Au cours des 30 dernières années, l'utilisation de l'impression commerciale et industrielle a considérablement évolué. En particulier, la maturation de la technologie de jet d'encre a révolutionné l'industrie de l'impression, des imprimantes de bureau aux systèmes de codage et de marquage industriels, avec aujourd'hui les applications d'impression sur céramique, sur carton ondulé et en 3D. De même, la demande en toner a continué de croître à mesure que le coût des photocopieurs et des imprimantes laser a diminué, voyant leur présence augmenter dans les bureaux et les maisons.

Pour continuer à répondre à la demande croissante d'encres, de revêtements et de toners de haute qualité, les fabricants doivent méticuleusement optimiser leurs propriétés. Malvern Panalytical propose plusieurs outils d'analyse pour y parvenir.

Pourquoi la caractérisation est-elle importante ?

Pour obtenir les meilleures performances de leurs produits finaux, les fabricants d'encres et de revêtements doivent optimiser les propriétés de leurs matières premières. Les encres, par exemple, sont des dispersions complexes ou des émulsions composées de colorants, de pigments et d'autres composants en suspension dans une phase continue. Les propriétés de ces composants affectent plusieurs aspects des performances de l'encre. Par exemple, la taille des particules des pigments en suspension détermine la teinte, la brillance et la résistance aux intempéries du revêtement fini. De même, la phase continue polymérique affecte les propriétés rhéologiques et les caractéristiques filmogènes de la formulation, qui sont essentielles pour la projection, l'étalement et la robustesse du film.  

Contrairement aux encres, les toners sont des formulations en poudre, chargées électriquement pour adhérer à des tambours, des plaques ou des feuilles de papier à charge opposée, et pour fondre à des températures élevées lorsqu'elles sont exposées à un laser. Les particules de toner contiennent un mélange de pigment, de polymère et d'agent de contrôle de charge (CCA, Charge Control Agent). Dans le cas des toners magnétiques, ils peuvent également contenir des ferrites (FexOy). La taille optimale de ces particules est de 3 à 10 μm. Leur forme sphérique ou quasi sphérique permet d'améliorer la qualité et l'efficacité des couleurs.

Ainsi, la caractérisation des matériaux d'encre et de revêtement est importante sur l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement d'encre et de toner, tant sur le plan du développement, de la fabrication et de la qualification des matières premières à utiliser dans une formulation, que de la formulation de ces composants pour créer un produit robuste présentant les plus hautes caractéristiques de performances et les meilleurs attributs de qualité. 

Quelles sont les solutions de caractérisation proposées par Malvern Panalytical ?

Taille des particules

L'analyse granulométrique est essentielle aux performances de tout produit contenant des particules, qu'il s'agisse d'une dispersion, d'une suspension, d'une poudre ou d'une pulvérisation.

La diffraction laser est l'outil le plus populaire pour cet usage et notre Mastersizer 3000 est considéré comme la référence de l'industrie pour une gamme d'applications, avec des capacités de dispersion sèche et humide et une large plage dynamique. Il peut être utilisé pour surveiller le broyage et la précipitation de poudre, vérifier la distribution granulométrique d'un produit final ou pour développer et rechercher de nouveaux produits.

Nous proposons également le Spraytec, un produit de diffraction laser spécialement conçu pour l'analyse de pulvérisation, et notre analyseur Insitec en ligne, qui peut être intégré dans les procédés pour la granulation en temps réel et le contrôle automatisé. Pour l'analyse précise des dispersions de nanoparticules (< 1 μm), la gamme Zetasizer Advance peut être plus adéquate. Cette méthode utilise la diffusion dynamique de la lumière pour mesurer les particules dispersées jusqu'à un diamètre inférieur à 1 nm.

Stabilité de dispersion

En plus de mesurer la distribution granulométrique, la gamme Zetasizer Advance peut également mesurer le potentiel zêta d'une dispersion. En plus d'influencer la stabilité de l'encre, le potentiel zêta peut être utilisé pour sonder les interactions au sein d'une formulation ou mesuré sur une surface pour étudier les interactions du substrat.

Forme des particules

Nous pouvons également vous aider à analyser la forme des particules. Plus précisément, avec notre système d'imagerie automatisé Morphologi 4, vous pouvez déterminer la taille et la forme des particules sphériques et irrégulières en analysant des dizaines de milliers de particules dans un échantillon et en les classant selon ces critères. De plus, notre Morphologi 4-ID combine imagerie automatisée et spectroscopie Raman pour fournir des informations chimiques spécifiques aux particules.

Analyse élémentaire

Notre principal outil d'analyse élémentaire est la fluorescence X (XRF, X-Ray Fluorescence), utilisée pour l'analyse et la fabrication de pigments et de toners. La fluorescence X peut également être utilisée pour déterminer la concentration d'un élément ou d'un composé donné, tel que le dioxyde de titane, ou pour détecter des traces d'éléments toxiques, comme dans les emballages alimentaires. Nous proposons à la fois des spectromètres XRF posés au sol comme le Zetium et des systèmes XRF de paillasse comme l'Epsilon 4

Analyse des polymères

Les encres et les toners ont généralement un composant polymérique qui agit comme un agent filmogène ou un liant. La structure macromoléculaire de ce polymère affecte directement les propriétés filmogènes, les caractéristiques de fusion et le comportement rhéologique de l'encre ou du toner. L'analyse des polymères peut aider les fabricants d'encres ou de toner à optimiser ces propriétés.

Pour déterminer la masse molaire des macromolécules, la chromatographie par perméation de gel (GPC, Gel Permeation Chromatography) est un outil populaire. Lorsqu'elle est associée à une détection avancée, elle peut également fournir des informations supplémentaires sur la taille et la structure moléculaires, telles que la ramification. Combinant la GPC et la détection avancée, le système OMNISEC GPC peut être utilisé pour analyser des matériaux de faible masse molaire tels que les oligomères, les résines photodurcissables et les résines époxy, ainsi que les polymères de masse molaire élevée utilisés dans les toners.

Microstructure brute et en surface

De nombreux pigments utilisés dans les revêtements sont des matériaux cristallins ou semi-cristallins à plusieurs phases. Lors de la fabrication de ces matériaux, il est important que la structure et la phase des poudres soient correctes. Par exemple, le dioxyde de titane (TiO2) peut avoir des propriétés différentes selon les quantités relatives de rutile et d'anatase et la taille de leurs cristallites.

Pour déterminer les caractéristiques microstructurelles clés des métaux et des matériaux inorganiques couramment utilisés dans les peintures, comme la composition de phase et la taille des cristallites, les systèmes de diffraction des rayons X (XRD, X-Ray Diffraction) tels que nos Aeris et Empyrean sont des solutions adaptées. De plus, l'Empyrean, notre diffractomètre polyvalent, peut également être utilisé pour étudier la structure et les contraintes résiduelles des couches minces. Il est donc idéal pour examiner les propriétés du revêtement lui-même.

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