Decorazione e Finitura Plastiche

Decorazione e Finitura

Eccellenza di processo dal concept alla commercializzazione

Prodotti esteticamente eccellenti non nascono per caso! Dal 1992, SABREEN ha risolto problemi di produzione delle materie plastiche per 525 aziende in 34 Paesi. Le nostre tecnologie innovative sono impiegate nella produzione di molti tra i più riconoscibili prodotti militari e commerciali di oggi, dalla Stazione Spaziale Internazionale ai prodotti farmaceutici, fino alle action camera subacquee. L'ingegneria SABREEN ha fatto vincere ai nostri clienti i massimi riconoscimenti del settore, incluso il prodotto dell'anno per il packaging farmaceutico/medicale, entrato a far parte dello Smithsonian National Museum. Il nostro coinvolgimento nelle fasi iniziali del progetto consente di accelerare i tempi di sviluppo.

I processi rivoluzionari di Sabreen si traducono in una produzione a costi più contenuti, qualità Six Sigma e vantaggi competitivi decisivi sul mercato. Ci lasci creare prodotti dall'aspetto dinamico per la Sua azienda.

Tecnologie personalizzate di incollaggio e polimerizzazione per la sigillatura ermetica delle poliolefine

Pulsanti automotive retroilluminati “Day/Night” con verniciatura e ablazione laser

Stampa digitale (a getto d'inchiostro) su superfici cilindriche sagomate di penne

Tampografia a 360° su quadrante di serratura di sicurezza in PPS, angolo di sformo di 60°

Stampa digitale a colori a getto d'inchiostro e marcatura laser su elastomeri termoplastici e gomme. Personalizzazione di massa.

Marcatura laser subsuperficiale per informazioni di prodotto e sicurezza del prodotto

Stampa digitale per la personalizzazione di massa

Finitura trasparente specializzata per adesione ed elevata resistenza agli urti

Stampa digitale a colori con finitura trasparente resistente agli agenti chimici, conforme FDA, per la stabilità in lavastoviglie

Custodie di design premiate per prodotti farmaceutici/medicali destinati alla contraccezione

Tegole in polimero decorate/rivestite per simulare ardesia e scandole di cedro, garanzia di resistenza alla luce di 40 anni, resistenza al fuoco e al vento

Decorazione personalizzata e rivestimenti con effetti speciali che simulano il soft-touch e la venatura del legno

I decoratori utilizzano una varietà di processi secondari per creare effetti accattivanti su contenitori e altri componenti in plastica. Inoltre, i coloranti a effetto speciale possono essere stampati direttamente nei componenti in plastica per ottenere di per sé un aspetto attraente. Ancora meglio, questi coloranti possono essere combinati con processi secondari, come verniciatura a spruzzo, tampografia, idrografica, marcatura laser e metallizzazione, per ottenere effetti speciali visivi e tattili unici.

Tipologie di coloranti a effetto speciale

La Tabella 1 elenca sei classi principali di pigmenti e coloranti a effetto speciale. Sono tutti disponibili in versione priva di metalli pesanti, e alcuni sono conformi alle normative FDA per le materie plastiche.

La Tabella 1 elenca sei classi principali di pigmenti e coloranti a effetto speciale. Sono tutti disponibili in versione priva di metalli pesanti, e alcuni sono conformi alle normative FDA per le materie plastiche:

Pigmenti perlescenti. Il tipo principale di pigmenti perlescenti utilizzati in vernici, inchiostri e materie plastiche si basa su scaglie di mica rivestite con biossido di titanio. Con l'aumentare dello spessore del rivestimento, il colore varia dal bianco argenteo al giallo, rosso, blu e verde. Colori diversi si possono ottenere aggiungendo un secondo rivestimento di ossido di ferro (oro e beige) o ossido di cromo (verde), mentre una gamma di colori metallici (bronzo e rame) si ottiene sostituendo il biossido di titanio con l'ossido di ferro.

Pigmenti metallici. I pigmenti metallici sono ottenuti da leghe di rame e alluminio e sono disponibili in un'ampia varietà di colori e forme di particelle. Le versioni in rame variano dal dorato verdastro brillante al dorato rossastro. Le versioni in alluminio hanno colore argento e grigio argenteo. Originariamente, la maggior parte delle offerte era disponibile in forma di scaglie per massimizzare la lucentezza. Come per i perlescenti, il trasformatore di materie plastiche deve prestare attenzione a minimizzare le forze di taglio per preservare la forma delle particelle, e in genere il colorista miscela pigmenti di diverse dimensioni particellari per ottenere il giusto equilibrio tra lucentezza e opacità. Le particelle più piccole conferiscono opacità; le particelle più grandi conferiscono lucentezza. Poiché i pigmenti metallici conducono calore ed elettricità, vengono spesso utilizzati per conferire proprietà funzionali oltre a quelle decorative.

Coloranti e pigmenti fluorescenti. Talvolta chiamati colori “glow in-daylight”, i colori fluorescenti funzionano “spogliando un santo per vestirne un altro”. La luce del giorno è composta da radiazione ultravioletta, visibile e infrarossa. Nel caso dei pigmenti convenzionali, il colore che vediamo è dovuto alla riflessione di particolari lunghezze d'onda della luce visibile che colpisce l'oggetto. I pigmenti e i coloranti fluorescenti sfruttano sia i raggi ultravioletti sia quelli visibili. La loro composizione chimica consente loro di emettere parte dei raggi UV assorbiti sotto forma di radiazione visibile. Questa luce emessa si somma alla luce visibile riflessa, dando origine a un colore molto più brillante che sembra risplendere. Un effetto simile si verifica con l'illuminazione fluorescente commerciale. Prodotti di consumo che vanno dalle gomme da masticare ai detersivi per bucato sono stati confezionati in contenitori fluorescenti per attirare l'attenzione dell'acquirente.

Pigmenti fosforescenti. Chiamati anche pigmenti “glow-in-the-dark”, i pigmenti fosforescenti si stanno diffondendo in un'ampia varietà di applicazioni, tra cui interruttori della luce, quadranti, pulsanti dei telecomandi TV e giocattoli, solo per citarne alcune. Mentre i pigmenti convenzionali emettono luce alla stessa velocità con cui la assorbono, i fosforescenti interagiscono in modo diverso con le fonti di luce. Questi pigmenti assorbono facilmente la luce su un ampio intervallo di lunghezze d'onda ma la riemettono molto lentamente nel tempo. In origine, questi pigmenti si basavano su una chimica al solfuro di cadmio. Oggi, però, diverse aziende offrono versioni prive di metalli pesanti. Si “carica” l'articolo colorato con tali pigmenti esponendolo a una sorgente di luce visibile – è sufficiente una comune lampadina a incandescenza – e l'articolo risplenderà per diverse ore dopo essere stato allontanato dalla fonte luminosa.

Coloranti termocromici e fotocromici. Questi coloranti offrono effetti di cambiamento colore sorprendenti. Come suggerisce il nome, i coloranti termocromici cambiano colore in risposta a una variazione di temperatura. Sono coloranti complessi costituiti da un colorante, un attivatore e un solvente. Il punto di fusione del solvente determina la temperatura a cui avviene il cambiamento di colore, mentre il colorante ne determina il colore. I termocromici funzionano meglio nelle “plastiche morbide”. Ad esempio, sono più efficaci nel PE, nel polistirene antiurto e nel PVC flessibile rispetto al PP, al polistirene cristallo o al PVC rigido. Questo perché le plastiche più morbide dispongono di un maggiore volume libero per ospitare tutti e tre i componenti richiesti. I termocromici disponibili in commercio variano notevolmente nel prezzo, ma tutti devono essere utilizzati a livelli piuttosto elevati per ottenere un effetto di cambiamento colore evidente. I coloranti fotocromici si basano su coloranti che modificano la loro forma molecolare se esposti alla luce solare. I fotocromici possono essere utilizzati a bassi dosaggi (circa lo 0,5% e inferiori) e funzionano bene per le materie plastiche trasparenti.

I rivestimenti decorativi waterborne offrono un aspetto eccezionale, funzionalità, valore e sono rispettosi dell'ambiente. Il rivestimento waterborne è una tecnologia in rapido sviluppo che utilizza l'acqua come mezzo per trasferire il rivestimento sulla superficie plastica e sta diventando il nuovo standard, sostituendo molte delle sue controparti a base solvente. Le chimiche waterborne odierne possono offrire proprietà estetiche e fisiche pari o superiori a quelle a base solvente per molte applicazioni.

I rivestimenti waterborne ad alte prestazioni raggiungono standard di finitura decorativa ultra elevati e si stanno rapidamente affermando in molti settori del mercato della verniciatura e dei rivestimenti. I rivestimenti waterborne sono ecologici e rispettano normative sulle emissioni sempre più stringenti, permettendo ai produttori di passare da sistemi di verniciatura a base solvente in molte applicazioni. I rivestimenti waterborne sono meno tossici, hanno bassi livelli di VOC e sono meno infiammabili. Il loro utilizzo ridurrà le emissioni in atmosfera e migliorerà la salute e la sicurezza dei lavoratori.

I rivestimenti waterborne sono disponibili con diversi meccanismi di polimerizzazione, tra cui a) evaporazione, b) cottura in forno e c) polimerizzazione UV. Negli ultimi anni, i settori automotive, nautico e delle costruzioni OEM hanno notevolmente incrementato l'utilizzo di rivestimenti waterborne pigmentati e trasparenti (topcoat).

Nei rivestimenti a base solvente, il mezzo fluidizzante è un solvente organico o una miscela di solventi organici (MEK, MIBK, xilene, toluene, ecc.). Per essere classificato come rivestimento “waterborne”, l'acqua deve essere un mezzo fluidizzante importante o predominante. La maggior parte dei rivestimenti classificati come waterborne contiene anche alcuni co-solventi organici nel mezzo fluidizzante. Si tratta generalmente di chetoni polari, alcoli ed esteri a basso peso molecolare. La composizione chimica tipica è di circa il 50% di acqua, il 45% di solidi e il 5% di co-solventi (che può variare dal 2 al 20% del mezzo fluidizzante).

Applicazione del processo

I processi di applicazione convenzionali possono essere utilizzati con i rivestimenti waterborne, inclusi tutti i vari metodi a spruzzo e l'immersione. Questo conferisce ai processi waterborne un vantaggio rispetto alle vernici ad alto contenuto di solidi, che non possono essere applicate per immersione a causa della loro maggiore viscosità. I metodi a spruzzo includono l'atomizzazione ad aria tradizionale, HVLP, airless e airless assistito ad aria. Le pistole a spruzzo possono essere pulite con acqua o soluzioni a base acquosa anziché con diluente per vernici o acetone.

Considerazioni sull'essiccazione

Il tempo di polimerizzazione dei rivestimenti waterborne è molto più lungo rispetto alle loro controparti a base solvente. È necessario un tempo di flash-off adeguato tra la cabina di verniciatura e il forno quando si esegue l'essiccazione forzata o la cottura del rivestimento. In caso contrario, si può verificare l'effetto “solvent popping”. È inoltre necessario assicurarsi che la temperatura superficiale del componente sia superiore al punto di rugiada, per evitare la formazione di condensa. Sebbene questo non sia generalmente un problema nei mesi più caldi, può rappresentare una criticità nei mesi più freddi.

Il clima più caldo, quando l'umidità è elevata, può prolungare i tempi di flash-off ed essiccazione. Se l'umidità è elevata, il vapore acqueo rilasciato durante l'essiccazione non ha modo di disperdersi e la pellicola non polimerizzerà. Fornendo un flusso d'aria moderato e una temperatura più elevata, è possibile garantire un apporto continuo di aria fresca al rivestimento, aumentando la capacità dell'aria di trattenere umidità. Tutta l'acqua deve essere rimossa dal rivestimento prima che i componenti siano esposti a temperature di congelamento. La mancata osservanza di questa indicazione può causare perdita di adesione, poiché l'acqua residua si espanderà congelando.

La durabilità di adesione e abrasione dei rivestimenti e degli inchiostri polimerizzati sono due proprietà prestazionali critiche, e la loro misurazione e il loro controllo sono essenziali per una produzione robusta. Adesione e durabilità all'abrasione sono proprietà fisiche distinte e spesso diagnosticate erroneamente durante l'analisi dei modi di guasto. Una scarsa adesione e una scarsa resistenza all'abrasione sono cause principali di guasti sul campo, scarti e rilavorazioni, minori profitti e clienti insoddisfatti. Esistono tecniche per misurare queste proprietà.

Adesione contro abrasione

Durante la produzione è necessario ottenere un'adesione ottimale e una durabilità (resistenza) all'abrasione ottimali dei rivestimenti e degli inchiostri polimerizzati sui substrati plastici, al fine di realizzare prodotti di alta qualità che durino per l'intera vita utile. Queste proprietà possono essere interdipendenti, ma spesso sono mutuamente esclusive. Vale a dire, i rivestimenti e gli inchiostri polimerizzati possono dimostrare buona adesione e scarsa resistenza all'abrasione, oppure scarsa adesione e buona resistenza all'abrasione. Un test corretto e la comprensione dell'adesione e dell'abrasione garantiscono la conformità alle specifiche e sono di inestimabile valore nella risoluzione dei problemi di rivestimento e stampa. L'identificazione del meccanismo di guasto – adesione (coesione), abrasione, o entrambi – determinerà la soluzione del processo ingegneristico. Esistono metodi di prova storici e nuova strumentazione per misurare e analizzare queste proprietà.

Metodi di prova dell'adesione

La norma ASTM D 3359, metodo di prova standard per la misurazione dell'adesione mediante prova del nastro, è storicamente forse il metodo più conosciuto e ampiamente utilizzato per testare l'adesione di rivestimenti e inchiostri, grazie alla sua semplicità e al basso costo. La procedura più elementare per eseguire la prova del nastro comprende quanto segue:

• Accordo sulla scelta del nastro.
• I rivestimenti e gli inchiostri devono essere completamente polimerizzati prima della prova.
• Effettuare tagli a X nella pellicola secondo il Metodo A, oppure secondo uno schema a reticolo con sei o undici tagli in ciascuna direzione secondo il Metodo B della prova.
• Rimuovere e scartare due giri di nastro dal distributore a rullo.
• Levigare il nastro in posizione con le dita, quindi strofinare con decisione con una gomma da matita all'estremità di una matita o strumento simile. Il colore visibile sotto il nastro è un buon indicatore di contatto completo.
• Entro 60-120 secondi dall'applicazione, rimuovere il nastro tirando rapidamente l'estremità libera (senza strappare) ripiegandola su se stessa il più possibile vicino a un angolo di 180 gradi.
• Ispezionare l'area di taglio per verificare la rimozione del rivestimento dal substrato e valutare l'adesione in base a descrizioni e illustrazioni di classificazione predeterminate (0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B).

I progettisti possono migliorare l'adesione aggiungendo texture alla superficie/e dello stampo. La texture introduce picchi e valli, fornendo un'adesione a incastro meccanico. La texture può essere realizzata direttamente nello stampo oppure manualmente utilizzando un pad Scotch-Brite e pulizia con solvente. La texture ottenuta direttamente nello stampo è preferibile perché mantiene le caratteristiche superficiali senza costi aggiuntivi di manodopera/prodotti chimici. Ad esempio, la finitura della cavità dello stampo NTMA “40-Diamond buffed 1200 Grit” probabilmente migliorerà la resistenza del legame rispetto alla finitura “10-Fine Diamond 8000 Grit” (intervallo 0-3 micron). Fare riferimento alla Figura 4, Finitura Superficiale dello Stampo SPI. Anche superfici leggermente texturizzate sono vantaggiose. Per applicazioni con fori incassati, come i connettori, i perni di nucleo incisi nello stampo sono molto efficaci.

Compatibilità inchiostro-substrato polimerico – Tra i polimeri più difficili da stampare a getto d'inchiostro figurano: acetali (POM), poliammidi (nylon), poliolefine, poliestere (PET), polisolfuro di fenilene (PPS), polieteretereterchetone (PEEK), polieterimmide (PEI), poliimmide “Kapton” (PI), politetrafluoroetilene (PTFE) e poliuretani (PUR). I progettisti scelgono questi materiali a bassa energia superficiale (LSE) per la sostituzione leggera dei metalli, la rigidità e la resistenza, la resistenza chimica e le proprietà fisiche alle temperature di esercizio elevate.

Per una stampa e decorazione efficaci, inchiostri e rivestimenti devono ottenere un'adesione duratura sulla superficie del polimero. L'adesione dipende in gran parte da fenomeni superficiali, ovvero l'inchiostro ad alta temperatura deve essere spruzzato agevolmente dalla testina di stampa e interagire adeguatamente con il substrato. L'inchiostro deve poter entrare in contatto intimo con la superficie del substrato polimerico. Questo contatto intimo è definito bagnabilità, o wetting, della superficie e si riferisce alla capacità dell'inchiostro di distendersi sulla superficie. La maggior parte delle superfici polimeriche è naturalmente idrofoba e resiste alla bagnatura. Caratteristicamente, queste materie plastiche sono superfici chimicamente inerti e non porose con bassa energia superficiale, il che rende l'adesione della stampa quasi impossibile. L'energia superficiale è l'energia in eccesso presente sulla superficie (a differenza del volume) di un solido. Questa energia in eccesso esiste perché le molecole sulla superficie non possono interagire con altrettanti vicini simili quanto le molecole nel volume; pertanto, presentano un'energia di interazione in eccesso.

Ad esempio – La poliammide, comunemente nota come nylon, è un polimero semicristallino. I due gradi più comuni sono Nylon 6 e Nylon 6/6. I polimeri nylon sono intrinsecamente difficili da incollare perché sono idrofobi, chimicamente inerti e presentano scarsa bagnabilità superficiale (ovvero bassa energia superficiale). Inoltre, i nylon sono igroscopici e assorbono dall'atmosfera umidità in eccesso al 3% della propria massa in acqua. L'umidità, di per sé, crea problemi di adesione. Una corretta procedura di essiccazione delle resine di nylon è fondamentale per la lavorazione e le prestazioni del componente. Da notare in particolare che il comportamento idrofobo del nylon è una proprietà superficiale, mentre il comportamento idrofilo è una proprietà di massa. Poiché il nylon è un polimero organico, ha un'energia superficiale relativamente bassa. Questo è una conseguenza della chimica e della fisica superficiale dei polimeri e di altri materiali organici. Tuttavia, i gruppi ammidici nella catena del nylon attraggono l'acqua, dando origine al comportamento idrofilo di questo materiale per quanto riguarda l'assorbimento di acqua nella massa. Pertanto, nella massa il nylon può comportarsi come un materiale idrofilo, ma sulla superficie può presentare un comportamento idrofobo.

Il polisolfuro di fenilene (PPS) offre la più ampia resistenza agli agenti corrosivi tra tutte le materie plastiche tecniche avanzate. I prodotti in PPS non sono igroscopici e pertanto non presentano problemi di espansione dimensionale come il nylon (poliammidi). Tuttavia, è importante utilizzare resina asciutta nello stampaggio dei componenti. L'umidità, di per sé, è problematica. Alti livelli di umidità possono creare vuoti, che potrebbero compromettere le prestazioni del componente, influire sull'adesione e alterare l'estetica. Il tempo tra l'essiccazione e la lavorazione dovrebbe essere il più breve possibile. Il PPS dovrebbe essere essiccato in essiccatori a tramoggia deumidificante. I forni ad aria calda generalmente non sono consigliati. Per raggiungere uno stato completamente cristallino, sono necessarie temperature dello stampo di almeno 275-300°F (135-149°C). Quando il PPS viene stampato al di sotto dei 275°F (135°C), i pezzi stampati risultano amorfi o semicristallini e rimangono in questo stato finché non vengono esposti a temperature di esercizio più elevate (compresa la polimerizzazione a caldo). Se la temperatura di esercizio supera la temperatura di stampaggio, i componenti diventeranno più cristallini, con conseguenti variazioni dimensionali e delle proprietà. Ad esempio, la temperatura di deflessione al calore (HDT), a 264 psi (1,8 MPa), del PPS caricato al 40% con fibra di vetro, stampato in stato non cristallino, è di soli 350°F (177°C), ma aumenta a oltre 500°F (260°C) nello stato cristallino. Inoltre, la temperatura dello stampo ha un effetto drammatico sull'aspetto superficiale.

Materiali a basso peso molecolare – come siliconi, distaccanti, agenti antiscivolo e additivi di processo – ostacolano la capacità dell'inchiostro di scorrere e ottenere il contatto intimo essenziale per l'adesione. Determinati agenti composti solubili o insolubili utilizzati nei coloranti a base di pigmenti e coloranti possono influire negativamente sull'adesione. La composizione chimica della superficie stampata, la texture e la porosità influiscono significativamente sullo scorrimento dell'inchiostro e sull'adesione. Il grado o la qualità del trattamento e dell'adesione sono influenzati dalla pulizia della superficie plastica. La superficie deve essere pulita per ottenere un pretrattamento ottimale e la successiva adesione dell'inchiostro. La contaminazione della superficie – come distaccante siliconico, sporco, polvere, grasso, oli e impronte digitali – ostacola il trattamento.

Anche la purezza del materiale è un fattore importante. La durata di conservazione delle materie plastiche trattate dipende dal tipo di resina, dalla formulazione e dall'ambiente circostante dell'area di stoccaggio. La durata di conservazione dei prodotti trattati è limitata dalla presenza di materiali ossidati a basso peso molecolare (LMWOM), come antiossidanti, plastificanti, agenti scivolanti e antistatici, coloranti e pigmenti, stabilizzanti, ecc. L'esposizione delle superfici trattate a temperature elevate aumenta la mobilità della catena molecolare – maggiore è la mobilità della catena, più rapido è l'invecchiamento del trattamento. La mobilità della catena polimerica nei materiali trattati fa sì che i siti di legame creati dal trattamento si allontanino dalla superficie. Questi componenti possono infine migrare verso la superficie del polimero.

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