2. Es uno de los cuatro estados de la materia.
El físico-químico Michael Faraday (1791-1867),
clasificó la materia en cuatro estados:
- sólido
- líquido
- gaseoso
- radiante (plasma)
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3. Cada uno presenta características distintivas:
Sólido: moléculas fijas (Hielo)
Líquido: moléculas libres (Agua)
Gaseoso: moléculas libres en
un espacio grande. (Vapor)
Plasma: iones y electrones se
mueven independientemente en
un espacio grande. (Gas Ionizado)
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4. Es un gas donde:
átomos están parcialmente ionizados,
se constituye de una mezcla eléctricamente neutra
de igual número de cationes (+) y electrones (-).
Con una suficiente energía adicional, suministrada a
los gases por un campo eléctrico, se genera el
plasma.
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5. Al plasma podemos verlo, por ejemplo, en las
siguientes formas:
Aurora boreal
Estrellas
Sol
Carteles luminosos
de Neón.
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6. El plasma se clasifica en:
- plasma frío: 353ºC – 3.533ºC
- plasma caliente: 35.335ºC
Para el tratamiento en textiles, se utiliza el plasma
frio, la atmósfera del ambiente de tratamiento es
cercana a la temperatura ambiente.
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7. Los gases más comúnmente utilizados son:
Oxígeno (O2)
Gases nobles: Helio, Neón, Argón (He, Ne, Ar)
Nitrógeno (N2)
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8. Las fuertes interacciones eléctricas que se dan en el
entorno y entre las partículas, una vez ionizado, hacen
que su comportamiento sea diferente al de un gas
ordinario.
Se realizan las siguientes suposiciones:
- gas de moléculas idénticas;
- moléculas pequeñas comparadas con el espacio
entre ellas;
- moléculas relativamente incompresibles;
- moléculas están en constante movimiento
errático.
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9. Esta tecnología, se incorpora a nivel industrial, a partir
de los años 60, en la micro-electrónica. Luego en los
años 80 se incluye en el tratamiento de otras
superficies: metálicas, plásticas, resinas, cerámicas y
otras, con resultados favorables.
Microelectrónica
Plásticos
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10. En textil, su aplicación se investiga desde los años 80 y
se presenta como una alternativa para el
ennoblecimiento.
Modificando la superficie de los materiales a escala
microscópica, sin el empleo de productos químicos ni
efluentes (se realiza en seco y de manera sustentable) y
sin alterar sus propiedades mecánicas intrínsecas, ni las
referidas al volumen del sustrato, se le otorgan
propiedades a los sustratos tratados.
Se utiliza en el área de Tintorería y Terminación.
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11. El tejido se trata a una velocidad de 15-20 m/min y con un
tiempo de exposición al plasma de 30-40 s, utilizando un gas
(la mayoría de las veces aire) y corriente eléctrica.
Las partículas ionizadas interaccionan con el sustrato sin
dañarlo ya que la modificación superficial tan solo afecta a
una capa que oscila entre los 10 y 1000 Amstrong.
Es un proceso amigable para el usuario y no involucra ningún
riesgo operacional, por lo que representa una de las
tecnologías más interesantes para la industria textil.
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12. La interacción que se realiza entre el plasma y el
sustrato se puede clasificar en:
a - LIMPIEZA
b - ACTIVACIÓN
c - DEPOSICIÓN (o plasma-polimerización)
d - INJERTO
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13. Los mismos realizan cambios en las propiedades
químicas, físicas, eléctricas, etc. de los polímeros.
ELECTRONES GAS
PLASMA EN FRIO
IONIZACIÓN DISOCIACIÓN EXCITACIÓN
ELECTRONES
CATIONES ANIONES RADICALES MOLECULAS LUZ
Difusión Radiación
Ruptura de
enlaces Injerto Deposición Activación
covalentes
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14. a- Limpieza
Se utilizan O2 y gases inertes como Ar y He.
Se remueven los contaminantes orgánicos como
aceites y otros.
Estos contaminantes, experimentan una
abstracción de hidrógeno, con la formación de
radicales libres, bajo la influencia de iones, radicales
libres y electrones del plasma, hasta que el peso
molecular es lo suficientemente bajo como para
consumirse en el vacío.
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15. a- Limpieza (continuación)
Se produce una combustión fría que transforma los
contaminantes o bien la superficie misma, en
resultantes típicos de la combustión como agua,
dióxido de carbono, óxidos nitrosos y afines.
El “etching” o ruptura de
enlaces covalentes débiles
también se considera
limpieza.
limpieza
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16. b- Activación
Cuando una superficie se trata con un gas, como el O2, el
NH3 o N2O entre otros, que no contengan C.
Se reemplazan a escala superficial enlaces débiles por grupos
carbonil, carboxil, hidroxil, amino u otros, altamente
reactivos.
La superficie queda activada después del tratamiento,
fenómeno difícilmente aplicable sobre ciertas superficies de
diferentes polímeros por métodos convencionales.
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17. b- Activación (continuación)
Por ejemplo, el polietileno, consiste sólo en carbono e
hidrógeno y con un tratamiento plasma, la superficie puede
ser activada, anclando en ella grupos funcionales como
hidroxilos, carbonilos, peroxilos, carbolxílicos, aminos y
aminas. Tienen una fuerza y perma-
nencia de adhesión excelentes.
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18. c- Deposición o Plasma-polimerización
Cuando se utiliza una molécula más compleja en el gas.
Puede resultar un proceso conocido como Deposición
Química por Vapor Mejorado por Plasma (PECVD).
Se puede hacer uso de cualquier gas monómero o vapor que
contenga C o SiO2.
Eligiendo las condiciones del proceso, se depositan láminas
químicas únicas sin poros, en superficies dentro del reactor
de plasma. Los recubrimientos con PECVD alteran
permanentemente las propiedades superficiales del material
sobre el cual se depositan.
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19. d- Injerto
Si un monómero, capaz de reaccionar con un radical libre, se
introduce en la cámara, el monómero será injertado.
Los monómeros típicos utilizados, son ácido acrílico, amina alílica
y alcohol alílico.
Después del tratamiento con plasma la energía en la superficie
aumenta y se produce la mejora en la humectabilidad y adhesión.
Como se ve en la imagen, el plasma
de Ar produce radicales libres en la
cadena y los monómeros
se injertan en la superficie.
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20. En la mayoría de las aplicaciones, según lo
expuesto, los tratamientos de las superficies con
plasma utilizan gases inertes, permitiendo así evitar
el uso de químicos y solventes corrosivos.
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21. Clasificación de las distintas tecnologías:
PLASMA
PLASMA PLASMA EN
CALIENTE FRIO
PLASMA A
PLASMA A PRESIÓN BAJA PRESIÓN
ATMOSFÉRICA
DESCARGA DBD (BARRERA
DESCARGA CORONA
INCANDESCENTE DIELÉCTRICA)
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22. Las aplicables a textiles son:
1- Plasma a baja presión
2- Plasma a presión atmosférica
2.1- Descarga Corona
2.2- Descarga de barrera dieléctrica
(DBD)
2.3- Descarga incandescente (Glow
Discharge)
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23. 1-Plasma a baja presión
Conocida como plasma al vacío (10,2 a 10,3 mbar).
Se introduce el gas en la cámara de tratamiento y se
ioniza con la ayuda de un generador de alta
frecuencia, obteniéndose de esta forma el plasma.
El vacío permite la creación del plasma frío,
posibilitando tratar textiles aún con bajo punto de
fusión (polipropileno, polietileno), sin ningún tipo
de daño.
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24. 1-Plasma a baja presión (continuación)
El plasma obtenido se ve en forma de luz brillante
de color fluorescente, azul, rosa, violeta,
dependiendo del gas ionizado.
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25. 1-Plasma a baja presión (continuación)
Consiste de:
-una cámara con electrodos
-un generador de un sistema
de alta frecuencia Sistema de plasma
a baja presión.
Diener electronic
-un sistema de bomba de
vacío
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26. 1-Plasma a baja presión (continuación)
Los efectos de este tratamiento son uniformes en la
superficie a lo largo y a lo ancho y durables a lo largo
del uso.
Si bien son adoptados en muchas aplicaciones
industriales, el que sean sistemas a vacío, le da
algunos aspectos negativos para su uso a escala
industrial.
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27. 2- Plasma a presión atmosférica
En la industria textil, no se requieren velocidades
altas y el equipo de plasma puede ser fácilmente
integrado en las líneas finales de acabado textil.
Requerimientos extra como la posibilidad de tratar
textiles en todo su ancho de al menos 2 m, y
velocidades de procesamiento de 20 m/min son más
aptas económicamente en sistemas de tratamiento
de plasma atmosféricos.
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28. 2- Clasificación de plasma a presión atmosférica:
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29. 2- Plasma a presión atmosférica (continuación)
DESCARGA CORONA DESCARGA BARRERA DIELÉCTRICA
Tabla (Resumen) de
Trabaja a presiones ligeramente superiores o características
Trabaja a presión atmosférica
iguales a presión atmosférica. de las 3 tecnologías
de plasma
No es homogéneo y descarga elevados niveles de Avance en uniformidad respecto al tratamiento atmosférica:
energía sobre el sustrato tratado. corona
Pequeñas descargas del tipo luminosas. Descargas del tipo luminosas
DESCARGA INCANDESCENTE
Se lleva a cabo a presiones reducidas (0,1-1mbar)
Proporciona uniformidad, flexibilidad y reproducibilidad
Se aplica sobre un par de electrodos o sobre series de electrodos
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30. 2.1- Descarga Corona
Cuando se provee un potencial suficientemente
elevado, desde un electrodo es posible generar una
descarga puntual (plasma localizado) llamada descarga
a corona.
En estos sistemas, la descarga resulta difícilmente
controlable y está en condiciones de formar arcos con
facilidad, lo que debe ser absolutamente evitado para
no degradar los materiales en elaboración.
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31. 2.1- Descarga Corona (continuación)
Nunca se mostró eficiente por una serie de motivos:
incluyendo los altos potenciales eléctricos necesarios, la
emanación de óxido nitroso y ozono, la corrosión, deterioro
del equipo y la irregularidad del tratamiento.
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32. 2.2- Descarga de barrera dieléctrica (DBD)
Se presenta como una vía alternativa para prevenir el
relajamiento térmico y mantener el estado de no equilibrio, este
consiste en imponer a la descarga una corriente de frecuencia
variable, alternando bajas y altas frecuencias.
La descarga se genera al mismo tiempo en dos electrodos
paralelos.
En este caso se introduce entre los electrodos una capa de
material dieléctrico que de hecho reduce el desarrollo de
descargas localizadas y de arcos, permitiendo que el proceso sea
más controlable.
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33. 2.2- Descarga de barrera dieléctrica (DBD) (continuación)
Desde el rollo de abastecimiento, el film pasa por el
tratamiento DBD entre un tambor rotativo y un
electrodo de alto voltaje.
El otro está cubierto con un dieléctrico.
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34. 2.3- Descarga incandescente (Glow Discharge)
Considerando gas parcialmente ionizado.
Cuando una diferencia de potencial suficientemente alta es
aplicada entre dos electrodos ubicados en el gas, una separación
entre electrones e iones positivos produce una descarga.
Colisiones de excitación, seguidas por una des-excitación, dan la
característica luminiscente o incandescente que se ve como el
brillo de la descarga.
descarga luminiscente
homogénea entre electrodos.
Las capas o telas están
corriendo durante el tratamiento
sobre el electrodo más bajo.
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35. 2.3- Descarga incandescente (Glow Discharge) (continuación)
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36. 1. Proceso discontinuo Roll-to-Roll
Esquema del sistema KPR-180.
1. Reactor para la generación del plasma.
2. Tejido.
3. Electrodos.
Fabricado en 1986 por Pavlovo Posad
Shawl Manufactory Company
2. Sistema continuo
Primer sistema continuo de
plasma a baja presión.
James Bradley 1971.
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37. Sistema Roll-to-Roll de
Europlasma.
Equipo CD400 PLC, otro equipo
de baja presión, de Europlasma.
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38. Plasma a presión atmosférica:
Descarga Corona:
Esquema del tratamiento corona a nivel
industrial. Enercon Industries
Corporation.
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39. Algunas aplicaciones a modo de ejemplos:
a. Propiedades mecánicas mejoradas:
Suavizado del algodón y otras fibras celulósicas, con un
tratamiento de plasma de oxígeno.
Afieltramiento y encogimiento de lana reducido con tratamiento
de plasma de oxígeno.
Resistencia máxima en telas de lana, algodón y seda con:
inmersión en DMSO y luego plasma de N2.
b. Propiedades eléctricas:
Acabado antiestático del rayón, con clorometil-dimetilsilicio en
plasma.
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40. Algunas aplicaciones a modo de ejemplos (continuación):
c. Humectación:
Mejora de la humectación de la superficie en polímeros sintéticos (PA,
PE, PP, PET, PTFE) con tratamientos en plasma oxígeno, aire y
amoníaco.
Se logra un acabado hidrófobo del algodón, algodón/PET, con
tratamiento con plasma de siloxano o perfluorocarbono.
Acabado oleo-fóbico para algodón/ poliéster, mediante el injerto de
perfluoroacrilato.
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41. Algunas aplicaciones a modo de ejemplos: (continuación)
d. Afinidad Tintórea y remoción de agentes encolantes:
Mejora de la capilaridad en lana y algodón, con tratamiento de plasma
de oxígeno.
Mejora del teñido de poliéster con plasma de SiCl4 y del de poliamida
con plasma de Ar.
Remoción completa de agentes encolantes con el uso de APGD con
aire/oxígeno/helio y plasma de aire/helio.
En la lana, por ejemplo, es posible mejorar el teñido, en intensidad de
tono, homogeneidad del teñido y en la remoción de manchas.
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42. Algunas aplicaciones a modo de ejemplos: (continuación)
e. Compuestos y laminados:
Se pudo lograr adhesión de bondeado en flúor-polímeros, con plasma de
hidrógeno.
f. Aplicaciones en biología y medicina:
Telas que favorecen el sobre-crecimiento de células para pruebas de
cultivo, fermentación o implantes. Telas que no favorecen el sobre-
crecimiento de células para catéteres, membranas, inmovilización de
enzimas, esterilización. El tratamiento plasma, otorga fuerza y
permanencia del bondeado, mejora para dispositivos y suministros
médicos desechables.
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43. Algunas aplicaciones a modo de ejemplos: (continuación)
g. Aplicaciones en tecnología ambiental y de membranas: Filtrado de
gases para obtener oxígeno enriquecido. Membranas de difusión de sales
para obtener alcohol enriquecido. Membranas ultra-filtrantes para
mejorar la selectividad. Membranas funcionales como membranas de
afinidad, membranas cargadas, membranas bipolares.
h. Otras propiedades:
Blanqueamiento de la lana con tratamiento de plasma de oxígeno.
Protección de rayos UV en algodón/poliéster teñido, con tratamiento de
HMDSO en plasma.
Retardante de llama para rayón, algodón con por ej. Fósforo
conteniendo monómeros.
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44. Posee muchos beneficios, pero detallando algunos:
1- Es aplicable a todos los sustratos, apropiado a procesos de
vacío, casi en cualquier material.
2- Es un proceso seco y sustentable, no produce residuos y es
de gran eficiencia energética.
3- Optimización de las propiedades de las superficies de los
materiales sin la alteración de las características de volumen.
4- En polímeros donde son imposibles o muy difíciles de
modificar con baños químicos, las propiedades de la superficie se
pueden cambiar fácilmente.
5- E proceso se desarrolla en un sistema cerrado, supera en
confianza y seguridad; es sustentable e incrementa la resistencia
a la abrasión, y la velocidad del teñido, entre otras propiedades.
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45. Posee muchos beneficios, pero detallando algunos: (continuación)
6- Acorta los tiempos de fijado del teñido, le da mejor solidez
a los pigmentos utilizado en el poliéster, desplegado en
materiales, mayor capacidad tintórea a la lana y reducción de
efluentes.
7- Cambia los polímeros para darles propiedades particulares
a la superficie de la fibra hueca, para lograr fibras aromáticas con
consecuente grupos funcionales y hacen los tejidos anti-
bacteriales, incrementa la resistencia de tejidos de lino, y reduce
la pérdida de peso durante el lavado; reemplaza a los
procedimentos que utilizan cloro, esteriliza materiales usando un
reducido contenido de productos químicos.
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46. Debido a los complejos problemas tecnológicos derivados de los grandes
tamaños de las plantas que se requieren para el sector, además del
know-how.
Otra desventaja a destacar, es que salvo en casos particulares, la
industria textil no dispone de generadores de vacío tan potentes como
para sostener tales condiciones operativas y además, la amortización
total de la inversión para instalar estos sistemas se ha revelado por
demás, problemática.
Actualmente , existe un desconocimiento y poca familiaridad respecto a
esta tecnología a nivel global y lo investigado en el campo textil se
refieren solo a tecnologías a baja presión, probablemente por el mayor
conocimiento y facilidad de generación de este tipo de descarga.
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47. Concluyendo:
Es capaz de modificar las propiedades superficiales de los textiles,
dando un nuevo valor agregado y con un potencial de desarrollo
interesante.
A pesar de ser costoso inicialmente, es rentable, logra acabados
en las telas únicos y todo esto de forma sustentable.
Su aplicación es tan amplia como la imaginación de las
manufacturas textiles existentes y las que aún se encuentran en
desarrollo.
Argentina, aún está dando sus primeros pasos en cuanto a la
investigación de esta tecnología, pero se están realizando pruebas
en la industrial del metal, particularmente del acero.
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48. ¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
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