Amelia Sparavigna, Departamento de Física, Politécnico de
Torino.
Abstract
La indstria textil est! bscando por técnicas de prodcci"n
innovadoras para
mejorar la calidad del prodcto, así como la sociedad re#iere nevas
técnicas
de acabado #e $ncionen en el aspecto ambiental. Los
tratamientos
sper%ciales con plasma, mestran claras ventajas, por#e son capaces
de
modi%car las propiedades sper%ciales de materiales inertes, a veces
con
elementos amigables con el medio ambiente. Para las telas, los
tratamientos
de plasma $ríos re#ieren del desarrollo de sistemas grandes &
con%ables.
'stos sistemas &a existen & el so de la $ísica del plasma
en problemas
indstriales est! creciendo r!pidamente. 'n sper%cies textiles, tres
e$ectos
principales peden ser obtenidos dependiendo de las condiciones
de
tratamiento( e$ecto de limpie)a, amento de microrgosidades *acabado
anti+
pilling en lana & la prodcci"n de radicales para obtener
sper%cies
-idro$ílicas. La polimeri)aci"n de plasma, #e es la disposici"n de
materiales
poliméricos s"lidos con propiedades deseadas sobre sstratos
textiles, est! en
desarrollo. La ventaja de tales tratamientos es #e la modi%caci"n
est!
restringida a las capas m!s altas del sstrato, sin a$ectar las
propiedades de
volmen generales. A#í, presentamos los resltados de la
investigaci"n del
so de la $ísica del plasma en la modi%caci"n de propiedades
textiles. Se
mestran tratamientos en lana & algod"n & en polímeros
sintéticos para
mejorar la -mectaci"n. Se presentan tratamientos
-idro$"bicos+-idro$ílicos,
recbrimientos repelentes de sciedad. También son disctidos sistemas
de
descarga lminiscente *este lo busqué en internet y aparecía así
la
traducción, por ahí vos que estás en tema tenés una mejor para
“glow
discharge”) a baja presi"n & a presi"n atmos$érica.
Palabras clave( $ísica del plasma aplicada, descarga lminiscente
atmos$érica,
tratamientos sper%ciales, textiles.
ntrodcci"n
La indstria textil est! a$ectada por los sigientes temas
relacionados(
desarrollo & prodcci"n de materiales crdos, conversi"n de los
mismos a
prodctos terminados, renir las expectativas de los clientes con la
sald
-mana & la segridad ambiental, & obtener na ganancia. /c-os
de estos
problemas son paralelos a las prioridades generales de la sociedad,
#e son
sistemas de prodcci"n sstentables en segridad ambiental, economías
de
comnidades rrales e indstriales, e intereses del consmidor.
'ncontrar nevos prodctos, materias primas alternativas &
tecnologías de
procesos & condiciones natrales, es central para los
posteriores desarrollos de
la indstria textil. /!s an, la prodcci"n necesita tecnologías
innovadoras de
reciclado de desperdicios, por#e la cantidad de textiles post
consmo
generados analmente reslta ser considerable para las
preocpaciones
ambientales en crecimiento.
Desde s introdcci"n, las %bras sintéticas tienen n impacto
signi%cativo en la
calidad de vida. Sin embargo, la demanda de %bras natrales
contin2a
creciendo, por ss propiedades excepcionales, incl&endo las
estéticas,
con$ort & biodegradabilidad. Adem!s de los es$er)os de
investigaci"n en
materiales tradicionales como algod"n, lana & seda, mc-as
investigaciones
est!n en$ocadas -o& en explorar %bras de cltivos alternativos
& derivados de
la agricltra, #e son salmente sbtili)ados. La abndancia de
%bras
natrales reciclables & residos agrícolas llevan a los
investigadores a
desarrollar compestos estrctrales alternativos para aplicaciones
textiles.
3sando %bras natrales o sintéticas , con viejos o nevos materiales
agrícolas,
la indstria textil debe ir detr!s de tecnologías sstentables, &
del desarrollo de
métodos de procesamiento & acabado de %bras m!s segros
ambientalmente.
3na manera, a-ora bajo estdio, es el procesamiento con sistemas
biol"gicos,
en ve) de la #ímica tradicional. 'sta neva $rontera en
biotecnología para el
procesamiento textil incl&e el enlace entre polímeros para
lograr propiedades
de $!cil mantenimiento, modi%caci"n sper%cial para mejorar las
propiedades
de absorci"n & tintra & propiedades estéticas4 &
sistemas en)im!ticos para
limpie)a, antipilling & para impartir propiedades
antia%eltrantes a la lana.
Adem!s, para redcir el consmo de energía, #ímicos & desperdicio
de tiempo
en procesamientos textiles, el so de tintras & agentes de
acabado
mltiprop"sito *por ejemplo, n agente de te5ido repelente de
insectos est!n
bajo desarrollo.
La optimi)aci"n de las propiedades de volmen & sper%cie de los
materiales
peden representar na visi"n prometedora por la con6encia de
re#erimientos técnicos & econ"micos. Debido al costo
relacionado con el
estdio & la prodcci"n de nevas %bras, los investigadores de
polímeros se
en$ocan a-ora en modi%car las %bras existentes para impartir la
estética o las
propiedades $ncionales deseadas. Los métodos de modi%caci"n de
%bras
tradicionales incl&en varios tratamientos térmicos, mec!nicos
& #ímicos.
7tro método importante para modi%car la %bra, para amentar la
admisi"n de
colorantes & acabados o para impartir $ncionalidades 2nicas, se
reali)a
mediante plasma $río. Las especies reactivas de plasma, resltantes
los
procesos de ioni)aci"n, $ragmentaci"n & excitaci"n, son lo
s%cientemente
altos para disociar na amplia variedad de enlaces #ímicos. 8ien
conocido en
la $ísica de los semicondctores, el plasma abre nevas posibilidades
para las
prodcir l!minas ni$ormes sin poros, de propiedades $ísicas,
#ímicas,
eléctricas & mec!nicas speriores -an sido re#eridas. Por
ejemplo, las
principales ventajas del método de polimeri)aci"n por plasma
son(
9 Aplicabilidad a casi todos los compestos org!nicos,
"rgano+met!licos &
org!nicos -eteroat"micos, : /odi%caci"n de las propiedades
sper%ciales sin alterar las
características de volmen, ; Se necesitan bajas cantidades de
compestos monoméricos, por lo #e
no sa energía intensivamente , < Amplia aplicabilidad a la
ma&oría de las estrctras org!nicas e
inorg!nicas.
Las aplicaciones del plasma excitado acá lo mismo, vos que estás en
tema
por ahí tenes una mejor para “e!citing plasma”) incl&en(
9 Descarga de plasma $río para la síntesis de nevas estrctras
poliméricas : Procesos de polimeri)aci"n indcidos por plasma ; 'l
injerto *de gra"ting)de la sper%cie en polímeros < /odi%caci"n
de la sper%cie en polímeros
Las características #e peden ser mejoradas incl&en
-midi$caci"n,
resistencia a la llama, ni"n por ad-esi"n, imprimibilidad, re6exi"n
de
radiaci"n electromagnética, dre)a de la sper%cie, tendencia a
la
-idro$obicidad o -idro%licidad, repelencia a la sciedad &
propiedades
antiest!ticas.
Los tratamientos con plasma peden responder a las demandas de la
indstria
textil. Adem!s de la $nci"n b!sica de vestir, los textiles
contrib&en a la sald
& segridad -mana, protegiendo de la exposici"n a ambientes
peligrosos.
=e#erimientos importantes para ropa de protecci"n son s e$ectividad
como
barrera & el con$ort del sario. La e$ectividad de ropa
protectora sada por
ejemplo por pacientes & trabajadores de la sald contin2a siendo
na de las
principales precocpaciones de la indstria textil debido al riesgo
de in$ecci"n
cando la protecci"n $alla. 3na protecci"n e$ectiva en aplicaciones
médicas,
demanda niones por bondeado m!s e$ectivas & de ma&or
calidad, & el
tratamiento de plasma, como disctiremos m!s adelante en este paper,
est!
prove&endo $er)a & permanencia de bondeado mejorada para
dispositivos &
bienes médicos desec-ables.
Las investigaciones acerca de la modi%caci"n de las
características
sper%ciales de las %bras tili)ando plasma, son reali)adas por mc-os
grpos
cientí%cos. 3na aplicaci"n especial del plasma, relevante para la
indstria
textil, es la desarrollada por Sarmadi & s grpo, en el Plasma
=esearc-
%bras de pelo, son atacadas por polillas & larvas. ?on la
pro-ibici"n de ciertos
insecticidas, son necesarios métodos de control alternativos. 3sar
plasma es n
en$o#e novedoso #e redce la contaminaci"n del aire, aga & selos
en
comparaci"n con los métodos tradicionales de #ímica -2meda.
'l tratramiento de las sper%cies con plasma tili)ados para modi%car
las
propiedades $ncionales de las %bras, poseen ventajas en comparaci"n
con las
técnicas tradicionales. 'l plasma incl&e menos so de aga &
energía, con n
da5o mínimo a la %bra, lo #e -ace estos tratamientos m&
atractivos. Ser!n
sados para mejorar la calidad de prodctos textiles en la
preparaci"n de telas
& en los métodos de te5ido & acabados. 'n este paper, son
presentados los
desarrollos recientes en el tratamiento de sper%cies textiles con
plasma. 'n la
primera parte se discte brevemente el plasma $río para presentar
lego
algnos casos de estdio. La 2ltima parte contiene na descripci"n
de
dispositivos indstriales de plasma, en particlar a#ellos de
presi"n
atmos$érica.
#rocesos con plasma
Farada& propso clasi%car la materia en catro estados( s"lido,
lí#ido, gaseoso
& radiante. Las investigaciones sobre el 2ltimo estado
comen)aron con los
estdios de @einric- eissler *9B9<+9BC( el nevo $en"meno
descbierto,
di$erente de todo lo observado previamente, persadi" a los
cientí%cos de #e
estaban tratando con materia en n nevo estado. ?rooEes tom" de nevo
el
término 0materia radiante1 ac5ado por Farada& para conectar la
materia
radiante con las moléclas residales de gas en n tbo a baja
presi"n.
La s%ciente energía adicional, sministrada a los gases por n
campo
eléctrico, crea el plasma. Para el tratamiento de telas, es sado
plasma $río,
donde la atm"s$era del ambiente de tratamiento es cercana a la
temperatra
ambiente. Pede ser prodcida por descarga lminiscente en vacío o
en
instrmentos m!s recientes de plasma a presi"n atmos$érica.
'l plasma es gas parcialmente ioni)ado, compesto por especies
at"micas,
moleclares, i"nicas & radicales con electrones & $otones
libres, altamente
excitadas. 'n el plasma $río, sin embargo, la temperatra de los
electrones
pede ser mc-o m!s alta, la temperatra de blbo es esencialmente
la
ambiente. 'l plasma pede ser obtenido entre electrodos en
instrmentos de
alta $recencia *típicamente < E@) o 9;,GH /@) o con generadores
de
microondas *:,<G @).
?omencemos nestra discsi"n sobre los procesos de plasma reali)ados
para
modi%car %bras & sper%cies poliméricas *lana, seda &
algod"n son polímeros
natrales. Los procesos de plasma peden ser convenientemente
clasi%cados
'n n proceso de limpieza, se sa plasma de oxígeno & gases
inertes *Ar, @e.
'l proceso de limpie)a con plasma remeve, mediante ablaci"n,
los
contaminantes org!nicos como aceites & otros encontrados en la
sper%cie de
la ma&oría de los materiales indstriales. 'stos contaminantes
de la sper%cie,
Fig 1: formación de radicales libres por la acción del plasma. El
plasma puede extraer hidrógeno de
la cadena polimérica o separar las cadenas.
Fig 2: ejemplo de la activación de una superficie sustituyendo el
hidrógeno en una cadena
polimérica con otros grupos como ! "! #"! $%! $"2! etc.
?asi cal#ier %bra o sper%cie polimérica pede ser modi%cada para
proveer na $ncionalidad #ímica a ad-esivos o acabados especí%cos,
mejorando signi%cativamente las características de ad-esi"n &
permanencia. Por ejemplo, los polímeros activados de tal manera
tienen na $er)a & permanencia de ad-esi"n excelente, & esto
es n avance importante en la prodcci"n de tejidos técnicos.
'l plasma también pede prodcir la deposición de n material( cando
es tili)ada na molécla m!s compleja en el gas, pede resltar n
proceso conocido como deposici"n #ímica por vapor mejorado por
plasma *P'?VD. Por ejemplo, cando el metano o el tetra6orro de
carbono son sados, el gas pasa por $ragmentaciones en el plasma,
reaccionando consigo mismo para combinarse en n polímero. 'ligiendo
las condiciones del proceso, l!minas #ímicas 2nicas sin poros,
peden ser depositadas en sper%cies dentro del reactor de plasma.
Los recbrimientos con P'?VD alteran permanentemente las propiedades
sper%ciales del material sobre el cal son depositadas.
'n n injerto, n gas inerte como el arg"n es empleado para el
proceso, se crear!n mc-os radicales libres en la sper%cie del
material. Si n mon"mero capa) de reaccionar con n radical libre es
introdcido en la c!mara, el mon"mero ser! injertado. 'ste es n
procedimiento para n tratamiento de plasma a baja presi"n, pero
también pede ser obtenido con procesamiento de plasma
atmos$érico.
Los mon"meros típicos son !cido acrílico, amina alílica and alco-ol
alílico *%g;. /ediante los procesos de plasma algnas propiedades de
la sper%cie peden ser modi%cadas para obtener varias aplicaciones.
Primero, la -mectaci"n de la sper%cie cambia. Las sper%cies
poliméricas generalmente no son -mectables & la ad-esi"n es
pobre. Despés del tratamiento con plasma la energía en la sper%cie
amenta & se prodce la mejora en la -mectabilidad &
ad-esi"n.
Fig %: injerto de un monomer en una superficie: el plasma de argón
produce radicales libres en la cadena y los
monómeros se injertan a la superficie.
Sea n ad-esivo bondeado o na decoraci"n pintada o impresa, el
tratamiento de la sper%cie con plasma pede proveer mejoras
signi%cativas. La $er)a de n recbrimiento ad-esivo es mejorada por
varios $actores( la remoci"n de contaminantes, n amento de la
energía sper%cial del sstrato & consecentemente la
-mectabilidad, & la $ormaci"n de sitios #ímicamente reactivos
donde el ad-esivo o la tinta peden nirse mediante n enlace
covalente. Los enlaces covalentes proveen estabilidad por#e son
apenas a$ectados por el paso del tiempo, la exposici"n a l)
ltravioleta otros e$ectos medioambientales. 'l plasma pede proveer
mejoras cando tanto el gas empleado como los par!metros del plasma
son optimi)ados para cada material & tipo de ad-esivo.
/c-os materiales -an sido tratados con plasma para mejorar la $er)a
de ad-esi"n -asta -acerla permanente. 'n mc-as instancias, el $oco
de las $allas cambia con el tratamiento de plasma desde la $alla de
ad-esi"n, a la de co-esi"n, sea dentro de la capa ad-esiva o del
sstrato #e se ad-iere. Las mejoras en la $er)a de ad-esi"n, son
estdiadas salmente para ad-esivos de resina epox&
comerciales.
Los 6oropolímeros son típicamente materiales en los cales se
considera #e la ad-esi"n del bondeado de calidad es imposible de
lograr. Se -a descbierto #e el plasma de -idr"geno, salmente en
conjnci"n con otro gas de co+ proceso, es particlarmente e$ectivo.
Los procesos de plasma #e tili)an -idr"geno casan la
de-idro-alogenaci"n a lo largo de la cadena del 6oropolímero a la
cal el gas de co+proceso pede sbsecentemente nirse de $orma
covalente.
Dependiendo del gas empleado, le tratamiento de plasma pede
trans$ormar la sper%cie en -idro$ílica, oleo$"bica o -idro$"bica.
La propiedad -idro$ílica pede controlarse m& bien. Las
propiedades oleo e -idro$"bicas son obtenidas en plasma conteniendo
62or.
Si n 6oroalcano como el tetra6orometano o -exa6oroetano es tili)ado
como gas de proceso, el 62or serpa sstitido por el -idr"geno
extraído de la sper%cie del sstrato, redciendo s energía. 'l
injerto prodcido por plasma o$rece otro método para proveer sitios
reactivos en polímeros normalmente inertes. ?ando n mom"nero
insatrado como el aco-ol alílico o la amina alílica es introdcido
en la c!mara reactiva de baja presi"n lego de #e el plasma es
extingido & previo a la ventilaci"n de la misma, se adicionar!
al radical libre, dando lgar a n polímero injertado. Si se tili)a
plasma en na c!mara de vacío, el tratamiento debe ser considerado
como n tratamiento en lotes. Sistemas atmos$éricos en línea peden
sarse también.
Para resmir esta secci"n podemos decir #e los procesos de plasma
$ríos o$recen n medio e%ciente & con%able para alterar las
propiedades sper%ciales de todos los materiales sin a$ectar el
volmen del material tratado. La reingeniería de las sper%cies
mediante la introdcci"n de grpos $ncionales en na manera
controlable & reprodcible, mejora notablemente la permanencia
& con%abilidad. 'n la vasta ma&oría de las aplicaciones,
los tratamientos de las sper%cies con plasma tili)an gases inocos,
permitiendo al ingeniero indstrial evitar los #ímicos &
solventes corrosivos.
$plicaciones te!tiles%
La investigaci"n en el campo del plasma en s aplicaci"n a
tratamientos textiles es m& amplia & disctiremos algnos
desarrollos recientes. Debido a la gran cantidad de literatra al
respecto, se resmen s"lo algnas aplicaciones como ejemplo de las
aplicaciones con gases relacionadas al plasma(
&) Propiedades mecánicas mejoradas: Savi)ado del algod"n &
otros polímeros basados en la cellosa, con n tratamiento de plasma
de oxígeno. A%eltramiento de lana redcido con tratamiento de plasma
de oxígeno. =esistencia m!xima en telas de lana, algod"n & seda
con el sigiente tratamiento( inmersi"n en D/S7 & lego plasma de
I:.
') Propiedades eléctricas: Acabado antiest!tico del ra&"n, con
clorometil dimetilsilicio en plasma.
() Humectación: /ejora de la -mectaci"n de la sper%cie en
polímeros sintéticos *PA, P', PP, P'T, PTF' con tratamientos en
plasma oxígeno, aire & amoníaco. 'l tratamiento -idro$ílico
sirve también como repelente de sciedad & acabado antiest!tico.
Acabado -idro$"bico del algod"n, algod"nJP'T, con tratamiento con
plasma de siloxano o per6orocarbono. Acabado oleo$"bico para
algod"nJ poliéster, mediante el injerto de per6oroacrilato.
) Teñido y estampado: /ejora de la capilaridad en lana &
algod"n, con tratamiento de plasma de oxígeno. /ejora del te5ido de
poliéster con plasma de Si?l< & del de poliamida con
plasma de arg"n.
*) Otras propiedades: 8lan#eamiento de la lana con tratamiento
de plasma de oxígeno. Protecci"n de ra&os 3V en
algod"nJpoliéster te5ido, con tratamiento de @/DS7 en plasma.
=etardante de llama para PAI, =a&"n, algod"n con por ej.
F"s$oro conteniendo mon"meros.
+) Polmeros or!ánicos con recu"rimientos metálicos: los
polímeros org!nicos con recbrimientos met!licos son sados para na
variedad de aplicaciones. Si se espera #e el polímero metali)ado
cmpla s $nci"n, es esencial #e el metal se ad-iera $ertemente al
sstrato del polímero. 'sto pede obtenerse con n pretratamiento de
plasma sobre el polímero.
-) $plicaciones en "iolo!a y medicina: Telas #e
$avorecen el sobrecrecimiento de céllas para prebas de cltivo,
$ermentaci"n o implantes. Telas #e no $avorecen el sobrecrecimiento
de céllas para catéteres, membranas, inmovili)aci"n de en)imas,
esterili)aci"n.
.) $plicaciones en tecnolo!a am"iental y de
mem"ranas: Separaci"n de gases para obtener oxígeno
enri#ecido. /embranas de di$si"n de sales para obtener alco-ol
enri#ecido. /embranas ltra%ltrantes para mejorar la selectividad.
/embranas $ncionaes como membranas de a%nidad, membranas cargadas,
membranas bipolares.
?omen)aremos con na discsi"n m!s especí%ca de algnos de los casos
de estdio. Primero estdiaremos el rol del plasma en el tratamiento
de %bras natrales como lana & algod"n. Lego el n&lon H es
disctido & se reali)a na revisi"n breve del tratamiento del
plasma en otras telas de polímeros sintéticos.
/ratamiento de la lana con plasma%
'xiste n enorme potencial del tratamiento con plasma en telas de
%bras natrales. 'l tratamiento con plasma -a probado ser exitoso en
el tratamiento para resistir el encogimiento en la lana con n
e$ecto positivo simltaneo en la tintra & estampado.
La mor$ología de la lana es altamente compleja, no solo en el
n2cleo de la %bra si no también en s sper%cie. De -ec-o la
mor$ología de la sper%cie jega n papel m& importante en el
procesamiento de la lana. '$ectos no deseados como el encogimiento,
el a6ietrado & la barrera de di$si"n, se deben probablemente a
la presencia de escamas de lana en la sper%cie de la %bra. 'n el
pasado, la modi%caci"n de la mor$ología de la sper%cie de la lana
se reali)aba con la degradaci"n #ímica de las escamas *tratamiento
oxidante sando cloraci"n o por deposici"n de polímeros en las
escamas. Sin embargo, en ambos procesos, na gran cantidad de
#ímicos generados por reacciones incompletas contaminaban los
e6entes. La oxidaci"n también re#erie redcir la -idrorepelencia de
a lana para obtener bena capacidad tint"rea.
La lana est! compesta en n GK de n polímero natral, la Eeratina. 'n
la parte externa, la ctícla, las céllas tienen $orma de escamas
*ver dibjo Fig. <. Las céllas de la ctícla se sperponen para
crear n coe%ciente de $ricci"n direccional( las escalas son movidas
por aga & tienen la tendencia a acercarse & nirse con el
típico movimiento #e es apropiado para n ben textil, pero prodce
también a%eltramiento & encogimiento.
Fig &: una fibra de lana cubierta por escamas de la cut'cula.
#élulas muy largas componen la estructura
interna de la fibra.
Los antigos tratamientos de plasma en lana eran -ec-os con na
descarga de corona pero no daban n tratamiento ni$orme sobre la
tela( la ctícla es modi%cada, $orm!ndose en la %bra microrgosidades
& agjeros. La descarga de corona, consistente en na serie de
pe#e5as descargas de electricidad, tiene la ventaja de $ormarse
$!cilmente a presi"n atmos$érica aplicando n alto voltaje de baja
$recencia sobre n par de electrodos. La descarga de corona es
salmente no -omogénea & problem!tica para los textiles.
=aEosE& compar" el plasma de descargas de corona & las
lminiscentes concl&endo #e el segndo es mejor( ambos
tratamientos con n 2ncio grosor sper%cial *aprox 9+B m & #e no
modi%caban la estrctra de la lana.
/ientras la sper%cie se oxida, el car!cter -idro$"bico es cambiado
convirtiédose progresivamente en -idro$ílico. La modi%caci"n #ímica
& $ísica de la sper%cie reslta en n encogimiento menor en los
top de lana4 la densidad de a%eltrado decrece de m!s de ,: gramos
por centímetro c2bico a ,9 gramos por cm c2bico. Despés del
tratamiento con plasma la %bra es m!s -idro$ílica, de esta manera
na capa de aga pede ser $ormada drante los procedimientos de lavado
con na redcci"n en la $ricci"n entre %bras & la consecente
disminci"n del a%eltrado.
?on respecto al tratamiento para resistir el encogimiento, este
e$ecto es m& pe#e5o en comparaci"n con el tratamiento de
vangardia de cloro J @ercosset. Por lo tanto es re#erido n
recbrimiento adicional de la %bra con resina. Debe mencionarse #e
el tratamiento con plasma trae ventajas adicionales, en particlar
amentar la cinética del te5ido, nos tonos m!s pro$ndos, &
agotamiento de ba5o mejorado.
=aEosE& debate tratamientos con plasma con gases de oxígeno,
aire, nitr"geno a baja presi"n( observ" na abrasi"n reglar de la
sper%cie, la remoci"n de la capa de !cidos grasos, la redcci"n del
carbono alip!tico *?+?, ?+@ del :+;K, & la aparici"n de los
grpos ?77@ carboxílicos. ?on plasma de I: es obtenido n mejor
e$ecto en el te5ido de lana4 de -ec-o, prodce aminas en la sper%cie
de la %bra #e poseen a%nidad tint"rea.
Fig (: curvas de agotamiento para diferentes tratamientos con
plasma como función del tiempo. )os rombos muestran datos de
control para una muestra sin tratamiento de plasma! * para plasma
de 2+ x para $2! y los
cuadrados para una me,cla de 2-$2
$cabado hidro"óbico en algodón
'l algod"n es n cltivo ma&oritario en mc-os países & es an
la %bra textil m!s importante del mndo a pesar de la incrsi"n en el
mercado de las %bras sintéticas como el poliéster. Las telas de
algod"n son con$ortables al so & peden ser te5idas con n amplio
rango de colores atractivos. ?ada %bra de algod"n es na célla
alargada( propiamente es n vello de na semilla, #e crece desde la
semilla en na c!psla cerrada llamada baga *tradcci"n de boll seg2n
ordre$erence. ?ando la baga se abre, estas %bras tblares son
expestas al aire, pierden -medad & colapsan en na estrctra
c-ata retorcida. La %bra de algod"n madra es na pared cellar merta
& -eca compesta casi enteramente por cellosa. La longitd de las
%bras de algod"n individales varía, generalmente es de na plgada.
's importante entender la relaci"n entre la estrctra de esta %bra
natral 2nica & ss propiedades. /c-as de ss características son
m& pe#e5as para ser observadas con microscopio "ptico. 'l
microscopio electr"nico da im!genes -ermosas de la estrctra del
algod"n *ver Fig H. 'l escaneo con micrograp- electr"nico mestra na
di$erencia extrema entre la longitd & anc-o de la %bra, &
las $ormas c-atas & retorcidas #e se $orman cando la %bra se
seca.
Fig. : fibras de algodón chatas
La sper%cie exterior de la %bra, conocida como ctícla, contiene
grasas, ceras & pectinas #e con%eren algnas propiedades
ad-esivas a las %bras, #e jnto con el retorcido natral
signi%ca #e el algod"n se adapta bien a la -ilatra de -ilados.
?ando los -ilos & telas de algod"n son desencolados, descrdados
& blan#eados, la ctícla es removida & es posible obtener
%bras con n alto contenido de cellosa. De -ec-o la %bra de algod"n
es ma&ormente cellosa, #e es n polímero de mc-as moléclas de
glcosa individales. ?omo dijimos anteriormente, la modi%caci"n de
las propiedades mec!nicas de la %bra de algod"n pede ser obtenida
mediante plasma de oxígeno. ?omo en el caso de la lana, el plasma
modi%ca la sper%cie del algod"n, dando -mectabilidad.
Veamos c"mo indcir na propiedad -idro$"bica en na sper%cie textil
de algod"n. La sper%cie textil tiene entonces la propiedad de ser
menos sensible a las manc-as. 'n este caso, necesitamos dos
procesos( activaci"n & polimeri)aci"n. Depende de la potencia
de la $ente de energía & la presi"n, del tiempo de exposici"n
& del gas de plasma #e se est! tili)ando.
'l grpo de investigaci"n de /. /c?ord en la 3niversidad de ?arolina
del Iorte s" ?F< & ?;FH en telas de denim de
algod"n con n sistema de plasma a baja presi"n & baja
temperatra para incrementar las propiedades -idro$"bicas de la
sper%cie. Se tomaron mediciones para determinar la -idro$obicidad,
!nglo de contacto & tiempo de secado & la e$ectividad de
los gases de ?F < & ?;FH comparadas sando composici"n
#ímica at"mica así como an!lisis MPS. Los tratamientos con plasma
$eron reali)ados en telas denim de algod"n en na c!mara de plasma
=F *9;.GH /@) en n modo de pares de capacitores con los sstratos
bicados en el electrodo m!s bajo.
observada a través de n microscopio & se mide el !nglo de
contacto de la gota con la sper%cie de la tela.
Si observamos n !nglo de contacto ma&or, ma&or ser! la
-idro$obicidad de la sper%cie. Los !nglos de contacto en telas
denim tratadas en plasma de ? ;FH amentaron con la potencia
& el tiempo de exposici"n pero decrecieron al amentar la
presi"n. 'n general, la -idro$obicidad de telas de denim
desencoladas tratadas $e ma&or #e las de telas denim encoladas
tratadas. 'sto indica #e el encolado en las telas denim jega n rol
en determinar la -mectabilidad de la sper%cie inclso lego de la
6oraci"n con n tratamiento de plasma con ?F< o ?;FH.
Despés de n tratamiento de plasma con ?F< o ?;FH, los grpos
N?Fx -idro$"bicos $eron obtenidos por la reacci"n #ímica
entre las moléclas de la sper%cie & los gases de 62or. Los
otros grpos de cadenas de carbono *-idro$ílicos decrecieron, &
ss índices de composici"n cambiaron de acerdo a las condiciones del
plasma. Las medidas para el !nglo de contacto del aga para n
tratamiento de plasma con ?F< en algod"n, P'T & seda
son dados en =e$ O:9( para el algod"n el !nglo cambia de ; grados a
!nglos entre los & los 9G grados, para di$erentes presiones
& tiempos de tratamiento. 'n P'T, el !nglo va desde los 9G
grados a los 9:+9GG grados. 'l plasma de ?F < otorga a la
sper%cie del P'T na estrctra similar al Te6"n, con na alta
repelencia al aga4 en cambio n tratamiento con 7:, le da al P'T na
sper%cie -idro$ílica. 'jemplos de !nglos de contactos son mostrados
en la Fig C( la -mectabilidad es obtenida para !nglos menores a
grados. =ecordemos #e n lí#ido -mecta na sper%cie si la energía
sper%cial del sstrato es ma&or #e la del lí#ido.
#rocesamiento con plasma del 0ylon +
Fig /: cuatro l'0uidos de i,0uierda a derecha: alcholo
isoprop'lico! aceite mineral! sangre sintética y agua en
la superficie de tres materiales de arriba a abajo: pulpa de
madera-poliéster! poliéster! polipropileno: de
acuerdo a la energ'a de las superficies! las gotas de l'0uido
muestran diferentes 3ngulos de contacto.
La investigaci"n en tratamientos de plasma en poliamida es
principalmente sobre a%nidad tint"rea, -mectabilidad &
propiedades sper%ciales. Los plasmas de oxígeno & aire son
sados para amentar la -mectabilidad & a%nidad tint"rea. 'n
n&lon H, n tratamiento de plasma de aire $e reali)ado en n
proceso de prodcci"n ndstrial( n amento del bondeado $e observado
cambiando la ni"n de ad-esiva a co-esiva. /!s an, con el mismo
proceso indstrial, con plasma de amoníaco, n pe#e5o amento en la
-mectabilidad $e observado. Los plasmas conteniendo nitr"geno son
ampliamente sados para mejorar la -mectabilidad, el estampado, el
bondeado & la biocompatibilidad de las sper%cies poliméricas
& mc-as aplicaciones de plasma conteniendo nitr"geno para
modi%car la sper%cie de di$erentes polímeros -an sido investigadas.
Por ejemplo, para mejorar la $er)a inter$acial entre %bras de
polietileno & resinas epox&, cradas con enlaces de aminos,
se introdjeron grpos amino en la sper%cie de la %bra para promover
los enlaces covalentes. Tratamientos de plasma con amoníaco amentan
las I+ $ncionalidades, como los aminos *+I@: , iminos *+?@QI@,
cianro *+?RQI ac! va triple enlace no sé c"mo ponerlo (P, m!s grpos
conteniendo oxígeno debido a la oxidaci"n atmos$érica post plasma.
An#e la poliamida H absorbe m!s aga #e otros polímeros sintéticos
sados $recentemente, est! clasi%cada como -idro$"bica en mc-as
aplicaciones. ?ando se tili)a aga como lí#ido de preba, pede
observarse #e la introdcci"n de grpos polares en la sper%cie
debidos al tratamiento de plasma con I@; -acen a la poliamida
H menos -idro$"bica.
tensi"n revelaron #e las propiedades de $ricci"n sper%cial,
extensibilidad, rotra, doblado & compresi"n se alteraron despés
de los tratamientos. Se cree #e los cambios en estas propiedades
est!n relacionados con las $er)as $riccionales inter%bra e
inter-ilo indcidas por el tratamiento de plasma. También se
observ" na pe#e5a disminci"n en la permeabilidad al aire de las
telas tratadas, probablemente debidas al plasma #e cambia la
mor$ología de la sper%cie de la tela. 3n cambio en las propiedades
térmicas est! en línea con los descbrimientos anteriores & pede
ser atribido a la cantidad de aire atrapado entre los -ilos.
'n lo #e concierne al ?F<, es n gas no polimeri)ante #e no se
polimeri)a con sí mismo, pero tiende a $ormar delgadas capas en la
sper%cie de la %bra sjeta a la descarga lminiscente. a)icEi examin"
telas tratadas con plasma de ?F< & encontr" #e la
ablaci"n iba acompa5ada de na deposici"n de %nas capas en la
sper%cie de la %bra. ip sgiri" #e n tiempo corto de exposici"n
$avorecer! la polimeri)aci"n & n tiempo largo de exposici"n
$avorecer! la ablaci"n.
'n la re$ O;;, los atores presentan im!genes donde es posible ver
pe#e5os dep"sitos en na %bra con n tratamiento de corto tiempo con
?F<.
$ctivación de ##,#1,#1/ y #/21%
'l polipropileno *PP es n material m& interesante para el
tratamiento con plasma( es m& -idro$"bico con na tensi"n
sper%cial extremadamente baja. Por el otro lado, el PP es sado para
na gran cantidad de aplicaciones técnicas donde na -mectabilidad o
ad-esi"n mejoradas son ventajosas. 'ste es el caso también de los
textiles técnicos del PP como %ltros para aplicaciones médicas.
?omo los %ltros no tejidos de PP peden ser mojados s"lo con lí#idos
con tensi"n sper%cial ;GmIJm, no pede pasar aga a través de la tela
de PP sin aplicar na gran presi"n( sando n plasma oxidativo con n
tratamiento corto pede mejorar mc-o la -mectabilidad. Variando el
tiempo de tratamiento, nivel de vacío & potencia del plasma de
oxígeno, se observ" #e el incremento en la tensi"n sper%cial del PP
no est! en correlaci"n con la intensidad del tratamiento de plasma.
3n amento en la -mectabilidad pede ser de -ec-o observado pero s"lo
a intensidades de tratamiento relativamente bajas( na ve) #e
alcan)amos el grado "ptimo, na agda caída en la -mectabilidad se
obtenía si la intensidad del tratamiento de plasma se
amentaba.
4abla 1
@ablemos a-ora sobre otro problema m& importante, #e es c"mo
amentar la ad-esi"n de di$erentes sistemas polímero+metal, por
ejemplo, P'T+Al, Uapton+Al, & Te6"n+?. Para este prop"sito
gases reactivos *oxígeno & amoníaco e inertes *@e -an sido
tili)ados para el tratamiento de plasma. Los resltados obtenidos
con P'T son particlarmente interesantes desde el pnto de vista
indstrial & $ndamental. Los tratamientos de plasma con I@
; mostraron ser exitosos en obtener valores de ad-esi"n m!s
altos para P'T+Al a na draci"n m& corta( canto m!s corto el
tiempo de tratamiento, ma&or es el amento de la ad-esi"n. 3n
tratamiento de ,9 s es s%ciente para promover n amento de la
ad-esi"n 9G+: veces la original.
La $er)a principal de la ad-esi"n metalJpolímero es el car!cter
!cidoJbase de la interacci"n, promovido por la introdcci"n de
$nciones b!sicas en la sper%cie del P'T. De -ec-o, la $er)a b!sica
selectiva de los grpos #e contienen I, est! m& relacionada con
la ad-esi"n metalJpolímero, siempre #e el tratamiento dre menos de
; s. ?on n tiempo m!s largo, na capa de ni"n m!s débil se $orma en
la sper%cie del P'T. La ad-esi"n m!s elevada se logra a los ,9 s.
'sto signi%ca #e los tratamientos con I@ ; son aptos para
procesos indstriales recbrimiento.
-acerse de otra manera. 3na descripci"n detallada de los
dispositivos indstriales pede ser encontrada en O;H. 'n esta
secci"n, se da na lista de sociedades, #e comerciali)a dispositivos
de plasma de baja presi"n. 'n ''33 el <t- State nc.,
8elmont, ?ali$ornia al#ila & vende dispositivos de plasma a
9;,GH /@) * las pblicaciones del sitio eb de la marca dan na bena
descripci"n detallada de los procesos de plasma, ver por ejemplo
O;BO, pero la compa5ía no est! prodciendo dispositivos para
tratamiento de textiles. 'roplasma es n $abricante belga de
sistemas de plasma de baja presi"n4 est! prodciendo el llamado
=oll+to+=oll para textiles & dise5ando reactores de lotes de
acerdo a re#erimientos de clientes. ?D =oll 9B es n aparato de
plasma rollo a rollo sado para el tratamiento de no tejdios &
tejidos para activar la sper%cie antes de la laminaci"n, para
mejorar la -mectabilidad & ad-esi"n, & para acabados
-idro$"bicosJoleo$"bicos con na polimeri)aci"n de plasma. 'l
aparato trabaja a <U@). 'n talia, @TP 3nite) prodce & vende
, pero también sa para activaci"n sper%cial en prodcciones
indstriales, dispositivos rollo a rollo #e trabajan a 9U@). ?omo
especies activas de plasma est!n sando 7:, I:, I@;, para amentar la
-mectabilidad & capacidad de bondeado para prodcir telas
deportivas. ?omo se pede ver en la %g B, la tela es dirigida por n
sistema de rollos, para pasar a través de na serie de barras #e son
electrodos generando plasma. Los rollos & barras son insertados
en na c!mara de vacío, e instrmentos de control especiales deben
ser sados para monitorear la tensi"n en las telas. /irando en la
c!mara, drante el tratamiento de plasma, es posible ver la descarga
lminiscente entre las barras de electrodos *ver %g
Fig 5: "467 8nitex sistema rollo a rollo..
Fig ( descarga lminiscente en la c!mara de vacío de la @TP
3nitex
Los tratamientos de plasma, ampliamente sados en semicondctores,
mec!nica o la indstria del pacEaging, est!n comen)ando a recibir na
consideraci"n creciente en la indstria textil, &a #e la
tecnología se est! volviendo m!s conveniente cando se la compara
con procedimientos da5inos para el medio ambiente. 's na cesti"n de
$amiliari)ar a la indstria textil con el plasma. 'l plasma es
relativamente nevo para el sector indstrial textil,
tradicionalmente dirigido por procesos #ímicos. Los sistemas de
plasma a baja presi"n, los m!s viejos & m!s estdiados, peden
ser sados para indcir e$ectos -idro$ílicos e -idr"$obos en
textiles. Desa$ortnadamente re#ieren e#ipamientos de vacío
costosos. 'ntonces el plasma no se ve como na ventaja verdadera. La
indstria textil bsca activamente sistemas de plasma #e operen a
presi"n atmos$érica. Los sistemas de plasma atmos$éricos son bien
conocidos & sados actalmente en las indstrias destinadas al
envase de materiales. /c-os dispositivos, desde el standard de
corona a los de descarga lminiscente, est!n preparados para sarse
en sper%cies textiles.
#lasma de descarga luminiscente
?onsideremos gas parcialmente ioni)ado. ?ando na di$erencia de
potencial s%cientemente alta es aplicada entre dos electrodos
bicados en el gas, na separaci"n entre electrones e iones positivos
prodce na descarga. ?olisiones de excitaci"n, segidas por na
de+exitaci"n, dan la característica lminiscencia #e se ve como el
brillo de la descarga. Debido a los procesos de colisi"n, n gran
n2mero de especies de plasma di$erente son generadas( electrones,
!tomos, moléclas, varias especies de radicales, varias especies de
iones positivos & negativos, especies excitadas, etc. Las
di$erentes especies interact2an entre sí, -aciendo del plasma de
descarga lminiscente na me)cla de gas complicada. ?ando los
materiales est!n sjetos a tratamientos con plasma, las reacciones
sbsecentes se basan en #ímica de los radicales libres. 'l plasma de
descarga lminiscente es e%ciente en crear na gran densidad de
radicales libres al disociar moléclas a través de colisi"n de
electrones & procesos $oto#ímicos. Los radicales de $ase
gaseosa tienen s%ciente energía para romper niones #ímicas en la
sper%cie polimérica expesta, #e reslta en la $ormaci"n de nevas
especies #ímicas.
dimensi"n típica es de 9+: mm, redciendo el largo característico de
la c!mara de descarga. APDs estables para aplicaciones tecnol"gicas
-an sido desarrollados, di%riendo en la estrctra de los electrodos,
el gas & $recencia de operaci"n. Típicamente, los sistemas APD
se caracteri)an por tener n electrode cbierto por n dieléctrico,
con la descarga operando en voltajes alternativos. 'l tipo de gas
de descarga determina la estabilidad de la descarga lminiscente. 'l
-elio da lgar a na descarga estable & -omogénea, mientras el
nitr"geno, oxígeno & arg"n re#erien n voltaje m!s alto para la
ioni)aci"n & peden casar la transici"n a na descarga
lminiscente %lamentaria *%lamentar& pede ser también %li$orme,
pero no esto& segra.
Fig.19: descarga luminiscente homogénea entre electrodes en plasma.
)as capas o telas est3n corriendo durante el tratamiento sobre el
electrodo m3s bajo.
'l re#erimiento de sistemas de vacío para desarrollar plasmas de
baja presi"n -a sido na carga para la indstria textil, &a #e el
plasma generado a presi"n atmos$érica es menos apropiado. Dos
clases principales de plasmas a presi"n atmos$érica son, seg2n
=eece =ot-, descarga de barrera dieléctrica *D8D & la descarga
lminiscente de plasma atmos$érica *APD. A veces los D8D son también
conocidos como 0tratamientos de corona1( los dispositivos D8D son
bien conocidos en la indstria de los envases, donde son tili)ados
para mejorar la -mectaci"n de los 6ims poliméricos. 'st!n
$ertemente relacionados a los APDs, #e operan con voltaje de
corriente alterna de 9+9 EV a na $recencia de nos @) a /@). Los
APDs son instrmentos #e tienen descargas -omogéneas & ni$ormes
a lo largo de los electrodos, mientras #e los D8Ds prodcen
descargas con %lamentos de micro+descarga & considerablemente
menos ni$ormes. 'n la %g 9, se mestra el sistema de descarga
lminiscente de APD, desarrollado por 'nercon ?orporation.
3esde el vacío a la presión atmos"érica%
debido a la dimensi"n de la c!mara & problemas mec!nicos con
los sistemas rollo a rollo. 'l principal obst!clo del sistema es la
necesidad de na c!mara de vacío, na parte grande del
e#ipamiento.
Fig.11: esde el rollo de abastecimiento! el film pasa por el
tratamiento ; entre un tambor rotativo y un
electrodo de alto voltaje. El otro est3 cubierto con un
dieléctrico.
Los dispositivos de plasma atmos$érico continos est!n siendo sados
actalmente en procesos de impresi"n de %lms de envoltra donde el
tratamiento sper%cial es logrado con na velocidad del %lm #e
alcan)a los 9 mJmin o m!s. 'n indstrias textiles, no se re#ieren
velocidades tan altas, por lo #e no es necesario n dispositivo de
plasma atmos$érico montado directamente en el telar. Pede ser
$!cilmente integrado en las líneas de acabado textil. Por esta
ra)"n, la tecnología de vacío se percibe como no competitiva.
=e#erimientos extra como la posibilidad de tratar textiles en todo
s anc-o de al menos : m, & velocidades de procesamiento de :
mJmin son m!s aptas econ"micamente para sistemas de tratamiento de
plasma atmos$éricos. 'n la %g 99, se mestra n diagrama es#em!tico
para el tratamiento con n sistema D8D, en la disposici"n sal para
amentar la -mectabilidad. De n rollo de abastecimiento, el %lm pasa
por na descarga lminiscente condcido por n tambor rotativo. /c-os
sistemas D8D est!n siendo tili)ados actalmente para prodcir
pacEagings & nevos dispositivos APD est!n disponibles. 'l
implso de la indstria del pacEaging para desarrollar gentes de
plasma atmos$érico es la necesidad inevitable de na tecnología
rollo a rollo contina. Los procesos de prodcci"n en la indstria
textil son esencialmente no continos & por eso $alta este
implso. 'xploremos las ventajas de la tecnología de plasma
atmos$érico para el tratamiento de textiles.
/ratamientos de plasma atmos"érico para te!tiles%
, jnto con na mejora de la capilaridad de las telas de lana &
algod"n. De -ec-o, el car!cter de la sper%cie de la lana pede ser
cambiado de -idro$"bico a -idro$ílico, obteniendo a%eltrado
disminido de los tops & telas con los tratamientos de corona.
7tro e$ecto #e pede ser obtenido $!cilmente con el tratamiento de
corona, es na limpie)a general de las sper%cies debido al bombardeo
de iones drante la descarga. Las propiedades -idro$"bicas, como las
observadas en telas de algod"n peden ser indcidas también con na
elecci"n apropiada en el tipo & proporci"n #ímica del gas sado
en el reactor. ?ando el gas de proceso es aire, los costos
$avorecen inmediatamente los reactores atmos$éricos. 'n el caso de
#e procesamiento con n gas pro sea re#erido, como amoníaco o
-idr"geno, el proceso es obtenido con menos es$er)o en reactores en
vacío. Pero -o&, el abastecimiento del gas de proceso & la
evacaci"n del mismo, -an sido creados para ser econ"micos en
reactores de presi"n atmos$érica.
?onsideremos nevamente el algod"n, & en particlar, el objetivo
de incrementar la propiedad -idro$ílica & redcir los desec-os
#ímicos existentes de procesos de pretratamiento de las telas de
algod"n. nvestigadores en Portgal saron na descarga de corona en
aire & mostraron #e la corona es n método e$ectivo para amentar
la -idro%licidad sin a$ectar la integridad del -ilo o tela. 'l
tratamiento lleva a cambios #ímicos & $ísicos de la ctícla
cerosa del algod"n sin da5ar la estrctra de la cellosa. 3na
-mectabilidad amentada de las %bras $e observada, jnto con la
disminci"n del P@ del aga en contacto con el algod"n. ?on la
descarga de corona, se espera obtener n e$ecto similar sobre la
ctícla cerosa al obtenido con n acabado savi)ante. Si na descarga
de corona es reali)ada antes de aplicar el agente savi)ante , m!s
condiciones $avorables para la %jaci"n son creadas, &a sea
por#e amenta la reacci"n sobre la %bra o por el amento de las
condiciones $ísicas de penetraci"n. 'l contenido de savi)ante en
los e6entes ser! menor. 'l amento de la -idro%licidad en el algod"n
es importante desde otro pnto de vista. Los -ilos de algod"n de
anillo deben ser encolados antes de tejer para dar na capa
protectora #e imparta $er)a al -ilo & red)ca s pilosidad. Los
prodctos de encolado m!s $recentes son los basados en almid"n. Los
#e le sigen son carboximetilcellosa *?/? & polivinilalco-ol
*PVA. 'l PVA se sa principalmente para $ormar velos *slas-ing con
-ilos sintéticos, & es salmente sado como agente secndario de
encolado en -ilos de algod"n. Los materiales deben ser removidos
con n desencolado previo al te5ido & acabado de las telas. Las
telas encoladas deben también lavarse con aga a temperatras
cercanas a los W? para remover la cola e$ectivamente. 3na remoci"n
de PVA completa es di%cltosa, con mc-as desventajas como el lato
consmo de aga & energía. 'n O<H n reactor APD es sado con
aireJoxígenoJ-elio & plasma de aireJ-elio.
<n =&> an ?6@ reactor is used Aith air- 2-"e and
air-"e plasma. ? percent desi,ing ratio 6B of
CCD Aas obtained Aith both air-"e and air- 2-"e
plasma treatments folloAed by cold and hot
Aashing: as a conclusion! atmospheric plasma
treatment may greatly increase the solubility of
revealed that! for both air-"e and air-2-"e plasma
treated fabrics! the fibre surfaces Aere nearly as
clean as the unsi,ed fabric! indicating that almost
all 6? on cotton Aas removed. 4his agrees Aith
the 6B results. <n contrast! there Aas a substantial
amount of 6? remaining on the fibre surfaces
Ahen fabrics Aere only cold and hot Aashed! Ahile
much less 6? Aas left on the fabric desi,ed by
"22.
He already discussed Aool and its complex scale
structure on the fibre surface. ?tmospheric plasma! both
corona and ?6@ methods =&/!&5>! are
suitable for Aool too. ?s for cotton! if a corona
discharge is made before the application finishing
antifelt agent! more favourable conditions for agent