I trattamenti superficiali vengono di norma utilizzati per: effettuare una pulizia profonda, rimuovere residui organici presenti sui materiali, aumentare l'energia superficiale in modo che il materiale sia maggiormente predisposto all'incollaggio o alla stampa.
Trattamento Corona
Il trattamento Corona si ottiene creando una scarica elettrica - a alto voltaggio e alta frequenza - in uno spazio (air gap) limitato (1 o 2 mm), lineare e uniforme tra un elettrodo sottoposto ad alta tensione (tramite un generatore di potenza collegato a un trasformatore elevatore di tensione) e un contro-elettrodo rivestito di materiale isolante (solitamente un rullo) collegato a massa.
La scarica elettrica provoca una ionizzazione per urto: alcuni ioni presenti nell'aria, accelerati dal campo elettrico applicato, urtano qualche molecola neutra provocandone la ionizzazione. Le nuove particelle cariche così formate a loro volta ionizzano per urto altre molecole in un effetto a valanga che provoca la rottura dielettrica dell'aria.
Per esempio, quando gli elettroni vanno a contatto con il polietilene hanno un'energia tale da rompere il legame idrogeno-carbonio o carbonio-carbonio. I radicali così formati reagiscono con la scarica corona, principalmente in ossidazione. I gruppi funzionali così formati sono polari e quindi forniscono le basi per l'adesione degli inchiostri da stampa, lacche, adesivi, ecc.
La scarica corona trova la sua migliore applicazione sui materiali flessibili (film plastici, film metallizzati, alu foil, carta) con qualche eccezione per materiali semirigidi (foglie di materiale plastico come PE, PP, PVC o lastre con spessori limitati a 10-15 mm).
La scarica corona è erogata da elettrodi che possono essere realizzati su misura secondo la larghezza del materiale da trattare. Questo è un evidente vantaggio della scarica corona rispetto al trattamento Plasma, perché si adatta a essere utilizzata su film di molteplici dimensioni:
- applicazioni per etichette o narrow-web (larghezze 200-400 mm)
- packaging flessibile (larghezze tipiche 1.300 - 1.500 mm)
- estrusione film con (1.000 mm - 3.500 mm)
- wide-web fino a 8000 mm.
Non rappresentano un limite per il trattamento Corona né le larghezze del materiale, né le velocità di lavoro. Dimensionando correttamente la potenza del generatore corona è infatti possibile adattarsi alle velocità di lavoro desiderate (da 5 a 500 m/min).
I trattamenti corona producono emissioni di ozono. L’ozono è una molecola inquinante che non si dissolve nell’aria. Ferrarini & Benelli ha progettato e realizzato un abbattitore catalitico multistadio a temperatura ambiente che contiene le emissioni al di sotto delle soglie fissate dalla legge.
Trattamento plasma atmosferico
Il plasma è il cosiddetto quarto stato della materia. Quasi ogni sostanza a basse temperature solidifica, applicando una certa energia tramite riscaldamento passa allo stato liquido, fornendo ulteriore energia passa allo stato gassoso. Fornendo energia al gas le molecole si separano in atomi e elettroni e si raggiunge lo stato del plasma.
Il Plasma atmosferico si ottiene creando un campo elettrico in aria e direzionando la scarica sul substrato da trattare. È solitamente ottenuto in aria, ma è anche possibile l’utilizzo di gas. Il trattamento plasma atmosferico è puntuale e pertanto meglio si adatta per il trattamento di piccole superfici.
Il trattamento plasma non produce ozono!
La scarica plasma è ottenuta infatti da una torcia che viene posizionata sulla linea di produzione in posizione fissa. I materiali da trattare scorrono davanti alla torcia e vengono trattati. La scarica plasma essendo puntuale, raggiunge elevati livelli di energia e permette di raggiungere livelli di tensione superficiali molto elevati, soprattutto sui materiali plastici.
Tra le applicazioni ricordiamo il trattamento di cavi elettrici, tubi idraulici (per migliorare l’ancoraggio degli inchiostri usati per la stampa o la codificazione), scatole pieghevoli prima dell’incollaggio, parti metalliche per una pulizia profonda, trattamento per favorire l’incollaggio di guarnizioni.
E’ possibile anche trattare superfici di maggiori dimensioni:
- scansione della superficie da trattare montando la torcia plasma su un braccio meccanico movimentato con un sistema di automazione
- utilizzare più torce plasma in modo da aumentare la superficie oggetto di trattamento.
| Corona | Plasma atmosferico |
|---|
Attivazione superficie | Scarica elettrica in uno spazio limitato e lineare, tra un elettrodo e un contro-elettrodo isolato e collegato a massa (ionizzazione per urto) | Scarica in aria: il plasma diretto sul substrato rimuove le particelle contaminanti e incrementa l’energia superficiale |
Materiali da trattare | Film plastici di grandi dimensioni, foglie (PE, PP, PVC) o lastre con spessori fino a 15 mm, fogli di alluminio, film metallizzati e carta | Piccoli oggetti di plastica, piccole superfici piane, tubi, tubetti, cavi, parti metalliche |
Velocità linea di produzione | Fino a 600 m/min | Fino a 50 m/min |
Principali obiettivi trattamento | Migliorare la predisposizione all'incollaggio o alla stampa, scongiurare il distacco del rivestimento, delle vernici, delle colle | Garantire massima aderenza, pulizia profonda, migliorare la tenuta delle colle, adesivi, inchiostri, idrorepellenza… |
Produzione ozono | SI | NO |
Settori di utilizzo | Estrusione film plastici, estrusione lastre, converting imballaggio flessibile, packaging | Produzione cavi elettrici, tubi idraulici, automotive, medicale, packaging, elettrodomestici, elettronica |
Installazione | In linea per produzioni in continuo, produzioni in bobina | In linea per produzioni in continuo, montaggio su bracci robotizzati per produzioni pezzo a pezzo |
Plasma sottovuoto
Il Plasma sottovuoto si ottiene in una camera sottovuoto riempita con un definito volume di gas al quale si applica un campo elettrico. Questa tecnologia viene utilizzata prevalentemente per trattare oggetti tridimensionali di varie dimensioni che vengono introdotti nella camera plasma. Questo processo meglio si adatta a particolari di piccole dimensioni che possono essere introdotti nella camera plasma in grandi quantità. È comunque possibile effettuare il trattamento su particolari di grandi dimensioni adattando la camera plasma.
Il processo non è adatto per lavorazioni in continuo, o per trattare materiali/film in bobina (reel-to-reel). Inserendo determinati gas e sostanze all’interno della camera plasma è anche possibile ottenere dei rivestimenti speciali (coating) su supporti plastici: il rivestimento è depositato da una reazione chimica innescata dal gas nel campo plasma, l’adesione è quindi ottimale.
Corona + Plasma
La nuova frontiera è quella di riuscire ad applicare scarica + gas sui materiali flessibili in applicazioni reel-to-reel. Integrando le potenzialità dei sistemi Corona con quelle dei sistemi Plasma, unitamente allo sviluppo di reagenti chimici, si potranno migliorare ulteriormente particolari proprietà dei materiali (bagnabilità, proprietà idrofile e idrofobiche, nano-coating, resistenza, anti-fog, anti-batterici, ecc).
Questi sistemi, denominati trattamenti plasma in atmosfera, si adattano anche a lavorazioni in continuo. Sono ancora in fase di sviluppo e stanno aprendo nuove applicazioni.