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3. Preparación de superficies para transformados poliméricos
La adherencia o mojabilidad de una tinta en una superficie polimérica no depende solo de la naturaleza del sólido y del líquido de contacto, sino también del estado físico de la superficie, es decir, de la actividad superficial del polímero, la cual depende de su naturaleza y de su estado fisicoquímico, que puede modificarse mediante determinados tratamientos que se aplican a las piezas en la línea de fabricación o montaje, como una operación más integrada en el proceso previo a la impresión. Entre los tratamientos principales más usados se encuentran el basado en el efecto corona, los de plasma y otros como los tratamientos mediante ataque químico.
3.1. Tratamientos corona, plasma y otros
Se tratan a continuación los principales métodos o tratamientos de activación superficial de los materiales poliméricos mencionados anteriormente.
Tratamiento corona
El tratamiento basado en el efecto corona es el tratamiento eléctrico más sencillo. La pieza a tratar se sitúa entre dos electrodos, entre los cuales se aplica una descarga de corriente eléctrica con una frecuencia en torno a 25 kHz, o entre un electrodo y tierra aplicando un voltaje de unos 25 kV, ionizando así el gas, que normalmente es el propio aire atmosférico, que incide sobre la superficie a tratar a temperaturas relativamente bajas. Los iones del gas se estabilizan sobre la superficie del material polimérico generando grupos funcionales, normalmente oxigenados como el –CO–, muy activos.
Este método es adecuado para la activación superficial de películas de poliolefinas y PVC, que van a ser impresas en continuo, donde el electrodo de alta tensión se sitúa en forma de barra o filamento sobre un rodillo puesto en tierra, como se aprecia en la siguiente imagen.
Tratamiento plasma
El tratamiento mediante plasma frío a vacío es un método muy usado en electrónica con materiales inorgánicos cuya aplicación con los materiales poliméricos resulta exitosa para activar superficies con oxígeno.
Para que el plasma sea frío, es necesario realizar el tratamiento en el interior de una cámara a vacío en la que se mantiene una baja presión de un gas de composición controlada con ánodo (1) en la parte superior, el cual se polariza mediante una fuente de radiofrecuencia y con la pieza a tratar colocada sobre un cátodo (2) puesto en tierra (3), según se aprecia en la siguiente imagen.
Otros tratamientos
Se tratan a continuación otros métodos de activación superficial de materiales poliméricos, como son mediante ataque químico y mediante descarga de arco eléctrico.
Tratamiento mediante ataque químico
Los tratamientos mediante ataque químico se usan desde hace mucho tiempo. En estos, la superficie del polímero que se desea activar se trata con disoluciones de reactivos químicos que dan lugar a reacciones mediante las cuales se introduce en las moléculas más superficiales una serie de grupos funcionales que modifican la tensión superficial del material polimérico, modificando así su mojabilidad. En función de la naturaleza del polímero a tratar, se selecciona la solución reactiva adecuada. Por ejemplo, para la poliolefina, formada por moléculas apolares, el reactivo más adecuado es un oxidante fuerte como el ácido crómico, que provoca la oxidación de los hidrógenos a agua y de los carbonos a anhídrido carbónico (CO2), y deja las cadenas poliméricas unidas con grupos terminales carboxilo (–COOH).
Si el material polimérico está formado por moléculas fuertemente polares y fácilmente hidrolizables, como grupos amida, éter, éster, etc., la hidrólisis se lleva a cabo con reactivos fuertemente ácidos o básicos, quedando las moléculas de la zona afectadas con grupos terminales carboxilo, alcohol, etc., los cuales son muy útiles para la fijación de tintas que se difunden preferiblemente por las oquedades y fisuras formadas en el tratamiento.
Tratamiento descarga de arco eléctrico
Se aplican descargas eléctricas de alta tensión y frecuencia mediante dos electrodos situados a ambos lados de la superficie de la pieza que se desea tratar, con la ventaja de que se puede usar con piezas de diferentes formas y superficies.
Importante
Debe haber una buena ventilación, dado que la zona próxima al arco se carga en ozono, y dichos gases han de ser tratados antes de emitirlos a la atmósfera.
4. Serigrafía
La serigrafía es una técnica de impresión sencilla y económica, adecuada para pequeñas series de producción y muy utilizada con las botellas de policloruro de vinilo (PVC) y polietileno (PE) y en piezas planas, que consiste en forzar el paso de la tinta a través de un tejido de hilos de acero inoxidable con una trama muy fina que cubre los huecos de una plantilla, colocada sobre el material a imprimir o rotular, mediante un rodillo impregnado en tinta. El grosor de los hilos y su separación determinan el espesor de la película de tinta sobre el plástico.
4.1. Pantallas
La pantalla es la base de la serigrafía y está formada por un tejido tensado especialmente confeccionado. Las pantallas de fibras sintéticas se agrupan en poliamidas (nailon) y poliésteres, las cuales son fibras de muy poco espesor, lo que permite que se puedan confeccionar mallas muy finas, además de presentar otras ventajas como son una alta resistencia mecánica, estabilidad dimensional y resistencia a la abrasión de los productos utilizados en los postratamientos como a los disolventes.
En la selección de una pantalla adecuada para el proceso de impresión se han de tener en cuenta principalmente dos factores: el depósito de tinta y la imagen a reproducir.
En lo referente al depósito de tinta, si se desea un depósito grande, se ha de seleccionar una pantalla de fibra espesa y fuerte y un número de hilos por centímetro de borde de 100 o inferior. Si, por el contrario, se desea un depósito de tinta bajo o colores translúcidos, se usa una pantalla de fibra ligera con diámetro pequeño y con un número de hilos de 120 o más.
En lo referente a la imagen a reproducir, el diámetro del hilo no ha de ser mayor que el punto más pequeño de la trama a imprimir, ya que la dimensión del hilo puede coincidir con la del punto, quedando este superpuesto y bloqueado, dando lugar a fallos en la impresión de tramas finas.
Entre las pantallas más usadas se encuentran las siguientes:
1 Pantallas de poliamida (nailon), que presentan una alta resistencia al desgaste y a la abrasión, así como una elevada elasticidad.
2 Pantallas de poliéster, que presentan una mejor estabilidad dimensional que las de poliamida y una mayor resistencia mecánica y una superficie lisa y fácil de limpiar, lo que da lugar a que se usen con más frecuencia en serigrafía.
3 Pantallas de poliéster metalizado, son pantallas de poliéster tratadas con níquel y se usan en trabajos de impresión que requieran una gran precisión y estabilidad dimensional. Estas pantallas hacen que la electricidad estática generada por fricción sea expulsada al actuar como conductor eléctrico. Estas pantallas se usan también con las tintas termoplásticas, que han de calentarse durante la impresión.
4 Pantallas antiestáticas, las cuales están basadas en una mezcla de poliéster y nailon carbonizado, que hace que la electricidad estática se descargue de la pantalla evitando que las partículas de polvo se adhieran a los materiales poliméricos, favoreciendo así la impresión de los mismos.
5 Pantallas de aceros inoxidables, que se usan en impresiones de gran precisión, como en circuitos eléctricos, y cuando son necesarios altos depósitos de tinta. También se usan en decoraciones de cristales, cerámicas y porcelanas. Presentan los inconvenientes de un elevado coste, así como una baja elasticidad.
Actividades
5. ¿Por qué se han de pretratar las superficies de los plásticos antes de su impresión y cuál sería el tratamiento adecuando para el policloruro de vinilo (PVC)?
6. ¿Cuál es la pantalla de mayor uso en serigrafía, y cuál o cuáles son la/s razones de que se empleen con mayor frecuencia?
4.2. Máquinas de serigrafía
Las primeras máquinas de serigrafía eran sencillas pero, debido al amplio mercado en los últimos tiempos, se han ido perfeccionando, haciéndolas cada vez más complejas. Entre los principales tipos de máquinas de serigrafía cabe destacar las que se describen a continuación, mostrando una imagen de cada máquina después de cada descripción.
Máquinas semiautomáticas
Aquí, la acción de la pantalla y la impresión están mecanizadas pero el material polimérico a imprimir se coloca manualmente.
La pantalla se abre y se cierra mediante un mecanismo sincronizado donde la regleta es conducida mecánicamente así como la racleta. Se debe ajustar el ángulo y la presión de la regleta y racleta para conseguir una muy buena uniformidad de la tinta sobre la pantalla. La pantalla baja y la racleta empieza a forzar el paso de tinta a través de esta. Cuando termina, la pantalla vuelve a elevarse y la regleta la cubre de tinta mientras tanto, manteniendo así fresca la imagen a imprimir. Posteriormente, se seca el material impreso y se coloca el siguiente, comenzando el siguiente ciclo de impresión.
Máquina semiautomática
Definición
Regleta Base que sujeta las gomas rígidas de serigrafía a un soporte sólido y ergonómico para su uso en la pantalla de serigrafía, permite fijar la goma para realizar la transferencia de tinta en la pantalla.
Racleta Espátula formada por una tira de goma insertada en madera o en un dispositivo de metal o plástico que la asegure, cuya función es arrastrar y presionar la tinta a través de la pantalla.
Máquinas de elevación vertical plana
En estas la pantalla se eleva verticalmente desde la base de la impresión en posición horizontal a lo largo del ciclo de impresión, consiguiendo así una impresión más rápida y eficaz.
Máquina de elevación vertical plana
Máquinas cilíndricas
Estas están compuestas por un tambor vacío y perforado que tiene la guía en la parte superior del cilindro. La pantalla se mueve mientras que la regleta y la racleta permanecen fijas. El cilindro situado bajo la pantalla va rotando mientras que la pantalla se va moviendo a lo largo del ciclo de impresión, donde la racleta fuerza el paso de la tinta.
Estas máquinas suelen ser totalmente automáticas, ya que todo el ciclo de impresión es automático, incluso el cambio de pantallas, aunque normalmente dicho cambio es manual.
Máquina cilíndrica
Máquinas de impresión de objetos cilíndricos
En estas, un rodillo sujeta el objeto cilíndrico a imprimir, el cual está sujetado por la parte inferior con unas sujeciones de rodillo.
El principio de acción es que la pantalla se va deslizando por el objeto que se desea imprimir y este va rodando, donde la racleta situada en el interior de la pantalla fuerza el paso de la tinta.
Estas máquinas se fabrican en una gran variedad de tamaños y formatos, para ajustarse lo mejor posible a los soportes del objeto a imprimir.
Máquina de impresión de objetos cilíndricos
Máquinas de pantallas rotatorias
En estas máquinas las pantallas son cilíndricas y están fabricadas de un metal ligero que les confiere resistencia y rigidez.
La racleta se sitúa en el interior de la pantalla y está hueca, permitiendo así que la tinta pase directamente a través de la pantalla. Ahora es la pantalla estacionaria la que rota y se fuerza al objeto a imprimir a pasar a través de la abertura, siendo el principal factor de control el ajuste de la racleta sobre la pantalla.
Máquina de pantallas rotatorias
Máquinas tipo carrusel
Su principio de funcionamiento es una base de impresión múltiple que rota sobre un pivote central, donde encima de cada plancha hay un cabezal de impresión que también rota.
Se coloca el objeto a imprimir sobre la primera plancha plana, realizando la primera impresión (primer color), se gira la plancha pasando por la segunda pantalla imprimiendo el segundo color y así sucesivamente hasta completar el ciclo de impresión, pasando por tantas mesas de impresión como colores sean necesarios. Entre las planchas se sitúan unidades de secado y refrigeración para conseguir una buena impresión. Estas máquinas se usan mucho para la impresión de prendas textiles.
Máquina tipo carrusel
4.3. Proceso de impresión
El proceso de impresión depende fundamentalmente del sistema de pantalla usado, pero en todos los procesos se ha de aplicar la mezcla uniformemente para conseguir una buena calidad de impresión, donde el tejido de la pantalla debe estar encerrado en la emulsión, aunque la parte más gruesa del recubrimiento se sitúa del lado de la impresión. Se emulsiona la pantalla una o dos veces por el lado de la impresión y posteriormente, de forma inmediata, de dos a cuatro veces por el lado de la racleta, llevándolo a secado a continuación. El espesor definitivo del recubrimiento se obtiene después del secado mediante una o dos aplicaciones más del lado de la impresión, todas con un secado intermedio. Para obtener una buena resistencia al desgaste producido por la racleta, la pantalla se vuelve a emulsionar una o dos veces más del lado de la misma. El número de emulsiones a realizar depende principalmente de dos factores, que son el tipo de impresión a realizar y el número de hilos por centímetro de la pantalla.
4.4. Secado
Los principales mecanismos de secado de las tintas usadas en serigrafía son los siguientes: oxidación, evaporación del disolvente, rayos infrarrojos y secado ultravioleta.
Mediante oxidación
Consiste en dejar secar al aire y se aplica con aquellas tintas que forman una película flexible al estar expuestas durante un largo período de tiempo al aire, consiguiendo una duración de secado de entre 6 y 8 h si se añaden aditivos que aceleran el proceso de secado.
Mediante evaporación del disolvente
Se hace uso de secadores automáticos donde el material impreso se transporta por una cinta transportadora a través de túneles de secado con flujos de aire caliente, donde el disolvente evaporado es reconducido por ventilación. Estos secadores constan normalmente de varias secciones: una primera sección, donde se aplican pequeños chorros de aire caliente, produciendo una rápida evaporación de los disolventes; y una segunda sección, donde se aplica un chorro de aire frío para enfriar la tinta. La mayoría constan de tres secciones: dos de aire caliente, donde se aplica un flujo de aire de menos a más caudal; y una tercera, donde se aplica el aire frío.
La principal variable a controlar en este proceso de secado es la velocidad de la cinta transportadora, que viene condicionada por la sensibilidad del material a imprimir y la velocidad de secado de las tintas.
Mediante rayos infrarrojos (IR)
Se usa para tintas basadas en resinas que pasan de un estado líquido a sólido una vez completado el secado, por la acción de la radiación emitida.
Los secadores que usan este método constan de cintas transportadoras fabricadas en fibra de cristal resistentes al calor y que transportan el material impreso húmedo. Las lámparas de infrarrojos se sitúan en reflectores para conseguir una correcta distribución de la radiación. Muchos secaderos de este tipo disponen también de sistemas de emisión de chorros de aire para facilitar la extracción de los componentes evaporados y del agua, sirviendo además de refrigeración debido a las altas temperaturas alcanzadas en el proceso.
Hay colores que absorben más cantidad de rayos infrarrojos que otros, por lo que hay que ajustar correctamente la velocidad de la cinta y la distancia del material a secar de las lámparas de infrarrojos, ya que de lo contrario se puede obtener un material acabado inadecuado o romper la película impresa.
Las fuentes de la radiación infrarroja se han diseñado para emitir a dos longitudes de onda distintas en función de las necesidades de secado y del material a tratar:
1 La onda corta, de 0,6 a 2,5 micrómetros (μm), trabaja a elevadas temperaturas de hasta 2000 ºC usando fuentes de lámparas halógenas de cuarzo, reduciendo así el tiempo de secado de horas a segundos. Se usan para secar materiales no sensibles al calor.
2 La onda media, de 0,5 a 3,3 μm, y la onda larga, de 3,3 a 5,3 μm, trabaja a temperaturas en torno a los 850 ºC, y se usan para materiales sensibles al calor.
Mediante secado ultravioleta
Esta radiación proporciona la energía necesaria para la fotopolimerización de las resinas de la tintas.
Los secadores que usan este método están formados por cintas transportadoras fabricados en fibra de cristal, donde el material impreso se transporta por debajo de una lámpara de vapor de mercurio muy intensa, fuente de la radiación, pudiendo alcanzar temperaturas de hasta 700 ºC, por lo que es necesario una refrigeración con aire frío.
El principal parámetro de control del secado es el tiempo de exposición a la luz, el cual se regula variando la velocidad de la cinta.
Estos secadores llevan incorporados sistemas protectores para prevenir la emisión de radiaciones, un sistema automático de corte de corriente en caso de fallar el sistema de refrigeración, para así prevenir recalentamientos, así como también un sistema de extracción de humos para sacar el ozono, formado al entrar en contacto la radiación UV con el oxígeno del aire.
Recuerde
Los principales mecanismos de secado de las tintas usadas en serigrafía son los siguientes: mediante oxidación, evaporación del disolvente, rayos infrarrojos y secado ultravioleta.
4.5. Postratamientos. Eliminación de tintas y desengrasados
Después de la impresión, hay que lavar inmediatamente la tinta de la pantalla con un producto de limpieza que se corresponde con la tinta usada antes de que los restos se sequen. El procedimientos de limpieza se inicia con un lavado de la pantalla hasta que el bloqueador (sustancias que bloquean las partes que no se van a imprimir) salga. Posteriormente se desengrasan los dos lados de la pantalla y se untan ambos lados con una pasta o líquido hasta que la emulsión esté completamente disuelta. A continuación, se limpia con un chorro a presión entre 50 y 100 bar y, finalmente, se quitan restos de tinta que puedan quedar con algún disolvente emulsionado en agua.
El desengrasado de las pantallas es necesario antes de su reutilización debido a que el polvo y su manipulación hacen que se ensucien, afectando a la adhesión de la tinta.
Como se ha comentado, se realiza en ambas caras de la pantalla, normalmente con productos biodegradables, y aclarando posteriormente con abundante agua. Hay que recordar no usar detergentes domésticos, ya que la mayoría de ellos contienen aditivos que se depositarían sobre la pantalla, perjudicando la posterior adherencia de la tinta sobre el material polimérico a imprimir.
Actividades
7. ¿Qué máquina de impresión sería adecuada para la impresión de una botella de plástico y cuál sería su principio de funcionamiento?
8. ¿Qué parámetro de control tienen en común los métodos de secado del material impreso mediante evaporación del disolvente y mediante rayos infrarrojos?
