Concentrol, a través de su División de Additives, trabaja en la elaboración de productos para el sector de PSA. Se trata de los adhesivos sensibles a la presión, que están compuestos por resinas que modifican los parámetros de cohesión y adhesión.
Dentro de los PSA encontramos diferentes productos: dispersiones de resinas, agentes antiespumantes, emulsiones de cera y silicona, aditivos de superficie de silicona y otros productos auxiliares.
¿Qué son los PSA?
Los autoadhesivos (conocidos como PSA por sus siglas en inglés) pueden unir una variedad de materiales tales como papeles, plásticos, metales, madera y vidrio. Un adhesivo PSA es un sólido que no requiere activación por agua, solvente o calor.
Son adhesivos permanentemente pegajosos a temperatura ambiente y se pueden utilizar como reemplazo de multitud de fijaciones. Su facilidad de aplicación hace que estos adhesivos sean ampliamente utilizados en muchos procesos de fabricación.
Dentro del amplio mundo de los autoadhesivos, el mercado de las etiquetas autoadhesivas representa un volumen enormemente grande y en crecimiento. Concentrol lleva años trabajando en dicho sector con el desarrollo y elaboración de productos tales como: dispersiones de resinas, antiespumantes, emulsiones de cera y silicona y aditivos de superficie de silicona
¿Cómo se fabrican?
El proceso de fabricación de un autoadhesivo (PSA), consta de cuatro fases: siliconado, adhesivado, acondicionado y formación del complejo.
De forma resumida, se hace pasar el soporte (papel) por un cabezal donde se le añade la silicona, para obtener el papel siliconado. Posteriormente, este se introduce en otro cabezal donde se le añade el adhesivo y finalmente se le une una lámina para formar el autoadhesivo propiamente dicho.
- El Siliconado
El siliconado consiste en aplicar una capa de silicona al papel soporte que nos permitirá aplicar el adhesivo y transferirlo a la lámina, protegiendo el adhesivo hasta su uso final y facilitando que la lámina pueda despegarse fácilmente del soporte. En definitiva, el siliconado nos permite dar al papel un tratamiento antiadherente para evitar que el soporte y la lámina queden pegados entre sí.
La capa de siliconado que se aplica al soporte puede variar, dependiendo del mismo soporte y del producto final, aunque en general suele rondar los 1,1 a 1,3 g/m2. Posteriormente el soporte (papel), ya siliconado, entra en un túnel de secado donde se realiza la reticulación y polimerización a temperaturas muy elevadas.
El siliconado es un proceso muy importante, ya que interviene de muy marcada en el “release”, que es la propiedad que nos mide la fuerza de separación entre la lámina y el soporte. Resulta de vital importancia para la impresión de la bobina donde se produce el desmallado y la aplicación automática de etiquetas en la etiquetadora.
Si el release es muy alto, puede provocar rotura de la malla y paro del proceso productivo, así como fallos de dispensación de las etiquetas. Por lo contrario, si el release es muy bajo, pueden llegar a desprenderse etiquetas del soporte.
- El adhesivado
Es la fase en que se aplica el adhesivo al soporte siliconado. Posteriormente se realiza un secado para eliminar el agua o disolvente que contenga. La cantidad de adhesivo que aplica sobre el soporte oscila entre 10-25 g/m2, dependiendo el uso final que se le vaya a dar.
- El acondicionado
En el acondicionamiento se realiza una operación de reacondicionado de humedad al producto haciéndolo pasar por una rampa de vapor a baja presión, ya que los secados en las fases de siliconado y adhesivado son efectos no deseados.
- La formación del complejo
Se trata de la última fase del proceso y se lleva a cabo cuando se junta el soporte con la lámina. Este proceso se produce cuando el adhesivo está suficientemente seco y el soporte tiene el grado de humedad necesario.
Para juntar el soporte adhesivo con la lámina, se hace pasar entre dos rodillos de contacto, quedando ambas capas adheridas. Debido a que el soporte tiene un tratamiento antiadherente obtenido por la silicona, el adhesivo queda únicamente pegado a la lámina.
¿Cómo se clasifican las tecnologías de los adhesivos?
Las tecnologías se clasifican en función de la composición de los adhesivos, existiendo cuatro grandes grupos: emulsiones acuosas (acrílicos), base solventes, hot melt y reticulación por UV.
Las emulsiones acuosas (acrílicos)
Se trata de polímeros acrílicos dispersos en agua. Son los de mayor utilización. En general el adhesivo acrílico tiene buenas propiedades físicas para una gama amplia de aplicaciones exteriores y a largo plazo.
Estos adhesivos pueden ser en base acrílica, elaborados con polímeros acrílicos de enlace cruzados (cross-linked), aunque resultan mucho más costosos, o bien con acrílicos modificados con resinas taquificantes (gama amplia de CONCENTROL) que se utilizan para mejorar las propiedades de unión, ofreciendo una mayor adhesión inicial y una mayor capacidad de unión a las superficies de baja energía, aunque hay una pérdida de resistencia a la luz UV y los solventes.
Este tipo de productos presentan numerosas ventajas: son sencillos de manipular, no inflamables y tienen un bajo nivel de contaminación, una buena resistencia a luz solar, a oxígenos y a calor, poca tendencia a la migración, y ofrecen adhesión, cohesión y tack. Sin embargo, tiene baja adhesión a sustratos apolares y a bajas temperaturas.
La base solvente
Son polímeros acrílicos en una solución a base de petróleo o solvente. Suelen tener un buen tack y una buena adhesividad, así como una buena adhesividad en superficies apolares. Tienen un coste elevado, un riesgo de peligrosidad y son poco ecológicos.
El hot-melt
Son mezclas de caucho con resinas, plastificantes y otros aditivos que se aplican en el momento de producir el complejo autoadhesivo en forma fundida mediante calor a temperaturas superiores a 120 ºC. En este proceso no hay intervención de agua y disolventes.
Estos adhesivos aportan un buen tack, excelente adhesión a sustratos húmedos, así como una buena adhesión a sustratos polares. Sin embargo, hay que mencionar las siguientes desventajas: tienen una mala resistencia al calor, sufren de migración frontal y son de peor envejecimiento (oxígeno y rayos UV).
La Reticulación por UV
Se trata de una tecnología más reciente. Son adhesivos 100% sólidos que se aplican fundidos y posteriormente son reticulados con radiaciones ultravioletas (por lo tanto, termoestables).
Su nivel de utilización es más bajo y tiene como una de sus ventajas el que se puede aplicar a un gran número de aplicaciones. Sin embargo, no tiene buen rendimiento en sustratos apolares y a bajas temperaturas.
¿Cuáles son las aplicaciones de los autoadhesivos?
Los autoadhesivos tienen una gran variedad de aplicaciones en multitud de sectores. Dentro de este amplio mundo, nos vamos a focalizar en uno de los grandes segmentos de mercado: las etiquetas autoadhesivas PSA. Sin embargo, el mercado de mayor volumen es el de las cintas autoadhesivas.
El segmento de las etiquetas autoadhesivas está claramente dominado por los productos a base de emulsiones acrílicas en base agua, siendo los sectores más importantes: packaging, alimentación y bebidas, electrónica y laminados, medicina y farmacéutico, automoción y transporte y construcción, entre otros.
El tipo de aplicación, así como el volumen e intensidad del etiquetado marcarán en buena manera el tipo de soporte.. En la mayoría de los casos se tratará de etiquetados automáticos, o bien en hojas para hacer etiquetajes manuales, siendo las características distintas tanto por el manipulado como por el tipo de presión realizado al aplicar las etiquetas.
¿Qué materiales se usan para la fabricación del autoadhesivo?
Las materias primas que intervienen en la fabricación de un soporte autoadhesivo son el soporte, el adhesivo y el papel release (lámina).
Los soportes se diferencian principalmente por su suministro, ya sea la bobina o las hojas de papel.
La bobina es un papel complejo autoadhesivado en amplitud y longitud. También hay bobinas con soporte Kraft, aunque no sirven para ser utilizadas para aplicación automática, por lo que se transforman en hojas. Se suelen utilizar en la calidad láser.
Las hojas de papel, por su parte, son hojas de mayor gramaje (ej: 80-130 g/m2), que dependen de si es con corte o sin corte y del tipo de lámina. Para que las hojas tengan un buen comportamiento en los troquelados, la regularidad de calibre es muy importante.
Como ya hemos mencionado, existen cuatro tipos de tecnologías distintas. En Concentrol estamos básicamente centrados en los adhesivos acrílicos (emulsiones acuosas).
Los polímeros acrílicos se usan ampliamente para la fabricación de los autoadhesivos PSA. Los monómeros acrílicos típicos, tales como ácido acrílico, metacrilato de metilo, acrilato de 2-etilhexilo, acrilato de butilo y otros monómeros, cuando se polimerizan forman polímeros acrílicos pegajosos de forma permanente.
De este modo, se obtienen propiedades de estabilidad al calor, mejor resistencia a la oxidación y al calor, así como a la radiación ultravioleta y se adhieren bien a superficies pulidas, como el papel, vidrio, poliéster y plásticos de policarbonato. Su principal debilidad es la unión a superficies de baja energía superficial, tales como el polietileno y el polipropileno.
Estos adhesivos acrílicos se pueden elaborar con polímeros acrílicos de enlaces cruzados, lo que se denomina cross-linked, resultando adhesivos base más costosos, aunque con buena resistencia al calor y la oxidación. Tienen una menor adhesión inicial y requieren de un mayor período de asentamiento para obtener una máxima adhesión. Sin embargo, tienen menor propensión a desarrollar orillas con adhesivo y mantienen un nivel más constante de removilidad en etiquetas removibles.
Los adhesivos con resinas taquificantes son adhesivos acrílicos modificados, en una proporción aproximada del 20% taquificante / 80% acrílica que nos permite obtener unos mejores costes. Además de una mayor adhesión inicial y una mayor capacidad de unión a superficies de baja energía, también se produce una pérdida en la resistencia a la luz UV y a los solventes. CONCENTROL tiene una amplia gama de resinas taquificantes que permiten a nuestros clientes poder realizar unos autoadhesivos acrílicos modificados con excelentes resultados.
Pasando a la lámina, se trata del material frontal del autoadhesivo que termina convirtiéndose en etiqueta. En función de la calidad, sustrato, así como otros parámetros se utilizan distintos tipos de lámina: papel estucado con distintos acabados; papel offset calandrado; lámina de aluminio; papel metalizado; film de acetato de celulosa, de policloruro de vinilo, de polipropileno, de polietileno y de fibras de poliolefina; y termo papel.
¿Qué parámetros debemos controlar para un buen funcionamiento?
Para el correcto funcionamiento del complejo, es de vital importancia controlar los siguientes parámetros: peel – adhesividad, quick stick, rolling ball, cohesión y release.
Peel
El peel es una medida de la capacidad de adhesión, a partir del cual se define el adhesivo, pudiendo ser:
- Removible: Son aquellos que se pueden despegar una vez aplicados.
- Permanente: No se pueden despegar una vez aplicados.
- Super permanentes: Son aquellos que se utilizan cuando el sustrato donde aplicamos la etiqueta presenta dificultades de adhesión.
El peel es la fuerza requerida para despegar a 180º y 300 mm/min una tira de 25 mm de ancho adherida con la presión ejercida por un rodillo de 2 kg sobre una placa de diferentes materiales tras determinados tiempos de aplicación.
Quick stick y Rolling ball
Son dos ensayos para medir el tack o pegajosidad del adhesivo.
El tack es muy importante en las aplicaciones automáticas. Un tack elevado nos indica que el adhesivo quedará pegado en el momento que tiene contacto con el sustrato.
En aplicaciones manuales el tack no tiene tanta importancia, ya que la persona que pega la etiqueta puede dar la presión necesaria para que esta quede bien adherida.
El Quick stick es un ensayo que mide la fuerza necesaria para despegar a 300 mm/min inmediatamente un lazo de 190 x 25 mm de lámina adhesivada pegada sobre una placa de acero inoxidable.
El Rolling ball es un ensayo que mide la distancia en centímetros, recorrida por una bola de acero inoxidable de 11,1 mm de diámetro. Esta cae por un plano inclinado 30º y rueda sobre la muestra quedando frenada por la película adhesiva de la misma. A menor Rolling ball, mayor tack.
Cohesión
La cohesión nos indica la resistencia del adhesivo a fluir. Este es un problema importante cuando tratamos de guillotinar las hojas de autoadhesivo, ya que, si el adhesivo no tiene la cohesión suficiente, puede fluir por los bordes y las hojas quedan pegadas entre sí.
Para medir la cohesión se analiza la fuerza de enlace o fragmentación de la película adhesiva en dos partes al aplicar un par de fuerzas. El ensayo se basa en el tiempo necesario para que una pesa de 1 kg fraccione internamente la película adhesiva de una tira de muestra pegada sobre una placa de vidrio de 2º respecto a la vertical.
Release
Nos mide la fuerza de separación entre la lámina y el soporte y es de elevada importancia para el momento de la impresión y desmallado, así como en la aplicación automática de etiquetas.
Para hacer el análisis del release, se trabaja con dos velocidades: baja velocidad (300mm/min) y alta velocidad (150 m/min).
La Gama de adhesivos sensibles a la presión de Concentrol
Emulsiones de cera y silicona
Las emulsiones de silicona normalmente contienen un componente de silicona (suele ser aceite de silicona), agua y los emulsionantes requeridos para obtener una emulsión estable. Desde la perspectiva química, un componente de silicona es una cadena finita de átomos de silicio y oxígeno unidos entre sí. Además de estos enlaces, la propia silicona tiene otros dos enlaces a grupos orgánicos. En la mayoría de los casos, estos grupos orgánicos son grupos metílicos (CH3) que proporcionan al componente de silicona su comportamiento semi-orgánico característico.
Las microemulsiones de polímeros de silicona están especialmente recomendadas para formulaciones de autoadhesivos y, tras su incorporación en la formulación, mejora el proceso de corte y troquelado de las bobinas de papel y film, especialmente a altas velocidades. Además, debido a la humectación de la superficie, mejoran la reología del PSA en rodillos. En dosis bajas no afecta negativamente la adhesión.
Son productos que ofrecen buenas características: estabilidad térmica y de dilución, humectación de la superficie, APEO Free, compatibilidad con jabones/tensioactivos aniónicos y no iónicos, aplicación fácil, no amarillean después de tiempo, y características de deslizamiento y abrasión.
Las emulsiones de cera permiten conseguir propiedades removibles y, en general, modificar la cohesión.
Dispersiones de resina
Las dispersiones de resina Concentrol tienen como función principal mejorar las propiedades de cohesión, tack y adhesión de autoadhesivos basados en dispersiones poliméricas de resina acrílica, PVA, EVA, SBR, NBR, látex natural, policloropreno y dispersiones acuosas de poliuretano. Aumentan la adhesión y el tack en substratos no polares y superficies de baja energía mejorando su capacidad de humectación. También pueden usarse en aplicaciones sobre soportes porosos y polares como el papel y cartón.
Las dispersones de resina de Concentrol ofrecen una serie de ventajas: APEO Free, I+D Flexible, lotes de fabricación flexibles y productos aptos para contacto indirecto con alimentos.
Antiespumantes
Muchos de los adhesivos acrílicos base agua (PSA) tienden a generar espuma debido a su composición acuosa. El hecho que se genere espuma puede ser crítico, tanto el proceso de formulación del adhesivo como en el de su aplicación. Aplicando una pequeña cantidad de antiespumante permite eliminar y prevenir la espuma en el adhesivo con la máxima compatibilidad, sin efectos adversos en el rendimiento de la dispersión y un efecto perdurable en el tiempo.
En el desarrollo de antiespumantes para el papel autoadhesivo se ha tenido especial consideración para conseguir una buena efectividad sin empeorar la humectación de las formulaciones adhesivas.
Los antiespumantes son eficaces (dosis inferiores a 50-100 ppm silicona activa), duraderos, actúan como antiespumantes y desespumantes, y son seguros (muchos cumplen con la Normativa Europea y Americana FDA). Se utilizan los antiespumantes de aceite especialmente desarrollados para PSA, ya que tienen propiedades desaireantes en recirculación. Los antiespumantes de Concentrol ofrecen APEO Free, alto rendimiento, son muy eficaces y tienen un buen ratio precio/eficacia.
Aditivos de superficie de silicona
Los aditivos de superficie de silicona son productos muy conocidos al ofrecer propiedades especiales en pinturas, tintas y recubrimientos. Estos aditivos son siliconas órgano-funcionales, la mayoría de ellos compuestos de copolímeros de polisiloxano y poliéter no hidrolizable. Aunque son productos de base silicona, a diferencia de los aceites de silicona tradicionales, su uso es muy fácil, su compatibilidad con la mayoría de las formulaciones de adhesivos es alta y evitando la aparición de defectos típicos como cráteres o problemas de compatibilidad (adhesión, etc.) con su uso.
Nuestra gama de aditivos de superficie de silicona permite humectar mejor sin incrementar la generación de espuma con dosis hasta diez veces inferiores a las de los humectantes tradicionales. Son la elección correcta para formuladores que buscan mejorar deslizamiento, resistencia al desgaste, nivelación, humectación del sustrato, propiedades antibloqueo. También pueden proporcionar acabados especiales, incrementar la suavidad de un recubrimiento, disminuir la fricción, mejorar la resistencia a la abrasión y rayado, etc. Son productos con APEO Free y un buen ratio precio/eficacia.
Desde Concentrol trabajamos para desarrollar las mejores soluciones para nuestros clientes. Bajo la finalidad de ofrecer el mejor producto posible con la mejor relación calidad-precio del mercado, elaboramos soluciones en nuestros laboratorios y apostamos por el I+D día tras día.
