Maîtrise de la viscosité d'encre : mesure, ajustement, formulation

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La maîtrise de la viscosité d'encre consiste à maintenir la résistance à l'écoulement d'une encre dans une plage prédéterminée, en la surveillant en continu et en la corrigeant dans des limites spécifiées, afin que le transfert d'encre, la force de teinte et le séchage restent constants de la première à la dernière impression. Deux disciplines se partagent la tâche : l'atelier d'impression, où solvant, eau ou encre vierge sont dosés pour compenser la dérive, et le laboratoire de formulation, où la dispersion du pigment, le comportement de la mousse et la rhéologie sont conçus pour que l'encre dérive moins dès le départ. Ce guide couvre les deux, pour la flexographie, l'héliogravure et l'impression sur carton ondulé.

L'essentiel

• La viscosité gouverne le transfert d'encre, la densité de couleur, le séchage et les rebuts ; elle est donc spécifiée, mesurée et corrigée à chaque tirage, et pas seulement au calage.
• La température, l'évaporation du solvant, l'historique de cisaillement et les conditions de stockage sont les principales causes de dérive ; le contrôle automatique compense par de petites corrections fréquentes plutôt que par de rares corrections importantes.
• La cible correcte provient du fabricant d'encre et dépend du type d'encre, de la spécification d'anilox ou de cylindre, de la vitesse de presse, du support et de la température.
• La formulation allège la charge de la presse : un pigment bien dispersé, une mousse maîtrisée et un profil rhéologique conçu intentionnellement rendent la viscosité plus facile à tenir.

Table des matières

• Ce que signifie la maîtrise de la viscosité d'encre en presse
• Pourquoi la viscosité gouverne la couleur, le transfert et les pertes
• Ce qui fait dériver la viscosité
• Mesurer la viscosité : instruments, unités et normes
• Contrôle manuel ou automatique
• Choisir la bonne cible
• Leviers de formulation qui facilitent le maintien de la viscosité
• Diagnostiquer les défauts liés à la viscosité
• Point de vue : la stabilité de la viscosité commence dans la formulation
• Qualifier les additifs pour un système d'encre
• Les additifs ASTRA pour les formulateurs d'encres
• FAQ
• Sources

Ce que signifie la maîtrise de la viscosité d'encre en presse

La viscosité est la résistance à l'écoulement de l'encre. En flexographie, en héliogravure et en impression sur carton ondulé, le terme recouvre trois activités liées : mesurer l'encre dans des conditions définies, comparer la lecture à la fenêtre spécifiée, et ajuster l'encre lorsque la lecture en sort. L'ajustement consiste généralement à ajouter du solvant ou de l'eau pour fluidifier une encre épaissie, ou à ajouter de l'encre vierge pour rétablir les extraits secs lorsque l'encre a été trop diluée.

Les recommandations pour l'impression sur carton ondulé publiées par un fabricant de viscosimètres indiquent que les opérateurs doivent maintenir une viscosité compatible avec une imprimabilité acceptable et, le cas échéant, ajouter de l'encre vierge, vérifier que l'encre convient au support, confirmer la formulation et contrôler ou ajuster le pH selon les spécifications du travail. La viscosité est donc l'un de plusieurs paramètres d'encre liés entre eux, et non un chiffre isolé.

Les instruments en ligne apportent un raffinement supplémentaire. La surveillance en temps réel mesure la viscosité à partir d'une ligne de base plutôt que de s'appuyer uniquement sur des valeurs absolues, ce qui rend la tendance visible avant qu'elle ne devienne un défaut.

Pourquoi la viscosité gouverne la couleur, le transfert et les pertes

La viscosité est un indicateur indirect de la grandeur qui donne sa couleur à une encre. Elle est un indicateur du pourcentage d'extraits secs de l'encre, et la charge pigmentaire se situe dans ces extraits secs. Lorsque la viscosité dérive, la concentration de pigment dérive avec elle.

Les conséquences sont mesurables :

• Variation de couleur. Un essai sur presse héliogravure rapporté dans un article TAGA a relevé une variation de couleur nettement plus forte en contrôle manuel de la viscosité qu'avec un contrôle automatique de l'ajout de solvant. La même étude décrit l'effet de la viscosité sur le transfert d'encre, le gain de ton, le gamut de couleurs et la qualité de l'image imprimée.
• Surdilution. Une dilution excessive abaisse la concentration de pigment et peut affaiblir la couleur, selon la même étude TAGA, ce qui explique pourquoi le solvant est ajouté par incréments mesurés.
• Rebuts et coûts. Une viscosité mal ajustée peut conduire à une qualité d'impression insuffisante, une consommation d'encre excessive et des coûts inutiles, tandis qu'un contrôle serré peut réduire les temps de calage et les rebuts.
• Défauts en carton ondulé. Un fournisseur de viscosimètres pour la flexographie et le carton ondulé identifie un mauvais contrôle de la viscosité comme un facteur de traînées, halos, maculages, fisheyes et couleurs hors teinte, ainsi que d'une consommation d'encre et de rebuts plus élevés.

La flexographie ajoute sa propre sensibilité. Des encres à séchage rapide et des clichés souples sur les emballages et d'autres supports signifient que, sans viscosité stable, les images et les messages peuvent s'imprimer de façon irrégulière et des tirages peuvent être rejetés.

Ce qui fait dériver la viscosité

La viscosité n'est pas une propriété fixe d'une encre. Elle varie avec la température, le taux de cisaillement, les conditions d'écoulement et la pression. Sur une presse en fonctionnement, quatre mécanismes dominent.

Température

Une encre plus chaude devient moins visqueuse et une encre plus froide plus visqueuse. Un article technique d'un fabricant d'encre note que ces variations peuvent restreindre l'alimentation en encre et provoquer une fluctuation de densité ou un manque d'encre, tandis que d'autres conditions contribuent au gouttage, au brouillard, aux éclaboussures, aux dépôts ou au maculage. Les fluctuations de température peuvent avoir un effet drastique sur la viscosité, ce qui explique la fréquence des circuits d'encre chauffés ou refroidis et des lectures compensées en température dans les systèmes automatisés.

Évaporation du solvant ou de l'eau

L'étude TAGA sur l'héliogravure explique que l'évaporation pendant un tirage modifie la concentration de l'encre, ce qui rend nécessaire l'ajout de solvant pour maintenir les conditions d'exploitation. L'encre du bac ou de la chambre devient donc plus concentrée à mesure que le tirage se prolonge, sauf si elle est réapprovisionnée.

Temps de séjour en presse

La viscosité et le pH peuvent évoluer lorsque l'encre reste en presse pendant des heures ou des jours en raison des conditions ambiantes. Le guide de mesure d'un imprimeur d'étiquettes recommande aux imprimeurs de les enregistrer et de les ajuster dans les tolérances établies, parallèlement à la densité, à la température du sécheur, aux spécifications d'anilox et aux autres conditions de presse.

Stockage

Le stockage compte avant même que l'encre n'atteigne la presse. Pour le plastisol, un fournisseur d'encre recommande des récipients fermés et un stockage entre 65°F et 90°F (18°C et 32°C), et avertit que la chaleur, les sols froids, la lumière du soleil et une cuisson partielle peuvent altérer la viscosité et l'imprimabilité. Les encres à l'eau et à solvant ont leurs propres limites de stockage, que la fiche technique de chaque produit précise.

Mesurer la viscosité : instruments, unités et normes

Une lecture n'est utile que si la méthode est reproductible. Le travail en ligne et en laboratoire fait appel à plusieurs familles d'instruments, chacune rapportant une grandeur légèrement différente.

La liste des instruments et les conventions d'unités (viscosité dynamique en Pa·s, viscosité cinématique en stokes ou m²/s, secondes de godet d'écoulement) suivent une évaluation académique des capteurs en ligne pour l'héliogravure, qui note aussi que les capteurs à diapason peuvent calculer la viscosité dynamique et la densité spécifique, tandis que les capteurs à ondes acoustiques mesurent le produit de la viscosité dynamique et de la densité. Cette distinction compte lorsqu'une lecture d'un appareil est comparée à une spécification rédigée pour un autre.

Pour les encres pâteuses, ASTM D4040-10(2019) couvre la détermination de la viscosité apparente et du comportement non newtonien au viscosimètre à tige tombante et s'avère utile pour le contrôle de production et la réception fournisseur-acheteur.

L'historique de cisaillement influe aussi sur la valeur obtenue. Un rapport du National Bureau of Standards a constaté que des mesures reproductibles de la viscosité d'encre exigent la maîtrise de la procédure de mesure et de l'historique de cisaillement, et qu'un bref prétraitement rotatif à un taux de cisaillement suffisamment élevé peut réduire les forces normales instables et donner des valeurs stables. En pratique, deux laboratoires qui lisent la même encre thixotrope peuvent diverger si l'un agite l'échantillon et l'autre non.

Contrôle manuel ou automatique

Les godets d'écoulement restent très répandus car ils sont peu coûteux et rapides, mais ils dépendent du chronométrage de l'opérateur, de l'état du godet et de l'intervalle d'échantillonnage. Pour les chercheurs du TAGA, le contrôle automatique surpasse les mesures manuelles au godet, car de petites corrections fréquentes compensent l'évaporation, tandis que les erreurs d'opérateur et de godet créent des variations de viscosité plus importantes et une variation de couleur correspondante.

En héliogravure, des viscosimètres précis et reproductibles avec contrôle automatique peuvent maintenir la viscosité dans des limites étroites et aider à garantir une qualité de couleur constante sur de longs tirages.

Sur les lignes flexographiques, des systèmes intégrés existent également. Un fournisseur d'anilox et de gestion d'encre décrit un module qui mesure la viscosité avec un capteur à vibrations et contrôle la viscosité et la température des encres à l'eau et à solvant au sein du circuit de distribution d'encre, et indique que ces systèmes réduisent les temps de maintenance et de nettoyage.

Une routine de contrôle applicable, manuelle ou automatisée, suit la même séquence :

1. Conditionner l'encre et relever la température avant la première lecture.
2. Mesurer au début du tirage et comparer à la fenêtre spécifiée.
3. Ajouter solvant, eau ou encre vierge par petits incréments, en tenant compte du temps de mélange.
4. Mesurer à nouveau à intervalles fixes, ou en continu avec un capteur en ligne.
5. Consigner la viscosité à côté de la densité, du pH et de la température afin que la dérive puisse être rattachée à une cause.

Choisir la bonne cible

La cible n'est pas un chiffre universel. Les imprimeurs doivent utiliser la viscosité préconisée par le fabricant d'encre et la surveiller au démarrage puis tout au long du tirage dans les tolérances convenues, car la valeur correcte dépend du type d'encre, de la spécification d'anilox, de la vitesse de presse, du support et de la température.

Les conditions de mesure méritent la même attention. Un livre blanc technique sur l'analyse des encres conseille de mesurer les valeurs dans des conditions qui simulent celles de la tête d'impression. Les imprimeurs modernes peuvent appliquer des taux de cisaillement allant jusqu'à 10^5 à 10^6 s^-1, et les encres peuvent avoir besoin d'une viscosité élevée à faible cisaillement pour la stabilité et d'une viscosité plus faible à fort cisaillement pour l'impression. Le même document souligne qu'il n'existe pas de formulation d'encre universelle : une encre a besoin d'un profil rhéologique qui équilibre la stabilité au stockage et la performance à l'impression.

C'est la clé pour lire correctement une fiche technique. Un chiffre unique en secondes de godet décrit l'encre à une seule condition de cisaillement. Le profil rhéologique sur l'ensemble des taux de cisaillement décrit le comportement de l'encre dans le bac, dans les alvéoles d'anilox ou d'héliogravure, et au pincement.

Leviers de formulation qui facilitent le maintien de la viscosité

La correction en presse traite le symptôme. La formulation s'attaque à la cause en réduisant l'amplitude des variations de viscosité. Quatre leviers comptent pour les fabricants d'encres.

Dispersion du pigment

Un pigment mal stabilisé flocule, et la floculation augmente la viscosité à faible cisaillement et affaiblit le développement de la couleur. Les additifs mouillants et dispersants s'adsorbent à la surface du pigment et le stabilisent contre la ré-agglomération, ce qui vise à maintenir une rhéologie constante de l'encre pendant le stockage et lors des cycles de cisaillement d'un tirage. Au sein de la gamme ASTRA, ASTRA DISP® est la gamme de dispersants pour les formulations pigmentées.

Choix du pigment et de la charge

Le pigment lui-même y contribue. Dans les encres blanches, le choix du grade de dioxyde de titane modifie la viscosité, car le traitement de surface et l'absorption d'huile diffèrent d'un grade à l'autre. La brochure d'un producteur de dioxyde de titane explique que son grade traité alumine/silice est recommandé pour les encres flexographiques mates et que combiner deux grades permet aux formulateurs d'optimiser l'opacité et la viscosité de l'encre. Le choix du pigment et celui du dispersant doivent donc être qualifiés ensemble.

Maîtrise de la mousse

Les encres pompées, mises en circulation et raclées entraînent de l'air. La mousse fausse la lecture de viscosité apparente, car l'air entraîné modifie la réponse des capteurs en ligne et des godets, et elle produit des piqûres et un dépôt irrégulier sur le support. Les antimousses se choisissent par chimie : les types siliconés agissent fortement à faible dose mais exigent des essais de compatibilité face au risque de défauts de surface, tandis que les types sans silicone conviennent aux systèmes où le silicone n'est pas souhaité. La gamme ASTRA couvre les deux : ASTRA DF® et ASTRA DF NS® pour l'antimousse siliconé et sans silicone respectivement.

Modification de la rhéologie

Un modificateur rhéologique construit le profil décrit plus haut : une structure suffisante au repos pour empêcher la sédimentation du pigment, et une réponse rhéofluidifiante sous le fort cisaillement de l'impression. La gamme ASTRA REO® est conçue à cette fin. Le dosage est déterminé expérimentalement, car l'effet dépend du système résineux, du solvant ou de l'eau, et de la charge pigmentaire. Les lecteurs qui travaillent à la fois sur les revêtements et les encres trouveront une logique de dosage et de sélection apparentée dans le guide des diluants réactifs et additifs fonctionnels, et d'autres éléments techniques dans le blog technique ASTRA CHEMICAL.

Diagnostiquer les défauts liés à la viscosité

Le tableau ci-dessous relie des symptômes courants de presse à des causes liées à la viscosité et à une première vérification. C'est un point de départ pour l'investigation, non un substitut aux recommandations du fournisseur d'encre.

Les symptômes de température suivent l'explication du fabricant citée plus haut, et les entrées relatives aux traînées et aux maculages suivent l'analyse du fournisseur de viscosimètres pour le carton ondulé ; les autres entrées reflètent un raisonnement de procédé standard et doivent être confirmées sur la fiche technique de l'encre utilisée.

Point de vue : la stabilité de la viscosité commence dans la formulation

Notre expérience d'accompagnement des fabricants de revêtements, d'adhésifs et d'encres montre que les problèmes de viscosité signalés en presse sont souvent des problèmes de formulation exprimés tardivement. Lorsque le pigment n'est que marginalement stabilisé, ou que la mousse n'est maîtrisée que par un additif générique, l'opérateur de presse hérite d'un système qui dérive, et aucun viscosimètre ne corrigera une dispersion qui se ré-agglomère.

C'est pourquoi nous abordons la viscosité d'encre comme une spécification conjointe du dispersant, de l'antimousse et du modificateur rhéologique, chacun qualifié par rapport au système résineux, au pigment et au procédé réels. ASTRA DISP®, ASTRA DF®, ASTRA DF NS® et ASTRA REO® sont conçus pour être évalués ensemble dans une qualification soutenue par le laboratoire, avec un accompagnement du dosage visant le coût d'usage total le plus bas plutôt que le prix au kilogramme le plus bas.

La constance des lots compte autant que la chimie de l'additif. Une boucle de contrôle de procédé réglée sur un lot d'additif ne se comporte de façon prévisible que si le lot suivant se comporte de la même manière, et notre documentation et notre support technique sont organisés autour de cette exigence.

Astra R&D Team

Qualifier les additifs pour un système d'encre

Une qualification structurée limite le temps consacré aux essais par tâtonnement. La séquence ci-dessous convient à la plupart des systèmes d'encre.

1. Définir la cible : type de presse, famille d'encre (solvant, eau, durcissable par énergie), support, et fenêtre de viscosité issue de la spécification de l'encre.
2. Établir une référence : mesurer l'encre non modifiée dans les conditions de cisaillement pertinentes et relever la température.
3. Évaluer le dosage de dispersant par étude en escalier, en suivant la viscosité, la force de teinte et la stabilité après vieillissement à chaud.
4. Ajouter l'antimousse au niveau efficace le plus bas et contrôler les défauts de surface et le comportement au recouvrement.
5. Ajuster la rhéologie pour rétablir la structure au repos et le comportement rhéofluidifiant à l'impression.
6. Valider en presse, en consignant viscosité, densité, pH et température par rapport à la référence.

Répéter la même méthode de mesure à chaque étape compte davantage que le choix de l'instrument, compte tenu de la sensibilité à l'historique de cisaillement relevée plus haut.

Les additifs ASTRA pour les formulateurs d'encres

ASTRA CHEMICAL fabrique des dispersants, des antimousses siliconés et sans silicone, des modificateurs rhéologiques et des additifs fonctionnels pour revêtements, adhésifs, encres, plastiques et composites, avec consultation technique et demandes d'échantillons disponibles pour les industriels. Les formulateurs qui évaluent un problème de viscosité peuvent consulter la gamme complète ASTRA et demander des échantillons de laboratoire pour qualification.

Les pages produits détaillent la chimie de chaque gamme, et le support technique aide à planifier le dosage et la compatibilité pour le système d'encre spécifique.

FAQ

À quelle fréquence mesurer la viscosité de l'encre pendant un tirage ?

L'intervalle est fixé par le fournisseur d'encre et la presse, mais le principe est constant : mesurer au démarrage et tout au long du tirage dans les tolérances convenues. Les systèmes à évaporation rapide justifient des intervalles plus courts ou une mesure en ligne continue, car l'évaporation concentre régulièrement l'encre pendant le tirage.

Un godet d'écoulement suffit-il, ou une mesure en ligne est-elle nécessaire ?

Un godet d'écoulement peut tenir une fenêtre acceptable sur des travaux courts et stables. Pour les longs tirages et les tolérances de couleur serrées, le contrôle automatique est préféré dans la recherche TAGA, car de petites corrections fréquentes évitent les variations plus importantes que produisent les erreurs d'opérateur et de godet.

Les additifs peuvent-ils abaisser la viscosité de l'encre sans la diluer ?

Dans de nombreux systèmes, oui. Les dispersants peuvent réduire la viscosité apportée par un pigment mal stabilisé, ce qui permet à l'encre de conserver sa concentration pigmentaire au lieu d'être fluidifiée au solvant. L'effet dépend du système résineux et pigmentaire, le dosage doit donc être établi par des essais en laboratoire.

Pourquoi la même encre donne-t-elle une lecture différente dans deux laboratoires ?

La cause est généralement la méthode plutôt que l'encre. Le type d'instrument, le taux de cisaillement, la température et le prétraitement de l'échantillon modifient tous la valeur rapportée, et un rapport du National Bureau of Standards a constaté que la maîtrise de la procédure et de l'historique de cisaillement est nécessaire pour des résultats reproductibles.

À quelle viscosité une encre donnée doit-elle être utilisée ?

La valeur indiquée par le fabricant d'encre pour cette encre, cet anilox ou ce cylindre, cette vitesse, ce support et cette température. Les chiffres génériques ne sont pas fiables, car il n'existe pas de formulation d'encre universelle.

Sources

• Optimizing flexographic, gravure and corrugated printing through inline process monitoring
• Automatic Viscosity Control in Gravure Printing (TAGA)
• Ink-viscosity optimization and automation systems for gravure printing and coating, Part 1
• Why Viscosity Control Matters in Flexographic Printing
• Corrugated eGuide
• How Temperature Affects Ink Performance
• Storing Plastisol Ink Correctly
• Label Printing Essentials: Measurements and Setup
• Evaluation of sensors for inline viscosity measurement in gravure printing
• ASTM D4040-10(2019) Rheological Properties of Paste Printing Inks
• Relationships between mechanical properties and performance, NBSIR 84-2901
• Anilox Ink Management Systems
• The Correct Ink Viscosity is Vital for High-Quality Print
• Analytical strategies for ink formulation
• KRONOS Titanium Dioxide for inks