El plasma activa nuevas posibilidades en economía circular 

El plasma puede otorgar propiedades de barrera a envases en estructuras monocapa, permite activar la capacidad de impresión en mezclas de materiales reciclados

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Si bien el plasma no es nuevo para la industria plástica, su uso ha venido tomando relevancia a medida que se descubren nuevas posibilidades de activación de superficies para mejorar propiedades de barrera y para restaurar propiedades superficiales en las mezclas de materiales reciclados.

En plásticos el plasma se ha utilizado durante décadas con el propósito de activar superficies para hacerlas más capaces de aceptar adhesivos químicos. El plasma también permite preparar piezas o componentes para que puedan imprimirse o decorarse, gracias a que puede alterar las propiedades superficiales del plástico. Incluso, puede activar las superficies para que dos materiales disímiles puedan adherirse, o puede suministrar un recubrimiento protector para repeler fluidos, por ejemplo.

El plasma es un estado de la materia – como el estado líquido, sólido o gaseoso. Nos podemos mover entre los diferentes estados añadiendo o removiendo calor. Si añadimos suficiente energía, se produce lo que se llama “ionización”, o activación de iones en los átomos para que puedan reaccionar. Es posible controlar los elementos que se crean dentro del plasma, que incluyen iones, electrones y algunos otros elementos reactivos, y emplearlos para obtener algunas propiedades en superficies de piezas plásticas. Por ejemplo, es posible limpiar, activar, tratar o recubrir superficies.

El plasma puede utilizarse para incrementar la energía superficial de un producto plástico. La energía superficial está determinada por la sumatoria de las fuerzas intermoleculares en un material. Cuando un sustrato tiene alta energía superficial tiende a atraer, y puede dejarse imprimir o decorar más fácilmente. Esta capacidad de “humedecerse” le permite aceptar de mejor manera algunos químicos o tintas. La activación de la energía superficial también permite que el plástico reciba mejor adhesivos líquidos, por ejemplo, y con ello que el resultado de un proceso de unión sea más efectivo.

El plasma limpia compuestos orgánicos volátiles que impiden la adhesión, impresión o unión, y posteriormente crea una superficie hidrofílica, que acepta adhesivos, tintas, lacas, entre otros componentes. El tratamiento con plasma puede durar varios meses si el producto se almacena en un ambiente libre de polvo.

 

El papel del plasma en reciclaje

El uso de materiales reciclados confronta a las empresas con nuevos retos en cuanto a procesamiento, adherencia, capacidad de impresión y etiquetado. Muchas veces los flujos de reciclaje comprenden una mezcla de PP y PE, y entre muchas complicaciones que puede traer esta contaminación de un material dentro del otro, se cuenta el cambio de las propiedades superficiales.

LA ACTIVACIÓN SUPERFICIAL con plasma de tableros de instrumentos que incluyen material reciclado mejora la adhesión a laminaciones suaves al tacto.

 

Plasmatreat GmbH, una compañía alemana, se ha especializado en la tecnología de plasma atmosférico en ambientes de producción industrial. “Plasmatreat ofrece soluciones eficientes con varias aplicaciones de plasma. Estas simplifican el posprocesamiento de plástico reciclado, por ejemplo a través de la activación controlada de una nano-capa que otorga a la superficie propiedades adicionales. De esta manera expandimos los posibles usos del material reciclado, utilizando solamente electricidad y aire comprimido y por lo tanto contribuyendo a la protección del medio ambiente y el clima”, explica Lukas Buske, director de aplicaciones de Plasma en Plasmatreat en un artículo de la revista Kunststoffe [1].

La activación del plasma asegura que la energía superficial del plástico no polar se incremente sustancialmente. Esto permite que la superficie se humedezca durante el proceso de impresión y garantiza una buena adhesión de las tintas sin solventes al sustrato.

Un ejemplo de uso del plasma en la activación de propiedades superficiales de plástico reciclado se encuentra en la industria automotriz. Los fabricantes de componentes cada vez necesitan declarar más cuotas de contenido de material reciclado en sus componentes, como paneles de instrumentes. El pretratamiento con plasma hace que los plásticos no-polares, que provienen del reciclaje, se activen para ser capaces de actuar en procesos de adhesión, como en la laminación de superficies blandas.

Pero el uso de plasma en materiales reciclados no se limita a las superficies. Actualmente Plasmatreat trabaja con el instituto de investigación IKV, de la universidad RWTH-Aachen, en Alemania, para desarrollar algo que se ha denominado “Funcionalización del Fundido”, y con ello se busca reemplazar aditivos compatibilizantes que se necesitan para hacer que las mezclas de PP y PE mejoren sus propiedades. En este proyecto se busca funcionalizar el fundido de plástico a través del uso de plasma atmosférico directamente en la extrusora, y con ello incorporar grupos funcionales dentro de las cadenas de polímero. Esto mejoraría la compatibilización de las mezclas [1].

 

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Barrera en empaques

Uno de los usos más interesantes que tiene la tecnología de plasma es la formación de barrera en envases monocapa. Actualmente, para otorgar propiedades de barrera a envases se viene optando por introducir estructuras multimaterial, a través de la combinación o coextrusión de capas de poliolefinas o PET y materiales de alta barrera, como nylon o EVOH. Este tipo de materiales impiden el reciclaje y correcto aprovechamiento de materiales.

Existe una alternativa utilizando recubrimientos generados por plasma al interior de las botellas. En este caso, el recubrimiento se puede aplicar dentro de las botellas o envases monomaterial (que pueden ser por ejemplo de PP o PE). El recubrimiento se aplica utilizando lo que se llama un proceso de deposición de vapor mejorado con plasma. El recubrimiento consiste en una mezcla de capas de óxido de silicio y de silicio orgánico, que resisten el ataque químico y ofrecen una barrera muy efectiva a la difusión de gases o líquidos. De acuerdo con IonKraft, proveedor de la tecnología, si se aplican al interior de un contenedor de un solo material, proveen una barrera tan fuerte como la que se obtiene en sistemas multimaterial donde se emplea poliamida o EVOH. Pero debido a que el recubrimiento solo tiene unos nanómetros de espesor, el contenedor de empaque es totalmente reciclable.

Delta Engineering también ofrece tecnología para hacer plasma en barrera que puede adaptarse a cualquier línea de empaque. El fabricante utiliza una unidad externa para hacer el recubrimiento de plasma al interior de envases moldeados por soplado, y esta unidad puede adaptarse a líneas de soplado existentes. En Argentina, la empresa ITA ya está haciendo uso de esta tecnología para otorgar propiedades de barrera a envases soplados para uso en agricultura. Delta resalta que con esta tecnología es posible reemplazar el proceso de fluorado, que se encuentra en vía de desaparecer por problemas ambientales.

 

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¿Qué es el plasma?

A menudo se hace referencia al plasma como el cuarto estado de la materia. Un plasma contiene iones positivos, electrones, átomos o moléculas de gases neutros, luz ultravioleta y también átomos y moléculas de gases excitados, que pueden transportar una gran cantidad de energía interna. De hecho, los plasmas brillan porque se emite luz cuando estas partículas neutras excitadas se relajan a un estado de menor energía.

El plasma interactuará con cualquier superficie con la que entra en contacto. Al elegir la mezcla de gases, la potencia, la presión, etc., podemos ajustar o especificar con bastante precisión los efectos del plasma sobre la superficie.

Los tratamientos con plasma se realizan en un recinto o cámara al vacío. Se bombea el aire y se permite que entre un gas a baja presión antes de aplicar energía, en forma de energía eléctrica. El oxígeno suele utilizarse como gas de proceso; sin embargo, muchas activaciones de plasma también se pueden llevar a cabo solo con aire ambiental.

En el recubrimiento con plasma se forma una capa de polímero a escala nanométrica sobre toda el área de la superficie expuesta. El proceso toma solo unos minutos. El recubrimiento producido suele tener menos del 1 % del grosor de un cabello humano, es incoloro, inodoro y no afecta el aspecto ni el tacto del material de ninguna manera. También es un revestimiento permanente, que se une a la superficie del material a escala atómica.

Fuente:

[1] Atmospheric Plasma Technology as the Key to More Resource Conservation: Improved Processing of Recyclates. Kunststoffe International 2/200222, Carl Hanser Verlag.