Tratamiento Corona

Toda superficie de un material plástico exige una preparación a fin de posibilitar condiciones adecuadas para recibir una cobertura, ya sea tinta o un adhesivo.

Los plásticos, de un modo general, son materiales de difícil tratamiento superficial debido a que presentan una estructura molecular apolar.

Cada material u objeto posee una tensión superficial definida, la tensión superficial se mide en dynas/cm.

Una dyna equivale a la fuerza que se requiere para lograr una aceleración de 1cm/seg de la masa de 1gr de agua. En el caso de los materiales de envase que es lo que nos compete, el Polietileno, por ejemplo, tiene una tensión superficial original de 31dynas/cm y el Polipropileno de 29 dynas/cm.

El polímero con la más alta tensión superficial es el Nylon, que por su naturaleza alcanza 46dynas/cm.

Ahora bien, en el terreno de los líquidos, el agua tiene la más alta tensión superficial que es de 72 dynas/cm y el grupo de los solventes, como los alcoholes, tiene 22 dynas/cm.  Es por ello que una tinta base agua tiene una tensión superficial aproximada de 34 y la que es base solvente tiene alrededor de 28 dynas/cm.

Para lograr una buena adhesión entre una tinta o un adhesivo y un material para un proceso de empaque, se requiere que éste último tenga una tensión superficial 10 dynas mayor que el líquido que se va a aplicar, de lo contrario la adhesión es débil y de mala calidad.

 ¿Cómo lograr una buena adhesión?

Hay varias formas. Entre las más conocidas está la aplicación de substancias químicas sobre los materiales, así como el proceso de sensibilización superficial con maquinaria especializada, como el tratamiento corona o tratamiento de flama-gas.

De todos los métodos, el tratamiento corona ha demostrado ser el más efectivo en costo-operación.

¿Qué es el tratamiento corona?

En forma simple, se define como la aplicación de una descarga de alto voltaje de un plano de alto potencial eléctrico, a otro de bajo potencial a través de un espacio de aire en la superficie de un substrato, para obtener una micro-porosidad, en la cual la sustancia siguiente del proceso pueda anclar químicamente.

Para explicarlo en forma práctica; el tratamiento corona es similar al efecto que se realiza en los rayos de una tormenta eléctrica, excepto que esto es en escala microscópica y que ocurre millones de veces. El espacio de aire entre el electrodo y el rodillo base, dependiendo de los materiales a tratar, puede ser de 1.5 a 2 mm.

Hasta ahora, la teoría más aceptada es la que dice que los electrones que se aceleran en el espacio de aire, ocasionan las descargas eléctricas en el material y rodillo base, rompen la molécula de oxígeno (O2) en el espacio de aire y originan radicales libres (O1) que a su vez se unen a moléculas de oxígeno y forman moléculas de Ozono (O3) Éste último gas es altamente corrosivo y oxida todos los materiales que se encuentren a su alrededor, sean metales o plásticos, por eso, es muy importante tener la extracción adecuada del mismo a través de un sistema de eliminación.

Los materiales que requieren tratamiento corona para su proceso de conversión, son elaborados con aditivos que tienen la función de migrar a la superficie, como son los agentes deslizantes y colorantes. En ambos casos, estos aditivos serán determinantes para marcar la duración del tratamiento.

Cabe mencionar que hoy en día el incremento constante en el precio del petróleo ha ocasionado que los productores de materia prima cambien sus formulaciones, y en algunos casos el equipo de tratamiento con más de 5 años de operación y que consideraban suficiente, pasa a ser obsoleto de un día a otro.

En los casos de extrusión, se recomienda colocar el equipo de tratamiento corona en el punto en que el material aún se encuentra caliente, ya que la temperatura alta favorece notablemente al tratamiento logrando niveles de tensión superficial más altos que aquellos que se consiguen a temperatura ambiente.

Sin embargo, esto no elimina la función de los aditivos deslizantes, y por lo tanto, con el paso del tiempo y si el material no se utiliza, el tratamiento superficial disminuirá casi hasta el nivel natural del substrato. Como se mencionó anteriormente, el PP (Polipropileno) es en su forma natural más difícil de tratar que el PE (Polietileno), pero si a eso agregamos su forma de producción, podemos sugerir que el BOPP perlado o pigmentado es el material más difícil de tratar en la industria.

En los casos de una línea de conversión, el convertidor confía totalmente en la especificación determinada por su proveedor, sin embargo, debido a las variables descritas más arriba, en muchas ocasiones el material a convertir llega a las instalaciones del convertidor con un nivel de tratamiento menor al especificado, y aún detectándolo antes de ponerlo en línea y si éste se remplaza en el menor tiempo posible, el número de paradas de máquina pueden representar, con el tiempo, un alto costo de operación que, a su vez, pueden ser determinantes para la pérdida de un cliente importante para el convertidor. No es que el proveedor haya descuidado su control de calidad, en muchas ocasiones las condiciones del medio ambiente cambian, como por ejemplo el nivel de humedad, y eso facilita el deterioro del tratamiento corona en un tiempo corto.

La única manera de evitarlo es teniendo un tratador corona en línea, como el sello de garantía que representa la calidad de la empresa en anclaje para una impresión, laminación o el proceso de conversión que requiera un alto grado de adhesión.


Otra Explicación

Este proceso consiste en una descarga eléctrica sobre la superficie plástica, modificándola de tal manera que permite un buen anclaje de la tinta o el adhesivo.

Una de las teorías que explica este fenómeno es la oxidación de la superficie.

De acuerdo a ésta, una descarga eléctrica de alta frecuencia produce un aumento considerable de la temperatura de la superficie, permitiendo que ocurran algunas reacciones químicas que promueven la oxidación, principalmente debido a la formación de ozono y de calor producido por la descarga eléctrica.

El tratamiento a través de descarga de corona sobre las superficies en presencia de aire, proporciona aumentos drásticos en el carácter polar y adhesivo de éstas, con el consecuente aumento de la tensión superficial y creando así condiciones más propicias para que la tinta o el adhesivo se fije.

El equipo de tratamiento de corona consiste básicamente de una fuente de alta frecuencia, un transformador de alto voltaje y una estación de tratamiento. La estación de tratamiento está formada por un cilindro de metal aterrado, cubierto por una capa de material aislante que funciona como un electrodo y otro electrodo paralelo a éste (separados entre 1 y 3 mm). Cuando el objeto está listo para ser tratado, se hace pasar entre ambos electrodos y se aplica al mismo tiempo una gran caída de voltaje entre éstos, lo cual produce la ionización del aire circundante y la formación del efecto corona. Los radicales libres formados en el aire ionizado interactúan con la superficie del objeto, propiciando su oxidación.

El grado de tratamiento es aproximadamente proporcional al voltaje aplicado hasta un cierto límite, por encima del cual empieza a disminuir. La intensidad también se ve afectada por la distancia entre el electrodo y la superficie, por lo que debe ensayarse la distancia más conveniente para cada caso.

Determinación del nivel de tratamiento

El método más utilizado para medir el nivel de tratamiento es a través de la utilización física de líquidos de diferente tensión superficial aplicados sobre el objeto a medir. La humectabilidad, tensión de humectación o tensión superficial es la capacidad que posee una superficie de promover la expansión y la adherencia de un líquido, siendo la unidad utilizada la dina por centímetro (dina/cm).

El método ASTM D-2578 describe el procedimiento para medir la tensión de humectación en películas de poliolefinas. El valor correspondiente se obtiene aplicando gotas de diferentes mezclas de formamida y etil-cellosolve (etilenglicol monoetil éter), de tensión superficial conocida sobre la superficie del objeto. La tensión superficial del objeto será aquella que permita a la gota de una determinada mezcla humectar la superficie por un período mayor a dos segundos. Si la humectación se logra con una gota proveniente de una mezcla con tensión superficial de 38 dinas/cm, este mismo valor se le asignará a la superficie.

 

Tensiones de tratamiento adecuadas

El nivel de tratamiento satisfactorio varía en función de la aplicación, los requisitos impuestos sobre el material tratado, la cantidad y tipo de tinta utilizados, entre otros. En principio, pudiera considerarse la siguiente referencia:

                         Nivel de Tratamiento

(dinas/cm)                  Observación

37                               Mínimo imprescindible para impresión

40                                Ideal para impresión general

42                                Mínimo imprescindible para plastificación y laminación

45                                Mínimo imprescindible para unión de película con adhesivos

La presencia de ciertos aditivos en la superficie del objeto interfiere con el nivel de tratamiento, por lo que las películas o envases producidos a partir de resinas de polipropileno aditivadas con agentes antiestáticos, deslizantes u otros lubricantes, pueden necesitar un nivel de tratamiento mayor.

La migración de los aditivos a la superficie del objeto ocurre de 24 a 48 horas después del proceso de producción, pudiendo disminuir el nivel de tratamiento hasta en 3 dinas/cm.