Faculdade de Tecnologia da Zona Leste

VALDINEI FERREIRA DE ARAJO

Tratamento superficial de filmes co-extrusados de PE

por descarga corona para adeso de tintas de

impresso flexografica

So Paulo

2011

Faculdade de Tecnologia da Zona Leste

VALDINEI FERREIRA DE ARAJO

Tratamento superficial em filmes co-extrusados de PE

por descarga corona para adeso de tintas de

impresso flexografica

Trabalho de concluso de curso

apresentado Faculdade de

Tecnologia da Zona Leste, sob a

orientao do professor Me Lcio

Cesar Severiano, como requisito parcial

para a obteno do diploma de

graduao no curso de tecnlogo em

produo de plsticos.

So Paulo

2011

Autorizo a reproduo e divulgao total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio convencional ou eletrnico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada fonte.

ARAJO, Valdinei Ferreira de Arajo

Tratamento superficial de filmes co-extrusados de PE por descarga

corona para adeso de tintas de impresso flexografica / Valdinei Ferreira

de Arajo Faculdade de Tecnologia da Zona Leste, So Paulo, 2011

63 p.

Orientador: Mr. Lcio Cesar Severiano

Trabalho de Concluso de Curso Faculdade de Tecnologia da Zona Leste

1. Polietileno; 2. Tintas; 3. Tratamento superficial; 4. Tratamento corona.

Faculdade de Tecnologia da Zona Leste

ARAJO, Valdinei Ferreira

Tratamento superficial de filmes co-extrusados de PE por

descarga corona para adeso de tintas de impresso

flexografica

Monografia apresentada no curso de Tecnologia em Produo de Plsticos na Faculdade de Tecnologia da Zona Leste como requisito parcial para obter o Ttulo de Tecnlogo em Produo de Plsticos.

Aprovado em:

Banca Examinadora

Orientador Me: Lcio Cesar Severiano Instituio: FATEC - ZL

Julgamento: ________________Assinatura: ______________

Prof. Ivan Douglas Campos Instituio: SENAI-SP

Julgamento: _________________Assinatura: ______________

Prof. DR. Clia Viderman Oliveira Instituio: FATEC-ZL

Julgamento: ________________Assinatura: ______________

So Paulo, 13 de junho de 2011.

DEDICATRIA

Dedico a DEUS, pois at aqui tem me ajudado, nos momentos mais

difceis desta jornada ELE sempre esteve ao meu lado, guiando-me e

orientando-me, dando fora para prosseguir e coragem para vencer os

obstculos.

A minha me Lindinalva Ferreira de Arajo e minha av Alzira Brito

Montenegro (em memria) por acreditarem em mim e terem batalhado para

que eu pudesse estar realizando este sonho.

AGRADECIMENTOS

H Deus pela oportunidade que mim concedeste.

A minha famlia, em especial a minha esposa pela pacincia, apoio e

compreenso que ela sempre demonstrou para comigo nesta caminhada.

Aos meus orientadores Prof. Me. Lcio Cesar Severiano e Prof. Dr.

Clia Viderman Oliveira pelo apoio, dedicao e amizade ao longo desta

caminhada.

Aos amigos da FATEC, pelo companheirismo e toda ajuda direta ou

indireta que prestaram na realizao deste trabalho.

ZARAPLAST, por todo apoio e incentivo, em especial a Renilson

Dias dos Santos por toda compreenso e companheirismo que prestaste no

decorrer desta jornada.

Ao Bruno Bronze da Empresa Corona do Brasil, por toda colaborao e

cooperao na execuo deste trabalho.

A todos os profissionais que de alguma forma contriburam para a

realizao deste trabalho.

O derrotado no o que perdeu a batalha,

mas o que parou de lutar

Mrcio Mendes

ARAJO, Valdinei Ferreira de Tratamento superficial de filmes co-

extrusados de PE por descarga corona para adeso de tintas de

impresso flexografica, 63 pg. Trabalho de Concluso de Curso (Tecnlogo)

da Faculdade de Tecnologia da Zona Leste, So Paulo 2011.

O desenvolvimento acelerado dos materiais sintticos polimricos e os

avanos tecnolgicos dos processos de transformao contriburam para o

crescimento da utilizao de embalagens flexveis em diversos segmentos.

Este fato se confirma com o surgimento de estruturas coextrusada, que

apresentam excelentes caractersticas e uma infinidade de aplicaes.

Neste trabalho foram estudados e realizados tratamentos superficiais

sobre descarga corona depositados sobre um filme tubular de polietileno com

uma estrutura de multicamadas, cuja finalidade aplicao em embalagens,

passando por um processo de impresso flexogrfica.

Nos dias atuais, com a globalizao e a competitividade do mercado o

mesmo no est aberto para produtos que no consiga atrair consumidores

finais. Os processos de impresso alm de enobrecer e valorizar o produto, o

mesmo deve possuir atrativos visuais, e ai est grande importncia de se

realizar uma boa impresso com qualidade; Porm uma das dificuldades de

conseguir uma impresso satisfatria em filmes plsticos, em especial as

poliolefinas devido estas apresentarem uma baixa tenso superficial que as

tornam no receptivas aderncia de outros substratos, tintas e adesivos.

Para melhorar estas propriedades, os filmes utilizados para fabricao de

embalagens so freqentemente submetidos a diferentes tcnicas de

tratamentos superficiais com o intuito de modificar as caractersticas da

superfcie dos substratos aumentando sua energia superficial, melhorando sua

tenso de umectao, facilitando a aderncia s tintas.

Palavras Chaves: 1. Polietileno; 2. Tintas; 3. Tratamento superficial; 4.

Tratamento corona.

Abstract

ARAJO, Valdinei Ferreira de Surface treatment of films co-extruded PE by

corona discharge for adhesion of printing inks flexographic, 63 pg.

Completion of course work (Technologist) Faculty of Technology Zona Leste,

So Paulo 2011.

The accelerated development of synthetic polymer materials and the

technological transformation processes have contributed to the growing use of

flexible packaging in several segments. This fact was confirmed with the

appearance of coextruded structures, which have excellent features and a

multitude of applications.

This work was performed and studied surface treatments on corona

discharge deposited on a polyethylene tubular film with a multilayer structure,

whose purpose is packaging applications, through a flexographic printing

process.

Nowadays, with globalization and competitiveness of the market it is not

open to products that can attract consumers. The printing processes in addition

to ennoble and enhance the pro duct, he must have visual signals, and therein

lies the great importance of conducting a good quality print. But one of the

difficulties of achieving a satisfactory print on plastic films in particular

polyolefins is because they present a low surface tension which makes them

non-receptive to the adherence of other substrates, inks and adhesives. To

improve these properties, the films used for packaging manufacturing are often

subjected to different techniques of surface treatments in order to modify the

surface characteristics of substrates by increasing their surface energy,

improving the wetting tension, facilitating the adhesion of the paint.

Key words: 1. Polyethylene; 2. Paint; 3. Surface treatment; 4. Corona

treatments.

SUMRIO

1 - INTRODUO _____________________________________17

2 - IMPORTNCIA E PROPRIEDADES DO POLIETILENO ____ 18

2.1 Polietileno ______________________________________________ 18

2.2 Caractersticas gerais ___________________________________ 22

2.2.1 - Propriedades _________________________________________ 23

2.2.2 - Evoluo das Propriedades _____________________________ 25

2.3 - Aplicaes _____________________________________________26

2.4 - Processamento _________________________________________ 27

2.4.1 - Extruso de filmes tubulares ____________________________ 27

2.4.2 - Principais componentes de uma extrusora _________________28

2.4.2.1- Rosca _______________________________________________28

2.4.2.2 - Matriz ______________________________________________ 28

2.4.3 - Ensaios realizados em filmes ____________________________ 29

2.5 - Polietilenos especiais ____________________________________29

2.5.1 - Polietileno de Ultra Peso Molecular _______________________ 29

2.5.2 - Polietileno de Ultra Baixa Densidade ______________________30

3 - TINTAS PARA IMPRESSO __________________________31

3.1 Componentes bsicos de uma tinta ________________________31

3.1.1 Resinas ______________________________________________32

3.1.2 - Pigmentos ____________________________________________32

3.1.3 - Aditivos ______________________________________________33

3.1.4 - Solventes ____________________________________________ 33

3.2 - Caractersticas das tintas _________________________________34

3.2.1 - Adeso ______________________________________________ 34

3.2.2 - ngulo de contato _____________________________________ 35

3.2.3 - Enegia superficial livre _________________________________ 36

3.2.4 - Molhabilidade ________________________________________ 38

3.2.5 - Tenso de umectao __________________________________ 38

4 - TRATAMENTOS SUPERFICIAIS ______________________ 41

4.1- Tratamento por chama ____________________________________41

4.2 - Tratamento por plasma ___________________________________42

4.2.1 - Ablao ______________________________________________42

4.2.2 - Reticulao __________________________________________ 43

4.2.3 - Ativao _____________________________________________43

4.3 - Tratamento corona ______________________________________44

4.3.1 - Teoria ________________________________________________44

4.3.2 - Funcionamento do sistema ______________________________45

4.3.3 - Tipos de estaes _____________________________________ 46

4.4 - Como dimensionar uma instalao de tratamento ____________ 47

4.4.1 - Material tratado ________________________________________47

4.4.2 - Velocidade de produo ________________________________ 47

4.4.3 - Largura de tratamento __________________________________48

4.4.4 - Nvel de tratamento ____________________________________ 48

5 - MATERIAIS E MTODOS ____________________________51

5.1 - Materiais _______________________________________________51

5.2 - Mtodos _______________________________________________ 52

5.2.1 - Preparao dos filmes _________________________________ 52

5.3 - Tratamento corona ______________________________________ 53

5.4 - Teste de umectao _____________________________________ 54

6 - RESULTADOS E DISCUSSO ________________________56

6.1 - Durabilidade ___________________________________________ 59

7 - CONSIDERAES FINAIS __________________________ 60

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS _______________________61

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Principais propriedades do polietileno ______________________ 25

Tabela 2 - Aditivos e funes ______________________________________33

Tabela 3 - Tenso superficial de alguns solventes _____________________ 34

Tabela 4 - Tenso superficial de polmeros ___________________________37

Tabela 5 - Tenso de umectao __________________________________ 39

Tabela 6 - Densidade de potncia dos materiais _______________________49

Tabela 7 - Composio dos materiais ______________________________ 52

Tabela 8 - Variveis de processamentos ____________________________52

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Polimerizao do etileno _________________________________19

Figura 2 - Estrutura qumica do PEBD _______________________________20

Figura 3 - Estrutura qumica do PEAD _______________________________21

Figura 4 - Componentes de uma tinta _______________________________31

Figura 5 - ngulo de contato em superfcie tratada _____________________36

Figura 6 - ngulo de contato em superfcie sem tratamento ______________36

Figura 7 - Caneta para teste de tenso superficial _____________________ 40

Figura 8 - Processo de ablao ____________________________________43

Figura 9 - Processo de reticulao _________________________________ 43

Figura 10 - Processo de ativao __________________________________ 44

Figura 11 - Aplicao do tratamento corona em um substrato ____________45

Figura 12 - Diagrama de estaes de tratamento corona para filmes _______47

Figura 13 - Equao do nvel de potncia ____________________________49

Figura 14 - Diagrama de uma co-extruso ___________________________ 53

Figura 15 - Estao de tratamento corona ___________________________ 54

Figura 16 - Teste de tenso superficial do filme _______________________ 55

LISTA DE GRFICOS

GRFICO 1 - Nvel de tenso superficial obtido na extruso______________56

GRFICO 2 - Nvel de tenso superficial obtido na impresso ____________57

GRFICO 3 - Comparao da tenso superficial entre os dois processos __ 58

LISTA DE ABREVIATURAS

ASTM - american society for testing and material

EXT - Extruso

f - fora

fd - fator de densidade

Hz - hertz

IMP - Impresso

kg - quilograma

Kv - Kilovolts

Kw - Kilowatts

L - Largura

LV - energia interfacial entre as fases lquido e vapor

mm - milmetro

P - Potncia

PE - Polietileno

PEAD ou HDPE - Polietileno da alta densidade

PEAUAPM ou UHMWPE - Polietileno de ultra alto peso molecular

PEBD ou LDPE - Polietileno de baixa densidade

PELBD ou LLDPE - Polietileno de baixa densidade linear

PEUBD ou ULDPE - Polietileno de ultra baixa densidade

RPM - Rotao por minuto

SL - energia interfacial entre as fases slido e do lquido

SV - energia interfacial entre as fases slido e vapor

UHMW-PE - polietileno de ultra massa molar

V - velocidade

W - watts

- ngulo de contato

m - micrmetro micra

17

1 INTRODUO

Em geral os filmes plsticos utilizados na fabricao dos mais diversos

tipos de embalagens oferecidas ao mercado consumidor so freqentemente

submetidos a diferentes tratamentos superficiais com o intuito de aumentar sua

energia superficial, melhorando sua molhabilidade.

Os plsticos, em especial as poliolefinas apresentam superfcies

quimicamente inertes, com baixa tenso superficial, o que os tornam no

receptivos aderncia de outros substratos, tintas e adesivos.

Portanto os tratamentos superficiais objetivam melhorar a adeso da tinta,

da metalizao, da resistncia a laminao, etc.

Neste trabalho ser abordado o tratamento superficial de filmes plsticos

por efeito corona.

O objetivo deste trabalho demonstrar as principais caractersticas dos

equipamentos do tratamento corona, suas vantagens, seus mtodos de

avaliao de desempenho do tratamento e como pode ser utilizados em

diferentes processos de produo.

18

2 IMPORTNCIA E PROPRIEDADES DO POLIETILENO

Neste captulo veremos um breve histrico sobre o polietileno e todo o

processo de transformao do filme tubular pelo processo de coextruso.

A indstria de flexveis uma das que mais cresce no setor de

embalagens. O processo de fabricao de filmes tubulares uma das mais

importantes tcnicas de processamento de polmeros para aplicao em

embalagens flexveis. Apesar da estrutura de uma embalagem flexvel ser

muito varivel, empregando materiais diversificados, em diversos setores, a

participao dos termoplsticos vem crescendo em larga escala, as principais

causas de sua trajetria bem sucedida no cenrio mundial so sua

versatilidade e custo competitivo.

Os filmes tubulares obtidos por extruso atravs de matrizes anelares

um dos processos que consome o maior volume de termoplsticos (MANRICH,

2005).

Uma das vantagens do processo de extruso de filme tubular a

facilidade de observao de como a resina est sendo transformada. (ROMAN,

2011).

Para se produzir um filme coextrusado, com mltiplas camadas, cada

material processado em uma extrusora separadamente, a qual possui uma

matriz especial onde os diferentes materiais fundidos so distribudos em seus

canais e antes de sair da ferramenta so unidos entre si formando o filme. A

principal finalidade do processo de coextruso o melhoramento das

propriedades de impermeabilidade. (GIRRACH, SILVA, 2002).

2.1 POLIETILENO

At meados de 1950 o polietileno comercial, foi produzido por processo

de alta presso e materiais de baixa densidade. (SENAI, 2003).

O polietileno, polmero termoplstico da famlia das poliolefinas, e

atualmente pode ser produzido tanto pelo processo de alta presso,

19

patenteado em 1933 pela Imperial Chemical Industries Ltd. (ICI), como pelo

processo de baixa presso. (BOLSONI, 2001).

Entende-se que o etileno um gs que se pode polimerizar por reao

em cadeia, a temperatura e presses elevadas e em presena de pequenas

quantidades de oxignio gasoso, resultando uma substancia solida, o

polietileno. A polimerizao do etileno e outros monmeros podem efetuar-se

presso normal e baixa temperatura, mediante catalisadores (WASILKOSKI,

2002).

Assim, possvel obter polmeros com cadeias moleculares de estrutura

muito uniforme. Na indstria qumica, muitos polmeros so produzidos atravs

de reaes em cadeia.

Para que ocorra a polimerizao em cadeia necessrio que se tenha

pelo menos uma insaturao reativa na molcula (CANEVAROLO JR, 2006).

Nestas reaes de polimerizao, os radicais livres necessrios para

iniciar a reao so produzidos por um iniciador onde gerado o centro ativo

que uma molcula capaz de formar radicais, assim formados, vo atacar as

molculas do monmero dando origem reao de polimerizao.

(CANEVAROLO JR, 2006). A FIGURA 1 ilustra a reao de polimerizao.

FIGURA 1: Polimerizao do Etileno FONTE: (BOLSONI, 2001, pg 17)

Os constantes aperfeioamentos nos catalisadores e nos processos

produtivo permitem a produo de variados tipos de Polietilenos que

dependendo das condies reacionais e do sistema cataltico empregado na

polimerizao, podemos obter os seguintes materiais. (PEBD, PEAD e PEBDL)

(COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

20

O grau de ramificaes das cadeias e o comprimento das cadeias laterais

tm influencia decisiva sobre as caractersticas deste polmero. Assim, de

acordo com a linearidade das cadeias do PE pode ser classificado como:

(PEBD) polietileno de baixa densidade, (PEAD) polietileno de alta densidade e

(PEBDL) polietileno de baixa densidade linear. (GABOARDI, 2007).

O (PEBD) obtido pela polimerizao do etileno sob alta presso e

temperatura em presena de oxignio e perxido. (MANO, 1999).

Devido o avano da espectroscopia de infravermelho revelou que o PEBD

contm poucas ramificaes de cadeias longas e muitas ramificaes de

cadeias curtas. (BOLSONI, 2001). A FIGURA 2 representa a estrutura qumica

do PEBD.

FIGURA 2: Estrutura qumica do PEBD FONTE: (BOLSONI, 2001, pg 18)

Esse tipo de ramificaes tem um efeito acentuado sobre a viscosidade

do polmero em soluo. O PEBD tem uma combinao nica de propriedades:

Tenacidade, alta resistncia ao impacto, alta flexibilidade, boa

processabilidade, estabilidade e propriedades eltricas excelentes.

(COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

O PEAD obtido atravs do processo Philips; o etileno polimerizado

pela catlise de xidos metlicos sob uma presso de 30 a 40 atm, em torno de

130 160C. (SENAI, 2003).

21

A principal diferena entre o processo de polimerizao de etileno sob

baixa presso e processo de alta presso est no tipo de sistema iniciador

usado. A linearidade das cadeias e conseqentemente a maior densidade de

PEAD fazem com que a orientao, o alinhamento e o empacotamento das

cadeias sejam mais eficientes; as foras intermoleculares (Van der Waals)

possam agir mais intensamente, e, como conseqncia, a cristalinidade seja

maior que no caso do PEBD. (COUTINHO, MELLO E SANTA MARIA). A

FIGURA 3 mostra a estrutura qumica do PEAD.

FIGURA 3: Estrutura qumica do PEAD FONTE: (BOLSONI, 2001, pg19)

O processo Standard utilizado na obteno do PEBDL e tem muita

similaridade com o processo Philips, baseada no uso de catalisador de xido

de molibdnio e tem um efeito significativo sobre a distribuio das

ramificaes de cadeias curtas, usa-se uma presso na ordem de 40 80 atm

e temperaturas de 230 270C. (SENAI, 2003).

Essa distribuio funo da estrutura e os centros ativos do catalisador,

alm das condies de polimerizao. As ramificaes de cadeia curta tm

influencia sobre a morfologia e algumas propriedades fsicas tais como, rigidez,

densidade, dureza e resistncia trao. (COUTINHO, MELLO e SANTA

MARIA, 2003).

As propriedades dos filmes de PELBD so atribudas a sua linearidade e

cristalinidade. A estrutura molecular do PEBDL essencialmente linear devido

ao tipo de catalisador usado. Sua cristalinidade, embora seja muito menor que

a do PEAD, maior que a do PEBD. (BASSO, et al, 2006).

22

2.2 CARACTERSTICAS GERAIS

Devido a grandes variedades de tipos e propriedades, os polietilenos

representam o maior volume de polmeros termoplsticos em uso na

atualidade. Alguns so mais flexveis enquanto outros rgidos, mas de modo

geral, os polietilenos se caracterizam por suas excelentes resistncia qumicas,

tenacidade, baixo coeficiente de atrito e fcil processamento.

(ALBUQUERQUE, 2000).

O PEBD um polmero com baixa permeabilidade a gua e pouco

solvel em solventes polares. (COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

O entendimento das propriedades fsicas e qumicas do polietileno de

fundamental importncia, pois alm de aprimorar a estrutura final do produto,

tambm contribui para o aperfeioamento dos processos de transformao.

Os polmeros obtidos atravs do processo Ziegler-Natta apresentam

cadeias de vrios tamanhos. A reao altamente exotrmica e assim uma

das principais dificuldades do processo a remoo do excesso de calor do

meio reacional. Essa natureza altamente exotrmica da reao a altas

presses conduz a uma grande quantidade de ramificaes da cadeia, as quais

tm uma importante relao com as propriedades do polmero, (SENAI, 2003).

Devido possibilidade de inmeras aplicaes do polietileno em diversos

produtos, incluindo filmes plsticos para embalagens em geral.

As propriedades do produto acabado se caracterizam pela alta

flexibilidade, tenacidade, boa rigidez dieltrica, boa resistncia mecnica e boa

processabilidade, podendo ser processado por extruso e moldado por sopro e

injeo. Possui uma cadeia mais ramificada, e isso lhe confere menor

temperatura de amolecimento. (COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

O PEAD possui uma maior rigidez e resistncia trao comparado com o

PEBD e PEBDL. (ALBUQUERQUE, 2000).

23

2.2.1 PROPRIEDADES

As propriedades fsicas dos polietilenos dependem de trs variveis

importantes: Grau de ramificao do polmero; Peso molecular e sua

distribuio e presena de impurezas. A presena de ramificaes na estrutura

do polietileno interfere na cristalizao, alterando suas propriedades; a

distribuio do peso molecular varia em funo do tamanho das ramificaes

presentes na estrutura e a presena de impurezas, provenientes de

catalisadores podem causar serias influncias nas propriedades eltricas do

polmero. (SENAI, 2003).

Dentre as propriedades dos polmeros destaca-se a importncia das

caractersticas moleculares do monmero. importante conhecer a natureza

qumica, a tcnica de preparo e o processo para que seja possvel uma

fundamentada expectativa quanto ao desempenho do material polimrico dele

resultante. (MANO, 1999).

Uma das mais interessantes caractersticas dos polmeros que eles

exibem propriedades intermediarias de slidos elsticos e de lquido viscosos,

dependendo da temperatura e da freqncia de aplicao da fora. Esta forma

de resposta a qual combina ambas as caractersticas chamada

viscoelasticidade. (COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

Outro fator importante que afeta as propriedades do material a estrutura

macromolecular, para que o mesmo apresente resistncia mecnica

satisfatria depende do grau de compactao da massa que a disposio

ordenada das macromolculas. (MANO, 1999).

O aumento da massa molar tem uma influencia direta nas propriedades,

pois, aumenta a resistncia trao, ruptura e ao impacto. (BOLSONI, 2001).

O polietileno um termoplstico de aspecto ceroso translcido, mas que

sob a forma de filmes, pode ser transparente. Todas as propriedades

mecnicas do polietileno so dependentes da histria trmica da amostra. Se

resfriarmos rapidamente o material desde o estado fundido o slido ter

24

densidade e cristalinidade menores, portanto, ser mais mole, mais flexvel,

mais resistente ao stress e mais transparente. (SENAI, 2003).

Os polietilenos so inertes face maioria dos produtos qumicos comuns,

devido sua natureza parafnica, seu alto peso molecular e sua estrutura

parcialmente cristalina. (COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

O PEBD resistente a maioria dos produtos qumicos, com exceo dos

cidos fortes e em temperatura ambiente insolvel em todos os solventes.

(BOLSONI, 2001). TABELA 1 apresenta algumas propriedades dos

polietilenos.

25

Propriedades Mtodo

ASTM

Baixa

Densidade

Mdia

Densidade

Alta

Densidade

Densidade (g/cm D 792 0,912-0, 925 0, 926-0, 94 0, 941-0, 965

Resistncia trao

(psi)

D 638 600-2300 1200-3500 3100-5500

Alongamento (%) D 1703 90,0-800,0 50,0-600,0 20,0-1000,0

Resistncia

Compresso

D 695 _ _ 2700-3600

Resistncia ao impacto

Zod ft.lb/in entalhe

D 256 No Quebra 0,5-16,0 0,5-20,0

Dureza (shore D) D 785 40-46 50-60 60-70

Ponto de Amolecimento

Vicat (C)

D 1525 80-100 98-120 110-125

Expanso trmica (C)

D 696 10,0-20,0 14,0-16,0 11,0-13,0

Constante dieltrica 60

Hz

D 150 2,25-2,35 2,25-2,35 2,30-2,35

Resistividade volumtrica

(0hm/cm (50% UR e 23C)

D 257 16

>10

16

>10

16

>10

Resistncia ao arco

(segundos)

D 495 135-160 200-235 _

Fator de potncia, 60

Ciclos

D 150 0, 0005 0, 0005 0, 0005

ndice de refrao Nd D 542 1,51 1,52 1,54

Transmitncia (%) - 0-75 10-80 0-40

TABELA 1: Principais Propriedades do Polietileno FONTE: (SENAI, 2003, pg 53)

2.2.2 EVOLUO DAS PROPRIEDADES

O PEBD tem uma combinao nica de propriedades: Tenacidade, alta

resistncia ao impacto. (SENAI, 2003).

26

Os polietilenos de baixa densidade (PEBD) e de baixa densidade linear

(PELBD) esto entre as principais resinas a participarem da estrutura da

embalagem flexvel, seja em monocamada, coextrusada ou laminadas a outros

materiais. As principais mudanas tecnolgicas para o polietileno, diz respeito

melhoria da maquinabilidade na linha de converso, e do aperfeioamento das

propriedades dos filmes para melhor proteo do produto embalado. O

aperfeioamento do PEBD veio atender as exigncias por propriedades ticas,

destinadas a filmes para laminao; misturas com PELBD em mono ou

multicamadas; e o balano com aditivos. (SENAI, 2003).

2.3 APLICAES

O polietileno um dos termoplsticos mais consumidos, devido suas

vantagens, tais como: Boa processabilidade, resistncia qumica, boas

propriedades eltricas, entre outras. (SENAI, 2003).

Os polietilenos so utilizados como filmes para diversos tipos de

embalagens industriais devido sua flexibilidade e baixo custo. (BOLSONI,

2001).

A grande utilizao do PEBD na aplicao de filmes para embalagens

industriais e agrcolas, filmes destinados a envase de alimentos lquidos e

slidos e filmes laminados. (BOLSONI, 2001).

O PEAD muito utilizado em embalagens domsticas e comerciais para

lquidos como leite e sucos de frutas e sacolas de supermercados, alm de

engradados de bebidas, tanque de combustvel e etc. (BOLSONI, 2001).

Os filmes de PEBDL so utilizados em bandejas de alimentos

congelados, fraudas descartveis artigos farmacuticos e hospitalares.

(BOLSONI, 2001).

27

2.4 PROCESSAMENTO

Entre muitas tcnicas de transformao os polietilenos so mais

empregados nos processos de: Injeo e Extruso.

2.4.1 EXTRUSO DE FILMES TUBULARES

Dentre todos os segmentos de transformao dos termoplsticos, o de

filme o maior. Aproximadamente 70% de todo o polietileno de baixa

densidade produzido, no Brasil, dirigido a esse segmento. (ROMAN, 2011).

A extruso de filmes tubulares um dos processos mais comuns de

transformao de poliolefinas, estes materiais so colocados no funil da

mquina na forma de grnulos regulares, em forma de material aglutinado,

(MANRICH, 2005).

Os filmes so obtidos atravs de matrizes anelares, nesse tipo de

processo, o filme extrudado e, em seguida resfriado por contato direto com o

ar ou gua. O filme anelar que sai da matriz soprado a uma presso

constante, para atingir uma espessura muito fina e orientao desejada e por

meio de ar que no seu interior fornece presso suficiente para a formao de

uma bolha ou balo. Para que o ar no aquea dentro da bolha deve existir

uma troca constante, com entrada e sada controlada, (MANRICH, 2005).

A cristalinidade e o grau de orientao do filme so diretamente

dependentes do controle da temperatura e da altura do resfriamento, (ROMAN,

2011).

Os filmes soprados de HDPE, LDPE e LLDPE, possuem um grau de

orientao inferior aos filmes planos, pelo fato do estiramento ocorrer nas duas

direes ao mesmo tempo, sendo que ainda ocorre o estiramento enquanto o

filme resfriado da temperatura de fuso. Isso implica na recuperao de parte

da deformao. (MANRICH, 2005)

A extrusora para filmes um equipamento utilizado na extruso continua

de alguns termoplsticos, sua funo de acondicionar, transportar, fundir e

28

homogeneizar o material plstico para extrud-lo pela ferramenta de formato

anelar, que atravs de estiramento resulta em filmes.

2.4.2 PRINCIPAIS COMPONENTES DA EXTRUSORA

A extruso o processo que transporta o material em direo da matriz

com forma j definida. A principal funo da extrusora transportar,

homogeneizar, plastificar e misturar os componentes que esto sendo

processados. A mquina constituda basicamente de funil, barril (canho),

rosca e matriz, (MANRICH, 2005).

2.4.2.1 ROSCA

Dentre todos os componentes, a rosca um dos mais importantes pelo

fato de transportar, fundir, homogeneizar e plastificar o polmero, para que este

atinja o estado plstico que permita sua conformao na matriz da extrusora,

sendo que o aquecimento se d por atrito e atravs de mantas eltricas

devidamente acopladas no canho. (MANRICH, 2005)

Ainda citando (MANRICH), os polietilenos fundidos de uso geral permitem

uma fcil processabilidade, devido as suas propriedades, principalmente o

LDPE. O polietileno possui baixa absoro de gua, tem tendncia a oxidar

com presena de ar. Uma das propriedades do PE no seu estado fundido sua

alta viscosidade onde permite boa processabilidade e conformao.

2.4.2.2 MATRIZ

Os filmes tubulares possuem simetria radial, devido o filme sair da matriz

em forma de anel, onde existe uma ferramenta central, mandril para separar o

fluxo. As matrizes so canais estrategicamente construdos em blocos ou

chapas normalmente colocadas na extremidade da extrusora, por onde flui a

massa fundida. Dentre os vrios tipos de matrizes a principal diferena

encontra-se no posicionamento do mandril: Entre eles podemos citar: Mandril

fixado por cruzetas; mandril suportado por cilindro perfurado e mandril fixado

diretamente na base do corpo, (MANRICH, 2005).

29

A resina fundida emergente do lbio soprada no estado termoplstico e

toma sua dimenso final. O processo de deformao para na regio da linha de

nevoa, onde o filme se solidifica. (ROMAN, 2011).

Com a finalidade de melhorar as caractersticas de um produto e

aumentar o seu tempo de prateleira, um filme pode ser processado com

diferentes tipos de polmeros obtendo um filme com mltiplas camadas

compostas de 3 a 12 ou mais, cada uma com uma funo especfica.

Semelhante matriz mono, as anelares devem possuir canais individuais para

cada polmero (MANRICH, 2005).

2.4.3 ENSAIOS REALIZADOS EM FILMES

Aps a produo de filmes, dependendo de sua aplicabilidade e tipos de

filme so aplicados vrios tipos de ensaios para analisar a qualidade dos

mesmos. Entre eles podemos citar:

- Tenso superficial ASTM D 2578

- Transparncia ASTM D 1003

- Brilho ASTM D 2457

- Coeficiente de frico ASTM D 1894

- Resistncia ao rasgamento ASTM D 1004; ASTM D 1922 e ASTM D 1938,

(MANRICH, 2005).

2.5 POLIETILENOS ESPECIAIS

A utilizao de diferentes catalisadores proporcionou uma diversidade de

polietilenos (COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

2.5.1 PEAUAPM ou UHMWPE

Entende-se que o processo pode ser em batelada ou contnuo

empregando um catalisador Ziegler-Natta similar ao utilizado para o PEAD

convencional. um polmero de alta densidade e massa molecular

extremamente elevado que proporciona a esse polmero uma viscosidade

muito alta. Devido estas caractersticas se torna impossvel process-lo por

30

mtodos convencionais de injeo, sopro ou extruso, (COUTINHO, MELLO e

SANTA MARIA, 2003).

Em funo de sua alta viscosidade esse material de difcil

processamento em sistemas convencionais de injeo e extruso,

(ALBUQUERQUE, 2000).

Ainda citando Albuquerque os polietilenos de UHMWPE, possuem

excelente resistncia abraso, e qumica, baixo coeficiente de atrito e alta

resistncia a impactos, podendo ser empregado em uma ampla gama de

aplicaes industriais, que as temperaturas no excedam a 80C.

2.5.2 PEUBD ou ULDPE

o mais novo membro da famlia do polietileno. Sua densidade

aproximadamente igual a 0,865 g/cm e oferece maior resistncia, mais

flexibilidade e melhores propriedades pticas. Empregam-se catalisadores

metalocnicos que apresentam uma alta capacidade de incorporao de

comonmero olefinicos na cadeia polimrica. O comprimento das ramificaes

e o teor de comonmero determinam as propriedades do produto,

(COUTINHO, MELLO e SANTA MARIA, 2003).

31

3 TINTAS PARA IMPRESSO

A composio de uma tinta auxilia na funo esttica e tambm na

proteo contra agentes externos, como as variveis climticas.

A proteo de superfcies vem sendo utilizadas desde tempos imemoriais.

Produtos naturais j eram conhecidos pelos antigos egpcios e gregos que

preparavam para preparar revestimentos com a finalidade arquitetnica.

(MANO, 1999).

3.1 COMPONENTES BSICOS DE UMA TINTA

Tinta uma composio lquida, geralmente viscosa, constituda de um

ou mais pigmentos dispersos em um aglomerante lquido que, ao sofrer um

processo de cura quando estendida em pelcula fina, forma um filme opaco e

aderente ao substrato. Esse filme tem a finalidade de proteger e enobrecer as

superfcies. (MARTINS, SILVA, 2005). A FIGURA 4 apresenta os

componentes bsicos de uma tinta.

FIGURA 4: Componentes de uma tinta FONTE: (CARVALHO, NOGUEIRA, pg 25)

32

3.1.1 RESINAS

A resina tambm chamada de veiculo no voltil, e o aglutinante das

partculas de pigmento. A formao da pelcula de tinta est relacionada s

reaes qumicas do sistema polimrico, embora a proporo na composio

dos outros componentes como: Solventes, pigmentos e aditivos influenciam na

velocidade destas reaes, (FAZENDA, 2005).

Os veculos utilizados nas tintas lquidas para impresso flexografica

secam por evaporao. (BAER, 2005)

A modificao de derivados celulsicos permite obter caractersticas

especiais devido grande variedade de propriedades das resinas, tais como:

Adeso, brilho, altos slidos e custo. (FAZENDA, 2005).

As resinas mantm ligadas as partculas de pigmentos alm de conferir-

lhes propriedades de adeso, secagem e resistncia qumica e mecnica.

(MARTINS, SILVA, 2005).

3.1.2 PIGMENTOS

Os pigmentos so substancias de elementos de cobertura e contribuem

na formao da parte slida de uma camada orgnica. So utilizados para

conferir cor, opacidade, certas caractersticas de resistncia e outros efeitos.

(FAZENDA, 2005).

A principal tarefa de um pigmento passar a sua prpria cor para o impresso.

O poder de cobertura de uma tinta a sua capacidade de encobrir o filme

(substrato) no qual foi aplicado e que depende basicamente do poder de

reflexo e absoro da luz pelos pigmentos constituintes. As caractersticas

gerais dos pigmentos na produo de uma tinta para impresso so:

Intensidade, cor, resistncia luz e resistncia gua (MARTINS, SILVA,

2005).

33

3.1.3 ADITIVOS

Os aditivos so substancias adicionados s formulaes em pequenos

teores e atuam de forma complementar as funes desempenhadas pelos

principais componentes slidos e lquidos da pelcula. Existe uma gama de

aditivos usados nas indstrias de tintas com finalidades diversas, a saber:

secantes, antiespumantes, niveladores e etc. (FAZENDA, 2005). A TABELA 2

identifica alguns aditivos e suas respectivas funes.

ADTIVOS FUNO

Dispersante Facilitar a disperso dos produtos nos veculos

Espessantes Provocar um aumento da consistncia

Antiespumantes Diminuir ou evitar a formao de espumas indesejveis

Molhantes Diminuir a tenso interfacial entre a fase slida e lquida

Plastificantes Conferir elasticidade

Secantes Provoca uma aprecivel reduo do tempo de secagem

TABELA 2: Aditivos e funes FONTE: (MARTINS, SILVA, 2005 pg 24)

3.1.4 SOLVENTES

Os solventes so produtos lquidos e volteis, geralmente de baixo ponto

de ebulio que possuem a capacidade de dissolver a resina sem alterar suas

propriedades qumicas, conferindo a viscosidade adequada para a sua

aplicao. O resultado dessa interao denominado solubilizao.

(FAZENDA, 2005).

As tintas para impresso podem ser classificadas com base nos vrios

sistemas de impresso. De acordo com esse principio, existem tintas para

impresso relevogrfica, planogrfica, encavogrfica e permeogrfica.

As tintas usadas nos sistemas de impresso flexografica so

denominadas de tintas lquidas ou fluidas, cujos veculos contem como fluido

um solvente voltil. Esses veculos secam por evaporao. (SILVA, DIOGO,

2001). A TABELA 3 especfica a tenso superficial de alguns solventes.

34

Solvente Tenso superficial (dina/cm)

gua 72,7

Glicol etilnico 48,4

Ciclohexano 35,2

Xileno 30,0

Tolueno 28,4

Metil-etil-cetona 24,6

Metanol 22,6

TABELA 3: Tenso superficial de alguns solventes FONTE: (MANO, 1999, pg. 135)

3.2 CARACTERSTICAS DAS TINTAS

O termo reologia define a cincia que estuda os fenmenos ligados ao

escoamento e deformao dos materiais. (MANRICH, 2005).

Os estudos do comportamento reolgico de uma tinta tendem a ser mais

complexos em virtudes das variedades de materiais utilizados na sua

composio. (FAZENDA, 2005).

3.2.1 ADESO

A adeso refere-se atrao entre substncias, sendo, portanto uma

manifestao de foras atrativas entre os tomos e/ou superfcies, (NETO e

PARDINI, 2006).

Sabe-se que a superfcie de materiais, no necessariamente tem as

mesmas propriedades e constituio do interior dos mesmos. O

comportamento frente a cargas eltricas depende essencialmente das

propriedades de superfcie. (COSTA, 1982).

Para haver boa aderncia entre as superfcies de um lquido e solido, devemos

preparar bem as superfcies e escolher o mtodo de aplicao. (MARTINS,

SILVA, 2005).

35

A preparao de uma superfcie compreende um conjunto de operaes

com a finalidade de se obter uma superfcie homognea e apta a receber o

lquido e garantir uma boa aderncia ao substrato, (MARTINS, SILVA, 2005).

Para caracterizao de modificao de uma superfcie ocorrida em

materiais so utilizados alguns parmetros como, ngulo de contato e

estimativas de energia livre de superfcie, (NETO e PARDINI, 2006).

Estudos realizados por (OWENS 1975 apud CARNEIRO, 2001 pg 34)

verificou a auto-adeso do polietileno tratado com descarga corona.

3.2.2 NGULO DE CONTATO

Aplicao de um lquido sobre uma superfcie solida, podem ocorrer dois

fenmenos, o lquido pode-se espalhar na superfcie ou formar uma gota

esfrica, (NETO, PARDINI, 2006).

ngulo de contato a medida do comportamento de uma gota (lquido),

depositada sobre uma superfcie plana, slida, sob ao de trs tenses de

superfcie, (CARNEIRO, 2001).

Considerando estas duas situaes opostas, o ngulo formado entre o

lquido e o slido vai determinar o grau de interao entre os dois materiais,

(NETO, PARDINI, 2006).

A energia da superfcie do filme quem determinar se a gota tende a

ficar em equilbrio, conforme figura (6), ou espalhar-se sobre a superfcie.

Uma alta tenso superficial do filme ir fazer com que a gota deslize sobre a

superfcie, conforme figura (5). Isso resultar em um menor ngulo de

contato, (BRONZE, 2010).

36

FIGURA 5: ngulo de contato em superfcie FIGURA 6: ngulo de contato em superfcie tratada sem tratamento Fonte: (BRONZE, 2010 s/p)

Conforme mostrado na figura 6, quando a gota est em equilbrio tem-se

ao de trs foras de interfases.

- LV: energia interfacial entre as fases lquido e vapor (mN/m);

- SL: energia interfacial entre as fases slido e do lquido (mN/m) e

- SV: energia interfacial entre as fases slido e vapor (mN/m)

Quando o ngulo tende a zero o lquido espalha-se por completo a

superfcie do solido e quando este tende a 180, ou seja, maior que zero e

menor que 180 o lquido molha parcialmente a superfcie do slido.

(CARNEIRO, 2001).

3.2.3 ENERGIA SUPERFICIAL LIVRE

Entende-se por tenso superficial a medida do aumento de energia livre

de uma fase, quando a rea da sua superfcie aumenta. (GALEMBECK, 1991).

A energia superficial de um filme a principal caracterstica para

alcanarmos uma boa umectabilidade e adeso de tintas.

O polietileno um polmero altamente hidrofbico (apolar) com tenso

superficial crtica. A TABELA 4 mostra a tenso superficial de alguns polmeros

a 25C.

37

Polmeros Tenso superficial (dinas / cm)

Polietileno 31

Polipropileno 32

Poliestireno 33

Poli (cloreto de vinila) 39

Poli (tereftalato de etileno) 43

Nylon 6,6 46

TABELA 4: Tenso superficial de polmeros FONTE: (CARNEIRO, 2001 pg 22)

A energia da superfcie do filme deve ser maior que a tenso superficial

da soluo (lquido), que esto sendo aplicados sobre ele para que seja

possvel obter bons resultados de aderncia. Tintas a base de gua possuem

maior energia superficial do que tintas a base de solventes, portanto requerem

um maior nvel de energia superficial do filme para que se obtenha um bom

desempenho, (WITMANN, 2010)

A molcula na superfcie de um liquida ou de um solido so

influenciadas por foras moleculares desbalanceadas, e, portanto,

possuem energia adicional em contraste com as molculas no interior

do liquido ou do solido. Esta energia livre adicional localizada na

superfcie, ou na interface entre duas fases condensadas,

conhecida como energia interfacial. (NETO e PARDINI, 2006)

Os polmeros, de maneira geral, apresentam superfcies quimicamente

inertes, no porosas e com baixa energia livre. Por este motivo, estes materiais

so constantemente submetidos a diversas tcnicas especificas de tratamento

com o intuito de alterar suas propriedades de superfcie favorecendo a sua

interao h outras substncias, (SELLIN, 2002).

A energia superficial a verdadeira caracterstica que queremos medir, porm

esta varivel impossvel de ser medida diretamente. Ento deduzimos esta

propriedade medindo uma das duas propriedades substitutas: Tenso de

molhabilidade, ou () ngulo de contato. Os dois mtodos de medio

observam o comportamento dos lquidos colocados sobre a superfcie dos

filmes. (BRONZE, 2010).

38

A tenso superficial uma medida da tendncia das molculas da

interface slido/ar ou lquido/ar penetram no interior da fase;

enquanto a tenso interfacial slido/slido, slido/lquido e

lquido/lquido resultante das foras atrativas entre molculas das

duas fases que so colocadas em ntimo contato. (COSTA, 1987).

3.2.4 MOLHABILIDADE

a tendncia de um material lquido espalhar-se sobre uma superfcie de

qualquer slido, promovendo um intimo contato entre ambos. Para uma boa

adeso, o lquido deve apresentar uma energia de coeso menor que a energia

de adeso do slido para que o fluido possa molhar toda a superfcie do

substrato, (MANO, 1999).

Os plsticos podem apresentar superfcie quimicamente polar ou apolar.

Os polares caracterizam-se por maior facilidade de aderncia s tintas, j os

apolares possuem caractersticas totalmente opostas, que os torna no

receptivos aderncia de outros substratos, tintas, revestimentos e adesivos.

(FAZENDA, 2005).

Para se obter uma boa aderncia de um lquido (tinta) com um filme

plstico a tenso superficial do substrato deve ser superior tenso superficial

do lquido com o qual ir interagir (BRONZE, 2010).

Para que ocorra uma adequada umectao, a energia superficial do filme

deve ser pelo menos, 10 dinas/cm superior a tenso do lquido. (ROMAN,

2011).

3.2.5 TENSO DE UMECTAO

O meio mais sensvel de medir as modificaes ocorridas na superfcie de

um filme devido descarga corona atravs de interao fsica de lquidos

com a superfcie. Conforme ASTM D 2578 99a possvel realizar diferentes

solues combinando (Ethyleno Glycol + Formamida) em diferentes

propores, a tenso de molhamento obtida atravs de sua aplicao na

39

superfcie do filme. (GIRRACH, SILVA, 2002). A TABELA 5 indica as tenses

superficiais para as concentraes de Formamida e Cellosolve.

Formamida (% em)

volume)

Etil Cellosolve (%) em

volume)

Tenso de Umectao

(em dinas/cm)

0,0 100,0 30

2,5 97,5 31

10,5 89,5 32

19,0 81,0 33

26,5 73,5 34

35,0 65,0 35

42,5 57,5 36

48,5 51,5 37

54,0 46,0 38

59,0 41,0 39

63,5 36,5 40

67,5 32,5 41

71,5 28,5 42

74,5 25,5 43

78,0 22,0 44

80,3 19,7 45

83,0 17,0 46

87,0 13,0 48

90,7 9,3 50

93,7 6,3 52

96,5 3,5 54

99,0 1,0 56

TABELA 5: Tenso de umectao FONTE: (MARKGRAF, 1986 apud, Sousa, 2006, pg 28)

Atualmente existem canetas de teste que possuem estas solues, cada

caneta possui um liquido com um determinado valor de tenso superficial.

Desta maneira conseguimos comparar rapidamente a tenso superficial do

filme com a do lquido da caneta. (CORONA BRASIL, 2010). A FIGURA 7

representam as canetas usada para teste de tenso superficial.

40

FIGURA 7: Caneta para teste de tenso superficial FONTE: (Corona Brasil, 2010 s/p)

Esse mtodo o mais usado atualmente para realizar o controle de

tenso superficial dos materiais nas indstrias plsticas. um mtodo de baixo

custo e rpida medio que pode ser considerado de boa preciso se as

solues preparadas e as condies de teste seguirem as recomendaes da

norma ASTM D 2578 99. (BRONZE, 2010).

41

4 TRATAMENTOS SUPERFICIAIS

Os tratamentos superficiais so capazes de mudar a natureza qumica da

superfcie aumentando a rugosidade e alterando a energia superficial do

substrato, facilitando a ancoragem de tintas e adesivos. (SELLIN, 2002).

O filme de polietileno um material no polar e se no for tratado, s

tintas de impresso e adesivos no aderem sua superfcie. (ROMAN, 2011)

O tratamentos superficiais mais indicados para modificao de superfcies

em filmes polimricos, com a finalidade de alterar as caractersticas so o (i)

plasma, (ii) tratamento por chama, (iii) corona, sendo o tratamento por

descarga corona o mais indicado para uso em filmes polimricos. (BRONZE,

2010).

4.1 TRATAMENTO POR CHAMA

Neste tipo de equipamento a chama utilizada produto de uma

combusto entre um combustvel e um elemento oxidante. Esta combusto

produz uma complexa reao exotrmica, durante a qual molculas de

oxignio so dissociadas em tomos de oxignio livres que bombardeiam a

superfcie do material, (COLTRO, ALVES, 2001).

A aplicao desta tcnica em filmes de poliolefinas leva formao de

novos grupos contendo (hidroxila, carbonilas e carboxila) na superfcie dos

filmes, ocasionando um aumento na tenso superficial (SELLIN, 2002).

As principais variveis deste tratamento so as taxas de fluxo de ar e gs,

e a distncia entre a extremidade da chama e a superfcie do material,

(CARNEIRO, 2001).

Os gases mais utilizados neste processo so: (I) metano, (II) propano, (III)

butano puros ou (IV) a misturas destes. (SOUSA, 2006).

42

4.2 TRATAMENTO POR PLASMA

O plasma um gs contendo espcies ionizadas e espcies neutras,

incluindo eltrons, ons positivos e negativos, radicais, tomos e molculas,

(VILANI, 2006).

O tratamento com plasma modifica as propriedades superficiais dos

materiais aumentando sua adeso. (CARNEIRO, 2001).

O plasma ionizao eltrica de um gs. As voltagens do plasma so

menores comparados corona.

O tratamento por plasma evita a oxidao em ambas as faces do filme. O

efeito do tratamento sobre um material determinado pelo tipo de reao que

ocorrem na superfcie do filme e dependem da composio qumica do

polmero e dos gases usados. (CARNEIRO, 2001).

Para qualquer composio de gs utilizado, trs processos superficiais

ocorrem simultaneamente, alterando a superfcie do filme. Estes processos so

ablao, reticulao e ativao, (COLTRO, ALVES, 2001).

4.2.1 ABLAO

Neste processo, o bombardeamento da superfcie do polmero por

partculas energticas e por radiao promove a quebra de ligaes covalentes

das cadeias polimricas, gerando compostos de menor peso molecular que

evaporam e so removidos. (COLTRO, ALVES, 2001). A FIGURA 8 representa

o que ocorre no processo de ablao.

43

FIGURA 8: Processo de ablao FONTE: (COLTRO, ALVES, Jornal de plsticos, 2001, pablacao.gif)

4.2.2 RETICULAO

Ocorre quando aplicado um gs inerte ao processo (argnio ou hlio),

tambm ocorre quebra de ligaes na superfcie do polmero. (COLTRO,

ALVES, 2001). A FIGURA 9 mostra o processo de reticulao.

FIGURA 9: Processo de reticulao FONTE: (COLTRO, ALVES, Jornal de plsticos, 2001, preticula.gif)

4.2.3 ATIVAO

ativao um processo no qual os grupos funcionais da superfcie do

polmero so substitudos por tomos ou grupos qumicos diferentes

provenientes do plasma. (COLTRO, ALVES, 2001). A FIGURA 10 demonstra o

processo acima citado.

44

FIGURA 10: Processo de ativao FONTE: (COLTRO, ALVES, Jornal de plsticos, pativaca.gif)

4.3 TRATAMENO CORONA

uma descarga eltrica aplicada sobre um determinado material. Este

material poder ser um filme plstico, metlico/metalizado, vidro e papel,

(BRONZE, 2010).

O sistema corona tem sido uma das tcnicas de tratamentos superficiais

mais utilizadas na modificao da estrutura superficial de materiais polimricos,

(SOUSA, 2006).

Durante o tratamento por descarga corona, espcies ativas,

tais como ons, eltrons e molculas excitadas de oxignio (por

exemplo, corona em ar: O2, O+, etc.), bem como outras formas

de radiao so geradas, as quais podem reagir com a

superfcie do polmero ocasionando quebra de cadeias e

formao de radicais, criando assim grupos polares na sua

superfcie e conseqentemente, aumentando a sua energia

livre superficial e propriedades de adeso, (SELLIN, 2002).

O tratamento corona consiste de um gerador de alta voltagem e um

conjunto de eletrodos.

4.3.1 TEORIA

Dentre todas as teorias que explicam o funcionamento do Tratamento

Corona, a mais aceita que este oxida a superfcie fazendo com que os gases

presentes entre o eletrodo e o filme se ionizam atravs de uma descarga

45

eltrica, permitindo que ocorram alguns tipos de reaes que promovem a

formao de grupos polares. (BRONZE, 2010). A FIGURA 11 demonstra o

processo acima citado.

FIGURA 11: Aplicao do Tratamento Corona sobre um substrato FONTE: (Sherman Treaters, apud, SOUSA, pg 46).

O processo de descarga corona produz oznio, e xidos de nitrognio,

oxidante forte, que contatando a superfcie do substrato torna-a polarizada,

pela formao de radicais orgnicos, bastantes compatveis com as tintas e

adesivos. (ROMAN, 2011).

Estas ligaes qumicas proporcionam um grande aumento no carter

polar das superfcies, aumentando a energia superficial das mesmas e criando

condies mais propicias para que a tinta ou adesivo se fixe. (CARNEIRO,

2001).

O processo realizado por um sistema composto basicamente por trs

componentes: conversor, transformador de alta tenso e estao de

tratamento, (BRONZE, 2010).

4.3.2 FUNCIONAMENTO DO SISTEMA

- Conversor ou Gerador: Tem a funo de aumentar a freqncia

fornecida pela rede eltrica de (50 / 60 HZ) para alta freqncia (10-35 KHZ).

46

As potencias dos conversores variam de 0,5 KW a 30 KW dependendo da

aplicao, (BRONZE, 2010).

- Transformador de Alta Tenso: Tem a funo de receber a energia

transformada pelo conversor e aumentar a tenso desta para (9 / 15 KV),

enviando-a para as barras de eletrodos da estao de tratamento, (BRONZE,

2010).

- Estao de Tratamento: Tem a funo de receber atravs de suas

barras de eletrodos a energia enviada pelo transformador e distribui de maneira

mais eficiente possvel esta energia, atravs de uma descarga eltrica que

atravessa o gap de ar, o filme e o material dieltrica at chegar ao cilindro

aterrado, (BRONZE, 2010).

4.3.3 TIPOS DE ESTAES

As estaes so classificadas em dois modelos: Estaes com cilindros

de tratamento revestidos, com material dieltrico e estaes de tratamento com

cilindro de tratamento sem revestimentos.

As estaes com cilindros de tratamentos revestidos possuem a cobertura

de um material dieltrico. Estas estaes tratam apenas materiais no

condutivos, pois no h dieltrico entre a barra de eletrodos e o material

tratado. Se existir a passagem de um material condutivo ocorrer um curto

circuito no sistema. (BRONZE, 2010).

As estaes com cilindros de tratamentos sem revestimentos de material

isolante tm o dieltrico recobrindo os eletrodos, em 99% dos casos o material

que recobre os eletrodos so tubos cermicos. Estas estaes so indicadas

para tratamento de materiais condutivos, embora tambm possam realizar o

tratamento de materiais no condutivos com menor eficincia quando

comparadas as estaes que possuem eletrodos de alumnio. (BRONZE,

2010). A FIGURA 12 mostra alguns modelos de estaes de tratamentos para

filmes flexveis.

47

DUPLO FRENTE E VERSO

FRENTE E VERSO

DUPLO FRENTE

FRENTE

EX EX

EXEX

FIGURA 12: Diagrama de estaes de tratamento corona para filmes FONTE: (BRONZE, 2010, s/p)

4.4 COMO DIMENSIONAR UMA INSTALAO DE TRATAMENTO

Para dimensionar uma instalao de Tratamento Corona adequadamente,

tm que se analisarem quatro fatores; Substrato a ser tratado, velocidade de

produo, largura a ser tratado e o nvel de tratamento desejvel, (BRONZE,

2010).

4.4.1 MATERIAL TRATADO

A dificuldade de tratamento depende do tipo de material, pois, cada

material possui uma determinada tenso superficial inicial e quem ir

determinar o nvel do tratamento desejvel, (BRONZE, 2010).

4.4.2 VELOCIDADE DE PRODUO

Em uma linha de produo, quanto maior a velocidade, maior ser a

potncia necessria para realizar o tratamento. Um sistema de Tratamento

Corona acoplado a uma extrusora a velocidade de produo desta linha est

48

atrelada a capacidade de produo da extrusora e ter uma variao em

relao espessura do filme produzido, (CORONA BRASIL, 2010).

4.4.3 LARGURA DO TRATAMENTO

Quanto maior a largura da faixa a ser tratada maior ser a potncia

necessria para realizar o tratamento. (BRONZE, 2010).

Materiais que necessitam de ajuste da largura do tratamento o

posicionamento da faixa mais complicado e demorado.

Se o tratamento exceder a faixa de tratamento desejvel o mesmo pode

prejudicar reas que recebero soldagem e despendero mais energia.

(ROMAN, 2011).

4.4.4 NVEL DE TRATAMENTO

O teste de umectao quantifica o grau de tratamento aplicado ao filme,

utilizando solues com tenses superficiais conhecidas (ROMAN, 2011).

O nvel de tratamento desejvel est diretamente relacionado potncia

utilizada, para conseguir um nvel de tenso de umectao maior no mesmo

filme com as mesmas especificaes de velocidade e largura, ou seja,

precisamos de um fator de densidade de potncia maior. (BRONZE, 2010).

A eficincia do tratamento ser um pouco melhor se for aplicado com o

filme ainda quente, pois exige menor potncia do gerador. (ROMAN, 2011).

Em situaes onde conhecido o nvel de tratamento desejvel e sabem-

se as caractersticas do material a ser tratado, utiliza-se A TABELA 6 para

indicar o fator de densidade de potncia utilizado para a aplicao.

49

Material Fator de densidade de potncia w/m/min.

PE 10

PE aditivado 16 22 PP 22

BOPP 24 33

RFIA 43 45

TABELA 6: Densidade de potncia dos materiais FONTE: (BRONZE, 2010 s/p)

O fator de densidade de potencia a potncia necessria de um

conversor para atingir um determinado nvel de potncia em um determinado

material, multiplicamos os trs fatores, conforme equao abaixo:

P = L x v x fd x n

FIGURA 13: Equao do nvel de potncia FONTE: (PBJ Industrial Electronics)

Em que:

P = Potncia de tenso aplicada no filme (watts)

L = Largura do filme

V = Velocidade da mquina

Fd = Fator de densidade do polmero

N = Nmero de lados do filme

Depois de dimensionada a potncia necessria para a realizao do

Tratamento Corona, escolhe-se o revestimento do cilindro de tratamento para

as estaes com eletrodos de alumnio. As aplicaes determinaro qual

material dieltrico ser utilizado em cada trabalho, (BRONZE, 2010).

50

A variedade de materiais dieltricos que podem ser usados para

revestimentos de cilindros podem ser: Polister, cermica, epxi ou borracha

de silicone. (CARNEIRO, 2001).

Entre os materiais citados acima, o silicone o mais usado, pois alm de

ter um bom desempenho em todas as aplicaes, o nico com o qual se

pode fazer a fabricao de camisas que diminuem o tempo de setup quando se

necessita trocar o recobrimento dieltrico do cilindro em situaes de desgaste

ou furo. Alm dessas qualidades um material de baixo custo quando

comparado as outras opes, (BRONZE, 2010).

A cermica utilizada em situaes onde se requerem altos nveis de

tratamento, pois possui uma resistncia dieltrica maior que a do silicone,

desta maneira a espessura da parede do revestimento menor aumentando-se

assim a eficincia do tratamento, (BRONZE, 2010).

51

5 MATERIAIS E MTODOS

Diante de tudo o que fora exposto, passa-se a analisar os efeitos

causados pelo tratamento corona na superfcie dos filmes de polietileno e o

nvel de tenso umectao obtidos no processo de extruso e impresso com

variadas densidade de potncia e a durabilidade do tratamento, gerando,

assim, parmetros de tempo de armazenamento e da necessidade de

retratamento em processos subseqentes. Auxiliando as indstrias que utilizam

estes materiais h tomar a deciso mais coerente no planejamento da

produo.

5.1 MATERIAIS

Para o desenvolvimento dos filmes coextrusados, foram utilizados os

seguintes materiais:

Polietileno de Baixa Densidade Linear (PEBDL)

Polietileno de Baixa Densidade (PEBD)

Aditivos (Antibloking e Antiestaticos)

Com os parmetros especificados na seqncia foram produzidos trs

amostras de filmes coextrusado com diferentes dimenses:

1 amostra formato 540 mm espessura 300m.

2 amostra formato 640 mm e espessura de 220m.

3 amostra formato 730 mm e espessura de 450m.

A TABELA 7 especfica as porcentagens de materiais utilizados para

obteno dos filmes.

52

Caracterstica da composio da matria prima

Camada A Camada B Camada C

PEBDL - 79 % PEBDL - 80% PEBDL 79 %

PEBD 20 % PEBD 20% PEBD 20 %

Antibloking 0,5 % - Antibloking 0,5 %

Antiestaticos 0,5 % - Anti-estticos 0,5 %

TABELA 7: Composio dos materiais FONTE: (AUTOR, 2011)

5.2 MTODOS

5.2.1 PREPARAO DOS FILMES

Os filmes foram preparados em uma co-extrusora multicamadas e os

parmetros de processamento esto especificados na TABELA 8

Camadas A B C

Amperagem 43 54 43 - 50 45 - 55

(RPM) Rosca 44 62 45 - 65 45 - 60

Presso massa 256 - 292 kgf/cm 294 - 308 kgf/cm 283 - 380 kgf/cm

Temperatura massa 205 - 220C 205 - 220C 205 - 220C

Produo 170 190 Kg/h.

Velocidade metros por minutos 10-20 m/min.

TABELA 8: Variveis de processamento FONTE: (AUTOR, 2011)

A FIGURA 14 representa a co-extrusora utilizada para o processamento

dos materiais e obteno dos filmes.

53

FIGURA 14: Diagrama de uma co-extruso FONTE: (BRONZE, 2010 s/p)

5.3 TRATAMENTO CORONA

O equipamento de descarga corona utilizado, foi uma estao da Corona

Brasil acoplado a uma co-extrusora com trs camadas de filme tubular

industrial e consiste de: (I) Eletrodos de barras paralelas (II) ligao em tenso

eltrica de 220 volts com uma densidade de potncia varivel de 200 a 4000

watts, (III) realizado em ambiente industrial com temperatura de 23C e

umidade relativa de 52%. A FIGURA 15 mostra a vista lateral do equipamento

utilizado.

54

FIGURA 15: Estao de tratamento corona FONTE: (Autor, 2011)

O tratamento corona uma descarga eltrica, de alta freqncia e

voltagem, aplicada sobre a superfcie do filme. Esta descarga produz oznio, e

xidos de nitrognio, que contatando a superfcie do filme torna-a polarizada,

pela formao de radicais orgnicos chamados carbonilas e carboxila, bastante

compatveis com as tintas de impresso. (ROMAN, 2011).

O filme a ser tratado conduzido entre o cilindro isolado e outro eletrodo

paralelo, quando a alta freqncia do eletrodo paralelo atinge o filme e o

eletrodo isolado, o ar entre o eletrodo e o cilindro se ioniza, formando um gs

condutor, produzindo ento a descarga eltrica. (BRONZE, 2010)

Este tratamento ocorre logo aps a sada do filme da torre da extruso,

onde mais eficiente, devido ao fato de no sofrer a interferncia dos aditivos

que agem na superfcie do filme. A presena de agentes deslizantes,

antiestaticos ou adesivos lubrificantes faz necessria uma maior intensidade de

tratamento.

55

5.4 TESTE DE UMECTAO

Os reagentes usados foram uma mistura de formamida e etil glicol, em

propores conforme Tabela 5, as solues foram mantidas em temperaturas

ambientes.

As amostras para realizao do teste foram manuseadas com cuidado,

no tendo nenhum contato das mos nas reas dos testes e os mesmos foram

realizados na seqncia de sada do material da extrusora, para evitar algum

tipo de contaminao nas regies dos testes. A FIGURA 16 representa a

realizao do teste de verificao da tenso superficial.

FIGURA 16: Teste de tenso superficial do filme FONTE: (AUTOR, 2011).

56

6 RESULTADOS E DISCUSSO

Antes de iniciarem os experimentos, a tenso superficial dos filmes, foram

medidas, obtendo-se os resultados de 31 dinas/cm em ambos.

O GRFICO 1, ilustra os resultados obtidos nos testes de tenso de

umectao das amostras tratadas diretamente no processo de extruso, onde

foi possvel verificar os valores de:

Fator de densidade de potncia requerido para tratamento.

Tenso de umectao.

A curva de variao da tenso do substrato em funo da potncia do

equipamento permite a quantificar a tenso de umectao da superfcie do

substrato em analise.

GRAFICO 1: Nvel de tenso superficial obtido na extruso FONTE: (Autor, 2011)

Observou-se que quanto maior a potncia aplicada, conseqentemente

h um aumento da tenso superficial do filme atravs do tratamento corona,

porm h variao de formato e principalmente de espessuras, tambm afetam

o nvel de tratamento requerido dos filmes.

37 39 4144 46 48

50 52

37 3941 42

4448 48

5035

3739

4244

48 5050

12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100

T

e

n

s

o

d

i

n

a

s

% Potncia (Kw)

Tratamento aplicado na extruso

Filme 730 mm

Filme 640 mm

Filme 540 mm

57

Os filmes com os mesmos parmetros foram retirados do processo de

extruso sem aplicao de tratamento, foram enviados ao setor de impresso

onde foi aplicado o tratamento direto no processo antes da aplicao das tintas.

O tratador est acoplado a uma Impressora Flexopower de oito cores e

consiste dos mesmos acessrios utilizados no processo de extruso. Quanto a

parmetros de impresso foram levados em conta apenas a velocidades de

produo que foi constante de 100m/minutos. Alterando apenas parmetros de

densidades de potncia do tratador e verificando o nvel de tenso de

umectao obtido.

O GRAFICO 2, demonstra os resultados obtidos nos testes de tenso de

umectao das amostras tratadas no processo de impresso, onde foram

observados:

Fator de densidade de potencia requerido para o tratamento.

Tenso umectao.

GRAFICO 2: Nvel de tenso superficial obtido na impresso FONTE: (Autor, 2011)

Verificou-se que o tratamento aplicado direto no processo de impresso a

variao de intensidade em relao ao formato e espessura muito pouco,

35 37 3940 40 41 42 44

35 3737 39 40

42 42 42

3537 39

40 4041 42 42

12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100

T

e

n

s

o

(

d

y

n

a

s)

% Potncia (Kw)

Tratamento aplicado na Impresso

Filme 730 mm

Filme 640 mm

Filme 540 mm

58

porm devido h altas velocidades do processo a dificuldade maior ser em

conseguir um nvel de tenso de umectao superior a 44 dinas onde

precisaria de um equipamento com maior freqncia de potncia.

O GRAFICO 3, apresenta uma comparao dos resultados obtidos nos

processos de impresso e extruso, tendo sempre como analise a tenso de

umectao e potncia aplicada.

GRAFICO 3: Comparao das tenses superficiais entre os dois processos FONTE: (Autor, 2011)

possvel observar que com o aumento da freqncia aplicada

conseqentemente h um aumento da tenso de umectao da superfcie em

anlise, aumentado a sua molhabilidade. Porm verificou-se que quanto maior

a velocidade de produo maior ser a freqncia aplicada.

Os filmes de PE tm uma tenso superficial baixa, e em funo das

exigncias de adesividade requerida, a tenso de tratamento satisfatria varia

em funo da aplicao do filme, portanto podemos considerar uma tenso

superficial ideal, a qual ir interagir com o lquido, e adesivo, se a superfcie do

filme apresentar um tenso superior a 7 dinas/cm.

Nem todos os filmes podem ser igualmente bem tratados. Os grficos

mostram um papel especial durante a aplicao do tratamento corona no PE.

35 37 37 3941 42 44 44

37 3941

44 4648

52 54

0

20

40

60

80

100

120

12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100

T

e

n

s

o

(

d

y

n

a

s)

% Potncia (Kw)

Comparao dos processos (IMP x EXT)

EXT

IMP

59

Essas curvas apenas do uma viso aproximada. Dentro da classificao dos

materiais devem ser exatamente conhecidas, as caractersticas, pois diferentes

comportamentos tm uma forte influencia no tratamento.

6.1 DURABILIDADE

Aps um determinado tempo desde aplicao da descarga corona, o

polmero tem a tendncia de retornar ao seu ngulo de contato inicial, em

temperatura ambiente, aconselha-se a utilizao do material em at 10 dias

aps aplicao da descarga corona, para que a aderncia de impresso no

seja prejudicada. (SOUSA, 2006).

O armazenamento em temperatura ambiente destes filmes ocasiona uma

diminuio na intensidade dos picos formados (O-H, C=O e C-O). (SELLIN,

2002).

As principais razes para o decaimento do tratamento superficial so a

recombinao dos grupos ativos, e a migrao destes grupos da superfcie

para o interior do filme. (SOUSA, 2006).

Os aditivos tendem a migrar para a superfcie do filme nas 12/24 horas

aps processamento na extruso e este fenmeno pode inibir o efeito do

tratamento corona fazendo com que o filme perda seu nvel de tenso

superficial conseguindo. (BRONZE, 2010).

Portanto quando se conhece estas situaes utiliza-se um fator de densidade

de potencia maior para obter uma tenso superficial inicial mais alta.

60

7 CONSIDERAS FINAIS

Atravs deste estudo, foi possvel obter informaes sobre o processo de

obteno de filmes tubulares e suas caractersticas e aplicabilidade, podendo

analisar a necessidade de aplicao do tratamento superficial e suas

particularidades.

O tratamento superficial de filmes plsticos por efeito corona tem como

principal finalidade aumentar a tenso superficial do substrato tratado para que

este tenha um melhor desempenho de adeso quando se interagir com tintas,

adesivos, laminao e metalizao.

Existem diferentes formas construtivas de equipamentos, cada aplicao

exigir um modelo diferente de equipamento em funo de determinadas

variveis, o processo de tratamento corona sempre estar inserido em uma

linha de produo, em um ponto intermedirio entre o inicio e o fim do processo

produtivo, portanto muito importante uma analise de dimensionamento

correto, antes da instalao, para que a mesma no se torne um ponto de

gargalo.

Os filmes de PE possuem uma tenso superficial de 31 dinas/cm, a qual

consideravelmente baixa para aplicao de tintas, pois, as mesmas requerem

um nvel de tratamento de no mnimo 37dinas/cm, para que se tenha uma boa

adesividade da pelcula de tinta com a superfcie do substrato.

Desta forma, pode-se considerar que o tratamento por descarga corona

o mais apropriado para as empresas fabricantes de filmes, que necessitam de

alteraes superficiais nos substratos para a aplicao de impresso,

laminao e metalizao.

61

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