TRATAMIENTO DE SUPERFICIES MEDIANTE TÉCNICAS DE …A... · Principales técnicas de tratamiento...

TRATAMIENTO MEDIANTE

TÉCNICAS DE PLASMA PARA

MEJORA DE PROPIEDADES EN

SUBSTRATOS POLIMÉRICOS

Jornada Xarxa Ambiental

Sostenibilidad en las Empresas

(10 noviembre 2009, AITEX Alcoi)

María Blanes Company

(Responsable G. I. Acabados Técnicos y Confort)

TECNOLOGÍAS LIMPIAS EN EL

SECTOR TEXTIL

Tratamiento de superficies

Tecnología de plasma

- Plasma a baja presión

- Plasma por descarga corona

Consecuencias y resultados

Conclusiones

Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma


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Procesos químicos o físicos que modifican la

superficie de un material mejorando sus propiedades

superficiales, tales como corrosión, dureza,

humectabilidad, adhesión…, sin afectar a las

propiedades generales del material tratado.

Directamente

Indirectamente mediante la deposición de una

capa de algún otro material.



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Humectación (mojabilidad)

Mejora adhesión

P atmosfér. T ambienteBajo coste equipos

Proceso en seco Coste global Ecológico

Plasma BP SÍ SÍ NO SÍ NO SÍ Medio Sí

Plasma Corona

SÍ SÍ SÍ SÍ SÍ SÍ Bajo Genera O3

Electron beam

Limitada NO NO SÍ NO SÍ Alto Sí

UV-coat SÍ SÍ SÍ SÍ SÍ NO Medio Sí

Principales técnicas de tratamiento superficial empleadas

sobre textiles y plásticos, y sus características principales.


El plasma está considerado el cuarto estado de la materia,consistiendo en la ionización (parcial o total) de un gas omezcla de gases, gracias a la aplicación de un campo eléctricoentre dos electrodos.

Tecnología de plasma para modificación superficial

de substratos poliméricos


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Se generan especiesactivas (electrones, iones,radicales libres…) queinteraccionan con las capasmás exteriores del sólido,modificándolo a nivelsuperficial.

Plasmas generados de manera natural o artificial




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La elevada reactividad de dichasespecies activas presentes en elplasma provocará efectossuperficiales de:

- Limpieza.

- Activación/modificación.

-Deposición(plasmapolimerización).

SUBSTRATO

PLASMA

M e

M

º

M

*

M

M

M

º

M

º

M

º

M

*

M

*

M

*

M

*

e

e

e

e e+

+

+

+

+

~

GAS VACIO

M

º

M

*

~

~

M:GAS; M*:MOLECULAS

EXCITADAS; Mª:RADICALES;

e:ELECTRONES; +:

CATIONES; ~: FOTONES

Pueden emplearse diversos gases en la generación de

plasma, dependiendo de la técnica empleada y del efecto a

conseguir:

Gases de naturaleza inorgánica (O2, N2, aire, gases

nobles…): efectos de limpieza y/o activación superficial.

Gases de naturaleza orgánica (hidrocarburos o

compuestos de Si-reactivos orgánicos como el

hexametildisiloxano, HMDSO) se podrá obtener el efecto

de deposición/plasmapolimerización.


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Hay diferentes formas de inducir la ionización de

los gases, en función de la tecnología aplicada:

Descarga luminiscente “Glow discharge”.

Descarga corona.

Descarga barrera dieléctrica.

Este tipo de plasma (también conocido como descarga

luminiscente o “glow discharge”) se genera en cámaras de

reacción a presiones muy reducidas (entre 0,1 y 1 mbar).

Es el método que permite tratamientos con más

uniformidad y reproducibilidad de resultados.

Plasma a baja presión


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El plasma con esta tecnología se

obtiene aplicando una diferencia de

potencial entre pares de electrodos,

mediante un generador de energía, que

puede ser de baja frecuencia (50 Hz) o

radiofrecuencia (40 kHz a 13,56 MHz)

ionizando así el gas de tratamiento.

Las principales ventajas que aporta esta técnica son lahomogeneidad del tratamiento, necesaria para mejorar laspropiedades humectantes y de adhesión de los substratostratados, así como la posibilidad de trabajar con distintos tiposde gases y conseguir tanto superficies hidrófobas comohidrofílicas.

Las desventajas principales son que se trata de un procesodiscontinuo al tener que trabajar a bajas presiones, por lo quematerial es tratado por lotes, así como el elevado coste de losequipos.


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Plasma a baja presión


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Plasma por descarga corona

Se produce al aplicar un voltaje elevado (del orden de kV)

entre un par de electrodos metálicos de geometría

determinada. El substrato en forma de film/lámina pasa por el

espacio libre entre los electrodos y es tratado mediante el aire

ionizado a presión atmosférica.

El aire ionizado mediante descarga

corona es el causante del aumento

de la energía superficial de los

materiales tratados y, por tanto, del

aumento en la hidrofilidad y la

capacidad de adhesión.


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Arriba izquierda: electrodo cilíndrico

dieléctrico y paso del no tejido por la

estación de tratamiento; arriba

derecha: luz emitida por el plasma

corona generado. Abajo: electrodo

superior e inferior, con el no tejido

entre ellos, listo para ser tratado.

Por el contrario, las desventajas que presenta latecnología de descarga corona para el tratamiento depolímeros hacen referencia a cierta no homogeneidad deltratamiento, a la limitación de utilizar únicamente airecomo gas de tratamiento y a la generación de ozono, alionizar el aire.

El nivel de tratamiento depende de factores tales como eltipo de material a tratar, la potencia suministrada y lavelocidad de paso del substrato. El tratamiento encontinuo es la principal ventaja de esta técnica.


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- Mejora del escaso carácter hidrofílico de las fibras sintéticas.

- Mejora de la capacidad de adhesión en los tejidos tratados yen láminas, films o membranas, y más receptividad haciaproductos de acabado en tejidos (para recubrimiento ofulardado).

- Aumento de la capacidad de absorción de colorantes.

- Incremento de la microrrugosidad de las fibras, generándoseen el caso de la lana un efecto antipilling/antienfieltrado.

- Mejora de las propiedades mecánicas en laminados (↑ Rpegado).

- Mejora de la capilaridad y de la penetración de la tintura.

- Limpieza superficial.


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Humectación (mojabilidad)

Hidrofobicidad Recuper. arrugasAnti-

enfieltrado

Tintura/

estampaciónCapacidad adhesiva

Lino aire/Ar/N2/O2 SF6

Seda aire SF6

Algodón aire/Ar/N2/O2 HMDSO NH3

Lana aire O2 aire/Ar/N2/O2

Poliéster N2/O2 He/H2/N2 O2

PP CO2/O2 N2/O2

PET film He/H2/Ar/N2/O2 N2/O2

PE / PP film aire/O2 N2/aire/O2

PTFE film He/H2/Ar/NH3 He/H2/Ar/NH3


Gota de agua sobre film

sin tratamiento (izqda)

y sobre film tratado

durante 2 min con

plasma de O2 a baja

presión (dcha). Se pasa

de algo más de 90º a

poco más de 40º.


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El aumento de la mojabilidad se relaciona con el incrementode la energía superficial del material y, por tanto, con lamejora de la capacidad adhesiva del substrato polimérico.



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El aumento de mojabilidad se traduce en disminuciones delángulo de contacto de los materiales e incremento de laenergía superficial.

30

40

50

60

70

80

90

100

500 W;15 m/min

(corona)2 min O

2

(baja presión)

2 min N2

(baja presión)

Án

gu

lo d

e c

on

tac

to (

º)

No tratado

agua

glicerol


0

10

20

30

40

50

60

70

500 W;15 m/min

(corona)

2 min N2

(baja presión)

2 min O2

(baja presión)

No tratado

En

erg

ía s

up

erf

icia

l (m

J/m

2)

Film de PE. Film de PE.


Al laminar un film de PE sobre

espuma poliolefínica (usando PU

reactivo como adhesivo), se obtienen

estos valores de resistencia al

delaminado: el film no tratado tiene

una pobre adherencia, mientras que

el tratado ha experimentado una

notable mejora al delaminado.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

500 W;15 m/min

(corona)

2 min N2

(baja presión)

2 min O2

(baja presión)

No tratado

R m

ec

án

ica

de

lam

ina

do

(N

)


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Mejora de la mojabilidad en un

tejido flocado de PA6,6 (tratado 1

min con plasma de O2).

Mejora de la estabilidad en la

estampación de un tejido de rizo de

PES (tratado 1 min con plasma de O2).


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ESTABILIDAD TEJIDO ALGODÓN PLASMAPOLIMERIZADO FRENTE LAVADOS 40ºC

73,368

68,28

60,243

50,924

46,918

42,39339,601

98,618100,885 101,772 101,374

90,672 89,672 90,144 91,106 90,026

84,75 83,604 84,1 84,761 84,19781,941

95,58 95,019 94,512

82,70984,938

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Tiempo (s)

An

gu

lo d

e c

on

tacto

(q )

Tejido sin tratar Tejido tratado con 10 min monómero Primer lavado Segundo lavado Tercer lavado Cuarto lavado Quinto lavado


Conclusiones


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La tecnología de plasma es una alternativa de

pretratamiento donde de un modo seco, amigable con

el medioambiente y eficiente a nivel de coste, sin

operaciones manuales ni uso de productos químicos,

se modifica la superficie de un textil o film polimérico a

nivel microscópico, para hacerlo más receptivo a la

sustancia que se vaya a aplicar (líquidos, resinas,

adhesivos…) o para inducirle carácter hidrofílico o

hidrofóbico en vistas a una aplicación final concreta.

Conclusiones


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La tecnología de descarga corona es una técnica

ampliamente utilizada con éxito sobre substratos

plásticos en forma de films para aumentar la afinidad

de tintas y adhesivos, estando actualmente en estudio

su aplicación sobre textiles para aumentar la

hidrofilidad y la capacidad de adhesión de las fibras

sintéticas.

AITEX, centro de

investigación e innovación, y

servicios técnicos avanzados

para los sectores textil,

confección y textiles técnicos

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