Recuperación hidrofóbica

Recuperación hidrofóbica

Puntos clave

• Las superficies tratadas no permanecen tratadas. Un polímero tratado regresa hacia su energía superficial original desde el momento en que termina el tratamiento.
• Cuatro mecanismos la impulsan: la reorientación de los grupos polares hacia el interior, la migración de fragmentos oxidados, la exudación de aditivos y la contaminación del aire.
• El decaimiento es rápido al principio y lento después. La mayor parte de la pérdida ocurre en las primeras horas o días; la meseta posterior es lo que encuentra la tinta o el adhesivo.
• La ventana es un elemento de especificación. Las poliolefinas conservan un nivel apto para tinta de horas a días; el PET, el PC y el ABS, de semanas a meses; el hule de silicón, de minutos a horas.

Recuperación hidrofóbica

La recuperación hidrofóbica es la pérdida progresiva de energía superficial en una superficie de polímero tratada con plasma, corona o flama, a medida que los grupos polares creados por la oxidación quedan enterrados, cubiertos o diluidos y la superficie regresa hacia su estado original de baja energía y repelente al agua. También llamada decaimiento o envejecimiento del tratamiento, es la razón por la que el nivel de dinas medido en el tratador no es el que verán la tinta o el adhesivo.

El tratamiento puede elevar una poliolefina de 29–31 a 44–56 dyne/cm. La recuperación rara vez la devuelve por completo; se estabiliza en una meseta intermedia, y esa meseta frente al nivel que requiere el proceso define la ventana utilizable.

Mecanismos

Cuatro procesos operan en paralelo; cuál domina depende del polímero, del paquete de aditivos y del almacenamiento.

Cinética y ventanas típicas

Graficada como energía superficial contra el logaritmo del tiempo, la recuperación es una caída pronunciada seguida de una meseta. En polipropileno tratado con corona, aproximadamente la mitad de la ganancia sobre el nivel sin tratar puede desaparecer en 24–72 horas a temperatura ambiente antes de que la curva se aplane y se mantenga durante semanas. La velocidad sigue la movilidad de las cadenas: el polipropileno (Tg por debajo de 0 °C), el polietileno y los silicones son elásticos a temperatura ambiente y se reorientan libremente; el PET (Tg de unos 70–80 °C), el ABS (unos 105 °C) y el policarbonato (unos 147 °C) son vítreos y la reorientación está casi congelada.

Medición del decaimiento

Caracterice la recuperación midiendo la mojabilidad en material de producción, bajo el almacenamiento de producción, a las 0, 1, 4, 24 y 72 horas, y luego a los 7, 14 y 28 días.

• Las soluciones de tensión de mojado según ASTM D2578 dan un valor acotado en pasos de 2 dyne/cm, lo bastante rápido para todo el programa.
• El ángulo de contacto de gota sésil (ASTM D5946 para película tratada con corona, o un goniómetro con agua y diyodometano) da un número continuo y, con dos líquidos, aísla el componente polar, que es la parte que decae. Las plumas de dinas detectan el decaimiento, pero no pueden mapearlo.

Mida tres posiciones por muestra, ya que el tratamiento varía del borde al centro, y registre los ajustes del tratador, el lote de resina, la temperatura de almacenamiento y el empaque en cada punto. La calculadora de energía superficial contrasta un par de nivel de dinas o ángulo de contacto con el margen que necesita la tinta o el adhesivo.

Factores que acortan o extienden la ventana

Cómo especificar y verificar una ventana de tratamiento

La recuperación no se puede desactivar, así que el proceso se diseña en torno a ella: tratamiento en línea (descarga corona en película, plasma atmosférico o plasma de flama en piezas moldeadas, segundos antes de la tinta o del adhesivo), una ventana entre tratamiento y pegado para el tratamiento por lotes con un intervalo máximo tomado de la curva de decaimiento, o el retratamiento de material envejecido, que revierte la reorientación pero no la exudación de aditivos.

La especificación debe indicar entonces:

• La energía superficial requerida en el punto de uso, por ejemplo 42 dyne/cm como mínimo según ASTM D2578 o un ángulo de contacto con agua menor de 60°, no en el tratador.
• El intervalo máximo entre tratamiento y pegado, no mayor que la mitad del tiempo en que la curva medida cruza ese requisito.
• El entorno de almacenamiento: intervalo de temperatura, empaque, sin contacto con poliolefina sin tratar, cartón corrugado ni silicón.
• La verificación: una medición por turno y antes de usar material con más de 24 horas.

Cuánto dura el tratamiento de superficie por plasma aplica esto a una línea de piezas moldeadas; el pretratamiento de superficies cubre la selección del método.

Solución de problemas

Términos y lecturas relacionados

• Energía superficial
• Ángulo de contacto
• Plasma de flama Pyrosil
• Plasma frío
• Envejecimiento acelerado
• Pretratamientos de superficie por plasma de polímeros para mejorar la unión por adhesión

Aplicación en producción

The Sabreen Group ofrece apoyo de ingeniería independiente para la calificación de ventanas de pretratamiento, la medición de curvas de decaimiento y la solución de problemas de adhesión. Si usted está especificando un proceso, calificando un material o resolviendo un problema de producción, nuestro equipo de servicios de ingeniería puede ayudarle. Contáctenos para analizar su aplicación.

Preguntas frecuentes

¿Qué tan rápido ocurre la recuperación hidrofóbica después del tratamiento con plasma o corona?

Más rápido en las primeras horas. En polipropileno tratado con corona, alrededor de la mitad de la ganancia sobre los 29 dyne/cm sin tratar puede perderse en 24–72 horas, después de lo cual la curva se aplana en una meseta que puede mantenerse durante semanas. El hule de silicón se recupera en minutos u horas; el PET vítreo, el policarbonato y el ABS tardan de semanas a meses.

¿Regresa la superficie por completo a su estado sin tratar?

Normalmente no. La reorientación entierra los grupos polares sin eliminarlos, y la reticulación producida por el tratamiento restringe la superficie, por lo que la mayoría de los polímeros se estabilizan por encima del valor sin tratar. Que esa meseta sea utilizable depende del líquido: 38 dyne/cm en polipropileno sirve para algunas tintas con solvente y falla con una tinta base agua de 42 dyne/cm.

¿Se puede simplemente volver a tratar el material envejecido?

Si la reorientación es el mecanismo dominante, sí: el retratamiento hace girar de nuevo los grupos polares hacia afuera y la superficie se comporta como material nuevo. Si la causa es la exudación de aditivos, el retratamiento activa la exudación y no el polímero, y el nivel vuelve a colapsar en pocas horas. Limpie una muestra con solvente antes de retratar; si solo esa muestra se mantiene, el problema es la exudación.

¿Cómo debe escribirse una ventana entre tratamiento y pegado en una especificación?

Mida la curva de decaimiento en material de producción bajo el almacenamiento de producción, encuentre dónde cruza el nivel que necesita la tinta o el adhesivo y fije el intervalo máximo en la mitad de ese tiempo. Indique el nivel en el punto de uso, el método de prueba (ASTM D2578 o ángulo de contacto con agua), la temperatura de almacenamiento y el empaque, y una verificación por turno.

---