Tratamiento de superficies
La superficie de los productos moldeados precisa con alguna frecuencia de un tratamiento posterior al moldeo para permitir otras operaciones como la pintura, el metalizado o la impresión, o para mejorar sus características frente a la abrasión u otros agentes o cambiar sus características eléctricas o de otro tipo.
En algunos casos, se trata simplemente de pulir la superficie para abrillantarla y disimular pequeñas imperfecciones. En grandes piezas se efectúa con discos de pulido y ceras de pulido y abrillantado especiales, mientras que las piezas pequeñas pueden pulirse a granel en tambores giratorios con gránulos antiestáticos y material de pulido.
El lacado, en el caso de espumas estructurales o moldeados composite, se efectúa con lacas de resina reactiva y suele requerir una preparación previa de toscado e imprimación a menos que pueda proyectarse la laca en el molde antes del moldeo. En las poliolefinas puede ser necesario protegerlas contra la descomposición fotoquímica mediante laca pigmentada negra que absorbe la radiación UV.
Los tanques para combustible suelen revestirse con una laca conductora y resistente a la abrasión para evitar la carga electrostática, en tanto que muchos equipos electrónicos deben apantallarse con lacas con carga metálica. Otras lacas de alta dureza protegen las superficies de metacrilato o policarbonato contra la abrasión.
Figura 1 Los tratamientos con plasma permiten obtener nuevas características superficiales en diversos polímeros, mejorando propiedades de barrera, dureza o higroscopicidad
Para efectos de superficie sobre termoplásticos, tales como pearlescencia o coloreado de dos tonos (en cuero artificial) se emplean lacas de materiales afines con solventes especiales.
Tratamientos previos de la superficie
Muchos termoplásticos requieren un tratamiento específico antes de su lacado o impresión. Cuanto mayor es la inercia química del polímero, más necesario es preparar su superficie para permitir la pintura o impresión posterior. El amplio uso que se hace de las poliolefinas, especialmente en el campo del envase y embalaje y en el de la automoción, hace necesarios frecuentemente estos tratamientos, todos ellos a base de plasma, y que son básicamente el tratamiento corona, el flameado y el tratamiento por plasma de baja presión.
Otros tipos de tratamiento, como el de ataque de la superficie con ácidos, plantea problemas de residuo húmedo en el plástico que dificulta las operaciones posteriores, por lo que son menos frecuentas.
El tratamiento corona
Es el aplicado con mayor frecuencia a películas y láminas de poco espesor y consiste en un generador de alta tensión y frecuencia que alimenta un rodillo metálico suspendido con toma de tierra. Este rodillo está recubierto por un aislante como poliéster, cerámica o elastómero de silicona.
El conjunto puede considerarse un gran condensador, con el electrodo y el rodillo con toma de tierra como las placas del mismo, y el aire como dieléctrico. La corona se forma cuando se aplica un alto voltaje que causa la ionización del aire y se forma un plasma, pudiéndose observar una luz azulada en el espacio intermedio sin que se produzca arco debido al aislamiento del rodillo.
Este plasma a presión atmosférica es lo que se denomina descarga corona. Una película que pase de modo continuo sobre el rodillo bajo los efectos de este plasma sufre modificaciones superficiales que permiten la posterior impresión de la misma.
El tratamiento por flameado
La llama, es el plasma conocido desde hace más tiempo por la humanidad y se ha utilizado en varios procesos industriales.
A diferencia de la descarga corona, suele utilizarse para el tratamiento de objetos voluminosos, por lo que encuentra su mayor campo de aplicación en grandes elementos, como los de PP (parachoques y otros) del automóvil, que deben pintarse con colores que casen exactamente con el resto de la carrocería.
La instalación, consistente en un quemador y un depósito de combustible es muy portátil y puede emplearse para el tratamiento in-situ. Su efecto puede deberse a la elevada temperatura (1.000º a 2.000º C) de la llama o a reacciones con muchas especies excitadas de la misma.
Los parámetros importantes son la relación aire/gas y la naturaleza de éste, la distancia de la punta de la llama al objeto y el tiempo de tratamiento. La concentración de oxígeno y el ángulo de contacto con el agua mejoran con una relación aire/gas de 11/1, requiriéndose una llama oxidante para obtener los mejores resultados, pero teniendo buen cuidado de evitar la contaminación de la superficie con productos residuales de la combustión.
El tratamiento por plasma a baja presión
Es el que permite obtener efectos más seguros y precisos, pero está limitado por el tamaño del reactor en cuyo interior deben situarse las piezas a tratar, dado que se efectúa a presiones cercanas al vacío y mediante un emisor de radio-frecuencia, que debe estar aislado electrónicamente en el interior de un reactor, cuyas paredes actúan como masa o toma de tierra.
En física, el significado del término "plasma" es el de un gas ionizado. En este proceso, una molécula de gas se ioniza, esto es, se divide en un electrón libre y un ión positivo (molécula ionizada). Este proceso es a menudo una ionización por colisión de electrones.
La alimentación de un campo eléctrico alternativo de radio-frecuencia conduce a una acumulación de energía con respecto a los electrones para una colisión inelástica. Los electrones inciden en otras moléculas de gas que son de nuevo divididas en electrones libres e iones positivos. Mediante este proceso se forma un estado de plasma en todo el reactor. Los electrones y los iones se recombinan sobre la pared dado que el portador de carga, es decir, los electrones libres y los iones positivos, se descarga en la pared del reactor. De este modo se forma de nuevo una molécula de gas hasta que se establece finalmente el equilibrio dentro del reactor.
Figura 2 El plasma a baja presión cambia las características de la superficie sin alterar texturas ni aristas del producto; permite también depositar otros polímeros con una perfecta adherencia al substrato
Con este procedimiento pueden obtenerse propiedades especiales en la superficie sin modificar las de la masa del plástico, facilitando la deposición de películas metálicas, y con una profundidad muy controlada de la profundidad de la modificación, desde unos pocos angström a una micra, y se pueden proporcionar importantes características de barrera.
El tipo de gas utilizado en el tratamiento permite elegir las características deseadas para la superficie, independientemente de la estructura o reactividad química del polímero tratado.
Se evitan también los problemas del tratamiento en fase húmeda, tales como la presencia residual de humedad o disolventes, o el hinchado del substrato.
Otros tipos de modificación superficial
En algunos casos, el tratamiento superficial no es una fase previa de otro tratamiento, sino que se produce una modificación definitiva de la superficie del polímero, confiriéndole cualidades de las que carece el material de masa.
Algunos de ellos se efectúan mediante tratamientos por plasma, como el de las lentes de contacto en que se precisa permeabilidad al oxígeno e higroscopicidad. De ésta carece uno de los materiales adecuados; un copolímero de acrilato y siloxano, que es hidrófobo. El tratamiento con plasma de oxígeno permite aumentar la higroscopicidad y hacerlo con ello más confortable para el portador.
Otras técnicas utilizadas son las de injerto molecular, que cambian propiedades físicas y químicas del material, especialmente en aplicaciones biomédicas, membranas y adhesivos.
Para ello se dispone de dos métodos principales; el injerto por irradiación, en el que se irradia al polímero en presencia de un disolvente que contenga el monómero modificante deseado, y el injerto fotoquímico que limita su acción a la superficie y se utiliza para mejorar únicamente las características de la misma.
En el primer caso, la irradiación se efectúa por medio de ionización, bombardeo de electrones, radiación gamma o rayos Röntgen, y en el segundo por radiación UV o luz visible, con lo que resulta limitado el nivel de energía utilizable.
Estos sistemas facilitan, por ejemplo, el metalizado o la modificación de características electrostáticas del PET, la mejora de las características de barrera de las poliolefinas o el aumento de la resistencia química de diversos polímeros mediante su recubrimiento con una capa de oligómeros de polisiloxano. Asimismo, el aumento de la resistencia al rayado que puede obtenerse sobre láminas de PC o PMMA permite su aplicación en el acristalado de los automóviles o en los transparentes de los faros.
En resumen, muchos de estos tratamientos permiten obtener en plásticos de bajo coste características de superficie para las que sería necesario emplear otros polímeros de precio mucho más elevado.
