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El tratamiento corona en películas y piezas plasticas
Elaborado por:
Edison da Cunha Almeida
1- Introducción
El tratamiento de superficies plásticas por efecto corona ha sido largamente utilizado en las últimas décadas como uno medio efectivo de aumentar la energía superficial de esos materiales aumentando de esa manera la humectabilidad y la adherencia de tintas, adhesivos, coatings y laminados.
2- Teoria
Mucho se ha pesquisado de los efectos del tratamiento corona o como popularmente llamado “bombardeo electrónico”, y aún no se ha determinado precisamente el mecanismo que produce tal efecto. Algunas de las teorías califican el efecto como:
- Instauración de las moléculas de la superficie del material;
- Oxidación de la superficie formando carbonilla y carboxilo, radicales meta-dirigentes que se compatibilizan con las tintas;
- Rearreglo molecular de la superficie.
Lo que podemos afirmar con seguridad es que el tratamiento corona mejora la adhesión con materiales polares, y la modificación es estrictamente superficialUna gota del agua en la superficie de una cinta de polietileno no tratada, inclinada en determinado ángulo con relación al solo, no perderá su formato y simplemente deslizará para bajo sin dejar basto. Podemos calificar este efecto como la falta de energía necesaria para retener el agua en la superficie de la cinta. El mismo ocurre con otros productos tales como las tintas y adhesivas.
La capacidad de una superficie promover la expansión y adherencia de uno líquido, denominase humectabilidad.
La tensión de humectabilidad o tensión superficial de los materiales se mide en dyna por centímetro linear (d/cm).
Las cintas estrujadas tienen una tensión superficial naturalmente baja , como por ejemplo:
- Poliestireno 33 d/cm
- Polietileno 31 d/cm
- Polipropileno 29 d/cm
En la práctica necesitase de 40 d/cm para trabajos de impresión. Ese aumento es proporcionado por el tratamiento corona.
3- El processo
El tratamiento corona consiste en la utilización de una descarga de alto voltaje, cuyo potencial excediendo el punto de ruptura de aislamiento del aire, que es de la orden de 26KV/cm, produce ozono y óxidos de nitrógeno, los cuales oxidan la superficie de la cinta plástica.
El proceso es obtenido por el pasaje de la cinta por arriba de uno cilindro de metal aterrado, recubierto por uno dieléctrico para asegurar la uniformidad de descarga eléctrica y del tratamiento. (fig. 1)
Una estación de tratamiento típica contiene:
Uno electrodo al cual se aplica el alto voltaje;
Uno espacio entre el electrodo y el dieléctrico ( gap de aire ), el cual será ionizado criándose el efecto corona y generando la ozona;
El material dieléctrico, el cual puede soportar altos niveles de voltaje sin romperse;;
Uno plano aterrado, normalmente uno cilindro de aluminio por el cual se pasa la cinta . (fig. 2)
Ruédese tratar también materiales laminados a otros materiales plásticos, papel y hasta substratos metálicos, como el aluminio.
En el tratamiento de substratos metálicos utilizase uno tipo diferente de estación, la cual tiene el material dieléctrico aplicado al electrodo de descarga, y no al cilindro de tratamiento.
4 - Metodos de medición / Niveles de tratamiento
En los procesos de impresión en las cintas plásticas, el método más utilizado en el pasado, y aún hoy utilizado por algunos impresores es el de la cinta adhesiva que tiene la siguiente escala de avaluación:
- Excelente: ninguna tinta removida
- Muito bueno: pequeña cantidad de tinta removida
- Bueno: menos que 25% de tinta removida
- Regular: de 25% hasta 50% de tinta removida
- Malo: más de 50% de tinta removida. (utilizase cinta adhesiva de buena calidad con anchura de 19mm)
Como se puede notar ese método rudimental es muy subjetivo, pues no indica de manera clara y cuantitativa el nivel de tratamiento de la cinta a ser impresa, y también no puede ser utilizado cuando del proceso de extrusión. Ese método también no detectará problemas con las tintas, solventes y el proceso de impresión en si, dando muchas veces la falsa idea de que el problema se encuentra en la cinta.
Como vimos en el capítulo 2, el método técnicamente correcto y eficaz es el de la medición del nivel de tensión superficial de la cinta. Tal método emplea líquidos de teste à base de Selosolve y Formamida que poseen una faja de medición de 30 hasta 70 d/cm, con graduación unitaria. Existen aún portaplumas especiales con solamente uno nivel de medición (38d/cm).
Con los líquidos de teste puedes obtener con cierta precisión el nivel de tratamiento del material analizado. Tales líquidos pueden ser utilizados hasta en piezas técnicas inyectadas, sopladas o termo formadas.
La manera de verificación consiste en aplicarse con uno pincel o coconete, el líquido de teste en la superficie del material plástico, produciéndose una faja continua con anchura mínima de 3 hasta 4 mm. Hay entonces que observar si la faja de líquido si mantiene uniforme por mas de 2 segundos, o si hay la ruptura en gotitas deshaciéndose la faja. Caso se mantenga uniforme, hay que aplicarse el líquido de nivel inmediatamente superior hasta que empiece a verificarse el rompimiento en gotitas, lo que indicará el punto limite, o el exacto nivel de tensión superficial. (Patrón ASTM D2578-67)
El nivel de la tensión superficial de los materiales plásticos cuando modificados por tratamiento corona, puede ser precisamente controlados, de manera a sé obtener el nivel necesario para cada aplicación específica. Abajo tenemos algunos valores típicos de nivel de tratamiento por aplicación:
- Cintas Polietileno para leche 40 - 42 d/cm
- Cintas Polietileno para sacos/embalajes/plastificación 40 - 44 d/cm
- Cintas técnicas PE/PP PE/PP 42 - 46 d/cm
- Filmes Poliéster 42 - 48 d/cm
- Sacos valvulados 48 - 56 d/cm
- Etiquetas Vinyl (tinta à base de água) 44 - 48 d/cm
Para conseguirse uno incremento del nivel de tensión superficial por efecto corona, tenemos que aplicar una determinada potencia eléctrica que varia de acuerdo al material, la velocidad de la línea y la anchura de la cinta. Resumiéndose, para obtenerse uno determinado nivel de tratamiento en una cinta específica hay que utilizarse de la fórmula abajo:
P = V. L . Dp donde: P - Potencia del Generador
V - Velocidad de la linea
L - Anchura del material
Dp - Densidad de Potencia
Como referencia tenemos los siguientes datos de densidad de potencia:
Material W/ft2/minuto
Para 40 hasta 42 d/cm tenemos PE (sin aditivo) 1.0
PE (con aditivo) 2.0
PP 1.5
PPBO 2.0
Poliéster 2.0
Vinyl 2.0
PVC 2.0
Ejemplo de cálculo:
Velocidad: 100 mpm = 330 ft/min.
Anchura: 1000 mm = 3.3 ft
Material: PEBD - medio aditivo - 2W/ ft2/min.
P= 330 X 3.3 X 2
P= 2178 W = 2.2 --- Equipamiento de 3 kw
Recomendase sin embargo que sean hechos testes de laboratorio con el material que se desea tratar para que se obtenga el valor exacto de densidad de potencia necesaria. Muchas son las variables que influencian el resultado del tratamiento corona, tales como temperatura del material, cantidad y el tipo de aditivo o deslizante, tratamiento en la extrusión o en el proceso de impresión y tipo de aplicación.
Una vez que se haya determinado el valor de densidad de potencia, puédase utilizar la formula arriba para calcular la potencia del generador en función de la velocidad de línea y de la anchura del material.
5- Equipamientos / Aplicaciones especiales
El sistema de tratamiento corona utiliza una estación aplicativa como descrito en el ítem 3, uno transformador de alto voltaje y uno convertidor estático de frecuencia. Ese convertidor transforma la energía eléctrica de la red de 60 ciclos en alta frecuencia de 30.000 ciclos. La frecuencia es muy importante pues determina la eficiencia del sistema. Por su vez el transformador de alta tensión eleva el voltaje de 220 Volts para 10.000 Volts o más, necesario para la generación del efecto corona.
Actualmente con nueva tecnología de semiconductores, los convertidores estáticos se utilizan de transistores del tipo IGBT, lo que además de bajar su costo permitió una reducción de las perdidas eléctricas en el convertidor en si, tornando el equipamiento más eficiente. La utilización de frecuencia de salida elevada (30KHz), proporciona un tratamiento más uniforme y aumenta la vida útil del dieléctrico (silicona, cerámica).
Los convertidores son fabricados en diversas potencias de salida (busque catálogo técnico Corona) para atender a todas las aplicaciones.
El sistema de tratamiento corona es ampliamente utilizado para tratar cintas plásticas en extrusoras, impresoras y laminadoras, pero también puede ser utilizado en aplicaciones especiales tales como el tratamiento de objetos tridimensionales, piezas inyectadas, sopladas, termo formadas y hasta objetos metálicos tales como frisos, cojín de motor y otros.
Cuando no se puede hacer el material a ser tratado pasar por el gap de aire de la estación de tratamiento, debido a espesura o forma, se hace necesario la utilización de estaciones especiales, desenvueltas específicamente para la aplicación. En algunos casos como por ejemplo piezas inyectadas y o estrujadas utilizase uno tipo especial de tratador, lo cual llamamos de Plasma-Jet. Ese equipamiento aplica uno plasma de corona en la superficie que se desea tratar sin la necesidad de existir una superficie aterrada para descargar el alto voltaje. El Plasma-Jet es muy utilizado y procesos de tipografía, silk screen y coladura en materiales tales como:
- Tubos, tarugos, barras, planchas y perfiles plásticos
- Frascos, botellas, containeres plásticos, tubos y sus tapas
- Capa de hilos y cables eléctricos
- Cuerpos de electrodomésticos (ventiladores, liquidificadotes, chubascos, batideras, refrigerador, fogones, hornos microondas, etc.)
- Canitas y pinceles atómicos
- Jeringas hipodérmicas y agujas
- Auto piezas ( espejos retrovisores, tapa porta-guantes, botones, asta, ceniceros, etc.
Nuevas aplicaciones han sido constantemente descubiertas en uno trabajo de pesquisa y desarrollo. Si necesitas de una aplicación especial o mismo alguna duda de tratamiento corona busque Corona, haga contacto con nosotros a través de nuestros PABX (55) 19 3936.9444 - FAX (55) 19 3936.9445.
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