Decoração e Acabamento de Plásticos

Decoração e Acabamento

Excelência de processo, do conceito à comercialização

Acabamentos de destaque não acontecem por acaso! Desde 1992, a SABREEN resolve problemas de fabricação de plásticos para 525 empresas em 34 países. Nossas tecnologias inovadoras são empregadas na fabricação de muitos dos produtos militares e comerciais mais reconhecidos atualmente, da Estação Espacial Internacional e produtos farmacêuticos a câmeras de ação subaquáticas. A engenharia da SABREEN conquistou os principais prêmios do setor para nossos clientes, incluindo o produto do ano em embalagens farmacêuticas/médicas, incorporado ao acervo do Smithsonian National Museum. Nosso envolvimento antecipado nos projetos acelera os cronogramas.

Os processos revolucionários da Sabreen resultam em fabricação de menor custo, qualidade Six Sigma e vantagens competitivas decisivas no mercado. Deixe-nos criar produtos com aparência dinâmica para sua empresa.

Tecnologias personalizadas de colagem e cura para vedação hermética de poliolefinas

Botões automotivos retroiluminados “dia/noite” com pintura e ablação a laser

Impressão digital (jato de tinta) em superfície contornada de canetas cilíndricas

Tampografia (pad printing) 360° em disco de fechadura de PPS, ângulo de saída de 60°

Impressão digital colorida a jato de tinta e marcação a laser em elastômeros termoplásticos e borrachas. Personalização em massa.

Marcação a laser subsuperficial para informação do produto e segurança do produto

Impressão digital para personalização em massa

Verniz transparente especializado para adesão e alta resistência a impacto

Impressão digital colorida completa com verniz transparente resistente a produtos químicos, compatível com FDA, para estabilidade em lava-louças

Estojos farmacêuticos/médicos premiados para contraceptivos, com design sofisticado

Telhas poliméricas decoradas/revestidas para simular ardósia e madeira de cedro, com garantia de 40 anos contra desbotamento, fogo e vento

Decoração personalizada e revestimentos de efeito especial que simulam toque macio (soft-touch) e imitação de madeira

Os decoradores utilizam diversos processos secundários para criar efeitos visualmente atraentes em recipientes e outras peças plásticas. Além disso, corantes de efeito especial podem ser moldados nas peças plásticas para gerar uma aparência atraente por si só. Melhor ainda, podemos combinar esses corantes com processos secundários, como pintura por spray, tampografia, hidrografia, marcação a laser e metalização, para gerar efeitos visuais e táteis exclusivos.

Tipos de corantes de efeito especial

A Tabela 1 lista seis classes principais de pigmentos e corantes de efeito especial. Todos estão disponíveis livres de metais pesados, e alguns atendem às regulamentações da FDA para plásticos.

A Tabela 1 lista seis classes principais de pigmentos e corantes de efeito especial. Todos estão disponíveis livres de metais pesados, e alguns atendem às regulamentações da FDA para plásticos:

Pigmentos perolizados. O principal tipo de pigmento perolizado usado em tintas, tintas de impressão e plásticos é baseado em flocos de mica revestidos com dióxido de titânio. À medida que a espessura do revestimento aumenta, a cor varia de branco prateado a amarelo, vermelho, azul e verde. Cores diferentes podem ser obtidas adicionando um segundo revestimento de óxido de ferro (dourado e bege) ou óxido de cromo (verde), e uma gama de cores metálicas (bronze e cobre) é obtida substituindo o dióxido de titânio por óxido de ferro.

Pigmentos metálicos. Os pigmentos metálicos são feitos de ligas de cobre e alumínio, disponíveis em diversas cores e formatos de partícula. As versões de cobre variam de dourado esverdeado brilhante a dourado avermelhado. As versões de alumínio são prateadas e cinza-prateadas. Originalmente, a grande maioria era oferecida em forma de flocos para maximizar o brilho. Assim como nos perolizados, o processador de plásticos deve minimizar as forças de cisalhamento para preservar o formato das partículas, e normalmente o colorista mistura pigmentos de diferentes tamanhos de partícula para obter o equilíbrio desejado entre brilho e opacidade. Partículas menores conferem opacidade; partículas maiores conferem brilho. Como os pigmentos metálicos conduzem calor e eletricidade, são frequentemente usados para conferir outras propriedades funcionais além da decoração.

Corantes e pigmentos fluorescentes. Às vezes chamadas de cores “que brilham à luz do dia”, as cores fluorescentes funcionam “tirando de um lado para dar a outro”. A luz do dia é composta por radiação ultravioleta, visível e infravermelha. No caso dos pigmentos convencionais, a cor que vemos se deve à reflexão de determinados comprimentos de onda da luz visível que atinge o objeto. Pigmentos e corantes fluorescentes aproveitam tanto a radiação ultravioleta quanto a visível. Sua composição química permite que emitam parte dos raios UV absorvidos como radiação visível. Essa luz emitida se soma à luz visível refletida, resultando em uma cor muito mais brilhante, que parece brilhar. Um efeito semelhante ocorre com a iluminação fluorescente comercial. Produtos de consumo, de chicletes a detergentes de roupa, já foram embalados em recipientes fluorescentes para atrair o olhar do comprador.

Pigmentos fosforescentes. Também chamados de pigmentos “que brilham no escuro”, os pigmentos fosforescentes estão sendo cada vez mais usados em diversas aplicações, incluindo interruptores de luz, mostradores, botões de controles remotos de TV e brinquedos, entre outros. Enquanto os pigmentos convencionais emitem luz tão rápido quanto a absorvem, os fosforescentes interagem de forma diferente com as fontes de luz. Esses pigmentos absorvem prontamente a luz em uma ampla faixa de comprimentos de onda, mas a reemitem muito lentamente ao longo do tempo. Originalmente, esses pigmentos dependiam de uma química à base de sulfeto de cádmio. Mas atualmente, várias empresas oferecem versões livres de metais pesados. Você “carrega” o artigo colorido com esses pigmentos expondo-o a uma fonte de luz visível — uma lâmpada incandescente comum já é suficiente — e o artigo brilhará por várias horas após ser removido da fonte de luz.

Corantes termocrômicos e fotocrômicos. Esses corantes proporcionam efeitos impressionantes de mudança de cor. Como o nome sugere, os corantes termocrômicos mudam de cor em resposta a uma mudança de temperatura. São corantes complexos compostos por um corante propriamente dito, um ativador e um solvente. O ponto de fusão do solvente determina a temperatura na qual a mudança de cor ocorre, enquanto o corante determina a cor. Os termocrômicos funcionam melhor em “plásticos macios”. Por exemplo, são mais eficazes em PE, poliestireno de alto impacto e PVC flexível do que em PP, poliestireno cristal ou PVC rígido. Isso ocorre porque os plásticos mais macios têm mais volume livre disponível para acomodar os 3 componentes necessários. Os termocrômicos disponíveis comercialmente variam muito em preço, mas todos precisam ser usados em níveis relativamente altos para obter um efeito de mudança de cor expressivo. Os corantes fotocrômicos são baseados em corantes que mudam sua forma molecular ao serem expostos à luz solar. Os fotocrômicos podem ser usados em níveis baixos (cerca de 0,5% ou menos) e funcionam bem em plásticos transparentes.

Os revestimentos decorativos à base de água proporcionam aparência excepcional, funcionalidade e valor, além de serem ecologicamente corretos. O revestimento à base de água é uma tecnologia em rápido desenvolvimento que usa a água como meio para transferir o revestimento à superfície do plástico, tornando-se o novo padrão em substituição a muitos revestimentos à base de solvente. As formulações aquosas atuais podem oferecer propriedades estéticas e físicas iguais ou superiores às formulações à base de solvente em muitas aplicações.

Os revestimentos aquosos de alto desempenho atingem padrões de acabamento decorativo ultra-elevados e vêm ganhando espaço rapidamente em diversos setores de pintura e revestimento. Os revestimentos aquosos são ecologicamente “verdes” e atendem a regulamentações rigorosas de emissões, permitindo que os fabricantes migrem de sistemas de pintura à base de solvente em muitas aplicações. Os revestimentos aquosos são menos tóxicos, têm baixos níveis de COV e são menos inflamáveis. Seu uso reduz as emissões atmosféricas e melhora a saúde e segurança dos trabalhadores.

Os revestimentos aquosos estão disponíveis em diferentes mecanismos de cura, incluindo a) evaporação, b) cura em estufa e c) cura por UV. Nos últimos anos, os setores automotivo, naval e de OEMs de arquitetura aumentaram drasticamente o uso de revestimentos aquosos pigmentados e vernizes transparentes (topcoat).

Nos revestimentos à base de solvente, o meio fluidizante é um solvente orgânico ou mistura de solventes orgânicos (MEK, MIBK, xileno, tolueno etc.). Para ser classificado como revestimento “à base de água”, a água deve ser um meio fluidizante importante ou majoritário. A maioria dos revestimentos classificados como aquosos também contém alguns cossolventes orgânicos no meio fluidizante. Esses tendem a ser cetonas, álcoois e ésteres polares de baixo peso molecular. A composição química típica é de aproximadamente 50% de água, 45% de sólidos e 5% de cossolventes (podendo variar de 2% a 20% do meio fluidizante).

Aplicação do processo

Os processos de aplicação convencionais podem ser usados com revestimentos aquosos, incluindo todos os métodos de pulverização e a imersão (dip coating). Isso dá aos processos aquosos uma vantagem sobre as tintas de alto teor de sólidos, que não podem ser aplicadas por imersão devido à sua viscosidade mais alta. Os métodos de pulverização incluem atomização a ar tradicional, HVLP, sem ar (airless) e assistida por ar (air-assisted airless). As pistolas de pintura podem ser limpas com água ou soluções à base de água, em vez de diluente de tinta ou acetona.

Considerações sobre secagem

O tempo de cura dos revestimentos aquosos é bem maior do que o de seus equivalentes à base de solvente. Um tempo de flash-off adequado entre a cabine de pintura e a estufa é necessário ao secar ou assar o revestimento forçadamente. Caso contrário, pode ocorrer o fenômeno de “solvent popping”. Também é necessário garantir que a temperatura da superfície da peça seja maior que o ponto de orvalho, para evitar a formação de condensação. Embora isso geralmente não seja um problema nos meses mais quentes, pode ser uma preocupação nos meses mais frios.

Clima mais quente, quando a umidade está alta, pode prolongar os tempos de flash-off e secagem. Se a umidade estiver alta, o vapor de água liberado durante a secagem não tem para onde ir, e o filme não curará adequadamente. Ao fornecer fluxo de ar moderado e temperatura aumentada, é possível garantir um suprimento contínuo de ar fresco ao revestimento, dando ao ar mais capacidade de reter umidade. Toda a água deve ser removida do revestimento antes que as peças sejam expostas a temperaturas de congelamento. Não fazer isso pode resultar em perda de adesão, já que a água remanescente se expandirá ao congelar.

A durabilidade de adesão e abrasão de revestimentos e tintas curados são duas propriedades de desempenho críticas, e sua medição e controle são essenciais para uma fabricação robusta. Adesão e durabilidade à abrasão são propriedades físicas distintas, frequentemente diagnosticadas de forma incorreta durante a análise de modos de falha. Baixa adesão e baixa durabilidade à abrasão são causas comuns de falhas em campo, refugo e retrabalho, redução de lucros e clientes insatisfeitos. Existem técnicas para medir essas propriedades.

Adesão versus abrasão

A adesão e a durabilidade (resistência) à abrasão ideais de revestimentos e tintas curados sobre substratos plásticos devem ser alcançadas durante a fabricação para produzir produtos de alta qualidade que resistam durante toda a sua vida útil. Essas propriedades podem ser interdependentes, mas frequentemente são mutuamente exclusivas. Ou seja, revestimentos e tintas curados podem apresentar boa adesão e baixa resistência à abrasão, ou baixa adesão e boa resistência à abrasão. Testes e compreensão adequados de adesão e abrasão garantem a conformidade com as especificações e são inestimáveis para resolver problemas de revestimento e impressão. A identificação do mecanismo de falha — adesão (coesão), abrasão, ou ambos — determinará a solução do processo de engenharia. Existem métodos de teste tradicionais e instrumentação nova para medir e analisar essas propriedades.

Métodos de teste de adesão

A norma ASTM D 3359, Método de Teste Padrão para Medição de Adesão por Teste de Fita, é historicamente talvez o método mais conhecido e amplamente utilizado para testar a adesão de revestimentos e tintas, devido à sua simplicidade e baixo custo. O procedimento básico para realizar o teste de fita inclui o seguinte:

• Acordo sobre a seleção da fita.
• Os revestimentos e tintas devem estar completamente curados antes do teste.
• Fazer cortes em X no filme conforme o Método A, ou em um padrão de grade com seis ou onze cortes em cada direção conforme o Método B do teste.
• Remover e descartar duas voltas de fita do dispensador do rolo.
• Alisar a fita no local com o dedo e, em seguida, esfregar firmemente com uma borracha na ponta de um lápis ou similar. A cor sob a fita é um bom indicador de contato completo.
• Dentro de 60 a 120 segundos após a aplicação, remover a fita puxando a extremidade solta rapidamente (sem puxões bruscos) de volta sobre si mesma, o mais próximo possível de um ângulo de 180 graus.
• Inspecionar a área cortada quanto à remoção do revestimento do substrato e classificar a adesão em relação às descrições e ilustrações predeterminadas (0B, 1B, 2B, 3B, 4B, 5B).

Os projetistas podem melhorar a adesão adicionando textura à(s) superfície(s) do molde. A textura introduz picos e vales, proporcionando adesão por travamento mecânico. A textura pode ser obtida diretamente na ferramenta do molde ou manualmente, com uma esponja Scotch-Brite e limpeza com solvente. A textura moldada é preferível, pois mantém as características da superfície sem custos adicionais de mão de obra/produtos químicos. Por exemplo, o acabamento de cavidade de molde NTMA “40-Diamond, polido com grão 1200” provavelmente melhorará a força de adesão em comparação ao acabamento “10-Fine Diamond, grão 8000” (faixa de 0 a 3 mícrons). Ver Figura 4, Acabamento de Superfície de Molde SPI. Mesmo superfícies levemente texturizadas são benéficas. Para aplicações de furos recuados, como conectores, pinos de núcleo gravados (etched) no molde são altamente eficazes.

Compatibilidade entre tinta e substrato polimérico – Entre os polímeros mais desafiadores para impressão a jato de tinta estão: acetais (POM), poliamidas (náilon), poliolefinas, poliéster (PET), sulfeto de polifenileno (PPS), poliéter-éter-cetona (PEEK), polieterimida (PEI), poliimida “Kapton” (PI), politetrafluoretileno (PTFE) e poliuretanos (PUR). Os projetistas selecionam esses materiais de baixa energia de superfície (LSE) por sua leveza como substituto de metal, rigidez e resistência, resistência química e propriedades físicas em temperaturas de serviço elevadas.

Para uma impressão e decoração bem-sucedidas, tintas e revestimentos devem alcançar adesão de longo prazo à superfície polimérica. A adesão depende, em grande parte, de fenômenos de superfície, ou seja, a tinta em temperatura elevada precisa jatear facilmente do cabeçote de impressão e interagir adequadamente com o substrato. A tinta precisa conseguir estabelecer contato íntimo com a superfície do substrato polimérico. Esse contato íntimo é chamado de molhamento, ou molhar a superfície, e se refere à capacidade da tinta de se espalhar sobre a superfície. A maioria das superfícies poliméricas é naturalmente hidrofóbica e resiste ao molhamento. Caracteristicamente, esses plásticos são superfícies quimicamente inertes e não porosas, com baixa energia de superfície, o que torna a adesão da impressão quase impossível. A energia de superfície é o excesso de energia que existe na superfície (em oposição ao volume) de um sólido. Esse excesso de energia existe porque as moléculas na superfície não conseguem interagir com tantos vizinhos semelhantes quanto as moléculas no volume; portanto, possuem excesso de energia de interação.

Por exemplo – A poliamida, comumente conhecida como náilon, é um polímero semicristalino. Os dois graus mais comuns são o Náilon 6 e o Náilon 6/6. Os polímeros de náilon são inerentemente difíceis de colar, pois são hidrofóbicos, quimicamente inertes e possuem baixa molhabilidade de superfície (ou seja, baixa energia de superfície). Além disso, os náilons são higroscópicos e absorvem umidade em excesso de 3% de sua massa em água da atmosfera. A umidade, por si só, cria problemas de adesão. O procedimento adequado de secagem das resinas de náilon é fundamental para o processamento e o desempenho da peça. É importante destacar que o comportamento hidrofóbico do náilon é uma propriedade de superfície, e o comportamento hidrofílico é uma propriedade de volume. Como o náilon é um polímero orgânico, ele possui uma energia de superfície relativamente baixa. Isso é consequência da química e física de superfície dos polímeros e outros materiais orgânicos. No entanto, os grupos amida na cadeia do náilon atraem água e dão origem ao comportamento hidrofílico desse material em relação à absorção de água no volume. Assim, no volume, o náilon pode se comportar como um material hidrofílico, mas na superfície pode exibir comportamento hidrofóbico.

O sulfeto de polifenileno (PPS) oferece a maior resistência a corrosivos entre os plásticos de engenharia avançados. Os produtos de PPS não são higroscópicos e, portanto, não sofrem problemas de expansão dimensional como o náilon (poliamidas). Ainda assim, é importante usar resina seca na moldagem das peças. A umidade, por si só, é problemática. Altos níveis de umidade podem criar vazios, o que pode afetar negativamente o desempenho da peça, prejudicar a adesão e alterar a estética. O tempo entre a secagem e o processamento deve ser o mais curto possível. O PPS deve ser seco em secadores de funil desumidificadores. Estufas de ar quente geralmente não são recomendadas. Para atingir um estado totalmente cristalino, são necessárias temperaturas de molde de pelo menos 275 a 300°F. Quando o PPS é moldado abaixo de 275°F, as peças moldadas ficam amorfas, ou semicristalinas, e permanecem nesse estado até serem expostas a temperaturas de serviço mais altas (incluindo cura térmica). Se a temperatura de serviço exceder a temperatura de moldagem, as peças se tornarão mais cristalinas, resultando em mudanças dimensionais e de propriedades. Por exemplo, a temperatura de deflexão térmica (HDT), a 264 psi (1,8 MPa), de PPS com 40% de carga de fibra de vidro moldado em estado não cristalino é de apenas 350°F, mas aumenta para mais de 500°F (260°C) no estado cristalino. Além disso, a temperatura do molde tem um efeito dramático na aparência da superfície.

Materiais de baixo peso molecular – como silicones, agentes desmoldantes, agentes antideslizantes e aditivos de processo – inibem a capacidade da tinta de fluir e alcançar o contato íntimo essencial para a adesão. Determinados agentes compostos solúveis ou insolúveis usados em pigmentos e corantes colorantes podem afetar negativamente a adesão. A composição química da superfície moldada, a textura e a porosidade afetam significativamente o fluxo da tinta e a adesão. O grau ou a qualidade do tratamento e da adesão são afetados pela limpeza da superfície plástica. A superfície deve estar limpa para se obter um pré-tratamento ideal e a subsequente adesão da tinta. Contaminação de superfície – como agente desmoldante de silicone, sujeira, poeira, graxa, óleos e impressões digitais – prejudica o tratamento.

A pureza do material também é um fator importante. A vida útil dos plásticos tratados depende do tipo de resina, da formulação e do ambiente de armazenamento. A vida útil dos produtos tratados é limitada pela presença de materiais oxidados de baixo peso molecular (LMWOM), como antioxidantes, plastificantes, agentes deslizantes e antiestáticos, corantes e pigmentos, estabilizantes etc. A exposição das superfícies tratadas a temperaturas elevadas aumenta a mobilidade da cadeia molecular — quanto maior a mobilidade da cadeia, mais rápido é o envelhecimento do tratamento. A mobilidade da cadeia polimérica em materiais tratados faz com que os sítios de ligação criados pelo tratamento se afastem da superfície. Esses componentes podem eventualmente migrar para a superfície do polímero.

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