peut être choisi dans la famille des carbonyles aromatiques, des cétones aromatiques et des sels d'onium. A titre d'exemple, on peut citer : -bis(2,4,6 - triméthylbenzoyl)-phénylphosphine oxyde, 2-hydroxy-2méthyl-lphénylpropan-l-one, (4-méthylphényl) [4-(2-méthylpropyl) phényl]- d'iodonium, hexafluorophosphate (1-). Le ou les monomères polyfonctionnalisés peuvent être choisis dans la famille des acrylates, des époxydes et des éthers vinyliques. A titre d'exemple, on peut citer . l'acrylate de tétrahydrofurfuryle, le triacrylate de triméthylolpropaneéthoxy, le tétraacrylate de polyéther, le diacrylate de dipropylène glycol. Par ce choix de matériau, on obtient une couche photo-polymérisable pourvue d'une surface supérieure 33 sensiblement plane et lisse. De manière à faciliter l'impression par jet d'encre de la couche 31, le fluide constituant la couche a avantageusement une viscosité comprise entre 1 et 40 mPa.s, de préférence entre 10 et 30 mPa.s. En outre, le fluide a avantageusement une tension superficielle comprise entre 30 et 40 mN/m. La couche 31 a de préférence une épaisseur moyenne comprise entre 5 et 15 micromètres, de préférence entre 8 et 12 micromètres.
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7 Sur la surface supérieure 33 de la couche 31, on dépose ensuite par jet d'encre une couche 34 dite fonctionnelle, par exemple une couche conductrice. Comme on l'a indiqué précédemment, la couche 34 peut être une antenne RFID, un composant électronique ou une piste conductrice électronique ou thermique. La couche 31 joue donc le rôle d'interface entre le support 30 et la couche 34. La présence de la couche 34, dont la surface supérieure 33 est plane, permet ainsi de disposer d'un support 1 comprenant un état de surface régulier.
L'énergie de surface de la pré-couche 31 est homogène et est comprise entre 35 et 45 mJ/m2, de préférence entre 38 et 42 mJ/m2. En outre, la couche 31 bénéficie d'une capacité d'absorption faible. On choisira le matériau de la couche 31 pour que le degré d'absorption d'eau Cobb 60 de la couche 31 soit inférieur à 5 g/m2, de préférence inférieur à 2 g/m2. Ainsi, la couche 31 est peu absorbante. Lors du dépôt de la couche 34, l'interaction entre les deux couches est limitée. Les propriétés électriques, et notamment la résistance, de la couche 34 sont donc contrôlables et répétables d'un support à un autre.
Ce procédé d'impression par jet d'encre consistant, dans un premier temps, à imprimer une pré-couche sur un support rugueux, peut être mis en oeuvre sur une pluralité de supports disposant d'états de surface variés. L'invention peut notamment être adaptée à des emballages de type papiers, cartons ou films polymères, les états de surface respectifs de chacun de ces supports étant très différents. La figure 4 représente schématiquement une installation 40 d'impression par jet d'encre d'un motif conducteur. L'installation 40 comprend un module 42 d'impression par jet d'encre permettant de déposer sur le support 30 la couche photo-polymérisable 31. L'installation 40 comprend également une source 44 de rayonnement ultraviolet et un module 46 d'impression par jet d'encre permettant de déposer la couche conductrice 34 sur la couche 31.
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8 Un exemple de fonctionnement peut être le suivant. Le support 30, placé sur un tapis roulant 48, se déplace dans le sens de la flèche F jusqu'à passer sous le module 42 qui permet le dépôt de la couche 31 sur le support 30. Le support continue sa progression jusqu'à se trouver sous la source 44. La source 44 est actionnée de manière à photo-polymériser la couche 31. Le déplacement du support 30 se poursuit jusqu'à arriver au niveau du module 46. La couche conductrice 34 est alors déposée par jet d'encre sur la couche photo-polymérisable 31. L'utilisation d'une source 44 de rayonnement ultraviolet permet d'obtenir un séchage rapide. L'intervalle de temps à prévoir pour le déplacement du support 30 entre la source 44 et le module 46 peut être inférieur ou égal à une seconde. L'utilisation des modules 42 et 46 d'impression au jet d'encre permet de disposer d'une installation 40 compacte, qui peut ainsi être facilement mise en place sur une ligne de production. On peut ainsi noter que l'installation 40 peut être utilisée pour l'impression d'une couche conductrice sur tout support quel que soit son état de surface. En effet, le dépôt de la couche polymérisable 31 sur le support permet de disposer d'un support intermédiaire ayant des propriétés constantes quel que soit le support de base utilisé. En d'autres termes, la couche conductrice 34 est déposée sur une surface plane et régulière, indépendamment de la constitution du support. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, plusieurs sources de rayonnement peuvent être utilisées entre les deux modules d'impression. De plus, la couche d'interface peut être disposée sous forme d'un pavé correspondant à la zone d'impression. Elle peut aussi être disposée sensiblement selon le contour du motif final à former. L'invention n'est pas limitée à une couche conductrice 35 conformée selon un motif conducteur. L'invention s'applique à B9787
9 toute couche fonctionnelle. Par fonctionnelle, on entend toute couche qui, en cas de présence d'irrégularités sur la surface sur laquelle la couche fonctionnelle est déposée, a des dysfonctionnements vis-à-vis de ses propriétés électriques, magnétiques ou d'activités particulières. Par exemple, une couche électromagnétique avec des irrégularités ne pourra pas avoir une impédance uniforme et ne pourra pas avoir une impédance uniforme et ne pourra donc pas permettre la communication électromagnétique. De la même manière, une couche fonctionnelle absorbant le dioxygène sera plus efficace sur un support lisse et uniforme.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé d'impression par jet d'encre d'un motif fonctionnel sur un support, le procédé comprenant successivement les étapes suivantes : dépôt d'une première couche photo-polymérisable (31) sur le support (30) par jet d'encre, exposition de la première couche à une source de rayonnement ultraviolet (44), dépôt d'une deuxième couche (34) fonctionnelle sur la première couche par jet d'encre, la deuxième couche étant 10 conformée selon le motif fonctionnel.
  2. 2. Procédé d'impression selon la revendication 1, dans lequel la première couche (31) a un lissé Bekk supérieur à 400 s, de préférence supérieur à 500 s.
  3. 3. Procédé d'impression selon la revendication 1 ou 2, 15 dans lequel la première couche a une viscosité comprise entre 1 et 40 mPa.s, de préférence entre 10 et 30 mPa.s.
  4. 4. Procédé d'impression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première couche a une épaisseur comprise entre 5 et 15 µm, de préférence entre 8 et 20 12 µm.
  5. 5. Procédé d'impression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première couche comprend un photo-amorceur et au moins un monomère polyfonctionnalisé. 25
  6. 6. Procédé d'impression selon la revendication 5, dans lequel le photo-amorceur de la première couche est choisi dans la famille des carbonyles aromatiques, des cétones aromatiques ou des sels d'onium.
  7. 7. Procédé d'impression selon la revendication 5 ou 6, 30 dans lequel chacun des monomères polyfonctionnalisés est choisi dans la famille des acrylates, des époxydes ou des éthers vinyliques.
  8. 8. Procédé d'impression selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'intervalle de tempsB9787 11 entre l'étape d'exposition de la première couche à la source de rayonnement ultraviolet et l'étape de dépôt de la deuxième couche est inférieur ou égal à 1 s.
  9. 9. Procédé d'impression selon l'une quelconque des 5 revendications précédentes, dans lequel le motif fonctionnel est une couche conductrice, par exemple une antenne RFID.
  10. 10. Installation d'impression par jet d'encre comprenant : un premier module d'impression par jet d'encre (42), 10 adapté à déposer une première couche photo-polymérisable sur un support, au moins une source de rayonnement ultraviolet (44), adaptée à irradier la première couche déposée, un deuxième module d'impression par jet d'encre (46), 15 adapté à déposer une deuxième couche fonctionnelle sur la première couche, la deuxième couche étant conformée selon un motif fonctionnel.
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