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O tratamento Corona em filmes e peças plásticas
Elaborado por:
Edison da Cunha Almeida
1- Introdução
O tratamento de superfícies plásticas por efeito corona tem sido largamente utilizado nas últimas décadas como um meio efetivo de aumentar a energia superficial desses materiais aumentando deste modo a umectabilidade e a aderência de tintas, adesivos, coatings e laminados.
2- Teoria
Muito se tem pesquisado sobre os efeitos do tratamento corona ou como popularmente chamado “bombardeamento eletrônico”, e ainda não se determinou precisamente o mecanismo que produz tal efeito. Algumas teorias qualificam o efeito como:
- Insaturação das moléculas da superfície do material;
- Oxidação da superfície formando carbonila e carboxila, radicais meta-dirigentes que se compatibilizam com as tintas;
- Rearranjo molecular da superfície.
O que podemos afirmar com certeza é que o tratamento corona melhora a adesão com materiais polares, e a modificação é estritamente superficial.
Uma gota de água na superfície de um filme de polietileno não tratado, inclinado em determinado ângulo em relação ao solo, não perderá a forma e simplesmente deslizará para baixo sem deixar rastro. Podemos qualificar este efeito como a falta de energia necessária para reter a água na superfície do filme. O mesmo acontece com outros produtos, tais como as tintas e adesivos.
A capacidade de uma superfície promover a expansão e aderência de um líquido, denomina-se umectabilidade.
A tensão de umectabilidade ou tensão superficial dos materiais é medida em dyna por centímetro linear (d/cm).
Os filmes extrudados têm uma tensão superficial naturalmente baixa, como por exemplo:
- Poliestireno 33 d/cm
- Polietileno 31 d/cm
- Polipropileno 29 d/cm
Na prática necessita-se de 40 d/cm para trabalhos de impressão. Esse aumento é proporcionado pelo tratamento corona.
3- O processo
O tratamento corona consiste no uso de uma descarga de alta voltagem, cujo potencial excedendo o ponto de ruptura de isolação do ar, que é da ordem de 26KV/cm, produz ozônio e oxidos de nitrogênio, os quais oxidam a superfície do filme plástico.
O processo é obtido pela passagem do filme sobre um cilindro de metal aterrado, recoberto por um dielétrico para assegurar uniformidade da descarga elétrica e do tratamento. (fig. 1)
Uma estação de tratamento típica é composta de:
Um eletrodo ao qual é aplicada a alta voltagem;
Um espaço entre o eletrodo e o dielétrico (gap de ar), o qual será ionizado criando o efeito corona e gerando o ozona;
O material dielétrico, o qual pode suportar altos níveis de voltagem sem romper-se;
Um plano aterrado, normalmente um cilindro de alumínio sobre o qual é passado o filme. (fig. 2)
Pode-se tratar também materiais laminados a outros materiais plásticos, papel e até substratos metálicos, como o alumínio.
No tratamento de substratos metálicos utiliza-se um tipo diferente de estação, a qual tem o material dielétrico aplicado ao eletrodo de descarga, e não ao cilindro de tratamento.
4 - Metodos de medição/Níveis de tratamento
Nos processos de impressão sobre filmes plásticos, o método mais utilizado no passado, e ainda hoje utilizado por alguns impressores é o da fita adesiva que tem a seguinte escala de avaliação:
- Excelente nenhuma tinta removida
- Muito bom pequena quantidade de tinta removida
- Bom menos que 25% de tinta removida
- Regular de 25% a 50% de tinta removida
- Ruim mais de 50% de tinta removida.(utiliza-se fita adesiva de boa qualidade com largura de 19mm)
Como se pode notar esse método rudimentar é muito subjetivo, pois não indica de forma clara e quantitativa o nível de tratamento do filme a ser impresso, e também não pode ser utilizado quando do processo de extrusão. Esse método também não detectará problemas com as tintas, solventes e o processo de impressão em si, dando muitas vezes a falsa idéia de que o problema está no filme.
Como vimos no capítulo 2, o método tecnicamente correto e eficaz é o da medição do nível de tensão superficial do filme. Tal método emprega líquidos de teste à base de Selosolve e Formamida que possuem uma faixa de medição de 30 a 70 d/cm, com graduação unitária. Existem ainda canetas especiais com somente um nível de medição (38d/cm).
Com os líquidos de teste pode-se obter com certa precisão o nível de tratamento do material analisado. Tais líquidos podem ser utilizados até em peças técnicas injetadas, sopradas ou termoformadas.
O modo de verificação consiste em aplicar-se com um pincel ou cotonete, o líquido de teste sobre a superfície do material plástico, produzindo-se uma faixa contínua com largura mínima de 3 a 4 mm. Deve-se então observar se a faixa de líquido se mantém uniforme por mais de 2 segundos, ou se há o rompimento em gotículas desfazendo-se a faixa. Caso se mantenha uniforme, deve-se aplicar o líquido de nível imediatamente superior até que comece a se verificar o rompimento em gotículas, o que indicará o ponto limite, ou o exato nível de tensão superficial. (Padrão ASTM D2578-67)
O nível de tensão superficial dos materiais plásticos quando modificados por tratamento corona, podem ser precisamente controlados, de forma a se obter o nível necessário para cada aplicação específica. Abaixo temos alguns valores típicos de nível de tratamento por aplicação:
- Filmes Polietileno para leite 40 - 42 d/cm
- Filmes Polietileno para sacolas/embalagens/plastificação 40 - 44 d/cm
- Filmes técnicos PE/PP 42 - 46 d/cm
- Filmes Poliester 42 - 48 d/cm
- Sacos valvulados 48 - 56 d/cm
- Etiquetas Vinyl (tinta à base de água) 44 - 48 d/cm
Para se conseguir o aumento do nível de tensão superficial por efeito corona, temos que aplicar uma determinada potência elétrica que varia de acordo com o material, a velocidade da linha e a largura do filme. Em resumo, para se obter um determinado nível de tratamento num filme específico deve-se utilizar a fórmula abaixo:
P = V. L . Dp onde: P - Potência do Gerador
V - Velocidade da linha
L - Largura do material
Dp - Densidade de Potência
Como referência temos os seguintes dados de densidade de potência:
Material W/ft2/minuto
Para 40 a 42 d/cm temos PE (sem aditivo) 1.0
PE (com aditivo) 2.0
PP 1.5
PPBO 2.0
Polyester 2.0
Vinyl 2.0
PVC 2.0
Exemplo de cálculo:
Velocidade: 100 mpm = 330 ft/min.
Largura: 1000 mm = 3.3 ft
Material: PEBD - médio aditivo - 2W/ ft2/min.
P= 330 X 3.3 X 2
P= 2178 W = 2.2 --- Equipamento de 3 kw
Recomenda-se contudo que sejam feitos testes de laboratório com o material que se deseja tratar para que se obtenha o valor exato de densidade de potência necessária. Muitas são as variáveis que influenciam o resultado do tratamento corona, tais como temperatura do material, quantidade e tipo de aditivo ou deslizante, tratamento na extrusão ou no processo de impressão e tipo de aplicação.
Uma vez porém determinado o valor de densidade de potência, pode-se utilizar a formula acima para calcular a potência do gerador em função da velocidade de linha e da largura do material.
5- EQUIPAMENTOS / APLICAÇÕES ESPECIAIS
O sistema de tratamento corona utiliza uma estação aplicadora como descrito no item 3, um transformador de alta voltagem e um conversor estático de freqüência. Este conversor transforma a energia elétrica da rede de 60 ciclos em alta freqüência de 30.000 ciclos. A freqüência é muito importante pois determina a eficiência do sistema. Por sua vez o transformador de alta tensão eleva a voltagem de 220 Volts para 10.000 Volts ou mais, necessário para a geração do efeito corona.
Atualmente com nova tecnologia de semicondutores, os conversores estáticos utilizam transistores do tipo IGBT, o que além de baratear seu custo permitiu uma redução das perdas elétricas no conversor em si, tornando o equipamento mais eficiente. A utilização de freqüência de saída elevada (30KHz), proporciona um tratamento mais uniforme e aumenta a vida útil do dielétrico ( silicone, cerâmica).
Os conversores são fabricados em diversas potências de saída (vide catálogo técnico Corona) para atender todas as aplicações.
O sistema de tratamento corona é largamente utilizado para tratar filmes plásticos em extrusoras, impressoras e laminadoras, porém também pode ser utilizado em aplicações especiais tais como o tratamento de objetos tridimensionais, peças injetadas, sopradas, termoformadas e até objetos metálicos tais como frisos, coxim de motor e outras.
Quando não se pode fazer o material a ser tratado passar pelo gap de ar da estação de tratamento, devido à espessura ou forma, é necessário o uso de estações especiais, desenvolvidas especificamente para a aplicação. Em alguns casos como por exemplo peças injetadas e ou extrudadas utiliza-se um tipo especial de tratador, o qual chamamos de Plasma-Jet. Esse equipamento aplica um plasma de corona sobre a superfície que se deseja tratar sem a necessidade de existir uma superfície aterrada para descarregar a alta voltagem. O Plasma-Jet é muito utilizado em processos de tampografia, silk screen e colagem em materiais tais como:
- Tubos, tarugos, barras, chapas e perfis plásticos
- Frascos, garrafas, containers plásticos, bisnagas e suas tampas
- Capa de fios e cabos elétricos
- Corpos de eletrodomésticos (ventiladores, liqüidificadores, chuveiros, batedeiras, geladeiras, fogões, fornos microondas, etc..)
- Canetas e pincéis atômicos
- Seringas hipodérmicas e agulhas
- Auto peças (espelhos retrovisores, tampa porta-luvas, botões, alavancas, cinzeiros, etc...)
Novas aplicações estão sendo constantemente descobertas num trabalho de pesquisa e desenvolvimento. Se você tem uma aplicação especial ou mesmo alguma dúvida sobre tratamento corona entre em contato conosco.
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