Study and optimisation of PVC coated fabrics for digital printing applications

Abstract

The present work stems from a partnership between the University of Minho and a Portuguese company, Endutex Revestimentos Texteis S.A, in order to improve the research capability of the company, helping in the optimisation and development of new and competitive solutions. Due to its technical character, the main goals of this work were defined based on short/medium time necessities of the company. Endutex Revestimentos Texteis S.A. is a textile coating enterprise that produces solutions for a variety range of applications including billboards and banners for digital printing. Typically all the solutions were produced with PVC plastisols on a Polyester (PES) support. The high levels of plasticizer in the plastisol formulations induce its migration to the surface of the final product at short/medium times, which represents a major concern because the presence of fat substances or contaminations in the surface can be an obstacle to the ink adhesion during the digital printing process. To avoid this, the company applies a lacquer coating through out the surface of the coated fabric as a final procedure of the production process. However this represents an economical drawback and an ecological concern. Following that, the first goal of this work was to optimise the PVC plastisol formulations in order to eliminate the necessity of resorting lacquer, without compromising the quality of the printability. On the other hand, the accelerated increase of the consumption of billboards and banners in publicity, together with their short life-time (only some days in the case of the announcement of an event, or a promotional price for example) creates a large volume of waste, which represents a significant environmental challenge. Thus the development of ecological and environmental friendly solutions is urgent in order to differentiate and confirm the competitiveness of the company in this important market. Following that, the second goal of this work is the development of ecological solutions, decreasing the consumption of PVC and phthalate plasticizers in the plastisol, and replacing it by new green and sustainable raw materials, preferentially biodegradable, that could be processed by the same processing method of the conventional PVC plastisols (coating process). Due to the differences between the two main goals, the present thesis is divided in two parts: in Part A all the work done during the optimising the PVC plastisols in order to avoid the lacquer application is presented; Part B is related with the development of alternative and environmental friendly solutions. During the optimisation of the PVC plastisols two alternatives of dispersion resin, with different particle size distribution (emulsion and micro-suspension ones) were studied, with micro-suspension resins showing better results not only in terms of particles packaging efficiency and consequent decrease of plasticizer level for the same flow properties, but also in stability along time (ageing period). An ecological solution, consisting on a starch based plastisol, with biodegradable plasticizers, and using a support in cotton were produced with success in a conventional coating machine, showing good and enabler results in several characterization tests, including printability and high degradation rate in soil/compost.

Este trabalho enquadra-se num formato recente de Doutoramentos em Portugal, que se desenvolvem em ambiente empresarial e cujos trabalhos são desenvolvidos e definidos de acordo com as necessidades de curto/médio prazo da empresa envolvida, ajudando na optimização e desenvolvimento de soluções competitivas. A Endutex S.A dedica-se à produção de revestimentos têxteis para diferentes aplicações incluindo telas e lonas para utilizar em impressão digital. Tipicamente todas as soluções consistem numa tela de poliéster (PES) revestida a plastisol de PVC. O alto teor de plastificantes presentes nas formulações dos plastisois de PVC usados no revestimento pode criar, a curto/médio prazo, problemas de migração para a superfície, situação indesejável do ponto de vista de impressão digital. De forma a evitar esse efeito a empresa recorre a um processo adicional de lacagem que, funcionando como estanque, evita a migração do plastificante para a superfície. Esta etapa adicional alem de representar um custo produtivo acrescido também é nocivo do ponto de vista ambiental. O primeiro objectivo do trabalho consiste em optimizar as formulações de plastisois de PVC, de forma a reduzir a quantidade de plastificante sem prejudicar as características de fluxo nem a qualidade de impressão do produto final, e assim eliminar o processo de lacagem, criando produtos mais competitivos. Por outro lado, a utilização crescente em painéis publicitários destes materiais, associada a um prazo de vida curto (algumas semanas, no caso de eventos ou anuncio de uma promoção por exemplo), origina um volume significativo de telas em fim de vida que coloca desafios ambientais importantes e torna premente o desenvolvimento de produtos mais ecológicos e com menor impacto ambiental. Nesse seguimento, o segundo objectivo deste trabalho consiste no estudo e desenvolvimento de soluções mais ecológicas, reduzindo o teor de PVC e outros aditivos nocivos (ftalatos por exemplo), substituindo-os por novas matérias primas, mais ecológicos e sustentáveis, preferencialmente biodegradaveis capazes de ser processados/transformados pelo mesmo processo produtivo. Uma vez que se tratam de dois objectivos distintos, a presente tese está dividida em duas partes: Uma parte A onde se descreve todo o trabalho realizado no que diz respeito à optimização das soluções de PVC existentes com vista a eliminar o processo de lacagem; e uma parte B relativa ao desenvolvimento de soluções alternativas e mais amigas do ambiente. Relativamente à optimização das formulações de PVC, estudaram-se dois tipos de resinas de PVC de dispersão com diferentes distribuições de tamanhos de partículas (emulsão e micro-suspensão) , onde as resinas de micro-suspensão mostraram ser mas eficazes não só em termos de empacotamento das partículas, conseguindo-se reduzir o teor de plastificante sem alterar significativamente as características de fluxo; mas também em termos de estabilidade ao longo do tempo. No que diz respeito à solução ecológica, revestiuse com sucesso um suporte em algodão com um plastisol à base de amido e plastificantes biodegradáveis num equipamento de revestimento convencional, sendo que o produto daí resultante apresentou bons resultados numa série de ensaios de caracterização, nomeadamente boa qualidade de impressão e uma alta taxa de degradação em solo/composto.