Introduction
L'impression numérique à jet d'encre a révolutionné la décoration des carreaux de céramique, offrant une grande flexibilité en matière de conception tout en permettant une production efficace et reproductible. Parallèlement, cette technologie impose des exigences élevées aux encres céramiques. La taille des particules et leur distribution granulométrique, la rhéologie, la stabilité et l'intensité de la couleur influencent toutes les performances de l'encre et, en fin de compte, la qualité du processus d'impression.
La préparation des pigments céramiques joue donc un rôle décisif. Le défi ne consiste pas simplement à obtenir des particules de très petite taille, mais à produire une distribution granulométrique adaptée et maîtrisée tout en préservant les propriétés fonctionnelles du pigment.
NETZSCH relève ce défi en combinant un broyage à sec ultrafin suivi d’un broyage humide. Le broyeur à jet de vapeur s-Jet® prépare le pigment céramique pour le processus humide en aval, tandis que le broyeur à billes avec agitateur Zeta® effectue le broyage fin final et la dispersion. En considérant ces deux technologies comme faisant partie d’un même processus intégré, il est possible d’optimiser simultanément l’efficacité du broyage et les propriétés de l’encre finale.
Les défis du meulage submicronique
La fabrication d'encres céramiques destinées à l'impression numérique nécessite des pigments de taille inférieure au micron. Le broyage humide à l'aide de petits corps de broyage permet d'obtenir la finesse requise, mais les temps de broyage ne cessent de s'allonger à mesure que les particules deviennent plus fines.
Un broyage humide intensif peut également augmenter la proportion de particules très fines dans le produit. Une fraction ultrafine excessive peut influencer des propriétés importantes telles que la rhéologie, la réactivité des pigments et les caractéristiques chromatiques.
L’objectif est donc d’atteindre efficacement la taille de particule finale requise tout en conservant une distribution granulométrique étroite et maîtrisée.
Broyage à sec ultrafin avec le s-Jet®
Le broyeur à jet de vapeur s-Jet® étend la plage de fonctionnement du broyage à jet en lit fluidisé classique jusqu'à l'échelle submicronique. Au lieu de l'air comprimé, le système utilise de la vapeur surchauffée comme gaz de broyage.
La vitesse de jet nettement plus élevée de la vapeur fournit l’énergie nécessaire au broyage ultrafin. Associé à un système de classification intégré, ce procédé permet de produire des pigments céramiques présentant une distribution granulométrique très fine et étroite.
Pour les applications d'impression jet d'encre céramique, des tailles de particules d'environd50 = 0,45 µm etd99 < 1,2 µm ont été obtenues. En fonction de la matière première et des conditions de fonctionnement, des valeurs ded97 < 1,2 µm sont possibles.
L’utilisation de vapeur surchauffée à haute pression, à environ 40 bars et entre 250 et 350 °C, permet d’amener le pigment à une finesse proche de la finesse finale requise avant qu’il n’entre dans le processus de broyage humide.
Broyage humide final avec le système Zeta®
Après le broyage à sec, le pigment est dispersé et traité jusqu'à l'obtention de ses caractéristiques finales lors de l'étape de broyage humide.
Le broyeur à billes à agitateur Zeta® est conçu pour un fonctionnement en circuit fermé et offre un apport énergétique élevé associé à un contrôle précis du processus. Ce système de broyage permet d’obtenir des distributions granulométriques étroites et reproductibles tout en garantissant une productivité élevée.
Pour la production d’encre céramique pour jet d’encre, cela revêt une importance particulière, car le rôle de l’étape de broyage humide évolue lorsqu’on utilise un pigment prétraité par le procédé s-Jet®. Au lieu d’assurer l’essentiel de la réduction de la taille des particules, le broyeur humide peut se concentrer sur l’obtention de la distribution granulométrique finale requise et de la qualité de dispersion souhaitée.
La technologie Zeta® offre également une approche évolutive, du développement en laboratoire à la production. La gamme d’équipements s’étend du broyeur de laboratoire LabStar aux systèmes de production tels que le « Zeta® 400».
Procédé intégré de broyage à sec et humide
Le principal avantage réside dans le fait de considérer le broyage à sec et le broyage humide comme un seul et même processus plutôt que comme deux étapes de production distinctes.
L’ s-Jet® permet d’obtenir un pigment ultrafin présentant une distribution granulométrique étroite avant le début du broyage humide. Par conséquent, la réduction granulométrique à effectuer dans le broyeur à billes à agitation est considérablement moindre.
L’expérience acquise dans le cadre de ce procédé a montré que la durée de broyage humide requise peut être réduite jusqu’à 50 % lorsque l’on utilise des pigments prétraités à l’aide de l’ s-Jet®.
Cette réduction du temps de broyage humide offre plusieurs avantages. Outre l’augmentation de la capacité effective de l’équipement de broyage humide, des temps de traitement plus courts permettent de limiter la formation de particules ultrafines indésirables.
Le procédé qui en résulte vise donc non seulement à atteindre une granulométrie cible, mais également à contrôler l’ensemble de la distribution granulométrique.
Répartition granulométrique et propriétés de l'encre
La distribution granulométrique revêt une importance particulière dans les applications d'impression jet d'encre sur céramique, car elle peut influencer plusieurs propriétés de l'encre finale.
Une distribution contrôlée contribue à :
- un comportement rhéologique stable
- une bonne filtrabilité
- une réactivité contrôlée des pigments
- des caractéristiques chromatiques homogènes
- reliable la poursuite de la transformation
La combinaison d’un broyage à sec ultrafin et d’un broyage humide plus court permet également de réduire la quantité de particules de pigments extrêmement fines générées lors d’un broyage prolongé à billes.
L’expérience acquise lors du traitement de pigments céramiques jaunes et rouge-brun a démontré que la distribution granulométrique obtenue peut avoir un effet positif sur l’intensité de la couleur.
Plutôt que de maximiser l’intensité d’une seule étape de broyage, le procédé combiné répartit la réduction de taille de particules requise entre deux technologies complémentaires.
Une plus grande efficacité dans la production de céramique par jet d'encre
Le concept de processus intégré présente des avantages tant en termes de qualité des produits que d'efficacité de la production.
Réduction du temps de broyage humide pouvant atteindre 50 %
Capacité de broyage humide accrue
Réduction de la formation de particules ultrafines
Répartition granulométrique contrôlée
Performances optimisées en matière de couleurs
Passage de l'échelle du laboratoire à celle de la production
De la préparation des pigments à l'encre finie
La fabrication d'encre céramique pour imprimantes à jet d'encre ne se limite pas à l'utilisation d'une simple machine de broyage. Le broyage à sec, le mélange et la dispersion, le broyage humide ainsi que le contrôle du processus contribuent tous aux propriétés du produit final.
En combinant ces étapes de procédé, NETZSCH est en mesure d’évaluer l’ensemble de la chaîne de production, du pigment céramique à l’encre finie. Des essais en laboratoire permettent de déterminer les paramètres de fonctionnement appropriés, les distributions granulométriques et les conditions de broyage avant de transposer le procédé à l’échelle industrielle.
Cette approche intégrée permet d’harmoniser les différentes étapes du procédé entre elles, plutôt que d’optimiser chaque machine indépendamment.
Conclusion
Une production efficace d'encre céramique pour jet d'encre ne se résume pas simplement à obtenir la taille de particules la plus petite possible. Le facteur déterminant réside dans la manière dont on obtient la distribution granulométrique requise.
La combinaison d’un broyage à sec ultrafin avec le broyeur à jet de vapeur s-Jet® et d’un broyage humide contrôlé avec le système Zeta® permet de répartir intelligemment la réduction de la taille des particules tout au long du processus de production.
Le broyeur à jet de vapeur s-Jet® prépare un pigment fin, à distribution granulométrique étroite, avant le début du broyage humide. Le système Zeta® peut alors se concentrer sur l’obtention de la finesse finale et de la qualité de dispersion requises. Il en résulte une réduction pouvant atteindre 50 % du temps de broyage humide nécessaire, tout en limitant simultanément la formation de particules ultrafines indésirables.
Il en résulte un procédé intégré conçu pour allier une productivité élevée, une distribution granulométrique contrôlée et des propriétés optimisées de l’encre céramique pour imprimantes à jet d’encre.