Come Eliminare l'Elettricità Statica nella Stampa di Imballaggi

È noto che i materiali utilizzati nel settore della stampa di imballaggi, come carta, plastica, inchiostri, adesivi e rulli di guida (alcuni dei quali anodizzati per formare allumina), sono isolanti. I processi di stampa, plastificazione, riavvolgimento e taglio sono operazioni ad alta velocità che comportano attrito, contatto e separazione, in sostanza ingegneria delle superfici. La generazione di elettricità statica negli stabilimenti di imballaggio e stampa è principalmente legata alla composizione chimica, alla struttura molecolare, alle proprietà meccaniche, alla levigatezza e alle proprietà elettriche dei materiali isolanti, nonché a fattori ambientali come temperatura, umidità e azioni meccaniche esterne quali la pressione di contatto e la velocità di separazione per attrito. Il tipo di film, il metodo di contatto, il tempo di contatto, l'area di contatto e la velocità di separazione influenzano tutti il tempo di scarica statica e la tensione prodotta.

1. I Pericoli dell'Elettricità Statica

Quando la carta si carica elettrostaticamente, comporta numerose difficoltà per la stampa. Innanzitutto, l'elettricità statica fa aderire strettamente i fogli di carta tra loro, rendendone difficile la separazione ordinata. Durante il processo di stampa, l'attrazione statica fa aderire saldamente i singoli fogli, talvolta a due, tre o persino a blocchi, rendendo difficile per il dispositivo di alimentazione prelevare i fogli, con un grave impatto sull'efficienza di stampa. Nella stampa a colori su materiali plastici, la scarica statica può causare problemi come fuoriuscita irregolare di inchiostro lungo i bordi delle stampe, aumento del disallineamento in sovrastampa e altri difetti di stampa. L'elettricità statica sull'inchiostro può anche causare problemi di retinatura chiara o mancata stampa. Le pellicole plastiche e gli inchiostri attirano polvere, peli e altri contaminanti dall'ambiente, causando problemi come righe da lama. Durante processi come riavvolgimento, taglio e confezionamento di sacchetti, la scarica statica può danneggiare apparecchiature come il sistema di correzione ottica e i sistemi di controllo elettromagnetico.

2. Metodi per Eliminare l'Elettricità Statica

È opportuno applicare tecniche antistatiche diverse in base alle condizioni di produzione, all'uso previsto dei materiali di imballaggio (quale prodotto viene confezionato) e ai requisiti d'uso del cliente. Le tecniche antistatiche più comuni includono:

2.1 Metodo di Eliminazione Fisica
Il metodo fisico elimina la carica statica senza alterare le proprietà del materiale, sfruttando le caratteristiche intrinseche dell'elettricità statica. Un esempio è il metodo di eliminazione tramite "messa a terra", che prevede l'installazione di una spazzola antistatica. Il corpo della spazzola viene posizionato nella zona di avvolgimento o svolgimento dei materiali in carta o plastica, e il terminale di terra della spazzola antistatica deve essere collegato a terra in modo affidabile, non al macchinario o ai rulli, che potrebbero non essere messi a terra correttamente. Alcuni rulli sono anodizzati e producono allumina, che non è conduttiva.

2.2 Metodo di Eliminazione Chimica
L'eliminazione chimica della carica statica, nota anche come trattamento con agenti antistatici, prevede l'aggiunta o il rivestimento di agenti antistatici (tensioattivi) per modificare le proprietà elettriche delle resine o dei supporti. Questo metodo è più radicale ed efficace, ma può modificare la composizione chimica dei materiali. Pertanto, questa tecnica non è adatta al trattamento della carta, ma è comunemente impiegata per modificare le resine plastiche.

È necessario prestare particolare attenzione quando si utilizza questa tecnica per imballaggi destinati ad alimenti, prodotti farmaceutici, cosmetici e prodotti chimici, considerando fattori come sicurezza, igiene e compatibilità con la resina di base. I materiali di imballaggio con proprietà antistatiche non solo prevengono vari problemi di qualità causati dalla carica statica, ma migliorano anche l'efficienza di confezionamento e garantiscono la resistenza della saldatura, ottenendo l'approvazione del cliente.

2.2.1 Tecnica di Trattamento con Additivi
Questo metodo, noto anche come tecnica del masterbatch, prevede la miscelazione di agenti antistatici a concentrazioni specifiche (da qualche punto percentuale a diverse decine di punti percentuali) con resine termoplastiche insieme a vari additivi. La miscela viene poi fusa, compoundata e granulata per produrre masterbatch antistatici. La scelta degli agenti antistatici deve tenere conto della loro compatibilità con la resina di base. Una scarsa compatibilità comporta prestazioni scadenti delle particelle antistatiche, mentre una compatibilità eccessiva rallenta la migrazione dell'agente antistatico verso la superficie, rendendo difficile la formazione di un film d'acqua antistatico. È importante selezionare una resina identica alla resina di base del prodotto durante il processo di fusione, compoundazione e granulazione. Occorre prestare attenzione a mantenere basse le temperature di lavorazione per evitare la decomposizione o il deterioramento dell'agente antistatico a causa di una scarsa stabilità termica. La produzione di film plastici antistatici impiega spesso un processo di estrusione in bolla a tre strati (ABC) co-estrusi. La proporzione di masterbatch antistatico deve essere regolata in base alla concentrazione del principio attivo e ai risultati dei test, assicurando che la resistività superficiale (ps) sia intorno a 10^11 Ω. Un'aggiunta eccessiva non solo aumenta i costi di produzione, ma può influire negativamente sulle lavorazioni successive.

2.2.2 Tecnica di Trattamento per Rivestimento
La tecnica dell'agente antistatico per rivestimento prevede l'applicazione di tensioattivi ionici come rivestimenti antistatici sulla superficie dei film plastici per prevenire l'accumulo di carica. La scelta degli agenti antistatici per rivestimento dipende dalla funzione lavoro del supporto da rivestire. Se la funzione lavoro del materiale plastico è elevata, tende a caricarsi negativamente; se è bassa, tende a caricarsi positivamente. Tra le plastiche comuni, l'ordine della funzione lavoro dal più grande al più piccolo è stato discusso in precedenza: PP e PE tendono a caricarsi negativamente, rendendo i tensioattivi cationici più adatti al rivestimento. PET e PA tendono a caricarsi positivamente, rendendo i tensioattivi anionici più appropriati. La superficie del film plastico deve avere una tensione di bagnabilità superiore a 38 dyn/cm. Il rivestimento antistatico deve avere buone proprietà filmogene, essere resistente all'attrito e alla corrosione chimica e offrire effetti duraturi.

3. Misurazione e Collaudo dell'Elettricità Statica

Negli stabilimenti di stampa di imballaggi, la misurazione statica consiste principalmente nel determinare la tensione della carica accumulata sui materiali di imballaggio mediante un voltmetro elettrostatico. Si consiglia di selezionare prima la portata massima e poi di ridurla gradualmente. Per il collaudo della resistività superficiale dei materiali di imballaggio, seguire la norma GB/1410-89 "Metodi di Prova per la Resistività Volumetrica e Superficiale dei Materiali Isolanti Solidi." Il collaudo deve essere eseguito alle condizioni ambientali specificate di temperatura e umidità relativa. Se la resistività superficiale dei materiali di imballaggio rientra nell'intervallo da 10^9 Ω a 10^12 Ω, il materiale possiede proprietà antistatiche.