Recuperação hidrofóbica

Recuperação hidrofóbica

Pontos principais

• Superfícies tratadas não permanecem tratadas. Um polímero tratado volta a se aproximar da sua energia de superfície original desde o instante em que o tratamento termina.
• Quatro mecanismos a provocam: reorientação dos grupos polares para o interior do material, migração de fragmentos oxidados, exsudação de aditivos e contaminação do ar.
• O decaimento é rápido no início e lento depois. A maior parte da perda ocorre nas primeiras horas ou dias; o patamar que vem a seguir é o que a tinta ou o adesivo encontra.
• A janela é um item de especificação. Poliolefinas mantêm um nível adequado a tintas por horas ou dias; PET, PC e ABS, por semanas ou meses; borracha de silicone, por minutos ou horas.

Recuperação hidrofóbica

A recuperação hidrofóbica é a perda progressiva de energia de superfície em uma superfície polimérica tratada por plasma, corona ou chama, à medida que os grupos polares criados pela oxidação são enterrados, cobertos ou diluídos e a superfície retorna ao seu estado original, de baixa energia e repelente à água. Também chamada de decaimento ou envelhecimento do tratamento, é a razão pela qual o nível de dyne medido no equipamento de tratamento não é o nível que a tinta ou o adesivo encontrará.

O tratamento pode elevar uma poliolefina de 29–31 para 44–56 dyne/cm. A recuperação raramente a leva de volta ao ponto inicial; ela se estabiliza em um patamar intermediário, e esse patamar, comparado ao nível exigido pelo processo, define a janela utilizável.

Mecanismos

Quatro processos ocorrem em paralelo; qual deles predomina depende do polímero, do pacote de aditivos e do armazenamento.

Cinética e janelas típicas

Representada como energia de superfície em função do logaritmo do tempo, a recuperação é uma queda acentuada seguida de um patamar. No polipropileno tratado por corona, cerca de metade do ganho acima do nível não tratado pode desaparecer em 24–72 horas à temperatura ambiente, antes de a curva se achatar e talvez se manter por semanas. A taxa acompanha a mobilidade das cadeias: polipropileno (Tg abaixo de 0 °C), polietileno e silicones são borrachosos à temperatura ambiente e se reorientam livremente; PET (Tg de cerca de 70–80 °C), ABS (cerca de 105 °C) e policarbonato (cerca de 147 °C) são vítreos, e a reorientação fica quase congelada.

Medição do decaimento

Caracterize a recuperação medindo a molhabilidade em material de produção, armazenado como na produção, em 0, 1, 4, 24 e 72 horas e depois em 7, 14 e 28 dias.

• As soluções de tensão de molhabilidade conforme a ASTM D2578 fornecem um valor delimitado em passos de 2 dyne/cm, rápido o bastante para todo o cronograma.
• O ângulo de contato de gota séssil (ASTM D5946 para filme tratado por corona, ou um goniômetro com água e diiodometano) fornece um número contínuo e, com dois líquidos, isola o componente polar, que é a parte que decai. Canetas de dyne detectam o decaimento, mas não conseguem mapeá-lo.

Meça três posições por amostra, já que o tratamento varia da borda ao centro, e registre os ajustes do equipamento de tratamento, o lote da resina, a temperatura de armazenamento e a embalagem em cada ponto. A calculadora de energia de superfície confronta um nível de dyne ou um par de ângulos de contato com a margem de que a tinta ou o adesivo precisa.

Fatores que encurtam ou ampliam a janela

Especificação e verificação de uma janela de tratamento

A recuperação não pode ser desligada, por isso o processo é projetado em torno dela: tratamento em linha (descarga corona em filme, plasma atmosférico ou plasma de chama em peças moldadas, segundos antes da tinta ou do adesivo), uma janela entre tratamento e colagem para o tratamento em lote, com intervalo máximo definido pela curva de decaimento, ou novo tratamento do estoque envelhecido, que reverte a reorientação, mas não a exsudação de aditivos.

A especificação deve então definir:

• Energia de superfície exigida no ponto de uso, por exemplo, mínimo de 42 dyne/cm pela ASTM D2578 ou ângulo de contato com a água abaixo de 60°, e não no equipamento de tratamento.
• Intervalo máximo entre tratamento e colagem, no máximo metade do tempo em que a curva medida cruza esse requisito.
• Condições de armazenamento: faixa de temperatura, embalagem, sem contato com poliolefina não tratada, papelão ondulado ou silicone.
• Verificação: uma medição por turno e antes de usar estoque com mais de 24 horas.

Quanto tempo dura o tratamento de superfície por plasma aplica isso a uma linha de peças moldadas; o pré-tratamento de superfície trata da escolha do método.

Solução de problemas

Termos relacionados e leitura

• Energia de superfície
• Ângulo de contato
• Plasma de chama Pyrosil
• Plasma frio
• Envelhecimento acelerado
• Pré-tratamentos de superfície de polímeros por plasma para melhorar a união por adesão

Aplicação na produção

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Perguntas frequentes

Com que rapidez ocorre a recuperação hidrofóbica após o tratamento por plasma ou corona?

Mais rápido nas primeiras horas. No polipropileno tratado por corona, cerca de metade do ganho acima dos 29 dyne/cm do material não tratado pode ser perdida em 24–72 horas, e depois a curva se achata em um patamar que pode durar semanas. A borracha de silicone se recupera em minutos ou horas; PET, policarbonato e ABS, que são vítreos, levam semanas ou meses.

A superfície volta por completo ao estado não tratado?

Em geral, não. A reorientação enterra os grupos polares sem eliminá-los, e a reticulação causada pelo tratamento restringe a superfície; por isso a maioria dos polímeros se estabiliza acima do valor não tratado. Se esse patamar é utilizável depende do líquido: 38 dyne/cm no polipropileno servem a algumas tintas à base de solvente e não atendem a uma tinta à base d’água de 42 dyne/cm.

O estoque envelhecido pode simplesmente ser tratado de novo?

Se a reorientação for o mecanismo dominante, sim: o novo tratamento volta a girar os grupos polares para fora e a superfície se comporta como estoque novo. Se a causa for a exsudação de aditivos, o novo tratamento ativa o aditivo exsudado, e não o polímero, e o nível volta a cair em poucas horas. Limpe uma amostra com solvente antes de tratar de novo; se só ela se mantiver, o problema é a exsudação.

Como escrever uma janela entre tratamento e colagem em uma especificação?

Meça a curva de decaimento em material de produção, armazenado como na produção, encontre o ponto em que ela cruza o nível de que a tinta ou o adesivo precisa e defina o intervalo máximo como metade desse tempo. Informe o nível no ponto de uso, o método de ensaio (ASTM D2578 ou ângulo de contato com a água), a temperatura de armazenamento, a embalagem e uma verificação por turno.

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