Tratamiento de llama
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Tratamiento de llama
El tratamiento con llama y corona se encuentra entre los métodos ampliamente utilizados para la activación de la superficie de las superficies de poliolefina. La llama también se puede utilizar para aumentar la energía superficial del plástico, y a menudo es la técnica elegida para las piezas de plástico tridimensionales. Sin embargo, dado que es inconveniente encender y apagar la llama con frecuencia, se necesita una gran cantidad de energía para mantener una llama constante. Las secciones de paredes delgadas no pueden resistir este proceso sin alabeo, y la superficie brillante del sustrato de algunas resinas se ve empañada por el tratamiento con llama. Además, la llama puede ser difícil de controlar y la consistencia difícil de mantener. Hay cuatro variables para controlar: relación aire-gas, salida del quemador (en BTU), la distancia desde la superficie del sustrato hasta la punta de la llama y el tiempo que el sustrato está bajo la llama. Existe una ventana muy pequeña para un rendimiento óptimo para cada variable, y los niveles de tratamiento de superficie disminuyen si hay alguna desviación. Sin embargo, un analizador de plasma de llama puede resolver problemas de consistencia en algunos casos. No obstante, el tratamiento con llama es con frecuencia el método de menor costo para proporcionar un tratamiento de superficie, particularmente cuando se considera la inversión inicial. No es tóxico, no tiene problemas de eliminación peligrosos, no perfora agujeros y puede alcanzar mayores energías superficiales que los tratamientos corona, que duran más. También puede manejar algunas formas irregulares, pero no todas. Ampliamente utilizado para polietileno y polipropileno, El tratamiento con llama también se ha utilizado para el poliacetal, el sulfuro de polifenileno y el poliéster termoplástico, así como otros plásticos.
Vida útil de los tratamientos de superficie
El tratamiento con llama de los plásticos es un proceso de activación superficial que funciona a presión atmosférica. La superficie del sustrato se expone brevemente a la llama de un quemador de gas (propano, butano, gas ciudad o gas natural) ajustado para dar condiciones fuertemente oxidantes (exceso de oxígeno). El sustrato se oxida en la superficie y los grupos polares que se forman conducen a una mejor humectabilidad. Los parámetros significativos del proceso incluyen la relación gas-aire, la temperatura de la llama y la duración del tratamiento, todos los cuales deben ajustarse para que el sustrato no se caliente demasiado y la superficie no se altere visiblemente. El proceso es aplicable a películas, láminas y molduras con grandes superficies lisas. El tratamiento con llama se emplea principalmente con poliolefinas (por ejemplo, revestimientos de PP para parachoques de automóviles). Debido a que el efecto activador se pierde rápidamente, los artículos tratados con llama deben recubrirse inmediatamente después del tratamiento. El nivel elevado de energía superficial creado por el tratamiento superficial no es permanente. De hecho, comienza a caer bruscamente inmediatamente después del tratamiento. Se pierden 10 dyn/cm en 3 h, y espués de un día, 18 dyn/cm se han ido. La pérdida se debe a la migración a la superficie de componentes de bajo peso molecular como amidas y agentes antibloqueantes. La pureza de la resina es un factor determinante, pero el entorno de almacenamiento y el tipo de tratamiento superficial también son significativos. Sin embargo, tenga en cuenta que los lavados con solventes pueden restaurar gran parte de la pérdida. El tratamiento con llama es una técnica adecuada para la mejora de la energía superficial de muchos tipos de poliolefinas. Sin embargo, se ha explotado en menor medida en comparación con el tratamiento corona.
Principio
El desarrollo del tratamiento con llama se realizó junto con poliolefinas, haciéndolos adherentes adecuados. La combustión en curso durante este tratamiento es un proceso complejo que involucra muchas reacciones químicas entre un combustible (generalmente un hidrocarburo) y un oxidante (por ejemplo, el oxígeno en el aire) que conduce a la producción de calor y luz (aunque no siempre) en la llama. Las especies químicas migran dentro de la llama dando como resultado una onda subsónica (40–45 cms−1 en el caso de sistemas de aire / hidrocarburos) apoyada por el proceso de combustión. Muchas especies radicales activas son creadas por muchas reacciones químicas durante la combustión, pero generalmente el proceso general se puede resumir en unos pocos pasos principales. El mecanismo de degradación de los radicales libres es característico de la activación superficial de las poliolefinas por tratamiento con llama; se produce en el carbono terciario en la cadena de PP, y en el caso de PE, se produce un ataque aleatorio.
Dos pasos principales están presentes durante la oxidación de PP. En el primer paso, la alta temperatura generada por el proceso de combustión (* 1700–1900°C) conduce a la ruptura de los enlaces C–H que se produce a lo largo de la superficie del polímero. El siguiente paso se basa en la inserción de grupos a base de oxígeno correspondientes a los enlaces rotos que dan como resultado la creación de nuevos sitios hidrofílicos adecuados para la interacción entre el sustrato y el recubrimiento. En particular, el proceso de oxidación de los grupos –CH3 a –CH2OH después del tratamiento se evaluó como el cambio más relevante en la química de la superficie que influye en las propiedades de humectabilidad y adhesión de las superficies de poliolefina. En el tratamiento con llama, el proceso de oxidación generalmente se produce por los radicales OH •.