Tratamiento corona: ¿Por qué todas las películas no se tratan de la misma manera?

Tratamiento corona: ¿Por qué todas las películas no se tratan de la misma manera?

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¿Cuál es su expectativa cuando enciende el tratador corona? ¿Espera ver los mismos resultados cada vez que corre la película a través de él? ¿Es usted consciente de las variables que pueden afectar los resultados del tratamiento corona? ¿Qué hace cuando los resultados que obtiene son diferentes a lo esperado?

En este artículo se examinará la relación entre la película y los tratadores corona. Daremos una mirada a los aspectos del proceso que se pueden controlar, cómo establecer correctamente sus expectativas, y qué hacer cuando se obtienen resultados que lo sorprenden.

Fundamentos del tratamiento corona
Es importante reconocer lo que hace un tratador corona. A pesar de que posee la capacidad de que las películas se vuelvan permeables para su conversión, no es un dispositivo poderoso que las transforma mágicamente a todas. Se trata, esencialmente, de un condensador que crea un campo de aire ionizado, independientemente del tipo de película que está pasando a través de él.

El tratamiento corona hace varias cosas sobre una superficie. Forma material de bajo peso molecular sobre la superficie de la película, oxida la superficie de la película y forma áreas positivas y negativas mediante la adición y supresión de electrones. También remueve contaminantes orgánicos e inorgánicos de la película que pueden interferir con la adhesión. Sabemos también por técnicas de imagen de microscopio electrónico de barrido que el tratamiento corona puede cambiar microscópicamente y aumentar el área superficial de las películas, lo que amplía las posibilidades de una adhesión exitosa. Pero dado que el tratador corona no sabe qué tipo de película está pasando a través de él, es responsabilidad de los convertidores entender las dinámicas asociadas a este proceso.

Variables bajo su control
Asumiendo que se tiene el tratador corona correctamente configurado con un espacio de aire constante a través de la bobina, la variable primaria que está bajo su control es la cantidad de tratamiento que se aplica a la película. Esto se mide más eficazmente como densidad de potencia (dP). No es tan simple como ajustar el indicador de kilovatios en la fuente de alimentación. La fórmula de la densidad de potencia (dP) toma en consideración la salida en kilovatios del tratador corona, el ancho de la zona de tratamiento, el número de lados y la velocidad de la película que se está tratando.

Como punto de referencia, la mayoría de los sistemas de tratamiento corona para aplicaciones de conversión tienen una capacidad comprendida entre una densidad de potencia (dP) de 2 y 3 vatios /pie cuadrado /minuto. Por supuesto, no es posible simplemente mirar una película y determinar si se ha tratado superficialmente, y mucho menos a qué nivel. El mejor indicador de éxito del tratamiento de una superficie es ejecutar todo el proceso y evaluar los resultados de adhesión. Una prueba rápida para comprobar si hay cambios en la superficie después del tratamiento es una prueba dina.

Las dinas son unidades de medida que indican la energía superficial de una película. Es importante tener en cuenta tres consideraciones al utilizar niveles dina. La primera es que los resultados dependen de la realización correcta de la prueba y de la adecuada interpretación de los resultados; las variaciones de más o menos 2 dinas son muy comunes. En segundo lugar, las mediciones dina antes y después del tratamiento solo están probando una pequeña parte de la película. Por último, es necesario comprender que alcanzar el nivel de dinas propuesto no garantiza la adherencia. No es raro observar diferentes resultados de adhesión de la película con niveles dina idénticos.

Hay una gran cantidad de información disponible en la industria sobre cómo realizar correctamente las pruebas de dinas. Estas comprenden desde marcadores simples de dinas hasta procedimientos más precisos de prueba, como los de las barras de medición Meyer Rod. Cualquiera que sea el método que la empresa decida adoptar, es necesario asegurar la capacitación adecuada del personal para que se cumplan los protocolos de prueba adecuados.

Factores que afectan la capacidad de respuesta de una película al tratamiento corona
Por lo general, las películas de plástico son químicamente inertes, tienen sitios de unión limitados y son hidrófobicas (Gráfica 2). Dejaremos la contaminación superficial y la migración de aditivos para más adelante.

Muchos usuarios de los tratadores corona esperan que la aplicación de la misma cantidad de tratamiento sobre diferentes películas produzca el mismo resultado en dinas. Esto simplemente no es verdad. La primera variable es el nivel de dinas inicial de la película. La segunda variable es la receptividad de la película al tratamiento corona.

En la Gráfica 3 compartimos datos de ensayos de laboratorio que comparan los resultados del tratamiento de superficie de PP pretratado, PET y PS. Todas las películas fueron tratadas con una densidad de potencia (dP) de 1,1. Se puede ver que el PS se mostró muy receptivo al tratamiento corona y su nivel de dinas aumentó de 36 a 60 dinas. El PET fue medianamente sensible y aumentó hasta 46 dinas. La película de PP, sin embargo, apenas si mostró algún aumento. Si se requiriera un objetivo de 44 dinas, sería necesario aplicar una densidad de potencia superior. Si se recuerda la fórmula densidad de potencia que vimos antes, se verá que es posible bien sea aumentar la producción de energía, reducir la velocidad o realizar ambas cosas para aumentar la densidad de potencia.

Dado que el tratador corona es incapaz de reconocer con qué tipo de película está trabajando, es imperativo que sus operadores comprendan que cada película responderá de manera diferente a los niveles de tratamiento aplicados y establezcan, en consecuencia, la densidad de potencia correspondiente. Una advertencia, los aumentos en la densidad de potencia no crean cambios proporcionales en los niveles dina, por lo tanto, es importante hacer pruebas y desarrollar fórmulas para determinar niveles de tratamiento que funcionen mejor para cada una de las aplicaciones.

Cómo responden las películas a los cambios en los niveles de tratamiento
En términos generales, las densidades de potencia más altas producen niveles dina superiores. Sin embargo, no se puede utilizar la densidad de potencia para predecir los niveles dina. ¿Por qué razón? Un sistema de tratamiento de corona no es un dispositivo inteligente. Por ejemplo, no tiene idea de que la película que trabaja hoy es nueva o vieja, ni si tiene más o menos aditivos que la película con la que trabajó antes.

A continuación, la Gráfica 4 muestra cómo respondieron películas diferentes ante varios aumentos en la densidad de potencia. ¿Qué podemos aprender de estos datos?

  1. En nuestra prueba de laboratorio el BOPP y el PP respondieron de manera diferente a la misma cantidad de densidad de potencia. Una densidad de potencia (dP) de 1,1 produjo un cambio de nivel de 6 dinas en el BOPP, pero solo de 2 dinas en el PP. Este es otro ejemplo claro de que las películas responden de manera diferente al mismo nivel de tratamiento de superficie.

  2. Para lograr un nivel dina de 52, el material BOPP requirió un nivel de tratamiento de densidad de potencia (dP) de 2,2. En comparación, al duplicar ese nivel densidad de potencia (dP) a 4,4 en el material de PP se genera un nivel dina de 56. Este es un buen ejemplo de que cada película tiene una “firma” o capacidad de respuesta única al tratamiento.

Cabe señalar que, en algunos casos, una película del mismo tipo puede producir resultados diferentes. Esta es la razón por la que resulta crítico documentar todos los resultados. Por ejemplo, digamos que una operación alcanza rutinariamente resultados similares a los que se muestran en la Gráfica 5. Pero un día su personal de operaciones descubre que la película no está alcanzando los niveles dina esperados con la misma densidad de potencia. Ciertamente, la causa podría estar relacionada con el tratador corona y, de ser así, por lo general, resultaría muy sencillo identificar el problema. Sin embargo, en estos casos con mucha frecuencia se descubre que el resultado inesperado del tratamiento de superficie es causado por un cambio en la película. La edad de la película, las condiciones de su almacenamiento, y los cambios en los agentes de deslizamiento y en los aditivos pueden afectar la manera en que la película responde al tratamiento.

El costo de los niveles dina más altos
Nuestra discusión sobre las diferentes capacidades de respuesta de las películas al tratamiento corona podría terminar aquí, pero quiero dejar un mensaje final con respecto al costo de su próximo tratador corona. La Gráfica 5 ilustra la capacidad de respuesta del polietileno de baja densidad a varias densidades de potencia. Se advierte aquí que el paso de 40 a 52 dinas demandó una densidad de potencia (dP) de 7,1. Recordemos que declaramos, como pauta general, que una densidad de potencia (dP) de entre 2 y 3 es la que normalmente se requiere para la mayoría de aplicaciones de conversión.

¿Cuáles son las repercusiones de necesitar una densidad de potencia (dP) de 7,1? El tamaño físico y el costo del tratador corona aumentan enormemente. Se requiere un rodillo de piso más grande para disipar el calor creado por este nivel de potencia más alto; se pueden requerir igualmente conjuntos de electrodos adicionales para lograr la densidad de potencia; aumentará la necesidad de contar con un mayor flujo de aire para el sistema de escape y, por supuesto, la fuente de alimentación deberá tener también una mayor capacidad. Todos estos cambios aumentan significativamente el costo del tratador de corona.

¡Pero esperemos un minuto! ¿realmente necesitamos una densidad de potencia de 7,1? Bueno, eso depende de cómo usted determina sus metas de adhesión. ¿Su proveedor de tintas o recubrimientos, o su cliente, recomiendan un nivel de 52 dinas? ¿Ha probado sus resultados reales de adhesión a diferentes niveles dina? Esta es una buena manera de recordar que la razón principal por la se hace el tratamiento corona es para mejorar la adhesión, no para lograr un nivel de dinas.

Resumen
Los tratadores corona aplican un tratamiento que se mide en densidad de potencia (dP), para mejorar la permeabilidad de la superficie. En términos generales, las densidades de potencia más altas producen niveles dina más altos, pero la relación no siempre es lineal. Ensayos de laboratorio que se comparten en este artículo ilustran cómo diferentes películas tienen una respuesta única, una “firma”, ante diversas densidades de potencia. El primer paso en la comprensión de la relación entre la película y el tratamiento de corona es reconocer que el tratador es incapaz de saber cómo responderá la película a su tratamiento. Además, que cada película tiene una respuesta única “particular” al tratamiento. En última instancia, depende de su operación establecer y documentar la manera en que los niveles incrementales de tratamiento afectan el éxito final de sus metas de adhesión.

Este artículo fue escrito por Tom Gilbertson, Vicepresidente de Ingeniería de Aplicaciones en Enercon Industries Corporation. Viene de la revista impresa con el código 0215CORONA.

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