L'impression jet d'encre sur céramique est devenue une tendance, mais la qualité des couleurs reste inférieure à celle des pigments classiques. Améliorer le rendu des couleurs est donc un enjeu majeur pour toutes les usines. Si la qualité de l'encre et celle de l'impression sont essentielles pour obtenir une couleur optimale, l'influence du processus de fabrication de la céramique est tout aussi cruciale et ne peut être négligée. Nous analysons ici l'impact des facteurs suivants sur la coloration de l'encre.

1. Le mécanisme de développement des couleurs de l'encre à jet d'encre

La stabilité de la couleur des pigments dépend principalement du type de pigment, de la plage de température de coloration, de l'atmosphère de cuisson et de la composition de l'émail de base correspondant.
La composition chimique de l'émail de base influe considérablement sur la coloration des pigments. Par exemple, certains pigments nécessitent un émail de base plus riche en zinc ou en plomb, ce qui permet d'obtenir des couleurs plus éclatantes. Ainsi, les pigments bruns spinelles FeCrZn (qui requièrent une forte teneur en zinc) nécessitent un émail de base contenant de faibles quantités de zinc et de magnésium. À l'inverse, certains colorants ne requièrent ni zinc ni magnésium dans l'émail de base, ce qui permet d'obtenir une couleur d'émail plus belle.
1) Le jaune riz, le brun jaune (FeCrZnAl), le brun rouge, le rouge de fer au zirconium (ZrSiFe) et le brun foncé (FeCrZnAl) s'adaptent bien aux émaux et donnent de meilleurs résultats de couleur sur les émaux opaques au zirconium. La stabilité de la saturation de la couleur lors des variations de température de cuisson est moyenne. Les émaux riches en zinc, bore et baryum ont tendance à présenter une teinte jaunâtre. 2) Le jaune et le jaune praséodyme (ZrSiPr) s'adaptent bien aux émaux et rendent mieux sur les émaux opaques au zirconium, avec une plage de températures de cuisson plus étendue. 3) Le bleu, le bleu cobalt (CoAlZn) ou le bleu foncé (CoSi), le bleu cobalt (CoAlSnZn) s'adaptent bien aux émaux et leur saturation de couleur est relativement stable lors des variations de température de cuisson. Cependant, une teneur excessive en zinc et magnésium dans l'émail doit être évitée afin de prévenir l'apparition d'une teinte violacée. 4) Le rose et le rouge chrome-étain (SnCrCaSi) s'adaptent mal aux émaux et leur saturation de couleur varie considérablement avec la température. Les glaçures contenant du zinc peuvent facilement entraîner une décoloration importante ; une teneur plus élevée en calcium est bénéfique pour la couleur rose.
5) Le vert et le vert de chrome (CrAl) s'adaptent généralement bien aux émaux et leur saturation est relativement stable malgré les variations de température de cuisson. Il est préférable de les appliquer sur un émail transparent. 6) Le noir et le noir de cobalt (FeCrCoMn) s'adaptent mal aux émaux, principalement en raison de la variation facile de leurs nuances selon la composition de l'émail. La stabilité de leur saturation est généralement moyenne. Le zinc et le magnésium présents dans l'émail peuvent facilement entraîner des variations de teinte. Le calcium et le baryum favorisent l'obtention d'un noir profond, mais apparaissent plus clairs sur un émail opaque au zirconium.

2. Influence du procédé de préparation et d'application de l'émail sur la couleur

Les facteurs influençant la coloration de l'encre lors de la préparation de l'émail se reflètent principalement dans la finesse et la capacité de rétention d'eau de l'émail. Plus l'émail est grossier, plus la densité de sa surface après séchage est faible. Lors de l'impression jet d'encre, l'encre pénètre davantage et plus profondément dans la couche d'émail, et la réaction avec celui-ci est plus complète lors de la cuisson. Cependant, les variations de saturation et de teinte peuvent dépendre de la quantité d'encre utilisée, du processus de cuisson et des caractéristiques chromatiques du pigment. Par ailleurs, en théorie, une différence de finesse de l'émail peut également induire une différence de température de maturation, affectant ainsi le développement de la couleur de l'encre.
L'uniformité de la pulvérisation d'eau et du glaçage lors de l'impression influe principalement sur l'uniformité de la couleur de l'encre sur la surface du glaçage. En effet, une pulvérisation et un glaçage irréguliers entraînent une teneur en eau inégale sur la surface du glaçage pendant l'impression, ce qui provoque une pénétration et une adhésion irrégulières de l'encre et, par conséquent, une altération de la couleur. De même, des variations dans l'application de l'eau et du glaçage peuvent également engendrer des variations de couleur de l'encre.
La capacité de rétention d'eau de l'émail influe principalement sur la pénétration et l'adhérence de l'encre après impression jet d'encre, en modifiant l'humidité de sa surface pendant l'impression et, par conséquent, la couleur finale de l'encre. Plus la capacité de rétention d'eau est élevée, plus la teneur en eau à la surface de l'émail est importante pendant l'impression, et moins l'encre pénètre profondément. La réaction avec l'émail lors de la cuisson est alors moins complète. Cependant, l'impact précis sur la couleur finale de l'encre peut varier en fonction de la quantité d'encre utilisée, du processus de cuisson et des caractéristiques colorimétriques du pigment.

3. L'influence de la composition chimique de l'émail sur la couleur

La composition chimique de l'émail influe différemment sur le développement de la couleur des pigments. Les fondants couramment utilisés dans les émaux céramiques architecturaux, tels que l'oxyde de magnésium, l'oxyde de zinc et l'oxyde de bore, sont préjudiciables au développement de la couleur de la plupart des pigments d'encre et doivent généralement être utilisés avec parcimonie. En comparaison, l'oxyde de potassium, l'oxyde de sodium, l'oxyde de calcium et l'oxyde de baryum ont un impact relativement faible.
Généralement, les émaux de base à forte teneur en zircone offrent un développement de couleur nettement supérieur à celui d'autres pigments sans zirconium, tels que le jaune de praséodyme et le rouge de fer-zirconium, qui contiennent pourtant également de la zircone. Dans les émaux de base à forte teneur en zinc, les pigments contenant du fer, comme le jaune d'or, le beige et le brun rougeâtre, présentent une coloration relativement meilleure. Pour le noir brillant et le noir cobalt de la gamme noire, l'oxyde de zinc et l'oxyde de zirconium présents dans l'émail de base ne favorisent pas le développement de la couleur. De même, la couleur rose est très sensible à la teneur en oxyde de zinc. En général, lorsque cette teneur dépasse 1 %, la couleur de l'encre rose commence à s'estomper sensiblement. Il est nécessaire d'équilibrer les effets des différents composants sur le développement de la couleur des différents pigments lors de la formulation, en tenant compte de l'effet de l'émail, des exigences de développement de la couleur de l'encre et de la teinte dominante du produit.

4. Influence de l'humidité et de la température sur la coloration de l'encre à la surface émaillée

La quantité et l'uniformité de l'humidité à la surface de l'émail lors de l'impression jet d'encre ont le même impact sur le développement des couleurs que les propriétés de rétention d'eau de l'émail lui-même. En effet, l'humidité à la surface de l'émail influence la pénétration et l'adhérence de l'encre. Un excès d'humidité affecte non seulement le développement des couleurs de chaque encre, mais peut aussi ralentir leur pénétration et leur séchage, entraînant une fusion et un mélange des couleurs entre les points d'encre, et par conséquent une perte de précision des couleurs.
La température de l'émail influe sur la viscosité de l'encre pulvérisée et sur la vitesse d'évaporation du solvant. Plus l'émail est chaud, plus l'encre est fluide et pénètre facilement. À l'inverse, plus l'émail est chaud, plus l'évaporation et le séchage du solvant sont rapides, et plus la pénétration est difficile. Si l'influence de ces deux facteurs sur la vitesse d'infiltration de l'encre diffère sensiblement, les variations de température de l'émail peuvent entraîner des modifications de la couleur de l'encre.

5. Influence du tri des encres sur la couleur d'impression

Dans les encres jet d'encre céramiques courantes, le jaune et le rose présentent généralement une saturation plus faible que les autres couleurs. Afin d'optimiser l'intensité de ces couleurs, il est conseillé de les imprimer en fin de chaîne. Le chevauchement des couleurs lors de l'impression jet d'encre permet de réduire légèrement la réaction entre l'émail et le jaune et le rose à la cuisson, et d'accroître ainsi leur saturation, puisque ces couleurs sont imprimées sur d'autres encres colorées.

6. Influence du degré de séchage après impression sur la couleur

L'influence du séchage de l'émail après impression par pulvérisation sur la couleur de l'encre est principalement due à la migration des sels solubles contenus dans l'émail vers sa surface, entraînant une modification de sa composition chimique. Ce processus d'influence significative des sels solubles sur la migration directionnelle de l'eau dans l'émail est relativement lent et difficilement observable lors de la production en continu de lignes d'émail, du fait de la relative stabilité du séchage. Cependant, un temps de stockage trop long au four peut engendrer des différences de couleur entre les produits stockés et ceux produits en continu. C'est pourquoi, lors de la production, le mélange des couleurs et l'alignement des plaques doivent être effectués en continu, afin de garantir la stabilité de l'humidité de l'émail.

7. Influence du système de cuisson sur la coloration de l'encre

Du fait que les pigments de l'encre se forment par cuisson à haute température, la plage de températures de cuisson des céramiques architecturales présente peu de variations. L'influence du système de cuisson sur la coloration de l'encre provient essentiellement de son impact sur la réaction de fusion de l'émail au contact des particules de pigment à haute température. Trois facteurs principaux influents sont à considérer : la température de cuisson, le temps de maintien et l'atmosphère de cuisson. La sensibilité à la cuisson varie selon les couleurs.
Lorsque la température de cuisson est relativement basse par rapport à la température de maturation de l'émail, il est facile que les particules de pigment de l'encre ne réagissent pas complètement avec l'émail et ne fondent pas entièrement, ce qui entraîne une cuisson partielle. Dans ce cas, l'encre présente un aspect peau d'orange ou mat à la surface de l'émail, avec une couleur plus claire en surface et une couleur plus foncée et saturée dans la zone de réaction avec l'émail.
Lorsque la température de cuisson correspond à la température de maturation de l'émail, l'épaisseur de la couche de pigment, déterminée par la granulométrie du pigment et le volume d'encre jet d'encre, permet une fusion complète avec l'émail sans érosion excessive. L'encre présente un développement de couleur normal, une saturation élevée et un brillant globalement conforme à celui de l'émail. Le résultat est optimal.
Lorsque la température de cuisson est relativement élevée par rapport à la température de maturation de l'émail, la réactivité de fusion de ce dernier étant nettement accrue, une plus grande quantité de particules de pigment de l'encre fond et est détruite par l'émail, voire totalement incorporée à celui-ci. Il en résulte une réduction significative, voire une disparition complète, des particules de pigment résiduelles. Lors du refroidissement qui suit, la structure cristalline colorée d'origine ne peut se reformer, ce qui entraîne une forte diminution de la coloration, voire une absence totale de couleur. Lorsque la température de cuisson correspond à la température de maturation de l'émail, la durée du maintien à haute température est approximativement inversement proportionnelle à l'intensité de la couleur de l'encre. Un maintien trop court à haute température peut laisser une petite quantité de particules de pigment non incorporées à l'émail. Entre 2 et 5 minutes de maintien à haute température, la réaction et la fusion entre les particules de pigment de l'encre et l'émail sont généralement suffisantes pour permettre leur infiltration dans l'émail et la préservation d'une plus grande partie des cristaux d'origine sans altération. Dans ces conditions, l'encre présente le meilleur rendu colorant.
De plus, une durée d'isolation prolongée favorise la cristallisation de la couche d'émail. Les oxydes métalliques présents dans les cristaux de pigments fondus peuvent alors former de nouveaux cristaux dans la nouvelle masse fondue, créant ainsi de nouvelles nuances. Par ailleurs, la cristallisation de l'émail peut altérer ses propriétés optiques, telles que l'absorption, la réflexion, la réfraction et la transmission de la lumière, modifiant ainsi la couleur des particules de pigments non fondues. En effet, avec une composition d'émail, une température de cuisson et une atmosphère appropriées, les pigments contenant du fer, comme le brun-rouge et le noir, ont tendance à développer un effet métallique en surface lorsqu'ils sont maintenus à haute température pendant une période prolongée, et la teinte générale diffère légèrement de celle obtenue après une isolation classique.
Les différentes atmosphères de cuisson influent également sur la couleur de l'encre, notamment parce qu'elles modifient la teinte de base de la pâte et de l'émail, créant ainsi un effet de couleur mixte. Par ailleurs, la finesse des particules de pigment dans l'encre fait qu'une partie fond et se décompose au contact de l'émail à haute température, se concentrant à la surface de la couche d'émail. Contrairement à une atmosphère oxydante, une atmosphère réductrice favorise la fusion des particules de pigment, réduisant l'oxyde à valence élevée du métal colorant en oxyde à valence faible et formant ainsi de nouveaux groupes colorants, ce qui affecte finalement la couleur finale de l'encre.

Résumé:
L'influence des techniques de production céramique sur la couleur des encres d'impression jet d'encre est multifactorielle. Parmi les facteurs les plus importants, on retrouve la composition chimique de l'émail, son taux d'humidité en surface lors de l'impression et le système de cuisson. Outre la compréhension de l'impact des différents détails du processus de fabrication sur la coloration de l'encre, il est essentiel de bien saisir que l'impression jet d'encre est beaucoup plus sensible que l'impression traditionnelle, en raison des caractéristiques propres à ce processus. Garantir la stabilité du processus de production est donc indispensable pour assurer une évolution chromatique stable de l'encre, tant pendant la production que pendant l'utilisation.

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