Decoración y Acabado de Plásticos

Decoración y acabado

Excelencia de proceso, del concepto a la comercialización

¡Los productos con una apariencia excelente no ocurren por casualidad! Desde 1992, SABREEN ha resuelto problemas de manufactura de plásticos para 525 empresas en 34 países. Nuestras tecnologías innovadoras se emplean en la fabricación de muchos de los productos militares y comerciales más reconocidos de la actualidad, desde la Estación Espacial Internacional y productos farmacéuticos hasta cámaras de acción submarinas. La ingeniería de SABREEN ha obtenido los principales premios de la industria para nuestros clientes, incluyendo el producto del año en empaque farmacéutico/médico, incorporado al Museo Nacional Smithsonian. Nuestra participación temprana en los proyectos permite acelerar los cronogramas del proyecto.

Los procesos revolucionarios de Sabreen se traducen en manufactura de menor costo, calidad Six Sigma y ventajas competitivas decisivas en el mercado. Permítanos crear productos de apariencia dinámica para su empresa.

Tecnologías personalizadas de pegado y curado para sellado hermético de poliolefinas

Botones automotrices retroiluminados "día/noche": pintura y ablación láser

Impresión digital (inyección de tinta) sobre superficies contorneadas de plumas cilíndricas

Tampografía a 360° sobre disco de cerradura de caja fuerte en PPS, ángulo de desmoldeo de 60°

Impresión digital a color por inyección de tinta y marcado láser sobre elastómeros termoplásticos y hules. Personalización masiva.

Marcado láser subsuperficial para información y seguridad del producto

Impresión digital para personalización masiva

Recubrimiento transparente especializado para adhesión y alta resistencia al impacto

Impresión digital a todo color con recubrimiento transparente resistente a químicos, aprobado por la FDA, para estabilidad en lavavajillas

Estuches farmacéuticos/médicos para anticonceptivos, galardonados y de diseño elegante

Tejas de polímero decoradas/recubiertas para simular pizarra y tejamanil de cedro, con garantía de 40 años de resistencia a la luz, al fuego y al viento

Decoración personalizada y recubrimientos de efectos especiales que simulan tacto suave (soft-touch) y veta de madera

Los decoradores utilizan una variedad de procesos secundarios para crear efectos llamativos en envases y otras piezas plásticas. Además, los colorantes de efectos especiales pueden incorporarse por moldeo en las piezas plásticas para lograr por sí mismos una apariencia atractiva. Mejor aún, podemos combinar estos colorantes con procesos secundarios, como pintura por aspersión, tampografía, hidrografía, marcado láser y metalizado, para obtener efectos visuales y táctiles especiales y únicos.

Tipos de colorantes de efectos especiales

La Tabla 1 enumera seis clases principales de pigmentos y colorantes de efectos especiales. Todos están disponibles libres de metales pesados, y algunos cumplen con las regulaciones de la FDA para plásticos.

La Tabla 1 enumera seis clases principales de pigmentos y colorantes de efectos especiales. Todos están disponibles libres de metales pesados, y algunos cumplen con las regulaciones de la FDA para plásticos:

Pigmentos perlados. El tipo principal de pigmentos perlados utilizados en pinturas, tintas y plásticos se basa en escamas de mica recubiertas con dióxido de titanio. A medida que aumenta el espesor del recubrimiento, el color varía de blanco plateado a amarillo, rojo, azul y verde. Se pueden lograr diferentes colores agregando un segundo recubrimiento de óxido de hierro (dorado y beige) u óxido de cromo (verde), y se obtiene una gama de colores metálicos (bronce y cobre) al sustituir el dióxido de titanio por óxido de hierro.

Pigmentos metálicos. Los pigmentos metálicos se fabrican a partir de aleaciones de cobre y de aluminio, y están disponibles en una variedad de colores y formas de partícula. Las versiones de cobre varían en color desde dorado verdoso brillante hasta dorado rojizo. Las versiones de aluminio son de color plateado y gris plateado. Originalmente, la gran mayoría de las opciones se ofrecían en forma de escamas para maximizar el brillo. Al igual que con los pigmentos perlados, el transformador de plásticos debe cuidar de minimizar las fuerzas de corte para preservar la forma de la partícula, y por lo general el colorista mezcla pigmentos de diferentes tamaños de partícula para lograr el equilibrio deseado entre brillo y opacidad. Las partículas más pequeñas aportan opacidad; las partículas más grandes aportan brillo. Debido a que los pigmentos metálicos conducen calor y electricidad, con frecuencia se utilizan para aportar otras propiedades funcionales además de la decoración.

Colorantes y pigmentos fluorescentes. A veces llamados colores que "brillan a la luz del día", los colores fluorescentes funcionan "quitando a uno para darle a otro". La luz del día está compuesta por radiación ultravioleta, visible e infrarroja. En el caso de los pigmentos convencionales, el color que percibimos se debe a la reflexión de determinadas longitudes de onda de la luz visible que inciden sobre el objeto. Los pigmentos y colorantes fluorescentes aprovechan tanto los rayos ultravioleta como los visibles. Su composición química les permite emitir parte de los rayos UV que absorben en forma de radiación visible. Esta luz emitida se suma a la luz visible reflejada, dando como resultado un color mucho más brillante que parece resplandecer. Un efecto similar ocurre con la iluminación fluorescente comercial. Productos de consumo que van desde chicles hasta detergentes para ropa se han envasado en contenedores fluorescentes para atraer la atención del comprador.

Pigmentos fosforescentes. También llamados pigmentos que "brillan en la oscuridad", los pigmentos fosforescentes se están incorporando a una amplia variedad de aplicaciones, entre ellas interruptores de luz, carátulas, botones de controles remotos de TV y juguetes, por mencionar solo algunos. Mientras que los pigmentos convencionales emiten luz tan rápido como la absorben, los fosforescentes interactúan de manera diferente con las fuentes de luz. Estos pigmentos absorben fácilmente la luz en un amplio rango de longitudes de onda, pero la reemiten muy lentamente a lo largo del tiempo. Originalmente, estos pigmentos se basaban en una química de sulfuro de cadmio. Pero hoy en día, varias empresas ofrecen versiones libres de metales pesados. El artículo coloreado con estos pigmentos se "carga" exponiéndolo a una fuente de luz visible —basta con un foco incandescente común— y el artículo brillará durante varias horas después de retirarlo de la fuente de luz.

Colorantes termocrómicos y fotocrómicos. Estos colorantes producen efectos llamativos de cambio de color. Como su nombre lo indica, los colorantes termocrómicos cambian de color en respuesta a un cambio de temperatura. Son colorantes complejos compuestos por un tinte, un activador y un solvente. El punto de fusión del solvente determina la temperatura a la que ocurre el cambio de color, mientras que el tinte determina el color. Los termocrómicos funcionan mejor en "plásticos suaves". Por ejemplo, son más efectivos en PE, poliestireno de alto impacto y PVC flexible que en PP, poliestireno cristal o PVC rígido. Esto se debe a que los plásticos más suaves cuentan con mayor volumen libre disponible para alojar los 3 componentes requeridos. Los termocrómicos disponibles comercialmente varían ampliamente en precio, pero todos deben usarse en niveles bastante altos para lograr un efecto de cambio de color notable. Los colorantes fotocrómicos se basan en tintes que cambian su forma molecular al exponerse a la luz solar. Los fotocrómicos pueden usarse en niveles bajos (aproximadamente 0.5% o menos) y funcionan bien en plásticos transparentes.

Los recubrimientos decorativos de base acuosa ofrecen una apariencia excepcional, funcionalidad, buen valor y son amigables con el medio ambiente. El recubrimiento de base acuosa es una tecnología de rápido desarrollo que utiliza el agua como medio para transferir el recubrimiento a la superficie plástica, y se está convirtiendo en el nuevo estándar, sustituyendo a muchos de sus equivalentes a base de solventes. Las formulaciones acuosas actuales pueden ofrecer propiedades de desempeño cosmético y físico iguales o superiores a las de base solvente en muchas aplicaciones.

Los recubrimientos de base acuosa de alto desempeño alcanzan estándares de acabado decorativo ultra altos y están ganando terreno rápidamente en muchos sectores del mercado de pinturas y recubrimientos. Los recubrimientos de base acuosa son ecológicos y cumplen con regulaciones de emisiones muy estrictas, lo que ha permitido a los fabricantes migrar de sistemas de pintura a base de solventes en muchas aplicaciones. Los recubrimientos de base acuosa son menos tóxicos, tienen niveles bajos de COV y son menos inflamables. Su uso reduce las emisiones al aire y mejora la salud y seguridad de los trabajadores.

Los recubrimientos de base acuosa están disponibles con diferentes mecanismos de curado, incluyendo a) evaporación, b) horneado en horno y c) curado por UV. En los últimos años, industrias como los fabricantes de equipo original (OEM) automotriz, marítimo y arquitectónico han aumentado notablemente su uso de recubrimientos de base acuosa pigmentados y transparentes (topcoat).

En los recubrimientos de base solvente, el medio fluidificante es un solvente orgánico o una mezcla de solventes orgánicos (MEK, MIBK, xileno, tolueno, etc.). Para clasificarse como recubrimiento de "base acuosa", el agua debe ser un medio fluidificante importante o mayoritario. La mayoría de los recubrimientos que califican como de base acuosa también contienen algunos co-solventes orgánicos en el medio fluidificante. Estos suelen ser cetonas, alcoholes y ésteres polares de bajo peso molecular. La composición química típica es de aproximadamente 50% de agua, 45% de sólidos y 5% de co-solventes (puede variar de 2 a 20 por ciento del medio fluidificante).

Aplicación del proceso

Con los recubrimientos de base acuosa pueden emplearse procesos de aplicación convencionales, incluyendo todos los métodos de aspersión y el recubrimiento por inmersión. Esto le da a los procesos de base acuosa una ventaja sobre las pinturas de alto contenido de sólidos, que no pueden aplicarse por inmersión debido a su mayor viscosidad. Los métodos de aspersión incluyen la atomización de aire tradicional, HVLP, airless y airless asistido por aire. Las pistolas de pintura pueden limpiarse con agua o soluciones a base de agua en lugar de disolvente para pintura o acetona.

Consideraciones de secado

El tiempo de curado de los recubrimientos de base acuosa es mucho más largo que el de sus equivalentes de base solvente. Es necesario un tiempo de evaporación (flash-off) adecuado entre la cabina de aspersión y el horno cuando se realiza secado forzado u horneado del recubrimiento. De lo contrario, puede producirse burbujeo por solvente. También es necesario asegurar que la temperatura superficial de la pieza sea mayor que el punto de rocío para evitar la formación de condensación. Si bien esto generalmente no representa un problema durante los meses cálidos, puede ser motivo de preocupación durante los meses fríos.

El clima cálido, cuando la humedad es alta, puede extender los tiempos de evaporación y secado. Si la humedad es alta, el vapor de agua liberado durante el secado no tiene a dónde ir, y la película no curará. Al proporcionar un flujo de aire moderado y una temperatura mayor, se puede suministrar un flujo continuo de aire fresco al recubrimiento para darle al aire mayor capacidad de retener humedad. Toda el agua debe eliminarse del recubrimiento antes de exponer las piezas a temperaturas de congelación. De no hacerlo, puede producirse pérdida de adhesión, ya que el agua remanente se expandirá al congelarse.

La adhesión y la durabilidad a la abrasión de los recubrimientos y tintas curados son dos propiedades de desempeño críticas, y su medición y control son esenciales para una manufactura robusta. La adhesión y la durabilidad a la abrasión son propiedades físicas independientes y con frecuencia se diagnostican mal durante el análisis de modos de falla. Una adhesión y durabilidad a la abrasión deficientes son causas principales de fallas en campo, desperdicio y retrabajo, menores utilidades y clientes insatisfechos. Existen técnicas para medir estas propiedades.

Adhesión frente a abrasión

Durante la manufactura se debe lograr una adhesión y durabilidad (resistencia) a la abrasión óptimas de los recubrimientos y tintas curados sobre sustratos plásticos, para producir productos de alta calidad que perduren durante toda su vida útil. Estas propiedades pueden ser interdependientes, pero con frecuencia son mutuamente excluyentes. Es decir, los recubrimientos y tintas curados pueden presentar buena adhesión y mala resistencia a la abrasión, o mala adhesión y buena resistencia a la abrasión. Las pruebas adecuadas y la comprensión de la adhesión y la abrasión aseguran el cumplimiento de las especificaciones y son invaluables para resolver problemas de recubrimiento e impresión. La identificación del mecanismo de falla —adhesión (cohesión), abrasión, o ambos— determinará la solución del proceso de ingeniería. Existen métodos de prueba tradicionales e instrumentación nueva para medir y analizar estas propiedades.

Métodos de prueba de adhesión

El método de prueba estándar ASTM D 3359 para medir la adhesión mediante la prueba de cinta es, históricamente, quizás el método más conocido y ampliamente utilizado para evaluar la adhesión de recubrimientos y tintas, debido a su simplicidad y bajo costo. El procedimiento más básico para realizar la prueba de cinta incluye lo siguiente:

• Acuerdo sobre la selección de la cinta.
• Los recubrimientos y tintas deben estar completamente curados antes de la prueba.
• Realice cortes en X sobre la película según el Método A, o un patrón de rejilla con seis u once cortes en cada dirección según el Método B de la prueba.
• Retire y deseche dos vueltas de cinta del dispensador del rollo.
• Alise la cinta en su lugar con el dedo y luego frote firmemente con una goma en la punta de un lápiz o similar. El color debajo de la cinta es un buen indicador de contacto completo.
• Dentro de los 60 a 120 segundos posteriores a la aplicación, retire la cinta jalando el extremo libre rápidamente (sin tirones bruscos) hacia atrás sobre sí misma, lo más cerca posible de un ángulo de 180 grados.
• Inspeccione el área cortada para verificar el desprendimiento del recubrimiento del sustrato y califique la adhesión de acuerdo con las descripciones e ilustraciones predeterminadas (0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B).

Los diseñadores pueden mejorar la adhesión agregando textura a la(s) superficie(s) del molde. La textura introduce crestas y valles, proporcionando adhesión por anclaje mecánico. La textura puede lograrse dentro de la herramienta de moldeo o manualmente usando una almohadilla Scotch-Brite y limpieza con solvente. Se prefiere la textura moldeada en la pieza porque mantiene las características superficiales sin costos adicionales de mano de obra o químicos. Por ejemplo, el acabado de cavidad de molde NTMA "40-Diamante pulido, grano 1200" probablemente mejorará la resistencia de la unión frente al acabado "10-Diamante fino, grano 8000" (rango de 0 a 3 micras). Consulte la Figura 4, Acabado superficial de molde SPI. Incluso las superficies ligeramente texturizadas son benéficas. Para aplicaciones con orificios rebajados, como conectores, los pines de núcleo grabados químicamente en el molde son muy efectivos.

Compatibilidad tinta-sustrato polimérico: entre los polímeros más difíciles de imprimir por inyección de tinta se encuentran los acetales (POM), poliamidas (nylon), poliolefinas, poliéster (PET), sulfuro de polifenileno (PPS), polieteretercetona (PEEK), polieterimida (PEI), poliimida "Kapton" (PI), politetrafluoroetileno (PTFE) y poliuretanos (PUR). Los diseñadores seleccionan estos materiales de baja energía superficial (LSE) por su ligereza como reemplazo del metal, su rigidez y resistencia, su resistencia química y sus propiedades físicas a temperaturas de servicio elevadas.

Para lograr una impresión y decoración exitosas, las tintas y recubrimientos deben lograr una adhesión de largo plazo a la superficie del polímero. La adhesión depende en gran medida de fenómenos superficiales; es decir, la tinta a temperatura elevada debe salir fácilmente del cabezal de impresión e interactuar adecuadamente con el sustrato. La tinta debe poder establecer un contacto íntimo con la superficie del sustrato polimérico. Este contacto íntimo se denomina humectación de la superficie y se refiere a la capacidad de la tinta para extenderse sobre la superficie. La mayoría de las superficies poliméricas son naturalmente hidrofóbicas y se resisten a ser humectadas. Característicamente, estos plásticos son superficies químicamente inertes y no porosas con baja energía superficial, lo que hace que la adhesión de la impresión sea casi imposible. La energía superficial es el exceso de energía que existe en la superficie (a diferencia del interior) de un sólido. Este exceso de energía existe porque las moléculas de la superficie no pueden interactuar con tantos vecinos semejantes como las moléculas del interior; por lo tanto, poseen un exceso de energía de interacción.

Por ejemplo, la poliamida, comúnmente conocida como nylon, es un polímero semicristalino. Los dos grados más comunes son el Nylon 6 y el Nylon 6/6. Los polímeros de nylon son inherentemente difíciles de pegar porque son hidrofóbicos, químicamente inertes y poseen baja humectabilidad superficial (es decir, baja energía superficial). Además, los nylons son higroscópicos y absorberán humedad de la atmósfera en una proporción superior al 3% de su masa en agua. La humedad, por sí misma, genera problemas de adhesión. Un procedimiento de secado adecuado de las resinas de nylon es crítico para el procesamiento y el desempeño de la pieza. Es de destacar que el comportamiento hidrofóbico del nylon es una propiedad superficial, mientras que el comportamiento hidrofílico es una propiedad del material en su conjunto (bulk). Dado que el nylon es un polímero orgánico, tiene una energía superficial relativamente baja. Esto es consecuencia de la química y física superficial de los polímeros y otros materiales orgánicos. Sin embargo, los grupos amida en la cadena del nylon atraen agua, y dan lugar al comportamiento hidrofílico de este material en cuanto a la absorción de agua en su conjunto. Así, en su conjunto, el nylon puede comportarse como un material hidrofílico, pero en la superficie puede exhibir un comportamiento hidrofóbico.

El sulfuro de polifenileno (PPS) ofrece la más amplia resistencia a agentes corrosivos de cualquier plástico de ingeniería avanzado. Los productos de PPS no son higroscópicos y, por lo tanto, no experimentan problemas de expansión dimensional como el nylon (poliamidas). Sin embargo, es importante utilizar resina seca al moldear las piezas. La humedad, por sí misma, es problemática. Los niveles altos de humedad pueden generar vacíos, que podrían afectar negativamente el desempeño de la pieza, afectar la adhesión y alterar la estética. El tiempo entre el secado y el procesamiento debe ser lo más corto posible. El PPS debe secarse en secadoras de tolva deshumidificantes. Generalmente no se recomiendan los hornos de aire caliente. Para lograr un estado totalmente cristalino, se requieren temperaturas de molde de al menos 275 a 300 °F. Cuando el PPS se moldea por debajo de 275 °F, las piezas moldeadas son amorfas o semicristalinas, y permanecen en ese estado hasta que se exponen a temperaturas de servicio más altas (incluido el curado térmico). Si la temperatura de servicio supera la temperatura de moldeo, las piezas se vuelven más cristalinas, generando cambios dimensionales y de propiedades. Por ejemplo, la temperatura de deflexión térmica (HDT), a 264 psi (1.8 MPa), de un PPS con 40% de fibra de vidrio moldeado en estado no cristalino es de solo 350 °F, pero aumenta a más de 500 °F (260 °C) en estado cristalino. Además, la temperatura del molde tiene un efecto considerable en la apariencia superficial.

Los materiales de bajo peso molecular —como siliconas, agentes desmoldantes, agentes antideslizantes y aditivos de proceso— inhiben la capacidad de la tinta para fluir y lograr el contacto íntimo esencial para la adhesión. Ciertos agentes compuestos solubles o insolubles utilizados en colorantes de pigmento y tinte pueden afectar negativamente la adhesión. La composición química de la superficie moldeada, su textura y porosidad afectan de manera significativa el flujo de la tinta y la adhesión. El grado o calidad del tratamiento y de la adhesión se ven afectados por la limpieza de la superficie plástica. La superficie debe estar limpia para lograr un pretratamiento óptimo y la posterior adhesión de la tinta. La contaminación superficial —como agente desmoldante de silicona, suciedad, polvo, grasa, aceites y huellas dactilares— inhibe el tratamiento.

La pureza del material también es un factor importante. La vida útil de los plásticos tratados depende del tipo de resina, la formulación y el ambiente del área de almacenamiento. La vida útil de los productos tratados está limitada por la presencia de materiales oxidados de bajo peso molecular (LMWOM), como antioxidantes, plastificantes, agentes deslizantes y antiestáticos, colorantes y pigmentos, estabilizadores, etc. La exposición de las superficies tratadas a temperaturas elevadas aumenta la movilidad de las cadenas moleculares; a mayor movilidad de la cadena, más rápido es el envejecimiento del tratamiento. La movilidad de las cadenas poliméricas en los materiales tratados hace que los sitios de unión creados por el tratamiento se alejen de la superficie. Estos componentes pueden eventualmente migrar hacia la superficie del polímero.

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