Sistemas Aplicadores de Recubrimientos PDF Print E-mail
Articulos - Los Empaques Flexibles
Written by Por el Ing. Nemesio E. Delgado   
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Sistemas Aplicadores de Recubrimientos
Parte 2
Parte 3
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  • Aplicación del adhesivo
  • Secado
  • Combinado de los dos materiales.

En muchos casos, la aplicación de un recubrimiento basta para cubrir la protección que demanda un producto, esta operación se puede hacer en el equipo laminador.

El método más  sencillo para recubrir un material y que se ha usado desde tiempo inmemorial para la aplicación de ceras a papeles, de asfaltos también a papeles para hacerlos aislantes a la humedad y para impermeabilizar textiles es el de sumergir el papel en un recipiente que contiene el material de recubrimiento en estado de fusión; para mantener el papel sumergido se utiliza un  rodillo, (1 en figura 4 ) ; la tina o recipiente tiene dos niveles que permiten recubrir una o ambas caras del papel ( a y b en la figura 4 ) . Cuando se desea que la capa de cera no penetre mucho la estructura del papel se refrigera el rodillo 2; por el contrario si se desea impregnarlo es necesario calentarlo.

figura 4

Antiguamente se usaban ceras con un punto de fusión de 53 °C, que producían un efecto de bloqueo en el producto, con el advenimiento de las ceras microcristalinas con un punto de fusión de 57°C parte de este  problema se eliminó.  Actualmente se usan mezclas de varios tipos de ellas con polietileno o con etilvinilacetato (EVA ) , aunque para su aplicación van siendo necesarios otro tipo de equipos por el aumento en la viscosidad de la mezcla fundida y su punto de fusión.
Un procedimiento para recubrir con materiales pastosos textiles y papeles, es el que utiliza
una navaja o cuchilla para dosificar el recubrimiento, ver figura 5..

figuras 5a 5b 5c y 5d

El primer arreglo es el más simple y se usa comúnmente para recubrir textiles; la tela pasa sobre el rodillo a y sobre el soporte b,  la navaja raspa la tela sobre ambos elementos, el recubrimiento ( pastoso ) se alimenta sobre la tela y antes de la navaja. El espesor del depósito depende del ángulo entre navaja y sustrato y la tensión del material.

El segundo dispositivo de la figura 5, se usó mucho para recubrir con hule con bajo contenido de solvente ( muy pastoso ), en este caso, la navaja va colocada sobre el rodillo que puede ser de fierro o de hule.

El tercer arreglo que se ve en la figura 5 tiene una banda que sirve de soporte al papel, el aplicador está colocado entre los rodillos 1 y 2.

En los tres sistemas anteriores, para evitar que el material de recubrimiento se extienda más allá de las orillas se tienen unos topes o guardas que confinan el charco que forma el material, estos topes tienen un ajusta lateral que permite variar el ancho de la aplicación.

En el ultimo arreglo de la figura 5 la aplicación se hace en la cara inferior por medio de un rodillo y la navaja elimina el exceso. Esta configuración tiene variantes muy importantes que consisten en sustituir la navaja por otro tipo de aditamento como la barra Mayer o la cuchilla de aire que discutiremos más adelante.


La máquina de colada o de vertedero ( casting machine ) , ver figuras 6A y 6B, nos recuerda los sistemas de recubrimiento de navaja, la unidad de colado es una caja con una ranura a lo largó, de abertura controlada. Cuando se hace el recubrimiento la operación es lenta; pero el depósito es superior en cuanto a su uniformidad porque la construcción del tambor permite darle más exactitud en el diámetro y en la excentricidad al contruirlo.

Por este método se han hecho películas fotográficas, recubrimiento de silicón, etc

figura 6A

figura 6B

Un viejo procedimiento para recubrir es el que utiliza cepillos o brochas. Por 1830, se recubría el papel por este proceso, en forma  de hojas y sobre una mesa, para 1850 la John Waldron corporation hizo su primera máquina contínua para recubrir papel usando cepillos cilíndricos.

figura 7A

En la figura 7A se muestra el sistema de aplicación de John Waldron.

Variantes al anterior se muestran en 7B y  7C, en el primero el cepillo ha sido sustituido por un cilindro de metal cubierto por una manga de fieltro y en el segundo por una banda del mismo material transportada por los rodillos a,  b y c.

figura 7 b y 7 c

De las tres maneras anteriores la que da mejores resultados es la que utiliza cepillos, porque aunque las cerdas se gastan o rompen y el material se seca en ellas causando rayas en el depósito, estas se atenúan o eliminan poniendo un  rodillo de pequeño diámetro impulsado sobre el depósito, además las cerdas son fáciles de limpiar, en cambio el fieltro se impregna, se compacta, se endurece y su limpieza es difícil.

 



Hasta antes de la guerra del 39- 45 la operación de recubrimiento se hizo sobre papel y textiles; pero con la aparición en el uso civil del polietileno, poliester, nylon, etc., en forma de películas y del sarán, la nitrocelulosa en forma de emulsión y barnices , se empezó el estudio de equipos aplicadores de alta velocidad y peso controlado del material depositado.

 

Fig. 8A
Fig 8B

 

Las figuras 8 muestran un arreglo muy usado  de rodillos donde se aprecia el aplicador, el dosificador y el sustrato  que contacta con el material dosificado por medio de otro juego de rodillos ( kiss coating )  mediante un rodillo de hule que por presión pone en contacto la película con el material de recubrir.

Con el objeto de obtener un depósito uniforme a lo ancho de la máquina,  la construcción de ambos cilindros debe ser muy precisa  de manera que la apertura entre ambos no tenga variaciones mayores de más/ menos 5 mil.  La construcción de estos cilindros debe ser bastante precisa en el diámetro o en la excentricidad, pueden ser o no del mismo diámetro o tener velocidades tangenciales diferentes. Hay equipos en que el rodillo aplicador llega a tener una velocidad hasta 15 a 18 veces mayor que la del dosificador.  La apertura entre aplicador y dosificador depende del espesor del depósito deseado, de la velocidad tangencial  del dosificador  y la velocidad lineal de la película, esta apertura puede llegar a ser hasta de 30 milésimas de pulgada y se logra con mecanismos acercadores de avance fino, en ocasiones se agrega a estos mecanismos algún sistema de medición de la apertura o de medición del avance del acercamiento del aplicador, aunque hay  máquinas en que el sustrato se mueve en el mismo sentido que el dosificador,  es mejor que la aplicación se haga a contraflujo de los materiales. de esta manera la totalidad del material de recubrimiento es prácticamente barrido de la superficie del rodillo con un residuo mínimo o despreciable.

En el caso anterior el rodillo aplicador está sumergido en una charola, esto obliga que el dosificador quede arriba de ese nivel y por tanto el depósito resulta por debajo del sustrato, cuando se requiere que el recubrimiento se deposite encima, se utiliza la disposición de la figura 9, entre los rodillos a y c se forma un charco que se mantiene confinado a un cierto ancho de aplicación por unas compuertas o topes laterales y que tienen un ajuste que permite abrir o cerrar ese ancho según el ancho del papel o plástico que se pretenda cubrir. 

Fig 9.

Los topes (dams) pueden ser de lámina de metal suave como el aluminio o el bronce ó mejor, de plástico ya sea teflon o nylon. En cualquiera de los dos tipos de dispositivos, el cilindro aplicador y el dosificador son de fierro que puede estar cromado para evitar el ataque químico del material o ser de cualquier metal que sea resistente a ese ataque; el costo  de estas piezas determinan la selección, normalmente el fabricante de materiales de recubrimiento, aconseja qué material debe usarse para su producto, particularmente cuando entran en juego catalizadores; consulte siempre a su proveedor, es común contraindicar el cobre, el bronce, el latón y el fierro como promotores de degradación u oxidación, cuando entran en contacto húmedo o fundido con esos materiales.

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Una modificación a la disposición de rodillos anterior se observa en la figura 10, para depósitos indirectos( offset), los rodillos a y b dosifican, el rodillo c  lo recoge y lo transfiere al d y éste a la película  por medio de e que es de hule al igual que c,  por este medio se pueden aplicar sobre papel de 3 a 20 g/m2 de producto seco, a partir de una suspensión con 40% de sólidos.

Unidades de este tipo eran montadas en el pasado en los equipos existentes (impresoras); pero el método del huecograbado las ha desplazado por ser más simple. En los dispositivos mostrados en las figuras de la 8 a la 10 es posible variar la cantidad depositada, cambiando la velocidad del sustrato, esa característica  permite depósitos de 0·5 a 0·1 g/ m2 en productos llamados de estado sólido o sea sin solventes (que siendo originalmente líquidos, devienen sólidos por la acción de energía de la radiación ultravioleta (UV), de la calorífica, de la química o catalítica, etc.). En el uso tradicional, un depósito de 1 g/m cuadrado se obtiene a partir de una solución que contiene solventes con un 25%-30%  de sólidos, es decir, con una aplicación 3 a 4 veces mayor,en volumen (aproximadamente), lo que implica menos problemas en la operación: es más fácil hacer un recubrimiento  de 2 mils (milésimas de pulgada) de espesor que uno de 1 mil, pero el solvente, que tiene un costo, debe eliminarse.

En otro orden de ideas cabe mencionar aquí el recubrimiento por colada fundida que puede considerarse de estado sólido . Podemos dividirlo en dos:

  • 1) Recubrimiento por extrusión, este es muy común. En general lo que se deposita son polímeros plásticos: polietileno, etilvinil acetato, polipropileno, etc. En la figura 11 A se observa la disposición de sus elementos: por el dado a,sale una cortina de material fundido que cae sobre el sustrato d   aprisionado por los rodillos b,  que está normalmente refrigerado y c  que esta recubierto con hule (frecuentemente hule silicón). Este proceso no corresponde a este trabajo por ser una tecnología especial que por si sola ocupa mas espacio del que disponemos y porque el equipo usado difiere completamente de los que hemos estado describiendo.
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  • 2) Depósito por bombeo o flujo forzado de materiales como ceras o de mezclas de éstas con polímeros plásticos en estado de fusión (hot melts), Fig 11 B.

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Aquí vale la pena hacer un paréntesis para hablar un poco de la viscosidad, podemos decir en general que una de las propiedades que pueden llegar a determinar  el sistema  para hacer un depósito en un sustrato es la viscosidad, aunque hablaremos de ella en otro lado de este trabajo podemos adelantar que es la propiedad de los gases y los líquidos para fluir con mayor o menor dificultad en un conducto determinado y se puede expresar en el caso de los líquidos en una unidad denominada centipoise(cp). Existen otras unidades para expresarla y determinarla en la planta de una manera sencilla y práctica durante la operación como son las copas Zahn o Ford cuyo resultado se da en segundos Zahn o Ford según sea el caso. Ampliaremos este tema en otro lado. 

Los depósitos que se hacen por bombeo forzado pueden tener viscosidades entre 9000 y 100000 centipoises.

En el pasado como dijimos antes, las ceras que se aplicaban al papel tenían un punto de fusión de unos 53°C, las parafinas que se usan actualmente tienen un punto de fusión de 57°C; en los países de clima cálido, esas temperaturas en objetos expuestos al sol son rebasadas con mucho, esto ha dado lugar al desarrollo de mezclas de esas ceras con el polietileno (PE) o el etilvinilacetato (EVA) , con lo cual se logra además de elevar el punto de fusión, obtener depósitos con resistencia mecánica mayor, más flexibles y con mejor adhesión. A estos productos se les ha dado el nombre técnico de “fundidos calientes” (hot melts)

Un equipo de estos se esquematiza en la figura 11B.

El rodillo a esta calentado, el rodillo b acerca el sustrato a la cabeza aplicadora o dado y el rodillo c  es un enfriador. El material se funde en un equipo aparte y se mantiene a temperatura controlada en el tanque f de donde se bombea por medio de la bomba e al dado, en la parte inferior de éste se coloca una charola para recibir cualquier, escurrimiento de material. Hoy dia, es común encontrar dispositivos similares al descrito, en las impresoras de banda angosta para aplicar el adhesivo, cuando se imprimen etiquetas de contacto.




 
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