A elegir sustratos... ¡de película!

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Publicado por la Asociación de Industriales Metalizadores, Recubridores y Laminadores (AIMCAL) y Conversión, B2Bportales Inc.

Los productos comerciales se fabrican de muchas maneras y utilizando diversos materiales. En la fabricación de productos de películas recubiertas y metalizadas, tales como las etiquetas o materiales para empaques, los sustratos flexibles delgados (tales como películas, papeles y foils metálicos) se modifican y combinan para dar como resultado un producto con propiedades mejoradas que no se habría podido obtener utilizando un sólo sustrato individualmente.

Por lo general, el sustrato debe proporcionar varias características cruciales necesarias para elaborar el producto final y permitir su fabricación. Estos atributos principales son: Resistencia, estabilidad térmica, permeabilidad, propiedades ópticas específicas, amplia área superficial por libra y características especiales de la superficie.

Los factores que controlan la conveniencia del sustrato para un uso final determinado son: El material de base, el método de manufactura del sustrato y ciertas modificaciones adicionales que se le realizan a la superficie en el momento de la manufactura. En mi opinión, existen dos grandes categorías de sustratos: Las que se califican por su calidad superficial inherente (lisura, alto brillo y carencia de defectos); y las que ofrecen un área superficial con atributos especiales: Alto rendimiento, facilidad de sellado, imprimibilidad, cualidades de barrera y laminabilidad.

Salvo los foils metálicos, la mayoría de los sustratos que se utilizan en la actualidad se fabrican con polímeros naturales (celulosa, caucho), o polímeros sintéticos (poliéster, polietileno, polipropileno, policloruro de vinilo, etc.), y el método de manufactura o conversión del polímero para transformarlo en un sustrato delgado controla las propiedades específicas y valores que se le incorporan. Como ejemplo, en el caso de la celulosa, el sustrato puede ser opaco y de alta permeabilidad con fibras entrelazadas entre sí como en el papel, o también transparente y semi-permeable mediante la disolución y precipitación del polímero (fundición de la solución), como en las hojas de celofán. Los dos sustratos retienen la alta estabilidad térmica de este polímero básico y se pueden emplear en los mismos usos finales comunes, empaques y metalización, pero son muy diferentes en cuanto a las propiedades que los hacen convenientes o no para ciertas aplicaciones particulares. El polietileno también se puede fabricar de forma que brinde las mismas propiedades de la celulosa, tal como se demuestra en la solidificación extrarrápida de láminas de fibra para producir el material TYVEK o mediante extrusión para producir películas sopladas, fundidas y orientadas. Esta variedad de formas y propiedades de los sustratos también se encuentra, por lo general, en otros polímeros, tanto naturales como sintéticos.

Los métodos de manufactura que se utilizan típicamente para fabricar sustratos de películas en polímeros son los de fundición por soplado, moldeado por fundición y estirado (orientación) uniaxial o biaxial de los polímeros. Las películas sopladas y fundidas ofrecen bajos grados de orientación molecular en el polímero y, por lo tanto, presentan una tensión relativamente débil, son muy extensibles, pero su resistencia al desgarramiento y al impacto es excelente. Cuando se producen películas por estiramiento, la orientación molecular se aumenta en forma significativa y las propiedades físicas se mejoran dramáticamente. La resistencia a la tracción y la rigidez se incrementan en forma dramática, mientras que la elongación, resistencia al rasgado y permeabilidad a los gases y la humedad se disminuyen.

En muchos casos, las propiedades ópticas también se ven drásticamente modificadas, pero esto se puede controlar mediante muchos factores diferentes para conferirle una transparencia mejorada a varias películas opacas cavitadas. La estabilidad térmica de los sustratos también depende mucho de la historia del procesamiento mecánico y térmico al que se haya sometido el polímero en el proceso de manufactura, mientras se pueden fabricar películas de grados de encogimiento altos y bajos utilizando todos los métodos. En este caso es también importante la selección del polímero, debido a que el comportamiento de la fundición de los polímeros determina el rango de temperatura superior en el cual es utilizable la película. Así pues, el teraftalato de polietileno (PET), cuyo punto de fundición es de 266ºC es utilizable a temperaturas superiores que las del polipropileno, cuya fundición sucede a los 166ºC. En algunos casos, las películas se fabrican mediante fundición de solventes o soluciones, pero estos procesos son cada vez menos comunes y, por lo general, se utilizan para polímeros que no son posibles de fundir en equipos de extrusión convencionales, o en casos en que se desee obtener niveles sumamente bajos de orientación residual, o en los que se requiera un grado excepcional de transparencia o de lisura en la superficie en la película. Por consiguiente, el proceso que se utiliza causa un tremendo impacto en la resistencia, ductilidad y permeabilidad de la película de polímero. Si se desea un resumen completo de los métodos de manufactura de sustratos a base de polímeros, consulte la "Encyclopedia of Polymer Science and Engineering" (Enciclopedia de Ciencia e Ingeniería de Polímeros).

Entonces, si la mayoría, por no de la totalidad, de los polímeros se puede convertir en una serie de sustratos diferentes, ¿cómo se determina cuál de ellos es más conveniente y apropiado para cada aplicación particular? Las propiedades físicas, térmicas y superficiales clave determinarán cuán adecuada es la película para cualquier tipo de proceso. En primer lugar, la película debe ser lo suficientemente resistente y rígida como para ser transportada a lo largo del proceso sin que esté presentando problemas permanentes de estirado o ruptura. Así pues, la resistencia a la tracción, el punto de deformación y el módulo de la película son factores importantes y deben ser los adecuados para mantener la elongación de la misma por debajo del punto de deformación permanente, a los niveles de tensión necesarios para el avance de la película a lo largo de la trayectoria de los equipos de conversión. Asimismo, si para un producto se requiere un material específico, se deben disminuir los niveles de tensión del equipo para acomodarse a las propiedades de tracción del material.

Si el movimiento de la película en el equipo es cíclico, con movimientos de arranque y parada, el sustrato debe estar dotado de propiedades de impacto que indiquen la ruptura durante aceleraciones repentinas y ser lo suficientemente rígido como para resistir el combado cuando se le hace avanzar.

En algunos casos las interacciones entre estos sustratos y las máquinas también pueden verse afectadas por las propiedades superficiales de la película, tales como el coeficiente de fricción COF, las cargas estáticas o la aspereza de la superficie. La disminución del COF o el aumento de la aspereza de la superficie de la película o equipo constituyen métodos que se utilizan para reducir las fuerzas requeridas para el avance del sustrato a través de la máquina durante el proceso de conversión. Si se genera estática, ésta debe ser eliminada. Si el sustrato se va a exponer al calor durante el proceso de conversión, por ejemplo, para el secado de materiales impresos o el curado de adhesivos, o para la metalizado, se deben tener en cuenta la estabilidad térmica y las propiedades de tracción a las temperaturas elevadas que experimente el sustrato. Tanto el encogimiento como la resistencia a la tracción se deben medir a la temperatura de conversión, a fin de asegurar que el sustrato se pueda procesar a los niveles de tensión requeridos del equipo sin una pérdida inaceptable en el ancho, el estirado o la relajación permanentes de la película, que den lugar a un estrechamiento en el embobinado.

Aunque no dejan de ser importantes la resistencia del sustrato y su estabilidad ante la temperatura, a la larga son las propiedades superficiales del sustrato las que determinan su viabilidad definitiva para la conversión. En el metalizado es de conocimiento general que la superficie del sustrato controla las propiedades de barrera desarrolladas. Si la superficie no se puede imprimir, metalizar o laminar, los otros atributos del sustrato resultan ser de poco valor debido a que existen muy pocas aplicaciones para la película sin estos procesos. Las propiedades superficiales clave que se deben tener en cuenta son la humectabilidad de la superficie (al nivel de energía libre o tratamiento), la composición química y la resistencia interfacial de la superficie para controlar la adhesión, el lustre de la superficie (que es la medida de la lisura de la película) y la aspereza superficial o coeficiente de fricción para controlar las fuerzas del trabajo mecánico. Estas propiedades se controlan con frecuencia mediante la estratificación selectiva de polímeros formulados en la superficie del sustrato durante el proceso de manufactura, dado que en la actualidad son pocos los sustratos que vienen en una sola capa. Las películas de múltiples capas son producidas por coextrusión, mediante el revestimiento con una solución en línea (conocido como ‘subbing’) o por revestimiento mediante extrusión.

Para obtener resultados positivos la elección de un sustrato para revestimiento o metalizado es un proceso complicado y debe tener en cuenta el polímero, los métodos de manufactura empleados y las modificaciones a la superficie del sustrato, así como la conversión y las condiciones del uso final.

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