Varnishing / Coating pre-treatment
Barnizado

Mejora del barnizado y la pintura mediante plasma

La funcionalización de superficies por medio del procesamiento de plasma mejora la adherencia de pinturas y barnices a las superficies y mejora la calidad del revestimiento y la pintura. Las superficies de muchos materiales incluyendo metales, vidrio, cerámica e incluso materiales naturales tales como maderas y textiles son susceptibles a la funcionalización del plasma. Es importante destacar que muchos polímeros con superficies típicamente “antiadherentes” pueden ser barnizados y pintados con éxito después del tratamiento con plasma.

El procesamiento de plasma consigue el efecto de funcionalización superficial a través de una combinación de limpieza superficial ultrafina de contaminantes orgánicos, modificación de la topografía superficial y deposición de grupos químicos funcionales. En el caso de los metales, el plasma también puede reducir los óxidos de metal duro exponiendo la superficie de metal desnudo.

La funcionalización de superficies por plasma puede realizarse a presión atmosférica usando aire o gases industriales típicos incluyendo hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Evita costosos equipos de vacío o química húmeda, lo que afecta positivamente sus costos, seguridad e impacto ambiental. Las rápidas velocidades de procesamiento facilitan además numerosas aplicaciones industriales.

Requisitos para un pegado fuerte y de alta calidad

Se puede formar un adhesivo de alta calidad y fuerte entre materiales disímiles, como barnices y sustratos de plástico o metal, cumpliendo los siguientes requisitos:

  • Superficie ultra limpia. La superficie debe estar libre de contaminantes. Incluso las superficies limpias visualmente pueden contener contaminantes tales como sustancias orgánicas adsorbidas, agua, monómeros, agentes de liberación, aceites. El estado de limpieza ultrafina es difícil de conseguir con las técnicas de limpieza convencionales que a menudo dejan residuos.
  • Superficie metálica libre de óxidos. La mejor adherencia a las superficies metálicas se logra cuando están libres de óxidos metálicos. Sin embargo, en el aire los metales se oxidan rápidamente. Por lo tanto, el tiempo entre la eliminación de la capa de óxido y la aplicación del adhesivo usualmente necesita reducirse al mínimo en milisegundos.
  • Superficie fuerte. En el caso de polímeros de plástico, formados por procesos de moldeo y extrusión, la capa superficial de anchura de nm más superior consiste en moléculas de polímero de bajo peso molecular y no reticuladas. Esta capa superficial es mecánicamente débil. La eliminación de esta capa débil y la reticulación de las moléculas de polímero en las capas restantes mejora la resistencia a la adhesión.
  • Superficie húmeda. Para que el adhesivo cubra (humedezca) la superficie de manera eficaz, la energía superficial del adhesivo debe ser inferior a la de la superficie a la que deben estar unidos. Sin embargo, los adhesivos y pinturas mecánicamente fuertes suelen tener una elevada energía superficial. Esto plantea un serio problema para su uso con la mayoría de los polímeros plásticos, que típicamente tienen una energía superficial muy baja.
  • Superficie químicamente funcional. En el nivel molecular, la adhesión entre dos materiales está mediada por la atracción eléctrica entre las moléculas superficiales y las moléculas del adhesivo, o por sus enlaces químicos. El primer tipo, llamado adhesión dispersiva, es fuerte cuando las moléculas polares cubren la superficie. Aunque las superficies de polímeros de plástico son típicamente no polares, la formación de la capa de moléculas polares funcionaliza la superficie. Este último tipo, llamado adhesión química, forma las articulaciones más fuertes. Sin embargo, el enlace químico entre materiales diferentes no es posible. Una capa intermedia de moléculas que tienen afinidad química tanto con la superficie como con el adhesivo, funcionaliza la superficie permitiendo un enlace químico muy fuerte.
  • Superficie microscópicamente rugosa. Cuando la superficie es bien humectable por el adhesivo, ésta puede llenar eficientemente los poros superficiales e irregularidades debido a la acción capilar. Esto aumenta la resistencia mecánica de la unión adhesiva.

Plasmas atmosféricos fríos

El plasma es un gas parcialmente ionizado. Los arcos eléctricos, la barrera dieléctrica, la corona y las descargas directas piezoeléctricas ionizan los gases a presiones atmosféricas creando plasmas. Las partículas cargadas – electrones e iones – aceleran a energías muy altas. Sólo una pequeña fracción de las moléculas de gas se convierte en electrones e iones energéticos; El resto del gas permanece neutral y frío. En el caso de la descarga directa del piezoeléctrico, su temperatura alcanza solamente 50 C. En el caso de la descarga del arco, el volumen del arco alcanza temperaturas de 6.000-12.000 C. Sin embargo, después de dejar el volumen de la descarga, el gas se enfría rápidamente a 250- 450 C. Estas temperaturas no dañan las superficies mediante rápidas velocidades de procesamiento. Mientras el plasma permanece frío, los electrones e iones muy enérgicos chocan con las moléculas de gas que producen grandes cantidades de especies químicas de corta vida, como las especies atómicas H, N y O, los radicales OH y ON, los ácidos ozono, nitroso y nítrico. Así como varias otras moléculas en estados excitados metastables. Hacen este plasma químicamente muy activo.

Mejora de la adherencia de barnices y pinturas mediante tratamiento con plasma

Al entrar en contacto con la superficie tratada, el plasma atmosférico frío químicamente activo inicia una multitud de procesos físicos y químicos. Los agentes de reacción principales son especies químicas neutras de vida corta altamente reactivas, que son producidas por el plasma en grandes cantidades. Además, cuando la descarga eléctrica toca la superficie tratada, ésta también es irradiada por la luz VUV y bombardeada por los electrones e iones energéticos. Aunque las cantidades de las partículas cargadas son pequeñas, su naturaleza altamente reactiva aumenta fuertemente los efectos del plasma. Los siguientes procesos contribuyen a la promoción de la adherencia por el tratamiento con plasma:

  • El plasma limpia la superficie. El plasma rompe los enlaces orgánicos de las moléculas orgánicas pesadas que producen moléculas más ligeras y más volátiles que se evaporan de la superficie. Además, las especies químicas reactivas oxidan los contaminantes orgánicos que forman óxidos de carbono y vapor de agua. A medida que el plasma rompe los contaminantes convirtiéndolos en vapor, no quedan restos en la superficie, dejando a este último en estado de limpieza ultrafina.
  • El plasma reduce los óxidos metálicos. Las descargas de plasma, encendidas en el gas de formación, que contienen típicamente 5% de hidrógeno y 95% de nitrógeno, producen grandes cantidades de especies reactivas de hidrógeno. Por contacto con superficies metálicas oxidadas, reaccionan con óxidos metálicos reduciéndolos a átomos metálicos y vapor de agua.
  • El plasma refuerza la superficie. Con el aumento de la resistencia al tratamiento, el plasma elimina las capas superficiales débiles de escala nm que tienen el peso molecular más bajo. Los enlaces de los polímeros, rotos por el plasma, reticulan formando una capa superficial más fuerte.
  • El plasma deposita grupos químicamente funcionales e incrementa la humectabilidad superficial. Al reaccionar con las moléculas de polímero, las especies de plasma depositan grupos OH y ON sobre la superficie limpiada aumentando significativamente la energía de la superficie y su humectabilidad. Como resultados, los adhesivos aplicados posteriormente humedecen eficientemente la superficie y llenan las microestructuras debido a la acción capilar. Además, mediante la adición de sustancias químicas específicas, el plasma puede depositar grupos funcionales especializados o incluso polimerizar la superficie para permitir la adhesión química más fuerte.
  • El plasma microscópicamente rugosa la superficie. Las descargas eléctricas que tienen contacto directo con el sustrato, especialmente los arcos eléctricos que arden sobre el sustrato metálico, cuando este último se usa como cátodo, erosionan la superficie del substrato a escala micrométrica. Esto crea microestructuras que son llenadas por los adhesivos que mejoran su unión mecánica al sustrato.

Ventajas del proceso con plasma

El plasma limpia, fortalece y funcionaliza químicamente la superficie. Todos estos efectos, que son necesarios para una unión adhesiva mejorada, se consiguen simultáneamente en una sola etapa. Lo más importante es que el procesamiento de plasma funciona a presión atmosférica. Sus ventajas comparadas con los procesos químicos y de vacío estándar de limpieza de plasma incluyen:

  • Limpieza ultrafina, sin residuos
  • Tratamiento superficial suave y no destructivo
  • No hay química húmedaAire o gases de trabajo no tóxicos baratos
  • Amistad medioambiental
  • Ningún equipo de vacío costoso
  • Velocidades de procesamiento rápidas
  • Fácil integración en líneas de producción existentes

Productos de tratamiento con plasma de Relyon Plasma GmbH

Para cubrir una amplia gama de aplicaciones industriales, médicas y de laboratorio, Relyon Plasma GmbH desarrolló una serie de productos de procesamiento de plasma diseñados para mejorar la adhesión, como la impresión, recubrimiento, pintura y pegado:

  • Plasmabrush® PB3 es un generador de plasma universal altamente confiable basado en nuestra tecnología patentada de arco atmosférico pulsado (PAA). Con una potencia de 1 kW, unas dimensiones muy compactas y una excepcional estabilidad a largo plazo, este generador es ideal para su integración en líneas de producción industrial de alta velocidad.

 

  • Plasmacell P300 es una solución completa de tratamiento de plasma “llave en mano”. Incluye todos los componentes necesarios para establecer un procesamiento de plasma efectivo conforme a las normas y reglamentos de la industria: Plasmabrush PB3 montado en un sistema de posicionamiento X-Y-Z programable de alta velocidad, sistemas de filtración de aire comprimido y de escape. Los recintos con electrónica y la cámara de tratamiento, junto con una pantalla electrónica, crean un entorno de trabajo limpio, seguro y eficiente, listo para funcionar.

 

  • Plasmatool es un instrumento portátil basado en Plasmabrush PB3, ergonómicamente optimizado para un funcionamiento manual seguro. Junto con un módulo portátil que incluye un suministro de alta tensión, un compresor de aire y electrónica de control, permite el procesamiento de plasma altamente eficiente de grandes estructuras, áreas de difícil acceso o donde la automatización no es posible o práctica.

  • Piezobrush® PZ2 es un generador de plasma de mano de baja potencia, basado en nuestra tecnología patentada de Descarga Directa Piezoeléctrica (PDD). Permite el procesamiento manual de plasma en laboratorios. Puede crear descargas de corona y barrera dieléctrica y aplicarlas para la limpieza de plasma ultrafina de precisión y la funcionalización química de componentes pequeños.

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