Preparação de plásticos para pintura

Preparação de plásticos para pintura

Os processos usados para aplicar a maioria das tintas líquidas em plásticos não são muito diferentes dos empregados na pintura de metais, embora a pintura a pó ainda seja bastante incomum em plásticos. Além disso, certos métodos de pintura específicos, amplamente usados em metais, como a deposição química (autoforética) e o revestimento por eletrodeposição, não são possíveis com plásticos. Mas todas as outras técnicas, como pincel, imersão, escoamento (flow coating), cortina (curtain coating), inclusive todas as variações de pulverização e atomização rotativa, são usadas para revestir tanto metais quanto plásticos. Com o advento da cura por radiação UV e da cura em baixa temperatura de certas tintas em pó, a aplicação de pó em alguns plásticos com alguma resistência ao calor já está sendo feita, embora essa tecnologia ainda esteja em seus primórdios.

A pintabilidade de todos os metais comumente usados na fabricação é bastante semelhante. Isso é possível, em parte, porque os valores de energia de superfície, condutividade elétrica, condutividade térmica e resistência ao calor dos metais são todos muito próximos. Isso decididamente não vale para os plásticos. Em geral, os valores desses atributos nos plásticos são muito menores que nos metais, e os valores entre os diversos plásticos variam de forma extrema. Mesmo dentro de uma determinada família de plásticos, a pintabilidade pode ser surpreendentemente diferente, devido às diferenças de peso molecular e à incorporação de aditivos distintos na fabricação das várias resinas. A composição base do plástico pode consistir em uma única resina ou em uma mistura de duas ou mais resinas diferentes. Uma composição de resina pode incluir uma variedade de cargas, extensores e plastificantes. Aditivos são frequentemente adicionados às resinas para obter propriedades físicas e químicas desejáveis; pigmentos são introduzidos para alterar o brilho ou dar cor. A natureza química e as quantidades desses aditivos tendem a mudar significativamente a pintabilidade dessa formulação específica. Mesmo peças fabricadas com a mesma formulação de resina não têm necessariamente a mesma pintabilidade. O processo de moldagem, extrusão ou outra conformação usado para produzir a peça também pode ter papel importante na pintabilidade, devido às tensões induzidas na peça, à resina e à reticulação.

A natureza química da resina determina em grande parte a energia de superfície do plástico. Em geral, uma superfície com maior energia de superfície é mais facilmente “molhada” pela tinta e, portanto, mais “pintável”, o que significa melhor adesão do revestimento. Observa-se que a adesão da tinta a metais costuma ser superior à adesão em plásticos, porque os metais normalmente têm energias de superfície substancialmente maiores que os plásticos. A baixa polaridade das moléculas de plásticos como o polietileno e o polipropileno é a causa da baixa energia de superfície (e da má pintabilidade) desses plásticos. Aumentar a energia de superfície e, com isso, a adesão da tinta é uma das principais finalidades do pré-tratamento de plásticos.

Principais conclusões

• A maioria dos métodos de pintura líquida vem dos metais, mas a deposição química e o revestimento por eletrodeposição não são possíveis em plásticos.
• A estática é um problema específico dos plásticos. Os plásticos são isolantes, portanto acumulam carga e atraem poeira do ar antes da pintura.
• Os desmoldantes à base de cera são inimigos da tinta. Os desmoldantes solúveis em água são bem preferíveis e saem com detergente aquoso comum.
• Superfícies lisas precisam ser rugosas, por meios químicos ou mecânicos, para criar os pontos de ancoragem de que a tinta precisa.
• O ensaio de envelhecimento acelerado prevê o desempenho em campo: calor seco, calor úmido e um grupo de controle, seguidos de ensaio de descolamento conforme a ASTM D3330.

Perguntas frequentes

Quais contaminantes precisam ser removidos antes de pintar plástico?

Impressões digitais, poeira, fiapos e resíduos de desmoldante. A limpeza com detergente costuma remover os sais e óleos depositados por mãos nuas, e a contaminação por impressões digitais pode ser totalmente evitada se os operadores usarem luvas sem fiapos desde a conformação até a aplicação da tinta.

Por que as peças plásticas atraem poeira antes da pintura?

Porque a maioria dos plásticos é isolante ou má condutora de eletricidade, acumulando cargas estáticas que atraem e retêm partículas do ar. O controle de estática é uma etapa de que as linhas de acabamento de metais simplesmente não precisam.

Quais desmoldantes são compatíveis com a pintura?

Os desmoldantes solúveis em água, que saem facilmente com limpeza com detergente aquoso comum. Os desmoldantes do tipo cera às vezes podem ser removidos com solvente, mas não são recomendados para peças que serão pintadas, e o uso de solvente já é desaconselhado por questões de COV, incêndio e saúde.

Como fazer a tinta aderir a uma superfície plástica lisa?

Tornando-a rugosa. Os plásticos têm baixa energia de superfície e baixo perfil de superfície, e superfícies lisas dão má adesão. O caminho usual é o ataque químico (etching) para gerar microrrugosidade e pontos de ancoragem, de preferência feito pelos solventes já presentes na tinta aplicada.

Como testar a adesão da tinta no longo prazo?

Com ensaio de envelhecimento acelerado. Um projeto viável usa três grupos: cinco dias a 158°F em ambiente seco, cinco dias a 90°F e 90% de umidade e um controle em condições ambientes. Inspecione visualmente em comparação com o controle logo depois e, em seguida, faça o ensaio de descolamento conforme a ASTM D3330 quando as amostras estiverem estabilizadas, na maioria das vezes a 180°.

Limpeza de substratos plásticos

Como qualquer outra superfície a ser pintada, os plásticos precisam estar razoavelmente livres de sujeira ou materiais estranhos. As sujeiras comuns em itens plásticos a revestir incluem impressões digitais, poeira, fiapos e resíduos de desmoldante. Normalmente, a limpeza com detergente remove de forma satisfatória os sais e óleos depositados no plástico pelo toque com as mãos nuas. As sujeiras de impressões digitais podem ser totalmente evitadas se os trabalhadores que manuseiam as peças, do processo de conformação até a etapa de aplicação da tinta, usarem luvas sem fiapos.

A maioria dos plásticos é isolante ou condutora elétrica ineficaz. Como resultado, tende a acumular cargas estáticas que atraem e retêm com firmeza partículas de fiapos e poeira. Limpar com um pano adesivo (tack cloth) pode não remover todos esses contaminantes. Um excelente método para remover fiapos e sujeira atraídos por estática é usar um sopro de ar deseletrizante. O eliminador de estática deve gerar cargas positivas e negativas; a maioria das unidades usa uma fonte fraca de emissão radioativa no ar de sopro. O ar de admissão é filtrado e o ar carregado de íons é soprado sobre a peça, de modo que os íons positivos e negativos neutralizem todas as cargas estáticas. A eliminação de estática precisa ser feita imediatamente antes da pintura, para que as peças entrem no processo de revestimento o mais limpas possível. Atrasos entre a eliminação de estática e a pintura permitem que as cargas se formem novamente e, em consequência, as peças voltem a acumular partículas na superfície.

Ao instalar as operações de pintura de plásticos dentro de uma “sala limpa”, sujeiras como poeira e fiapos são controladas com mais facilidade. O ar de suprimento deve ser filtrado e mantido em cerca de 50% de umidade relativa. Somente pessoas autorizadas, usando macacões sem fiapos, toucas e protetores de sapato, devem ter acesso a essa sala em qualquer momento.

Desmoldantes e plastificantes

Existem alguns desmoldantes compatíveis com pintura, mas muitos outros prejudicam a adesão da tinta. Podem ser necessárias várias técnicas para remover esses agentes usados para facilitar a separação das peças plásticas dos moldes. Os desmoldantes do tipo cera às vezes podem ser removidos por limpeza com solvente, mas esse tipo de desmoldante não é recomendado para peças que serão pintadas. O uso de solventes é quase automaticamente desaconselhado devido às restrições de emissão de COV e aos possíveis perigos de incêndio e à saúde de muitos solventes. Os desmoldantes solúveis em água são muito preferíveis. A remoção deles da superfície do plástico é feita com facilidade com soluções aquosas de detergente comuns.

Agentes desmoldantes também podem ser misturados às formulações de plástico; são chamados de desmoldantes “internos”. Os desmoldantes internos devem ser evitados sempre que possível. A pintabilidade pode ou não ser prejudicada de imediato, e os ensaios de adesão do controle de qualidade podem mostrar excelente adesão inicial. Em alguns casos, porém, os desmoldantes internos migraram lentamente para a superfície da peça e causaram falha de adesão da tinta meses depois de a peça ser pintada.

Plastificantes podem ser adicionados às resinas de moldagem para aumentar a resistência ao impacto, mas muitas vezes reduzem a adesão da tinta, assim como os desmoldantes. Alguns plastificantes migram lentamente para a superfície e amolecem a interface entre o plástico e a tinta, resultando em perda de adesão. Nesse caso também, os ensaios iniciais de adesão da tinta podem ser totalmente satisfatórios, mas o descolamento ou a separação posterior da película de tinta da superfície plástica ocorre mais tarde. Isso pode resultar em falhas caras em campo e em ações de responsabilidade civil, muito depois de a peça ter entrado em serviço.

Como obter adesão robusta da tinta

A maioria das superfícies plásticas tem não só baixa energia de superfície, mas também, por natureza, baixo perfil de superfície. Superfícies lisas tendem a dar má adesão da tinta, a menos que sejam primeiro tornadas rugosas por meios químicos ou mecânicos. Os revestimentos de conversão em metais contribuem para a adesão da tinta, em parte, pela superfície microrrugosa da camada inorgânica produzida no metal. A forma mais comum de superar a lisura da superfície dos plásticos é atacar a superfície com um agente químico para gerar microrrugosidade e pontos de ancoragem que darão adesão à tinta. Se possível, o ataque é feito pelos solventes presentes na tinta aplicada, para evitar uma etapa de processamento separada. A escolha do solvente da tinta é bastante crítica, pois solventes diferentes atacam os plásticos em velocidades diferentes. Tanto o ataque excessivo quanto o insuficiente devem ser evitados. O ataque insuficiente não dá a adesão adequada; o excessivo pode danificar o plástico. Pode empenar a peça, expor partículas de cargas e extensores e talvez até criar áreas em que materiais do plástico migrem para o revestimento. Alguns plásticos, como o policarbonato ou o poliestireno, racham ou sofrem microfissuras superficiais excessivas com o ataque de solventes a que são especialmente sensíveis. Se os plásticos tiverem áreas muito tensionadas pelo processo de moldagem, os solventes podem formar rachaduras visíveis nessas áreas devido ao alívio de tensões. Portanto, é necessário cuidado quando o ataque com solvente é feito.

Quando algumas formas de peça são moldadas, há áreas em que o fluxo rápido da injeção do plástico produz aquecimento por atrito significativo da peça dentro do molde. Nessas áreas forma-se uma pele altamente reticulada (vitrificada) que resiste ao ataque com solvente. A adesão da tinta será ruim nessas áreas, a menos que se tomem medidas para remover a pele plástica excessivamente dura. Essas áreas podem ser desvitrificadas o suficiente para permitir adesão satisfatória da tinta por tamboreamento com meio moderadamente abrasivo ou por jateamento da superfície com material abrasivo pouco agressivo. Um breve tratamento de imersão em solvente quente ou em vapor de solvente também é eficaz em algumas peças. Mas criar microrrugosidade com solventes geralmente só é eficaz se o próprio plástico for pelo menos um pouco polar.

Quando a desvitrificação ou o ataque com solvente não é eficaz ou não é desejável, pode ser necessário usar uma reação química para criar grupos oxidados polares na superfície. Isso vale especialmente para superfícies plásticas extremamente apolares. O polipropileno e o polietileno são dois exemplos de plásticos pouco polares tratados por oxidação. Essas resinas e plásticos semelhantes de baixa polaridade podem ser expostos brevemente a uma chama aberta de um queimador a gás. Isso inicia uma reação química oxidativa (queima incipiente) que, embora não seja suficiente para ser visível, forma polaridade suficiente na superfície para dar excelente adesão da tinta. A passagem das peças plásticas por uma descarga corona elétrica que gera ozônio também tem sido usada para causar oxidação superficial. A corona produz átomos de oxigênio excitados que formam ozônio, o qual, por sua vez, ataca oxidativamente o plástico para produzir grupos polares, como hidroxila, carbonila e ácido carboxílico.

Plásticos de baixa polaridade também podem ser oxidados na superfície com produtos químicos sensíveis à luz, chamados fotossensibilizadores, seguidos de exposição à luz ultravioleta. A luz UV “quebra” as moléculas dos compostos fotossensíveis para formar radicais livres. Os radicais livres são espécies extremamente reativas que, nesse processo, se combinam com o oxigênio presente no ar. Os radicais livres de oxigênio, por sua vez, reagem com o plástico para produzir grupos polares na superfície.

A tecnologia de plasma frio de gás pode ser empregada para pré-tratar plásticos e oxidar a superfície, melhorando de forma expressiva as propriedades da superfície para a adesão da tinta. Quando um gás é forçado a absorver energia suficiente, ele se ioniza, ou vira “plasma”. Um gerador de radiofrequência fornece a excitação. A soldagem a arco e a iluminação fluorescente são exemplos de um fenômeno em que um “brilho” é causado por íons excitados que voltam ao seu estado de energia estável. Dentro dos limites de segurança do sistema, esse processo pode usar qualquer gás isolado ou mistura de gases. Oxigênio, nitrogênio, hélio, argônio, ar e amônia já foram usados para essa finalidade.

O condicionamento por plasma também permite pintar plásticos com boa adesão. O reator de plasma é tipicamente uma câmara de vácuo com uma porta de vedação firme para carga e descarga das peças. Uma descarga luminescente pode ser observada quando o reator está em operação. O tratamento com plasma de gás microataca e ativa a superfície. Um tratamento breve cria uma superfície polar, de alta energia de superfície, em um plástico que de outra forma seria pouco polar ou apolar, permitindo que seja “molhado” completa e uniformemente pela tinta. Os processos de plasma normalmente não alteram o aspecto da superfície, de modo que os materiais podem ser tratados sem causar descoloração. É possível obter excelente adesão com a mesma tinta usada em metais. Isso pode ser um recurso importante para alguns fabricantes, pois uma unidade montada que contém plástico e metal pode ser pintada simultaneamente com o mesmo revestimento.

Menos eficaz é o uso de agentes oxidantes químicos na própria tinta para oxidar a superfície do plástico o suficiente para gerar melhor adesão. A espectroscopia de infravermelho por refletância verificou que esses tratamentos produzem na superfície do plástico os mesmos grupos oxigenados (hidroxila, carbonila e ácido carboxílico) que os outros processos oxidantes, apenas em menor quantidade. Somente em casos limitados os oxidantes na própria tinta causarão polaridade suficiente para uma adesão durável da tinta.

Os pré-tratamentos de superfície aumentam (ampliam) as janelas de processamento. Por exemplo, poliolefinas “não tratadas” têm energias de superfície na faixa de 29-31 dynes/cm. Para processos de pintura, essas superfícies exigem níveis de tratamento na faixa de 38-60 dynes/cm, dependendo do tipo de química do revestimento, por exemplo, à base de solvente, à base de água ou UV. Cada método de pré-tratamento é específico da aplicação e tem potenciais vantagens, limitações e implicações de custo. Em certas circunstâncias, os processos de oxidação em fase gasosa podem afetar negativamente operações de fabricação subsequentes, como a termossoldagem. É fundamental uma avaliação completa antes da implantação na produção.

Ensaios de adesão

Muitos métodos são usados para medir a adesão da tinta e a dureza ao risco. O ensaio de envelhecimento acelerado é uma técnica que pode ajudar a prever o desempenho do produto no longo prazo. O projeto de experimento a seguir é um exemplo:

• Grupo 1: cinco (5) dias, 158°F, seco, sem umidade
• Grupo 2: cinco (5) dias, 90°F, 90% de umidade
• Grupo 3: grupo de controle, condições ambientes

Deve-se fazer uma inspeção visual imediatamente após o ensaio e compará-la com o grupo de controle. Depois que as amostras estiverem estabilizadas, devem-se realizar ensaios de descolamento conforme a ASTM D3330. Em muitas aplicações, o ensaio de descolamento a 180° é o mais usado. Para fins de comparação, também se sugere o descolamento a 90°. Esse ensaio pode dar uma ideia mais fiel do desempenho de adesão, embora os valores possam ser menores que os registrados no descolamento a 180°. Estender o ensaio do Grupo 1 de 5 para 10 dias não preveria o dobro do desempenho em campo, pois a relação não é linear; no entanto, indicaria resultados mais robustos.

Scott R. Sabreen é fundador e presidente da The Sabreen Group Inc. (TSG). A TSG é uma empresa de tecnologia especializada em engenharia de operações de transformação secundária de plásticos: pré-tratamentos de superfície, colagem, decoração e acabamento e marcação a laser. O Dr. Norman R. Roobol (770-487-9133 ou [email protected]) é consultor de pintura industrial com mais de 35 anos de experiência e autor de vários livros. Para mais informações, ligue para 888-SABREEN ou visite: www.sabreen.com.

---