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.
Tratamiento de superficies
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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.
Tratamiento de superficies
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
Se generan especiesactivas (electrones, iones,radicales libres…) queinteraccionan con las capasmás exteriores del sólido,modificándolo a nivelsuperficial.
Plasmas generados de manera natural o artificial
Tecnología de plasma para modificación superficial
de substratos poliméricos
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
Tecnología de plasma para modificación superficial
de substratos poliméricos
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
Tecnología de plasma para modificación superficial
de substratos poliméricos
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
Plasma a baja presión
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
Plasma por descarga corona
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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Plasma por descarga corona
Consecuencias y resultados
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
- 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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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
Consecuencias y resultados
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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.
Consecuencias y resultados
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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
Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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.
Consecuencias y resultados
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
Consecuencias y resultados
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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Consecuencias y resultados
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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
Consecuencias y resultados
Conclusiones
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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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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Tecnologías Limpias en el Sector Textil – Tratamientos de plasma
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.
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