La science derrière la technologie d’encre AQUAFUZE de Fujifilm

Shota Suzuki, responsable technique chez FUJIFILM Speciality Ink Systems Ltd

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Dans l’impression grand format, le développement des encres et de la technologie d’impression a toujours été un exercice d’équilibre. Les prestataires de services d’impression ont traditionnellement été contraints de choisir entre durabilité, flexibilité, vitesse d’impression, compatibilité avec les supports et impact environnemental. Chaque type d’encre, qu’il soit éco-solvant, latex ou UV, présente ses propres compromis.

Avec AQUAFUZE, Fujifilm a introduit une nouvelle approche de la chimie des encres qui combine le meilleur des technologies à base d’eau et à durcissement UV tout en résolvant bon nombre de leurs limitations de longue date. Ce n’est pas simplement une amélioration - c’est une percée dans la science des matériaux qui pourrait remodeler la façon dont l’industrie pense la production par jet d’encre.

Dans cet article, Shota Suzuki, l’un des principaux développeurs derrière la technologie d’encre AQUAFUZE, explique la réflexion, la chimie et les obstacles techniques qui ont conduit à cette innovation.

Tout a commencé avec la chimie

Mon parcours est en chimie organique synthétique, spécialisé dans le développement de nouveaux matériaux pour des applications industrielles. Je n’ai jamais commencé en pensant que je travaillerais dans l’impression jet d’encre, mais la perspective de la science des matériaux que j’ai pu apporter a été cruciale pour relever certains des défis les plus difficiles de la R&D en matière d’impression jet d’encre.

L’un des plus grands de ces défis était de stabiliser les matériaux durcissables par UV dans un système à base d’eau. C’est quelque chose que l’industrie essaie de résoudre depuis des années. L’eau et les monomères UV ne se mélangent pas naturellement – ils sont chimiquement incompatibles. Les réunir sous une forme stable, imprimable et durcissable nous a pris près d’une décennie de recherche dans les centres de R&D de Fujifilm au Japon.

Lorsque nous avons commencé à développer AQUAFUZE, nous avons délibérément décidé d’éviter les compromis que nous voyions dans les technologies d’encre existantes. Certains systèmes UV à base d’eau sur le marché reposent sur des photo-initiateurs solubles dans l’eau et des monomères, qui sont sujets à la dégradation et peuvent réduire la durée de conservation. D’autres, comme les encres latex, nécessitent des températures de durcissement très élevées, limitant le choix des supports et augmentant les coûts énergétiques. Les encres traditionnelles durcissables par UV, bien que durables, ne répondent pas aux mêmes exigences en matière de santé et de sécurité en termes d’odeur et d’étiquetage de sécurité que les clients d’aujourd’hui attendent. Ainsi, en développant AQUAFUZE, nous savions que nous devions adopter une approche fondamentalement différente en matière de science des matériaux : développer une encre durcissable par UV stable, à base d’eau, qui évite les composants solubles dans l’eau, durcit à basse température et élimine le besoin de primaires ou d’optimiseurs. C’est ce qui distingue AQUAFUZE.

L’émulsion est la clé

Nous avons puisé dans les connaissances d’autres domaines de Fujifilm, y compris notre travail sur les matériaux d’enregistrement thermosensible/sensibles à la pression. Cette réflexion interdisciplinaire nous a amenés à concevoir l’émulsion comme point de départ.

Au cœur d’AQUAFUZE se trouve une émulsion durcissable par UV propriétaire. Traditionnellement, les monomères durcissables par UV sont extrêmement sensibles à l’eau, ce qui entraîne une dégradation ou une réticulation prématurée s’ils ne sont pas manipulés correctement.

Notre percée est survenue lorsque nous avons développé un système de dispersion personnalisé. Ce système nous permet de contenir les matériaux réactifs aux UV de telle manière qu'ils restent isolés de l'eau jusqu'au moment exact du durcissement aux UV. Ce niveau de contrôle nous a permis d'atteindre la stabilité de stockage et les performances d'impression dont nous avions besoin, tout en utilisant des lampes LED UV à faible consommation d'énergie pour le durcissement.

Pourquoi nous avons évité les photo-initiateurs et monomères solubles dans l'eau

L'une des décisions cruciales que nous avons prises était d'éviter complètement les photo-initiateurs et monomères solubles dans l'eau. D'autres tentatives de développement de systèmes d'encre UV à base d'eau s'étaient appuyées sur ceux-ci, mais d'un point de vue chimique, j'étais préoccupé par les risques.

En plus d'être relativement coûteux, les photo-initiateurs solubles dans l'eau et les monomères ont tendance à réagir trop facilement avec l'eau, ce qui soulève des problèmes de décomposition prématurée et d'instabilité de la durée de conservation.

Au lieu de cela, dans une véritable première pour l'industrie, nous nous sommes concentrés sur le développement de photo-initiateurs non solubles dans l'eau et de monomères. Nous avons travaillé dur pour développer un processus de dispersion qui maintiendrait ces initiateurs et ces monomères stables et uniformément répartis dans l'encre. Cette décision a porté ses fruits en termes de stabilité à long terme de l'encre et de performances de durcissement très fiables – deux aspects qui étaient incontournables pour le marché de l'impression grand format.

Résoudre des problèmes concrets

Au-delà du laboratoire, nous savions qu'AQUAFUZE devait résoudre des problèmes de production concrets pour les prestataires d'impression. Avec les encres a solvant, les longs temps de dégazage peuvent retarder la finition. Les encres latex nécessitent des températures de durcissement élevées, ce qui peut entraîner une distorsion du support et une augmentation des coûts énergétiques.

Avec AQUAFUZE, les impressions sont prêtes à être finies immédiatement après le durcissement LED UV, plutôt que d'avoir à attendre des heures, voire une journée complète. La température de durcissement est faible, autour de 40 à 45 degrés Celsius, de sorte que même les substrats sensibles à la chaleur peuvent être imprimés sans problème.

Une autre caractéristique clé dont je suis fier est que les encres AQUAFUZE ne nécessitent pas de primaires ou d'optimisateurs. Les propriétés d'adhérence que nous avons intégrées dans l'encre signifient qu'elle adhère bien à une large gamme de supports directement depuis l'imprimante. Cela simplifie les flux de travail et réduit la consommation globale d'encre ainsi que les coûts supplémentaires des consommables. De plus, l'encre ne nécessite pas de surcouche, comme c'est le cas pour les encres latex, en raison de la haute durabilité de l'encre UV..

Nous avons également veillé à ce que la formulation de l'encre soit à faible odeur et ne comporte aucune étiquette de substance dangereuse, la rendant ainsi plus sûre pour les opérateurs.

Parce que la chimie derrière AQUAFUZE est si différente des encres jet d’encre conventionnelles, les imprimantes existantes n’étaient pas compatibles. Cela signifiait que nous devions développer une plateforme matérielle capable de gérer les propriétés uniques d’AQUAFUZE. Cela a abouti au développement de l’Acuity Triton – la première imprimante conçue spécifiquement pour cette encre. Bien sûr, c’est juste le point de départ. Nous sommes déjà en discussions pour étendre la compatibilité d’AQUAFUZE à d’autres plateformes.

Perspectives d’avenir

Actuellement, l’encre AQUAFUZE est disponible en couleurs CMYK, et nous constatons un fort intérêt de la part d’industries telles que la signalétique, les revêtements muraux et les graphismes de véhicules. Mais nous ne nous arrêtons pas là.

Nous explorons activement des options pour une machine à plus grande vitesse/productivité, en particulier pour les clients ayant des besoins de production de plus grande envergure.

AQUAFUZE a été développé en réponse directe à ce que les prestataires d’impression nous disent depuis des années : ils veulent des encres qui offrent durabilité et polyvalence sans les compromis des technologies existantes. Que ce soit pour réduire les temps de séchage, diminuer la consommation d’énergie ou éliminer le besoin de produits chimiques dangereux, notre objectif a toujours été de résoudre les véritables problèmes de nos clients.

En combinant la chimie à base d’eau avec la durabilité UV et le durcissement à basse température, nous avons créé bien plus qu’une simple encre. Je crois sincèrement qu’AQUAFUZE représente une nouvelle catégorie de technologie d’impression jet d’encre grand format - une technologie qui allie le meilleur des deux mondes.

Alors que les attentes des clients continuent d’évoluer, la science des matériaux restera au cœur de l’innovation en matière d’impression jet d’encre. AQUAFUZE est la preuve que, lorsque l’on aborde le développement d’une encre en privilégiant la chimie, on peut créer des solutions qui changent vraiment ce qui est possible dans la production d’impression.

Ce fut un voyage passionnant, et pour nous, ce n’est que le début.

 

AQUAFUZE ink & Acuity Triton

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