Por: I.Q. MANUEL LOEWY

N. De R. Acerca Del Autor: El Señor Manuel Loewy es Ingeniero Químico con más de 20 años de experiencia en la Industria de empaques flexibles, sección producción y actualmente se desempeña como Consultor en este campo. Tambien ha sido colaborador de Envapack.com. loewymanuel@speedy.com.ar

Como detectar las causas de delaminación o ruptura de un laminado flexible?

Introducción En el ámbito de los productores de envases flexibles está muy difundido el concepto de "fuerza de delaminación" como un indicador de la calidad de un laminado.

Generalmente se hace referencia a alguno de los métodos que utilizando dinamómetros, miden en condiciones estandarizadas, la fuerza necesaria para separar las 2 películas de un laminado, utilizando una probeta de 1" de ancho (25,4 mm). El resultado, expresado en gr/pulg sería un indicador confiable de la calidad del laminado en cuestión, con valores que pueden estar entre 50 gr/pulg en los casos más débiles hasta valores de 600, 800 o 1000 gr/pulg. o rotura, dependiendo de las películas involucradas.

Si bien este criterio puede ser considerado correcto, no es el único válido para medir la calidad de un laminado.

Hay otro aspecto tan valioso y seguramente rico para el análisis, que sin embargo no es tan utilizado. Me refiero a la evaluación cualitativa de las características de la separación entre las películas componentes del laminado, y la importancia de su correcta interpretación.

Un ejemplo sencillo Laminación de Poliéster/Polietileno sin impresión (fig.1)

Fig 1

Veamos el caso mas simple, como es un bilaminado sin impresión, .constituido por una película de poliéster (PET) de 12 mic de espesor (sustrato 1) unida por adhesivo a un film de polietileno (PE) de 80 mic de espesor (sustrato 2), como se esquematiza en la fig. 1.

Las diferentes posibilidades de ruptura en este caso pueden visualizarse en las fig. 1a, 1b, y 1c.

En el caso de un laminado terminado, es decir, que ha completado el proceso de curado, la situación mas normal es la indicada en la fig. 1a donde se observa la partición de la película de adhesivo , repartiéndose entre las dos películas. De ello inferimos que el anclaje del adhesivo a cada una de las películas ha sido bueno y que la rotura se da por la parte mas débil, en este caso la cohesión interna de la película de adhesivo seca.

Sin embargo no es la única posibilidad, veamos el caso de la fig. 1b, donde todo el adhesivo se ha transferido al film de poliéster, quedando la capa de PE totalmente limpia. Si esta separación se produce a valores de fuerza relativamente altos, similares a los que se obtienen en el comportamiento del primer caso, ello puede significar simplemente que la cohesión interna de la película de adhesivo supera a la correspondiente a la interfase PE/Adhesivo, sin que por ello sea un comportamiento inferior en su desempeño. Sin embargo si de este modo se dan valores muy bajos de fuerza de separación, por ejemplo 50/100 gr/pulg. debe analizarse si algún defecto superficial de la película de PE impidió un buen anclaje del adhesivo, como podría ser baja tensión superficial (deficiente tratamiento) o contaminación superficial con aditivos migratorios tipo erucamidas.

Por otro lado si se diera el caso indicado en la fig. 1c, lo mas probable es que la superficie del PET no fuera la adecuada para laminar o el adhesivo utilizado no es apto para este material.

El ejemplo descrito mas arriba es una primera aproximación simplificada al tema. Es el modo de ruptura de un material ya terminado, con pocas posibilidades de modificación en el caso que tuviera deficiencias serias. Permitirá inferir, mas allá del valor de la fuerza de separación, si hay alguna característica anormal que pudiera comprometer su desempeño y orientar para una eventual acción correctiva en una nueva fabricación del material.

Se hace camino al andar Mas fructífero es este análisis en la fase de producción de los laminados.

En el arranque de una corrida se extrae la primera muestra "en crudo" tal como sale del laminador una vez estabilizadas las condiciones de trabajo. Mientras se evalúa su fuerza y modelo de separación, una parte de la misma se coloca en estufa (entre 2 placas de vidrio para mantenerla plana) y se deja, por ejemplo 30 min a 45 °C.

Esta muestra, con un inicio de curado acelerado, será analizada de la misma manera y la comparación de fuerza y modo de separación entre ambas indicará la tendencia de comportamiento a medida que avanza el proceso de reticulación del adhesivo..

Cuando el curado del adhesivo está completado, el modelo de separación entre películas nos indica como juegan las fuerzas relativas en la unión de cada una de las interfases intervinientes (PET/adhesivo, adhesivo/PE).

Detectar tendencias negativas en este proceso durante la elaboración del laminado, modificando o corrigiendo condiciones de trabajo, es la posibilidad que abre este tipo de análisis.

Para que sea mas comprensible lo que sigue, repasaremos la descripción del equipo laminador señalando sus partes vitales..

Esquema general de la máquina En este esquema podemos distinguir 3 zonas bien diferenciadas y fundamentales, encerradas en recuadros en línea punteada:

ESTACION DE APLICACIÓN DE ADHESIVO. Se regula la carga de película húmeda y su correcta nivelación.

TUNEL DE SECADO, La temperatura y caudal del aire, además de su distribución, regulan la cantidad y velocidad de evaporación de los componentes volátiles del adhesivo.

ESTACION DE PEGADO. En ella tiene lugar el proceso de pegado de las películas, interviniendo tanto la presión entre rodillos, uno de los cuales está recubierto de material resiliente, como la temperatura que entrega el otro cilindro o calandra calefaccionada.

En cada una de estas estaciones se verifican procesos que definirán el comportamiento ulterior del material procesado.

Siguiendo con el ejemplo, en el debobinador primario ponemos el PET, la película mas estable, sobre la cual se aplica el adhesivo (Estación de aplicación de adhesivo), que después de la eliminación de solventes y demás volátiles (Túnel de secado), se pegará al PE en el nip (Estación de pegado), por efecto de la presión y la temperatura rebobinándose el complejo en el rebobinador.

Causas y efectos Ya tenemos el primer tramo de laminado salido de máquina. La muestra inicial "en crudo" se comporta según el esquema de la fig. 1a. Si este comportamiento se repite con la muestra sometida a calor y con un sensible incremento de la fuerza de separación en el dinamómetro, es muy probable que el resultado final sea el esperado.

En cambio si la parte sometida a calor mostrara un comportamiento como el esquematizado en la fig. 1b, ello nos indicaría que la adherencia inicial en crudo es consecuencia solo de la pegajosidad (tack) natural del adhesivo, pero que al iniciar el curado no encuentra condiciones aptas para el anclaje.

Probablemente cuando avance el proceso de curado, este comportamiento se intensificará, con lo cual nos podremos encontrar al final del proceso con toneladas de material inservible.

Es urgente tomar una decisión. Trataremos de detectar la vinculación entre el modelo de separación y las condiciones de trabajo de las diferentes zonas operativas mencionadas en la descripción general da la máquina laminadora y actuar en consecuencia sobre alguna de las variables que controlan su operación..

Primera hipótesis: La superficie del PE no es apta para laminación. Controlar tensión superficial, funcionamiento del equipo tratador en línea y eventualmente posibles contaminaciones superficiales con aditivos migratorios tipo erucamidas.

Segunda hipótesis: El adhesivo esta endurecido por excesiva temperatura en el horno de secado (inicio de curado) y no tiene la plasticidad suficiente para adaptarse y "mojar" la superficie del PE. Para confirmar esto, bastaría bajar la temperatura del horno, o más práctico, aumentar la velocidad de máquina.

Tercera hipótesis: La presión y/o temperatura en el nip de pegado no es suficiente para promover un íntimo contacto entre adhesivo y película secundaria (PE). Aunque modificando la velocidad de corrida también se influye en la cantidad de calor transferida desde la calandra al adhesivo, es conveniente regular la temperatura de la calandra y observar su influencia.

La presión, comandada por línea de aire comprimido, también está influenciada por la dureza del cilindro de contrapresión, que periódicamente debe ser controlada y eventualmente debe reemplazarse dicho cilindro.

Si fuera necesario discriminar la incidencia de estos factores, los operadores de las laminadoras podrán modificarlos de a uno y evaluar los efectos inmediatos en el modo y fuerza de separación de las películas que conforman el laminado, tanto en la muestra inicial como en la sometida a calor en estufa.

Veamos otros ejemplos Veamos como este concepto se hace extensivo a casos mas complejos aunque muy comunes en la industria de los laminados:

Laminación de un PET metalizado con PE. (fig.3) En este caso complicamos un poco la situación ya que hay un muy fina película de aluminio adherida por el proceso de metalizado al vacío sobre la película primaria de PET. En la fig. 3 a vemos que el adhesivo se desprende totalmente de la superficie metálica. Si esto ocurre en la muestra recién laminada y sometida a temp. es altamente probable que haya un baja

tensión superficial en la película metalizada. Normalmente este proceso debe efectuarse con un tratamiento corona en línea sobre la cara metalizada.

La carga y tipo de adhesivo juega un rol importante en esta clase de laminaciones.

Una vez curado el adhesivo, el modelo de separación nuevamente nos indicará como juega la fuerza de unión relativa entre las diferentes interfases en juego (PET/Metal, Metal/Adh., Adh./PE). Cuando la separación combina 2 formas, como por ejemplo, parte del metalizado se transfiere a la cara del PE y parte queda en el PET, la situación será la mas equilibrada entre las interfases mencionadas. La medición de la fuerza de separación completará el conjunto de datos a computar para una certera evaluación.

Laminación de PET impreso con PE (fig. 4)

La película de tinta entre los dos materiales a ser laminados (impresión en sandwich) es una de las construcciones mas comunes en la industria y también una de las mas complejas desde el punto de vista de su realización.

Veamos solo 2 variantes simplificadas dentro de la gran cantidad de posibilidades que en la realidad pueden encontrarse.

En la fig. 4 a se observa que el modo de ruptura es el desprendimiento de la película de tinta del sustrato primario sobre el cual fue impresa, arrastrada por el adhesivo hacia la cara de PE, en una verdadera operación de "transfer" no deseada. Síntomas de este comportamiento pueden encontrarse ya en la observación de las muestras recién laminadas (en crudo y calentada en estufa según el criterio comentado mas arriba) Sin embargo este es un caso muy complejo, donde la ayuda de registros con datos anteriores que por comparación puedan detectar anormalidades será vital, dado que muchas veces, aún cuando inicialmente se observa desprendimiento con reparto de tinta entre ambas películas, al final del proceso todo el film de tinta es transferido con bajísimos valores de delaminación. En este caso, mas allá de algunas modificaciones en las condiciones de proceso, como carga de adhesivo o temp. de túnel, es muy probable que haya una incompatibilidad del sistema PET/tinta/adhesivo.

En la fig. 4 b vemos otro caso extremo, donde el adhesivo no adhiere sobre la película de tintas. Este caso es bastante improbable, aunque le caben las generales de la ley de acuerdo a lo comentado en el caso inicial de laminación de películas simples.

Normalizar y Registrar Dada la complejidad de los procesos involucrados en una operación de laminación, lo expuesto no pretende ser una receta para resolver situaciones, sino un estímulo para una actitud analítica y crítica por parte de los operadores y responsables de producción. Las combinaciones de modelos de ruptura son múltiples y sólo nos hemos limitado a algunos ejemplos sencillos.

Un elemento importante para el éxito es estandarizar las condiciones en que se efectúa cada ensayo para que, además del análisis puntual, puedan ser comparables sus resultados. Registrar los resultados con la ayuda de una codificación de las formas de separación y correlacionarlas con datos de proceso y resultados finales es una buena forma de acumular información útil a la hora de tomar decisiones.

La experiencia y capacidad de los maquinistas se verá apoyada entonces por una base de datos objetivos a los que podrá apelar en caso de problemas, la que servirá también para normalizar cada vez mas las condiciones de proceso y reducir los desvíos en la calidad de los laminados.

Aunque la tan recurrida frase: "en laminación dos más dos no es igual a cuatro" sigue teniendo vigencia, habremos contribuido para conocer con mas seguridad el resultado de esa cuenta.

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