Impression sur plastique avec de l'encre à l'eau, bac S Amérique du sud 2018.

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Une entreprise d’emballage commercialise du film de plastique imprimé. Pour s’inscrire dans une démarche de développement durable, cette entreprise souhaite utiliser des encres à base d’eau pour remplacer les encres conventionnelles, composées de solvants organiques nocifs et polluants.
L’utilisation de ces encres pose toutefois des problèmes de « mouillage ».
Pour que l’encre adhère correctement à la surface du support à imprimer, il est nécessaire de faire subir un traitement préalable au film de plastique afin de modifier sa tension superficielle.
1. Justifier la nécessité de faire subir un traitement au film de plastique lorsque l’on souhaite utiliser des encres à l’eau dont la tension superficielle vaut γencre = 4,5 × 10 – 2 N.m -1.

Pour qu'un liquide mouille une surface solide, il faut que la tension superficielle du liquide soit inférieure à celle du solide. Or, la tension superficielle de l'eau (45 mN m-1) est beaucoup plus élevée que celle des films plastiques. Avant traitement, la tension superficielle de tels plastiques est de l'ordre de 30 mN m-1.


Test de la goutte » à l’aide d’un liquide de référence L
Le principe consiste à mesurer l’angle de contact qC d’une goutte du liquide L déposée à la surface du film de plastique.
Cette mesure est effectuée à l’aide d’un appareil appelé goniomètre : la goutte du liquide est déposée sur la surface à tester et l’angle de contact qC est déterminé par traitement d’image.

Le résultat du test réalisé avec le film de plastique et le liquide de référence L, donne qC = 57° après traitement (angle beaucoup plus faible qu’avant traitement).

Détermination expérimentale de la tension superficielle gL du liquide de référence L
Lorsque l’on plonge un tube de verre étroit de rayon intérieur R dans un liquide, on observe l’ascension h de ce liquide dans le tube : c’est le phénomène de « capillarité » qui dépend directement de la tension superficielle gL du liquide utilisé.
On constate que h est d’autant plus élevée que le rayon R est petit.
http://femto-physique.fr/mecanique_des_fluides/mecaflu_C4.php#menu)²


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Les mesures de hauteur h dans une série de tubes calibrés ont permis de tracer l’évolution de h en fonction de 1/R
pour le liquide de référence L, de tension superficielle γL .


Ce liquide L obéit à la loi de Jurin simplifiée : h = 2 gL / (rgR).
r = 1,0 × 10 3 kg.m– 3 est la masse volumique du liquide L et g = 9,8 N.kg– 1 l’intensité de la pesanteur.
Tension superficielle du liquide : 1,4 10-5 x9,8 x1,0 103 / 2 ~7,0 10-2 N m-1.

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2. Problème à résoudre
Le film de plastique, qui a subi le traitement, peut-il être utilisé avec une encre à l’eau de tension superficielle gencre = 4,5 × 10 – 2 N.m–1 ?

Influence de la tension superficielle gP du plastique sur l’angle de contact pour trois liquides différents L1 L2 et L3 lors d’un « test de la goutte ». d’après http://www.sinterface.com/service/fundamentals/methods/index.html#


La tension superficielle du plastique après traitement doit être supérieure à celle du liquide ( 4,5 10-2 N m-1).
Les graphes précédents conduisent à gP vosin de 0,048 N m-1, valeur supérieure à 0,045. Ce film plastique après traitement peut être traité avec ce type d'encre.
 

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