Cómo eliminar la electricidad estática en la impresión de envases
Es bien sabido que los materiales utilizados en la industria del envasado y la impresión, como el papel, el plástico, la tinta, los adhesivos y los rodillos guía (algunos de los cuales están anodizados para formar alúmina), son aislantes. Los procesos de impresión, laminado, rebobinado y corte son operaciones de alta velocidad que implican fricción, contacto y separación, esencialmente ingeniería de "superficie". La generación de electricidad estática en las plantas de envasado e impresión está relacionada principalmente con la composición química, la estructura molecular, las propiedades mecánicas, la lisura y las propiedades eléctricas de los materiales aislantes, así como con factores ambientales como la temperatura, la humedad y acciones mecánicas externas como la presión de contacto y la velocidad de separación por fricción. El tipo de película, el método de contacto, el tiempo de contacto, el área de contacto y la velocidad de separación influyen en el tiempo de descarga estática y el voltaje producido.
1. Los peligros de la electricidad estática
Cuando el papel se carga estáticamente, genera numerosos desafíos para la impresión. Primero, la estática hace que las hojas de papel se adhieran firmemente entre sí, lo que dificulta separarlas de manera ordenada. Durante el proceso de impresión, la atracción estática hace que las hojas individuales se adhieran firmemente, a veces de dos en dos, de tres en tres o incluso en pilas, lo que dificulta que el alimentador de papel recoja las hojas, lo que afecta gravemente la eficiencia de impresión. En la impresión en color sobre materiales plásticos, la descarga estática puede provocar problemas como desbordamiento de tinta irregular en los bordes de las impresiones, mayor desalineación en la sobreimpresión y otros defectos de impresión. La estática en la tinta también puede provocar problemas de trama clara o falta de impresión. Las películas plásticas y las tintas atraen polvo, pelos y otros contaminantes del entorno, lo que genera problemas como rayas de cuchilla. Durante procesos como el rebobinado, el corte y la fabricación de bolsas, la descarga estática puede dañar equipos como el sistema de corrección óptica y los sistemas de control electromagnético.
2. Métodos para eliminar la electricidad estática
Se deben aplicar diferentes técnicas antiestáticas según las condiciones de producción, el uso previsto de los materiales de envase (qué producto se envasa) y los requisitos de uso del cliente. Las técnicas antiestáticas comunes incluyen:
2.1 Método de eliminación física
El método físico elimina la estática sin alterar las propiedades del material, aprovechando las características inherentes de la estática. Uno de estos métodos es el de eliminación por "conexión a tierra", que consiste en instalar un cepillo eliminador de estática. El cuerpo del cepillo se coloca en la zona del rodillo o de desenrollado de los materiales de papel o plástico, y el extremo de conexión a tierra del cepillo antiestático debe estar conectado a tierra de forma fiable, no conectado a equipos o rodillos que puedan no estar correctamente puestos a tierra. Algunos rodillos están anodizados, lo que produce alúmina, que es no conductora.
2.2 Método de eliminación química
La eliminación química de la estática, también conocida como tratamiento con agentes antiestáticos, consiste en añadir o recubrir agentes antiestáticos (tensioactivos) para modificar las propiedades eléctricas de las resinas o los sustratos. Este método es más completo y eficaz, pero puede cambiar la composición química de los materiales. Por lo tanto, esta técnica no es adecuada para tratar papel, pero se utiliza habitualmente para modificar resinas plásticas.
Se debe tener especial cuidado al utilizar esta técnica para envasar alimentos, productos farmacéuticos, cosméticos y productos químicos, considerando factores como la seguridad, la higiene y la compatibilidad con la resina base. Los materiales de envase con propiedades antiestáticas no solo evitan diversos problemas de calidad causados por la estática, sino que también mejoran la eficiencia del envasado y garantizan la resistencia del sellado, lo que obtiene la aprobación del cliente.
2.2.1 Técnica de tratamiento por adición
Este método, también conocido como técnica de masterbatch, consiste en mezclar agentes antiestáticos en concentraciones específicas (que van desde unos pocos por ciento hasta varias decenas por ciento) con resinas termoplásticas junto con diversos aditivos. La mezcla se funde, se compone y se granula para producir masterbatches antiestáticos. La selección de los agentes antiestáticos debe considerar su compatibilidad con la resina base. Una compatibilidad deficiente da lugar a un rendimiento deficiente de las partículas antiestáticas, mientras que una compatibilidad excesiva ralentiza la migración del agente antiestático hacia la superficie, lo que dificulta la formación de una película de agua antiestática. Es importante seleccionar una resina idéntica a la resina base del producto durante el proceso de fusión, composición y granulación. Se debe tener cuidado de mantener temperaturas de procesamiento bajas para evitar la descomposición o el deterioro del agente antiestático debido a una estabilidad térmica deficiente. La producción de películas plásticas antiestáticas suele emplear un proceso de extrusión de película soplada de tres capas (ABC). La proporción de masterbatch antiestático debe ajustarse según la concentración del ingrediente eficaz y basarse en los resultados de las pruebas, asegurando que la resistividad superficial (ps) sea de alrededor de 10^11 Ω. Una adición excesiva no solo aumenta los costos de producción, sino que puede afectar negativamente al procesamiento posterior.
2.2.2 Técnica de tratamiento por recubrimiento
La técnica del agente antiestático por recubrimiento consiste en aplicar tensioactivos iónicos como recubrimientos antiestáticos sobre la superficie de películas plásticas para evitar la acumulación de carga. La selección de los agentes antiestáticos de recubrimiento depende de la función de trabajo del sustrato que se va a recubrir. Si la función de trabajo del material plástico es grande, tiende a portar una carga negativa; si es pequeña, tiende a portar una carga positiva. Entre los plásticos comunes, el orden de la función de trabajo de mayor a menor se ha tratado anteriormente, y el PP y el PE tienden a portar cargas negativas, por lo que los tensioactivos catiónicos son más adecuados para el recubrimiento. El PET y el PA tienden a portar cargas positivas, por lo que los tensioactivos aniónicos son más apropiados. La superficie de la película plástica debe tener una tensión de humectación superior a 38 dyn/cm. El recubrimiento antiestático debe tener buenas propiedades de formación de película, ser resistente a la fricción y a la corrosión química, y ofrecer efectos duraderos.
3. Medición y ensayo de la electricidad estática
En las plantas de impresión de envases, la medición de la estática consiste principalmente en determinar la tensión de la carga acumulada en los materiales de envase mediante un voltímetro electrostático. Se recomienda seleccionar primero el rango máximo y reducirlo gradualmente. Para el ensayo de resistividad superficial de los materiales de envase, siga la norma GB/1410-89 "Métodos de ensayo de resistividad volumétrica y superficial de materiales aislantes sólidos". El ensayo debe realizarse bajo las condiciones ambientales especificadas de temperatura y humedad relativa. Si la resistividad superficial de los materiales de envase se encuentra en el intervalo de 10^9 Ω a 10^12 Ω, el material posee propiedades antiestáticas.