Tratamiento corona (descarga corona)
Puntos clave
- La corona ioniza el aire ambiente a través de un pequeño espacio entre un electrodo y una superficie conectada a tierra, y forma un plasma de baja temperatura.
- La entrada típica es de 10–30 kV de CA aplicados a un electrodo afilado o de rodillo.
- Eleva la energía superficial para que las tintas y los adhesivos humecten en películas de polietileno, polipropileno y poliéster.
- Casi no tiene capacidad de limpieza: los contaminantes deben eliminarse antes del tratamiento, no por medio de él.
Tratamiento corona (descarga corona)
El tratamiento por descarga corona eléctrica eleva la energía superficial de películas, láminas y bandas de plástico al hacerlas pasar por una descarga eléctrica de alto voltaje y alta frecuencia en aire a presión atmosférica. Es el pretratamiento dominante en la conversión de bandas continuas (recubrimiento por extrusión, empaque flexible, material para etiquetas e impresión de películas) porque es rápido, económico por metro cuadrado y se integra directamente en la línea.
Cómo está construido un tratador corona
La banda pasa por un espacio estrecho entre un electrodo de alto voltaje y un rodillo conectado a tierra. Una de las dos superficies lleva un recubrimiento dieléctrico. Al aplicar alto voltaje de alta frecuencia a través del espacio (típicamente del orden de 10–20 kV a 10–30 kHz) se ioniza el aire y se produce la descarga violeta visible que da nombre al proceso.
Las especies reactivas de oxígeno que se forman en esa descarga oxidan la superficie del polímero e injertan grupos hidroxilo, carbonilo y carboxilo en la cadena principal de hidrocarburo. Las películas de polietileno y polipropileno, prácticamente imprimibles solo tras el tratamiento, pasan de forma rutinaria de unos 30 dyne/cm a 40–46 dyne/cm en una sola pasada.
La dosis y su control
El tratamiento corona se cuantifica como densidad de potencia (watt density): la potencia entregada por unidad de área y de tiempo, normalmente expresada en W·min/m²:
Densidad de potencia = Potencia (W) ÷ [ ancho de la banda (m) × velocidad de línea (m/min) × número de caras tratadas ]
Mantener constante la densidad de potencia es lo que mantiene constante el nivel de dyne cuando cambia la velocidad de línea. Un tratador ajustado correctamente a 100 m/min tratará de forma insuficiente a 200 m/min a menos que la potencia se aumente proporcionalmente.
Problemas característicos
- Decaimiento del tratamiento. La película tratada con corona pierde energía superficial en días o semanas al reorientarse las cadenas del polímero y migrar el material oxidado de bajo peso molecular. Los aditivos deslizantes y antibloqueo aceleran la pérdida. El material en rollo debe imprimirse o laminarse dentro de su ventana validada, no meses después.
- Tratamiento del reverso. La descarga puede envolver bandas delgadas o angostas y tratar la cara posterior, lo que causa bloqueo en el rollo enrollado. El recubrimiento correcto del rodillo y el ajuste del espacio controlan este problema.
- Perforaciones y microperforaciones. Una densidad de potencia excesiva en película delgada puede perforarla o crear una capa límite débil y sobreoxidada que falla de forma cohesiva: más tratamiento no es mejor.
- Ozono. Se genera de manera continua; se requieren extracción y destrucción.
- Geometría. El proceso es adecuado para bandas bidimensionales. Las piezas moldeadas tridimensionales requieren en su lugar plasma de flama, plasma atmosférico o plasma frío.
Medición
Las plumas de dyne y las soluciones de tensión de humectación según ASTM D2578 siguen siendo la verificación estándar en el piso de producción, aplicadas a lo ancho de la banda para confirmar la uniformidad y no en un solo punto. La variación del borde al centro es un defecto común y fácil de pasar por alto. Para trabajos de validación, la medición del ángulo de contacto da la cifra cuantitativa de energía superficial, el enfoque que se expone en la ciencia de resolver los problemas de adhesión en plásticos.
Objetivos de densidad de potencia en la práctica
La densidad de potencia es la variable de control, pero la cifra que importa es el nivel de dyne que produce en un sustrato dado. Estos son los rangos que se encuentran comúnmente en la conversión de bandas; considérelos un punto de partida para una prueba, no una especificación, porque los paquetes de aditivos deslizantes y antibloqueo desplazan el requisito de forma sustancial:
| Sustrato | Energía superficial sin tratar | Objetivo habitual después del tratamiento | Notas |
|---|---|---|---|
| Película de LDPE | Aproximadamente 31 dyne/cm | 38–44 dyne/cm | Los aditivos deslizantes migran rápidamente y hacen bajar de nuevo el nivel tratado |
| Película de HDPE | Aproximadamente 31 dyne/cm | 38–44 dyne/cm | Similar al LDPE; el decaimiento suele ser más lento |
| BOPP | Aproximadamente 29 dyne/cm | 38–42 dyne/cm | El sustrato clásico de la corona; el sobretratamiento provoca bloqueo con facilidad |
| Película de PET | Aproximadamente 41 dyne/cm | 46–52 dyne/cm | Parte de un valor más alto, por lo que el incremento necesario es menor |
| Película de nylon | Aproximadamente 40 dyne/cm | 46–52 dyne/cm | Higroscópico: la humedad ambiente afecta la lectura |
| Recubrimiento por extrusión de polietileno | Bajo, y disminuye con la temperatura de fusión | Definido por el requisito de unión del laminado | El tratamiento con ozono de la cortina de fundido suele acompañar a la corona en el sustrato |
Fije el requisito a partir de la tinta, el adhesivo o el recubrimiento que realmente se usa y no de un objetivo genérico de dyne. Una especificación que dice 42 dyne/cm porque la industria suele decir 42 dyne/cm es una especificación que nadie ha probado.
Solución de problemas de una línea de corona
| Síntoma | Causa probable | Corrección |
|---|---|---|
| Nivel de dyne correcto en el centro, bajo en los bordes | El electrodo no cubre todo el ancho de la banda, o el espacio varía a lo ancho del rodillo | Mida siempre a lo ancho, nunca en un solo punto. Compare la longitud del electrodo con el ancho de la banda y verifique la uniformidad del espacio. |
| El nivel de tratamiento cae al acelerar la línea | La densidad de potencia baja porque la potencia no se aumentó proporcionalmente | Enlace la potencia a la velocidad de línea para mantener constante la densidad de potencia y no la potencia. |
| El rollo se bloquea al desenrollarse | Tratamiento del reverso: la descarga envuelve una banda delgada o angosta | Corrija el recubrimiento del rodillo y el espacio. Verifique que el ancho de la banda coincida con la configuración del electrodo. |
| Buena lectura de dyne, pero mala adhesión de la tinta | Contaminación. La corona activa lo que haya en la superficie, incluido el contaminante | Encuentre la fuente: migración de aditivo deslizante, arrastre de aceite del compresor, desmoldante, silicona ambiental. La corona casi no tiene capacidad de limpieza. |
| Buena adhesión al convertir, falla semanas después | Decaimiento del tratamiento en el material en rollo almacenado | Establezca y haga cumplir una ventana validada entre el tratamiento y la conversión. Vuelva a medir el nivel de dyne en los rollos envejecidos antes de procesarlos. |
| Perforaciones o superficie débil y pulverulenta | Sobretratamiento: una densidad de potencia excesiva degradó la superficie en una capa límite débil | Reduzca la densidad de potencia. Más tratamiento no es mejor; una capa sobreoxidada falla de forma cohesiva. |
| El resultado varía con el clima | La humedad ambiente afecta la descarga y, en películas higroscópicas, la lectura | Registre las condiciones ambientales junto con las lecturas de dyne antes de concluir que el tratador se ha desviado. |
Dónde encaja la corona entre los pretratamientos
| Corona | Plasma de flama | Plasma atmosférico | Plasma frío | |
|---|---|---|---|---|
| Mejor geometría | Banda bidimensional | Banda y tridimensional simple | Tridimensional, áreas selectivas | Tridimensional complejo, por lotes |
| Capacidad de limpieza | Prácticamente nula | Cierta | Buena | Excelente |
| Costo por unidad de área | El más bajo | Bajo | Moderado | El más alto |
| Integración en la línea | Directa, en línea | En línea | En línea o montado en robot | Por lotes, cámara de vacío |
| Trata superficies en sombra | No | No | No | Sí |
| Durabilidad de la activación | De días a semanas | De días a semanas | De horas a días | La más larga de las cuatro |
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Aplicación en producción
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Preguntas frecuentes
¿Qué es el tratamiento por descarga corona eléctrica?
Un tratamiento superficial que aplica un campo eléctrico de alto voltaje a través de un pequeño espacio de aire, ionizando el aire ambiente en un plasma tenue en forma de pincel cerca de la superficie del material. Las especies reactivas que se forman oxidan la superficie y elevan su energía para que las tintas, los adhesivos y los recubrimientos puedan humectar.
¿Qué voltaje usa el tratamiento corona?
Corriente alterna, típicamente entre 10 y 30 kV, aplicada a un electrodo afilado o de rodillo. El campo intenso ioniza las moléculas de aire circundantes y crea especies reactivas de oxígeno y fotones UV que modifican la superficie.
¿Qué materiales se benefician más del tratamiento corona?
Los polímeros de baja energía superficial que resisten el pegado, especialmente las películas de polietileno, polipropileno y poliéster. Se usa ampliamente antes de la impresión, el laminado, el recubrimiento y el pegado con adhesivo en estos sustratos.
¿La descarga corona también limpia la superficie?
En esencia, no. La corona casi no tiene capacidad de limpieza, por lo que la suciedad, la grasa, los aceites, las siliconas, el desmoldante y los agentes deslizantes deben eliminarse antes del tratamiento. Tratar sobre contaminación solo activa el contaminante y no el sustrato.
¿Cuánto dura el tratamiento corona?
El tratamiento envejece, y su vida útil depende de la resina, su formulación y el entorno de almacenamiento. Los materiales de bajo peso molecular que migran a la superficie reducen el efecto de forma progresiva, por lo que el pegado, el recubrimiento o la impresión deben seguir tan pronto como sea práctico.
¿Qué densidad de potencia debo usar?
La que mantenga el nivel de dyne que la tinta, el adhesivo o el recubrimiento realmente requieren: la cifra debe salir de una prueba con la química real, no de una cifra genérica de la industria. Las películas de poliolefina suelen pasar de unos 30 dyne/cm sin tratar a 38–44 dyne/cm tratadas; el PET y el nylon parten de un valor más alto y apuntan a 46–52. Mantenga constante la densidad de potencia, no la potencia, cuando cambie la velocidad de línea.
¿Por qué falla la adhesión si la lectura de dyne está en el objetivo?
Casi siempre por contaminación. La corona casi no tiene capacidad de limpieza, por lo que activa lo que haya en la superficie: migración de aditivo deslizante, arrastre de aceite del compresor, desmoldante o silicona ambiental. Una pluma de dyne lee sin problema la energía superficial del contaminante. Encuentre y elimine la fuente en lugar de subir el nivel de tratamiento, que no ayudará.
¿Se puede almacenar un rollo tratado con corona antes de imprimir?
Solo dentro de una ventana validada. La película tratada pierde energía superficial en días o semanas al reorientarse las cadenas del polímero y migrar de vuelta a la superficie el material de bajo peso molecular, y los aditivos deslizantes y antibloqueo aceleran la pérdida. Establezca la ventana para la película y las condiciones de almacenamiento específicas, hágala cumplir y vuelva a medir el nivel de dyne a lo ancho de cualquier rollo que haya envejecido antes de procesarlo.
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Preguntas frecuentes
¿Qué es el tratamiento por descarga corona eléctrica?
La descarga corona eléctrica clásica —descarga de barrera dieléctrica— emplea un generador y electrodos sobre una fuente de alta tensión, un contraelectrodo a potencial cero y un dieléctrico que actúa de barrera. Es una descarga de alta frecuencia y alta tensión que crea una diferencia de potencial entre dos puntos y que normalmente requiere toma de tierra a más de 35 kV y de 20 a 25 kHz.
¿Puede la descarga corona tratar piezas tridimensionales o solo película plana?
Las configuraciones de electrodos a medida permiten tratar geometrías superficiales muy diversas: planas, curvas, rehundidas y aisladas. Una aplicación documentada es un sistema de tratamiento corona para conectores eléctricos en el que una combinación de electrodos de aguja y de bola trata simultáneamente orificios tridimensionales de pequeño diámetro y superficies exteriores planas, recogido en la patente estadounidense US5051586 (1991).
¿Es el plasma atmosférico un sustituto más barato de la descarga corona?
Por lo general no. La descarga corona suele ser más eficaz en superficies mayores y a mayor profundidad de tratamiento, y muchos sistemas de plasma atmosférico son en realidad más caros y no más baratos. La elección debe hacerse según el requisito de tratamiento y la geometría, no según una suposición sobre el coste relativo.
¿Qué eficacia tiene la descarga corona limpiando?
Se ha comprobado razonablemente eficaz para retirar los residuos invisibles de hidrocarburos que quedan tras un lavado con disolvente o detergente, por lo que suele emplearse como paso posterior a la limpieza y no como sustituto de esta.
¿La descarga corona produce ozono?
Sí. En la región de plasma se produce ozono como resultado de la descarga eléctrica y debe gestionarse en la instalación.
