Como medir el tratamiento superficial de las películas plásticas y cuál es el nivel de tratamiento requerido para la etapa de impresión.

La superficie de las poliolefinas (todo aquel polímero obtenido mediante la polimerización de olefinas) requiere un tratamiento previo a la impresión, con el objeto de lograr un aumento en la tensión superficial del sustrato que permita una adecuada humectación y adherencia de las tintas.

Alrededor de 30 dinas/cm, es la tensión superficial del polietileno y el polipropileno sin tratar y su superficie es muy poco polar, es decir, de baja atracción, por lo que en la etapa de impresión con ese nivel de tratamiento nos ocasionaría diversos defectos y baja calidad de imagen.

Por tanto, es necesario buscar un aumento de la polaridad del sustrato para hacer su superficie más afín con las tintas,  y acá estaríamos hablando de la selección de uno de los métodos de tratamiento superficial que existe como: Ataque químico, Flama,  Descarga de corona ó uso de primarios (primers). De todos estos procedimientos, sólo tengo experiencia en el tratamiento superficial por descarga de corona, que se le realiza a las películas de poliolefinas para empaque flexibles, ocasionando un aumento de la tensión superficial mediante una oxidación del sustrato.

El rango de niveles de tratamiento superficial adecuado para la etapa de impresión de películas está entre 38 y 40 dinas/cm. Niveles por debajo de 38 dinas/cm puede ocasionar problemas de mala adherencia de las tintas al sustrato ocasionando diversas fallas en la impresión comprometiendo la calidad del producto final.

Muchas veces caemos en el error de pensar que al tener sustratos con niveles de tratamientos mayores de 40 dinas/cm vamos a lograr mayores resultados en la impresión, pues es todo lo contrario ya que damos lugar a la pérdida de resistencia del sustrato, bloqueo y  baja fuerza de sellado.

Es fundamental entonces el control del tratamiento superficial por parte del extrusor e impresor, para obtener un sustrato impreso de calidad y que cumpla con las exigencias del mercado.

La manera como se determinan los niveles de tratamiento, consiste en preparar soluciones de tensión superficial conocida y aplicarlos al material que se desea probar.



A continuación describo el método por medio del cual se puede llevar a cabo esta prueba:

Objetivo

Determinar el grado de tratamiento superficial del polietileno y polipropileno. Esto se lleva a cabo por medición de la humectabilidad de la superficie del sustrato a medir con soluciones de formamida y etil-cellosolve

Reactivos y equipo necesario

  1. Cellosolve (etilen-glicol Mono-Etil éter) debe ser grado anhídrido
  2. Formamida
  3. Frascos de 100 ml con tapones adecuados
  4. Aplicadores de algodón o bastoncillos
  5. Buretas de 100 ml para preparar las soluciones de formamida-cellosolve
  6. Colorante soluble, generalmente uso azul de metileno (cloruro de metiltionina)

Precauciones

  1. La formamida y el cellosolve causan irritación en la piel y mucosas, son muy peligrosos en contacto directo con los ojos.
  2. Ambos son tóxicos y deben tomarse las debidas medidas y precauciones para su manipulación.
  3. Cellosolve es un disolvente inflamable.
  4. Los ensayos deben llevarse a cabo con adecuada ventilación
  5. Las soluciones deben prepararse bajo campanas de extracción.
  6. Mantenga siempre cerrado el frasco ya que el cellosolve tiende a evaporarse modificando la composición de la mezcla.

Las soluciones en mi trabajo siempre eran preparadas por los analistas hombres, prohibiéndose a las mujeres realizar dicha operación por riesgo de esterilidad, aunque no he encontrado información suficiente que respalde esa afirmación, lo que sí se sabe es que la formamida es un teratógeno (sustancias que pueden causar defectos de nacimiento a través de un tóxico, efecto sobre el embrión o el feto). Ahora bien, un estudio reciente sugiere que la exposición ocupacional a los éteres de glicol se relaciona con baja motilidad recuento de espermatozoides*, un hallazgo disputado por la industria química.**



Procedimiento

  1. Tomar las precauciones para que la muestra del sustrato no sea tocada con los dedos o contaminada en las áreas donde se va a chequear el tratamiento superficial.
  2. Colocar la muestra (polietileno o similar) sobre una superficie horizontal con la cara tratada hacia arriba.
  3. Humedecer el aplicador de algodón con una de las soluciones, por ejemplo la de 38 dinas/cm.
  4. Esparcir el líquido impregnado en el aplicador de algodón suavemente sobre la superficie de la muestra de polietileno, deslizando horizontalmente el aplicador aproximadamente de 5 a 7 cm.
  5. Estimar el tiempo requerido para que el film continuo del líquido rompa en forma de gotas (reticule).
  6. Si el film continuo de liquido se mantiene durante más de dos segundos, esto indica que el material tiene mayor o igual tensión superficial que la solución empleada, por tanto es necesario utilizar la mezcla siguiente de mayor tensión superficial. Usando un nuevo algodón proceder como en el punto 4.            
  7. Si el film continuo de líquido se rompe en gotas en menos de dos segundos, esto indica que el material tiene menor tensión superficial que la solución empleada, por tanto se ensaya con la mezcla de tensión superficial inmediata inferior. Usando un nuevo algodón proceder como en el punto 4.
  8. Repetir los pasos anteriores hasta que sea posible seleccionar una mezcla que llegue a humectar la superficie del sustrato por espacio de dos segundos. La tensión superficial de esta mezcla en dinas/cm se conoce como humectabilidad de polietileno o polipropileno.
  9. Repetir la prueba en diferentes zonas del polietileno o polipropileno. Un film uniformemente tratado deberá tener la misma humectabilidad en toda el área del film tratado.


La descripción de este procedimiento para medir la tensión de humectación en películas de poliolefinas se encuentra normalizado por la ASTM International con el número D-2578, y también encontramos la norma 465:1995 (Determinación del grado de tratamiento superficial en películas plásticas y laminados).

Anexo la siguiente tabla con la concentración de las mezclas de cellosolve-formamida, información útil en la preparación de las soluciones para medir la tensión superficial de polietileno y polipropileno tratados:

La forma precisa de medir el tratamiento superficial de las películas plásticas es mediante soluciones preparadas descritas en este procedimiento. Sin embargo, un método más práctico y fácil para medir la tensión superficial es mediante la utilización de tintas de prueba o conocidos también como marcadores de verificación de tratado. Estos marcadores se encuentran disponibles en el mercado en niveles de dinas de 30 hasta 56 dinas/cm.



Utilizando marcadores de verificación de tratado, sugiero seguir el siguiente procedimiento:

  1. Destapar el marcador.
  2. Aplicar la solución del marcador sobre la muestra a medir.
  3. Observar y estimar el tiempo requerido para que la solución rompa en forma de pequeñas gotas (reticule), o para que la periferia encoja.  Si la solución de dinas no se descompone en pequeñas gotas o encogimiento de la periferia después de 2 segundos, repita la prueba con la siguiente solución más alta.                    Si la solución se descompone en gotitas o encogimiento de la periferia en menos de 2 segundos, repite la prueba con la siguiente solución más baja.  Es importante no repetir la prueba en la misma área del material.        
  4. Repita los pasos 1 y 2 hasta que el nivel correcto de dinas es determinado. El nivel correcto de dinas va a ser igual a la solución que se mantiene por exactamente 2 segundos antes de que las gotitas o encogimiento en la periferia ocurra.

Ya para cerrar, quiero dar por sentado, que las consideraciones únicamente de tratamiento superficial, no garantizan una buena adhesión de las tintas al sustrato; pero sin la satisfacción de los requerimientos de tensión superficial no hay forma de conseguir la adhesión de las mismas.