Desarrollo de tintas funcionales basadas en micro y nanocargas para aplicación como recubrimientos en distintos sectores industriales. Proyecto DESINK.
Proyecto en colaboración de tres institutos tecnológicos: ITC, AIDIMME e ITENE.
El proyecto DESINK, de dos años de duración (2016-2017), describe la problemática actual en cuanto al desgaste de superficies cerámicas y de madera, así como la permeabilidad a gases de los envases plásticos. Analiza el estado actual de la técnica, su problemática, cuáles son las soluciones utilizadas en la industria y las que se pretenden superar con el desarrollo de este proyecto.
El objetivo general de DESINK se dirige hacia el desarrollo de nuevos recubrimientos transparentes para protección de superficies que sean imprimibles por inkjet y/o aplicables por pulverización, en el caso de superficies cerámicas y suelos derivados de la madera, y flexo, en el caso de materiales plásticos, con prestaciones técnicas mejoradas para la protección al desgaste de superficies y mejora de la barrera de los envases. Para ello se desarrollarán recubrimientos a base de cargas minerales micro y nanométricas y de grafeno convenientemente funcionalizado.
Origen del proyecto
En las zonas con alto tránsito peatonal, zonas comerciales o públicas, se requieren materiales con elevadas prestaciones técnicas, especialmente de resistencia frente al desgaste. Actualmente existen suelos, tanto de cerámica como de materiales de madera que alcanzan resistencias elevadas, pero sus procesos de fabricación tienen asociados una serie de inconvenientes (material, poca flexibilidad, coste, COVs, etc), diferentes para cada uno de los dos sustratos, que con la impresión inkjet se superan en parte, de ahí el interés por esta tecnología, aunque no se han conseguido resistencias elevadas para zonas de transito elevado.
Por otro lado, los materiales más empleados en el envasado alimentario son los materiales plásticos, dado su bajo coste y peso, pero presentan el inconveniente de su relativa elevada permeabilidad a gases, lo cual disminuye la vida útil de los alimentos que contienen. Para aumentar esta barrera, actualmente se utilizan sistemas multicapa de varios materiales, que tienen altos costes de producción y de materiales, y añaden dificultad para su reciclaje.
Objetivos:
Con el objetivo de solucionar los problemas existentes en estas tres áreas claves del tejido productivo de la Comunidad Valenciana, en este proyecto se pretende desarrollar recubrimientos funcionales que permitirán reducir el desgaste en baldosas cerámicas y suelos derivados de madera con diseños por impresión inkjet y mejorar la barrera a gases de los materiales plásticos de envase.
Concretamente se pretenden desarrollar, recubrimientos que contengan cargas de tamaño apropiado para cada aplicación, que mejoren las propiedades consideradas en este proyecto para cada material. Para conseguir las propiedades requeridas se utilizarán cargas inorgánicas de distinto tamaño de partícula, así como grafeno (desarrollado durante el proyecto), con un tamaño de partícula y funcionalización adecuadas para su aplicación mediante los sistemas de impresión existentes en el mercado para aplicaciones inkjet y flexo.
En el caso de superficies cerámicas y suelos derivados de madera, se desarrollarán recubrimientos para aplicación mediante tecnología inkjet, reduciendo las pérdidas de producto y las emisiones de COVs asociados a la aplicación por pulverización (solo en productos en base disolvente), pero mejorando la resistencia al desgaste de los procesos actuales con diseños por impresión inkjet, que por requisitos de mercado ha de ser elevada. En el caso de suelos derivados de la madera, se trabajará además en el desarrollo de recubrimientos orgánicos en base agua, evitando así la emisión de COVs, que contengan el mismo tipo de cargas que en los recubrimientos inkjet anteriores, para aumentar la resistencia al desgaste, pero que se puedan aplicar por pulverización, para aumentar la versatilidad de las líneas de fabricación con tecnología inkjet ya desarrolladas en el sector aunque para aplicaciones verticales decorativas con bajas resistencias mecánicas.
En el caso de los recubrimientos barrera, estos serán aplicados por flexografía y el reto radicará en desarrollar la formulación matriz polimérica – nanoarcilla – grafeno más adecuada para poder ser aplicada por este sistema de impresión de forma que se puedan sustituir los actuales sistemas multicapa, asegurando una buena dispersión de los nanorefuerzos en las matrices poliméricas para que su efecto barrera sea más efectivo.
Recientemente, el grafeno ha despertado un enorme interés en la comunidad científica y en la industria debido a sus extraordinarias características. El grafeno, una monolámina de grafito, presenta no solo excelentes propiedades térmicas, electrónicas y ópticas, sino también ha demostrado ser un material muy útil para mejorar la resistencia al desgaste de superficies debido a su extremada resistencia mecánica.
En el caso de los pavimentos cerámicos la novedad es el desarrollo de tintas, para aplicaciones por chorro de tinta (inkjet) que den lugar a pavimentos cerámicos con, al menos, las mismas prestaciones en cuanto a resistencia al desgaste que las obtenidas con técnicas tradicionales (pulverización y aplicación en seco de las cargas). La ventaja del uso de la técnica de aplicación inkjet reside en la menor cantidad de pérdidas de material durante la aplicación de los recubrimientos, haciendo que sea una técnica más respetuosa con el medio ambiente y facilitando la fabricación flexible.
En el caso de suelos de madera, la principal novedad del proyecto es el desarrollo de recubrimientos protectores, de los diseños aplicados mediante inkjet, en base agua, y con elevadas prestaciones técnicas en cuanto a resistencia al desgaste, para la fabricación flexible de suelos a partir de materiales derivados de la madera, principalmente MDF y HDF. La consecución de estos recubrimientos, supondría, que la aplicación de diseños decorativos mediante inkjet, con todas sus ventajas asociadas, fuese una alternativa real a los procesos existentes para la fabricación de suelos de elevada resistencia al desgaste, procesos más costosos en cuanto a tiempo, energía y materiales, además de poco flexibles para tiradas cortas. En general, con estas dos líneas de investigación se contribuirá a desarrollar procesos de fabricación flexibles para suelos con materiales derivados de la madera.
En relación al grafeno, a pesar de su extremada resistencia mecánica y de haber demostrado ser un material muy útil para mejorar la resistencia al desgaste de superficies, hasta la fecha no se han desarrollado tintas / recubrimientos que incorporen el grafeno para la impresión de superficies cerámicas y suelos derivados de la madera. Además, su utilización junto con otros materiales antidesgaste contemplados en el proyecto, permitirá reducir la abrasión de los cabezales inkjet. Por otra parte, en base a las investigaciones realizadas, se espera un efecto sinérgico en su uso junto con nanoarcillas en nanocomposites poliméricos, mejorando la barrera a gases (oxígeno y vapor de agua) de los materiales de envase actuales.
Y en referencia a la mejora de la barrera de los materiales de envase, las soluciones actuales presentan las siguientes limitaciones: Sistemas multicapa de varios materiales, los cuales tienen altos costes de producción y de materiales y añaden dificultad para su reciclaje y la permeabilidad a un determinado compuesto puede verse afectada por la presencia de otros.
La novedad del proyecto en esta aplicación y el salto tecnológico frente a lo existente hasta la fecha radica en combinar la sinergia de la utilización de nanoarcillas y grafeno funcionalizados, que de forma individual han mostrado buenos resultados en la mejora de la barrera de materiales poliméricos, con el objetivo de duplicar la barrera al oxígeno y al vapor de agua del material polimérico base, obteniendo una buena dispersión en la tinta flexográfica que se desarrollará en el proyecto.
Se trata de un proyecto de I+D en colaboración de tres Institutos Tecnológicos, ITC, Instituto Tecnológico de cerámica, AIDIMME, Instituto Tecnológico Metalmecánico, Mueble, Madera y Afines e ITENE, Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística, cofinanciado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y los Fondos Europeos para el Desarrollo Regional (Fondos FEDER).
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